蛋白质的结构与功能

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。

一级结构是蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。

蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架本身在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。常见的二级结构有α螺旋、三股螺旋、β折叠、β转角、β凸起和无规卷曲。α螺旋中肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展，它可能是极性的、疏水的或两亲的。β折叠是肽链的一种相当伸展的结构，有平行和反平行两种。如果β股交替出现极性残基和非极性残基，那么就可以形成两亲的β折叠。β转角指伸展的肽链形成180°的U形回折结构而改变了肽链的方向。β凸起是由于β折叠股中额外插入一个氨基酸残基而形成的，它也能改变多肽链的走向。无规卷曲是在蛋白质分子中的一些极不规则的二级结构的总称。无规卷曲无固定走向，有时以环的形式存在，但不是任意变动的。从结构的稳定性上看，右手α螺旋＞β折叠＞ U型回折＞无规卷曲，但在功能上，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，α右手螺旋和β折叠一般只起支持作用。

蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体和结构域组成。稳定三级结构的化学键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力、金属配位键和二硫键。模体可用在一级结构上，特指具有特殊生化功能的序列模体，也可被用于功能模体或结构模体，相当于超二级结构。结构模体是结构域的组分，基本形式有αα、βαβ和βββ等。常见的模体包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α 螺旋-环-α 螺旋、Rossmann卷曲和希腊钥匙模体。结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块，由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相关。一个结构域通常由一段连续的氨基酸序列组成。根据其占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五大类：α 结构域、β结构域、α/β结构域、α+β结构域、交联结构域。以上每一类结构域的二级结构元件可能有不同的组织方式，每一种组织就是一种结构模体。这些结构域都有疏水的核心，疏水核心是结构域稳定所必需的。

蛋白质的结构与功能

1、蛋白质含量的计算

各种蛋白质含氮量很接近，平均为16%

每克样品含氮克数*6.25*100=100g样品中蛋白质含量（g%）

2、L-α氨基酸是蛋白质的基本结构单位

L-α氨基酸通式：

体内也存在不参与蛋白质合成但具有重要生理作用的L-α氨基酸

如合成尿素的鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸代琥珀酸

3、氨基酸可根据其侧链结构和理化性质进行分类

非极性脂肪族氨基酸（7种）、极性中性氨基酸（5种）、芳香族氨基酸（3种）、酸性氨基酸（2种）、碱性氨基酸（3种）

非极性氨基酸在水溶液中溶解度小于极性中性氨基酸

芳香族氨基酸中的苯基疏水性较强，酚基吲哚基在一定条件下可解离

4、氨基酸具有共同或特异的理化性质

氨基酸具有两性解离性质

氨基酸的等电点：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同，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为氨基酸的等电点

含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质

吸收峰在280nm波长附近

氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物

弱酸性、加热

5、氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或肽

寡肽：2-20个氨基酸相连而成的肽

蛋白质的氨基酸残基数一般在50个以上，50个氨基酸残基以下仍称为多肽

6、生物活性肽具有生理活性及多样性

谷胱甘肽(GSH)

由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽

GSH与GSSG之间可以转换

GSH的巯基有嗜核特性

多肽类激素及神经肽体

蛋白质的分子结构

1、一级结构（primary structure）

定义：蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。

理解：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。

例子：牛胰岛素是第一个被测定一级结构的蛋白质分子，由英国化学家Frederick Sanger于1953年完成。

2、二级结构（secondary structure）

蛋白质的结构与功能

蛋白质是构成生命体的重要有机物之一。不仅在细胞内承担着结构、代谢和传递信息等重要功能，也是生物体外形态、机能和复杂性的重要基础。蛋白质的结构与功能密不可分，下面就让我们探讨一下蛋白质的结构与功能。

一、蛋白质的结构

蛋白质主要由氨基酸构成，共有20种氨基酸，可以通过不同的排列组合形成不同的蛋白质。蛋白质的三级结构可以分为原生态、二级和三级结构。

原生态结构指的是蛋白质最初的线性结构。蛋白质的二级结构是指在原生态结构的基础上，一段蛋白质链上氢键的形成以及立体的构造所形成的结构，如 α-螺旋、β-折叠片等结构。 最后，蛋白质的三级结构就是由二级结构之上的空间构造而形成的，可以形成其他种类的空间形态，如球形、管形、片状等。通过一系列的化学反应和调整，蛋白质在相应的化学环境下自行形成三维结构，从而产生相应的生物学功能。

此外，蛋白质的结构还会受到一些其他因素的影响，比如高温、酸、盐等。在这些条件下，蛋白质会发生结构变性，从而产生功能失调。无论是正常的生长和发育，还是健康生活的维持，蛋白质的合理结构是至关重要的。

二、蛋白质的功能

蛋白质的功能主要与其结构密切相关。首先，蛋白质是构成生命体的基本物质之一，内含有大量重要的生命活动所需的功能性蛋白质，如酶和激素等，从而掌控和维持生物体的正常运转。另外，蛋白质也是细胞内膜和细胞质骨架构建的主要物质之一，同时也是细胞内的信号转导、应激响应等基础操作的重要组成部分，包括有信号媒介转运和传导等功能。 此外，蛋白质还可以与其他生物体的分子相互作用，从而发挥进一步的作用。比如，它们可以与DNA和RNA结合，控制某一基因表达的转录调节作用，完成细胞功能的稳定和调节。此外，蛋白质还可以与病原体、微生物等非自身物质相互作用，发挥抗病毒、抗细菌等作用。

三、蛋白质的应用

蛋白质的三级结构和功能对其应用有着重要的意义。首先，蛋白质是生物医药、食品安全、环境检测等领域中的重要研究对象。它广泛应用于蛋白质药物、生物评价、病毒研究等方面。其次，利用蛋白质的特定结构和特异性识别性质制作生物传感器和捕捉肽也成为前沿研究的一个新领域。此外，蛋白质工程技术也被广泛应用于各个领域中，可以通过定向进化等方法来进行新药开发、制备生态材料、污染处理等，具有广阔的应用前景。

青海大学医学院

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基础医学部生化教研室 第一章 蛋白质的结构与功能

一、名词解释

1. 等电点 2. 肽单元 3. 协同效应 4. 蛋白质的变性 5. 分子伴侣

二、单项选择题

1．测得某一蛋白质样品氮含量为0．2克，此样品约含蛋白质多少克

A.1.00克 B.1.25克 C.1.50克 D.3.20克 E.6.25克

2. 维系蛋白质一级结构的主要化学键是

A.盐键 B.疏水键 C.氢键 D.二硫键 E.肽键

3. 蛋白质吸收紫外光能力的大小，主要取决于

A.含硫氨基酸的多少 B.脂肪族氨基酸的多少

C.碱性氨基酸的多少 D.芳香族氨基酸的多少

E.亚氨基酸的含量多少

4．关于肽键特点描述的错误是

A.肽键中的C-N键较N-C键短

B.肽键中的C-N键有单，双键双重性

C.肽键有顺反两种构型

D.与C-N相连的六个原子处于同一平面

E.肽键的旋转性，使蛋白质形成各种立体构象

5. 关于蛋白质二级结构的描述，其中错误的是

A.每种蛋白质分子必须有二级结构形式

B.有的蛋白质几乎整个分子都折叠成片层状

C.有的蛋白质几乎整个分子都呈a-螺旋状

D.几种二级结构形式可用处于同一蛋白质分子中

E.大多数蛋白质都有β-回折和三股螺旋结构

6. α-螺旋的特点是：

A.左手螺旋

B.由4.6个氨基酸残基构成一圈

C.由肽键维持稳定

D.在脯氨酸残基处，螺旋最稳定

E.以上都不对

7.合成蛋白质后才由前体转变而成的氨基酸是

A.脯氨酸 B.赖氨酸 C.谷氨酰胺 D.天冬氨酰 E.羟脯氨酸

三、问答题

1. 试述GSH的组成及生物学意义。

2. 说明蛋白质的功能与结构的关系。