蛋白质的结构和功能.doc

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。蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型有α- 螺旋结构和β- 折叠结构、β- 转角和无规卷曲。结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次, 是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域。超二级结构是指蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中形成有规则的三级结构聚集体。蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象,是在二级结构的基础上, 多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白, 这类蛋白质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠, 形成十分紧密的近似球形的结构, 分子内部的空间只能容纳少数水分子, 几乎所有的极性 R 基都分布在分子外表面, 形成亲水的分子外壳,而非极性的基团则被埋在分子内部,不与水接触。蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中, 每一条具有三级结构的肽链称为亚基或亚单位,缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。 1 维持蛋白质空间结构的作用力主要是氢键、离子键、疏水作用力和范德华力等非共价键,又称次级键。在某些蛋白质中还有二硫键,二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要作用。蛋白质的空间结构取决于它的一级结构, 多肽主链上的氨基酸排列顺序包含了形成复杂的三维结构(即正确的空间结构)所需要的全部信息。四、蛋白质结构与功能的关系蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质, 功能与结构密切相关。 1 .一级结构与功能的关系:(1) 、一级结构的变异与分子病;(2)、一级结构与生物进化;(3)、蛋白质的激活作用; 有些蛋白质常以前体的形式合成, 只有按一定方式裂解除去部分肽链之后才具有生物活性, 如酶原的激活。 2. 蛋白质空间结构与功能的关系: 特定的空间结构是行使生物功能的基础。(1)、核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复;(2)、血红蛋白的变构现象。只有蛋白质以特定的空间构象存在时才具有生物活性。五、蛋白质的重要性质蛋白质是两性电解质。不同蛋白质所含的氨基酸的种类、数目不同, 具有不同的等电点。当蛋白质所处环境的 pH 大于 pI 时,蛋白质分子带负电荷, pH 小于 pI时, 蛋白质带正电荷, pH 等于 pI时, 蛋白质所带净电荷为零,此时溶解度最小。蛋白质分子表面带有许多亲水基团,使蛋白质成为亲水的胶体溶液。蛋白质颗粒周围的水化膜( 水化层) 以及非等电状态时蛋白质颗粒所带的同性电荷的互相排斥是使蛋白质胶体系统稳定的主要因素。当这些稳定因素被破坏时, 蛋白质会产生沉淀。高浓度中性盐可使蛋白质分子脱水并中