第一节蛋白质的结构第一节蛋白质的结构.doc

3 蛋白质的结构与功能 蛋白质译自Albuminoid，该词来自拉丁文Albumina(蛋白)。1838年，德国化学家Mulder建议采用Protein一词，立即得到瑞典著名化学家Berzelius的支持，逐渐被学术界普遍采用，该词源自希腊文προτο，意为最原始、最基本、最重要的。可见，蛋白质自发现后一直受到化学家和生物学家的重视。因为蛋白质是活细胞中含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，是各种生物功能主要的体现者。蛋白质是以核酸为模板合成的，是基因表达的主要产物，因此人们将核酸称为“遗传大分子”，而把蛋白质称为“功能大分子”。近50年来，以核酸-蛋白质的结构、功能及其相互关系为中心，逐渐形成了分子生物学，成为带领生命科学进入新时代的龙头。 3.1 蛋白质的分子结构 图3-1 蛋白质的结构层次 蛋白质是20种天然氨基酸缩合成的大分子，分子量从10kDa至数百kDa，有着极其复杂的结构。1952年，丹麦生物化学家Linderstrom-Lang把蛋白质的分 子结构划分为几个不同的结构层次：一级结构(primary structure) 指多肽链中氨基酸残基的数目、组成及其排列顺序(N-端→C-端)，即由共价键维系的多肽链的二维(线性)结构，不涉及空间排列。二级结构(secondary structure)是多肽链主链(backbone)在氢键等次级键作用下折叠成的构象单元或局部空间结构，未考虑侧链的构象和整个肽链的空间排布。1973年Rossman发现相邻的二级结构往往形成某种有规律的、空间上可辩认的、更高层次的折叠单元，称为超二级结构(super-secondary structure)或折叠单元(folding unit)，主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集。与此同时，Wetlaufer观察到蛋白质分子中存在相对稳定的球状亚结构，其间由单肽链相互连接，命名为结构域(stmctural domain)。三级结构(tertiary stmcture)则指整个肽链的氨基酸残基侧链基团互相作用以及与环境间的相互作用下形成的三维结构。1958年英国晶体学家Bernal发现寡聚蛋白 由具有三级结构的亚基在次级键作用下结合而成，遂把寡聚体内亚基的空间排列 称为四级结构(quaternary structure)。图3-1展示蛋白质(主要指球状蛋白)分子结构的不同层次及其相互联系。 3.1.1 蛋白质一级结构及其研究 3.1.1 1 蛋??质的氨基酸 蛋白质的构件分子是20种氨基酸。20种α-氨基酸是在蛋白质生物合成中，由mRNA指令依次参入，形成特定的多肽链。氨基酸除Gly外，其α碳原子均属不对称碳原子，因而都具有光学活性，且均为L-型氨基酸。多肽链中氨基酸残基的侧链基团(R)各不相同，对多肽链的构象有很大影响。 蛋白质中除了我们所学的20种常见氨基酸外， 1986年英国的chamber和德国的zinoni等发现了硒半胱氨酸，并将它命名为第21个氨基酸。2002年5月，美国的srinivasan和Hao等报导发现了第22种天然氨基酸，即吡咯赖氨酸(pyrrolysine),硒半胱氨酸是由原来的终止密码子UGA编码的，吡咯赖氨酸则是由终止密码子UAG编码。 自然选择导致了超出20种标准氨基酸的密码子的形成。这两种氨基酸编码的共同特点是(1)由传统意义的终止密码子编码，预示着终止密码子将可能被重新定义；(2)由特定酶的作用下形成各自的氨酰tRNA;(3)各自的氨酰tRNA都是在翻译的同时掺入到多肽链中的。 3.1.1.2肽和肽键 1、肽的概念及肽键的形成：肽是由多个氨基酸经肽键连接的聚合体；肽键是由一个氨基酸的α-羧基和下一个氨基酸的α-氨基脱水形成的共价键。 肽单位 肽键 图3-2 肽单位和肽键结构 2、天然活性肽 除了蛋白质水解可以产生长短不一的各种肽段之外，生物体还有很多活性肽游离存在。 天然活性肽又称天然肽（Natural peptide）,是生物体内一些具有特殊功能肽的总称，一般为寡肽和较小的肽。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，如作为沟通细胞与细胞之间，器官与器官之间的重要信使；传递各种特异信息，使机体构成一系列严密的控制系统；调节生长、发育、繁殖、代谢和行为等生命过程。下面列举几个重要的天然活性态。 ①谷胱苷肽 谷胱苷肽（glutathione）是?-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸构成的三肽（GSH），广泛存在于动植物和微生物细胞中，其结构组成与大多数肽类不同，一是谷氨酸的γ羧基参与反应，形成了γ-肽键，二是谷胱苷肽的侧链含有SH。 谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，在红细胞中作为巯基缓冲剂存在，维持血红蛋白和红细胞及其他蛋白质的半胱氨酸残基处于还原态，或防