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　　* 当前63页，共108页，星期一。 (四)蛋白质的三级结构 (tertiary structure) 中所有氨基酸残基形成的全部空间结构 二级，超二级 盘曲,折叠 不同形状蛋白分子 图2-14a 整条多肽链(包括相距甚远的主链及其侧链) (一级甚远, 空间很近) 1. 定义： * 当前64页，共108页，星期一。 * 当前65页，共108页，星期一。 2. 特点： * 三级结构可以是球、椭圆、棒、纤维状等 * 可形成亲水表面和疏水内核 * 表面也可形成“沟”“穴”(结合辅助因子) 肌红蛋白 - 血红素(Fe2+) 酶 - 底物 抗原 - 抗体 (空间结构镶嵌, 互补) (图) (图) * 当前66页，共108页，星期一。 辅酶/底物 13 * 当前67页，共108页，星期一。 3. 肌红蛋白(球状,一条链, 153aa,8段) 4. 重要性 一级结构 三级结构 生物活性 三级结构：蛋白质分子最显著特征之一 (稳定的空间结构) 图2-14 * 当前68页，共108页，星期一。 * α螺旋: A-H, ?转角/随意卷曲: AB,CD (8段) * 当前69页，共108页，星期一。 (五)蛋白质的四级结构(quaternary stucture) 1. 定义： 2. 亚基(subunit): 四级结构中，每个各具独立的三级结构 定方式排列形成最高层次的分子空间构象 几个各具独立的三级结构相互集结，以特 * 当前70页，共108页，星期一。 ? 特点： * 亚基单独存在无活性 * 分子量大/具调节功能蛋白质 四级结构 (蛋白质并非都具四级结构) 三级结构 生物活性 * 亚基间以次级键相连(盐键为主) * 当前71页，共108页，星期一。 * 大多形成亲水表面，疏水内核 * 亚基 偶数, ?、?、? 摧化,调节(酶,PKA,p324) * 免疫球蛋白(二硫键,四条链) 胰岛素(二硫键，二条链) 不属四级结构 图2-18 (图) (图) * 当前72页，共108页，星期一。 ? 例: Hb 图2-18 α×2， 141个aa ?×2， 146个aa 亚基(血红素-Fe2+) 八个盐键, 众多氢键 8 * 当前73页，共108页，星期一。 催化底物 蛋白磷酸化 (PKA) 17 * 当前74页，共108页，星期一。 * 当前75页，共108页，星期一。 空间结构测定方法: X射线 蛋白质 晶体 衍射 衍射图 (X光片) （3D） X-线衍射, 圆二色性 * 当前76页，共108页，星期一。 (六) 维系蛋白质空间构象的次级键 一级结构 --- 共价键 (肽键、二硫键) 空间结构 --- 次级键、二硫键 次级键 --- 键能较低，稳定性差的化学键， 包括：氢键(二级)、疏水键(三级)、盐键(四级) Van der waals引力 图2-19 * 当前77页，共108页，星期一。 5. 重要生理功能/结构特殊的肽 (1) GSH (RBC中,保护膜结构,还原酶蛋白) (p11) (2) TRH (促甲状腺素释放激素) (p11) 6. 多肽与蛋白质区别 (1) 氨基酸残基数(多肽50, 蛋白质100) (2) 空间结构(蛋白质严密, 稳定) * 当前31页，共108页，星期一。 Glu Cys Gly ? α γ γ * 当前32页，共108页，星期一。 TRH α ? N C Glu His Pro 焦谷氨酸 * 当前33页，共108页，星期一。 甲状腺激素分泌的调节 下丘脑 腺垂体 甲状腺 靶细胞 + + TRH TSH 甲状腺 激素 * 当前34页，共108页，星期一。 二、蛋白质分子结构及其规律性 大分子 (原子 氨基酸 多肽链) ●四个结构层次(一 四级结构) * 空间结构（二、三、四级结构） * 超二级结构和结构域 (二和三级之间) (表2-5) * 当前35页，共108页，星期一。 (一)蛋白质的一级结构(primary structure) 1. 定义：多肽链中氨基酸序列 ● 维系键 -- 肽键、(二硫键) ? 一级结构 -- 蛋白质基本结构 (不同一级结构 不同蛋白质) * 当前36页，共108页，星期一。 一级结构测定方法: 氨基酸序列分析仪 (p12, 图2-3) * 当前37页，共108页，星期一。 * 新发现蛋白质鉴定: 全部/部分一级结构 例：牛胰岛素, 牛核糖核酸酶, 载脂蛋白B100 * 病理性蛋白质鉴定: HbA HbS ? 一级结构 -- 鉴别不同蛋白质最基本, 最重要的标志 * 当前38页，共108页，星期一。 ● 一级结构 -- 空间结构和生理功能的基础 影响 图 2-4，2-5 (p14) (124aa) 2. 一级结构举例: 牛胰岛素, 牛核糖核酸酶 * R大小、性质 空间结构 * 一级结构 空间结构 生理功能 * 当前39页，共108页，星期一。 咪唑基 吲哚环 H H2N C COOH R 苯环 胍基 * 当前40页，共108页，星期一。 (二)蛋白质的二级结构(second structure) 1. 定义： 多肽链中相邻aa残基形成的局部空间结构， 其主链原子(C=O,N-H,Cα)的局部空间排布 NH2 CH R1 C N CH COOH R2 α α H O * 当前41页，共108页，星期一。 α螺旋、β折叠、β转角、π-螺旋、随意卷曲 2.形式： * 氢键维系 (周期性出现的、有规则的、二级结构单元) * 当前42页，共108页，星期一。 3. α螺旋(α-helix)基本特点: 图2--7 a. 肽链骨架 -- 肽键上C、N及aa残基上Cα， 顺时针(N C), 右手螺旋 b. 3.6 aa/螺旋, 螺距0.54nm c. 氢键的形成 -- 上下两个相邻α螺旋之间 (aa1)C=O---H-N(aa5) (图2-7) * 当前43页，共108页，星期一。 NH2 CH R1 C N CH COOH R2 α α H O * 当前44页，共108页，星期一。 N C * 当前45页，共108页，星期一。 氢键 N C 氢键 * 当前46页，共108页，星期一。 d. 氢键 -- 与螺旋纵轴平行(3个/相邻螺旋) (α螺旋的主要稳定因素) e. 侧链基团(R)位置 -- 螺旋外 (不参与螺旋组成,但影响螺旋形成与稳定) f. α螺旋 -- 稳定的蛋白质空间构象 (也是最稳定的二级结构) g. 在不同蛋白质中所占比例不同(角蛋白,小分子) (ppt12) * 当前47页，共108页，星期一。 4.β-折叠或β-片层(pleated sheet structure) 比较伸展的肽链空间结构 基本特征: a. 肽键平面之间成锯齿状(110度) b. 氢键维系 图2-9b 图2-9a * 当前48页，共108页，星期一。 大多数球蛋白: 含α螺旋和β-折叠 9 * 当前49页，共108页，星期一。 a. “U”型结构(肽链1800回折) b. 氢键: (aa1)C=O---H-N(aa4) (结构较α螺旋紧密) c. 位于球蛋白分子表面 5. β-转角(β-turn) (是蛋白质活性的主要结构部位) * 当前50页，共108页，星期一。 * 当前51页，共108页，星期一。 6. π-螺旋(π-helix) a. 左手螺旋，4.4个aa残基/螺旋 b. 氢键维系 c. 多见于胶原蛋白 三股左手螺旋 右手超螺旋 胶原纤维 盘绕 缩合 * 当前52页，共108页，星期一。 11 * 当前53页，共108页，星期一。 7. 随意卷曲 (random coil) (1)各不相同,无共同规律的空间结构, 是蛋白质中一系列无序构象的总称 (属蛋白质分子的特征性二级结构) (2)普遍存在于天然蛋白质中 * 当前54页，共108页，星期一。 氢键 N C * 当前55页，共108页，星期一。 关于一级和二级结构的关系： 一级结构 二级结构/其它空间结构 不同的R基团对α螺旋，?折叠形成时的影响: 决定 R： 相同(-/+) 相斥 α螺旋稳定性 R: 大侧链(空间位阻大) 随意卷曲 R: 胶原蛋白(空间位阻小) 三股超螺旋 (甘,脯,羟脯) * 当前56页，共108页，星期一。 (三) 蛋白质的超二级结构和结构域 (super secondary structure and domain ) 1. 超二级结构: 多肽链上二级结构单元有规律地聚集 图2-12 形成αα，βββ，βαβ等结构 * 当前57页，共108页，星期一。 12 * 当前58页，共108页，星期一。 2. 结构域: 在蛋白质空间结构中: 超二级 结构 进一步 形成一 明显区域 集结 * 是蛋白质分子中一个功能单位 (功能域) 图2-13 * 40-400氨基酸组成 * 由DNA链上基因的不同外显子编码 * 当前59页，共108页，星期一。 辅酶/底物 13 * 当前60页，共108页，星期一。 外显子 内含子 5’ 3’ 3’ * 当前61页，共108页，星期一。 例: 膜受体--膜外(N), 膜内, 胞内结构域(C) ? 结构域重要性: * 蛋白质的功能单位，二级与三级结构之间 的重要中间层次 * 结构相对较小，容易研究 (亲水aa) (疏水aa) (亲水aa) (图) * 当前62页，共108页，星期一。 第一节 蛋白质在生命活动中的重要功能 一、蛋白质 -- 生命的主要物质基础 1. 普遍存在: 病毒, 细菌、动植物 2. 含量最多: 人体干重45% 3. 种类最多: 大肠杆菌(5千) 细胞(千-万)、人(10万) 4. 承担几乎所有及复杂的功能 * 当前1页，共108页，星期一。 二、蛋白质的生理功能 1. 催化: 酶 (碳酸酐酶，DNA聚合酶) 2. 调节: 激素 (胰岛素) 3. 保护和支持: 胶原蛋白, 角蛋白, 弹性蛋白 4. 运输: Hb, 载脂蛋白, 运铁蛋白 5. 储存和营养: 肌红蛋白,铁蛋白, 酪蛋白,白蛋白 6. 收缩和运动: 肌动球蛋白 * 当前2页，共108页，星期一。 7. 防御: 免疫球蛋白 8. 识别: 受体(糖蛋白,质膜, 胞内) 9. 信息传递: G蛋白(跨膜信号传递) 10. 基因调控: 组蛋白,非组蛋白 11. 凝血: (抗)凝血因子 12. 其它: 缓冲, 渗透压, 促分裂/分化, 调节细胞周期, 临床诊断 * 当前3页，共108页，星期一。 一、蛋白质的元素组成 1.主要元素：C、H、O、N、S 稀有元素：P、Fe、Zn、Mn、Cu、I 等 第二节 蛋白质的分子组成 * 当前4页，共108页，星期一。 2. 特点： N含量恒定；平均16% 1克N = 6.25克蛋白质 应用：凯氏定氮法测蛋白质含量 二、蛋白质的分子组成 ? 氨基酸 -- 蛋白质的构件分子: (building block molecule) L-α氨基酸 (amino acid, aa) * 当前5页，共108页，星期一。 C H COOH NH2 R (α-羧基) (α-氨基） （侧链） L-α氨基酸 CHO HO C H CH2OH L-甘油醛 * 当前6页，共108页，星期一。 ? 组成蛋白质的氨基酸 -- 20种 (自然界300多) 受遗传密码控制，无种族, 个体差异 ? 结构特点： * 除Gly(甘)外，均为L-α氨基酸 * Pro(脯)为亚氨基酸 (p8, 表2-3) * R基团差别 -- aa分类的基础 * 当前7页，共108页，星期一。 (一)氨基酸的分类： 1. 根据R基团分类： 脂肪族(15种) 支链--Arg Thr Val Leu ILe 直链--Asp Asn Glu Gln Lys 芳香族 (2种)： Tyr Phe 杂环族 (3种)： His Pro Trp Ser Cys Gly Ala Met * 当前8页，共108页，星期一。 咪唑基 吲哚环 H H2N C COOH R 苯环 * 当前9页，共108页，星期一。 * 结构特点(20种aa的R基团)： 1.苯环: Phe 2.酚羟基: Tyr 3.吲哚环: Trp 4.羟基: Ser Thr 5.硫: Cys Met 6.胍基: Arg 7.咪唑基: His R基团大小, 形状, 极性 空间结构和功能 影响 * 当前10页，共108页，星期一。 咪唑基 吲哚环 H H2N C COOH R 苯环 胍基 * 当前11页，共108页，星期一。 2. 根据酸碱性分类: 中性氨基酸: 1个–COOH、 1个-NH2 (中性极性、中性非极性) 酸性氨基酸: 2个–COOH、 1个-NH2 Asp, Glu 碱性氨基酸: 1个–COOH、 ?2个碱性基团 (氨基、胍基、咪唑基) Lys, Arg, His * 当前12页，共108页，星期一。 咪唑基 胍基 吲哚环 H H2N C COOH R * 当前13页，共108页，星期一。 3. 医学营养学分类: 营养非必需氨基酸 (12种) (Lys,Trp,Phe,Met,Leu,Ile,Val,Thr) 营养必需氨基酸 (8种) * 氨基酸营养学分类的临床应用 * 当前14页，共108页，星期一。 4. 特殊氨基酸(非编码aa, AUG--Met) ?-羧基谷氨酸 -- Glu羧化 (凝血因子) 胱氨酸 -- 2分子Cys氧化 羟脯氨酸 -- Pro羟化 羟赖氨酸 -- Lys羟化 (胶原分子结构稳定) 胶原蛋白 * 当前15页，共108页，星期一。 * 当前16页，共108页，星期一。 (二) 氨基酸理化性质 1. 两性电离和等电点 (pI) * 两性电离: 羧基和氨基均能在水溶液中电离(+/-) R – CH – COOH (COO-) NH2 (NH3+) * 当前17页，共108页，星期一。 R-CH-COO- R-CH-COO- R-CH-COOH pH = pI pH pI pH pI H+ H+ 0H- 0H- NH2 NH3+ NH3+ * 等电点(isoelectric point, pI): 分子呈电中性状态时溶液的pH值 * 当前18页，共108页，星期一。 * 两性电离性质和氨基酸分离(离子交换)： pH pI 氨基酸 (+) pH pI 氨基酸 (-) * 当前19页，共108页，星期一。 2. 紫外吸收 芳香族aa(Tyr、Phe、Trp) -- 共轭双键 吸收峰：波长260-280nm 应用：蛋白质定性、定量 * 当前20页，共108页，星期一。 1 * 当前21页，共108页，星期一。 H2N-CH-COOH + HN-CH-COOH R1 H R2 H2N-CH-C-N-CH-COOH + H2O R1 H O R2 α α 肽键 3. 脱水成肽反应(加热, 酶, 肽键) * 当前22页，共108页，星期一。 第三节 蛋白质的分子结构 一、肽键与肽 1. 肽键 (peptide bond) 连接两个氨基酸的酰胺键 蛋白质分子中主要共价键, 性质稳定 * 当前23页，共108页，星期一。 CH COOH NH2 R1 COOH CH H2N R2 NH2 CH R1 O C N H CH COOH R2 肽 键 * 当前24页，共108页，星期一。 2.肽键特点： 单键形式，部分双键性质 难以旋转, 有刚性 肽键平面 * 当前25页，共108页，星期一。  由肽键两端的6个原子组成（C=O、N-H 相邻氨基酸的R基团呈反式构型 图2-2 形成肽键复杂 的空间结构 及两个Cα), 空间位置在一个平面上 3. 肽键平面 * 当前26页，共108页，星期一。 * Cα-N，Cα-C之间键能自由旋转 * 肽键 — 难以旋转 2 * 当前27页，共108页，星期一。 NH2 CH R1 C N CH COOH R2 α α H O * 当前28页，共108页，星期一。 (1) * 氨基酸通过肽键相连的化合物 * 蛋白质水解不完全的产物 (2) 氨基酸残基(amino acid residues) (3) 开链肽: N末端(左,H), 自N端编号 C末端(右,OH) 环肽： (4) 多肽(10肽)、寡肽(10肽)、 4. 肽 * 当前29页，共108页，星期一。 CH COOH NH2 R1 COOH CH H2N R2 NH2 CH R1 O C N H CH COOH R2 肽 键 肽 N-(H) 羧基端 C-(OH) 氨基端 * 当前30页，共108页，星期一。 *