生物化學(xué)第二章蛋白質(zhì)化學(xué)

1、第二章第二章 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) (Protein)(Protein)主要內(nèi)容主要內(nèi)容v2.1 2.1 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類v2.2 2.2 蛋白質(zhì)的組成單位蛋白質(zhì)的組成單位- -氨基酸氨基酸v2.3 2.3 肽肽v2.4 2.4 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)v2.5 2.5 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v2.6 2.6 蛋白質(zhì)的性質(zhì)與分離、分析技術(shù)蛋白質(zhì)的性質(zhì)與分離、分析技術(shù)需要掌握的內(nèi)容需要掌握的內(nèi)容v蛋白質(zhì)的元素組成和分類蛋白質(zhì)的元素組成和分類v氨基酸的分類和性質(zhì)氨基酸的分類和性質(zhì)v肽的結(jié)構(gòu)肽的結(jié)構(gòu)v蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系v蛋白質(zhì)的

2、性質(zhì)蛋白質(zhì)的性質(zhì)思考思考v什么是蛋白質(zhì)？什么是蛋白質(zhì)？v蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義？蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義？2.1 2.1 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類 元素分析發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)一般含碳元素分析發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)一般含碳 5055%，氫氫 68%，氧，氧 2023%，氮，氮 1518%，硫，硫04%。有些蛋白質(zhì)還含有微量的磷、鐵、銅、。有些蛋白質(zhì)還含有微量的磷、鐵、銅、碘、鋅和鉬等元素。碘、鋅和鉬等元素。 蛋白質(zhì)的平均含氮量為蛋白質(zhì)的平均含氮量為16%，即每，即每1g蛋白蛋白質(zhì)中的氮相當(dāng)于質(zhì)中的氮相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。 樣品中蛋白質(zhì)含量樣品中蛋白質(zhì)含量=樣品中的含氮量樣品中的含氮量 根據(jù)分子形

3、狀分類根據(jù)分子形狀分類球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)(globular protein)(globular protein)l分子形狀接近球形分子形狀接近球形, ,水溶性好水溶性好, ,種類多種類多, ,可行使多可行使多種多樣的生物學(xué)性能。種多樣的生物學(xué)性能。纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous protein)(fibrous protein)l分子外形呈棒狀或纖維狀，多數(shù)不溶于水，重要分子外形呈棒狀或纖維狀，多數(shù)不溶于水，重要的結(jié)構(gòu)成分，或?qū)ι矬w起保護(hù)作用。的結(jié)構(gòu)成分，或?qū)ι矬w起保護(hù)作用。膜蛋白質(zhì)膜蛋白質(zhì)(membrane protein)(membrane protein)l一般折疊成近球

4、形，插入生物膜，也有一些通過(guò)一般折疊成近球形，插入生物膜，也有一些通過(guò)非共價(jià)鍵或共價(jià)鍵結(jié)合在生物膜表面。生物膜多非共價(jià)鍵或共價(jià)鍵結(jié)合在生物膜表面。生物膜多數(shù)功能通過(guò)膜蛋白實(shí)現(xiàn)。數(shù)功能通過(guò)膜蛋白實(shí)現(xiàn)。 2.1.2 根據(jù)分子組成分類根據(jù)分子組成分類v簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(simple protein)v結(jié)合結(jié)合蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(conjugated protein) 核蛋白核蛋白 糖蛋白與蛋白聚糖糖蛋白與蛋白聚糖 脂蛋白脂蛋白 色蛋白色蛋白 磷蛋白磷蛋白2.1.3 根據(jù)功能分類根據(jù)功能分類v酶酶 v調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白v貯存蛋白質(zhì)貯存蛋白質(zhì)v轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)v運(yùn)動(dòng)蛋白運(yùn)動(dòng)蛋白v防御蛋白和毒蛋白防御蛋白

5、和毒蛋白v受體蛋白質(zhì)受體蛋白質(zhì)v支架蛋白支架蛋白v結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白v異常蛋白異常蛋白 2.2 2.2 蛋白質(zhì)的組成單位蛋白質(zhì)的組成單位 - - 氨基酸氨基酸 (amino acid)存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，但組成人體余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，除脯氨酸外，其余種，除脯氨酸外，其余1919種種都是氨基位于都是氨基位于 - -碳原子上的碳原子上的 - -氨基酸。氨基酸。除甘氨酸外，所有除甘氨酸外，所有-氨基酸分子中的氨基酸分子中的-碳原碳原子都為不對(duì)稱碳原子。因此，除甘氨酸外的所有子都為不對(duì)稱碳原子。因此，除甘氨酸外的所有

6、- -氨氨基酸均有旋光性。蛋白質(zhì)水解得到的均為基酸均有旋光性。蛋白質(zhì)水解得到的均為 L-L- - -氨氨基酸?；帷甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸 2.2.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸的結(jié)構(gòu)通式RC+NH3COO-H（1）蛋白質(zhì)中常見的氨基酸）蛋白質(zhì)中常見的氨基酸（20種）種）根據(jù)根據(jù)R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)基的化學(xué)結(jié)構(gòu),可將氨基酸分為可將氨基酸分為脂肪族氨脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、雜環(huán)氨基酸和雜環(huán)亞基酸、芳香族氨基酸、雜環(huán)氨基酸和雜環(huán)亞氨基酸氨基酸四類。四類。按照按照R基的極性，和在中性條件下帶電荷的情基的極性，和在中性條件下帶電荷的情況分為四類：況分為四類： 非極性非極性R基氨基酸、不帶電荷基氨基

7、酸、不帶電荷的極性的極性R基氨基酸、極性帶負(fù)電荷的基氨基酸、極性帶負(fù)電荷的R基氨基氨基酸、極性帶正電荷的基酸、極性帶正電荷的R基氨基酸基氨基酸 2.2.2 2.2.2 氨基酸的分類氨基酸的分類非極性非極性R基氨基酸基氨基酸不帶電荷的不帶電荷的R R基氨基酸基氨基酸極性帶負(fù)電荷的極性帶負(fù)電荷的R R基氨基酸基氨基酸極性帶正電荷的極性帶正電荷的R R基氨基酸基氨基酸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 (

8、Arg) 組組氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine (His)習(xí)慣分類方法1.芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe2.含羥基氨基酸：Ser、Thr、Tyr3.含硫氨基酸：Cys、Met4.雜環(huán)族氨基酸：His5.雜環(huán)族亞氨基酸：Pro6.支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile 人體所需的八種必需氨基酸人體所需的八種必需氨基酸 賴氨酸賴氨酸(Lys) 纈氨酸纈氨酸(Val) 蛋氨酸蛋氨酸(Met) 色氨酸色氨酸(Trp) 亮氨酸亮氨酸(Leu) 異亮氨酸異亮氨酸(Ile) 蘇氨

9、酸蘇氨酸(Thr) 苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe) 嬰兒時(shí)期所需嬰兒時(shí)期所需: 精氨酸精氨酸(Arg)、組氨酸、組氨酸(His) 早產(chǎn)兒所需：色氨酸早產(chǎn)兒所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸、半胱氨酸(Cys)v必需氨基酸 凡人體自身不能合成，必須從食物中攝取的氨基酸。v半必需氨基酸 在人體內(nèi)合成速度很低，特別是新生兒或患病期，但又需要給予補(bǔ)充的氨基酸。v非必需氨基酸 人體自身能夠合成的氨基酸。幾種特殊氨基酸Gly：無(wú)手性碳原子。Pro：為環(huán)狀亞氨基酸。Cys：可形成二硫鍵。NH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH22Cys胱氨酸二硫鍵SHSSCH2CHNH2COOH2HCH2CHCOO-NH2

10、+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 （2 2）蛋白質(zhì)中不常見的氨基酸（修飾氨基酸）：）蛋白質(zhì)中不常見的氨基酸（修飾氨基酸）： 有些氨基酸存在于某些蛋白質(zhì)中，但不常見。它們都是由有些氨基酸存在于某些蛋白質(zhì)中，但不常見。它們都是由相應(yīng)的常見氨基酸在蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的。如：相應(yīng)的常見氨基酸在蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的。如：胱氨酸、羥脯氨酸（胱氨酸、羥脯氨酸（HypHyp）、羥賴氨酸（）、羥賴氨酸（HylHyl）。）。 （3 3）非蛋白質(zhì)氨基酸：）非蛋白質(zhì)氨基酸： 一些氨基酸及其衍生物不參與構(gòu)建蛋白質(zhì)，但卻具有重要一些氨基酸及其衍生物不參與構(gòu)建蛋白質(zhì)，但卻具有重要的作

11、用。如：瓜氨酸、鳥氨酸等是氨基酸代謝過(guò)程中重要的中的作用。如：瓜氨酸、鳥氨酸等是氨基酸代謝過(guò)程中重要的中間體。間體。2.2.3 2.2.3 氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)(1)(1)兩性解離和等電點(diǎn)兩性解離和等電點(diǎn)(2)(2)光學(xué)活性和光譜性質(zhì)光學(xué)活性和光譜性質(zhì) (3)(3)氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)與水合茚三酮反應(yīng)與水合茚三酮反應(yīng): :用于氨基酸定量定性測(cè)定用于氨基酸定量定性測(cè)定與甲醛反應(yīng)與甲醛反應(yīng) 與與2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB) (DNFB) 反應(yīng)反應(yīng): :用于蛋白質(zhì)用于蛋白質(zhì)N-N-端測(cè)定端測(cè)定 與異硫氰酸苯酯反應(yīng)：用于蛋白與異硫氰酸苯酯反應(yīng)：用于蛋

12、白N-N-端測(cè)定及氨基酸排序。端測(cè)定及氨基酸排序。 與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)與熒光胺反應(yīng)與熒光胺反應(yīng)與與5 5，5-5-雙硫基雙硫基- -雙（雙（2-2-硝基苯甲酸）反應(yīng)硝基苯甲酸）反應(yīng)氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn)氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn)（pIpI）pH = pI 凈電荷凈電荷=0 pH pI凈電荷為負(fù)凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2) 當(dāng)氨基酸溶液在某一定當(dāng)氨基酸溶液在某一定pH值時(shí)，使某特定氨基酸分子上所帶正負(fù)值時(shí)，使某特定氨基酸分子上所帶正負(fù)電荷相等，主要以兩性離子存在時(shí)，在電場(chǎng)中，不向任

13、何一極移動(dòng)，電荷相等，主要以兩性離子存在時(shí)，在電場(chǎng)中，不向任何一極移動(dòng)，此時(shí)溶液的此時(shí)溶液的pH值即為該氨基酸的值即為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelctric point，PI)。甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲線線甘氨酸鹽酸鹽（甘氨酸鹽酸鹽（A+）等電點(diǎn)甘氨酸（等電點(diǎn)甘氨酸（A ）甘氨酸鈉（甘氨酸鈉（A-）一氨基一羧基一氨基一羧基AA的的等電點(diǎn)計(jì)算：等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 1+pK 2谷氨酸（谷氨酸（A）和賴氨酸（）和賴氨酸（B）滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算）滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算一氨基二羧基一氨基二羧基AA的的等電點(diǎn)計(jì)算：等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 1+pK 2二氨基一羧基二氨基一羧基AA的的等電點(diǎn)計(jì)算

14、：等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 2+pK 3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的加入的OH-mL數(shù)數(shù)加入的加入的OH-mL數(shù)數(shù)pHpH氨基酸光學(xué)活性和光譜性質(zhì)1、旋光性旋光性：除：除甘氨酸甘氨酸外，所有天然外，所有天然-氨基酸都有不對(duì)稱碳原子，氨基酸都有不對(duì)稱碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。因此所有天然氨基酸都具有旋光性。2、紫外吸收光譜紫外吸收光譜：參與蛋白質(zhì)組成的：參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸中種氨基酸中色氨酸色氨酸(Trp)、酪氨酸酪氨酸(Tyr)和和苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)的的R基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)顯示特征的吸收譜帶，最大光

15、吸收（鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)顯示特征的吸收譜帶，最大光吸收（ max）分別為分別為280、275、和和257nm。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這些氨。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這些氨基酸殘基，因此用紫外分光光度法可測(cè)定蛋白質(zhì)含量基酸殘基，因此用紫外分光光度法可測(cè)定蛋白質(zhì)含量。TryTyrPhe的 紫外吸收光譜摩爾吸收系數(shù)摩爾吸收系數(shù)波長(zhǎng)波長(zhǎng)氨基酸與茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮反應(yīng)+3H20茚三酮茚三酮(無(wú)色無(wú)色)NH3CO2 RCHO+還原性茚三酮還原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加熱加熱+ 2NH3 +還原性茚三酮還原性茚三酮水合茚三酮水合茚三酮與與2,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB)反應(yīng)反應(yīng)

16、（sanger反應(yīng)）反應(yīng)）DNFB（dinitrofiuorobenzene）DNP-AA(黃色黃色)+ HF弱堿中弱堿中氨基酸氨基酸與異硫氰酸苯酯（與異硫氰酸苯酯（PITC）反應(yīng)）反應(yīng)（Edman反應(yīng)）反應(yīng)）PITC（phenylisothiocyanate）+苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物(PTH-AA) （phenylisothiohydantion-AA）弱堿中弱堿中(400 C)(硝基甲烷硝基甲烷 400 C)H+氨基酸的成肽反應(yīng)2H20甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸二酮吡嗪二酮吡嗪肽鍵肽鍵肽鍵肽鍵加加 熱乙熱乙二醇二醇2.3 2.3 肽肽* 一個(gè)氨基酸的一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另

17、一個(gè)氨基酸羧基與另一個(gè)氨基酸的的 - -氨基脫水縮合而形成的共價(jià)鍵氨基脫水縮合而形成的共價(jià)鍵肽肽鍵鍵(peptide bond)，由此形成的化合由此形成的化合物稱物稱肽肽。2.3.1 肽肽的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵 多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain) 二肽二肽(bipeptide)，三肽，三肽(tripeptide) 寡肽寡肽(oligopeptide)，多肽，多肽(polypeptide) 氨基酸殘基氨基酸殘基(amino acid residue) 氨基末端（氨基末端（amino ter

18、minal）和羧基末端）和羧基末端（carboxyl 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v生物活性肽生物活性肽（biological active peptide，BAP）是是能夠調(diào)節(jié)生物機(jī)體的生命活動(dòng)或具有某些生理活能夠調(diào)節(jié)生物機(jī)體的生命活動(dòng)或具有某些生理活性的寡肽和多肽的總稱。性的寡肽和多肽的總稱。v生物活性肽大多以非活性狀態(tài)存在于蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈生物活性肽大多以非活性狀態(tài)存在于蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈中，被酶解成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度時(shí)，其生理活性才會(huì)表中，被酶解成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度時(shí)，其生理活性才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。現(xiàn)出來(lái)。v已在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了幾百種活性肽，參與調(diào)解物已在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了幾百種活性肽，參

19、與調(diào)解物質(zhì)代謝、激素分泌、神經(jīng)活動(dòng)、細(xì)胞生長(zhǎng)及繁殖質(zhì)代謝、激素分泌、神經(jīng)活動(dòng)、細(xì)胞生長(zhǎng)及繁殖等幾乎所有的生命活動(dòng)。等幾乎所有的生命活動(dòng)。2.3.2 2.3.2 生物活性肽的功能生物活性肽的功能2.3.2 2.3.2 生物活性肽的功能生物活性肽的功能 （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 SHSH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 GS

20、H還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 主要功能主要功能: :（2 2）催產(chǎn)素和加壓素）催產(chǎn)素和加壓素（3 3）促腎上腺皮質(zhì)激素）促腎上腺皮質(zhì)激素（4 4）腦肽）腦肽（5 5）胰高血糖素）胰高血糖素（6 6）胃腸道活性肽）胃腸道活性肽 2.4 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 為研究方便，將蛋白質(zhì)分為四個(gè)層次進(jìn)行探討。為研究方便，將蛋白質(zhì)分為四個(gè)層次進(jìn)行探討。 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

21、)高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu).1 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)v蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)(primary structure)指多指多肽鏈中的肽鏈中的氨基酸序列氨基酸序列。 N 端（端（ “H”） C 端（端（“OH”） 其其 中中 的的 氨氨 基基 酸酸 稱稱 氨氨 基基 酸酸 殘殘 基基( NHCO) R A鏈鏈 Gly.Tle.Val.Glu.Gln.Cys.Cys.Aln.Ser.Val.Cys.Ser.Leu.Tyr.Gln.Leu.Glu.Asn.Tyr.Cys.Asn OH 1 2 6 7 11 20 B鏈鏈Phe.Val.

22、Asn.Gln.His.Leu.Cys.Gly.Ser.His.Leu.Val.Glu.Ala.Leu.Tyr.Leu.Val.Cys.Gly.Glu.Arg. 1 2 7 19 Gly.Phe.Phe.Tyr.Thr.Pro.Lys.Ala OH 30 牛牛胰胰島島素素的的化化學(xué)學(xué)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)SSSSSS我國(guó)我國(guó)19651965年在世界上第一個(gè)用化學(xué)方法人工年在世界上第一個(gè)用化學(xué)方法人工合成的蛋白質(zhì)就是這種牛胰島素。合成的蛋白質(zhì)就是這種牛胰島素。 半半 胱胱 氨氨 酸酸 半半 胱胱 氨氨 酸酸 胱胱 氨氨 酸酸-SH -SH 巰（巰（ 讀讀“ “ qiuqiu”, , 音音 同同 球球 ) )基

23、基 價(jià)價(jià) 鍵鍵 牢牢 固，固， 穩(wěn)穩(wěn) 定定 蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)提問(wèn)：提問(wèn)： 維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是? ?鍵。鍵。 答答 案：案： 肽肽 鍵、二硫鍵鍵、二硫鍵+CHNH2COOHCH2SHCHNH2COOHCH2SHH H2 2CHNH2COOHCH2SCHNH2COOHCH2S二二 硫硫 鍵鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)30212.4.2 2.4.2 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)v蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)通常稱作蛋白質(zhì)的通常稱作蛋白質(zhì)的構(gòu)象

24、構(gòu)象，或，或高級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中高級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維所有原子在三維空間空間的分布和肽鏈的走向。的分布和肽鏈的走向。v（1 1）維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力）維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力 主要是主要是次級(jí)鍵次級(jí)鍵，即，即氫鍵氫鍵和和鹽鍵鹽鍵等非共價(jià)鍵，以等非共價(jià)鍵，以及及疏水作用疏水作用（疏水鍵）和（疏水鍵）和范德華力范德華力等。等。v構(gòu)象構(gòu)象是由于分子中是由于分子中存在可自由旋轉(zhuǎn)的原子存在可自由旋轉(zhuǎn)的原子，形形成的分子空間特殊的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。成的分子空間特殊的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。v肽肽 鍵鍵氨基酸殘基氨基酸殘基nCHCONHRxCH3CH3 多肽鏈多肽鏈 肽鍵中肽鍵中C-NC-N鍵具有

25、部分雙鍵性質(zhì)，因此組鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，因此組成酰胺的原子處于同一平面成酰胺的原子處于同一平面CONCON+-CON+- 共振形式共振形式vC C是否可旋轉(zhuǎn)呢是否可旋轉(zhuǎn)呢? ?v多肽鏈通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的多肽鏈通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的-碳原子連接的酰碳原子連接的酰胺平面鏈胺平面鏈 w提提 問(wèn)：是不是蛋白質(zhì)可以有無(wú)數(shù)種構(gòu)象？問(wèn)：是不是蛋白質(zhì)可以有無(wú)數(shù)種構(gòu)象？在特定狀態(tài)下呢？與什么有關(guān)在特定狀態(tài)下呢？與什么有關(guān)w答答 案：案： 是；一種，是；一種， 受力受力 v提問(wèn)：提問(wèn)：影響蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力有哪些？影響蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力有哪些？v內(nèi)力（內(nèi)因）內(nèi)力（內(nèi)因）v蛋白質(zhì)分子內(nèi)各原子間作用力蛋白質(zhì)分子內(nèi)各原子間作用力v外力

26、（外因）外力（外因）v與溶劑及其他溶質(zhì)作用力與溶劑及其他溶質(zhì)作用力v原理原理“內(nèi)因?yàn)橹?，外因通過(guò)改變內(nèi)因起作用內(nèi)因?yàn)橹?，外因通過(guò)改變內(nèi)因起作用”v按按不同種類內(nèi)力不同種類內(nèi)力以及以及產(chǎn)生的構(gòu)象變化產(chǎn)生的構(gòu)象變化把構(gòu)象把構(gòu)象劃分為二、三、四級(jí)層次。劃分為二、三、四級(jí)層次。（2 2）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary secondary structurestructure）指多肽主鏈有一定周期性的，）指多肽主鏈有一定周期性的，由氫鍵維持的局部空間結(jié)構(gòu)。由氫鍵維持的局部空間結(jié)構(gòu)。定義：定義：穩(wěn)定因素穩(wěn)定因素： 氫鍵氫鍵 肽單元肽單元 ( (pep

27、tide unit)peptide unit) 參與組成肽鍵的參與組成肽鍵的6 6個(gè)原子位于同一平面，個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 -螺旋螺旋 ( -helix ) -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 ) -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)

28、。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。v O （ 氫 鍵 ）Hv C（NHCHCO） Nv RwOHN由同一條肽由同一條肽鏈內(nèi)鏈內(nèi)每隔每隔3 3個(gè)氨基酸殘基的個(gè)氨基酸殘基的兩兩個(gè)肽鍵衍生個(gè)肽鍵衍生而來(lái)而來(lái) - -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

29、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，兩鏈間可順向平行，也可反向平行可順向平行，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 - -折折疊結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。疊結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。 - -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：無(wú)規(guī)卷曲：無(wú)規(guī)卷曲：指沒(méi)有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，指沒(méi)有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但對(duì)一定的球蛋白而言，特定的區(qū)域有特定的卷但對(duì)一定的球蛋白而言，特定的區(qū)域有特定的卷曲方式，因此，將其歸入二級(jí)結(jié)構(gòu)。曲方式，因此，將其歸入二級(jí)結(jié)構(gòu)。 肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180180 回折?；卣邸?含含4 4個(gè)

30、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。 - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：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。（3 3）超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域）超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是介于蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是介于蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)層次的過(guò)渡態(tài)構(gòu)象。三級(jí)結(jié)構(gòu)層次的過(guò)渡態(tài)構(gòu)象。超二級(jí)結(jié)構(gòu)指若干相鄰

31、的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單超二級(jí)結(jié)構(gòu)指若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽蛋白質(zhì)分子中，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)具有特殊功能的空段，在空間上相互接近，形成一個(gè)具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱為模體間構(gòu)象，被稱為模體(motif)(motif)。模體也屬于超二級(jí)結(jié)。模體也屬于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)可以作為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，組裝超二級(jí)結(jié)構(gòu)可以作為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，組裝成結(jié)構(gòu)域或三級(jí)結(jié)構(gòu)，也可作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中有某種成結(jié)構(gòu)

32、域或三級(jí)結(jié)構(gòu)，也可作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中有某種特定功能的區(qū)域。特定功能的區(qū)域。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) 指多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤繞折指多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤繞折疊成的近似球狀的緊密結(jié)構(gòu)。疊成的近似球狀的緊密結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域在空間上彼此分隔，各自有部分生物結(jié)構(gòu)域在空間上彼此分隔，各自有部分生物學(xué)功能。學(xué)功能。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域Triose phosphate isomerase(4)(4)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(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 WaalsVan der Waals力等。力等。 穩(wěn)定因素穩(wěn)定因

33、素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)境從而加速蛋白質(zhì)折疊通過(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)的一類蛋白質(zhì)。成天然構(gòu)象或形成四級(jí)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(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折

34、疊。與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。 * * 對(duì)蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。對(duì)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)合力主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。(5)(5)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞蛋白質(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)的基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)。每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基亞基 (subunit)(subunit)。血紅蛋白（血紅蛋白（HbHb）的四級(jí)結(jié)構(gòu)）的四級(jí)結(jié)

35、構(gòu)1.1.一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 2.5.1 2.5.1 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵2.5 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 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742. 同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與生物進(jìn)化相關(guān)同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與生物進(jìn)化相關(guān)例例 同源細(xì)胞色素同源細(xì)胞色素c的種屬差異與分子進(jìn)化的種屬差異與分子進(jìn)化(1) 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c的氨基酸序列的

36、種屬差異和分子進(jìn)化的氨基酸序列的種屬差異和分子進(jìn)化(2) 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c的三級(jí)結(jié)構(gòu)的活性部位的保守性的三級(jí)結(jié)構(gòu)的活性部位的保守性75環(huán)境科學(xué)與工程系環(huán)境科學(xué)與工程系生物生物 與人不同的與人不同的AAAA數(shù)目數(shù)目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、豬、羊、狗牛、豬、羊、狗 11馬馬 12雞、火雞雞、火雞 13響尾蛇響尾蛇 14海龜海龜 15金槍魚金槍魚 21角餃角餃 23小蠅小蠅 25蛾蛾 31小麥小麥 35粗早鏈孢霉粗早鏈孢霉 43酵母酵母 44 不同生物與人的不同生物與人的CytcCytc的的AAAA差異數(shù)目差異數(shù)目根據(jù)細(xì)胞色素根據(jù)細(xì)胞色素 C的的順序種屬差異建立順

37、序種屬差異建立起來(lái)的進(jìn)化樹起來(lái)的進(jìn)化樹104AAs76不同生物來(lái)源的細(xì)胞色素c中不變的AA殘基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素血紅素細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)不變不變的的AAAA殘基殘基 35個(gè)不變的個(gè)不變的AA殘基，是殘基，是Cyt C 的生物功能所不的生物功能所不可缺少

38、的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與可能參與電子傳遞；有的可能參與“識(shí)別識(shí)別”并結(jié)合并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。104AAs中35AAs不變3.3.一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病有關(guān)一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病有關(guān)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

39、病，稱為“分子病分子病”。(1) (1) 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) 2.5.2 2.5.2 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 HbHb與與MbMb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O O2 2結(jié)合，結(jié)合， HbHb與與O O2 2結(jié)結(jié)合后稱為合后稱為氧合氧合HbHb。氧合。氧合HbHb占總占總HbHb的百分?jǐn)?shù)（稱的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨O O2 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。(2)(2)血紅蛋白的正協(xié)同效應(yīng)和變構(gòu)效應(yīng)血紅蛋白的正協(xié)同效應(yīng)和變構(gòu)效應(yīng) 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲

40、線* 協(xié)同效應(yīng)(cooperativity) 一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合一個(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)亞基與配體結(jié)合能后，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）因與某小分子凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致物質(zhì)相互作用而

41、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)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。(3)(3)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(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)：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，但蛋白生錯(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，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)致疾病發(fā)生。嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(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(cuò)誤折有些蛋白質(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)為蛋白質(zhì)

42、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(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，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrP

43、sc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病2.6.1 蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的性質(zhì)（1）蛋白質(zhì)的兩性電離蛋白質(zhì)的兩性電離 2.6 2.6 蛋白質(zhì)的性質(zhì)與蛋白質(zhì)的性質(zhì)與分離、分析技術(shù)分離、分析技術(shù) 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pHpH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 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) (isoel

44、ectric point, pI)(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pHpH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，此時(shí)溶液的pHpH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(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)。（2 2）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)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

45、自1 1萬(wàn)至萬(wàn)至100100萬(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)1 1100nm100nm，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)的聚沉（3 3）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固

46、 * * 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)(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(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

47、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。 復(fù)性復(fù)性(renaturation)(renat

48、uration) 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 * * 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(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)生沉淀，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。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)(protein coagulation) 蛋白質(zhì)變性

49、后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的蛋白質(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)堿中。凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。 （4 4）蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(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(zhǎng)波長(zhǎng)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(cè)定。量測(cè)定。（5 5）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)）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)

50、生的氨基酸氨基酸也可發(fā)生茚也可發(fā)生茚三酮反應(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(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。2.6.2 蛋白質(zhì)的分離和蛋白質(zhì)的分離和分析技術(shù)分析技術(shù)（1 1）透析及超濾法）透析及超濾法* * 透析透析(dialysis)(dialysis)：利用利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。小分子化合物分開的

51、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(guò)有應(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。（2 2）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀 *使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時(shí)，必須在時(shí)，必須在0 044低溫下進(jìn)行，低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般丙酮用量一般1010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)(salt precipitation)是將硫酸銨、硫是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)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(dǎo)致蛋表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。白質(zhì)沉淀。 * *免疫沉淀法：