蛋白质结构和功能

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）

1 蛋白质的结构和功能

内容提要

一、氨基酸的结构

蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有20种。每个氨基酸的α-碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链R基团。20种氨基酸结构的差别就在于它们的R基团结构的不同。根据侧链R基团的极性，20种氨基酸可分为四大类：非极性R基（8种）；不带电荷的极性R基（7种）；带负电荷的R基（2种）；带正电荷的R基（3种）。

二、氨基酸的性质

氨基酸含有酸性的羧基和碱性的氨基，是两性电解质。有些氨基酸的侧链还含有可解离的基团，其带电状况取决于它们的pK值。不同氨基酸所带的可解离基团不同，等电点不同。

除Gly外都有不对称碳原子，具有D-型和L-型构型，具有旋光性，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-型。Phe、Tyr和Trp具有紫外吸收特性，大多数蛋白质都具有这些氨基酸，所以蛋白质在280nm处有特征吸收。

氨基酸的α-羧基和α-氨基具有化学反应性，许多氨基酸的侧链还含有羟基、氨基、羧基等可解离基团。重要的化学反应有：（1）茚三酮反应，α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应，生成蓝紫色化合物，Pro与茚三酮生成黄色化合物。（2）Sanger反应，α-NH2与2,4-二硝基氟苯作用产生相应的DNB-氨基酸。（3）Edman反应，α-NH2与苯异硫氰酸酯作用产生相应的氨基酸的苯氨基硫甲酰衍生物（PIT-氨基酸）。Sanger反应和Edmen反应均可用于蛋白质多肽链N端氨基酸的测定。

三、蛋白质的结构

蛋白质是具有特定构象的大分子，分为四个结构水平，包括一级、二级、三级和四级结构。一般将二级结构、三级结构和四级结构称为三维构象或高级结构。

一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，肽键具有部分双键的性质，整个肽单位是一个刚性的平面结构。多肽链的含游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，另一端含一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。

第一章蛋白质的结构与功能

一、选择题：1.蛋白质的基本组成单位是:

A.L-α-氨基酸B.L-β-氨基酸C.D-α-氨基酸

D.D-β-氨基酸E.D-γ-氨基酸

2.天然蛋白质分子量由多少种氨基酸组成？

A.16种B.20种C.22种

D.32种E.64种

3.蛋白质的含氮量约为:

A.16%B.6.25%C.18%

D.20%E.30%

4.关于蛋白分子中的肽键，下列哪项叙述是错误的？

A.肽键具有部分双键的性质

B.肽键及其相关的6个原子位于一个刚性平面

C.肽键是连接氨基酸的主键

D.与肽键相连的α-碳原子两侧的单键可以自由旋转

E.肽键可以自由旋转

5.蛋白质分子中α-螺旋构象的特点是:

A.肽键平面呈螺旋状

B.多为左手螺旋C.靠盐键(离子键)维持稳定

D.螺旋方向与长轴垂直

E.一般为右手螺旋

6.下列哪种结构不属于蛋白质的二级结构？

A.α-螺旋B.β-折叠C.β-转角

D.无规卷曲E.右手双螺旋

7.具有四级结构的蛋白质的特征是

A.分子中必定含有辅基

B.每条多肽链都具有完整的生物学活性

C.由两条或两条以上具有完整三级结构的多肽链借次级键缔合而成

D.四级结构的稳定性由肽键维持

E.蛋白质必定经过合成后修饰

8.蛋白质变性是由于

A.氨基酸的组成改变

B.氨基酸的排列顺序改变

C.肽键的断裂

D.蛋白质空间结构被破坏

E.蛋白质分子的表面电荷及水化膜破坏

9.有关分子伴侣的叙述正确的是

A.可以促进肽链的正确折叠

B.可以维持蛋白质的空间构象

C.在二硫键的正确配对中不起作用

D.在亚基聚合时发挥重要作用E.可以促进蛋白质的变性

10.胰岛素分子中的共价键除肽键外还有？

A.离子键B.二硫键C.氢键

D.疏水键E.范德华引力

二、名词解释：肽单元蛋白质变性

三、问答1.简述蛋白质α-螺旋的特征。

2.举例说明蛋白质空间结构与功能关系。

四、参考答案(一)选择题1.A2.B3.A4.E5.E

6.E7.C8.D9.A10.B

（郑辉）