生化學(xué)第1章蛋白質(zhì)

1、1主講教師：蔡文娣主講教師：蔡文娣生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生生 物物 化化 學(xué)學(xué)生物大分子：生物大分子：通常都有一定的分子結(jié)構(gòu)規(guī)律，即通常都有一定的分子結(jié)構(gòu)規(guī)律，即由一定的基本結(jié)構(gòu)單位，按一定的由一定的基本結(jié)構(gòu)單位，按一定的排列順序排列順序和和連連接方式接方式而形成的多聚體。而形成的多聚體。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)和和核酸核酸是體內(nèi)主要的生物大分子，有不同是體內(nèi)主要的生物大分子，有不同的結(jié)構(gòu)特征，行使不同的功能的結(jié)構(gòu)特征，行使不同的功能。4第第一一章章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能Structure and function of protein主講教師：蔡文娣主講教師

2、：蔡文娣生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室5掌握掌握 蛋白質(zhì)一至四級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)概念、要點(diǎn)、主要蛋白質(zhì)一至四級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)概念、要點(diǎn)、主要化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵。 模體模體(motif)(motif)、結(jié)構(gòu)域、結(jié)構(gòu)域(domain)(domain)、分、分子伴侶子伴侶(chaperon)(chaperon)的概念的概念；蛋白質(zhì)重要的理化蛋白質(zhì)重要的理化性質(zhì)。性質(zhì)。 熟悉熟悉 蛋白質(zhì)的分子組成特點(diǎn)；氨基酸的分類、三字蛋白質(zhì)的分子組成特點(diǎn)；氨基酸的分類、三字符號(hào)及理化性質(zhì)；肽及多肽鏈的兩端；谷胱甘符號(hào)及理化性質(zhì)；肽及多肽鏈的兩端；谷胱甘肽的生物學(xué)意義。蛋白質(zhì)分離和純化的方法及肽的生物學(xué)意義。

3、蛋白質(zhì)分離和純化的方法及其原理。其原理。6蛋白質(zhì)是由什么構(gòu)成的？蛋白質(zhì)是由什么構(gòu)成的？蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是什么？蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是什么？蛋白質(zhì)有哪些理化性質(zhì)？蛋白質(zhì)有哪些理化性質(zhì)？7一、什么是蛋白質(zhì)一、什么是蛋白質(zhì)?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)通過通過肽鍵肽鍵(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。8二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性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分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；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)。細(xì)

4、胞的各個(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)蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的分子，占人體干重的45，某些組織含量更，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80。91 1）作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）2 2）代謝調(diào)節(jié)作用）代謝調(diào)節(jié)作用3 3）免疫保護(hù)作用）免疫保護(hù)作用4 4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5 5）運(yùn)動(dòng)與支持作用）運(yùn)動(dòng)與支持作用6 6）參與細(xì)胞間信息傳遞）參與細(xì)胞間信息傳遞7 7）個(gè)體的生長發(fā)育、組織修復(fù)）個(gè)體的生長發(fā)育、組織修復(fù)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. 氧化供

5、能氧化供能第第 一一 節(jié)節(jié)11蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成1.1.主要元素：主要元素：主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘 。12 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) 6.251001/16

6、%2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：13三聚氰胺三聚氰胺14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，但余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，且均種，且均屬屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。15COOHCH3CH3CH3CH3 COO-NH3+ C H R COO-H C NH3+ RL-Amino acidD-Amino acid18H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-H19氨基酸氨基酸(aa)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1.1. 均為均為L-L- 氨基酸氨基酸( (甘氨酸甘氨酸除外）除外）;

7、 ;2.2. 不同的氨基酸其側(cè)鏈不相同不同的氨基酸其側(cè)鏈不相同COOHH2N C HR20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)進(jìn)行分類可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類21( (一一) )側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸HH2NCOOHHCglycine1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸CH3H2NCOOHHCalanine1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸 HH3C C CH3H2N C COOH

8、 Hvaline1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸 HH3C C CH3 CH2H2N C COOH Hleucine1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸isoleucin CH3 CH2H3C C HH2N C COOH H1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸HH2CCH2CH2CNCOOHHproline1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸28( (二二) )側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸極性中性氨基酸 O H CH2 H2N C COOH HSerine 2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸 S-H CH2H2N C C

9、OOH HCysteine 2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸31 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3+H3N CH COO- CH2 C O NH2Asparagine 2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸 O NH2 C CH2 CH2H2N C COOH H Glutamine 2. 極性中性氨基酸

10、極性中性氨基酸 CH3 S CH2 CH2H2N C COOH Hmethionine2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸+H3N C COO- CH OH CH3 Threonine 2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸36( (三三) )側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸芳香族氨基酸TrpTyr CH2+H3N CH C O OPhenylalanine 3. 芳香族氨基酸芳香族氨基酸C O ONHCH2CHH3NTrptophan 3. 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 CH2+H3N CH C O OOHTyrosine 3. 芳香族氨基酸芳香族氨基酸40( (四四) )

11、側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸酸性氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。 COO-+H3N C H CH2 C O O-Aspartate4. 酸性氨基酸酸性氨基酸 O+NH3 CH C O- CH2 CH2 C O O-Glutamate 4. 酸性氨基酸酸性氨基酸43( (五五) )側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸堿性氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。 NH3+ CH2 CH2 CH2 CH2H3N C

12、H C O O Lysine 5. 堿性氨基酸堿性氨基酸CH2H3N CH C O O NH+HNHistidine 5. 堿性氨基酸堿性氨基酸 NH2 C NH2 NH CH2 CH2 CH2H3N CH C O O Arginine 5. 堿性氨基酸堿性氨基酸47記憶歌謠記憶歌謠天冬谷，天冬谷，賴精組，賴精組，苯丙色酪芳香族。苯丙色酪芳香族。詩書半擔(dān)兩岸有，詩書半擔(dān)兩岸有，干餅限干餅限(纈纈)量一鋪無。量一鋪無。 注注 天冬、谷是酸性，賴、精、組是堿性。苯丙、色、天冬、谷是酸性，賴、精、組是堿性。苯丙、色、酪是芳香族。絲、蘇、半胱、蛋、天冬酰胺、谷酰胺酪是芳香族。絲、蘇、半胱、蛋、天冬酰胺

13、、谷酰胺有極性，甘、丙、纈、亮、異亮、脯無極性有極性，甘、丙、纈、亮、異亮、脯無極性 n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 1. 1. 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2蛋白質(zhì)多肽中蛋白質(zhì)多肽中ProPro殘基的存在將會(huì)殘基的存在將會(huì)增加其結(jié)構(gòu)區(qū)域增加其結(jié)構(gòu)區(qū)域的剛性，而的剛性，而GlyGly殘殘基的存在則相反，基的存在則相反，將增加其結(jié)構(gòu)區(qū)將增加其結(jié)構(gòu)區(qū)域的柔性。域的柔性。 2. 2. 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-C

14、H2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3組氨酸側(cè)鏈組氨酸側(cè)鏈為一個(gè)咪唑?yàn)橐粋€(gè)咪唑基，在酸堿基，在酸堿催化中起重催化中起重要作用要作用 3. 3. 組氨酸組氨酸 O H CH2 H2N C COOH HSerine CH2+H3N CH C O OOH+H3N C COO- CH OH CH3 Threonine Tyrosine 52三、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)

15、（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) 氨基酸在水中的兩性離子既能氨基酸在水中的兩性離子既能像酸一樣放出質(zhì)子，也能像堿一樣像酸一樣放出質(zhì)子，也能像堿一樣接受質(zhì)子，氨基酸具有接受質(zhì)子，氨基酸具有酸堿性質(zhì)酸堿性質(zhì)，是一類兩性電解質(zhì)是一類兩性電解質(zhì)。COOHH2N C HR53H2NCHCOORH3NCHCOOR-+-+ H+As an acid（proton donor）：）：As a base（proton acceptor）：）：H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+ H+氨基酸解離程度取決于所處溶液的酸堿度。氨基酸解離程度取決于所處溶液的酸堿度。54等電點(diǎn)等電點(diǎn)(i

16、soelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和的溶液中，氨基酸解離成陽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)。55pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+56pH值值014+-

17、pI57 pI值值與該離子濃度基本無關(guān)與該離子濃度基本無關(guān)，只決定于等電兼性離子兩側(cè)的只決定于等電兼性離子兩側(cè)的- -羧基和羧基和- -氨基的氨基的解離常數(shù)的解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)pK1和和pK2決定。決定。等電點(diǎn)的計(jì)算等電點(diǎn)的計(jì)算 pI=（pK1+pK2）/258中性氨基酸：以中性氨基酸：以GlyGly為例為例 pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.97GlyH3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K22.349.60酸性氨基酸：以酸性氨基酸：以AspAsp為例：為例：Asp+Asp-Asp=Asp+堿

18、性氨基酸：以堿性氨基酸：以LysLys為例：為例：Lys+61（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(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)含量的快速簡便的方法。的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收62氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生藍(lán)紫色藍(lán)紫色化合物，其最大化合物，其最大吸收峰在吸收峰在570n

19、m570nm。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因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。此可作為氨基酸定量分析方法。（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)紫色化合物茚三酮氨基酸 還原型茚三酮 醛類藍(lán)紫色化合物63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）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽氨基酸通過肽鍵連接而形成肽 (peptide)64NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸N

20、H2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-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-COOHHHHO65肽（肽（peptide）是由氨基酸通過肽鍵縮合）是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。而形成的化合物。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(oligopeptide)，由更多的氨基酸，由更多的氨基酸(C=O H-NC=O H-N。氫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

21、上起著重要的作用氫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)上起著重要的作用。但氫鍵的鍵能較低但氫鍵的鍵能較低(12kJ/mol)(12kJ/mol)，易被破壞。，易被破壞。 蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成2. 2. 疏水鍵：疏水鍵：非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵疏水鍵或或疏疏水作用力水作用力(hydrophobic interaction)(hydrophobic interaction)。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非

22、極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集性的，這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如，形成疏水鍵，如LeuLeu，IleIle，ValVal，PhePhe，AlaAla等的等的側(cè)鏈基團(tuán)。側(cè)鏈基團(tuán)。3. 3. 離子鍵：離子鍵：離子鍵離子鍵(salt bond)(salt bond)是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵?；鶊F(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電荷，而堿性氨基酸殘基殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電荷，而堿性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵側(cè)鏈

23、電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。 蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成4 4范德華氏引力（范德華氏引力（van der Waals force)van der Waals force)：原子之間存在的相互作用力。原子之間存在的相互作用力。由電子運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性造成的由電子運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性造成的維系蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的非共價(jià)鍵維系蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的非共價(jià)鍵85n定義定義:蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端端至至C-端端的的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)n主要的化學(xué)鍵主要的化

24、學(xué)鍵: 肽肽 鍵鍵n蛋蛋白質(zhì)分子中所有白質(zhì)分子中所有二硫鍵的位置二硫鍵的位置也屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)范疇也屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)范疇 。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)功能的功能的基礎(chǔ)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)象的唯唯一因素一因素。目目 錄錄87蛋白質(zhì)分子中多肽蛋白質(zhì)分子中多肽主鏈（骨架）原子主鏈（骨架）原子的局部空間排布，并不涉及氨基酸殘基側(cè)的局部空間排布，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象鏈的構(gòu)象 。定義定義 主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵： 氫氫 鍵鍵 主鏈（骨架）原子：主鏈（骨架）原子：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)

25、二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)88肽鍵平面肽鍵平面由于肽鍵具有由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽鍵 構(gòu) 成 的 六 個(gè) 原 子鍵 構(gòu) 成 的 六 個(gè) 原 子 C -C(=O)-N(-H)-C 被束縛在被束縛在同一平面上，反式構(gòu)象，這同一平面上，反式構(gòu)象，這6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單肽單元元 (peptide unit) 。（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6 6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上1.1.由于由于肽鍵肽鍵(C-N)(C-N)的鍵長介于單鍵和雙鍵的鍵長介于單鍵和雙鍵之間，使之間，使肽鍵肽鍵具有部分具有部分雙鍵雙鍵的性質(zhì)，的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。不能

26、自由旋轉(zhuǎn)。2. 2. 與肽鍵相連的六個(gè)原子構(gòu)成與肽鍵相連的六個(gè)原子構(gòu)成剛性平面剛性平面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。但由于。但由于 - -碳原子與其他原子之碳原子與其他原子之間均形成單鍵，因此兩相鄰的平面結(jié)間均形成單鍵，因此兩相鄰的平面結(jié)構(gòu)可以作相對(duì)旋轉(zhuǎn)。構(gòu)可以作相對(duì)旋轉(zhuǎn)。肽單元肽單元(酰胺平面或肽鍵平面酰胺平面或肽鍵平面) 0.13291肽鍵平面示意圖肽鍵平面示意圖CC CCC92 多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以 碳碳原子相隔。原子相隔。和和這一對(duì)兩面角決定了相鄰兩個(gè)酰胺平面這一對(duì)兩面角決定了相鄰兩個(gè)酰胺平面的相對(duì)位置，也就決定了肽鏈的構(gòu)象。的相對(duì)位置，也就

27、決定了肽鏈的構(gòu)象。 93（二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) - -螺旋螺旋 ( -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 ) 94(1)(1)為一為一右手螺旋右手螺旋；(2)(2)螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.63.6個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基，螺距為殘基，螺距為0.54nm0.54nm；。；。 (3)(3)螺旋以螺旋以氫鍵氫鍵維系。維系。(4)(4)各氨基酸殘基的各氨基酸殘基的R R基團(tuán)均伸基團(tuán)均伸向螺旋外側(cè)。向螺旋外側(cè)。 - -螺旋是多肽鏈的主鏈原

28、子沿一中心軸盤螺旋是多肽鏈的主鏈原子沿一中心軸盤繞所形成的有規(guī)律的螺旋構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)繞所形成的有規(guī)律的螺旋構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)特征特征為：為：96 -螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。 The -CO group of peptide unit n is H-bonded to the -NH group of peptide unit (n+3).9798一些側(cè)鏈基團(tuán)對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響一些側(cè)鏈基團(tuán)對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響 在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基同種電荷的極性氨基酸酸， - -螺旋就不穩(wěn)定。螺旋就不穩(wěn)定。 在多肽鏈中只要出現(xiàn)在多肽鏈中只要出現(xiàn)Pro

29、Pro， - -螺旋就被中斷，螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個(gè)彎曲（產(chǎn)生一個(gè)彎曲（bendbend）或結(jié)節(jié)（）或結(jié)節(jié)（kinkkink） GlyGly的的R R基太小，難以形成基太小，難以形成 - -螺旋所需的兩面角，螺旋所需的兩面角，所以和所以和ProPro一樣也是螺旋的最大破壞者一樣也是螺旋的最大破壞者 肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如IleIle，由，由于空間位阻，也難以形成于空間位阻，也難以形成 - -螺旋螺旋 99燙燙發(fā)？發(fā)？100 也是也是PaulingPauling等人提出來的，它是等人提出來的，它是與與 - -螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。螺旋完全不同的一種

30、結(jié)構(gòu)。（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) -折疊折疊是由若干肽段或肽鏈排列起來所形是由若干肽段或肽鏈排列起來所形成的扇面狀片層構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)特征為：成的扇面狀片層構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)特征為：101(1)(1)相鄰肽鍵平面的夾角為相鄰肽鍵平面的夾角為1101100 0 ，呈鋸齒狀排，呈鋸齒狀排列；側(cè)鏈基團(tuán)交錯(cuò)地分布在片層平面的兩側(cè)。列；側(cè)鏈基團(tuán)交錯(cuò)地分布在片層平面的兩側(cè)。(2) (2) 在兩條相鄰的肽鏈之間形成的在兩條相鄰的肽鏈之間形成的氫鍵氫鍵是維是維持該構(gòu)象的主要次級(jí)鍵。持該構(gòu)象的主要次級(jí)鍵。102(3)-(3)-折疊有折疊有順向平行順向平行和和反向平行反向平行的兩種

31、形式的兩種形式: : 1031. -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 是多肽鏈?zhǔn)嵌嚯逆?80回折部分所形成的一種二級(jí)結(jié)回折部分所形成的一種二級(jí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)，稱稱-轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱U U形轉(zhuǎn)折。形轉(zhuǎn)折。其結(jié)構(gòu)特征為：其結(jié)構(gòu)特征為： 主鏈骨架本身以大約主鏈骨架本身以大約180回折回折; 回折部分通常由回折部分通常由四個(gè)氨基酸殘基四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成構(gòu)成; 構(gòu)象依靠第一殘基的構(gòu)象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的基與第四殘基的-NH基之間基之間形成形成氫鍵氫鍵來維系。來維系。 （四）（四） - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角和和無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在在蛋白質(zhì)分子中普遍存在104Pro and Gly

32、residues often occur in C2 in -turn1052. 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 連接條連接條帶帶 緊密環(huán)如緊密環(huán)如環(huán)環(huán) 環(huán)環(huán)無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部無規(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)。分肽鏈結(jié)構(gòu)。也是明確而穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)！也是明確而穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)！106核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋螺旋-折疊折疊-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲107（五）模體（五）模體是具有特殊功能的是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(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

33、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)。基本二級(jí)結(jié)構(gòu)組合：基本二級(jí)結(jié)構(gòu)組合：， 。 108二個(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)。109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)- -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

34、螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體n模體常見的形式模體常見的形式110（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，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸天冬酰胺、亮氨酸天冬酰胺、亮氨酸脯氨酸脯氨酸(亞氨基酸亞氨基酸, ,不能形成氫鍵）不能形成氫鍵）111三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形三、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)成

35、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)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）（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112113 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端114（二）（二）結(jié)構(gòu)域結(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)常分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密可折疊成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)

36、域，并各行其功能，稱的區(qū)域，并各行其功能，稱為為結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 (domain) 。3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶115 對(duì)那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和對(duì)那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)域的。一般來說，大的蛋白質(zhì)分子可以由域的。一般來說，大的蛋白質(zhì)分子可以由2 2個(gè)或個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成更多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。 116（三）（三）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)是是通過提供一個(gè)保護(hù)環(huán)通過提供一個(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)境從而加速蛋白質(zhì)折疊

37、成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。構(gòu)的蛋白質(zhì)。分子伴侶主要有：分子伴侶主要有：u核糖體結(jié)合性分子伴侶核糖體結(jié)合性分子伴侶u非核糖體結(jié)合性分子伴侶非核糖體結(jié)合性分子伴侶 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)(heat shock protein, HSP) 伴侶蛋白伴侶蛋白(chaperonins)(chaperonins)117分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨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(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，后松開，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。 分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，

38、使之解聚分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，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)分子折疊過程中二硫鍵的正確分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 118亞基之間的締合力主要是亞基之間的締合力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)具有含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)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

39、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)的亞基亞基 (subunit)。119血紅蛋白的血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)（四聚體）（四聚體）小小 結(jié)結(jié)122n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n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)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)124（

40、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)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)與功能的基礎(chǔ)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125 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126（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ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSe

41、r牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla127一些廣泛存在于一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素細(xì)胞色素(cytochrome C)，比，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。進(jìn)化間的關(guān)系。 128（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(1

42、46)129血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集成束狀結(jié)血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集成束狀結(jié)構(gòu)，至使紅細(xì)胞變長、收縮成鐮刀形。構(gòu)，至使紅細(xì)胞變長、收縮成鐮刀形。易在微血管堆易在微血管堆積，導(dǎo)致輸氧能力下降，或發(fā)生溶血。積，導(dǎo)致輸氧能力下降，或發(fā)生溶血。這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分分子病子病”。130n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1

43、31n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)鏈以側(cè)鏈以離子鍵形式離子鍵形式與肽鏈中的與肽鏈中的兩個(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。 132n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )血紅蛋白具有血紅

44、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亞基之間通過亞基之間通過8對(duì)對(duì)鹽鍵鹽鍵，使，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。 133Hb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)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 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（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134肌紅蛋白肌紅

45、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135一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)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) )這種由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分這種由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子 功

46、能 發(fā) 生 改 變 的 現(xiàn) 象 稱 為子 功 能 發(fā) 生 改 變 的 現(xiàn) 象 稱 為 變 構(gòu) 效 應(yīng) （變 構(gòu) 效 應(yīng) （allosteric effectallosteric effect）。O O2 2稱為變構(gòu)劑，稱為變構(gòu)劑，HbHb則稱為變構(gòu)蛋白。則稱為變構(gòu)蛋白。當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)當(dāng)血紅蛋白的一個(gè) 亞基與氧分子結(jié)合以后，亞基與氧分子結(jié)合以后，可引起其他亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，對(duì)氧的親可引起其他亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，對(duì)氧的親和力增加，從而導(dǎo)致整個(gè)分子的氧結(jié)合力迅和力增加，從而導(dǎo)致整個(gè)分子的氧結(jié)合力迅速增高，使血紅蛋白的氧飽和曲線呈速增高，使血紅蛋白的氧飽和曲線呈“S S”形形。140（三）蛋白質(zhì)構(gòu)

47、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)象疾病：若蛋白質(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。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

48、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)象改變第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

49、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters144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)。 * 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(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

50、零，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)。一、一、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)145（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-+-146+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

51、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147* 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，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)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。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148 造成變性的因素造成變性的因素 變性的本

52、質(zhì)變性的本質(zhì) 破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白不改變蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。質(zhì)的氨基酸排列順序。物理因素物理因素: : 加熱、紫外線、加熱、紫外線、X-X-射線、超聲波等。射線、超聲波等。 化學(xué)因素化學(xué)因素: : 酸、堿、有機(jī)溶劑、蛋白變性劑酸、堿、有機(jī)溶劑、蛋白變性劑（尿素、鹽酸胍）、重金屬鹽等。（尿素、鹽酸胍）、重金屬鹽等。 149變性蛋白質(zhì)的特性：變性蛋白質(zhì)的特性： （1 1）生物活性全部或部分喪失）生物活性全部或部分喪失 （2 2）一些側(cè)鏈基團(tuán)暴露）一些側(cè)鏈基團(tuán)暴露（3 3）一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變）一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變 150 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因

53、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。此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)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。制劑（如疫苗等）的必要條件。 151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(renaturation) 。152 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153* * 蛋白質(zhì)

54、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)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。 154四、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)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸

55、由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。155五、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)。 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

56、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(cè)蛋白質(zhì)水解，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。程度。AA不反應(yīng)不反應(yīng)。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 Protein157一、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)溶液透過有一應(yīng)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定截留分子量的超濾膜超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。的目的。n透析透析(dialysis)n超濾法超濾法利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合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物分開的方法。158159二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法的蛋白質(zhì)沉淀方法使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時(shí)，必須在時(shí)，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。蛋白質(zhì)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。除了丙酮以外，被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也