蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFu1一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(a2二、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)。含量高：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45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。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31）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(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能1）作為生物催化劑（酶）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.4蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecular5組成蛋白質(zhì)的元素主要有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

。組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。

6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(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)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7一、氨基酸

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(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

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的8H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R9非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:非極性疏水性氨基酸（一）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名10甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸目錄甘氨酸glycineGly11色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸目錄色氨酸t(yī)ryptophanTry12天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄天冬氨酸asparticacidAsp13幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）幾種特殊氨基酸脯氨酸14

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH15（二）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)，其解離程度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(shì)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)。（二）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16PIofaminoacid

Theisoelectricpointofaminoacid,thePHinsolutionatwhichtheaminoacidisdipolarion(alsocalledzwitterions).PIofaminoacidTheisoelectr17pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨182.紫外吸收UVabsorbance

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(cè)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(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收2.紫外吸收UVabsorbance色氨酸、酪氨酸的193.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。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20二、肽肽鍵(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。Aminoacidinproteinsarelinkedwithpeptidebonds,whichareamidebondlinkingtheα─carboxylgroupofanaminoacidwiththeα─groupofanotheraminoacidbyeliminationofamoleculeofwater.

（一）肽(peptide)二、肽肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的-羧21+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵22*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*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……*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)。*由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*兩分子氨基酸23N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多肽鏈有兩端*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)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(p24N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶25（二）幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathion26GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS27

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide28三、蛋白質(zhì)的分類*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分*根據(jù)蛋白質(zhì)形狀纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)三、蛋白質(zhì)的分類*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分單純蛋白質(zhì)結(jié)合29蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecular30蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括

一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括高級(jí)結(jié)構(gòu)31定義蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。Eachproteinhasitsownspecificcompositionandsequenceofaminoacids.Primarystructurereferstothesequenceofaminoacidsinaprotein.

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)primarystructureofprotein

主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。定義一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵32一級(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)。目錄一級(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)。目錄33二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)secondarystructureofproteins

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對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。Thesecondarystructureofproteinsreferstotheconformationadoptedbylocalregionsofthepolypeptidechain.定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即34（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C235peptideunit（肽單元）

The4membersofamidebondandother2α-carbons,whichjointothecarboxylcarbonandaminonitrogenrespectively,areontheplane.Thisplaneistermedpeptideunit.peptideunit（肽單元）

The4membe36蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式-螺旋(-helix37（二）-螺旋目錄（二）-螺旋目錄38（三）-折疊（三）-折疊39（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-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)。（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)40（五）模體(motif)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，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。Certainarrangementsofseveral(mostly2-3elements)secondarystructureelementswithsomespecialfunctionscanoccurindifferentproteinstructures.Thesespecialstructuresaretermedstructuralmotif.（五）模體(motif)在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)41鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)42（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。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。（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43三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

tertiarystructureof

proteins

疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。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。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。Thetertiarystructureofproteinsdescribestheoverallfoldingofthepolypeptidechainincludingthespatialdistributionofallatomsinthemolecule.（一）定義三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

tertiary44目錄目錄45肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白(Mb)N端C端46（二）結(jié)構(gòu)域(domain)

大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維域。狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。Somepolypeptidechainswithsecondarystructurescanfoldintomultiplecompactsemi-independentregionsbeingconnectedbyaflexiblesegmentofpolypeptidechain.Thesecompactglobularunitsarecalleddomains.（二）結(jié)構(gòu)域(domain)大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？?7纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域48（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)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)構(gòu)。*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，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，使之解聚后，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形成起了重要的作用。（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個(gè)保護(hù)環(huán)49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。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)quaternarystructureofproteins

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)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。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。四、蛋白50Manyproteinscontaintwoormorepolypeptidechainsassociatedbynoncovalentforces.Inthesemultimericproteins,theindividualpolypeptidechainsaretermedsubunits.Thequaternarystructureofproteinsreferstothespatialarrangementofsubunitsinamultisubunitcomplex.Manyproteinscontaintwoorm51血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)52蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)53（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)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵（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)與功54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)，無活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊55（二）一級(jí)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)由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。moleculediseaseThediseasewhichwascausedbysitemutationofgenecodingthisproteinistermedmoleculedisease.（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·56（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)系目錄（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57Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合58肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線59*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，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativityTheeffectbywhichthebindingifaprecedingligandtoasubunitraisestheaffinityofneighboringsubunitsforsubsequentligandsistermedpositivecooperativity.)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)*協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋60蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件61O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中62變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)63（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(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)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。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折64蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，65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。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變PrPcPrPsc正常瘋牛病66第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化67（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH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，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。Proteinsareamphotericelectrolyteswithlotsofdissociablegroups.ThePHatwhichthenegativechargesequaltothepositivechargesisknownasisoelectricpoint,PI.（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)68（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1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜（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69+++++++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+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白70（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)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，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。Thecomparativelyweakforcesresponsibleformaintainingsecondary,tertiary,andquaternarystructureofproteinsarereadilydisruptedandtheirbiologicalactivitymaybedestroyedbysomephysicochemicalfactors.Thisdisruptionofnativelyspatialstructureandlossofbiologicalactivityistermedproteindenaturation.（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(de71造成變性的因素如加熱、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。

變性的本質(zhì)——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)。造成變性的因素變性的本質(zhì)——破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不72應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,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。

應(yīng)用舉例73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)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。Renaturation:someproteinscanrecovertheiractivitiedbyremovingthedenaturingagent.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74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)，無活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊75*蛋白質(zhì)沉淀(Proteinprecipitation)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。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。Proteinprecipitation:Theprocessbywhichproteinseparatesoutfromtheaqueoussolutionistermedproteinprecipitation.*蛋白質(zhì)沉淀(Proteinprecipitation76*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)

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。HeatingatpHnearpIoftheproteinsolutioncancauseproteincoagulation.WhenthepHofthesolutionisadjustedtothepIofthedenaturedprotein,itwillbeprecipitateasacatkinlikesolid.*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation77（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和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。（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和78（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)⒈茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)

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)。⒉雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)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)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)⒈茚三酮反應(yīng)(ninhydrinre79二、蛋白質(zhì)的分離和純化（一）透析及超濾法*透析(dialysis)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。*超濾法

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超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。二、蛋白質(zhì)的分離和純化（一）透析及超濾法*透析(dialy80（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀*使用丙酮沉淀時(shí)，必須在0～4℃低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10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，也可用乙醇沉淀。*鹽析(saltprecipitation)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)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。proteinsareprecipitatedbyaddinghighconcentrationofneutralsaltinsolution

（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀*使用丙酮沉淀時(shí)，必81*

免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識(shí)別相應(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原蛋白。*免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異82（三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)

。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

（三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電83幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定。*等電聚焦電泳，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。*雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。幾種重要的蛋白質(zhì)電泳84（四）層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過一個(gè)固態(tài)物質(zhì)（固定相）時(shí)，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。（四）層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原85蛋白質(zhì)分離常用的層析方法*離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進(jìn)行分離。*凝膠過濾(gelfiltration)又稱分子篩層析，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。蛋白質(zhì)分離常用的層析方法86目錄目錄87目錄目錄88（五）超速離心*超速離心法(ultracentrifugation)既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測(cè)定蛋白質(zhì)的分子量。*蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)(sedimentationcoefficient,S)表示,沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。（五）超速離心*超速離心法(ultracentrifuga89因?yàn)槌两迪禂?shù)S大體上和分子量成正比關(guān)系，故可應(yīng)用超速離心法測(cè)定蛋白質(zhì)分子量，但對(duì)分子形狀的高度不對(duì)稱的大多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)不適用。因?yàn)槌两迪禂?shù)S大體上和分子量成正比關(guān)系，故可應(yīng)用超速離心法測(cè)90三、多肽鏈中氨基酸序列分析分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成測(cè)定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進(jìn)行分析測(cè)定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數(shù)種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經(jīng)過組合排列對(duì)比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結(jié)果。三、多肽鏈中氨基酸序列分析分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成測(cè)91通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測(cè)定DNA序列排列出mRNA序列通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨92四、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定*二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定通常采用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測(cè)定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。-螺旋的CD峰有222nm處的負(fù)峰、208nm處的負(fù)峰和198nm處的正峰三個(gè)成分；而-折疊的CD譜不很固定。四、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定*二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定93*三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定X射線衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技術(shù)(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確的方法。*三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定94*用分子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)的方法，根據(jù)物理化學(xué)的基本原理，從理論上計(jì)算蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三維空間結(jié)構(gòu)*通過對(duì)已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，找出一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系，總結(jié)出規(guī)律，用于新的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。*用分子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)的方法，根據(jù)物理化學(xué)的基本原理，從95蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFu96一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(a97二、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)。含量高：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45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。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981）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(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能1）作為生物催化劑（酶）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.99蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecular100組成蛋白質(zhì)的元素主要有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

。組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。

101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(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)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102一、氨基酸

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(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

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的103H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R104非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:非極性疏水性氨基酸（一）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名105甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸目錄甘氨酸glycineGly106色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸目錄色氨酸t(yī)ryptophanTry107天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄天冬氨酸asparticacidAsp108幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）幾種特殊氨基酸脯氨酸109

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH110（二）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)，其解離程度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(shì)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)。（二）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111PIofaminoacid

Theisoelectricpointofaminoacid,thePHinsolutionatwhichtheaminoacidisdipolarion(alsocalledzwitterions).PIofaminoacidTheisoelectr112pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨1132.紫外吸收UVabsorbance

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(cè)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(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收2.紫外吸收UVabsorbance色氨酸、酪氨酸的1143.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。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115二、肽肽鍵(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。Aminoacidinproteinsarelinkedwithpeptidebonds,whichareamidebondlinkingtheα─carboxylgroupofanaminoacidwiththeα─groupofanotheraminoacidbyeliminationofamoleculeofwater.

（一）肽(peptide)二、肽肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的-羧116+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵117*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*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……*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)。*由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*兩分子氨基酸118N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多肽鏈有兩端*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)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(p119N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶120（二）幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathion121GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS122

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide123三、蛋白質(zhì)的分類*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分*根據(jù)蛋白質(zhì)形狀纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)三、蛋白質(zhì)的分類*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分單純蛋白質(zhì)結(jié)合124蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecular125蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括

一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括高級(jí)結(jié)構(gòu)126定義蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。Eachproteinhasitsownspecificcompositionandsequenceofaminoacids.Primarystructurereferstothesequenceofaminoacidsinaprotein.

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)primarystructureofprotein

主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。定義一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵127一級(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)。目錄一級(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)。目錄128二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)secondarystructureofproteins

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對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。Thesecondarystructureofproteinsreferstotheconformationadoptedbylocalregionsofthepolypeptidechain.定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即129（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2130peptideunit（肽單元）

The4membersofamidebondandother2α-carbons,whichjointothecarboxylcarbonandaminonitrogenrespectively,areontheplane.Thisplaneistermedpeptideunit.peptideunit（肽單元）

The4membe131蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式-螺旋(-helix132（二）-螺旋目錄（二）-螺旋目錄133（三）-折疊（三）-折疊134（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-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)。（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)135（五）模體(motif)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，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。Certainarrangementsofseveral(mostly2-3elements)secondarystructureelementswithsomespecialfunctionscanoccurindifferentproteinstructures.Thesespecialstructuresaretermedstructuralmotif.（五）模體(motif)在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)136鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)137（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。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。（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138三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

tertiarystructureof

proteins

疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。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。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。Thetertiarystructureofproteinsdescribestheoverallfoldingofthepolypeptidechainincludingthespatialdistributionofallatomsinthemolecule.（一）定義三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

tertiary139目錄目錄140肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白(Mb)N端C端141（二）結(jié)構(gòu)域(domain)

大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維域。狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。Somepolypeptidechainswithsecondarystructurescanfoldintomultiplecompactsemi-independentregionsbeingconnectedbyaflexiblesegmentofpolypeptidechain.Thesecompactglobularunitsarecalleddomains.（二）結(jié)構(gòu)域(domain)大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？?42纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域143（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)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)構(gòu)。*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，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，使之解聚后，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形成起了重要的作用。（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個(gè)保護(hù)環(huán)144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。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)quaternarystructureofproteins

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)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。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。四、蛋白145Manyproteinscontaintwoormorepolypeptidechainsassociatedbynoncovalentforces.Inthesemultimericproteins,theindividualpolypeptidechainsaretermedsubunits.Thequaternarystructureofproteinsreferstothespatialarrangementofsubunitsinamultisubunitcomplex.Manyproteinscontaintwoorm146血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)147蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)148（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)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵（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)與功149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)，無活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊150（二）一級(jí)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)由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。moleculediseaseThediseasewhichwascausedbysitemutationofgenecodingthisproteinistermedmoleculedisease.（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·151（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)系目錄（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152Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合153肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線154*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，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativityTheeffectbywhichthebindingifaprecedingligandtoasubunitraisestheaffinityofneighboringsubunitsforsubsequentligandsistermedpositivecooperativity.)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)*協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋155蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件156O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中157變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)158（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(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)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。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折159蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，160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。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變PrPcPrPsc正常瘋牛病161第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化162（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH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，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。Proteinsareamphotericelectrolyteswithlotsofdissociablegroups.ThePHatwhichthenegativechargesequaltothepositivechargesisknownasisoelectricpoint,PI.（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)163（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1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜（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164+++++++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+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白165（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)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，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。Thecomparativelyweakforcesresponsibleformaintainingsecondary,tertiary,andquaternarystructureofproteinsarereadilydisruptedandtheirbiologicalactivitymaybedestroyedbysomephysicochemicalfactors.Thisdisruptionofnativelyspatialstructureandlossofbiologicalactivityistermedproteindenaturation.（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(de166造成變性的因素如加熱、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。

變性的本質(zhì)——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)。造成變性的因素變性的本質(zhì)——破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不167應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,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。

應(yīng)用舉例168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)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。Renaturation:someproteinscanrecovertheiractivitiedbyremovingthedenaturingagent.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169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)，無活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊170*蛋白質(zhì)沉淀(Proteinprecipitation)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。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。Proteinprecipit