【文章內容簡介】 螺旋肽鏈形成一個原纖維 ?a角蛋白的伸縮性能很好，當 a角蛋白被過度 拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復原。此時 a角蛋白轉變成 ?折疊結構，稱為 ?角蛋白。 49 毛發(fā)的結構 ? 一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細胞 (scaIe cell)，中間為皮層細胞(cortical celI)。皮層細胞橫截面直徑約為20?m。在這些細胞中，大纖維沿軸向排列。所以一根毛發(fā)具有高度有序的結構。 大原纖維 微纖維 50 二聚物 原細絲 51 角蛋白分子中的二硫鍵 52 卷發(fā) (燙發(fā) )的生物化學基礎 ?永久性卷發(fā) (燙發(fā) )是一項生物化學工程(biochemical engineering),a—角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉變?yōu)??—構象，但在冷卻干燥時又可自發(fā)地恢復原狀。 ?這是因為 a—角蛋白的 側鏈 R基一般都比較大，不 適于處在 ?—構象狀態(tài) ，此外a—角蛋白中的螺旋多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)，這些 交聯(lián)鍵 也是當外力解除后使肽鏈恢復原狀 (a—螺旋構象 )的重要力量。 53 （ 2） ?角蛋白 ?絲心蛋白 (fibroin)這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質。絲心蛋白具有抗張強度高，質地柔軟的特性，但不能拉伸。它具有 期 ，這與 a—角蛋白在濕熱中伸展后形成的?—角蛋白很相似( )。絲心蛋白是典型的反平行式疊片。 54 絲蛋白的結構 ?絲蛋白是由伸展的肽鏈沿纖維軸平行排列成反向 ?折疊結構。分子中不含 a螺旋。絲蛋白的肽鏈通常是由多個六肽單元重復而成。這六肽的氨基酸順序為： ? （ GlySerGlyAlaGlyAla） n 55 56 (3) 肌球蛋白和肌動蛋白 肌纖維膜 微管 肌漿 腱 橫小管 57 肌肉的構成 ?纖維狀或絲狀結構的蛋白質： 肌球蛋白和肌動蛋白 。按生物功能來說它們不是基本的結構蛋白質，它們參與需能的收縮活動。 ?肌球蛋白 是一種很長的捧狀分子，它的總分子量為 450000，約 160nm長，實際上含有 六條肽鏈 。 ?肌球蛋白也存在于非肌肉細胞內。 58 肌動蛋白 以兩種形式存在， 球狀肌動蛋白 (G—肌動蛋白 )和 纖維狀肌動蛋白 (F—肌動蛋白 )。纖維狀肌動蛋白實際上是一根由 G—肌動蛋白分子 (分子量為 46000)締合而成的細絲。兩根 F—肌動蛋白細絲彼此卷曲形成雙股繩索結構。 單體 肌動蛋白 微管蛋白 二聚物 纖維 亞組 59 (4) 膠原蛋白 ?膠原蛋白或稱膠原 (collagen)是很多脊椎動物和無脊椎動物體內含量最豐富的蛋白質。 ?膠原蛋白至少包括四種類型，稱膠原蛋白 I、H、 HI和 IV。下面主要討論膠原蛋白 I。 ?腱的膠原纖維具有很高的抗張強度 (tensile strength)，約為 2030kg／ mm2， 相當于 12號冷拉鋼絲的拉力。 60 膠原蛋白的結構 61 生物體內膠原蛋白網(wǎng) 62 D32．球狀蛋白 ?球狀蛋白是結構最復雜，功能最多的一類蛋白質。分子的外層多為親水性殘基，內部主要為疏水性氨基酸殘基。因此，表面是親水性的，而內部則是疏水性的。典型的球蛋白是血紅蛋白。 ?血紅蛋白是一種結合蛋白。血紅蛋白含有四條肽鏈，每一條肽鏈各與一個血紅素相連接。血紅素同肽鏈的連接是血紅素的 Fe原子以配價鍵與肽鏈分子中的 組氨酸咪唑基的氮原子 相連。 63 免疫球蛋白 ?免疫球蛋白是一類 血漿糖蛋白 (serum glycoprotein)。糖蛋白中的蛋白質與糖是共價聯(lián)接的。 ?免疫球蛋白是被脊椎動物作為抗體合成的。它的 合成場所 是 網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)的細胞 。這些細胞分布在脾、肝和淋巴節(jié)等組織中。 ?當一類外來的被稱為抗原的物質，如 多糖、核酸和蛋白質 等侵入機體時即引起抗體的產(chǎn)生，這就是所謂免疫反應。 抗體就是免疫球蛋白 。 64 免疫球蛋白 G ?人的免疫球蛋白可分為 五大類 ，其分子量范圍從 150000到 950000道爾頓。 免疫球蛋白 M(IgM)是對一個抗原作出反應時產(chǎn)生的 第一個抗體。 ?免疫球蛋白 G(IgG)是一類最簡單的免疫球蛋白。IgG含有兩條相同的高分子量的重鏈 (heavy chain)和兩條相同的低分子量的輕鏈 (light chain)。 四條鏈通過二硫鍵共價 聯(lián)接 成 Y字形結構。每一免疫球蛋白分子含有二個抗原結合部位，它們位于 Y形結構的二個頂點。 65 免疫球蛋白的結構 66 抗體的特點 ?抗體具有兩個最顯著的特點 ， 一是高度特異性 ， 二是 多樣性 。 ?高度特異性就是一種抗體一般只能與引起它產(chǎn)生的相應抗原發(fā)生反應 。 抗原 —抗體復合物往往是不溶的 ， 因此常從溶液中沉淀出來 ， 此即 “ 沉淀反應 ” 。 ?一個抗原與接受該抗原的動物關系愈遠 ，則產(chǎn)生抗體所需的時間愈短 ， 抗體反應也愈強 。 67 抗原抗體的作用 68 ?某些低分子量的物質可以與抗體結合，但它們本身不能刺激抗體的產(chǎn)生。如果它們與大分子緊密結合，則 能刺激抗體的產(chǎn)生。這些小分子物質稱為 半抗原(hapten)。 ?幾乎所有外來的蛋白質 都是抗原，并且每種蛋白質都能誘導特異抗體的產(chǎn)生。一個人得體內在任一個給定時刻大約有10000種抗體存在。 抗原 69 多肽類激素 ?種類較多，生理功能各異。主要見于下丘腦及垂體分泌的激素。 70 Section E Structure of Protein ?蛋白質是由許多氨基酸單位通過肽鍵連接起來的 ，具有特定分子結構的高分子化合物 。 ?蛋白質的分子結構可人為劃分為一 、 二 、 三 、 四級結構 。 除一級結構外 ， 蛋白質的二 、 三 、 四級結構均屬于空間結構 ， 即 構象 。 ?構象是由于有機分子中單鍵的旋轉所形成的 。 蛋白質的構象通常由非共價鍵 （ 次級鍵 ） 來維系 。 71 ?示例 72 木瓜蛋白酶（組織蛋白酶） 73 蝦紅素 74 E1 非共價鍵 (次級鍵 ) E11. 氫鍵： ?氫鍵 (hydrogen bond)的形成常見于連接在一電負性很強的原子上的氫原子 ， 與另一電負性很強的原子之間 。 ?氫鍵在維系蛋白質的空間結構穩(wěn)定上起著重要的作用。 ?氫鍵的鍵能較低 (~12kJ/mol)，因而易被破壞。 75 蛋白質分子中氫鍵的形成 76 E12. 疏水鍵 ?非極性物質在含水的極性環(huán)境中存在時 ，會產(chǎn)生一種相互聚集的力 ， 這種力稱為 疏水鍵或疏水作用力 。 ?蛋白質分子中的許多氨基酸殘基側鏈也是非極性的 ， 這些非極性的基團在水中也可相互聚集 ， 形成疏水鍵 ， 如 Leu， Ile， Val，Phe， Ala等的側鏈基團 。 77 E13. 離子鍵 （ 鹽鍵 ） ?離子鍵 (salt bond)是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學鍵 。 ?在近中性環(huán)境中 ， 蛋白質分子中的酸性氨基酸殘基側鏈電離后帶負電荷 ， 而堿性氨基酸殘基側鏈電離后帶正電荷 ， 二者之間可形成離子鍵 。 78 蛋白質分子中離子鍵的形成 79 E14． 范德華氏 （ van der Waals)引力 ?原子之間存在的相互作用力 。 80 ? 蛋白質的一級結構是指蛋白質多肽鏈中通過肽鍵連接起來的氨基酸的排列順序，即多肽鏈的線狀結構。 ? 維系蛋白質一級結構的主要化學鍵為肽鍵。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。 ? 1954年英國生化學家 Sanger報道了胰島素的一級結構，是世界上第一例確定一級結構的蛋白質。 Sanger由此 1958年獲Nobel 化學獎。 ? 1965年我國科學家完成了結晶牛胰島素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白質。 E2 蛋白質的一級結構 81 蛋白質的一級結構(Primary structure)包括組成蛋白質的多肽鏈數(shù)目 . ?多肽鏈的氨基酸順序， ?以及多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 ?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。 82 ?胰島素 （ Insulin） 由 51個氨基酸殘基組成 ， 分為A、 B兩條鏈 。 A鏈 21個氨基酸殘基 ， B鏈 30個氨基酸殘基 。 A、 B兩條鏈之間通過兩個二硫鍵聯(lián)結在一起 ， A鏈另有一個鏈內二硫鍵 。 83 ? 在鐮刀狀紅細胞貧血患者中 ， 由于基因突變導致 血紅蛋白 β 鏈第六位氨基酸殘基由谷氨酸改變?yōu)槔i氨酸 ， 血紅蛋白的親水性明顯下降 ， 從而發(fā)生聚集 ， 使紅細胞變?yōu)殓牭稜?。 許多先天性疾病是由于某一重要的蛋白質的一級結構發(fā)生了差錯引起的 。 如血紅蛋白 β 亞基 6 位Glu被 Val代替 （ 基因突變 ） ， 即表現(xiàn)為鐮刀狀貧血 ， 為世上最常見的血紅蛋白病 。 若 β 亞基 6位 Glu被 Lys取代引起另一類貧血：血紅蛋白 C病 。 ?比較不同生物細胞色素 C的一級結構可以幫助了解物種間的進化關系，物種間越接近，則細胞色素 C的一級結構越相似。 84 細胞色素 c的一級結構與生物進化的關系 85 E3 蛋白質的三維結構 ?蛋白質的二級 (Secondary)結構 是指肽鏈的主鏈在空間的排列 ,或規(guī)則的幾何走向、旋轉及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構象及鏈內或鏈間形成的氫鍵。 ?主要有 a螺旋、 ?折疊、 ?轉角。 D31 蛋白質的二級結構 86 87 立體結構模型 88 蛋白質立體結構原則： 1. 由于 C=O雙鍵中的 π電子云與 N原子上的未共用電子對發(fā)生 “ 電子共振 ” ， 使 肽鍵具有部分雙鍵的性質 ， 不能自由旋轉 。 ， 稱為 肽單元或肽鍵平面 。 但由于 α碳原子與其他原子之間均形成單鍵 ， 因此兩相鄰的肽鍵平面可以作相對旋轉 。 89 肽鍵平面 —— 由于肽鍵具有部分雙鍵的性質，使參與肽鍵構成的六個原子被束縛在同一平面上，這一平面稱為 肽鍵平面或肽單元 。 90 E311 a螺旋 ahelix ?在 a螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定； ?肽鍵的原子排列呈反式構型； ?相鄰的肽平面構成兩面角； CON C N+OC NCOHC91 a 螺旋 ： 92 ?多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉