生物化學(xué) 蛋白質(zhì)

1、第一章第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能structure and function of proteinthe biochemistry and molecular biology department of jmu蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多是由許多氨基酸氨基酸(amino acids)通過(guò)通過(guò)肽鍵肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含相連形成的高分子含氮氮化合物。化合物。n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)研究研究的的歷史歷史18331833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。18641864

2、年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。1919世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多種短肽。了多種短肽。2020世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；完成胰島世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。2020世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；19621962年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究展展開(kāi)。開(kāi)。n蛋白質(zhì)的生物學(xué)

3、重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的占人體干重的4545，某些組織含量更高，例如，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)脾、肺及橫紋肌等高達(dá)8080。1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分1 1）酶的生物催化作用）酶的生物催化作用2 2）調(diào)控作用）調(diào)控作用參與基因調(diào)控：組蛋白、非組蛋白等參與基因調(diào)控：組蛋白、非組蛋白等參與代謝調(diào)控：如激素或生長(zhǎng)因子等參與代謝調(diào)控：

4、如激素或生長(zhǎng)因子等3 3）運(yùn)動(dòng)與支持）運(yùn)動(dòng)與支持機(jī)體的結(jié)構(gòu)蛋白：機(jī)體的結(jié)構(gòu)蛋白：頭發(fā)、骨骼、牙齒、肌肉等頭發(fā)、骨骼、牙齒、肌肉等4 4）參與運(yùn)輸貯存的作用）參與運(yùn)輸貯存的作用5 5）免疫保護(hù)作用）免疫保護(hù)作用抗原抗體反應(yīng)抗原抗體反應(yīng)凝血機(jī)制凝血機(jī)制6 6）參與細(xì)胞間信息傳遞）參與細(xì)胞間信息傳遞信號(hào)傳導(dǎo)中的受體、信息分子等信號(hào)傳導(dǎo)中的受體、信息分子等作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞參與細(xì)胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3. 氧

5、化供能氧化供能蛋白質(zhì)的分子組成the molecular component of protein第第 一一 節(jié)節(jié) 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成主要有主要有c、h、o、n和和s。 有些蛋白質(zhì)含有少量有些蛋白質(zhì)含有少量p或金屬元素或金屬元素fe、cu、zn、mn、co、mo，個(gè)別蛋白質(zhì)還，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有含有 i 。 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16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)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)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6

6、.251001/16%n蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)一、氨基酸一、氨基酸 蛋白質(zhì)的基本組成單位蛋白質(zhì)的基本組成單位存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余種，余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，種，且均屬且均屬 l- -氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。鏡子鏡子coohnh2cnh2coohcrl-構(gòu)型構(gòu)型d-構(gòu)型構(gòu)型hrhh甘氨酸甘氨酸ch3丙氨酸丙氨酸l-氨基酸的通式氨基酸的通式rc+nh3coo-h非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨

7、基酸二、氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類進(jìn)行分類* * 20 20種氨基酸的英文名稱、縮寫(xiě)符號(hào)及分類如下種氨基酸的英文名稱、縮寫(xiě)符號(hào)及分類如下: :( (一一) )側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸氨基酸( (二二) )側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸中性氨基酸( (三三) )側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸( (四四) )側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸( (五五) )側(cè)鏈含正性解離基

8、團(tuán)的氨基酸屬于堿性側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸氨基酸lys, karg, rhis, hguanidylimidazolasp, dglu, ecarboxylcarboxylmethylthiomercaptocys,cmet,mhydroxyser,sthr,ttyr,yhydroxyphenyl phe,ftyr,ytrp,wval,vleu,lile,igly,gala,apro,pcarbonylcarbonylasn,ngln,q習(xí)慣分類方法習(xí)慣分類方法1.芳香族氨基酸芳香族氨基酸：trp、tyr、phe2.含羥基氨基酸含羥基氨基酸：ser、thr、tyr3.含硫氨基酸

9、含硫氨基酸：cys、met4.雜環(huán)族氨基酸：雜環(huán)族氨基酸：his5.雜環(huán)族亞氨基酸：雜環(huán)族亞氨基酸：pro6.支鏈氨基酸支鏈氨基酸：val、leu、ile氨基酸分類歸納：氨基酸分類歸納：堿性賴精組，酸性天和谷堿性賴精組，酸性天和谷芳香苯色酪，分支纈亮異芳香苯色酪，分支纈亮異含硫半甲硫，羥基酪蘇絲含硫半甲硫，羥基酪蘇絲you should know names, structures, 3-letter codes幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）ch2chcoo-nh2+ch2ch2ch2chcoo-nh2+ch2ch2甘氨酸甘氨酸（無(wú)手性碳原子）（無(wú)手性碳原子

10、）-ooc-ch-ch2-s+nh3s-ch2-ch-coo-+nh3-ooc-ch-ch2-s+nh3s-ch2-ch-coo-+nh3 半胱氨酸半胱氨酸 +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修飾氨基酸：修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的氨基蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的氨基酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸（酸（hyp）、羥賴氨酸（）、羥賴氨酸（hyl）。）。非生蛋白氨基酸：非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不

11、存在的氨基酸。如：瓜氨酸、蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生鳥(niǎo)氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。的。 modified amino acids修飾氨基酸，無(wú)密碼子編碼修飾氨基酸，無(wú)密碼子編碼selenium, sesulfur, s羥脯氨酸羥脯氨酸羥賴氨酸羥賴氨酸amino acids not-presented in proteins鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)氨酸瓜氨酸瓜氨酸不出現(xiàn)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氨基酸不出現(xiàn)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氨基酸三、三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)n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

12、程度取決于所氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。處溶液的酸堿度。 等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pi) 在某一在某一ph的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的中性。此時(shí)溶液的ph值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)ph=pi+oh-phpi+h+oh-+h+phpi氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子chnh2coohr chnh2coohrc

13、hnh3+coo-r chnh3+coo-rchnh2coo-r chnh2coo-rch coohrnh3+ch coohrnh3+the pi is the ph midway between pk value on either side of the isoelectric species. for example glycine glutamate histidinepi的的計(jì)計(jì)算算:pi = (pk1+pk2)/2an acidic amino acid pi=(pk1+pkr)/2a basic amino acid pi=(pkr+pk2)/2（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸

14、收性質(zhì)（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)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 280 nm 附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)藍(lán)紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm處

15、。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng) 四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈的多肽鏈肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形成氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。的化學(xué)鍵。（一）（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽 (peptide)nh2-ch-chooh甘甘氨氨酸酸nh2-ch-chooh甘甘氨氨酸酸nh

16、-ch-choho oh甘甘氨氨酸酸+-hoh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肽是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化肽是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基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酸縮合則形成三肽肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽由十個(gè)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

17、連形成的肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽稱多肽(polypeptide)。n 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端c 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-羧基羧基的一端的一端n多肽鏈有兩端：多肽鏈有兩端：多肽鏈多肽鏈(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)。多肽鏈多肽鏈 多肽鏈多肽鏈n末端末端c末端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. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, gsh)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): : 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的谷氨

18、酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽三肽 谷氨酸的谷氨酸的 -羧基羧基形成肽鍵形成肽鍵 sh為活性基團(tuán)為活性基團(tuán) 為為酸性肽酸性肽 是體內(nèi)重要的是體內(nèi)重要的還原劑還原劑gsh過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶h2o2 2gsh 2h2o gssg gsh還原酶還原酶nadph+h+ nadp+ 主要功能主要功能: : gsh 有抗氧化劑的作用，可還原細(xì)胞有抗氧化劑的作用，可還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫谷胱甘肽的生理功用：谷胱甘肽的生理功用：解毒作用：解毒作用：參與氧化還原反應(yīng)：參與氧化還原反應(yīng)：保護(hù)巰基酶的活性：保護(hù)巰基酶的活性：抗氧化劑作用，維持紅細(xì)胞膜的穩(wěn)定：抗氧化劑作用，維持紅細(xì)胞膜的穩(wěn)定： 肽

19、類激素：如促甲狀腺素釋放激素（肽類激素：如促甲狀腺素釋放激素（trh）神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 肽類激素及神經(jīng)肽肽類激素及神經(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(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) (primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) (secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) (tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) (quaternary structure)高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)定義：定義：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中

20、氨基酸蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵：肽鍵肽鍵二硫鍵二硫鍵的位置屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)研究范疇。的位置屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)研究范疇。 胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)3021一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能功能的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素唯一因素。二、二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間蛋白質(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(duì)空結(jié)構(gòu)，即該段

21、肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。n定義定義: : n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 （一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原子個(gè)原子c 1、c、o、n、h、c 2位于同一平位于同一平面，面，c 1和和c 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同構(gòu)型，此同一平面上的一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。 由于由于c=oc=o雙鍵中的雙鍵中的電子云電子云與與n n原子上的未共

22、用電子對(duì)原子上的未共用電子對(duì)發(fā)生發(fā)生“電子共振電子共振”，使肽鍵具有，使肽鍵具有部分雙鍵部分雙鍵的性質(zhì)，的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)不能自由旋轉(zhuǎn)。肽單元肽單元rcccoorncn肽單元肽單元hhhh（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原子個(gè)原子c 1、c、o、n、h、c 2位于同一平位于同一平面，面，c 1和和c 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同構(gòu)型，此同一平面上的一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。 - -螺旋螺旋 ( -helix)

23、- -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) （二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n - -螺旋螺旋0.54nm-helixr-residue stretch out ,steric interactionstop view -螺旋螺旋: 多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋右手螺旋，側(cè)鏈側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。伸向螺旋外側(cè)。 每圈螺旋含每圈螺旋含3.6個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸，螺距為，螺距為0.54nm。 每個(gè)肽鍵的亞氨氫和第四個(gè)肽鍵

24、的羰基氧形每個(gè)肽鍵的亞氨氫和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸基本平與螺旋長(zhǎng)軸基本平行。行。（三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu) -pleated sheet -pleated sheet（三）（三） - -折疊折疊多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈位于鋸齒結(jié)構(gòu)的上下方。齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈位于鋸齒結(jié)構(gòu)的上下方。 兩段以上的兩段以上的 -折疊結(jié)構(gòu)平行排列折疊結(jié)構(gòu)平行排列 ，兩鏈間可，兩鏈間可順向平行，也可反向平行順向平行，也可反向平行 。兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以

25、穩(wěn)固兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩(wěn)固 -折疊折疊結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。 pro存在處往往形成存在處往往形成-轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。（四）（四） - -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲 - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角： - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角： 肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180180回折?；卣邸：? 4個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基與個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基與第四個(gè)形成氫鍵。第四個(gè)形成氫鍵。 第二個(gè)氨基酸殘基常為第二個(gè)氨基酸殘基常為propro。無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。 （五）模體（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)在許多蛋

26、白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)個(gè)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有3 3種：種：，二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)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，稱為上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱為模體模體(motif) 。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)

27、- -螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)角（或環(huán)）環(huán)）-螺旋模體螺旋模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體n模體常見(jiàn)的形式模體常見(jiàn)的形式螺旋折疊折疊螺旋折疊折疊2 2個(gè)個(gè)hishis和和2 2個(gè)個(gè)cyscys 與與znzn離子結(jié)合離子結(jié)合螺旋區(qū)螺旋區(qū) 與與 dna dna 結(jié)合結(jié)合（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊

28、，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 影響二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的因素影響二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的因素氨基酸側(cè)鏈所帶電荷氨基酸側(cè)鏈所帶電荷 、大小及形狀。、大小及形狀。影響影響-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素： -折疊形成條件：折疊形成條件：要求氨基酸側(cè)鏈較小。要求氨基酸側(cè)鏈較小。妨礙妨礙-螺旋形成的主要因素：螺旋形成的主要因素：（1）多個(gè)酸性）多個(gè)酸性aa相鄰或多個(gè)堿性相鄰或多個(gè)堿性aa相鄰，相鄰，r帶同種電荷相斥。帶同種電荷相斥。（2）asn , leu存在處，存在處，r側(cè)鏈大。側(cè)鏈大。（3）pro存在，存在，pro的的n原子位于剛性五元環(huán)中，原子位于剛性五元環(huán)中，妨礙盤曲而使肽鏈走向轉(zhuǎn)折，不能形成妨礙盤曲而使肽鏈走

29、向轉(zhuǎn)折，不能形成-螺旋螺旋-折疊形成的條件：折疊形成的條件：較小的較小的r r（如（如glygly , ala , ala）容許兩條肽段彼此）容許兩條肽段彼此接近。接近。蠶絲蛋白中含大量蠶絲蛋白中含大量gly,alagly,ala，故富含，故富含-折疊。折疊。pro存在處往往形成存在處往往形成-轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。三、三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)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。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空

30、間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置殘基的相對(duì)空間位置noncovalent bond 肌紅蛋白肌紅蛋白 (mb) n 端端 c端端纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊分子量較大的蛋白質(zhì)常可折疊成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域 ( (domain) ) 。（三）（三）

31、分子伴侶分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊參與蛋白質(zhì)折疊分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。分子伴侶可逆地分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨結(jié)合隨后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。使肽鏈正確折疊。 分子伴侶也可分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中折疊過(guò)程中

32、二硫鍵的正確二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用亞基之間的結(jié)合主要是亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵氫鍵和和離子鍵離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質(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，稱為觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，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(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的質(zhì)的亞基亞

33、基 (subunit)。 胰島素受體：胰島素受體：由由4 4個(gè)亞個(gè)亞基組成基組成(2 22 2) ) ，亞基與亞基與亞基形成單體亞基形成單體(monomer)(monomer)，2 2個(gè)單體形成二聚體個(gè)單體形成二聚體(dimer(dimer) )。 由由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)4 subunits血紅蛋白血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)的四級(jí)

34、結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四個(gè)亞基緊密結(jié)合，血紅蛋白的四個(gè)亞基緊密結(jié)合，亞基之間的維系鍵是亞基之間的維系鍵是亞基之間亞基之間的的8 8個(gè)鹽鍵個(gè)鹽鍵 * * 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)：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)：如，血清清蛋白如，血清清蛋白結(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 如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金屬蛋白等如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金屬蛋白等* * 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)：纖維狀蛋白質(zhì)：多為多為結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白，難溶于水，難溶于水球狀蛋白質(zhì)：球狀蛋白質(zhì)：多數(shù)具有多數(shù)具有生理活性，生理活性，多數(shù)可溶多數(shù)可溶 如酶、免疫球蛋白

35、等等如酶、免疫球蛋白等等分類分類輔基輔基舉例舉例脂蛋白脂蛋白脂類脂類血漿脂蛋白（血漿脂蛋白（vldl、ldl、hdl等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖鏈糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖體核糖體磷蛋白磷蛋白磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)酪蛋白（酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅素（鐵卟啉） 血紅蛋白、細(xì)胞色素血紅蛋白、細(xì)胞色素c黃素蛋白黃素蛋白黃素核苷酸（黃素核苷酸（fad、fmn）琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶金屬蛋白金屬蛋白鐵鐵鐵蛋白鐵蛋白鋅鋅乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶鈣鈣鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白錳錳丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶銅銅細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合蛋

36、白質(zhì)及其輔基結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基 六、蛋白質(zhì)組學(xué)六、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組是指一種細(xì)胞或一種生物所表蛋白質(zhì)組是指一種細(xì)胞或一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即“一種基因組所表達(dá)的一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)全套蛋白質(zhì)”。 （二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺(tái)（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺(tái) 蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究: :雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取 蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析 （三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義（三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

37、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(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)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(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能胰島素氨基酸殘基序號(hào)a5a6a10b30人th

38、rserilethr豬thrserileala狗thrserileala兔thrglyileser牛alaglyvalala羊alaservalala馬thrserilealaprimary structure determines function similar primary structure, similar spatial conformation, similar function（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素素(cytochrome c)，比，比較它們的一級(jí)結(jié)

39、構(gòu)，可較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。的關(guān)系。 （四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾?。ㄋ模┲匾鞍踪|(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病n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)致的疾病，這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為稱為“分子病分子病”。n肌紅蛋白肌紅蛋白/ /血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) 二、二、蛋白質(zhì)的功

40、能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似hemefe2+his(f8)structure of mb and hb conjugated protein: aa+ hemecomparation of mb and hbprimary structure (consensus sequence)spacial structure myoglobulin:globular protein, 153aa, 8 helix a-h, hemecrystalmolecular structure of hemoglobinc

41、ovalent noncovalent bond bondhb 2 2 2 141aa 2 146aa 4 heme 4o2 8 pairs of salt bond tense state relaxed staten肌紅蛋白肌紅蛋白( (myoglobin，mb) ) 肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8 8段段 - -螺螺旋結(jié)構(gòu)。旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的荷相連，加之肽鏈中的f8f8組氨組氨

42、酸殘基還與酸殘基還與fefe2+2+形成配位結(jié)合，形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。穩(wěn)定結(jié)合。 n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，hb) )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個(gè)亞個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每每個(gè)亞基可結(jié)合個(gè)亞基可結(jié)合1 1個(gè)血紅素個(gè)血紅素并攜帶并攜帶1 1分子氧分子氧。hb亞基之間通過(guò)亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使對(duì)鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。蛋白。 肌紅蛋白肌紅蛋白 mbmb血紅蛋白血紅蛋白 hbhbhb與與mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與o2結(jié)合，結(jié)合， hb與與o2 2結(jié)

43、合后稱為結(jié)合后稱為氧合氧合hb。氧合。氧合hb占總占總hb的百分?jǐn)?shù)（稱的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨o2 2濃度濃度變化而改變。變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合與氧結(jié)合肌紅蛋白肌紅蛋白(mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(hb)的氧解離曲線的氧解離曲線n協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)( (cooperativity) )一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進(jìn)作用則稱為如

44、果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用則稱為如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)( (negative cooperativity) )two status of hblow o2 affinity t-state and high affinity r-state.hbhb 未與未與o o2 2結(jié)合的時(shí)候，結(jié)合的時(shí)候，fefe2+2+位于卟啉環(huán)平面外側(cè)，位于卟啉環(huán)平面外側(cè)，與與f8his f8his 連接，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)連接，當(dāng)?shù)谝粋€(gè) o o2 2與與 fefe2+2+結(jié)合后，被拉到結(jié)合后，被拉到平面中，使得牽動(dòng)平面中，使

45、得牽動(dòng)f8f8螺旋片段，導(dǎo)致亞基之間鹽鍵螺旋片段，導(dǎo)致亞基之間鹽鍵斷裂、結(jié)合變松弛，使易于與第二個(gè)亞基結(jié)合斷裂、結(jié)合變松弛，使易于與第二個(gè)亞基結(jié)合n變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。變構(gòu)效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)：協(xié)同效應(yīng)：一個(gè)亞基與其配體（一個(gè)亞基與其配體（o2）結(jié)合后，）結(jié)合后，可影響寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力可影響寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng) 起促進(jìn)作用的，為起促進(jìn)作用的，為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) 起抑制作用的

46、，為起抑制作用的，為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)：變構(gòu)效應(yīng)：由于小分子（由于小分子（o2）與大分子（）與大分子（hbhb）亞基結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變及功能亞基結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變及功能變化的現(xiàn)象稱為變化的現(xiàn)象稱為變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。 小分子物質(zhì)，稱為小分子物質(zhì)，稱為變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)效應(yīng)劑（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生

47、。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，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)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。為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。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

48、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)變成全在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為為-折疊的折疊的prpsc，從而致病。，從而致病。prpc-螺旋螺旋prpsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病n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 1986, england mad cow disease (牛腦海綿樣病) prion relative protein, prp（朊病毒蛋白） m.w. 33 35 kd. normal prpc，40% -helix, little -folding sensitive to proteinaseabnor

49、mal prpsc 30% -helix 45% -folding (- pleated-sheet ) prpsc(-pleated sheet)normalprpc(-helix)mad cow disease 正常朊病毒蛋白與朊病毒空間結(jié)構(gòu)的差異正常朊病毒蛋白與朊病毒空間結(jié)構(gòu)的差異 朊病毒（朊病毒（prpsc）是蛋白質(zhì)，不含核酸。它是正常朊病毒蛋白（）是蛋白質(zhì)，不含核酸。它是正常朊病毒蛋白（prpc）的空間）的空間構(gòu)象由構(gòu)象由 -螺旋變成螺旋變成 -片層結(jié)構(gòu)所致。因此，這類疾病又稱蛋白質(zhì)構(gòu)象病。朊病毒片層結(jié)構(gòu)所致。因此，這類疾病又稱蛋白質(zhì)構(gòu)象病。朊病毒本身不能復(fù)制，但它卻可以攻擊大腦的正

50、常朊病毒蛋白，使其發(fā)生構(gòu)象改變，本身不能復(fù)制，但它卻可以攻擊大腦的正常朊病毒蛋白，使其發(fā)生構(gòu)象改變，并與其結(jié)合，成為致病的朊病毒二聚體。此二聚體再攻擊正常的朊病毒蛋白。這并與其結(jié)合，成為致病的朊病毒二聚體。此二聚體再攻擊正常的朊病毒蛋白。這樣，腦組織中的朊病毒不斷積蓄，造成腦組織發(fā)生退行性變。樣，腦組織中的朊病毒不斷積蓄，造成腦組織發(fā)生退行性變。 正常朊病毒蛋白結(jié)構(gòu)正常朊病毒蛋白結(jié)構(gòu) （顯示（顯示 -螺旋螺旋） 朊病毒結(jié)構(gòu)朊病毒結(jié)構(gòu)（顯示（顯示 -片層結(jié)構(gòu)片層結(jié)構(gòu)）第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)the physical and chemical characters of protein一、一、

51、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，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)，在一定的溶液氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液ph條條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。 prnh3+coohprnh3+coo- -prnh2coo- -oh- -h +oh- -h +兼性離子ph=pi陽(yáng)離子phpi當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一ph時(shí)，蛋白質(zhì)解離成時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的荷為零

52、，此時(shí)溶液的ph稱為稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。n蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pi)利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可通過(guò)電泳、利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可通過(guò)電泳、離子交換層析、等電聚焦等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。離子交換層析、等電聚焦等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至萬(wàn)至100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。為膠粒范圍之內(nèi)。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜n蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:

53、+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)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的在某些物理和化學(xué)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(wú)空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其

54、理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。物活性的喪失。n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)我國(guó)生物化學(xué)的開(kāi)拓者吳憲吳憲教授蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際上最具有權(quán)威性的綜蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際上最具有權(quán)威性的綜述性叢書(shū)述性叢書(shū)advances in protein chemistry第第47卷（卷（1995年）發(fā)表了美國(guó)年）發(fā)表了美國(guó)哈佛大學(xué)教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩哈佛大學(xué)教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩j. t. eddsall的文章的文章“吳憲與第一個(gè)蛋白質(zhì)變性吳憲與第一個(gè)蛋白質(zhì)變性理論（理論（1931）hsien wu and the first theory of protein denatura

55、tion(1931)”，對(duì)吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評(píng)價(jià)。對(duì)吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評(píng)價(jià)。該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關(guān)于該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關(guān)于蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在1931年發(fā)表的年發(fā)表的論文居然在論文居然在1995年仍然值得在第一流的叢年仍然值得在第一流的叢書(shū)上重新全文刊登，不能不說(shuō)是國(guó)際科學(xué)界書(shū)上重新全文刊登，不能不說(shuō)是國(guó)際科學(xué)界的一件極為罕見(jiàn)的大事。的一件極為罕見(jiàn)的大事。n造成變性的因素造成變性的因素: :如如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等重金屬離子及生物堿試劑等 。

56、 n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(jí)結(jié)構(gòu)。質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。滅菌。防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。（如疫苗等）的必要條件。 蛋白質(zhì)變性后的性質(zhì)改變：蛋白質(zhì)變性后的性質(zhì)改變：溶解度降低、粘度增加、結(jié)晶能力消失、溶解度降低、粘度增加、結(jié)晶能力消失、生物活性喪失及易受蛋白酶水解。生物活性喪失及易受蛋白酶水解。若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋

57、白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)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，稱為象和功能，稱為復(fù)性復(fù)性(renaturation) 。 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(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。淀，但并不變性。 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固蛋白質(zhì)

58、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)堿中。的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。 n蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀n蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性，也不一定凝固；沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性，也不一定凝固； 變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，但也不一定沉淀；變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，但也不一定沉淀； 凝固的蛋白質(zhì)一般沉淀，同時(shí)變性。凝固的蛋白質(zhì)一般沉淀，同時(shí)變性。四、蛋白質(zhì)四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸由于蛋白質(zhì)分子中

59、含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的峰。蛋白質(zhì)的od280與其濃度呈正比關(guān)系，因此與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定?？勺鞯鞍踪|(zhì)定量測(cè)定。目錄目錄蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。三酮反應(yīng)。 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與蛋白質(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，此反應(yīng)稱為硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙雙縮脲反應(yīng)縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)

60、五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)溶液含量溶液含量1. 茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)2. 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)目錄目錄第五節(jié)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析the separation and purification and structure analysis of protein目錄目錄一、一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物小分子化合物應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液定截留