[生化]蛋白质的结构与功能

+NH 3
-S S-CH -CH-COO 2 2
+NH
二硫键
3
•胱氨酸
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第一章
蛋白质的结构与功能
2009年全国硕士研究生入学统一考试 西医综合试题
25、在蛋白质的组成中，不是天然的氨
基酸是
A、精氨酸
B、瓜氨酸
C、半胱氨酸
D、脯氨酸
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第一章
蛋白质的结构与功能
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质
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第一章
蛋白质的结构与功能
COONH3
+
COOH H C NH3
+
C
R
L-Amino acid
R
D-Amino acid
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第一章
蛋白质的结构与功能
构成蛋白质的20种氨基酸(aa)的结构特点:
1. 均为L－α氨基酸(甘氨酸除外） ，各种aa的R 侧链各不相同
2. α碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外) 3. α碳原子为不对称(手性)碳原子(甘氨酸除外）
第一章
蛋白质的结构与功能
第一节 蛋白质的分子组成 第二节 蛋白质的分子结构 第三节 蛋白质结构与功能的关系 第四节 蛋白质的理化性质
第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析
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第一章
蛋白质的结构与功能

什么是蛋白质?
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质与多肽的区别：
凡氨基酸残基数目在50个以上，且具有特定空
间结构的肽称蛋白质； 凡氨基酸残基数目在50个以下，且无特定空间
结构者称多肽。
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第一章
蛋白质的结构与功能
多肽链(polypeptide chain)是指许多氨 基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

多肽链有两端： N 末端：多肽链中有游离α-氨基的一端
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第一章
蛋白质的结构与功能

蛋白质的生物学重要性 1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细 胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，
占人体干重的 45％，某些组织含量更高，例
如脾、肺及横纹肌等高达80％。
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第一章
蛋白质的结构与功能
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、
铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含
有碘 。
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此， 只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以 下公式推算出蛋白质的大致含量： 100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
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第一章
蛋白质的结构与功能
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质 进行分类

非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸
6种。 6种。


芳香族氨基酸
酸性氨基酸
3种。
2种。
碱性氨基酸
3种。
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第一章
蛋白质的结构与功能
(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族 氨基酸
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第一章
蛋白质的结构与功能
(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性 中性氨基酸
皮质激素（39肽）、促甲状腺素释放激素（3
肽）。
•神经肽(neuropeptide)
神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑 啡肽（5肽）、-内啡肽（31肽）、强啡肽（17
肽）等。
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第一章
蛋白质的结构与功能
本节:
目的要求
熟悉蛋白质的分子组成及特点；氨基酸的化 学结构、分类、三字符号及理化性质；肽及 多肽链的两端；谷胱甘肽。
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第一章
蛋白质的结构与功能
3. 离子键：
离子键(salt bond)是由带正电荷基团与带负电荷 基团之间相互吸引而形成的化学键。 在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸
残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基
侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质分子中离子键的形成
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质分子中的非共价键(次级键)
1. 氢键：
氢键 (hydrogen bond) 的形成常见于连接在一电负 性很强的原子上的氢原子，与另一电负性很强的
原子之间，如 >C=O ┅┅ H-N<。
氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。
但氢键的键能较低(~12kJ/mol)，易被破坏。
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第一章
蛋白质的结构与功能
等电点的计算
pI值与该离子浓度基本无关，只 决定于等电兼性离子两侧的α -羧基 和α -氨基的解离常数的负对数 pK1和pK2决定。
pI=（pK1+pK2）/2
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第一章
蛋白质的结构与功能
中性氨基酸：以Gly为例
COOH H3N
+ H K1
COO H3N
K2
+ H
COO H2N CH2
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第二节 蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子结构包括:
一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure)
三级结构(tertiary structure)
四级结构(quaternary structure)
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2× Glu-Cys-Gly | SH
-2H +2H
第一章
蛋白质的结构与功能
GSH与GSSG间的转换
H2O2 2GSH
GSH过氧 化物酶
NADP+
GSH还原酶
2H2O
GSSG
NADPH+H+
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第一章
蛋白质的结构与功能
谷胱甘肽的生理功用：
参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与体内 多种氧化还原反应； 保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团-SH维持 还原状态；
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第一章
蛋白质的结构与功能
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与水合茚三酮共热，使茚三酮 水合物被还原，氨基酸分解生成NH3,茚三 酮的还原物与 NH3 结合后再与另一分子茚 三酮缩合，生成蓝紫色化合物，其最大吸 收峰在 570nm处。由于此吸收峰值与氨基 酸释放的氨量成正比关系，因此可作为氨 基酸定量分析方法。
R CH COOH NH2
+OH R CH COOR CH COO-
R CH COOH +H+ NH3+
NH3+
NH2
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
pH>pI 阴离子
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第一章
蛋白质的结构与功能
等电点(isoelectric point, pI)
在某一 pH的溶液中，氨基酸解离成 阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成 为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH 值称为该氨基酸的等电点。
-
+
CH2 Gly
+
+
CH2 Gly
+ -
2.34
9.60
Gly
-
pI=（pK1+pK2）
/2 pI
Gly
=（2.34+9.60）/2=5.97
侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基
酸：pI=½(pK1+pK2)
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第一章
蛋白质的结构与功能
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸的 最大吸收峰在 280 nm 附近。 大多数蛋白质含有 这两种氨基酸残基，所 以测定蛋白质溶液 280nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白质含量的 快速简便的方法。 芳香族氨基酸的紫外吸收
作为生物催化剂（酶）
代谢调节作用
免疫保护作用 物质的转运和存储 运动与支持作用 参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
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第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
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第一章
蛋白质的结构与功能
组成蛋白质的元素
主要有C（50～55%）、H（6～7%）、 O（19%～24%）、N（13～19%）和S（0～ 4%）。
C 末端：多肽链中有游离α-羧基的一端

多肽链有方向性：N端
C端
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N末端
C末端
牛核糖核酸酶
ห้องสมุดไป่ตู้一章
蛋白质的结构与功能
（二）体内存在多种重要的生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
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第一章
蛋白质的结构与功能
还原型与氧化型谷胱甘肽的相互转变
谷胱甘肽分子中的巯基可氧化或还原，故有还原 型（GSH）与氧化型（GSSG）两种存在形式。 Glu-Cys-Gly | S | S | Glu-Cys-Gly
解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒性作用；
维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜 结构的破坏作用。
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第一章
蛋白质的结构与功能
2.多肽类激素及神经肽
•
体内许多激素属寡肽或多肽
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第一章
蛋白质的结构与功能
种类较多，生理功能各异。
多肽类激素主要见于下丘脑及垂体分泌的激素，
如催产素（9肽）、加压素（9肽）、促肾上腺
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第一章
蛋白质的结构与功能
蛋白质分子中氢键的形成
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第一章
蛋白质的结构与功能
2. 疏水键：
非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生
一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作 用力(hydrophobic interaction)。 蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性 的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形 成疏水键，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的侧链 基团。
第一篇
生物大分子的结构和功能
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第一章
蛋白质的结构与功能
生物大分子：通常都有一定的分子结构规律，即 由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连 接方式而形成的多聚体。 蛋白质和核酸是体内主要的生物大分子，有不同 的结构特征，行使不同的功能。
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第一章
蛋白质的结构与功能
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本 章 主 要 内 容
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第一章
蛋白质的结构与功能
四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成 的多肽链
（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide)
肽键 (peptide bond) 是由一个氨基酸的 羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成 的化学键。
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第一章
蛋白质的结构与功能
O NH2-CH-C H
甘氨酸
+
OH
O NH-CH-C H
甘氨酸
H
OH
-HOH
O O NH2-CH-C-N-CH-C H HH OH
甘氨酰甘氨酸
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肽键
第一章
蛋白质的结构与功能
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化 合物。 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基 酸缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide) ，由更多的氨基酸相连形成的肽 称多肽(polypeptide)。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团 不全，被称为氨基酸残基(residue)。
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第一章
蛋白质的结构与功能
4．范德华氏引力（van der Waals force)： 原子之间存在的相互作用力。 由电子运动的不对称性造成的
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第一章
蛋白质的结构与功能
维系蛋白质分子构象的非共价键
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第一章
蛋白质的结构与功能
高级 结构
蛋白质空间构象是蛋白质特性和功能的基础。 有一条肽链形成的蛋白质只有1—3级结构，有 两条或两条以上肽链形成的蛋白质才具有四级 结构。
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第一章
蛋白质的结构与功能
除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构均属
于空间结构，即构象（conformation）。 构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。蛋 白质的构象通常由非共价键（次级键）来维系。
（一）氨基酸具有两性解离的性质
两性解离及等电点 所有氨基酸都含有碱性的α -氨基和酸性的α 羧基，可在酸性溶液中与质子（H+）结合成带 正电的阳离子，也可在碱性溶液中与OH-结合， 失去质子变成带负电荷的阴离子，因此氨基酸 是一类两性电解质。 其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。
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第一章
蛋白质的结构与功能
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第一章
蛋白质的结构与功能
(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
Trp
Tyr
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第一章
蛋白质的结构与功能
(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
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第一章
蛋白质的结构与功能
(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
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第一章
蛋白质的结构与功能
几种特殊氨基酸
1.脯氨酸
（亚氨基酸）
1/16%
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第一章
蛋白质的结构与功能
一、组成人体蛋白质的20种氨基酸 均属于L--氨基酸
存在自然界中的氨基酸有 300余种， 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20 种， 且均属 L- α-氨基酸（甘氨酸除外）。
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第一章
蛋白质的结构与功能
COO
-
H CH 3 R
H
C
+
NH3
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
CH2 CH2 CH2
＊ 蛋白质多肽中 Pro
CHCOO NH2+
残基的存在将会 增加其结构区域 的刚性，在蛋白 质合成后修饰时 可被羟化为羟脯 氨酸。
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第一章
蛋白质的结构与功能
2. 半胱氨酸
-OOC-CH-CH
+NH 3
-SH HS-CH -CH-COO + 2 2
-HH
+NH
3
-OOC-CH-CH