生化蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件

1、Biochemistry查錫良主編，人民衛(wèi)生出版社，第八版，2013年出版生 物 化 學生物化學與分子生物學教研室 黃勇奇生物化學：biochemistry 是研究生物體內(nèi)化學分子與化學反應的基礎生命科學，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。主要研究生物體內(nèi)分子結(jié)構(gòu)與功能，物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)以及遺傳信息傳遞的分子基礎與調(diào)控規(guī)律。緒 論第一節(jié) 生物化學的發(fā)展簡史第二節(jié) 當代生物化學研究的主要內(nèi)容第三節(jié) 生物化學與醫(yī)學生物化學的發(fā)展簡史： 一、敘述生物化學階段（18世紀中到19世紀末） 二、動態(tài)生物化學階段（20世紀初） 三、分子生物學時期（20世紀后半葉以來）生物化學的發(fā)展簡史： 一、敘述生物化學階段（1

2、8世紀中到19世紀末） 二、動態(tài)生物化學階段（20世紀初） 三、分子生物學時期（20世紀后半葉以來）萌芽階段，其主要的工作是分析和研究生物體的組成成分以及生物體的分泌物和排泄物 。生物化學的發(fā)展簡史： 一、敘述生物化學階段（18世紀中到19世紀末） 二、動態(tài)生物化學階段（20世紀初） 三、分子生物學時期（20世紀后半葉以來）這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結(jié)構(gòu)與其功能之間的關系。 生物化學的主要內(nèi)容：一、生物大分子結(jié)構(gòu)與功能二、物質(zhì)代謝與其調(diào)節(jié)三、遺傳信息傳遞與調(diào)控四、專題篇（臨床生化與分子生物學）生物分子的結(jié)構(gòu)與功能第一篇第一章：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章：核酸的結(jié)構(gòu)與功能第三章

3、：酶第四章：聚糖的結(jié)構(gòu)與功能第五章：維生素與無機鹽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第 一 章Structure and Function of Protein本章內(nèi)容概要： 1、蛋白質(zhì)的分子組成 2、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 3、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系 4、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 5、蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析二、蛋白質(zhì)的生物學重要性1. 蛋白質(zhì)是生物 體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80。1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲5）運動與支

4、持作用6）參與細胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能3. 氧化供能 組成蛋白質(zhì)的元素:主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘 。 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )= 每克樣品含氮克數(shù) 6.251001/16% 蛋白質(zhì)元素組成的特點（凱氏定氮法）一、氨基酸 組成蛋白質(zhì)的基本單位R氨基酸的結(jié)構(gòu)通式存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬

5、L- 氨基酸（甘氨酸除外）。存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L- 氨基酸（甘氨酸除外）。H甘氨酸RL-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式1、非極性脂肪族氨基酸2、極性中性氨基酸3、芳香族氨基酸4、酸性氨基酸5、堿性氨基酸二、氨基酸的分類（據(jù)側(cè)鏈基團的理化性質(zhì)不同分）* 20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:(1) Nonpolar aliphatic amino acids: Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline(2) Polar neutral amino acids: Serine Threon

6、ine Cysteine Methionine Asparagine Glutamine（極性中性）絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸蛋氨酸（甲硫氨酸）天冬酰胺谷胺酰胺(3) Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan非極性芳香族氨酸酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸(3) Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan(4) acidic amino acids: Aspartic acid Glutamic aicd(5) basic amino aci

7、d （堿性氨基酸）Lysine Arginine Histidine賴氨酸精氨酸組氨酸說明一點： 20種氨基酸的分類是可以根據(jù)不同需要而有多種分類的。如以往曾經(jīng)只分為四種： 非極性疏水性，極性中性，酸性，堿性。甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸 alanine Ala A 6.00纈氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸 leucine Leu L 5.98 異亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸 proline Pro P 6.30非極性疏水性氨基酸色氨酸 tryptophan Try W

8、 5.89絲氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 蘇氨酸 threonine Thr T 5.602. 極性中性氨基酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22賴氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸 arginine Arg R 10.76組氨酸 histidi

9、ne His H 7.593. 酸性氨基酸4. 堿性氨基酸說明一點： 20種氨基酸的分類是可以根據(jù)不同需要而有多種分類的。如以往曾經(jīng)只分為四種： 非極性疏水性，極性中性，酸性，堿性。在往后的學習中，還會碰到以下的氨基酸分類： 1、按結(jié)構(gòu)中是否含硫而劃分出含硫氨基酸：Cys、Met 2、按R基團是否為支鏈劃分出支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile 3、按營養(yǎng)價值高低不同劃分營養(yǎng)必需和營養(yǎng)非必需氨基酸。兩種特殊氨基酸： 脯氨酸（亞氨基酸） 半胱氨酸 +胱氨酸二硫鍵-HHModified amino acids修飾氨基酸（無密碼子編碼）Selenium, SeSulfur, S羥脯氨酸羥賴氨酸amin

10、o acids not-presented in proteins鳥氨酸瓜氨酸不出現(xiàn)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氨基酸三、氨基酸的主要理化性質(zhì) 1、氨基酸兩性解離和等電點： 1）兩性解離：AANH2COOHAANH3COOHAANH2COO -+AAAANH2COOHAANH3COOHAANH2COO -+H+OH-pH低時pH高時三、氨基酸的主要理化性質(zhì) 1、氨基酸兩性解離和等電點： 1）兩性解離：2）等電點：指使氨基酸解離成正、負離子數(shù)相等， 凈電荷為零時溶液的pH值。用pI表示AANH2COOHAANH3COOH+AANH2COO -AACOONH3+-H+OH-如此則有：AANH2COOHAANH

11、3COOH+AANH2COO -AACOONH3+-pHpIpHpIpH=pIpI的計算:pI = (pK1 + pK2) / 2pI的計算:pI = (pK1 + pK2) / 2例： Glu的pK1 =2.6，pK2=4.6， pK3=9.6， 其pI約是多少？pI的計算:酸性：小加小除以堿性：大加大除以其他：加起來除以pI = (pK1 + pK2) / 2問題：下列哪個氨基酸在中性溶液中電泳時 向負極移動？ A、精氨酸 B、異亮氨酸 C、谷氨酸 D、天冬氨酸 E、絲氨酸2. 紫外吸收 是指含有共軛雙鍵的色氨酸、酪氨酸溶液對紫外光具有吸收特性，其最大吸收峰在 280 nm 附近。2. 氨

12、基酸紫外吸收特性的應用。 大多數(shù)蛋白質(zhì)含有色氨酸與酪氨酸，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。（紫外分光光度法）3. 茚三酮反應 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此也可作為氨基酸定量分析方法。四、肽（一）肽(peptide)* 肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。四、肽* 肽鍵(peptide bond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。（一）肽(peptide)* 肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽

13、鍵* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽* 肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。* 由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。* 多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N 末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C 末端：多肽鏈中有自由羧基的一端1、多肽鏈有兩端：* 多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。2、多肽鏈主鏈和側(cè)鏈：主鏈：由構(gòu)成肽鍵的四個原子和-碳原子交

14、替連接而成。側(cè)鏈：由多肽鏈各個氨基酸殘基的側(cè)鏈基團構(gòu)成。多肽鏈主鏈：H NCHCON2NOCCHNOCCHNOCCHCHCONCHCONNOCCHNOCCHCHCONCHCONCHCOOH多肽鏈側(cè)鏈：多肽鏈側(cè)鏈：蛋白質(zhì)與多肽：可以說蛋白質(zhì)是多肽，但不能說多肽就是蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)含有較多的氨基酸殘基（最小的，胰島素，51），并且蛋白質(zhì)因為自身獨特的空間結(jié)構(gòu)而具有特異的生理功能。（二） 幾種生物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)功能：抗氧化、解毒。GSH過氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶NADPH+H+ NADP+ （1）抗氧化：聯(lián)系臨床： 蠶豆病

15、的生化機制（磷酸戊糖途徑的生理意義）！酶SHSH+Hg酶SSHg酶SSHg+GSH酶SHSHHgGSH+（2）解毒：如臨床上的重金屬中毒（有活性）（失去活性）（恢復活性） 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 多肽類激素及神經(jīng)肽蛋 白 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第 二 節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：1952年 高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structur

16、e)定義：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸從N端到C端的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)的維系鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和生物學功能的基礎。1953年，英國F.Sanger，1958年Nobel獎二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。定義： 維系鍵： 氫鍵 （一）肽單元參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元 (peptide unit) 。20世紀30年

17、代 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式 -螺旋 ( -helix ) ：最常見 -折疊 ( -pleated sheet ) -轉(zhuǎn)角 ( -turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ) （二） -螺旋：是指蛋白質(zhì)分子中多個肽平面通過 -碳原子沿長軸方向，按一定規(guī)律盤繞形成 的穩(wěn)定-螺旋構(gòu)象。結(jié)構(gòu)要點（特征）是：多為右手螺旋；3.6AA圈、螺距0.54nm0.54nm（二） -螺旋：是指蛋白質(zhì)分子中多個肽平面通過 -碳原子沿長軸方向，按一定規(guī)律盤繞形成 的穩(wěn)定-螺旋構(gòu)象。結(jié)構(gòu)要點（特征）是：多為右手螺旋；3.6AA圈、螺距0.54nm氫鍵維系（主要）；0.54nmCOH（二） -螺旋：是指蛋白質(zhì)

18、分子中多個肽平面通過 -碳原子沿長軸方向，按一定規(guī)律盤繞形成 的穩(wěn)定-螺旋構(gòu)象。0.54nmCOHR結(jié)構(gòu)要點（特征）是：多為右手螺旋；3.6AA圈、螺距0.54nm氫鍵維系（主要）；側(cè)鏈基團在外，并以其大小、形狀、所帶電荷來影響螺旋形成。 可存在兩性-螺旋（三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 （三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 （三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面

19、折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 3、氫鍵維系。 CONH（三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 3、氫鍵維系。 4、側(cè)鏈基團在片層上下。CONHRR（三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 3、氫鍵維系。 4、側(cè)鏈基團在片層上下。 5、平行排列的肽段可順向，可反向。CONH

20、RRN端C端C端N端（三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 3、氫鍵維系。 4、側(cè)鏈基團在片層上下。 5、平行排列的肽段可順向，可反向。CONHRRN端C端C端N端（三） -折疊：又稱-片層。是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈 中肽平面折疊成鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1、肽鏈延伸，折疊成鋸齒狀。 2、若干肽段可互相靠攏，平行排列，成片層狀。 3、氫鍵維系。 4、側(cè)鏈基團在片層上下。 5、平行排列的肽段可順向，可反向。CONHRRC端N端-折疊-pleated sheet（四）-轉(zhuǎn)角和

21、無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角只包含四個氨基酸殘基.1.-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。 2. 無規(guī)卷曲（五）模體在許多蛋白質(zhì)分子中，兩個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象并具有特殊功能，稱為模體(motif)。本質(zhì)上屬超級二級結(jié)構(gòu)。模體總有其特征性的氨基酸序列,并發(fā)揮特殊的功能。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體 鋅指結(jié)構(gòu) （六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或-折疊，它就會出現(xiàn)相應的二級結(jié)構(gòu)。 例1：妨礙-螺旋形成的主要因素：（1）多個酸性AA相鄰或多個堿性AA相鄰，R帶同種

22、電荷相斥。（2）Asn , Leu存在處，R側(cè)鏈大。（3）Pro存在，Pro的N原子位于剛性五元環(huán)中，妨礙盤曲而使肽鏈走向轉(zhuǎn)折，不能形成-螺旋而形成-轉(zhuǎn)角。例2：-折疊形成的條件： 較小的R（如Gly , Ala）容許兩條肽段彼此接近。如蠶絲蛋白中含大量Gly,Ala，故極易形成-折疊。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。 維系鍵：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一） 定義 肌紅蛋白 (Mb) N 端 C端規(guī)律：親水側(cè)鏈在外，疏水側(cè)鏈在內(nèi)。（二）結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€或數(shù)個具有較為獨立三

23、維結(jié)構(gòu)的球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain) 。但有些蛋白質(zhì)各結(jié)構(gòu)域之間接觸較多并緊密，從結(jié)構(gòu)上很難劃分，因此并非所有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域都明顯可分。（三）分子伴侶(chaperon)* 分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。 * 分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。 * 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。 一類能促進蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)正確形成的蛋白質(zhì)。它通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。機制：可參考P308頁加深理解

24、。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，這樣的一條多肽鏈就稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。維系鍵： 氫鍵，離子鍵，疏水鍵。不能是二硫鍵。理解四級結(jié)構(gòu)要注意的幾個問題： （1）并非所有的蛋白質(zhì)都有四級結(jié)構(gòu)。 條件：由兩條(以上)的多肽鏈構(gòu)成。 且每條多肽鏈具有獨立的三級結(jié)構(gòu)。 多肽鏈之間不能以共價鍵相連。 （2）亞基單獨存在時不具有生理功能。 （3）蛋白質(zhì)分子之間的結(jié)合或蛋白質(zhì)與脂類、核酸 等的結(jié)合，不屬四級結(jié)構(gòu)范疇。4 subunits血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)蛋白

25、質(zhì)一 四級結(jié)構(gòu)關系圖：蛋白質(zhì)一 四級結(jié)構(gòu)關系圖：Motif Domain五、蛋白質(zhì)的分類 * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = 蛋白質(zhì)部分 + 非蛋白質(zhì)部分* 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 纖維狀蛋白質(zhì)：較難溶于水球狀蛋白質(zhì)：多數(shù)能溶于水蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系The Relation of Structure and Function of Protein第 三 節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系The Relation of Structure and Function of Protein第 三 節(jié)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關系二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)與功能的基礎 一、蛋

26、白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關系 例： 蛋白質(zhì)就算受到變性因素影響而導致其空間結(jié)構(gòu)破壞，只要其一級結(jié)構(gòu)還在，則仍然有恢復其空間結(jié)構(gòu)與功能的可能。牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)（天然狀態(tài)）二硫鍵 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性（二）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)相似則空間結(jié)構(gòu)與功能相似。如： 各種動物體內(nèi)的胰島素，其一級結(jié)構(gòu)類似，故都具有降血糖的功能。Variation in positions A8,A9,A10, and A30 in insulin from various animalsSpecies Variations of amino acid residuesA

27、5 A6 A10 A30HumanPigDogRabbitCowSheepHorseSperm whaleThr Thr ThrThr AlaAlaThrThrSer Ser SerSer SerGlyGlySerIle Ile IleIle ValValIleIleThrAla AlaSer AlaAlaAlaAla（三）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的改變可引起 功能的改變（疾?。├虹牭缎渭t細胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) （三）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的改變可引起

28、功能的改變（疾?。├虹牭缎渭t細胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。其根本原因在于基因突變。（四）一級結(jié)構(gòu)的氨基酸序列能提供生物進化信息 比較不同物種間同種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，可以了解物種間的進化關系。表現(xiàn)為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)越相似，則物種間的親緣關系越接近。 可由此繪成物種間的進化樹。見圖1-18二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關系 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變則功能改變（一）

29、肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) （一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) 可看出：血紅蛋白單個亞基的結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似。 故都能與氧結(jié)合。但有差別。Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合， Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數(shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。 Mb則缺乏此種變化。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧 肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線* 協(xié)同效應(cooperativity) 一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應。 如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應 (positive cooperativity)如果是抑

30、制作用則稱為負協(xié)同效應 (negative cooperativity)變構(gòu)效應(allosteric effect)當?shù)鞍踪|(zhì)與某些小分子物質(zhì)結(jié)合后引起其空間結(jié)構(gòu)的改變進而伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應。此種蛋白稱為變構(gòu)蛋白，這些小分子物質(zhì)稱為變構(gòu)劑。后面將要學習的酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)即與此相同。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象?。?蛋白質(zhì)在形成空間結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)生錯誤折疊，故未能形成正確的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象），盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但其功能仍受到影響，嚴重時可導致疾病發(fā)生。有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，水溶性差，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變

31、。這類疾病包括： 人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、 亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導致疾病的機理：瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的PrPsc，從而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變：第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Protein（一）蛋白質(zhì)的兩性電離 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條

32、件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。 * 蛋白質(zhì)的等電點( isoelectric point, pI) 當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。PrNH3+COOHPrNH3+COO -PrNH2COO -OH-OH-H+H+ZwitterionNegative ionPositive ionpH=pIpHpIpHpI（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。 * 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素（蛋白質(zhì)溶于水的原因）顆粒表面電荷水化膜

33、水化膜表面電荷+ 水化膜與表面電荷的存在，使溶液當中的蛋白質(zhì)分子不能互相聚集成團，從而以單個分子的形式溶于水溶液中。 要想蛋白質(zhì)從溶液當中沉淀出來，則必須破壞這兩大因素。（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。稱為蛋白質(zhì)變性。 蛋白質(zhì)的變性(denaturation) 造成變性的因素：如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì)：破壞非共價鍵和二硫鍵， 不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。 變性的后果：溶解度降低，粘度增加，結(jié)晶能力 消失，生物活性喪失，

34、易被蛋白酶水解。 應用舉例臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。 * 蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)變性時會因空間結(jié)構(gòu)被破壞而導致疏水側(cè)鏈暴露出來，肽鏈相互纏繞繼而融匯聚集而從溶液中析出，稱為蛋白質(zhì)沉淀。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀但不一定沉淀；同樣蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，也不一定是因為變性引起。 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為變性蛋白質(zhì)的復性(renaturation) 。 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋

35、白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為變性蛋白質(zhì)的復性(renaturation) 。但許多蛋白質(zhì)變性后，因空間結(jié)構(gòu)破壞嚴重而難以復性，稱為不可逆變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。 * 蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應茚三酮反應(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。 雙縮脲反應

36、(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中的肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應茚三酮反應(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。 雙縮脲反應(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中的肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。 OH2N-C-NH2= OH2N-C-NH2=+ O OH2N-C-NH-C-NH2=第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化The Separation and Pu

37、rification of Protein（一）透析及超濾法* 透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。* 超濾法 應用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀 *丙酮和乙醇等有機溶劑極性強，故能破壞蛋白質(zhì)表面的水化膜而使蛋白沉淀。 使用丙酮沉淀時，應在04低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應立即分離以免變性。*鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質(zhì)沉淀。 *

38、 免疫沉淀法： 將某一純化蛋白質(zhì)作為抗原免疫動物，可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。 （三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術, 稱為電泳(elctrophoresis) 。例：人血清中有各種蛋白質(zhì)： 清蛋白（pI=4.64) -球蛋白（ pI =5.06) -球蛋白（ pI =5.06) -球蛋白（ pI =5.12) -球蛋白（ pI =6.85 7.3)21如把上述各種蛋白質(zhì)都處于有同一pH值（如=8.6)的溶液中，則由于它們