生物化學(xué)：第二章 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)概述第二章蛋白質(zhì)(protein)蛋白質(zhì)參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)和功能物質(zhì)。Proteinsatwork….Theyfunctionascatalysts,theytransportandstorenutriment,theyprovidemechanicalsupport

andimmuneprotection,theygeneratemovement,theytransmitnerveimpulses,theycontrolgrowthanddifferentiation,………………..一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成二、蛋白質(zhì)的大小和分子量三、蛋白質(zhì)的分類(lèi)

一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成1.元素組成：碳50％-55%氫6.5-7.3％氧19-24％氮16%

硫0-3％其他微量蛋白質(zhì)的含量測(cè)定凱氏（Kjedahl）定氮法：根據(jù)生物樣品中的含氮量來(lái)計(jì)算蛋白質(zhì)的大概含量：蛋白質(zhì)含量=蛋白氮

6.256.25為蛋白質(zhì)系數(shù)，即1克氮所代表的蛋白質(zhì)量（克數(shù)）2.分子組成：

經(jīng)酸、堿和酶處理蛋白質(zhì)，使其徹底水解得到產(chǎn)物為氨基酸，組成蛋白質(zhì)的常見(jiàn)20種氨基酸（基本AA）中除脯氨酸外，均為

-氨基酸：不變部分可變部分二、蛋白質(zhì)的大小與分子量蛋白質(zhì)分子量：約6000到1000000道爾頓（Da）或更大。有些寡聚蛋白質(zhì)的分子量可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)。三、蛋白質(zhì)的分類(lèi)一）依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類(lèi)Globularprotein和fibrousprotein球狀蛋白質(zhì)：globularprotein外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類(lèi)。纖維狀蛋白質(zhì)：fibrousprotein分子類(lèi)似纖維或細(xì)棒。分子軸比(長(zhǎng)軸／短軸)大于10二）依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類(lèi)簡(jiǎn)單蛋白(simpleprotein)：結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)prostheticgroupProteinsarelinearpolymersof20differentaminoacids.The20aminoacidsbestowspecificfunctionalpropertiesonthepolymer(protein).Theyaretheembodimentofthetransitionfromone-dimensionalworldofsequencestothethreedimensionalworldofmoleculescapableofdiverseactivities.第一節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—氨基酸（Buildingblocksofproteins—aminoacid）一、氨基酸的分類(lèi)二、氨基酸的理化性質(zhì)一、氨基酸的分類(lèi)（一）根據(jù)來(lái)源分：內(nèi)源氨基酸和外源氨基酸（二）從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸IleMetLysValLeu

Trp

Phe

Thr一家來(lái)寫(xiě)兩三本書(shū)（三）根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)來(lái)分：蛋白質(zhì)中常見(jiàn)氨基酸、蛋白質(zhì)中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸1、蛋白質(zhì)中20常見(jiàn)氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine(G)

中性氨基酸氨基乙酸1)脂肪族氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

中性氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine(A)-氨基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine(V)

中性氨基酸-氨基異戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine(L)

中性氨基酸-氨基異己酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine(I)

中性氨基酸-氨基--甲基戊酸中性氨基酸R基為中性烷基（Gly為H），對(duì)分子酸堿性影響很小，幾乎有相同的等電點(diǎn)（6.0）。從Gly至Ile，R基團(tuán)疏水性增加，Ile是這20種氨基酸中脂溶性最強(qiáng)的之一（除Phe、Trp、Tyr

以外）。中性氨基酸一般位于在蛋白質(zhì)內(nèi)部，側(cè)鏈不被修飾。

中性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甲硫氨酸

Methionine(M)

含硫氨基酸-氨基--甲硫基丁酸Met中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有親核性，易發(fā)生極化。在生物合成中是一種重要的甲基供體。氨基酸的結(jié)構(gòu)

甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine(C)含硫氨基酸-氨基--巰基丙酸Cys的R基中含-SH，兩個(gè)Cys的-SH氧化生成二硫鍵，生成胱氨酸。

Cys-SH+Cys-SHCys-S-S-Cys

二硫鍵利于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine（S）

含羥基氨基酸-氨基--羥基丙酸Ser的-OH基是一個(gè)極性基團(tuán)，易與其它基團(tuán)形成氫鍵，具有重要的生理意義。在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基。-OH易發(fā)生磷酸化修飾，以此調(diào)節(jié)酶的活性。氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine（T）

含羥基氨基酸-氨基--羥基丁酸Thr

中的-OH是仲醇，具有親水性，但-OH形成氫鍵的能力較弱，在蛋白質(zhì)活性中心中很少出現(xiàn)。氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine（R）-氨基--胍基戊酸Arg是堿性最強(qiáng)的氨基酸，pKa值為12.48，生理?xiàng)l件下完全質(zhì)子化。氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸Arginine賴(lài)氨酸

Lysine（K），-二氨基己酸Lys側(cè)鏈氨基的pKa為10.53，生理?xiàng)l件下側(cè)鏈帶一個(gè)正電荷。此外，它的側(cè)鏈有4個(gè)C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate（D）

酸性氨基酸-氨基丁二酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸Aspartate

谷氨酸

Glutamate（E）

酸性氨基酸-氨基戊二酸Asp、Glu側(cè)鏈羧基pKa分別為3.86和4.25。它們?cè)谏項(xiàng)l件下帶有負(fù)電荷。氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺

Asparagine(Asn；N)

含酰胺氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺Asparagine谷氨酰胺

Glutamine(Gln；Q)

含酰胺氨基酸

Asp和Gln易發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)在生物合成和代謝中有重要意義。氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine（F）-氨基--苯基丙酸2)芳香族氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine（Y）-氨基--對(duì)羥苯基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Tryptophan（Trp；W）-氨基--吲哚基丙酸芳香族氨基酸都具有共軛π電子體系，易與其它缺電子體系或π電子體系形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(charge-transfercomplex)，在分子相互識(shí)別過(guò)程中具有重要作用。它們?cè)谧贤鈪^(qū)有特征吸收峰。氨基酸的結(jié)構(gòu)

組氨酸

Histidine（H）-氨基--咪唑基丙酸3）雜環(huán)族氨基酸是側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種aa，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡，具有緩沖能力。氨基酸的結(jié)構(gòu)

脯氨酸

Proline(P)-吡咯烷基--羧酸3）雜環(huán)族氨基酸Pro的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，Pro殘基處在骨架方向發(fā)生變化的位置。

按R基極性分類(lèi)20種常見(jiàn)氨基酸(1)非極性R基氨基酸：8種—AlaValLeuIle

Phe

TrpProMet(2)不帶電荷的極性R基氨基酸：7種—SerThr

Tyr

Asn

Gln

Cys

Gly(3)帶負(fù)電荷R基氨基酸：2種—AspGlu(4)帶正電荷R基氨基酸：3種—LysArgHis非極性氨基酸一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷的氨基酸和極性氨基酸位于蛋白質(zhì)表面。酶的活性中心：His、Ser2.蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸有些氨基酸雖然不常見(jiàn)但在某些蛋白質(zhì)中存在。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來(lái)的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴(lài)氨酸、N-甲基賴(lài)氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。其結(jié)構(gòu)如下：

3.非蛋白氨基酸

廣泛存在于各種細(xì)胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不存在蛋白質(zhì)中的一類(lèi)氨基酸（150多種），大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸非蛋白氨基酸存在的意義：1.作為細(xì)菌細(xì)胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Ala2.作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸（VB3）、鳥(niǎo)氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)3.是神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)介質(zhì)：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作為一種N素的轉(zhuǎn)運(yùn)和貯藏載體（刀豆氨酸）5.防御作用：D-環(huán)Ser(抗生素）絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。二、氨基酸的理化性質(zhì)

（一）氨基酸的一般物理性質(zhì)

1.氨基酸的構(gòu)型和旋光性氨基酸都含有一個(gè)手性

-碳原子(Gly

除外），具有旋光性，有兩種光學(xué)異構(gòu)體：L型、D型。構(gòu)成protein的氨基酸均屬L-型(除Gly）。2.氨基酸的光吸收20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有Tyr、Phe和Trp有吸收光的能力。Tyr的

max＝275nmPhe的max＝257nm

Trp的max＝280nm（二）氨基酸的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)1.氨基酸的兩性解離性質(zhì)

①晶體溶點(diǎn)高，離子晶格，不是分子晶格。②氨基酸使水的介電常數(shù)增高（而乙醇、丙酮使水的介電常數(shù)降低），水溶液中氨基酸是以兼性離子的形式存在：。

實(shí)驗(yàn)：α-COOHpK1在2.0左右，當(dāng)pH>3.5，α-羧基以-COO-形式存在。α-NH2pK2在9.4左右，當(dāng)pH<8.0時(shí)，α-氨基以α-NH+3形式存在。在pH3.5-8.0時(shí)，帶有相反電荷。因此，氨基酸在水溶液中是以?xún)尚噪x子形式存在。ThechargeofanaminoaciddependsonpH氨基酸的等電點(diǎn)（isoeletricpoint）及其計(jì)算氨基酸的等電點(diǎn)：當(dāng)外液pH為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)正好相等即凈電荷為0，那么這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)pI。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。氨基酸在等電點(diǎn)狀態(tài)下，溶解度最小。

pH>pI時(shí)，氨基酸帶負(fù)電荷，向正極移動(dòng)。

pH=pI時(shí)，氨基酸凈電荷為零。

pH<pI時(shí)，氨基酸帶正電荷，向負(fù)極移動(dòng)。中性氨基酸（R基不解離），其pI是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：pI=(pK1+pK2)/2

同樣，R基解離的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1+pK

R-COO-

)/2

堿性氨基酸：pI=(pK2+pKR-NH2)/2氨基酸等電點(diǎn)（pI）的計(jì)算：實(shí)際上：（三）氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)1、α-NH2和α-COOH共同參加的反應(yīng)1）成肽反應(yīng)

2）與茚三酮反應(yīng)茚三酮在弱酸中與α-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨、脫羧反應(yīng)。最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物—氨及還原茚三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)。（λmax=570nm，Proλmax=440nm）

氨基酸分析定性、定量。茚三酮水合茚三酮+NH3弱酸紫色物質(zhì)圖氨基酸與茚三酮反應(yīng)1）?；磻?yīng)?；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯（BOC）、苯二甲酸酐、對(duì)-甲苯磺酰氯。多肽和protein的人工合成中被用作氨基保護(hù)劑。

丹磺酰氯（DNS-Cl，5—二甲基氨基萘-1-磺酰氯）2、α-NH2參加的反應(yīng)圖DNS-氨基酸弱堿強(qiáng)酸DNS-Cl可用于多肽鏈—NH2末端氨基酸的標(biāo)記。

Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

DNS—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

水解產(chǎn)物：DNS—Gly、Ala、Ser、

Leu、

Phe

DNS-氨基酸被紫外光激發(fā)后發(fā)黃綠色熒光。2）烷基化反應(yīng)

α-氨基中的氮是一個(gè)親核中心，能發(fā)生親核取代反應(yīng)。

A.2.4—二硝基氟苯反應(yīng)（DNFB、FDNB）

Sanger反應(yīng)

有機(jī)相（黃色）水相OH-B.異硫氰酸苯酯反應(yīng)（PITCEdman

反應(yīng)）有機(jī)相268nmEdman用此反應(yīng)來(lái)鑒定多肽和protein的NH2末端氨基酸。現(xiàn)用于蛋白質(zhì)序列自動(dòng)分析。例如：Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

PTC—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

無(wú)水強(qiáng)酸裂解：PTH—Gly、Ala—Ser—Leu—Phe（1）耦聯(lián)PITC＋H２N—A-B-C-DpH8-9，40℃PTC－A-B-C-D（2）裂解PTC－A-B-C-D+TFA無(wú)水三氟乙酸

ATZ－A+H2N—B-C-D（3）轉(zhuǎn)化ATZ－APTH—A（層析法分離）Edman

反應(yīng)步驟：一次水解一個(gè)Ｎ端氨基酸3）生成西佛堿的反應(yīng)（Schiff）氨基酸的α氨基與醛類(lèi)反應(yīng)，生成西佛堿。

西佛堿是某些酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物（如轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的中間產(chǎn)物）。3、α-羧基參加的反應(yīng)

1）成鹽、成酯分別與堿、醇作用。

2）成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）氨基被保護(hù)后，羧基可與二氯亞砜或五氯化磷反應(yīng)，生成酰氯。

此反應(yīng)使氨基酸的羧基活化，易與另一個(gè)氨基酸的氨基結(jié)合，在多肽的人工合成中常用。4、側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)

用于protein的化學(xué)修飾

protein的化學(xué)修飾：是指在較溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)與某種試劑（稱(chēng)化學(xué)修飾劑）起特異反應(yīng)，以引起蛋白質(zhì)中個(gè)別氨基酸側(cè)鏈或功能基團(tuán)發(fā)生共價(jià)化學(xué)改變。第二節(jié)肽（peptide）P162一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱(chēng)為肽鍵，所形成的化合物稱(chēng)為肽。一、肽與肽鍵由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱(chēng)為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱(chēng)為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱(chēng)為氨基酸殘基。肽鍵（peptidebond）：肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共振作用，形成共振雜化體，穩(wěn)定性高。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。

0.125nm鍵長(zhǎng)=0.133nm

0.145nm肽鍵組成肽鍵的6個(gè)原子處于同一平面（酰氨平面）。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在,而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種構(gòu)型。在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱(chēng)為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的

-氨基，稱(chēng)為氨基端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的

-羧基，稱(chēng)為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開(kāi)始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln二、肽鏈中AA的排列順序和命名四肽的結(jié)構(gòu)三、肽的重要理化性質(zhì)1、每種肽也有其晶體，晶體的熔點(diǎn)都很高。2、肽的酸堿性質(zhì)主要來(lái)自游離末端

-NH2和游離末端-COOH以及側(cè)鏈上可解離的基團(tuán)。3、肽的等電點(diǎn)計(jì)算方法以及在溶液中所帶電荷的判斷方法與AA一致，但復(fù)雜。

A2+A+A0A-A2-K1K2K3

K4pI=pK2+pK3/24、肽的化學(xué)反應(yīng)：肽的α-羧基，α-氨基和側(cè)鏈R基上的活性基團(tuán)都能發(fā)生與游離氨基酸相似的反應(yīng)。如：也能發(fā)生茚三酮反應(yīng)、Sanger反應(yīng)、DNS－Cl反應(yīng)和Edman反應(yīng)；還可發(fā)生雙縮脲反應(yīng)。多肽的雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)是指雙縮脲(NH2-CO-NH-CO-NH2)在堿性溶液中可與銅離子產(chǎn)生紫紅色的絡(luò)合物。多肽或蛋白質(zhì)中有多個(gè)肽鍵,也能與銅離子發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，游離氨基酸無(wú)此反應(yīng)。四、天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。多肽與蛋白質(zhì)區(qū)別？但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類(lèi)多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱(chēng)為活性肽（activepeptide）?；钚噪木哂腥梭w代謝和生理調(diào)節(jié)功能,易消化吸收,有促進(jìn)免疫、激素、酶抑制劑、抗菌、抗病毒、降血脂等作用,食用安全性及高,是當(dāng)前國(guó)際食品界和醫(yī)學(xué)界最熱門(mén)的研究課題之一，是極具發(fā)展前景的功能因子。

CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOHCH2CH2CHNH2COOHCH2SH

谷胱甘肽—存在與動(dòng)、植物及微生物中：

在細(xì)胞內(nèi)參與氧化還原過(guò)程，清除內(nèi)源性過(guò)氧化物和自由基，保護(hù)細(xì)胞膜。維護(hù)protein或酶活性中心的巰基處于還原狀態(tài)。2GSHGS-SG1.谷胱甘肽

Glu—Cys—Gly-谷氨酰半光氨酰甘氨酸

由細(xì)菌分泌的多肽，有時(shí)含有D-氨基酸和一些非蛋白氨基酸。如鳥(niǎo)氨酸（Ornithine）。

具有抗菌作用。

L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val

L-Orn

L-Orn

L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu

短桿菌肽S(環(huán)十肽)

2、短桿菌肽（抗生素）

3.腦啡肽5肽，具有鎮(zhèn)痛作用，已發(fā)現(xiàn)幾十種。

Met腦啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—Met

Leu腦啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—Leu

Leu腦啡肽，既有鎮(zhèn)痛作用又不會(huì)象嗎啡那樣使人上癮。某些“腦肽”與機(jī)體的學(xué)習(xí)記憶、睡眠、食欲和行為都有密切關(guān)系。

4、鵝膏蕈堿（環(huán)八肽）專(zhuān)一性的與真核生物的RNA聚合酶和牢固結(jié)合，阻止mRNA的延長(zhǎng),從而抑制細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成。5、肽類(lèi)激素第三節(jié)：蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和纖維狀蛋白三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)是氨基酸連接成的多肽鏈。每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱(chēng)為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象（conformation）。Protein的結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸順序）Primary↓

二級(jí)結(jié)構(gòu)Secondary↓

超二級(jí)結(jié)構(gòu)Supersecondary↓

構(gòu)象結(jié)構(gòu)域Domain

高級(jí)結(jié)構(gòu)↓三級(jí)結(jié)構(gòu)(球狀結(jié)構(gòu))Tertiary↓

四級(jí)結(jié)構(gòu)(多亞基聚集)Quaternary

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1.定義——1969年，國(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會(huì)（IUPAC）規(guī)定：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽連中AA的排列順序，包括二硫鍵的位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。主要鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵

2.Sequenceprimarystructure

意義：protein一級(jí)結(jié)構(gòu)(序列)中含有形成高級(jí)結(jié)構(gòu)全部必需的信息，一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)及功能。

推斷氨基酸序列（一級(jí)結(jié)構(gòu)）空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)空間結(jié)構(gòu)（高級(jí)結(jié)構(gòu)）功能

圖一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（1）

測(cè)定protein分子中多肽鏈的數(shù)目（2）

拆分protein分子中的多肽鏈（3）

斷裂鏈內(nèi)二硫鍵（4）

分析多肽鏈的N末端和C末端（5）

多肽鏈部分裂解成肽段（6）

測(cè)定各個(gè)肽段的氨基酸順序（7）

確定肽段在多肽鏈中的順序（8）

確定多肽鏈中二硫鍵的位置1）protein測(cè)序的一般步驟對(duì)于一個(gè)純protein，理想的方法是從N端直接測(cè)至C端，目前只能測(cè)60個(gè)N端氨基酸。

1.直接法（測(cè)protein的序列）兩種以上特異性裂解法：

NCA法裂解

A1

A2

A3

A4

B法裂解

B1

B2

B3

B4

2.間接法（測(cè)定核酸序列，推斷氨基酸序列）2）protein測(cè)序的基本策略Trypsinase：R1=Lys和Arg側(cè)鏈（專(zhuān)一性較強(qiáng)，水解速度快）。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)胰蛋白酶-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R1R2或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=Phe,Trp,Tyr時(shí)水解快;R1=Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)糜蛋白酶Pepsin：R1和R2＝Phe,Trp,Tyr;以及其它疏水性氨基酸。R1=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)胃蛋白酶thermolysin：R2=Phe,Trp,Tyr;以及其它疏水性強(qiáng)的氨基酸水解速度較快。R2=Pro或Gly

不水解。R1或R3=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)嗜熱菌蛋白酶谷氨酸蛋白酶：R1=Glu和Asp精氨酸蛋白酶：R1=Arg肽鏈水解位點(diǎn)谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶

化學(xué)法：可獲得較大的肽段溴化氰(Cyanogenbromide)水解法，它能選擇性地切割由Met的羧基所形成的肽鍵。

化學(xué)法：可獲得較大的肽段羥胺（NH2OH）：專(zhuān)一性斷裂-Asn-Gly-之間的肽鍵（約150個(gè)氨基酸出現(xiàn)一次）。也能部分裂解-Asn-Leu-之間的肽鍵以及-Asn-Ala-之間的肽鍵。ThedeterminationoftheAAsequenceofinsulin(1953)isalandmarkinbiochemistrybecauseitshowedforthefirsttimethataproteinhasapreciselydefinedAAsequence.

3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)生物功能

1)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)舉例：

（1）胰島素（Insulin）MW：5700dalton，51個(gè)氨基酸殘基，A鏈21個(gè)殘基，B鏈30個(gè)殘基。A鏈內(nèi)有1個(gè)2硫鍵Cys6—

Cys11A.B鏈間有2個(gè)2硫鍵A.Cys7－B.Cys7

A.Cys20—

B.Cys19

（2）牛胰核糖核酸酶（RNase）

一條多肽鏈，124AA殘基組成，四個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，分子量12600.它是測(cè)出一級(jí)結(jié)構(gòu)的第一個(gè)酶分子。RNase同源蛋白質(zhì)（homologousprotein）：

不同的生物體內(nèi)具有同一功能的蛋白質(zhì)，由同一祖先進(jìn)化而來(lái)。如：hemoglobin具有輸送氧氣的功能，cytochrome在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組成部分。2)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系（1）同源蛋白質(zhì)與生物進(jìn)化（一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異）Homologousprotein的特點(diǎn)：①多肽鏈長(zhǎng)度相同或相近。②氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對(duì)所有種屬來(lái)說(shuō)都是相同的，稱(chēng)不變殘基（invariantresidue）。不變殘基高度保守，是必需殘基。③除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對(duì)不同的種屬有很大變化，稱(chēng)可變殘基（variableresidue）。可變殘基中，個(gè)別氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能。通過(guò)比較homologousprotein的氨基酸序列（aminoacidsequence）的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化(evolvement)。親源關(guān)系越遠(yuǎn)，homologousprotein的aminoacidsequence差異就越大。如：細(xì)胞色素C（cytochromec）氨基酸殘基：100個(gè)左右，單鏈。Blast比較aa差異：人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44/GenBank/BlastPIR(ProteinInformationResouce)EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataBank)分子病—指蛋白質(zhì)分子中由于AA排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變?cè)斐傻?。(DNAsequenceaminoacidssequence)

鐮刀型紅細(xì)胞貧血（sickle-cellanemia）：是由于hemoglobin發(fā)生了遺傳突變引起的。

鏈第6位的氨基酸殘基由正常的親水性的Glu變成了疏水的Val。

正常人血紅蛋白：β.NGlu6

鐮刀型貧血：β.NVal6（3）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病鐮刀狀紅細(xì)胞貧血病：病人體內(nèi)紅細(xì)胞的形狀為新月形，即鐮刀狀。此種細(xì)胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；再者，病變的細(xì)胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機(jī)能降低，使心臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡。（4）一級(jí)結(jié)構(gòu)的部分切除與蛋白質(zhì)的激活血液凝固的機(jī)理：凝血因子（clottingfactor）

凝血酶原凝血酶

血纖蛋白原血纖蛋白交聯(lián)的血纖蛋白凝塊在凝血因子(凝血酶原致活因子)催化下，凝血酶原分子中的Arg274—Thr275、Arg323—Ile324斷裂，釋放出A、B肽鏈，A、B肽鏈通過(guò)二硫鍵連接形成有活性的凝血酶（thrombin）。A鏈49氨基酸殘基。

B鏈259氨基酸殘基。A、凝血酶原的激活B.血纖蛋白原的激活（fibrinogen）

血纖蛋白原的結(jié)構(gòu)：

2β2

2

凝血酶在α鏈和β鏈的N端各斷裂一個(gè)特定的肽鍵-Arg-Gly-，釋放出血纖肽A（19個(gè)氨基酸）和血纖肽B（21個(gè)氨基酸），它們含有較多的酸性氨基酸。

A、B肽切除后，減少了蛋白質(zhì)分子的負(fù)電荷，在凝血因子X(jué)IIIa（血纖蛋白穩(wěn)定因子）催化下，血纖蛋白單體間形成共價(jià)?。℅ln-Lys結(jié)合），生成交聯(lián)的血纖蛋白（fibrin）。

preproinsulinproinsulininsulinsignalpeptidasepeptidase胰島素原的激活蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)只有一種或很少幾種穩(wěn)定構(gòu)象，稱(chēng)天然構(gòu)象。天然構(gòu)象蛋白質(zhì)具有生物活性，主鏈上的單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)。（一）蛋白質(zhì)的構(gòu)象(conformation)Why?

二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)與纖維狀蛋白

1.肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能繞鍵自由旋轉(zhuǎn)

2.組成肽鍵的原子都處于同一個(gè)酰胺平面內(nèi)。

蛋白質(zhì)多肽鏈空間折疊（構(gòu)象）的限制因素：

酰氨平面角角二面角(構(gòu)象角)★只有α碳原子連接的兩個(gè)鍵（Cα—N和Cα-C）是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)?！锃h(huán)繞Cα—N鍵旋轉(zhuǎn)的角度為Φ

環(huán)繞Cα—C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱(chēng)Ψ蛋白質(zhì)多肽鏈空間折疊的限制因素：Cα的二面角Φ和Ψ同時(shí)為180時(shí)，兩個(gè)相鄰肽單位呈充分伸展構(gòu)象。Φ和Ψ同時(shí)為0的構(gòu)象實(shí)際不存在。

二面角（Φ、Ψ）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非共價(jià)鍵合原子間的接近有無(wú)阻礙。

Cα上的R基的大小與帶電性影響Φ和Ψ。蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子間的最小接觸距離如下表：蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子之間的最小接觸距離(A)

CNOHCNOH3.20(3.00)2.9(2.80)2.8(2.70)2.4(2.20)2.7(2.60)2.7(2.60)2.4(2.20)2.7(2.60)2.4(2.20)2.00(1.90)o拉氏構(gòu)象圖：

Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子（non-covalently-bondedatom）間的最小接觸距離，確定了哪些二面角（Φ、Ψ）所確定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以Φ為橫坐標(biāo)，以Ψ為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱(chēng)拉氏構(gòu)象圖。

Gly除外。

Ramachandran構(gòu)象圖實(shí)線封閉區(qū)域?yàn)橐话阍试S區(qū)（7.7%)虛線封閉區(qū)域?yàn)樽畲笤试S區(qū)(20.3％)虛線外區(qū)域?yàn)椴辉试S區(qū)

(三)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(Secondarystructure)：

氫鍵是穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。Secondarystructure

element:-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲。★多肽主鏈按右手或左手方向盤(pán)繞，形成右手螺旋或左手螺旋，★相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵★構(gòu)成螺旋的每個(gè)Cα都取相同的二面角Φ、Ψ。1.-螺旋（-helix）1）α螺旋的一般特征：2）典型

-螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)A.二面角Φ=-57°,Ψ=-48°，幾乎都是右手螺旋。

B.每圈3.6個(gè)氨基酸殘基，高度0.54nm。C.每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸上升0.15nm。D.氨基酸殘基側(cè)鏈R基向外。E.相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鏈，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。F.肽鍵上C=0氧與它前面（N端）第三個(gè)殘基上的N-H氫間形成氫鍵。(c）Atopviewof

-helix.TheRgroupspointawayfromthelongaxisofthehelix.RRRRR試計(jì)算由122個(gè)氨基酸殘基組成的α-螺旋的軸長(zhǎng)。典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6個(gè)殘基，13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個(gè)原子。α螺旋的表示：

R側(cè)鏈的電荷和大小決定了α-螺旋的穩(wěn)定性。A、多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷的氨基酸殘基，不能形成穩(wěn)定的α-螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。B、R基大，空間位阻大，不易形成α-螺旋，如Ile。C、R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α-螺旋的形成。如多聚Ala，在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成α-螺旋。D、Pro中止α-螺旋3）R側(cè)鏈對(duì)α-螺旋穩(wěn)定性的影響4）pH對(duì)α-螺旋的影響

右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定。蛋白質(zhì)中的α-螺旋幾乎都是右手。但也有例外，在嗜熱菌蛋白酶中有很短的一段左手α-螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly（226-229）組成（φ+64°、Ψ+42°）。5）右手α-螺旋與左手α-螺旋由于α-螺旋結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱(chēng)的分子結(jié)構(gòu)，因而具有旋光性。

A.α碳原子的不對(duì)稱(chēng)性。

B.構(gòu)象本身的不對(duì)稱(chēng)性。α-螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和。6）α-螺旋結(jié)構(gòu)的旋光性2.

-折疊（-pleatedsheet）肽鏈平行聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的NH和C=0之間形成氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是β-折疊或

-折疊片。β-折疊也可以通過(guò)同一肽鏈180o回折形成。（1）氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。（2）多肽主鏈呈鋸齒狀折疊,

Cα位于折疊線上。（3）側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。

-折疊有兩種類(lèi)型：平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。

2.

-折疊的特點(diǎn)Normallyantiparallelformismorestablethanparallelform.

纖維狀蛋白質(zhì)中，β-折疊主要是反平行式，球狀蛋白質(zhì)中兩種方式都存在。在纖維狀蛋白質(zhì)的β-折疊中，氫鍵主要是在肽鏈之間形成；而在球狀蛋白質(zhì)中，β-折疊既可在不同肽鏈間形成，也可在同一肽鏈的不同部分之間形成。bsheetsaredepictedbyarrowsinproteinstructureschematicdiagramsParallelβ-arrayproteinsExamplesofantiparallelβ-sheetstructure

3.

-轉(zhuǎn)角(-turn)

亦稱(chēng)：-

reverseturn,-bend肽鏈出現(xiàn)的180°回折，由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H間形成氫鍵。

β轉(zhuǎn)角的特征：

A.4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成

B.主鏈骨架180°折疊

C.第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H形成氫鍵。

D.C1α與C4α之間距離小于0.7nmE.多數(shù)由親水氨基酸殘基組成（特別是Gly、Pro）β轉(zhuǎn)角主要存在于球狀蛋白分子的表面。4.無(wú)規(guī)卷曲或自由回轉(zhuǎn)（nonregular

coil,randomcoil）指無(wú)一定規(guī)律的松散盤(pán)曲的肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的功能部位常包含此構(gòu)象，靈活易變。Randomcoilsbetweenalphahelicesorbetasheetsoftenareveryimportantfunctionaldomainsofproteins.（四）超二級(jí)結(jié)構(gòu)

（super-secondarystructure）超二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位（-螺旋或-折疊或-轉(zhuǎn)角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型：、、1.αα結(jié)構(gòu)

由兩股或三股右手α-螺旋彼此纏繞形成的左手旋，存在于α-角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纖維蛋白原中。2.

βxβ結(jié)構(gòu)

兩段平行式的β-折疊通過(guò)一段連接鏈（x結(jié)構(gòu))）連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。①βcβ：x為無(wú)規(guī)卷曲

②βαβ:x為α-螺旋，最常見(jiàn)的是βαβαβ，稱(chēng)Rossmann折疊，存在于蘋(píng)果酸脫氫酶，乳酸脫氫酶中。

3.

β曲折（β-meander）由三條（以上）相鄰的反平行式的β-折疊鏈通過(guò)緊湊的β-轉(zhuǎn)角連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。

4.

回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（希臘鑰匙）A.ααB.βαβC.βαβαβ(Rossmannpleat)D.β-meander

E.GreekkeyEExamplesoftheso-calledGreekkeyantiparallelβ-sheetstructure

5.β-折疊桶(β-barrel)

多條β-折疊構(gòu)成的β-折疊層，卷成一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，一般由5-15條β-折疊股組成,筒中心由疏水氨基酸殘基組成。bsheetsoftenfoldbackuponthemselvestoformbbarrels

含大量的α-螺旋或β-折疊片，整個(gè)分子呈纖維狀，廣泛分布于動(dòng)物體內(nèi)，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的50%以上，起支架和保護(hù)作用。（五）

纖維狀蛋白(Fibrousprotein)

（1）角蛋白

Keratin廣泛存在于動(dòng)物的皮膚及皮膚的衍生物，包括

-角蛋白和

-角蛋白。

-角蛋白（毛發(fā)）一般是由三條右手

-螺旋肽鏈形成一個(gè)原纖維,原纖維的肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性

-角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)

-角蛋白被過(guò)度拉伸時(shí)，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時(shí)

-角蛋白轉(zhuǎn)變成

-折疊結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為

-角蛋白。燙發(fā)的生化機(jī)理。

-角蛋白分子中的二硫鍵Protofibril=3

-helixMicrofibril=11ProtofibrilMacrofibril=n100Microfibril（2）-角蛋白絲心蛋白(fibroin)：以β-折疊結(jié)構(gòu)為主。反平行式β-折疊片的多層堆積結(jié)構(gòu)，鏈間主要以氫鍵結(jié)合，層間主要靠范德華力維系。富含Gly、Ala、Ser。絲蛋白的結(jié)構(gòu)絲蛋白的肽鏈通常是由多個(gè)六肽單元重復(fù)而成。這六肽的氨基酸順序?yàn)椋?/p>

-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(TertiaryStructure)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域(structuraldomain)：指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲、折疊形成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體。（P64）DomainstructureofproteinsItisusefultothinkofproteinsascontainingdiscretedomainswhoseconformationisgenerallyindependentofotherdomainsintheproteinThedomainsareusuallyglobularandconsistof100to400aminoacidsthatfoldindependentlyWethinkofthesedomainsas“beadsonastring”O(jiān)fteneachdomainisencodedbyadistinctexonofageneTertiaryStructure球狀蛋白的三維特征含幾種類(lèi)型的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件具明顯的折疊層次依賴(lài)疏水作用力形成致密的球狀實(shí)體分子表面有一個(gè)空穴Figure3.45.DistributionofAminoAcidsinMyoglobin.(A)Aspace-fillingmodelofmyoglobinwithhydrophobicaminoacidsshowninyellow,chargedaminoacidsshowninblue,andothersshowninwhite.Thesurfaceofthemoleculehasmanychargedaminoacids,aswellassomehydrophobicaminoacids.(B)Across-sectionalviewshowsthatmostlyhydrophobicaminoacidsarefoundontheinsideofthestructure,whereasthechargedaminoacidsarefoundontheproteinsurface.2.維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力氫鍵范德華力:分子間及基團(tuán)間作用力疏水鍵（疏水相互作用）:在水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。這一現(xiàn)象稱(chēng)為疏水相互作用。離子鍵（鹽鍵）二硫鍵:二硫鍵不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，但三級(jí)結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定構(gòu)象。疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用，它是使蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行折疊的主要驅(qū)動(dòng)力。2.維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力3.肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)與功能（1）肌紅蛋白（myoglobin，Mb）的功能：哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)存氧并運(yùn)輸氧的蛋白。（2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1963年，Kendrew：一級(jí)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螚l肽鏈，153個(gè)aa，其中的83個(gè)aa為保守序列,含有一分子血紅素輔基，分子量17600。二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是α-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲連接。三級(jí)結(jié)構(gòu)：扁平的菱形，屬于球蛋白。

其三級(jí)結(jié)構(gòu)在分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中.

肌紅蛋白肽鏈共折疊成8段較直的-螺旋體（A-H），最長(zhǎng)的有23個(gè)氨基酸殘基，最短的有7個(gè)氨基酸殘基。拐彎處多由Pro、Ser、Ile、Thr等組成。分子中幾乎80%的氨基酸殘基處在α-螺旋區(qū)內(nèi)。血紅素（鐵卟啉）輔基的結(jié)構(gòu)及其氧合部位輔基：血紅素（鐵卟啉），原卟啉IX與Fe的絡(luò)合物,扁平狀，結(jié)合在肌紅蛋白表面的一個(gè)洞穴內(nèi)。原卟啉CO可以與O2競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合Mb。肌紅蛋白（myoglobin，Mb）解離平衡：MbO2Mb+O2

解離平衡常數(shù)：（3）肌紅蛋白的氧合曲線….(1)在給定氧壓下肌紅蛋白的氧飽和度：MbO2占肌紅蛋白總數(shù)的百分?jǐn)?shù)Y代表在給定的氧壓下肌紅蛋白的氧飽和度?！?.(2)由（1）（2）可得：（3）肌紅蛋白的氧合曲線Y=1時(shí)，表明所有肌紅蛋白的氧合位置均被占據(jù)，即肌紅蛋白為氧飽和。(Mb=0)Y=0.5時(shí)，肌紅蛋白的一半被飽和，故解離常數(shù)為肌紅蛋白一半被飽和時(shí)的氧壓，即K＝PO2＝P50。(Mb=MbO2)肌紅蛋白的氧合曲線從圖中可以看出，Mb傾向于結(jié)合氧氣而不愿意放出氧氣，所以它的功能是儲(chǔ)存氧氣（P50＝2torr），只有在PO2極低的時(shí)候（體內(nèi)缺氧的時(shí)候）它才釋放出氧氣。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)：多個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基，通過(guò)非共價(jià)鍵聚集形成的特定構(gòu)象。一般情況下，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有的肽鏈不會(huì)太多，故稱(chēng)這類(lèi)蛋白質(zhì)為寡聚蛋白。

實(shí)質(zhì)：蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上研究亞基之間的相互作用、空間排布及亞基接觸部位的空間布局。1.定義2.維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力在蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。注意：不包括二硫鍵！疏水鍵是最主要的作用力。3.血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）血紅蛋白的功能：存在動(dòng)物血液的紅細(xì)胞中，具有運(yùn)輸O2和CO2的功能；血紅蛋白還能和H+結(jié)合，從而可以維持體內(nèi)pH.（2）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結(jié)構(gòu)和功能大同小異，此處以HbA為例。

一級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈，α2β2。α141，β146，每條肽鏈都結(jié)合著一分子的血紅素，在亞基締合形成的中央空穴內(nèi)有一分子BPG（2,3-二磷酸甘油酸）。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb,幾乎全是α-右手螺旋，中間由無(wú)規(guī)卷曲連接。

三級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb,扁平的菱形，屬于球蛋白。

四級(jí)結(jié)構(gòu)：4個(gè)亞基占據(jù)著4面體的4個(gè)角，鏈間以離子鍵結(jié)合，一條α鏈與一條β鏈形成二聚體，Hb可以看成是（αβ）2，在二聚體內(nèi)結(jié)合緊密，接觸面積大（B、G、H、GH共30多個(gè)AA，packingcontact），在二聚體之間結(jié)合疏松（C、G、FG，19AA，slidingcontact）。氧合引起的血紅蛋白的構(gòu)象變化非氧合蛋白中四個(gè)亞基間的相互作用P78與氧結(jié)合時(shí)血紅蛋白的變構(gòu)過(guò)程血紅素中鐵原子的變化高自旋狀態(tài)低自旋（非氧合，原子半徑較大）（氧合，原子半徑較小）與氧結(jié)合時(shí)血紅蛋白的變構(gòu)過(guò)程亞基三級(jí)結(jié)構(gòu)及整個(gè)蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化

鐵原子的位移F8His的位移使F螺旋、EF拐角及FG拐角發(fā)生位移F螺旋向H螺旋移動(dòng)擠出HC2Tyr

導(dǎo)致四級(jí)結(jié)構(gòu)的鹽橋破壞擠出BPG分子。

T構(gòu)象R構(gòu)象O2

構(gòu)象緊密構(gòu)象松弛氧親和力低氧親和力高（allostericeffect）：寡聚蛋白亞基除了有活性部位外，還有別構(gòu)部位結(jié)合調(diào)節(jié)物?；钚圆课恢g以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過(guò)蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用，并最終引起其功能改變的現(xiàn)象。具有協(xié)同性。協(xié)同效應(yīng)（cooperativityeffect）別構(gòu)效應(yīng)(b)齊變模型序變模型四個(gè)亞基之間具有正協(xié)同效應(yīng)，因此，它的氧合曲線是S型曲線C.血紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白S形氧合曲線的生理意義協(xié)同效應(yīng)可增加血紅蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地輸送氧氣。肺泡氧壓Po2=100torr，Y=0.97。

肌肉毛細(xì)血管Po2=20torr，Y=0.25。(血紅蛋白P50=26torr，肌紅蛋白P50=2torr)

釋放氧：△Y=0.97-0.25=0.724Mb:4Hb:D.H+、CO2和BPG對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響

H+、CO2的影響1914年，C.Bohr發(fā)現(xiàn)，高濃度的H+和CO2促使氧合血紅蛋白分子釋放O2，而高濃度的O2促使脫氧血紅蛋白分子釋放H+和CO2。——血紅蛋白對(duì)O2、H+和CO2結(jié)合的這種相互關(guān)系叫波耳效應(yīng)HbO2+H++CO2肌肉pH7.2肺泡pH7.6HbH+CO2+O2波耳效應(yīng)的生理意義pH對(duì)血紅蛋白氧合的影響H+的結(jié)合部位

146-His

N-Val

122-His使血紅蛋白保持T態(tài)CO2的結(jié)合部位四個(gè)亞基N-末端氨基Hb-NH2+CO2（氧合態(tài)）Hb-NH-COO-+H+氨甲酰衍生物BPG的影響：

Hb-BPG+4O2Hb(O2)4+BPGBPG降低血紅蛋白親氧能力的重要生理意義：血紅蛋白是一個(gè)別構(gòu)蛋白，BPG是它的負(fù)效應(yīng)物。無(wú)BPG時(shí)，P50=2torr，BPG=4.5mM時(shí)，P50=26torr。BPG與血紅蛋白的兩個(gè)β亞基形成鹽鍵穩(wěn)定了血紅蛋白的T態(tài)的構(gòu)象，降低脫氧血紅蛋白與氧的親和力，加大血紅蛋白的卸氧量。提高了血紅蛋白的輸氧效率。BPG和O2對(duì)血紅蛋白的結(jié)合是排斥的1.00.5Po2Y有BPG

小結(jié)：氧的S形結(jié)合，Bohr效應(yīng)和BPG效應(yīng)物的調(diào)節(jié)使得Hb的輸氧能力達(dá)到最高效率。同時(shí)，Hb使機(jī)體的pH也維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。

Hb的別構(gòu)效應(yīng)充分反映了它的生物學(xué)適應(yīng)性，結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性。E.胎兒血紅蛋白的氧合能力大于HbA胎兒血紅蛋白（HbF）為

2

2，而成人血紅蛋白(HbA)為2

2，

與的區(qū)別為：

143—His

(BPG與

亞基的結(jié)合部位：

Val1--NH3+Lys82--NH3+His143-咪唑基)

143——Ser，使HbF與BPG的結(jié)合能力減弱，因而增加了HbF對(duì)氧的親和力。其意義在于胎兒血液流經(jīng)胎盤(pán)時(shí)HbF可以從母體HbA獲得O2。

五、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（一）抗原與抗體的一般概念抗原（antigen）是指進(jìn)入異體機(jī)體后，能致敏淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異抗體，并能與抗體特異結(jié)合的物質(zhì)，如：多糖、核酸和蛋白質(zhì)等?？乖瓫Q定簇（antigenicdeterminant）：抗原分子表面決定或控制抗原性的化學(xué)基團(tuán)?？乖瓫Q定簇的作用：A.被免疫活性細(xì)胞識(shí)別，激活免疫活性細(xì)胞產(chǎn)生抗體。B.與相應(yīng)抗體結(jié)合

免疫反應(yīng)：淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞抗體（antibody）：是免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)，機(jī)體在遭遇抗原侵入時(shí)，自身產(chǎn)生一種能特異結(jié)合抗原的物質(zhì)。抗體的特點(diǎn)：高度特異性和多樣性幾乎所有的外源蛋白都能誘導(dǎo)相應(yīng)的特異性抗體，人體內(nèi)任一時(shí)刻約有10000種抗體存在。Tcellreceptorsonlyrecognizeantigenonthesurfaceofothercells,notantigeninsolution,byrequiringantigentobeboundtoMHCproteinsonthesurfaceofothercellstoberecognized.CytotoxicTcellsrecognizeantigenboundtoMHCIonthesurfaceofothercellsandhelperTcellsrecognizeantigenboundtoMHCIIonantigen-presentingcells.CD4(helperTcells)andCD8(cytotoxicTcells)arecofactorsinMHCrecognition.TH細(xì)胞被激活后分泌淋巴因子，激活B細(xì)胞、Tc細(xì)胞、巨噬細(xì)胞。

Tc細(xì)胞被激活不分泌淋巴因子，而是獲得胞毒活性。（二）免疫球蛋白的分類(lèi)

人的免疫球蛋白分5類(lèi)：

IgA(存在于分泌液中的一類(lèi)主要抗體)

IgD（功能尚未知）

IgE（對(duì)過(guò)敏原的免疫）

IgG（血液中存在的主要抗體）

IgM（可與入