《生物化学》第二章

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第一节 蛋白质的分子组成
三、氨基酸的连接方式
氨基酸残基
多肽是链状化合物，又称为多肽链，是蛋白质 的基本结构。有些蛋白质由一条多肽链构成，有些 蛋白质由两条或两条以上的多肽链构成，其中每条 多肽链可以是相同的，也可以是不同的。
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第一节 蛋白质的分子组成
三、氨基酸的连接方式
多肽主链
另外，虽然亚基具有独立的三级结构，但单独存在时无生物活性。例如，血红蛋白（上图）由四个 亚基组成，每个亚基在含氧量高的地方均能结合一分子的氧，在含氧量低时，释放所结合的氧。但任何 一个亚基单独存在时，只能结合氧，不能释放氧，不具有血红蛋白的运氧作用。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
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过渡页
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第二节 蛋白质的分子结构
蛋白质的一级结构 蛋白质的空间结构 蛋白质结构与功能的关系
第二节 蛋白质的分子结构
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第二节 蛋白质的分子结构
一、蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构（primary structure）是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，由基因上遗传密 码的排列顺序决定（详见第七章），是蛋白质最基本的结构。
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第一节
蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成
对已获得的蛋白质结晶纯品进行元素分析，得知蛋白质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮 （N）、硫（S）5种元素组成。另外，蛋白质可能还会含有磷（P）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、 硼（B）、锰（Mn）、碘（I）、钼（Mo）等元素。
思 已知：① 生物界有多种不同类型的蛋白质，每种蛋白质的含氮量十分接近， 平均约为16%；
非必需氨基酸
非必需氨基酸可在动物体内合成，作为营养源不 需要从外部补充。
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第一节 蛋白质的分子组成
三、氨基酸的连接方式
在蛋白质分子中，氨基酸之间通过肽键相互连接。氨基酸之间通过肽键相互连接。肽键是蛋白质分子 结构中的基本化学键，由一个氨基酸的α-羧基（—COOH）和另一个氨基酸的α-氨基（—NH2）脱水缩合而成。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质的四级结构
生物体内，有很多蛋白质包含两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链，这些多肽链间通过次级 键相互组合形成的空间结构，称为蛋白质的四级结构（quarternary structure）。其中，每条具有独立三级 结构的多肽链单位称为亚基（subunit）。 一种蛋白质的亚基可以是相同的，也可以是不同的。
② 蛋白质是生物体内主要的含氮物质。
考 请问：如何测量生物样品中蛋白质含量？
凯氏定氮法
样品中的蛋白质含量＝样品中的含氮量 16%
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第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
氨基酸的种类及命名
氨基酸是含有氨基（—NH2）和羧基（—COOH） 一类有机化合物的通称。目前，从各种生物体内发现 的氨基酸已有上百种，但是参与蛋白质组成的基本氨 基酸只有20种。这20种氨基酸在结构上有一个共同的 特点，即α-碳原子（与羧基相邻的碳原子）上都结合 有氨基或亚氨基，称为α-氨基酸。
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第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
除甘氨酸外，其他氨基酸的α-碳原子均为手性碳 原子，有L-型和D-型两个旋光异构体。组成天然氨基 酸的氨基酸均为L-型，因此人体内的氨基酸均为L-α-氨 基酸，其结构式如右图所示。
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第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
蛋白质分子中，由于氨基酸排列顺序与正常蛋白质不同 而发生的一种遗传病（基因突变造成的），称为分子病。
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第一节
蛋白质的分子组成 三、蛋白质结构与功能的关系
蛋白质空间结构 与蛋白质功能的关系
蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间结构密切相关
蛋白质的空间结构是其功能活性的基础，即空间发生变化时，其功能活性也随之改变。 蛋白质 变性时，由于其空间结构被破坏，会引起蛋白质功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，
4 3 2 11
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第二节
蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构
β-折叠
β-折叠是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈110°角，氨基酸残基的R侧链伸出在 锯齿的上方或下方。
β-折叠中，两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的羰基氧（C＝O）与亚氨基氢（N—H）形成的氢键可使构象稳定。 β-折叠中，两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。平行的β-折叠中，两个残基的间距为0.65 nm；反平行的β-
反应通式：
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第一节 蛋白质的分子组成
三、氨基酸的连接方式
氨基酸通过肽键相互连接而成的化合物称为肽（peptide）。
由两分子氨基酸脱水缩合成的肽称为二肽； 由三分子氨基酸脱水缩合成的肽称为三肽，以此类推； 一般来说，由10个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽； 由10个或10以上的氨基酸相连而成的肽称为多肽。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质三级结构的形成主要依靠多肽链的R基团之 间的相互作用，R基团相互作用形成的次级键，包括氢 键（②）、疏水键（③）、离子键（①）及范德华力 （⑤）等，是维持三级结构的主要力量（其中疏水键 最为重要），如右图所示。
次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、离 子强度等的影响，有变动的可能性。二硫键不属于次 级键，但在某些肽链中能使远隔的两个肽段连接在一 起，对蛋白质三级结构的稳定起着重要作用。
活性即能恢复。
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第一节
蛋白质的分子组成 三、蛋白质结构与功能的关系
请思考：蛋白
质空间结构的改 变会导致疾病吗？
蛋白质的别构效应
在生物体内，当某种物质特异地与蛋白质分子 的某个部位结合，触发该蛋白质的构象发生一定变 化，从而导致其功能活性变化的现象称为蛋白质的 别构效应。
掌握蛋白质的理化性质；了解蛋白质理化 性质的应用。
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第一节 蛋白质的分子组成
蛋白质的元素组成 蛋白质的基本结构单位——氨基酸 氨基酸的连接方式
第一节
蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成
蛋白质（protein）是机体内一类重要的生物大 分子，参与机体所有重要组成部分的构成，并在新 陈代谢中充当重要角色，是生命活动的主要承担者。 没有蛋白质就没有生命。
生Hale Waihona Puke Baidu化学
第二章 蛋白质
目录页
Contents Page
第一节 蛋白质的分子组成 第二节 蛋白质的分子结构 第四节 蛋白质的理化性质与应用
学习目标
Learning objectives
掌握蛋白质的元素组成、基本结构单 位和组成形式。
掌握蛋白质的一级结构和空间结构；熟悉 蛋白质结构与功能的关系；了解蛋白质结 构的改变所引起的疾病。
超二级结构
结构域也是蛋白质构象中二级结构与三级 结构之间的一个层次，是多肽链在二级结 构或超二级结构的基础上形成的相对独立 的紧密球状实体。
结构域
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质的三级结构
蛋白质蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上，进一 步盘曲、折叠形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白 质的三级结构，右图为鸡卵溶菌酶的三级结构。由一条多肽 链构成的蛋白质，只要形成三级结构便具有生物活性。
2．β-折叠
形式
4．无规卷曲
多肽链中，两段以上折叠成锯齿状的肽链， 通过氢键相连而成的平行片层状结构称为β折叠或β-片层。
无规卷曲是指肽链中没有确定规律性的构象， 不能被归入明确的二级结构，本身也具有一 定的稳定性。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
α-螺旋
α-螺旋的主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基 上升一圈，相当于0.54 nm。
片层结构中，两个残基的间距为0.7 nm。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
超二级结构和结构域
在蛋白质中，经常有若干相邻的二级结构单元在空间 折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构组合体， 称为超二级结构。目前发现的超二级结构有三种基本形式： α-螺旋组合（αα）、β-折叠组合（βββ）和α-螺旋β-折 叠组合（βαβ），其中以βαβ组合最为常见。
蛋白质二级结构的形成是以肽单元（肽键平面）为基础的，肽单元是由参与肽键 组成的C、O、N、H四个原子和与它们相邻的两个α-碳原子共同构成的刚性平面。
肽单元可随α-碳原子两侧单键的旋转进行折叠、盘曲，进而形成不同的结构形式。
？
什么是刚性平面？？
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
非极性氨基酸
1
非极性氨基酸的R基团主要由
非极性基团构成，在水中的溶
2
解度极小。
极性酸性氨基酸
3
极性酸性氨基酸的R基团含有
羧基，易解离出H＋而呈酸性。
4
极性中性氨基酸
极性中性氨基酸的R基团含有 不解离的极性基团，具有亲 水性。
极性碱性氨基酸
极性碱性氨基酸的R基团含有 氨基、胍基或咪唑基等碱性基 团，易接受H＋而呈碱性。
多肽侧链
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第一节 蛋白质的分子组成
三、氨基酸的连接方式
在表示多肽链或肽时，习惯上将N-端写在左边，依次将各氨基酸的中文或英文缩写符 号列出，C-端写在最后（即右边）。
H2N—丙—色—甘—OH
蛋白质分子中的多肽不表现生物活性，但生物体内存在一些游离的具有生物活性的寡肽， 称为生物活性肽，在代谢调节、神经传导和生长发育等过程中发挥重要作用，例如，谷胱甘肽 （三肽）、催产素（九肽）、加压素（九肽）、促甲状腺素释放激素（三肽）等。
肽单元通过折叠、盘曲可形成四种结构类型，分别为α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。其中α-螺旋和 β-折叠是蛋白质二级结构的主要形式。
1．α -螺旋
3．β-转角
多肽链中，多个肽单元以α -碳原子为转折点，
按照顺时针的方向围绕中心轴盘曲而成的右
手螺旋称为α -螺旋。
主要
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。
？
维持蛋白质四级结构的作用力都有哪些？
维持蛋白质四级结构的作用力主要是亚基之间形成的次级键，包括氢键、疏水键、离子键、 范德华力等。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的构象。亚基之间不含 共价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可 分离成单独的亚基，亚基本身构象仍可不变。
蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构。 蛋白质一级结构的阐明，对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗有十分重要的意义。
？
蛋白质的空间结构是如何形成的？？
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中有规则重复的构象， 这些构象由主链原子形成，不涉及侧链部分的构象。
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第一节
蛋白质的分子组成 三、蛋白质结构与功能的关系
蛋白质一级结构 与蛋白质功能的关系
一级结构相似的蛋白质，其空间构象和功能也相近 例如，哺乳动物胰岛素都是由A链和B链构成，且二硫键配对和一级结构均相似，它们都执行相同的功能（如调节
血糖代谢）。比较来源不同的胰岛素的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构却总是相同。
氨基酸的种类及命名
根据R基团极性和解离状态的不同，可 将20种蛋白质氨基酸分为非极性氨基酸、 极性氨基酸、极性酸性氨基酸和极性碱 性氨基酸四类。
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第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
根据在体内的营养价值不同，氨基酸还可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
必需氨基酸
必需氨基酸指不能在体内合成，必须由食物提供 的氨基酸。20种氨基酸中，有8种为必需氨基酸。
相邻两圈螺旋之间借肽键中羰基氧（C＝O）与 亚氨基氢（N—H）形成氢键，这类氢键的主要 作用是稳定α-螺旋。
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第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
肽链中氨基酸侧链R基团分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷会影响α-螺旋的形成，主要体现在 以下几个方面：
酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于α-螺旋形成； 较大R基团集中的区域，也妨碍α-螺旋形成； 脯氨酸因其α-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是 亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α-螺旋； 甘氨酸的R基为H，空间占位很小， 也会影响该处螺旋的稳定。