生物化學(xué) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、生物化學(xué)與分子生物學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)Biochemistry and Molecular Biology 緒 論 生物化學(xué)生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。它是研究就是生命的化學(xué)。它是研究活細(xì)胞和有機(jī)體中存在的各種化學(xué)分活細(xì)胞和有機(jī)體中存在的各種化學(xué)分子及其所參與的化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)。子及其所參與的化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)：是研究生物大分子結(jié)構(gòu)、：是研究生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控機(jī)制的科學(xué)。功能及其調(diào)控機(jī)制的科學(xué)。 一、生物化學(xué)發(fā)展簡史一、生物化學(xué)發(fā)展簡史二、生物化學(xué)研究內(nèi)容二、生物化學(xué)研究內(nèi)容三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)四、本課內(nèi)容簡介四、本課內(nèi)容簡介 生物化學(xué)研究內(nèi)容生物化學(xué)

2、研究內(nèi)容1. 生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物分子的結(jié)構(gòu)與功能2. 物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 3. 遺傳信息的傳遞及其調(diào)控遺傳信息的傳遞及其調(diào)控 生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)1. 生物化學(xué)的理論與技術(shù)已滲透到醫(yī)學(xué)科生物化學(xué)的理論與技術(shù)已滲透到醫(yī)學(xué)科學(xué)的各個領(lǐng)域?qū)W的各個領(lǐng)域2. 生物化學(xué)與分子生物學(xué)在生命科學(xué)中占生物化學(xué)與分子生物學(xué)在生命科學(xué)中占有重要的地位有重要的地位 3. 生物化學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了疾病病因、診斷生物化學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了疾病病因、診斷和治療的研究和治療的研究 本課內(nèi)容簡介（一）本課內(nèi)容簡介（一） 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 酶酶 生物氧化生物氧化 糖代謝糖代謝 脂類代謝脂類代

3、謝 氨基酸代謝氨基酸代謝 本課內(nèi)容簡介（二）本課內(nèi)容簡介（二） 核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能 核苷酸代謝核苷酸代謝 基因信息的傳遞基因信息的傳遞 細(xì)胞信息傳遞細(xì)胞信息傳遞 癌基因、抑癌基因與生長因子癌基因、抑癌基因與生長因子 血液的生化血液的生化蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第第 一一 章章Structure and Function of Protein蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。相連形成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1. 蛋

4、白質(zhì)是生物體的重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體的重要組成成分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1）作為生物催化劑）作為生物催化劑2）代謝調(diào)節(jié)作用）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5）運(yùn)動與支持作用）運(yùn)動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞）參與細(xì)胞間信息傳遞3. 氧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、

5、Mo，個別蛋白質(zhì)還，個別蛋白質(zhì)還含有含有 I 。蛋白質(zhì)的含氮量平均為蛋白質(zhì)的含氮量平均為16。 通過樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：通過樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量 ( g % ) = 含氮量含氮量( g % ) 6.25 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）。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸

6、的通式RC+NH3COO-H1. 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類（一）氨基酸的分類1. 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3COOCHH3CH3CCHCHNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine (Ile)Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸纈纈氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸異異亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO

7、苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2CH2脯脯氨氨酸酸Proline (Pro)2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸Tryptophan (Try)Methionine (Met)Cysteine (Cys)Serine (Ser)色色氨氨酸酸絲絲氨氨酸酸酪酪氨氨酸酸半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸CH2CHNH3COO天天冬冬酰酰胺胺Asparagine (Asn)谷谷氨氨酰酰胺胺Glutamine (Gln)NHCHCCH2CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine (Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3

8、SCH2CH2CHNH3COOCCHCHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH2NOCH2CH2NOHO 蘇蘇氨氨酸酸Threonine (Thr)3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸Aspartic acid (Asp)Glutamic acid (Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOC CH2Lysine (Lys)精精氨氨酸酸賴賴氨氨酸酸Arginine (Arg) 組組氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHi

9、stidine (His)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幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸Gly：無手性碳原子。：無手性碳原子。Pro：為環(huán)狀亞氨基酸。：為環(huán)狀亞氨基酸。Cys：可形成二硫鍵。：可形成二硫鍵。NH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH22Cys胱氨酸二硫鍵SHSSCH2CHNH2COOH2HCH2CHCOO-NH2+C

10、H2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2修飾氨基酸：修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基酸。沒有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸。沒有相應(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、鳥氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生鳥氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。的。 （二）氨基酸的理化性質(zhì)（二）氨基酸的理化性質(zhì)1. 兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)2. 紫外吸收紫外吸收 3. 茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng) 二、

11、肽二、肽* 肽鍵肽鍵(peptide bond)：是由一個氨基是由一個氨基酸的酸的 -羧基與另一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的 -氨基氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）肽（一）肽(peptide)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵 多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain) 二肽，三肽二肽，三肽 寡肽寡肽(oligopeptide)，多肽，多肽(polypeptide) 氨基酸殘基氨基酸殘基(residue) 氨基末端（氨基末端（amino terminal）和羧基末端）和羧基末端（carbox

12、yl terminal） 主鏈和側(cè)鏈主鏈和側(cè)鏈多肽鏈多肽鏈 多肽鏈多肽鏈（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過氧過氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 主要功能主要功能: :肽類激素：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

13、神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 肽類激素及神經(jīng)肽肽類激素及神經(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)單純蛋白質(zhì)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)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)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： 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) (primary structure)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) (secondary st

14、ructure)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) (tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) (quaternary structure)高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)定義：定義：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸蛋白質(zhì)的一級結(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)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(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結(jié)構(gòu)研究范疇。的位置屬于一級結(jié)構(gòu)研究范疇。 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生一級結(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)。物學(xué)功能的基礎(chǔ)。胰島素的一級結(jié)構(gòu)胰島素的一級結(jié)構(gòu)3021二、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局部空

15、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)鏈對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象的構(gòu)象 。定義：定義：穩(wěn)定因素穩(wěn)定因素： 氫鍵氫鍵 （一）肽單元（一）肽單元 (peptide unit) 參與組成肽鍵的參與組成肽鍵的6個原子位于同一平面，個原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質(zhì)構(gòu)又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位。象的基本結(jié)構(gòu)單位。肽單元肽單元RCCCOORNCN肽單元肽單元HHHH 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 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折

16、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） -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個氨基酸個氨基酸，螺距為，螺距為0.54nm。 每個肽鍵的亞氨氫和第四個肽鍵的羰基氧形每個肽鍵的亞氨氫和第四個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。氫鍵氫鍵與螺旋長軸基本平與螺旋長軸基本平行。行。（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

17、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)。氫鍵與螺旋長軸垂直。結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長軸垂直。 （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：沒有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲：沒有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。 肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180180回折?；卣?。含含4 4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與第四

18、個形成氫鍵。第四個形成氫鍵。 第二個氨基酸殘基常為第二個氨基酸殘基常為ProPro。 - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：（五）模體（五）模體蛋白質(zhì)分子中，二個或三個具有二蛋白質(zhì)分子中，二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱成一個具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱為模體為模體(motif)。螺旋環(huán)螺旋螺旋環(huán)螺旋 鋅指鋅指（六）影響二級結(jié)構(gòu)形成的因素（六）影響二級結(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

19、基酸側(cè)鏈較小。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。 穩(wěn)定因素：穩(wěn)定因素：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。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。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。定義定義 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 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 (domain) 大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)常可分割成一個或大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各數(shù)個球狀或纖

20、維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域Triose phosphate isomerase分子伴侶分子伴侶 (chaperon)通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)的一類蛋白質(zhì)。成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)的一類蛋白質(zhì)。* * 可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，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(fù)進(jìn)行可使肽鏈正確折疊。如此重復(fù)進(jìn)行可使肽鏈正確折疊。 * * 與錯誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。與錯誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。 * * 對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正

21、確形成起重要的作用。對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。 作用：作用：亞基之間的結(jié)合力主要是亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)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)的四級蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。每條具有完整三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為每條具有完整三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞亞基基 (subunit)。血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）的四級結(jié)構(gòu)）的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function

22、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（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(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

23、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”。（一）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) 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 Hb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結(jié)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)的百分?jǐn)?shù)（稱（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨O2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)

24、的氧解離曲線的氧解離曲線* 協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)(cooperativity) 一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合一個寡聚體蛋白質(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，稱為力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 促進(jìn)作用稱為促進(jìn)作用稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)抑制作用稱為抑制作用稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相互作用

25、而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)（或相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象誤，盡管其一級結(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)重時可導(dǎo)致發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯誤折有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀

26、，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀纖維沉淀，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。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。瘋牛病瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動物神經(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在在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而

27、致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病第四節(jié)第四節(jié)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

28、+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性離子pH=pI陽離子pHpI蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) 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，蛋白質(zhì)解離成時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的荷為零，此時溶液的pH稱為稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可通過電泳、利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可通過電泳、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)的膠體性質(zhì)（二

29、）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)萬之巨，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)。 * 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷顆粒表面電荷水化膜水化膜+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)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)

30、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 * 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，蛋白質(zhì)分在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子的特定空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性子的特定空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。質(zhì)改變和生物活性的喪失。 造成變性的因素：造成變性的因素：如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、如加熱、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 。 變性的本質(zhì)：變性的本質(zhì)： 破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

31、。 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)用來消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。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。復(fù)性復(fù)性(r

32、enaturation) 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* 蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。但并不變性。 * 蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation) 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)變性后的絮

33、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。 （四）蛋白質(zhì)的紫外吸收（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的有共軛雙鍵的酪氨酸酪氨酸和和色色氨酸氨酸，因此在，因此在280nm波長波長處有特征性吸收峰。蛋白處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的質(zhì)的OD280與其濃度呈正比與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。量測定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸氨基酸也可發(fā)生茚也可發(fā)生茚三酮反

34、應(yīng)。三酮反應(yīng)。 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵肽鍵在稀堿溶液中與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)可用來檢測蛋白質(zhì)水解，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。程度。二、蛋白質(zhì)的分離和純化二、蛋白質(zhì)的分離和純化（一）透析及超濾法（一）透析及超濾法* 透析透析(dialysis)：利用透利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。分子化合物分開的方法。* 超濾法：超濾法：應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有應(yīng)用正壓或離心力使

35、蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。目的。（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀 *使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時，必須在時，必須在04低溫下進(jìn)行，低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。外，也可用乙醇沉淀。 *鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋

36、白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。沉淀。 *免疫沉淀法：免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗將某一純化蛋白質(zhì)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該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。原蛋白。 （三）電泳（三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種通過蛋

37、白質(zhì)在電場中泳動而達(dá)到分離各種蛋白通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù)質(zhì)的技術(shù), 稱為稱為電泳電泳(elctrophoresis) 。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。膠電泳等。 幾種重要的蛋白質(zhì)電泳幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳：常用于蛋白質(zhì)分子量：常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。的測定。*等電聚焦電泳等電聚焦電泳：通過蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分離：通過蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。蛋白質(zhì)的電泳方法。*雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳：是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。（四）層析

38、（四）層析層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理分離蛋白質(zhì)的原理待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的同速度流經(jīng)固定相而達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的 。蛋白質(zhì)分離常用的層析方法蛋白質(zhì)分離常用的層析方法* 離子交換層析：離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)

39、不同進(jìn)行分離。質(zhì)不同進(jìn)行分離。* 凝膠過濾凝膠過濾(gel filtration)又稱分子篩層析：又稱分子篩層析：利利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。（五）超速離心（五）超速離心* 超速離心法超速離心法(ultracentrifugation)既可以既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量。白質(zhì)的分子量。 *蛋白質(zhì)在離心場中的行為用蛋白質(zhì)在離心場中的行為用沉降系數(shù)沉降系數(shù)(sedimentation coefficient, S)表示表示,沉沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān) 。三、多肽鏈中氨基酸序列分析三、多肽鏈中氨基酸序列分析1. 分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成2. 測定多肽鏈的測定多肽鏈的N端與端與C端的氨基酸殘基端的氨基酸殘基3. 把肽鏈水解成片段，分別進(jìn)行分析把肽鏈水解成片段，分別進(jìn)行分析4. 測定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用測定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法降解法5. 經(jīng)過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨經(jīng)過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結(jié)果。基酸順序的結(jié)果。（一）改進(jìn)的（一）改進(jìn)的Sanger法法水解肽鏈的方法及特征水解肽鏈的方法及特征裂解劑裂解劑裂解位點(diǎn)裂解位點(diǎn)胰蛋白酶胰蛋白酶L