生物化學蛋白質的二級結構

1、會計學1生物化學蛋白質的二級結構生物化學蛋白質的二級結構由于空間位阻，由于空間位阻，此構象不能存在此構象不能存在。 概念：1951年提出年提出 -螺旋結構模型螺旋結構模型特征特征：1 1、 每隔每隔3.63.6個個AAAA殘基螺旋上升殘基螺旋上升一圈，螺距一圈，螺距0.54nm;0.54nm; 2 、 螺旋體中螺旋體中所有氨基酸殘基所有氨基酸殘基R側側鏈都伸向外側，鏈鏈都伸向外側，鏈內氫鍵幾乎都平行內氫鍵幾乎都平行于螺旋軸于螺旋軸; 3、每個氨基、每個氨基酸殘基的酸殘基的N-H與前與前面第四個氨基酸殘面第四個氨基酸殘基的基的C=0形成氫鍵形成氫鍵，肽鏈上所有的肽，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形

2、鍵都參與氫鍵的形成。成。C(NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)反平行：反平行：肽鏈的肽鏈的N端不處于端不處于同一端，同一端，氫鍵與肽氫鍵與肽鏈走向垂鏈走向垂直。如：直。如：絲心蛋白絲心蛋白。平行：所有肽平行：所有肽鏈的鏈的N端處于端處于同一端，氫鍵同一端，氫鍵不與肽鏈走向不與肽鏈走向垂直。如：垂直。如： - 角蛋白。角蛋白。特 征特 征 ： 多 肽多 肽鏈 中 氨 基 酸鏈 中 氨 基 酸殘基殘基n n的羰基的羰基上 的 氧 與 殘上 的 氧 與 殘基（基（n+3n+3）的）的氮 原 上 的 氫氮 原 上 的 氫之 間 形 成 氫之 間 形 成 氫鍵 ， 肽 鍵 回鍵 ， 肽 鍵

3、回折折1801800 0 。 在蛋白質分子中，特別是球狀蛋白質中，由若干在蛋白質分子中，特別是球狀蛋白質中，由若干相鄰的二級結構單元（即相鄰的二級結構單元（即螺旋、螺旋、折疊片和折疊片和轉角等）彼此相互作用組合在一起，形成有規(guī)則、轉角等）彼此相互作用組合在一起，形成有規(guī)則、在空間上能辨認的二級結構組合體，充當三級結構的在空間上能辨認的二級結構組合體，充當三級結構的構件單元，稱超二級結構。構件單元，稱超二級結構。多肽鏈在超二級結構基礎上進一步多肽鏈在超二級結構基礎上進一步繞曲折疊而成的相對獨立的三維實繞曲折疊而成的相對獨立的三維實體稱結構域。體稱結構域。甘油醛3-P脫氫酶結構域抹香鯨肌紅蛋白（抹

4、香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級結構）的三級結構分子中多肽主鏈由分子中多肽主鏈由長短不等的長短不等的8段段直直的的螺旋螺旋組成組成最大的螺旋含最大的螺旋含23個個殘基殘基最短的最短的7個殘基，個殘基，分子中幾乎分子中幾乎80%的的氨基酸殘基都處于氨基酸殘基都處于螺旋區(qū)螺旋區(qū)中。中。拐彎是由拐彎是由18個殘個殘基組成的無規(guī)則卷基組成的無規(guī)則卷曲。曲。核糖核酸酶三級結構示意圖核糖核酸酶三級結構示意圖 N His12CHis119Lys41分子表面往往有一個內陷的空隙，它常常是蛋分子表面往往有一個內陷的空隙，它常常是蛋白質的活性中心白質的活性中心 大多數(shù)非極性側鏈埋在分子內部，形成疏水核；大

5、多數(shù)非極性側鏈埋在分子內部，形成疏水核；而極性側鏈在分子表面，形成親水面。而極性側鏈在分子表面，形成親水面。 蛋白質的三級結構具有明顯的折疊層次。蛋白質的三級結構具有明顯的折疊層次。球狀蛋白的三級的結構特征球狀蛋白的三級的結構特征血紅蛋白血紅蛋白的四級結構的四級結構 蛋白質結構與功能的關系蛋白質結構與功能的關系The Relation of Structure and Function of Protein（一）一級結構是空間構象的基礎（一）一級結構是空間構象的基礎 一、蛋白質一級結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級結構一級結構二二硫硫鍵鍵 天然狀態(tài)

6、，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)，無活性當用當用透析透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復，所有的二硫鍵準確無誤地恢復原大部分活性恢復，所有的二硫鍵準確無誤地恢復原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個方式，酶完全喪失活性。這個實驗表明，蛋白質的實驗表明，蛋白質的一級結構決定它的空間結構，而特定的空間結構是一級結構決定它的空間結構，而特定的空間結構是蛋白質具有生物活性

7、的保證。蛋白質具有生物活性的保證。鐮刀狀細胞貧血病鐮刀狀細胞貧血病正常的紅細胞（左圖）與鐮刀狀紅細胞（右圖）的區(qū)別正常的紅細胞（左圖）與鐮刀狀紅細胞（右圖）的區(qū)別正常與異常的差異正常與異常的差異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) 這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為，稱為“分子病分子病”。血紅蛋白單個（血紅蛋白單個（2個）氨基酸的改變影響功能：個）氨基酸的改變影響功能：l Hb S鏈第六位谷氨酸突變?yōu)槔i氨酸。

8、鏈第六位谷氨酸突變?yōu)槔i氨酸。l 谷氨酸：親水、帶負電荷；纈氨酸：疏水、不帶電谷氨酸：親水、帶負電荷；纈氨酸：疏水、不帶電l Hb S分子表面分子表面多了一個疏水側鏈多了一個疏水側鏈l Hb S分子三維分子三維結構發(fā)生改變結構發(fā)生改變鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的l 由于伸出由于伸出Hb S分子表面分子表面的纈氨酸側鏈創(chuàng)造了一個的纈氨酸側鏈創(chuàng)造了一個“粘性粘性”的突起，因而一個的突起，因而一個Hb S分子的分子的“粘性粘性”突起突起可以與另一個可以與另一個Hb S分子的分子的互補口袋通過疏水作用結合互補口袋通過疏水作用結合，最終導致，最終導致Hb

9、 S分子的聚分子的聚集沉淀。集沉淀。（脫氧（脫氧HB S）鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的l 由于伸出由于伸出Hb S分子表面分子表面的纈氨酸側鏈創(chuàng)造了一個的纈氨酸側鏈創(chuàng)造了一個“粘性粘性”的突起，因而一個的突起，因而一個Hb S分子的分子的“粘性粘性”突起突起可以與另一個可以與另一個Hb S分子的分子的互補口袋通過疏水作用結合互補口袋通過疏水作用結合，最終導致，最終導致Hb S分子的聚分子的聚集沉淀。集沉淀。（脫氧（脫氧HB S）鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的血紅素輔基血紅素輔基His93肌紅蛋

10、白肌紅蛋白(Mb) 的氧解離曲線的氧解離曲線T態(tài) （tense state） 去氧血紅蛋白的主要構象 R態(tài) （relaxed state）氧合血紅蛋白的主要構象當亞鐵離子移動時，它同時拖動當亞鐵離子移動時，它同時拖動His F8殘殘基，進一步導致蛋白質的構象發(fā)生改變基，進一步導致蛋白質的構象發(fā)生改變。肌肉肌肉蛋白質的理化性質與分離純化蛋白質的理化性質與分離純化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein（一）蛋白質的兩性電離（一）蛋白質的兩性電離 一、理化性質一、理化性質 蛋白質分

11、子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pHpH條條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。 * 蛋白質的等電點蛋白質的等電點( isoelectric point, pI) 當?shù)鞍踪|溶液處于某一當?shù)鞍踪|溶液處于某一pH時，蛋白質解離成時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電正、負離子的趨勢相等，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稱為稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點。（二）、蛋白質膠體的性質 蛋白質溶液有許多高

12、分子溶液的性質，蛋白質溶液有許多高分子溶液的性質，如如：擴散慢、易沉降、：擴散慢、易沉降、 粘度大、不能透過半透粘度大、不能透過半透膜，在水溶液中可形成親水的膠體。膜，在水溶液中可形成親水的膠體。 蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定因素：蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定因素：水化膜、帶水化膜、帶電荷。當破壞這兩個因素時，蛋白質中從溶液電荷。當破壞這兩個因素時，蛋白質中從溶液中析出而產生沉淀。中析出而產生沉淀。 （三）、蛋白質的變性作用(denaturation)1 1、蛋白質變性的概念：、蛋白質變性的概念：天然蛋白質受物理或化學因素天然蛋白質受物理或化學因素的影響后，使其失去原有的生物活性，并伴隨著物理化的影響后，使其

13、失去原有的生物活性，并伴隨著物理化學性質的改變，但并未導致其一級結構的變化，這種作學性質的改變，但并未導致其一級結構的變化，這種作用稱為蛋白質的變性。用稱為蛋白質的變性。2 2、使蛋白質變性的因素、使蛋白質變性的因素（1 1）物理因素：高溫、高壓、射線等）物理因素：高溫、高壓、射線等 （2 2）化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽等）化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽等3 3、變性的本質：、變性的本質： 分子中各種次級鍵斷裂，使其空間構象從緊密有分子中各種次級鍵斷裂，使其空間構象從緊密有 序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級結構不破壞。序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級結構不破壞。4 4、蛋白質變性后的表現(xiàn)：

14、、蛋白質變性后的表現(xiàn)：（1 1）生物學活性消失）生物學活性消失（2 2）理化性質改變：溶解度下降，粘度增加，紫外）理化性質改變：溶解度下降，粘度增加，紫外吸收增加，側鏈反應增強，對酶的作用敏感，易被水吸收增加，側鏈反應增強，對酶的作用敏感，易被水解。解。 （四 ）蛋白質的紫外吸收光譜 蛋白質在遠紫外光蛋白質在遠紫外光區(qū)（區(qū)（200-230nm200-230nm）有較）有較大的吸收，在大的吸收，在280nm280nm有有一特征吸收峰，可利用一特征吸收峰，可利用這一特性對蛋白質進行這一特性對蛋白質進行定性定量鑒定。定性定量鑒定。蛋白質質量濃度蛋白質質量濃度/（mg/ml）=1.55A1cm - 0

15、.76A1cm280 260測定范圍：測定范圍：0.10.5mg/ml（五）蛋白質的呈色反應（五）蛋白質的呈色反應茚三酮反應茚三酮反應(ninhydrin reaction) 蛋白質經(jīng)水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚蛋白質經(jīng)水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。三酮反應。 雙縮脲反應雙縮脲反應(biuret reaction)蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與蛋白質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，此反應稱為硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應稱為雙雙縮脲反應縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解程度。但是雙縮脲不與二肽反應。程度。但是雙縮脲不與二肽反應。層析層析C(NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)特 征特 征 ： 多 肽多 肽鏈 中 氨 基 酸鏈 中 氨 基 酸殘基殘基n n的羰基的羰基上 的 氧 與 殘上 的 氧 與 殘基（基（n+3n+3）的）的氮 原 上 的 氫氮 原 上 的