第五章 蛋白質二

第五章蛋白質蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。Protein講授提綱蛋白質的結構(重點與難點）蛋白質結構與功能的關系（重點與難點）

第五節(jié)蛋白質的結構

一、蛋白質的一級結構（一）一級結構的含義蛋白質的一級結構包括組成蛋白質的多肽鏈數目；多肽鏈的氨基酸順序；以及多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數目和位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質生物功能的基礎。牛胰島素的一級結構（二）蛋白質一級結構的測定蛋白質氨基酸順序的測定是蛋白質化學研究的基礎。自從1953年Sanger測定了胰島素的一級結構以來，現在已經有上千種不同蛋白質的一級結構被測定。

1、蛋白質一級結構測定方法直接進行氨基酸定序（桑格）由cDNA序列反推氨基酸序列。FSFVNQHLCGHLVEALYLVCGERGFYTPKT樣品必需純（>97%以上）；知道蛋白質的分子量；知道蛋白質由幾個亞基組成；測定蛋白質的氨基酸組成；并根據分子量計算每種氨基酸的個數。測定水解液中的氨量，計算酰胺的含量。2、測定蛋白質一級結構的要求

3、蛋白質測序的策略

P168（1）測定蛋白質分子中多肽鏈的數目；（2）拆分蛋白質分子中的多肽鏈；（3）斷裂鏈內二硫鍵；（4）分析多肽鏈的N末端和C末端；（5）測定多肽鏈的氨基酸組成；（6）多肽鏈部分裂解成肽段；（7）測定各個肽段的氨基酸順序；（8）確定肽段在多肽鏈中的順序；（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置。4、測定步驟(1)多肽鏈的拆分由多條多肽鏈組成的蛋白質分子，必須先進行拆分。蛋白質一級結構的測定4、測定步驟(1)多肽鏈的拆分幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質，如，血紅蛋白為四聚體，烯醇化酶為二聚體；可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈(亞基);如果多肽鏈是通過二硫鍵共價交聯的,如胰島素(兩條多肽鏈),可通過?蛋白質一級結構的測定4、測定步驟(2)測定蛋白質分子中多肽鏈的數目通過測定末端氨基酸殘基的摩爾數與蛋白質分子量之間的關系，即可確定多肽鏈的數目。蛋白質一級結構的測定4、測定步驟(3)二硫鍵的斷裂幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯在一起?？稍?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護生成的巰基，以防止它重新被氧化。蛋白質一級結構的測定4、測定步驟可以通過加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間的非共價力；應用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間的二硫鍵。蛋白質一級結構的測定1應用烷基化試劑保護巰基巰基（-SH）的保護(4)分析每條多肽鏈的氨基酸組成蛋白質一級結構的測定4、測定步驟(5)分析多肽鏈的N-末端和C-末端。蛋白質一級結構的測定多肽鏈端基氨基酸分為兩類：N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端基氨基酸測定Sanger法。2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。末端基氨基酸測定二硝基氟苯（DNFB）法在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質，檢測靈敏度可以達到110-9mol。末端基氨基酸測定丹磺酰氯法此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質而與C-端氨基酸分離。末端基氨基酸測定肼解法氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數量，按反應時間和氨基酸殘基釋放量作動力學曲線，從而知道蛋白質的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最快。末端基氨基酸測定

氨肽酶法羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個水解。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數量，從而知道蛋白質的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。末端基氨基酸測定羧肽酶法4、測定步驟(6)多肽鏈斷裂成多個肽段，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。蛋白質一級結構的測定酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶。多肽鏈的選擇性降解Trypsin：R1=賴氨酸Lys和精氨酸Arg側鏈（專一性較強，水解速度快）。肽鏈水解位點胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）R1=Phe,Trp,Tyr肽鏈水解位點糜蛋白酶Pepsin：R1和R2或R1=Phe,Trp,Tyr,Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度較快;專一性差,切點多,最適pH值為2,二硫鍵穩(wěn)定,常用于確定二硫鍵的位置肽鏈水解位點胃蛋白酶(Thermolysin)：R2=Phe,Trp,Tyr;Leu，Ile,Met以及其它疏水性強的氨基酸水解速度較快。肽鏈水解位點嗜熱菌蛋白酶分別從肽鏈羧基端和氨基端水解肽鏈水解位點羧肽酶和氨肽酶化學法：(Cyanogenbromide)溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。多肽鏈的選擇性降解4、測定步驟(7)測定每個肽段的氨基酸順序蛋白質一級結構的測定Edman

（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。Edman氨基酸順序分析法4、測定步驟(8)確定肽段在多肽鏈中的次序

利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯重疊，拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。蛋白質一級結構的測定4、測定步驟(9)確定原多肽鏈中二硫鍵的位置蛋白質一級結構的測定胃蛋白酶處理多肽鏈（肽段的混合物）。對角線電泳：把混合肽段點到濾紙中央，pH值6.5下，電泳，分離開；用過甲酸蒸氣處理后，斷開二硫鍵（磺基丙氨酸的肽），濾紙旋轉90度，再電泳，大多數肽段位于濾紙的一條對角線上，含磺基丙氨酸的肽偏離對角線，將這樣的肽段取下，進行組成及順序分析。然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。二硫鍵位置的確定二硫鍵位置的確定對角線電泳練習題有一小肽A，Ⅰ用酸水解后分析氨基酸組成為Lys，His，Asp，2Glu，Ala，Val，Tyr；ⅡA肽與DNFB試劑反應后得到DNP-Asp；Ⅲ

當用羧肽酶處理后得游離Val；Ⅳ

將A肽用胰蛋白酶降解得2種肽，其一氨基酸組成為（Lys，Asp，Glu，Ala，Tyr），另一種氨基酸組成為（His，Glu，Val）可給出

DNP-His；Ⅴ糜蛋白酶降解得2種肽（Asp，Ala，Tyr），（Lys，His，2Glu，Val），問該A肽的氨基酸順序如何？解：由Ⅱ

Ⅲ得：

Asp-（…..)-Val由ⅠⅣ得:

Asp-(

Glu,Ala,Tyr)-Lys-His-Glu-Val由Ⅴ得:Asp-

Ala-Tyr所以,該A肽的順序為:Asp-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Glu-Val練習題2有一小肽A，Ⅰ用酸水解后分析氨基酸組成為Lys，His，Asp，2Glu，Ala，Val，Tyr,

2(NH3)；ⅡA肽與DNFB試劑反應后得到DNP-Asp；Ⅲ

當用羧肽酶處理后得游離Val；Ⅳ

將A肽用胰蛋白酶降解得2種肽，其一氨基酸組成為（Lys，Asp，Glu，Ala，Tyr）pH為6.4時凈電荷為零，另一種氨基酸組成為（His，Glu，Val）可給出DNP-His,pH為6.4時帶正電荷；Ⅴ糜蛋白酶降解得2種肽（Asp，Ala，Tyr）pH為6.4時凈電荷為零，（Lys，His，2Glu，Val）pH為6.4時帶正電荷，問該A肽的氨基酸順序如何？

Asn-Ala-Tyr-Glu-Lys-His-Gln-Val二、蛋白質的三維結構（一）多肽的結構一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序。通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln

肽鍵肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。肽鍵肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質，不能自由旋轉。在大多數情況下，以反式結構存在。四肽的結構（二）蛋白質的三維結構示例1、蛋白質的二級結構蛋白質的二級(Secondary)結構是指肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構象及鏈內或鏈間形成的氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉角。鮑林—探索真理堅持正義的人在化學多個領域做出了重大貢獻。中學時，開了一所化學實驗室，名片上表明自己是化學家，大學時勤工儉學維持學習和生活。他花費了大量精力研究生物大分子，特別是蛋白質分子空間構象，成為分子生物學的奠基人。1955年，與世界知名的大科學家愛因斯坦等，簽署了《科學家反對核試驗宣言》。對和平事業(yè)的貢獻，榮獲1962年諾貝爾和平獎。（1）-螺旋

-helix在-螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定；肽鍵的原子排列呈反式構型；相鄰的肽平面構成兩面角；多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉，形成螺旋結構，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;肽鏈內形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基的酰胺基團的-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團的-NH基形成氫鍵。蛋白質分子為右手-螺旋。-螺旋多肽主鏈按右手或左手方向盤繞，形成右手螺旋或左手螺旋，右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定。-螺旋典型α螺旋的特征①二面角：Φ=-57,Ψ=-48，是右手螺旋；②每圈螺旋：3.6個a.a殘基，高度：0.54nm；③每個殘基繞軸旋轉100，沿軸上升0.15nm；④氨基酸殘基側鏈向外；⑤相鄰螺圈之間形成鏈內氫鏈，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行；⑥肽鍵上C=O氧與它后面（C端）第四個殘基上的N-H氫間形成氫鍵。典型的α螺旋用3.613表示：3.6表示每圈螺旋包括3.6個殘基；13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個原子(P207)。

R側鏈對α—螺旋的影響

①多肽鏈上連續(xù)出現帶同種電荷基團的氨基酸殘基,(如Lys，或Asp,或Glu)，不能形成穩(wěn)定的α-螺旋,如多聚Lys、多聚Glu；②Gly由于側鏈只是一個氫原子，繞a-碳的旋轉自由度更大,反而不易形成α-螺旋,開始或終止；R側鏈對α—螺旋的影響③R基大（如Ile）不易形成α-螺旋；④脯氨酸中止α-螺旋(剛性的環(huán)狀的側鏈,酰氨氮上缺少氫原子)；⑤R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成α—螺旋。pH對α—螺旋的影響角蛋白（Keratin）角蛋白廣泛存在于動物的皮膚及皮膚的衍生物，如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等，屬于結構蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白幾乎都是由-螺旋組成的纖維蛋白。-角蛋白的伸縮性能很好，當-角蛋白被過度-拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復原。此時-角蛋白轉變成-折疊結構，稱為-角蛋白。毛發(fā)的結構帶有許多二硫鍵的角蛋白,例如指甲的角蛋白很硬,而含有少量二硫鍵的角蛋白就很容易彎曲,例如毛發(fā)。角蛋白分子中的二硫鍵卷發(fā)(燙發(fā))的生物化學基礎永久性卷發(fā)(燙發(fā))是一項生物化學工程(Biochemicalengineering)。打開二硫鍵,-角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉變?yōu)?構象，但在冷卻干燥時又可自發(fā)地恢復原狀。形成新的錯接的二硫鍵。

（2）-折疊(-pleatedsheet)

-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯而形成的。在-折疊中，-碳原子總是處于折疊的角上，側鏈R基交替地分布在片層平面的兩側。兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm。-折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內氫鍵的交聯，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。-折疊折疊

動畫-角蛋白絲心蛋白(Fibroin)是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質。絲心蛋白很柔軟,因為堆積的折疊片只是靠側鏈之間的范德華力結合在一起的。絲蛋白的結構絲蛋白是伸展的反向-折疊結構。分子中不含-螺旋。絲蛋白的肽鏈通常是由多個六肽單元重復而成。這六肽的氨基酸順序為：

-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-（3）-轉角(-turn)在-轉角部分，由四個氨基酸殘基組成。彎曲處的第一個氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結構。這類結構主要存在于球狀蛋白分子中。β轉角的特征

(非重復性結構)①由多肽鏈上4個連續(xù)的氨基酸殘基組成;②Gly

側鏈小，經常出現在-turn中;③第一個AA殘基的C=O與第四個AA殘基的N-H形成氫鍵;④Pro

環(huán)狀側鏈，能迫使-turn

形成;⑤多數由親水氨基酸殘基組成。超二級結構

有規(guī)則的二級結構聚集體。由若干個相鄰的二級結構單元（α-螺旋、β-折疊、β-轉角及無規(guī)卷曲）組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認的二級結構組合體。3種基本的組合形式:aa

型,?a?

型,??一般以一個整體參與三維折疊,作為三維結構的構件。結構域（Domain）在二級結構及超二級結構的基礎上，多肽鏈進一步卷曲折疊，組裝成幾個相對獨立的、近似球形的三維實體，這種相對獨立的結構就稱為結構域。結構域的特點結構域是球狀蛋白的折疊單位。較小的蛋白質分子或亞基往往是單結構域的。結構域一般有１００－２００氨基酸殘基。結構域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結構域之間可以發(fā)生相對移動。結構域承擔一定的生物學功能，幾個結構域協同作用，可體現出蛋白質的總體功能。結構域的特點例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個結構域，一個為NAD+結合結構域，一個是起催化作用的結構域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。結構域間的裂縫，常是酶的活性部位，也是反應物的出入口。模序（Motif)二級結構形成具有特殊功能的空間結構。EF手：鈣結合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix結構。鋅指：DNA結合蛋白中，2個His、2個Cys結合一個Zn。亮氨酸拉鏈：DNA結合蛋白中，由亮氨酸殘基之間的疏水相互作用形成的拉鏈式結構。2、蛋白質的三級結構

(TertiaryStructure)（1）三級結構研究方法X射線衍射法。三級結構是多肽鏈中所有原子的空間排布。（2）三級結構的特點具備三級結構的蛋白質一般是球蛋白，許多在一級結構上相差很遠的aa堿基在三級結構上相距很近。疏水核，活性中心或功能部位，對穩(wěn)定蛋白質的構象十分重要。親水集團分布在表面，可溶。大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有幾個結構域。（3）穩(wěn)定蛋白質三維結構的作用力

P201離子鍵

生物大分子表面的帶電基團可以與藥物或底物分子的帶電基團形成離子鍵。這種鍵可以解離。氫鍵

氫鍵的形成：氫鍵是由兩個負電性原子對氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊形式的偶極—偶極鍵。它是質子給予體X-H和質子接受體Y之間的一種特殊類型的相互作用。氫鍵的大?。簹滏I的鍵能比共價鍵弱，比范德華力強，鍵長比共價鍵短。氫鍵具有方向性與飽和性：X與Y排斥，位于H的兩側

X—H…Y（180）；H小，只能容納一個Y與其形成氫鍵。范德華力

這是一種普遍存在的作用力，是一個原子的原子核吸引另一個原子外圍電子所產生的作用力。它是一種比較弱的、非特異性的作用力。范德華力包括引力和排斥定向力：永久偶極間的靜電相互作用誘導力：永久偶極與誘導偶極色散力：瞬間偶極與瞬間誘導偶極（主要形式）疏水作用

疏水作用，水介質中蛋白質的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內部高分子的蛋白質可形成分子內疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，可以穩(wěn)定生物大分子的高級結構。

3、蛋白質的四級結構(QuaternaryStructure)四級結構的結構模型

P244兩個亞基的結構p245球狀蛋白

球狀蛋白是結構最復雜，功能最多的一類蛋白質。這類蛋白結構緊密，分子的外層多為親水性殘基，能夠發(fā)生水化；內部主要為疏水性氨基酸殘基。因此，許多球蛋白分子的表面是親水性的，而內部則是疏水性的。典型的球蛋白是血紅蛋白。血紅蛋白是一種結合蛋白。血紅蛋白含有四條肽鏈，每一條肽鏈各與一個血紅素相連接。血紅素同肽鏈的連接是血紅素的Fe原子以配價鍵與肽鏈分子中的組氨酸咪唑基的氮原子相連。血紅蛋白血紅蛋白是脊椎動物紅細胞主要組成部分，它的主要功能是運輸氧和二氧化碳。血紅蛋白中，血紅素Fe原子的第六配價鍵可以與不同的分子結合：無氧存在時，與水結合，生成去氧血紅蛋白(Hb)；有氧存在時，能夠與氧結合形成氧合血紅蛋白(HbO2)。血紅蛋白與氧的結合不牢固，容易離解。HbO2

的形成和離解受氧的分壓和pH等因素的影響，氧的分壓和pH較高時，有利于血紅蛋白與氧的結合，反之，則有利于離解。

血紅素血紅素在蛋白中的位置血紅蛋白的功能血紅蛋白除了運輸氧和CO2外，還能夠對血液的pH起緩沖作用。因為HbO2在釋放出一分子氧的同時，結合一個氫質子。這樣就可以消除由于呼吸作用產生的CO2引起pH的降低。煤氣中毒的機制一氧化碳（CO）也能與血紅素Fe原子結合。由于CO與血紅蛋白結合的能力是O2的200倍，因此，人體吸入少量的CO即可完全抑制血紅蛋白與O2的結合，從而造成缺氧死亡。急救方法是盡快將病人轉移到富含O2的環(huán)境中（如新鮮空氣、純氧氣或高壓氧氣），使與血紅素結合的CO被O2置換出來。

蛋白質分子中的共價鍵與次級鍵

一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→亞基→四級結構維系蛋白質分子的一級結構：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質分子的二級結構：氫鍵維系蛋白質分子的三級結構：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質分子的四級結構：范德華力、鹽鍵

a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力

d范德華力e二硫鍵f酯鍵氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵；氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數量大；疏水相互作用力對維持三級結構特別重要；鹽鍵數量?。欢蜴I對穩(wěn)定蛋白質構象很重要，二硫鍵越多，蛋白質分子構象越穩(wěn)定。離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用分子伴侶概念（p239）：幫助新生多肽鏈正確折疊的一類蛋白質（蛋白質形成后需要它來形成正確的結構，就象生活中需要伴侶來完善自己一樣）。作用：可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合，防止錯誤折疊；與錯誤折疊的肽段結合，誘導其正確折疊；對蛋白質分子中二硫鍵的正確形成起重要作用。

4、低級結構決定高級結構（1）氨基酸序列規(guī)定蛋白質的三維結構核糖核酸酶的變性與復性實驗(P234）；

血紅蛋白的分子病。（2）

同源蛋白質一級結構的種屬差異與生物進化

同源蛋白質在不同的生物體內行使相同或相似功能的蛋白質。如：血紅蛋白在不同的脊椎動物中都具有輸送氧氣的功能，細胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。同源蛋白質①同源蛋白質的氨基酸序列具有明顯的相似性（序列同源性）。②有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱不變殘基，不變殘基高度保守，是必需的。除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對不同的種屬有很大變化，稱可變殘基。可變殘基中,個別氨基酸的變化不影響蛋白質的功能。③多肽鏈長度相同或相近。

通過比較同源蛋白質的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關系和進化。

親源關系越遠，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。

（3）細胞色素CP182

分子量：12500左右氨基酸殘基：100個左右，單鏈。25種生物中，細胞色素C的不變殘基35個。60種生物中，細胞色素C的不變殘基27個。親源關系越近的，其細胞色素C的差異越小。親源關系越遠的，其細胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44（4）胰島素①有24個氨基酸殘基位置始終不變：A．B鏈上6個Cys

不變，其余18個氨基酸多數為非極性側鏈，對穩(wěn)定蛋白質的空間結構起重要作用。②其它可變氨基酸對穩(wěn)定蛋白質的空間結構作用不大，但對免疫反應起作用。③豬與人接近，而狗則與人不同，因此可用豬的胰島素治療人的糖尿病。

第六節(jié)蛋白質結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系（一）蛋白質一級結構的

突變(分子病)

1、分子?。夯蛲蛔円鸬哪硞€功能蛋白的某一個或幾個氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導致整個分子的三維結構發(fā)生改變，功能部分或全部喪失。

2、鐮刀形紅細胞貧血：鏈第6位的AA殘基由正常的Glu變成了疏水性的Val-6月，鐮刀本應該是割谷子(谷氨酸)的，卻歇了(Val)，因此得了鐮刀形紅細胞貧血。?3、鐮刀形貧血病的發(fā)病機理

正常人血紅蛋白，β.N......Glu6

鐮刀型貧血

β.N......Val6

生理條件下電荷

Glu-Va10

親水疏水

導致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。

二、蛋白質空間結構與功能的關系（一）肌紅蛋白的結構與功能1、肌紅蛋白的三級結構

由一條多肽鏈（珠蛋白）和一個血紅素輔基組成的球狀分子，單結構域。8段直的α-螺旋（A、B、C…H），拐彎處是由1—8個氨基酸組成的松散肽段（無規(guī)卷曲）。血紅素輔基，扁平狀，結合在肌紅蛋白疏水洞穴內。2、功能

哺乳動物肌肉中儲氧的蛋白質。4個Pro殘基各自處在一個拐彎處，另外4個是Ser、Thr、Asn、Ile。p2553、肌紅蛋白的氧合曲線

（解離平衡常數）氧飽和度,即氧合肌紅蛋白分子數占肌紅蛋白分子總數的百分數。

Y=0.5時，肌紅蛋白的一半被飽和，PO2=K=P50=2torr解離常數K也稱為P50，即半飽和氧分壓。4、Hill曲線和Hill系數P257圖6-7Hill曲線Log[Y/(1-Y)]對Logp(O2)

作圖稱為Hill曲線。Log[Y/(1-Y)]=0時的斜率稱Hill系數（nH)是協同性程度的一種量度。肌紅蛋白的nH=1（二）血紅蛋白的結構與功能1、血紅蛋白的亞基組成

成人：HbA：α2β298%HbA2：

α2δ22%胎兒：

HbFα2γ2早期胚胎：

α2ε22、血紅蛋白的三維結構▲接近于球體，4個亞基分別位于四面體的四個角上，每個亞基有一個血紅素輔基?！?、β鏈的三級結構與肌紅蛋白的相似。

4個血紅素都位于EF螺旋間，暴露在分子表面3、氧結合引起Hb構象變化Hb緊張態(tài)：未結合氧時，a1與?1、a2與?2呈對角排列，結構緊密，稱緊張態(tài)（Tensestate，T態(tài)），Hb與氧的親和力小。Hb松弛態(tài)：隨著與氧氣的結合，4個亞基間的鹽鍵斷裂，二、三、四級結構發(fā)生劇烈的變化，Hb變得松弛，稱為松弛態(tài)（Relaxedstate，R態(tài)），最后4個亞基全處于R態(tài)。去氧血紅蛋白中各亞基之間的鹽橋(離子對)

3、氧結合引起Hb構象變化協同效應：指一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結合能力，如果是促進作用，則稱為正協同效應；反之，則為負協同效應。別構效應：一個蛋白質與它的配體（或其它蛋白質）結合后，蛋白質的構象發(fā)生變化，使它更適于功能需要，這一類變化稱為變構效應。別構是指含有2個以上配體結合部位。

4、血紅蛋白的氧合曲線四個亞基之間具有正協同效應。因此，它的氧合曲線是S型曲線。血紅蛋白P50=26torr肺泡氧壓：Po2=100torr

，Y=0.97肌肉毛細血管：Po2=20torr，Y=0.25釋放氧：△Y=0.97—0.25=0.72肌紅蛋白（無協同效應）：△Y不足0.1協同效應可增加血紅蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地輸送氧氣。nH=1,無協同性nH＞1,正協同性nH＜1,負協同性p2625、波耳效應及其生理意義

血紅蛋白上有CO2和BPG結合部位，因此，血紅蛋白還能運輸CO2

。波耳效應：增加CO2的濃度、降低pH能顯著提高血紅蛋白亞基間的協同效應，降低血紅蛋白對O2的親和力，促進O2的釋放，反之，高濃度的O2也能促使血紅蛋白釋放H+

和CO2

。

原因：H+

和CO2

穩(wěn)定T構象。

P264圖6-17pH對血紅蛋白氧合的影響6、BPG的別構效應

BPG是血紅蛋白的負效應物。

BPG（2,3-二磷酸甘油酸