蛋白質的一級結構

1、生物化學,蛋白質的結構,蛋白質化學之二,§1.3 蛋白質的結構,,蛋白質的一級結構,蛋白質的二級結構,蛋白質的四級結構,蛋白質的三級結構,,§1.3 蛋白質的結構,蛋白質的結構具有多種結構層次，包括一級結構和空間結構，空間結構又稱為構象?？臻g結構包括二級結構、三級結構和四級結構。在二級與三級之間還存在超二級結構和結構域這兩個結構層次。,,蛋白質的一級結構,§1.3 蛋白質的結構,一、蛋白質的一級結構,

2、蛋白質的一級結構（Primary structure）又稱為共價結構或化學結構。它是指蛋白質中的氨基酸按照特定的排列順序通過肽鍵連接起來的多肽鏈結構。,（一）肽鍵與肽鏈,1.肽鍵：一個氨基酸的α-COOH 和相鄰的另一個氨基酸的 α-NH2脫水形成共價鍵。如下圖：,§1.3 蛋白質的結構,,§1.3 蛋白質的結構,,肽鍵和肽的結構,§1.3 蛋白質的結構,2. 氨基酸借肽鍵連接起來叫肽，肽

3、是一大類物質，即：,兩個氨基酸組成的肽叫二肽；三個氨基酸組成的肽叫三肽；多個氨基酸組成的肽叫多肽；氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈，肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；構成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；肽鏈中的氨基酸的排列順序，一般-NH2端開始，由N指 向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。,肽的顏色反應,多肽可與多種化合物作

4、用，產生不同的顏色反應。這些顯色反應，可用于多肽的定性或定量鑒定。 如黃色反應，是由硝酸與氨基酸的苯基（酪氨酸和苯丙氨酸）反應生成二硝基苯衍生物而顯黃色。多肽的雙縮脲反應是多肽特有的顏色反應;雙縮脲是兩分子的尿素經加熱失去一分子NH3而得到的產物。 雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產生蘭色的銅-雙縮脲絡合物，稱為雙縮脲反應。含有兩個以上肽鍵的多肽，具有與雙縮脲相似的結構特點，也能發(fā)生雙縮脲反應，生成紫紅色或藍紫色絡合物。這是多肽定

5、量測定的重要反應.,,§1.3 蛋白質的結構,（二）天然活性肽,自然界中有自由存在的活性肽，主要有：,1. 谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），廣泛存在于生物細胞中，含有自由的-SH，具有很強的還原性，可作為體內重要的還原劑，保護某些蛋白質或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀態(tài)。,,§1.3 蛋白質的結構,§1.3 蛋白質的結構,2.促甲狀腺素釋放激素：三肽（焦谷氨酰組氨酰脯氨酸）

6、，可促進甲狀腺素的釋放。,3.短桿菌素S：環(huán)十肽，含有D-苯丙氨酸、鳥氨酸，對革蘭氏陰性細菌有破壞作用，主要作用于細胞膜。,4.青霉素：含有D—半胱氨酸和D—纈氨酸的二肽衍生物 。主要破壞細菌的細胞壁粘肽的合成引起溶菌。,§1.3 蛋白質的結構,5.牛催產素與加壓素：均為九肽，分子中含有一對二硫鍵，兩者結構類似。前者第九位為Gly或Lys或Phe，后者為Arg。前者可刺激子宮的收縮，促進分娩。后者可促進小動脈收縮，使血壓升高

7、，也有抗利尿作用，參與水、鹽代謝的調節(jié)。,7.腦啡肽：為五肽，具有鎮(zhèn)痛作用。 在正常人的腦內存在內源性腦啡肽和腦啡肽受體。在正常情況下，內源性腦啡肽作用于腦啡肽受體，調節(jié)著人的情緒和行為。人在吸食海洛因后，抑制了內源性腦啡肽的生成，逐漸形成在海洛因作用下的平衡狀態(tài)，一旦停用就會出現不安、焦慮、忽冷忽熱、起雞皮疙瘩、流淚、流涕、出汗、惡心、嘔吐、腹痛、腹 瀉等。冰毒和搖頭丸在藥理作用上屬中樞興奮藥，毀壞人的神經中樞。,6.舒緩激肽

8、：促進血管舒張，促進水、鈉離子的排出。,§1.3 蛋白質的結構,蛋白質的結構,蛋白質是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結合而成的生物大分子。蛋白質與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質。蛋白質分子量變化范圍很大, 從大約6000到1000000道爾頓甚至更大。,示例,蝦紅素,木瓜蛋白酶,組織蛋白酶,一、蛋白質的一級結構,1. 定義—— 1969年，國際純化學與應用

9、化學委員會（IUPAC） 規(guī)定：蛋白質的一級結構指蛋白質多肽連中AA的排列順序，包括二硫鍵的位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質生物功能的基礎。,2.蛋白質一級結構的測定,蛋白質氨基酸順序的測定是蛋白質化學研究的基礎。自從1953年F.Sanger測定了胰島素的一級結構以來，現在已經有上千種不同蛋白質的一級結構被測定。,氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨

10、基酸種類和數量，按反應時間和氨基酸殘基釋放量作動力學曲線，從而知道蛋白質的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。,N-端氨基酸分析法-氨肽酶(amino peptidases)法,此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質而與C-端氨基酸分離。,C-端氨基酸分析法--肼解法

11、,羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個的水解AA。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數量，從而知道蛋白質的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。 （2）測定步驟E.多肽鏈斷裂成多個肽段

12、，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。p169,C-端氨基酸分析法--羧肽酶(carboxypeptidase)法,酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶,多肽鏈的選擇性降解,Trypsinase ：R1=Lys和Arg側鏈（專一性較強，水解速度快）。R2=Pro 水解受抑。馬來酸酐保護Lys,只水解Arg1,2-環(huán)己二酮保護Arg，只水解Lysp17

13、3,肽鏈,水解位點,胰蛋白酶,Pro,或胰凝乳蛋白酶 （Chymotrypsin）：R1=Phe, Trp,Tyr時水解快; R1= Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro 水解受抑。,肽鏈,水解位點,糜蛋白酶,Pepsin：R1和R2＝Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度較快。R1=Pro 水解受抑。酶的最適pH2。二硫鍵在酸性條件下穩(wěn)定。確定二硫鍵的位置時常用胃蛋白酶。,肽鏈,水解位點,胃蛋

14、白酶,thermolysin：R2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Met以及其它疏水性強的氨基酸水解速度較快。R2=Pro或Gly 水解受抑。R1或R3=Pro 水解受抑。,肽鏈,水解位點,嗜熱菌蛋白酶,谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸緩沖液); R1=Glu (磷酸緩沖液或醋酸緩沖液)精氨酸蛋白酶： R1=Arg,肽鏈,水解位點,谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶,木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶,荔枝病：荔枝為

15、“南國第一佳果”。但過量進食后易患“低血糖癥”，俗稱“荔枝病”。荔枝內含有豐富的果糖，過食后大量果糖來不及經肝臟轉化酶轉化成葡萄糖，而積聚在體內，使血液中葡萄糖含量嚴重不足。芒果皮炎：芒果有“熱帶果王”之稱，滋味獨特。芒果汁內的特異性蛋白和蛋白酶引起的即發(fā)型接觸性皮膚反應。。波蘿過敏癥：菠蘿有“宴會水果”之稱，內含菠蘿蛋白酶的作用。這是一種蛋白水解酶，可使胃腸粘膜通透性增大，使胃腸中異性大分子蛋白滲透進血液中，而引起胃腸道乃至全

16、身過敏反應。菠蘿所含的生物堿及蛋白酶，能使血凝塊消散與抑制血液凝塊的形成。對冠狀動脈和腦動脈血管栓塞所引起之病有緩解作用。柿結石癥：含大量柿膠酚、單寧和果膠質。空腹服少量，就會致胃脘疼痛，消化不良等癥，原因為果膠與胃酸凝結成不溶性物質——胃柿結石。正常人也宜飽餐后食，且忌與螃蟹、山芋和菱角等同食。櫻桃：含過量鐵和氫氰甙，故過食后可引起鐵中毒，甚至氰化物中毒而死亡。李時珍在《本草綱目》中有關于過食櫻桃致死的記載，以告誡后人。,化學法

17、：可獲得較大的肽段 溴化氰(Cyanogen bromide)水解法，它能選擇性地切割由Met的羧基所形成的肽鍵。,多肽鏈的選擇性降解,化學法：可獲得較大的肽段羥胺（NH2OH）：專一性斷裂-Asn-Gly-之間的肽鍵。也能部分裂解-Asn-Leu-之間的肽鍵以及-Asn-Ala-之間的肽鍵。各種蛋白中-Asn-Gly-出現的概率很低。,多肽鏈的選擇性降解,蛋白質的一級結構,3.蛋白質一級結構舉例 （1）胰島素（Insul

18、in）英國Sanger,A鏈,B鏈,一個鏈內二硫鍵和兩個鏈間二硫鍵，分子量5700,,,A鏈21個aa殘基,B鏈30個aa殘基,（2）牛胰核糖核酸酶（RNase） 一條多肽鏈，124AA殘基組成，四 個鏈內二硫鍵，分子量12600.它是測出一級結構的第一個酶分子。,三、 蛋白質的一級結構與生物功能,1. 同源蛋白質的種屬差異與生物進化 同源蛋白質(homologous protein)是指在不

19、同的有機體中實現同一功能的蛋白質。 例如血紅蛋白在不同的脊錐動物中行使相同的輸氧功能。 不同種屬來源的同源蛋白質一般具有相同長 度或接近相同長度的多肽鏈。,同源蛋白質,不變殘基(invariable residue)：同源蛋白質的氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對所有的種屬來說都是相同的； ?可變殘基(variable residue)：其它位置的氨基酸對不同種屬有相當大的變化。

20、?順序同源(sequence homology)現象：同源蛋白質的氨基酸順序中所具有的相似性。 ?順序同源現象表明從中分離同源蛋白質的這些生物在進化上有著共同的祖先。,順序同源的生物學意義,在不同種屬來源的細胞色素c中，可以變換的氯基酸殘基數目與這些種屬在系統發(fā)生上的位置有密切關系，即在進化位置上相距愈遠，則氨基酸順序之間的差別愈大; 反之，親緣關系越近，其順序同源性越大。 細胞色素c的氨基酸順序分析資料己被用來核對各個物種之間的分

21、類學關系，以及繪制系統發(fā)生樹－進化樹。 根據進化樹不僅可以研究從單細胞有機體到多細胞有機體的生物進化過程，而且可以粗略估計現存的各類種屬生物在進化中的分歧時間。,根據細胞色素c的順序種屬差異建立的進化樹,2 一級結構的局部斷裂與蛋白質的激活,在動物體內的某些生物化學過程中，蛋白質分子的部分肽鏈必須先按特定的方式斷裂，然后才呈現生物活性。 血液凝固時血纖維蛋白原(fibrinogen)和凝血酶原(thrombinogen)的復雜變化

22、;消化液中一系列蛋白水解酶原的激活(activation)許多多肽或蛋白質激素前體轉變?yōu)榛钚缘募に匦问降榷紝儆谶@種情況。,血液凝固的生物化學機理,血液中包含著對立統一的兩個系統：凝血系統和溶血系統。這兩個系統的相互制約，既保證血液在血管中暢通無阻，又保證一旦血管壁破損能及時堵漏。 如果凝血因子都處于活性狀態(tài)，血液有隨時凝固而被阻流的危險；如果血液沒有凝血因子存在，那么動物一旦受到創(chuàng)傷將會流血不止。,血液凝固的生物化學機理,有

23、機體解決這個矛盾的辦法就是凝血因子以前體(precursor)的形式存在。動物體受到創(chuàng)傷而流血時，這些前體將在其他因子作用下被激活，使血液迅速凝固而將創(chuàng)傷處封閉，這樣就能防止繼續(xù)流血，起著保護機體的作用。 凝血功能失調時，確有凝血而堵塞血管的危險，因此血液中還存在另一個系統，即纖維蛋白溶酶原，被激活后轉變成纖維蛋白溶酶，它的作用是使纖維蛋白溶解。這種與凝血相反的過程對于保持血液的流動性有重要意義。,酶原激活,上述激活過程都是專一性很