生物化學(xué)第二章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件

蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過程。第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能(StructureandFunctionofProtein)第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì)一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(Protein)是由許多不同的氨基酸，按照一定的順序，通過肽鍵連接而成的一條或多條肽鏈構(gòu)成結(jié)構(gòu)的生物大分子。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能(一)蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1.分布廣所有器官、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)。2.含量高蛋白質(zhì)占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。3.種類多人體中蛋白質(zhì)種類達(dá)十萬余種，每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)與功能。1.作為生物催化劑（酶）2.代謝調(diào)節(jié)作用3.免疫保護(hù)作用4.物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5.運(yùn)動(dòng)與支持作用6.參與細(xì)胞間信息傳遞7.氧化供能(二)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能清蛋白∶溶于水。球蛋白∶微溶于水，而溶于稀鹽溶液。谷蛋白∶不溶于水、醇及鹽溶液，但溶于稀酸或堿。醇溶蛋白∶不溶于水，但溶于70-80%的乙醇。精蛋白∶溶于水及酸性溶液，呈堿性。組蛋白∶溶于水及稀酸性溶液(精氨酸和賴氨酸含量高)。硬蛋白∶不溶于水、鹽、稀堿、稀酸溶液。2.結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分(色蛋白、糖蛋白、脂蛋白和核蛋白)（三）根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分類活性蛋白質(zhì)∶如酶、激素、抗體等。非活性蛋白質(zhì)∶是一類結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，多起保護(hù)和支撐作用。如膠原蛋白和角蛋白。第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。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。(一)組成蛋白質(zhì)的元素(TheMolecularComponentofProtein)

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(g%)=每克樣品含氮量×6.25×1001/16%(二)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)（一）蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)可以被酸、堿和蛋白酶水解，在水解過程中逐漸降解成分子量越來越小的肽段，直到最后成為氨基酸的混合物。根據(jù)蛋白質(zhì)的水解程度可分為∶完全水解部分水解

二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸1.酸水解6mol/L鹽酸或4mol/L硫酸水解20小時(shí)左右，完全水解。優(yōu)點(diǎn)∶不引起aa消旋作用。缺點(diǎn)∶色氨酸完全被酸破壞，羥基氨基酸和酰胺被部分水解。2.堿水解5mol/L

NaOH共煮10-20小時(shí)，即可完全水解。在水解過程中，多數(shù)氨基酸有不同程度的破壞，產(chǎn)生消旋作用。特別是引起精氨酸脫氨，但色氨酸不破壞。

3.酶水解

不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸。但一種酶往往水解不徹底,需要幾種酶的協(xié)同作用；才能使蛋白質(zhì)完全水解，并且酶水解所需時(shí)間較長。常用的蛋白酶的來源有∶動(dòng)物、植物、微生物。R基團(tuán)的變化形成了不同的氨基酸。存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。(一)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

各種氨基酸的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于側(cè)鏈（R基團(tuán)）的不同，故具有不同的理化性質(zhì)。C+NH3COO-H氨基酸（aa）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)∶除脯氨酸（Pro）都是氨基位于α-碳原子上的α-氨基酸；除甘氨酸（Gly）外α-氨基酸都具有旋光性，左旋（-）或右旋（+）

；每種氨基酸都有D-型和L-型兩種光學(xué)異構(gòu)體（構(gòu)型），從蛋白質(zhì)水解得到的均為L-α-氨基酸，某些抗生素中存在D型氨基酸。

L-α-氨基酸D-α-氨基酸(二)氨基酸的分類

1）根據(jù)R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)分類脂肪族氨基酸：酸性氨基酸,堿性氨基酸,中性氨基酸芳香族氨基酸：含苯環(huán)：Phe、Tyr雜環(huán)氨基酸：His（也是堿性氨基酸）、Pro、Trp

2)根據(jù)R基團(tuán)的極性分類極性R基氨基酸（12種）：非極性R基氨基酸(8種)：水溶性小。其側(cè)鏈為非極性疏水基團(tuán)。

包括4種帶有脂肪烴側(cè)鏈的aa（丙氨酸，纈氨酸，亮氨酸，異亮氨酸）、脯氨酸、甲硫氨酸和2種芳香族aa（苯丙氨酸和色氨酸）。纈氨酸

ValV5.96非極性側(cè)鏈氨基酸(8種)丙氨酸

AlaA6.00亮氨酸

LeuL5.98

異亮氨酸

Ile

I6.02

苯丙氨酸

Phe

F5.48脯氨酸

ProP6.30氨基酸名稱縮寫符號簡寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

CH3CH3-CHCH3CH3-CH-CH2CH3CH3-CH2-CHCH3CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNHCH2CH2

甲硫氨酸

MetM5.74CH3SCH2CH2CHCOOHNH2色氨酸

TryW5.89CHCOOHNH2-CH2NH極性中性側(cè)鏈氨基酸(7種)除甘氨酸外，aa的R基都能與水形成氫鍵，故較非極性aa更易溶于水，包括甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸和半胱氨酸。極性帶負(fù)電氨基酸(2種)側(cè)鏈上有羧基，在水溶液中能釋放出H+而帶負(fù)電荷。包括兩種酸性aa：天冬氨酸和谷氨酸。極性帶正電氨基酸（3種）側(cè)鏈上有氨基、胍基、咪唑基等，在水溶液中能接受H+

而帶正電荷。包括三種堿性aa：組氨酸，精氨酸和賴氨酸。20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:極性R基氨基酸（12種）：極性中性側(cè)鏈氨基酸(7種)絲氨酸

SerS5.68酪氨酸

TryY5.66

半胱氨酸

CysC5.07天冬酰胺

AsnN5.41

谷氨酰胺

GlnQ5.65

蘇氨酸

ThrT5.60HO-CH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2HO-HS-CH2CHCOOHNH2H2N-C-CH2CHCOOHNH2OCHCOOHNH2H2N-C-CH2-CH2OCHCOOHNH2HO-CHCH3甘氨酸

GlyG5.97CHCOOHNH2H氨基酸名稱縮寫符號簡寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

極性帶負(fù)電氨基酸(2種)天冬氨酸

AspD2.97精氨酸

ArgR

10.76組氨酸

HisH7.59

HOOC-CH2CHCOOHNH2谷氨酸

GluE3.22CHCOOHNH2

HOOC-CH2-CH2極性帶正電氨基酸（3種）賴氨酸

LysK9.74NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2NH2-CNHCH2CH2CH2NHCHCOOHNH2HCCH2NHCNCH氨基酸名稱縮寫符號簡寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

氨基酸名稱縮寫符號簡寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

營養(yǎng)必需氨基酸(essentialaminoacid)指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱為營養(yǎng)非必需氨基酸。Met、Trp、Lys、Val、Ile、Leu、Phe、Thr。(甲硫)(色)(賴)(纈)(異亮)(亮)(苯丙)(蘇)

假設(shè)來借一兩本書。如何記憶記憶:生酮+生糖兼生酮=“一兩色素本來老”1.含硫氨基酸半胱氨酸

+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸

-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2二硫鍵胱氨酸(三)幾種特殊氨基酸2.芳香族氨基酸3.支鏈氨基酸CH3CH2CHCH3CHCOOHNH2亮氨酸CH2CHCOOHNH2苯丙氨酸CH2CHCOOHNHCH2CH24.亞氨基酸脯氨酸(四)氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，具有酸堿雙重性，其解離方式取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子CHNHCOOHRCHNH2COOHRCHNHCOORCHNH2COO-RCHNHCOORCHNH3COO-R+CHNHCOOHRCHNH3COOHR+等電點(diǎn)意義：等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸溶解度最小，容易沉淀，利用這一性質(zhì)我們可以分離制備某些氨基酸。如工業(yè)上谷氨酸的生產(chǎn)，將微生物發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)到3.20(谷氨酸的等電點(diǎn))，使谷氨酸沉淀析出。利用各種氨基酸的等電點(diǎn)不同，可以通過電泳法、離子交換法等在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行混合氨基酸的分離。2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收240250260270280290300310光密度色氨酸酪氨酸波長(nm)3.茚三酮反應(yīng)

氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。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。2NOOOOOOOHOH+R-CH-COOHNH2+RCHOCO2+H++水合茚三酮羅曼紫(藍(lán)紫色)脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其余的α-aa與茚三酮反應(yīng)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)。三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

(一)肽鍵(peptidebond)是由一個(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的化學(xué)鍵，又稱酰胺鍵。肽鍵甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH1.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2.兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……(二)肽(peptide)3.由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。

4.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(residue)。5.多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。分別有：N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端，C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGluArg110GlnHisMetAspSerSerThrSerAlaAlaSerSerTyrSerAsnCysAsnGlnLeuArgProValLeuValAsnArg30GlnHisMetAspGlnValThrSerAlaAlaSerAsnThrSerAsnCysAsn20MetLysLysLys40ThrValGlu50AspGlnCysCysCysCys60LysAlaCysCysLysAsnGluThrGlnThr70ThrSerTyrSerAspThrIleSerMet80SerArgGlySerGluThr90AsnProLysTyrTyrLysThrAlaThr100LysIleGlnHisAlaAsnAlaIleValAlaAspPheHisValProValTyrProAsnGlyGlu110120ValSerCOON末端C末端牛核糖核酸酶124(三)幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)COOHH-C-NH2CH2H2CH2CCONHCHCH2SHCONHCOOH谷氨酸半胱氨酸甘氨酸體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽。2.多肽類激素CHONCONHCH2NNCONCONH2焦谷氨酸組氨酸脯氨酰胺

促甲狀腺素釋放激素(TRH)(TheMolecularStructureofProtein)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)

二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)

三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)

四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

空間結(jié)構(gòu)1.定義

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)2.主要的化學(xué)鍵

肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。(一)定義與主要化學(xué)鍵

肽鍵的鍵長為0.132nm，短于單鍵的0.147nm，長于雙鍵的0.123nm，故具有部分雙鍵的特性，不能旋轉(zhuǎn)。肽鍵是維持蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的主要作用力。(二)肽平面(酰胺平面)由于C-N鍵有部分雙鍵的性質(zhì)，不能旋轉(zhuǎn)，使相關(guān)的6個(gè)原子處于同一個(gè)平面，稱肽平面或酰胺平面CR1HCR2HONHC0.123nm0.100nm0.132nm0.147nm0.153nm0.360nm肽平面示意圖如牛胰島素的一級結(jié)構(gòu):由51個(gè)氨基酸殘基組成，分A、B兩條多肽鏈，A鏈有21個(gè)氨基酸殘基，B鏈有30個(gè)氨基酸殘基，A、B兩條鏈通過兩對二硫鍵相連，A鏈6位和11位上的兩個(gè)半胱氨酸通過二硫鍵相連形成鏈內(nèi)小環(huán)。二、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)的構(gòu)象或高級結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的分布和肽鏈的走向。蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)可以從二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)等幾個(gè)結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行描述。穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力：維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力主要是次級鍵，即氫鍵和離子鍵（鹽鍵）

、二硫鍵、配位鍵(金屬鍵)、疏水相互作用（疏水鍵）、范德華力。氫鍵是一電負(fù)性很強(qiáng)的原子上的氫原子，與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間的靜電作用力。氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的作用。多肽主鏈上的羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要作用力。氫鍵的鍵能較(~12kJ/mol)，因而易被破壞。離子鍵也稱鹽鍵是正負(fù)電荷之間的靜電相互作用。

Glu，Asp一般離解成負(fù)離子，Lys，Arg，His一般離解為正離子，在多肽表面可與水分子發(fā)生電荷偶極之間的相互作用，形成排列有序的水化層，對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象有一定作用。疏水作用是由于氨基酸疏水側(cè)鏈相互聚集形成的作用力。非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側(cè)鏈基團(tuán)。范德華引力是由瞬間偶極誘導(dǎo)的靜電相互作用形成的，它是由于臨近的共價(jià)結(jié)合原子電子分布的波動(dòng)引起的。雖然范德華力是很弱的，但對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定具有不容忽視的作用。三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.定義蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈由氫鍵維持的局部空間結(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)鏈的構(gòu)象

。

2.主要的化學(xué)鍵

氫鍵

(一)定義與主要化學(xué)鍵(二)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋

-折疊

-轉(zhuǎn)角

無規(guī)卷曲（自由回轉(zhuǎn)）1.

-螺旋

1951年根據(jù)X線衍射圖提出。以碳原子為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成右手螺旋。(1)螺旋每圈含3.6個(gè)氨基酸殘基，殘基跨距0.15nm，螺距0.54nm，螺旋直徑約0.6nm。(2)螺旋以氫鍵保持穩(wěn)固，取向幾乎與螺旋軸平行。(3)各氨基酸殘基的R基團(tuán)均伸向螺旋外側(cè)。2.-折疊（平行式和反平行式）β-折疊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:1）由若干條肽段或肽鏈平行或反平行排列組成片狀結(jié)構(gòu)；2）主鏈骨架伸展呈鋸齒狀；3）借相鄰主鏈之間的氫鍵維系。3.-轉(zhuǎn)角無規(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)。4.無規(guī)卷曲

肽鏈出現(xiàn)180°回折的部分形成β-轉(zhuǎn)角，也稱回折、β-彎曲或發(fā)卡結(jié)構(gòu)，主要存在于球蛋白中。四、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)定義：指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成由規(guī)律的，在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。常見的結(jié)構(gòu)有αα，βαβ，βαβαβ，ββ等。五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域定義：指多肽鏈在超二級結(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)，它介于超二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間，有時(shí)也被看作為三級結(jié)構(gòu)。大體可分為4類：反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域（全α結(jié)構(gòu)域）、反平行β折疊結(jié)構(gòu)域（全β結(jié)構(gòu)域）、混合型折疊結(jié)構(gòu)域（α，β結(jié)構(gòu)域

）。六、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。2.主要的化學(xué)鍵球狀蛋白的多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域等結(jié)構(gòu)層次的基礎(chǔ)上，組裝而成的完整結(jié)構(gòu)單元。整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即多肽鏈上包括主鏈和側(cè)鏈在內(nèi)的所有原子在三維空間內(nèi)的分布。1.

定義

(一)定義與主要化學(xué)鍵H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH2OaaCHCH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH3cccOOCcCH2OHCH2OHbNH2+H2NCOCO-abc氫鍵離子鍵疏水鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的各種化學(xué)鍵肌紅蛋白(Mb)

N端C端(二)分子伴侶

1.分子伴侶是一類可識別肽鏈非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)折疊的保守蛋白質(zhì)。3.已發(fā)現(xiàn)分子伴侶具有形成二硫鍵的酶活性，在蛋白質(zhì)分子折疊過程中對二硫鍵正確形成起到重要的作用。

2.分子伴侶能可逆地與未折疊肽段結(jié)合，防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊；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。2.主要化學(xué)鍵亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。七、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1.定義許多蛋白質(zhì)由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互關(guān)聯(lián)的具有三級結(jié)構(gòu)的亞單位組成，其中每一個(gè)亞單位稱為亞基(subunit)。亞基間通過非共價(jià)鍵聚合而形成特定的構(gòu)象。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)指分子中亞基的種類、數(shù)量以及相互關(guān)系。(一)定義與主要化學(xué)鍵

血紅蛋白是由含有血紅素的2個(gè)α亞基和2個(gè)β亞基組成的四聚體。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)(一)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

八、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840261109584725840651.核糖核酸酶一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

二硫鍵破壞后，生物學(xué)活性喪失。(1)將A鏈N端的第1個(gè)氨基酸殘基切去，其活性只剩2％～10％，再將第2～4位氨基酸殘基切去，其活性完全喪失。(2)

將A、B兩鏈間的二硫鍵還原，A、B兩鏈即分離，胰島素的功能完全消失。(3)

將B鏈第28～30位氨基酸殘基切去，其活性仍能維持100%。2.胰島素一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系3.血紅蛋白一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

某種蛋白質(zhì)分子的氨基酸排列順序異常所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。(二)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1．血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系Hb未結(jié)合O2時(shí)，4個(gè)亞基結(jié)構(gòu)緊密,稱緊張態(tài)(T態(tài))。隨著O2

的結(jié)合,空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使結(jié)構(gòu)相對松弛，稱松弛態(tài)(R態(tài))。T態(tài)對氧親和力低,R態(tài)對氧親合力高，是Hb結(jié)合O2

的形式。肺毛細(xì)血管O2

分壓高,促使T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài),組織毛細(xì)血管,O2

分壓低,促使R態(tài)轉(zhuǎn)變成T態(tài)。

例：瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。在某種未知蛋白質(zhì)作用下轉(zhuǎn)變成為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨廷頓舞蹈病、瘋牛病等。2．朊病毒蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein)一、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)

(一)兩性解離

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pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)，故稱兩性解離。(二)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在酸性環(huán)境中各堿性基團(tuán)與質(zhì)子結(jié)合，使蛋白質(zhì)帶正電荷。在堿性環(huán)境中酸性基團(tuán)解離出質(zhì)子，與環(huán)境中的OH-結(jié)合成水，使蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷。調(diào)節(jié)溶液的pH，使蛋白質(zhì)所帶的正負(fù)電荷恰好相等，總凈電荷為零，在電場中既不向陽極移動(dòng)，也不向陰極移動(dòng)，這時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。意義：蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，溶解度最小，在蛋白質(zhì)分離提純時(shí)，常利用這一性質(zhì)，在不同pH條件下，將具有不同pI的蛋白質(zhì)沉淀出來。同時(shí)在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的黏度、滲透壓、膨脹性及導(dǎo)電能力均為最小。二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

(二)蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜(一)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子顆粒的直徑可達(dá)1～100nm，屬于膠體粒子范圍之內(nèi)。另外，蛋白質(zhì)分子表面有許多極性基團(tuán)，親水性極強(qiáng)，易溶與水形成穩(wěn)定的親水膠體溶液。+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固

天然蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響，其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)都有所改變，但蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)不被破壞，這種現(xiàn)象稱變性。1.變性的本質(zhì)

即破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)肽鏈的一級結(jié)構(gòu)。(一)

蛋白質(zhì)的變性(denaturation)2.導(dǎo)致變性的因素1）物理因素∶加熱（70-100℃）、UV、超聲波、X-射線、表面張力、攪拌或劇烈振蕩等。2）化學(xué)因素∶酸、堿、有機(jī)溶劑、重金屬鹽、尿素、胍、表面活性劑、生物堿和去污劑等3.應(yīng)用舉例①臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。②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。

4.變性蛋白質(zhì)的性質(zhì)