生物化學(xué)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

1、蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 的的 分分 子子 組組 成成The Molecular Component of Protein第第 一一 節(jié)節(jié) 組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量有些蛋白質(zhì)含有少量磷磷或金屬元素或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有還含有碘碘 。各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為1616。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，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，就可因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以推算出蛋白質(zhì)的

2、大致含量：以推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100100克樣品中蛋白質(zhì)的含量（克樣品中蛋白質(zhì)的含量（g g） = = 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù)6.256.25100100 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)1/(16%)1/(16%)一、一、組成蛋白質(zhì)的基本單位組成蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸氨基酸H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H 組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，種，且均屬且均屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。L-a a-氨基酸氨基酸COOHCHNH2Ra aD-a a-氨基酸氨基酸CO

3、OHC HH2NRa a1.1.非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸2.2.極性中性氨基酸極性中性氨基酸3.3.酸性氨基酸酸性氨基酸 谷氨酸谷氨酸/ /天冬氨酸天冬氨酸4.4.堿性氨基酸堿性氨基酸 賴氨酸賴氨酸/ /精氨酸精氨酸/ /組氨酸組氨酸（一）氨基酸的分類（一）氨基酸的分類亮氨酸亮氨酸 (Leucine, Leu, L)COOHC HH2NCH2a aOHCOOHC HH2NCH2a aCHCH3CH3絲氨酸絲氨酸(Serine, Ser, S)非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸極性中性氨基酸谷氨酸谷氨酸(Glutamic acid, Glu, E)COOHC HH2N

4、CH2a aCH2COOHCOOHC HH2NCH2a aCH2CH2CH2NH2精氨酸精氨酸(Arginine, Arg, R)酸性氨基酸酸性氨基酸 堿性氨基酸堿性氨基酸結(jié)構(gòu)特殊氨基酸結(jié)構(gòu)特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸(Proline, Pro, P) （亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOOHCH2NHCH2最新發(fā)現(xiàn)的有遺傳密碼子編碼的氨基酸最新發(fā)現(xiàn)的有遺傳密碼子編碼的氨基酸 硒代半胱氨酸、吡咯賴氨酸硒代半胱氨酸、吡咯賴氨酸硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸Selenocysteine吡咯賴氨酸吡咯賴氨酸pyrrolysinepyrrolysineCOOHCHCH2SeHH2N-OOC-CH-CH2-S+N

5、H3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3u 稀有氨基酸稀有氨基酸：由：由2020個(gè)基本氨基酸延伸而個(gè)基本氨基酸延伸而來的其他氨基酸。來的其他氨基酸。+胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3賴氨酸賴氨酸羥賴氨酸羥賴氨酸O脯氨酸脯氨酸羥脯氨酸羥脯氨酸O（二）氨基酸的理化性質(zhì)（二）氨基酸的理化性質(zhì)1. 1. 兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程

6、度取決于所處溶液的酸堿度。于所處溶液的酸堿度。C+NH3COO-HRpH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸為兼性離子氨基酸為兼性離子 氨基酸為氨基酸為陽離子陽離子氨基酸為氨基酸為陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI)(isoelectric point, pI) 在某一在某一pHpH的溶液中，氨基酸解離成陽的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼離

7、子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的溶液的pHpH值值稱為稱為該氨基酸的該氨基酸的等電點(diǎn)（等電點(diǎn)（pIpI）。2. 2. 紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在280nm280nm附近。附近。含有這兩種氨基含有這兩種氨基酸的蛋白質(zhì)在酸的蛋白質(zhì)在280nm280nm附近有最大吸收峰。附近有最大吸收峰。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收3.3.茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng) 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成生成藍(lán)紫色藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰化合物，其最大吸收峰在在570nm570nm處

8、。由于此吸收峰值與氨基處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。為氨基酸定量分析方法。二、肽二、肽肽鍵肽鍵(peptide bond)(peptide bond)：是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的a a- -羧基與羧基與另一另一個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸的的a a- -氨基氨基脫水脫水縮合而形成的縮合而形成的化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵。 其化學(xué)本質(zhì)是一個(gè)其化學(xué)本質(zhì)是一個(gè)酰胺鍵酰胺鍵。（一）肽（一）肽(peptide)(peptide)NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HO

9、H甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基氨基末端氨基末端羧基末端羧基末端氨基酸殘基的編號方向：氨基酸殘基的編號方向：N N末端末端C C末端。末端。習(xí)慣上習(xí)慣上N-N-末端寫在左邊。末端寫在左邊。12u肽肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽二肽，三分子氨基酸縮合則形成三分子氨基酸縮合則形成三肽三肽u由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽寡肽(oligopeptid

10、e)(oligopeptide)，由更多的氨基由更多的氨基酸相連形成的肽稱酸相連形成的肽稱多肽多肽(polypeptide)(polypeptide)。u多肽達(dá)到多肽達(dá)到100100個(gè)氨基酸殘基或分子量達(dá)個(gè)氨基酸殘基或分子量達(dá)到到1 1萬時(shí)稱為萬時(shí)稱為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)(protein)。* *多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)(polypeptide chain)是指許多氨是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)?；嶂g以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。* *肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基氨基

11、酸殘基(residue)(residue)。丙氨酰丙氨酰 絲氨酰絲氨酰 半胱氨酰半胱氨酰 甘氨酸甘氨酸OHSHOOONH2-CH-C-N-CH-C-N-CH-C-N-CH-COOHHCH3CH2HH HCH2（丙氨酸）（丙氨酸）（絲氨酸）（絲氨酸） （半胱氨酸）（半胱氨酸）（甘氨酸）（甘氨酸）主主鏈鏈側(cè)鏈側(cè)鏈氨基末端：多肽鏈中有氨基末端：多肽鏈中有自由氨基自由氨基的一端的一端羧基末端：多肽鏈中有羧基末端：多肽鏈中有自由羧基自由羧基的一端的一端* * 多肽鏈有兩端多肽鏈有兩端OHSHOOONH2-CH-C-N-CH-C-N-CH-C-N-CH-COOHHCH3CH2HH HCH2氨基末端氨基末端

12、羧基末端羧基末端氨基末端氨基末端羧基末端羧基末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶（二）（二） 幾種生物活性肽幾種生物活性肽 1. 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)(glutathione, GSH) 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽2.2.多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽三、蛋白質(zhì)的分類三、蛋白質(zhì)的分類 * * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 單純蛋白質(zhì)：僅由氨基酸組成的活性蛋白單純蛋白質(zhì)：僅由氨基酸組成的活性蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分* * 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀

13、蛋白質(zhì) 球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)( (長軸長軸: :短軸短軸5)5)5)蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 的的 分分 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第第 二二 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)(quaternary struc

14、ture)(quaternary structure)高級高級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)定義定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，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)象和一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)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蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置骨架原子的相對空間位置，并不，并不涉及氨基酸殘

15、基側(cè)鏈的構(gòu)象涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。定義定義 主要的化學(xué)鍵：主要的化學(xué)鍵： 氫鍵氫鍵 CNOHCNOH（一）肽單元（肽平面，（一）肽單元（肽平面，peptide unit）(組成肽鍵的四個(gè)主要原子）組成肽鍵的四個(gè)主要原子）（一）肽單元（肽平面，（一）肽單元（肽平面，peptide unit）CNCCNCOHOH（一）肽單元（肽平面，（一）肽單元（肽平面，peptide unit）參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原個(gè)原子子Ca a1、C、O、N、H、Ca a2位于同一平面，位于同一平面，Ca a1和和Ca a2在平面上所在平面上所處 的 位 置 為 反 式處 的 位 置 為 反 式(trans)構(gòu)型

16、，此同一構(gòu)型，此同一平面上的平面上的6個(gè)原子構(gòu)個(gè)原子構(gòu)成 了 所 謂 的成 了 所 謂 的 肽 單 元肽 單 元 (peptide unit) 。 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式 a a- -螺旋螺旋 ( (a a -helix) ) - -折疊折疊 ( ( -pleated sheet) ) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( ( -turn) ) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 ( (random coil) ) （二）（二） a a- -螺旋螺旋（二）（二） a a- -螺旋螺旋（二）（二） a a- -螺旋螺旋a-螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多肽鏈的主鏈圍繞中心軸形成右手多肽鏈的主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋螺旋

17、每每3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距為螺距為0.54nm穩(wěn)定力：氫鍵穩(wěn)定力：氫鍵氨基酸殘基的側(cè)鏈在螺旋的外側(cè)，氨基酸殘基的側(cè)鏈在螺旋的外側(cè)，并影響到并影響到a a-螺旋的穩(wěn)定性螺旋的穩(wěn)定性（三）（三） - -折疊折疊（三）（三） - -折疊折疊 -折疊走向示意圖折疊走向示意圖-折疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：呈折紙狀，即以每個(gè)肽單元的呈折紙狀，即以每個(gè)肽單元的Ca a為旋轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀兩條以上的肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽兩條以上的肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段的鋸齒狀結(jié)構(gòu)可平行排列，走向可以段的鋸齒狀結(jié)構(gòu)可平行排列，走向可以相同，也可相反相同，也可相反

18、穩(wěn)定力：氫鍵穩(wěn)定力：氫鍵氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)交替地位于鋸齒氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方，并影響到折疊的穩(wěn)定狀結(jié)構(gòu)的上下方，并影響到折疊的穩(wěn)定性性（四）（四） -轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性無規(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)。的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。 常見蛋常見蛋白激酶結(jié)構(gòu)示意圖白激酶結(jié)構(gòu)示意圖 - -折疊折疊無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲a a-螺旋螺旋 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角二級結(jié)構(gòu)表述的是蛋白質(zhì)主鏈的局部結(jié)構(gòu)特征二級結(jié)構(gòu)表述的是蛋白質(zhì)主鏈的局部結(jié)構(gòu)特征（五）模體（五）模體 (motif)(motif)在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或在許多蛋

19、白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互三個(gè)具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體模體( (motif) )。兔的丙酮酸激酶兔的丙酮酸激酶三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)-a-a-環(huán)（模體）環(huán)（模體）（五）模體（五）模體 (motif)(motif)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體合鈣離子的模體 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) 三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空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間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。排布位置。三級

20、結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有活性的結(jié)構(gòu)基三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。礎(chǔ)。（一）（一） 定義定義 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) （外觀三維立體圖）（外觀三維立體圖）（平面示意圖圖）（平面示意圖圖）（二）穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵（二）穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。力等。 纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域 （三）結(jié)構(gòu)域（三）結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)常可分割成大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得一個(gè)或數(shù)個(gè)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)域較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)

21、構(gòu)域(domain) (domain) 。鈣肌蛋白鈣肌蛋白C C（Troponin CTroponin C）結(jié)構(gòu)與功能）結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域2鈣肌蛋白鈣肌蛋白C C（Troponin CTroponin C）結(jié)構(gòu)與功能）結(jié)構(gòu)與功能鈣肌蛋白鈣肌蛋白C的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域分別與鈣肌的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域分別與鈣肌蛋白蛋白I、T結(jié)合。當(dāng)鈣肌蛋白結(jié)合。當(dāng)鈣肌蛋白C與與Ca2+結(jié)合結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，激發(fā)了肌肉的收縮。時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，激發(fā)了肌肉的收縮。鈣肌蛋白鈣肌蛋白C（四）分子伴侶（四）分子伴侶（chaperon）分子伴侶是一種引導(dǎo)蛋白質(zhì)正確折疊分子伴侶是一種引導(dǎo)蛋白質(zhì)正確折疊的蛋白質(zhì)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)折疊

22、時(shí)，它們能保護(hù)的蛋白質(zhì)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)折疊時(shí)，它們能保護(hù)蛋白質(zhì)分子免受其它蛋白質(zhì)的干擾。蛋白質(zhì)分子免受其它蛋白質(zhì)的干擾。很多分子伴侶屬于熱休克蛋白（例如很多分子伴侶屬于熱休克蛋白（例如HSP-60HSP-60），它們在細(xì)胞受熱時(shí)大量合成。），它們在細(xì)胞受熱時(shí)大量合成。熱激可導(dǎo)致蛋白質(zhì)穩(wěn)定性降低，增加錯(cuò)誤熱激可導(dǎo)致蛋白質(zhì)穩(wěn)定性降低，增加錯(cuò)誤折疊的幾率，因此在受到熱刺激時(shí)，細(xì)胞折疊的幾率，因此在受到熱刺激時(shí)，細(xì)胞中的蛋白質(zhì)需要更多熱休克蛋白的幫助。中的蛋白質(zhì)需要更多熱休克蛋白的幫助。分子伴侶示意圖分子伴侶示意圖側(cè)面圖側(cè)面圖 俯視圖俯視圖四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)四、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

23、多有些蛋白質(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)，肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)(subunit)。蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及蛋白質(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，稱為亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。亞基之間的穩(wěn)定力亞基之間的穩(wěn)定力：主要是疏水作：主要是疏水作用力，其次是氫鍵和離子鍵等次級鍵。用力，其次是氫鍵和離子鍵等次級鍵。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一至四級結(jié)構(gòu)的關(guān)系蛋白質(zhì)一至四級結(jié)構(gòu)的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)

24、構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第第 三三 節(jié)節(jié)（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的變性與復(fù)性變性與復(fù)性（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）一級結(jié)構(gòu)與功

25、能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為疾病，稱為“分子病分子病”。一級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部分相似，功能相似；一一級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部分相似，功能相似；一級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部分改變，功能或活性改變。級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部分改變，功能或活性改變。正常紅細(xì)胞與鐮形紅細(xì)胞的比較正常紅細(xì)胞與鐮形紅細(xì)胞的比較蛋白質(zhì)空間相似，功能相似；蛋白質(zhì)空間相似，功能相似；蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變，

26、活性改變；蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變，活性改變；蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)破壞，活性喪失。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)破壞，活性喪失。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為變成全為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。Pr

27、PPrPc c-螺旋螺旋PrPPrPscsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病天冬氨酸天冬氨酸-氨甲磷酸轉(zhuǎn)移酶變構(gòu)激活示意圖氨甲磷酸轉(zhuǎn)移酶變構(gòu)激活示意圖無活性構(gòu)象無活性構(gòu)象變構(gòu)激活后構(gòu)象變構(gòu)激活后構(gòu)象第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein（一）蛋白質(zhì)的兩性電離（一）蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離蛋白質(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(tuán)，在一定外，氨

28、基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液的溶液pHpH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。電荷的基團(tuán)。 蛋白質(zhì)的兩性解離性蛋白質(zhì)的兩性解離性PrNH2COOHPrNH3+COO-pH=pIpHpI+OH-+H+OH-+H+pHpI兼性離子兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子PrNH2COO-PrNH3+COOH（一）蛋白質(zhì)的兩性電離（一）蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)溶液處于某一蛋白質(zhì)溶液處于某一pHpH時(shí)，蛋白質(zhì)解離時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零

29、，此時(shí)子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的溶液的pHpH稱為稱為蛋白蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 。一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自可自1 1萬至萬至100100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1 1100nm100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。，為膠粒范圍之內(nèi)。蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)：不能透過半透蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)：不能透過半透膜、電泳現(xiàn)象、丁達(dá)爾現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)等。膜、電泳現(xiàn)象、丁達(dá)爾現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)等。蛋白質(zhì)不能透過半透膜的應(yīng)用蛋白質(zhì)不能透過半透膜的

30、應(yīng)用透析透析透析裝置透析裝置血液透析儀原理血液透析儀原理電泳現(xiàn)象的應(yīng)用電泳現(xiàn)象的應(yīng)用蛋白質(zhì)的分離蛋白質(zhì)的分離血清蛋白質(zhì)聚丙烯酰胺凝聚圓盤電泳圖譜血清蛋白質(zhì)聚丙烯酰胺凝聚圓盤電泳圖譜一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)膠體能穩(wěn)定存在的主要因素：蛋白質(zhì)膠體能穩(wěn)定存在的主要因素：顆粒表面的電荷顆粒表面的電荷顆粒表面的水化膜顆粒表面的水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸酸堿堿酸酸

31、堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 1.1.蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的特定的空間構(gòu)象被破壞空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空，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(dǎo)致間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其其理化性質(zhì)改變理化性質(zhì)改變和和生物活性的喪失生物活性的喪失。一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) 變性的本質(zhì)變性的本質(zhì)破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，

32、即蛋白質(zhì)的肽鍵沒有被破質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)的肽鍵沒有被破壞。壞。造成變性的因素造成變性的因素u物理因素：如加熱、紫外線、微波等物理因素：如加熱、紫外線、微波等u化學(xué)因素：有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重化學(xué)因素：有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等金屬離子及生物堿試劑等 。一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 蛋白質(zhì)變性應(yīng)用舉例蛋白質(zhì)變性應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。毒及滅菌。此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存防止蛋白質(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)制劑（

33、如疫苗等）的必要條件。 一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原 有 的 構(gòu) 象 和 功 能 ， 稱 為原 有 的 構(gòu) 象 和 功 能 ， 稱 為 復(fù) 性復(fù) 性(renaturation)(renaturation) 。一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇

34、非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的變性與復(fù)性變性與復(fù)性2.2.蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。溶液中析出。 蛋白質(zhì)變性和沉淀間沒有必然的關(guān)系。蛋白質(zhì)變性和沉淀間沒有必然的關(guān)系。一般而言，變性的蛋白質(zhì)易于沉淀；但沉一般而言，變性的蛋白質(zhì)易于沉淀；但沉淀了的蛋白質(zhì)未必已變性。淀了的蛋白質(zhì)未必已變性。 一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 3.3.蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(pro

35、tein coagulation) 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中，稱為蛋白質(zhì)的凝固。中，稱為蛋白質(zhì)的凝固。 一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。一、理化性質(zhì)一

36、、理化性質(zhì) （四）蛋白質(zhì)的紫外吸收（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction) 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。測蛋白質(zhì)水解程度。3.Folin-酚試劑反應(yīng)（見實(shí)驗(yàn)一）酚試劑反應(yīng)（見實(shí)驗(yàn)一）一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) （五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)二、蛋白質(zhì)的分離和純化二、蛋白質(zhì)的分離和純化常用方法：常用方法：（一）透析及超濾法（一）透析及超濾法（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀（三）電泳（三）電泳（四）層析（四）層析（五）超速離心（五）超速離心蛋白質(zhì)的脫水作用（沉淀劑）蛋白質(zhì)的脫水作用（沉淀劑）鹽析：大量中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀的現(xiàn)象。鹽析：大量中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀的現(xiàn)象。常用的中性鹽