2蛋白质

三、生物活性肽 (bioactive peptide)
谷胱甘肽 （glutathione, GSH） 多肽类激素

如催产素、加压素、血管紧张素、促肾上腺皮质激 素、促甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素等

神经肽（neuropeptide）
如脑啡肽、 β-内啡肽、强啡肽、孤啡肽、P物质、 神经肽Y等
亚基(subunit)：由一条或几条多肽链缠绕形成的具有独立三级
结构的蛋白质。
由两个或两个以上亚基之 间彼此以非共价键相互作用形 成的更为复杂的空间构象，称 为蛋白质的四级结构。
主要稳定因素： 氢键、离子键
血红蛋白四级结构示意图
蛋 白 质 的 结 构
五、蛋白质的分类
按组成成分： 单纯蛋白（仅含氨基酸） 结合蛋白（单纯蛋白+辅基） 按形状分： 球蛋白 纤维蛋白
称其为“模体”（motif）。
三、蛋白质的三级结构(tertiary structure)
蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上,由于氨 基酸残基侧链R基的相互作用进一步盘曲或折迭而形成的特定 构象。也就是整条多肽链中所有原子或基团在三维空间的排 布位置。 肌红蛋白 (myoglobin, Mb) 一条长为153个氨基 酸的多肽链和一个血 红素辅基组成。共有 8段-螺旋结构(A-H）
分子伴侣 （chaperon）
帮助新生蛋白质的 正确折叠、装配、跨 膜运输和转位，阻止
热休克蛋白 Heat shock proteins, HSPs
蛋白质的变性和聚集，
参与错误折叠的蛋白 质的水解，抑制错误 折叠的蛋白质的分泌。
伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用
四、蛋白质的四级结构（quaternary structure）
2.97
谷氨酸
glutamic acid
3.22
δγβ
精氨酸 δ-胍基
arginine
Arg
R
10.76
组氨酸
histidine
His
H
7.59
咪唑基—杂环氨基酸
1968年美国Dudrick，在研究人体营养学工作中，利用
结晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。因
此氨基酸营养输液是继“疫苗”、“维生素”、“抗生素” 之后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。
组成人体蛋白质的氨基酸都为L-α-AA（Gly, Pro除 外）。
氨基酸的分类
按侧链的结构和理化性质可分为：
非极性、疏水性氨基酸
极性、中性氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸
甘氨酸 丙氨酸
glycine alanine
Gly Ala
G A
5.97 6.00 5.96 5.98 6.02 5.48
缬氨酸 valine Val 支 缬氨酸 Val V 链 氨 亮氨酸 leucine Leu Leu L 亮氨酸 基 酸 异亮氨酸 Ile I 异亮氨酸 isoleucine 苯丙氨酸 苯丙氨酸 phenylalanine Phe 芳香族氨基酸 proline Pro P 亚氨基酸 吡咯烷环--杂环氨基酸 脯氨酸 脯氨酸 F
蛋白质的一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残 基的排列顺序。主要化学键是肽键，有的还包含二硫 键。
二、蛋白质的二级结构(secondary structure) 蛋白质二级结构是指多肽链的主链骨架 中若干肽单元，各自沿一定的轴盘旋或折叠， 并以氢键为主要次级键而形成的有规则或无 规则的构象，如α-螺旋、β-折叠、β-转角和 无规卷曲等。蛋白质二级结构一般不涉及氨 基酸残基侧链的构象。
无规卷曲 (random coil)
α-helix
① 多个肽平 面通过Cα的 旋转，相互之 间紧密盘曲成 稳固的右手螺 旋。
α-helix
② 主链螺旋 上升，每3.6个 氨基酸残基上 升一圈，螺距 0.54nm。肽平 面和螺旋长轴 平行。
α-helix
③ 相邻两圈螺旋 之间借肽键中羰基氧 (C＝O)和亚氨基氢 (NH)形成许多链内氢 键，即每一个氨基酸 残基中的亚氨基氢和 前面相隔三个残基的 羰基氧之间形成氢键， 这是稳定α-螺旋的 主要化学键。
我国氨基酸类药物的发展
1953年药典，1960年药典都为0； 1977年药典为4种； 1985年药典为3种； 1990年药典为5种； 1995年药典为12种； 1998年增补版药典为26种； 2000年药典原料药22种，制剂4种。
氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
在某一溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势 及程度相等，呈电中性，此时该溶液的pH值即为该氨基 酸的等电点 (isoelectric point，pI )。
5.48 5.74
5.41
谷氨酰胺 谷氨酰胺 glutamine
苏氨酸 苏氨酸 threonine
Gln Gln
Q
5.65
Thr Thr T
5.60
3. 酸性氨基酸 天冬氨酸 aspartic acid γβ 4. 碱性氨基酸 εδγβ 赖氨酸 lysine Lys K
9.74
Asp Glu
D E
二级结构的主要结构单位——肽单元（peptide unit）
二级结构的主要化学键 ——氢键 (hydrogen bond)
肽单元（peptide unit）
肽键与相邻的两个α-C原子所组成的残基，称为肽单 元、肽单位、肽平面或酰胺平面(amide plane)。它们均 位于同一个平面上，且两个α-C原子呈反式排列。
谷胱甘肽（glutathione, GSH）
γ-肽键
还原型
氧化型
(1) 体内重要的还原剂 保护蛋白质和酶分子中的巯基免遭氧化， 使蛋白质处于活性状态。 (2) 谷胱甘肽的巯基作用 可以与致癌剂或药物等结合,从而阻断这 些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，保护机体免遭毒性损害。
促甲状腺素释放激素（3肽）
第一篇 生物大分子的结构与功能
蛋白质 protein 核酸 nucleic acid 酶 enzyme
第一章 蛋白质的结构与功能
protein Pro, Pr, P
蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几
乎参与了生命活动的所有过程。
分布广
含量：约占固体成分的近1/2（45%） 种类：一个真核细胞达数千种，每一种 均有其特定的结构与功能
模体是具有特殊功能的超二级结构
在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具 有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一
个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。 二级结构组合形式主要有3种：αα，βαβ，ββ 。
模体是具有特殊功能的超二级结构
许多蛋白质分子中可以有二个或三个具有二级结构
的肽段，在空间位置上相互接近，形成特殊的空间结构，
由下丘脑分泌，促进腺垂体分泌促甲状腺素。
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质是氨基酸
通过肽键相连形成的
具有三维结构的生物
大分子。一般将蛋白
质分子的结构分为四
个层次来学习。
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase
一、蛋白质的一级结构(primary structure)
第三节 蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质的一级结构与功能的关系
1. 蛋白质一级结构是空间结构的基础 蛋白质的一级结构决定蛋白质空间
结构，进而决定蛋白质的生物学功能。
Anfinsen经典实验
变性核糖核酸酶来自复性2. 相似的一级结构有相同或相似的生物学功能
B30 B30 B30
3. 一级结构关键部位的改变影响其生物学活性
β–turn
蛋白质分子中，肽链经 常会出现180°的回折， 在这种回折角处的构象 就是β-转角(β-turn) 或称β-折角(β-bend)。 β-转角中，第一个氨 基酸残基的羰基氧与第 四个残基的亚氨基氢形 成氢键，从而使结构稳 定。
氢键
random coil
无规卷曲泛指那些不能被归入明确的二级结构 如折叠或螺旋的多肽区段。实际上这些区段大多数 既不是卷曲，也不是完全无规的。这些“无规卷曲” 也像其它二级结构那样是明确而稳定的结构，但是 它们受氨基酸残基侧链R基相互作用的影响很大。这 类有序的非重复性结构经常构成酶活性部位和其它 蛋白质特异的功能部位。
肽单元具有这样一些特性： (1)早在1925年，Pauling等人就发现，肽键 中的C-N键长0.132nm，比相邻的C-N单键 (0.147nm)短，而较一般C=N双键(0.128nm)长。 可见，肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间， 具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将 其固定在一个平面之内。
C C N O
H C
C H C N O C
(2) 肽键的C及N 周围三个键角之 和均为360°，说 明都处于一个平 面上，也就是说 肽单元的六个原 子基本上同处于 一个平面，是一 个刚性平面，这 就是肽键平面。
(3) 肽键中的C-N既然具有双键性质，就会有顺 反不同的立体异构，已证实肽单元两个α-碳原子 呈反向分布。

COOH H 2N C R H


1. 20种AA中除Pro外，与羧基相 连的α-碳原子上都有一个氨基， 因而称α-氨基酸。 2. 不同的α-AA，其R侧链不同。 氨基酸R侧链对蛋白质空间结构和 理化性质有重要影响。 3. 除Gly的R侧链为H原子外，其 他AA的α-碳原子都是不对称碳原 子，可形成不同的构型，因而具 有旋光性。
功能: 储存O2
血红素的结构式
肌红蛋白结合氧示意图
蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，包括氢键、盐
键、疏水键以及范德华力等。此外， 某些蛋白质中二硫键也起
着重要的作用。 二硫键
结构域(domain):大 分子蛋白质三级结构