圖P111 下  肽鍵結構

結構１中，Ｃ－Ｎ單鍵長0.148nm
結構２中，Ｃ＝Ｎ雙鍵長０.127nm
結構３中，Ｃ--Ｎ鍵長0.132nm，６個原子幾乎處在同一平面內(nèi)（酰氨平面）。
肽鍵結構介于１和２之間（結構3），是結構1和結構2之間的平均中間狀態(tài)。Ｃ－Ｎ單鍵具有的40%的雙鍵性質(zhì)，C═O雙鍵具有40%的單鍵性質(zhì)。
（3）肽鍵亞氨基在pH0---14內(nèi)不解離。
（4）肽鏈中的肽鍵一般是反式構型，而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種構型．

圖

二、 肽的重要性質(zhì)
1、 旋光性
一般短肽的旋光度等于其各個氨基酸的旋光度的總和。蛋白質(zhì)水解得到的各種短肽，只要不發(fā)生消旋作用，也具有旋光性。
2、 肽的酸堿性質(zhì)
短肽在晶體和水溶液中也是以偶極離子形式存在。
在pH0―14范圍內(nèi)，肽鍵中的亞氨基不解離，因此肽的酸堿性質(zhì)主要取決于Ｎ端α－ＮＨ２和Ｃ端α－COOH以及側(cè)鏈Ｒ上可解離的基團。
在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團主要是側(cè)鏈基團。
肽中的末端α－COOH pK值比游離 a.a中的大一些，而末端α－Ｎ＋Ｈ３的pK值比游離氨基酸中的小一些，R基變化不大。
pK值改變的原因：
見Ｐ113、表３－８，比較表３－８中Gly-Gly和Gly-Gly-Gly

Gly—Glu—Lys—Ala的解離：

圖   P113

pH    占優(yōu)勢離子的凈電荷：
<3.5         +2
3.5-4.5        +1
4.5-7.8         0
7.8-10.2       -1
>10.2         -2
注意：占優(yōu)勢離子的凈電荷不是全部離子的平均凈電荷。

問題1：求出二肽Lys—Lys 及三肽Lys—Lys—Lys的pI值。

圖

將Ｒ＋＋— 變成Ｒ＋—，就必須考慮R＋—與R（+  ，+  ，-1）等同，即側(cè)鏈—N+H3解離50%，此時
圖

Lys-Lys-Lys分子中有三個側(cè)鏈可解離，它的R+-實際相對于R（+    ，+   ，+     ， -1  ），此時每個側(cè)鏈解離后帶有 1/3個正電荷。

問題2：把一個氨基酸結晶加入pH7.0的純水中，得到pH6.0的溶液，此氨基酸的pI值是大于6.0？小于6.0? 還是等于6.0？ （小于6.0）

多肽的等電點，隨著肽鏈內(nèi)酸性氨基酸殘基數(shù)的增加而下降，隨著肽鏈內(nèi)堿性氨基酸殘基數(shù)的增加而上升。
多肽的等電點可以通過計算求得（如上例中），但殘基數(shù)增大時，此法不行�？蓪㈦逆渻�(nèi)酸性殘基和堿性殘基進行清點比較，推測等電點偏酸還是偏堿，然后用等電點聚焦電泳進行實驗測定。
3、 肽的化學反應
和游離氨基酸一樣，肽的α—羧基，α—氨基和側(cè)鏈R基上的活性基團都能發(fā)生與游離氨基酸相似的反應。
凡是有肽鍵結構的化合物都會發(fā)生雙縮脲反應，且可用于定量分析。雙縮脲反應是肽和蛋白質(zhì)特有的反應，游離氨基酸無此反應。

圖

三、 天然存在的活性肽
生物體內(nèi)存在大量的多肽和寡肽，其中有很多具有很強的生物活性，稱活性肽。
生物的生長、發(fā)育、細胞分化、大腦功能、免疫、生殖、衰老、病變等都涉及到活性肽。
活性肽是細胞內(nèi)部、細胞間、器官間信息溝通的主要化學信使。
很多激素、抗生素都屬于肽類或肽的生物。
1、 谷胱甘肽    Glu—Cys—Gly
廣泛存在于動、植、微生物細胞內(nèi)，在細胞內(nèi)參與氧化還原過程，清除內(nèi)源性過氧化物和自由基，維護蛋白質(zhì)活性中心的巰基處于還原狀態(tài)。
   2GSH              GS—SG

   H2O2 + 2GSH           2H2O + GS—SG
2、  短桿菌肽（抗生素）
由短桿菌產(chǎn)生的10肽環(huán)�？垢锾m氏陽性細菌，臨床用于治療化濃性病癥。

     L-Orn—L-Leu—D-Phe—L-Pro—L-Val—L-Orn—L-Leu—D-Phe —L-Pro—L-Val
3、 腦啡肽（5肽）
已發(fā)現(xiàn)幾十種
      Met--- 腦啡肽：  Tyr—Gly—Gly—Phe—Met
      Leu----腦啡肽：   Tyr—Gly—Gly—Phe—Leu
具有鎮(zhèn)痛作用。

1982年，中科院上海生化所用蛋白質(zhì)工程技術合成了Leu---腦啡肽，既有鎮(zhèn)痛作用又不會象嗎啡那樣使人上癮。
     《神經(jīng)生物化學》 神經(jīng)多肽
生物體內(nèi)多肽或寡肽的來源：
①合成蛋白質(zhì)的剪切、修飾
②酶專一性逐步合成（如谷胱甘肽）、
③動物腸道可吸收寡肽
第四節(jié) 蛋白質(zhì)的一級結構（共價結構）
蛋白質(zhì)的一級結構也稱共價結構、主鏈結構。
一、 蛋白質(zhì)結構層次
                一級結構（氨基酸順序、共價結構、主鏈結構）
                    ↓   是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序
                 二級結構
                        ↓
                    超二級結構
                        ↓
構象（高級結構）     結構域
                    ↓
                  三級結構(球狀結構)
                    ↓
                  四級結構(多亞基聚集體)

一級結構：共價結構、蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序(含二硫鍵)
二級結構：多肽鏈主鏈中各個肽段形成的規(guī)則的或無規(guī)則的構象。主要有α-螺旋、β折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。
超二級結構：由兩個以上二級結構單元相互聚集形成的有規(guī)則的二級結構的組合體如αα、βαβ、βββ。
結構域：大的球蛋白分子中，多肽鏈形成幾個緊密的球狀構象，彼此分開，以松散的肽鏈相連，此球狀構象是結構域，結構域是多肽鏈的獨立折疊單位，一般由100-200個氨基酸殘基構成。
三級結構：多肽鏈通過盤旋、折疊，形成緊密的借各種次級鍵維持的球狀構象。
或：蛋白質(zhì)分子或亞基內(nèi)所有原子的空間排布，不含亞基間或分子間的空間排列關系。
四級結構：寡聚蛋白中亞基種類、數(shù)目、空間排布及亞基間相互作用力。
單鏈蛋白質(zhì)只有一、二、三級結構，無四級結構。

                                
                                       RNase
                          單條肽鏈     肌紅蛋白
               單體蛋白                胰島素
                          多條肽鏈     胰凝乳蛋白酶
      蛋白質(zhì)                      
                            相同亞基 一種乳酸脫氫酶α4
             
                寡聚蛋白        
                             不同亞基 血紅蛋白α2β2

蛋白質(zhì)一級結構(序列)中含有形成高級結構的全部需的信息，一級結構決定高級結構結構及功能。

二、 一級結構的要點
蛋白質(zhì)主鏈由氨基酸以酰胺鍵連接，多肽的線性結構叫肽鏈，組成肽鏈的氨基酸叫氨基酸殘基。
一級結構要點：
⑴蛋白質(zhì)中的肽鍵都是由α-NH2和α-COOH結合生成的。
⑵每一種蛋白質(zhì)都有相同的肽主鏈結構，各種蛋白質(zhì)間的差異是蛋白質(zhì)的氨基酸種類、數(shù)量及排列順序不同。
⑶氨基酸的α-NH2和α-COOH縮合，只有末端及側(cè)鏈基團有化學活性。
⑷每個蛋白質(zhì)或每個蛋白質(zhì)的亞基只有一個α-NH2 和α-COOH
⑸分子量大于5000的活性肽才能稱為蛋白質(zhì)。                             
三、 ．蛋白質(zhì)一級結構測定
                      推斷                       預測
氨基酸序列（一級結構）  →  空間結構 （高級結構）  → 功能    
（一） 蛋白質(zhì)測序的一般步驟
祥見 P116
（1） 測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目。
（2） 拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈。
（3） 測定多肽鏈的氨基酸組成。
（4） 斷裂鏈內(nèi)二硫鍵。
（5） 分析多肽鏈的N末端和C末端。
（6） 多肽鏈部分裂解成肽段。
（7） 測定各個肽段的氨基酸順序
（8） 確定肽段在多肽鏈中的順序。
（9） 確定多肽鏈中二硫鍵的位置。
（二） 蛋白質(zhì)測序的基本策略
對于一個純蛋白質(zhì)，理想方法是從N端直接測至C端，但目前只能測60個N端氨基酸。
1、 直接法（測蛋白質(zhì)的序列）
兩種以上特異性裂解法
              N                          C
      A 法裂解  A1    A2     A3     A4    
      B 法裂解  B1    B2     B3     B4 

用兩種不同的裂解方法，產(chǎn)生兩組切點不同的肽段，分離純化每一個肽段，分離測定兩個肽段的氨基酸序列，拼接成一條完整的肽鏈。
2、 間接法（測核酸序列推斷氨基酸序列）
核酸測序，一次可測600-800bp
（三） 測序前的準備工作
1、 蛋白質(zhì)的純度鑒定
純度要求，97%以上，且均一，純度鑒定方法。（兩種以上才可靠）
⑴聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)要求一條帶
⑵DNS—cl（二甲氨基萘磺酰氯）法測N端氨基酸
2、  測定分子量
        用于估算氨基酸殘基n=

方法：凝膠過濾法、沉降系數(shù)法
3、 確定亞基種類及數(shù)目
多亞基蛋白的亞基間有兩種結合方式：
⑴非共價鍵結合
8mol/L尿素，SDS        SDS-PAGE測分子量  
⑵二硫鍵結合
        過甲酸氧化：
         —S—S—+HCOOOH  →   SO3H
      β巰基乙醇還原：

舉例:： 血紅蛋白 (α2β2)
        （注意，人的血紅蛋白α和β的N端相同。）
            分子量：  M
            拆亞基：  M1 、M2       兩條帶
          拆二硫鍵：  M1 、M2       兩條帶
      分子量關系：  M = 2M1 + 2M2
4、 測定氨基酸組成
主要是酸水解，同時輔以堿水解。氨基酸分析儀自動進行。
確定肽鏈中各種a.a出現(xiàn)的頻率,便于選擇裂解方法及試劑。
①Trp測定
     對二甲基氨基苯甲醛  590nm。
②Cys 測定
     5、5/一二硫代雙（—2—硝基苯甲酸）DTNB ，412nm
5、 端基分析
①N端分析
DNS-cl法：最常用，黃色熒光，靈敏度極高，DNS-多肽水解后的DNS-氨基酸不需要提取。
DNFB法：Sanger試劑，DNP-多肽，酸水解，黃色DNP-氨基酸，有機溶劑（乙酸乙酯）抽提分離，紙層析、薄層層析、液相等
PITC法：Edman法，逐步切下。無色PTH-氨基酸，有機溶劑抽提，層析。
②C端分析
A．肼解法
H2N-A-B-C-D-COOH     無水肼NH2NH2  100℃  5-10h。
                               
                          A-NHNH2 、 B-NHNH2 、 C-NHNH2 、  D-COOH
氨基酸的酰肼，用苯甲醛沉淀，C端在上清中，Gln、Asn、Cys、Arg不能用此法。
B．羧肽酶法（Pro不能測）
羧肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端a.a
羧肽酶B：只水解Arg、Lys
        N   H2N… … … … …Val—Ser—Gly   C

圖 P118  羧肽酶法測C末端

（四） 肽鏈的部分裂解和肽段的分離純化
1、 化學裂解法
       ①溴化氰              —Met—X—   產(chǎn)率85%
       ②亞碘酰基苯甲酸      —Trp—X—   產(chǎn)率70-100%
       ③NTCB（2-硝基-5-硫氰苯甲酸）—X—Cys—
       ④羥胺NH2OH         —Asn—Gly—
        約150個氨基酸出現(xiàn)一次
2、 酶法裂解
①胰蛋白酶         Lys      X
    (X ≠ Pro)          
                      Arg—— X

②胰凝乳蛋白酶     Tyr——X
     (X ≠ Pro)       
                      Trp——X

                      Phe——X

胃蛋白酶
                   Phe(Trp、 Try、 Leu)——Phe(Trp、 Try、 Leu)

③Glu蛋白酶       Glu——X
（V8蛋白酶）
④Arg蛋白酶       Arg——X

⑤Lys蛋白酶       X——Lys

⑥Pro蛋白酶       Pro——X
3、 肽段的分離純化
①電泳法   ＳＤＳ－ＰＡＧＥ
        根據(jù)分子量大小分離
②離子交換層析法（DEAE—Cellulose、DEAE—Sephadex）
        根據(jù)肽段的電荷特性分離
③反相ＨＰＬＣ法
        根據(jù)肽段的極性分離
④凝膠過濾
4、 肽段純度鑒定
分離得到的每一個肽段，需分別鑒定純度，常用ＤＮＳ－c l法
要求：ＳＤＳ－ＰＡＧＥ單帶、ＨＰＬＣ單峰、Ｎ端單一。
（五） 肽段的序列測定及肽鏈的拼接
1、 Edman法
一次水解一個Ｎ端a.a
（1）耦聯(lián)
        PITC ＋ H２N—A-B-C-D…… pH8—9 ，40℃      PTC——A-B-C-D……

（2）裂解
        PTC—A-B-C-D……TFA無水三氟乙酸        ATZ—A  +  H2N—B-C-D

（3）轉(zhuǎn)化
        ATZ—A                  PTH—A
           用GC或HPLC測定PTH-A
PTC肽：苯氨基硫甲酰肽
ATZ：噻唑啉酮苯胺（一氨基酸）
PTH：苯乙內(nèi)酰硫脲（一氨基酸）
                    耦聯(lián)：得PTC肽
        一次循環(huán)    裂解：ATZ- a.a
                    轉(zhuǎn)化：PTH-a.a
        反應產(chǎn)率   99％   循環(huán)次數(shù)    120
        (偶聯(lián)、降  98%                60
        解兩步）   90%                40
2、 DNS-Edman法
用DNS法測N末端，用Edman法提供（n-1）肽段。
       Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｅ肽
       圖
3、 有色Edman法
熒光基團或有色試劑標記的PITC試劑。
4、 用自動序列分析儀測序
儀器原理：Edman法，可測60肽。
1967液相測序儀
               自旋反應器，適于大肽段。
1971固相測序儀
              表面接有丙氨基的微孔玻璃球，可耦連肽段的Ｃ端。
1981氣相測序儀
              用Polybrene反應器。
       （聚陽離子）四級銨鹽聚合物
        液相：5nmol    20-40肽    97%
        氣相：5pmol     60 肽     98%
5、 肽段拼接成肽鏈
16肽，Ｎ端H    Ｃ端Ｓ
        Ａ法裂解：ONS  PS  EOVE  RLA  HOWT
        Ｂ法裂解：SEO  WTON  VERL  APS  HO
重疊法確定序列：HOWTONSEOVER LAPS
（六） 二硫鍵、酰胺及其他修飾基團的確定
1、 二硫鍵的確定（雙向電泳法）
碘乙酰胺封閉-SH
胃蛋白酶酶解蛋白質(zhì)
第一向電泳
過甲酸氧化—S—S—生成-SO3H
第二向電泳
分離出含二硫鍵的兩條短肽，測序
與拼接出的肽鏈比較，定出二硫鍵的位置。
2、 酰胺的確定
Asp –Asn、Glu-Gln
酶解肽鏈，產(chǎn)生含單個Asx或Glx的肽，用電泳法確定是Asp還是Asn
舉例：Leu-Glx-Pro-Val肽在pH=6.0 時，電荷量是  Leu+    Pro0    Val-
        此肽除Glx外，凈電荷為0，可根據(jù)此肽的電泳行為確定是Glu或是Gln。
3、 糖、脂、磷酸基位置的確定
糖類通過Asn、Ser與蛋白質(zhì)連接，-N-糖苷  -0-糖苷
脂類：Ser、 Thr、Cys
磷酸：Ser、 Thr、His
經(jīng)驗性序列：  Lys(Arg)-Ser-Asn-Ser(PO4)
Arg-Thr-Leu-Ser(PO4)
Lys(Arg) –Ala-Ser(PO4)
四、 蛋白質(zhì)的一級結構與生物功能
（一） 蛋白質(zhì)的一級結構決定高級結構和功能
蛋白質(zhì)一級結構舉例：
（1） 牛胰島素
Sanger于1953年首次完成測序工作。
P128  圖3-38
分子量：5700 dalton
51個a.a殘基，A鏈21個殘基，B鏈30個殘基，
A鏈內(nèi)有一個二硫鍵 Cys 6—Cys 11
A.B鏈間有二個二硫鍵           A.Cys 7 — B Cys 7
                               A.Cys 20—B Cys 19
（2）核糖核酸酶（RNase）

P128 圖3-39
分子量：12600
        124個a.a殘基
        4個鏈內(nèi)二硫鍵。

牛胰RNase變性一復性實驗：
P164    圖3-69。

(8M尿素+β硫基乙醇)變性、失活→透析，透析后構象恢復，
活性恢復95%以上，而二硫鍵正確復性的概率是1/105。

（3）人血紅蛋白α和β鏈及肌紅蛋白的一級結構 

P129  圖3-40

（二） 同源蛋白質(zhì)一級結構的種屬差異與生物進化
同源蛋白質(zhì)：在不同的生物體內(nèi)具有同一功能的蛋白質(zhì)。如：血紅蛋白在不同的脊椎動物中都具有輸送氧氣的功能，細胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。
同源蛋白質(zhì)的特點：
①多肽鏈長度相同或相近
②同源蛋白質(zhì)的氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱不變殘基，不變殘基高度保守，是必需的。
③除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對不同的種屬有很大變化，稱可變殘基，可變殘基中，個別氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能。
通過比較同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關系和進化，親源關系越遠，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。
1、 細胞色素C
存在于線粒體膜內(nèi)，在真核細胞的生物氧化過程中傳遞電子。

P130，圖3-41
分子量：12500左右
氨基酸殘基：100個左右，單鏈。
25種生物中，細胞色素C的不變殘基35個。
60種生物中，細胞色素C的不變殘基27個。
親源關系越近的，其細胞色素C的差異越小。
親源關系越遠的，其細胞色素C的差異越大。
人與黑猩猩         0
人與猴             1
人與狗             10
人與酵母           44
2、 胰島素
祥見 P175  胰島素的結構與功能

不同生物的胰島素a.a序列中，有24個氨基酸殘基位置始終不變，
A．B鏈上6個Cys 不變（重要性），其余18（24-6）個氨基酸多數(shù)為非極性側(cè)鏈，對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結構起重要作用。
其它氨基酸 對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結構作用不大，但對免疫反應起作用，豬與人接近，而狗則與人不同，因此可用豬的胰島素治療人的糖尿病。
（三） 蛋白質(zhì)一級結構的個體差異—分子病
分子�。夯�因突變引起某個功能蛋白的某個（些）氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導致整個分子的三維結構發(fā)生改變，致使其功能部分或全部喪失。
Linus Pauling首先發(fā)現(xiàn)鐮刀形紅細胞貧血現(xiàn)是由于血紅蛋白發(fā)生了遺傳突變引起的，成人的血紅蛋白是由兩條相同的a鏈和兩條相同的b鏈組成a2b2，鐮刀形紅細胞中，血紅蛋白b鏈第6位的aa線基由正常的Glu變成了疏水性的Val。因此，當血紅蛋白沒有攜帶O2時就由正常的球形變成了剛性的棍棒形，病人的紅細胞變成鐮刀形，容易發(fā)生溶血作用(血細胞溶解)導致病血，棍棒形的血紅蛋白對O2的結合力比正常的低。
以血紅蛋白為例：α2β2寡聚蛋白
正常人血紅蛋白，β.N......Glu 6
鐮刀型貧血      β.N......Val 6
生理條件下電荷：
Va10      Glu-
疏水     親水
人的血紅蛋白分子的四條肽鏈中（574個氨基酸殘基）只有兩個Glu分子變化成Va1分子，就能發(fā)生鐮刀狀細胞貧血病。
（四） 一級結構的部分切除與蛋白質(zhì)的激活
一些蛋白質(zhì)、酶、多肽激素在剛合成時是以無活性的前體形式存在，只有切除部分多肽后才呈現(xiàn)生物活性，如血液凝固系統(tǒng)的血纖維蛋白原和凝血酶原，消化系統(tǒng)的蛋白酶原、激素前體等。
1、 血液凝固的機理
                    凝血因子（凝血酶原致活因子）

凝血酶原                   凝血酶
                 
   纖維蛋白原A                    纖維蛋白B         凝膠
（1）、 凝血酶原

P133  圖3-43  凝血酶原的結構糖蛋白，分子量66000，582個a.a殘基，單鏈。
在凝血酶原致活因子催化下，凝血酶原分子中的Arg274—Thr275和Arg323—Ile324斷裂，釋放出274個a.a，產(chǎn)生活性凝血酶。
            A鏈49 a.a
         B鏈259 a.a
（2）、 纖維蛋白原

P133   圖3-44  纖維蛋白原的結構

α2β2r2
α肽：600個氨基酸，β肽：461氨基酸，r肽：410個氨基酸
在凝血酶作用下，從二條α鏈和二條β鏈的N端各斷裂一個特定的肽鍵-Arg—Gly-，釋放出二個纖維肽A（19個氨基酸）和二個纖維肽B（21個氨基酸），它們含有較多的酸性氨基酸殘基。

P133   纖維肽A .B的結構

A、B肽切除后，減少了蛋白質(zhì)分子的負電荷，促進分子間聚集，形成網(wǎng)狀結構。

P134上

在凝血因子XIIIa（纖維蛋白穩(wěn)定因子）催化下，纖維蛋白質(zhì)單體間形成共價健（Gln-Lys結合），生成交聯(lián)的纖維蛋白。
2、 胰島素原的激活
P134圖3-45

胰島素在胰島的β細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體上合成，稱前胰島素原，含信號肽。前胰島素原在信號肽的引導下，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，進入后，信號肽被信號肽酶切除，生成胰島素原，被運至高爾基體貯存。并在特異的肽酶作用下，切除C肽，得到活性胰島素。
五、 多肽與蛋白質(zhì)的人工合成
在醫(yī)藥和研究方面意義重大
1958年，北大生物系合成催產(chǎn)素8肽。
1965年，中國科學院生化所、有機所、北大化學系人工合成牛胰島素。
1969年，美國Merrifield用自動化的固相多肽合成儀合成第一個酶——牛胰RNase（124aa—）。

P139圖3-46  多肽的固相合成

上一頁  [1] [2] [3] 下一頁