多肽與蛋白質(zhì)上

多肽與蛋白質(zhì)上第1頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四20年前，無數(shù)生物Ph.D的博士生涯一個(gè)基因，一個(gè)蛋白（提純），一個(gè)修飾………現(xiàn)在，

一條通路，一堆結(jié)構(gòu)（結(jié)晶），XXX組………第2頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽

。1938年，德國化學(xué)家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一詞來描述蛋白質(zhì)。

第3頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——α-螺旋(α-helix)。

1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代以后，后基因組計(jì)劃。第4頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四什么是蛋白質(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。第5頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四分布廣：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％。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第6頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用(激素）3）免疫保護(hù)作用（抗體）4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲（motor，cargo）5）運(yùn)動與支持作用（肌動蛋白）6）參與細(xì)胞間信息傳遞（ligandreceptor，跨膜）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能第7頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四肽和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)PrimaryStructureofPeptidesandProteins

第8頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（一）氨基酸通過肽鍵相連形成肽/蛋白質(zhì)L-

-氨基酸（除甘氨酸外）。、肽和蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的多聚體第9頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R第10頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四肽鍵是由一個(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。氨基酸通過肽鍵(peptidebond)

相互連接而形成多肽和蛋白質(zhì)。肽/蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過脫水生成的共價(jià)鍵被稱為肽鍵(peptidebond)，肽鍵是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵的性質(zhì)。第11頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四*一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。

*二肽通過肽鍵與另一分子氨基酸縮合生成三肽

……*一般來說，由數(shù)個(gè)、十?dāng)?shù)個(gè)氨基酸組成的肽習(xí)慣稱為寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸組成的肽稱為多肽（polypeptide）。通常，多肽分子質(zhì)量<10kD；而蛋白質(zhì)則是由一條或多條肽鏈組成的更大分子，但兩者兩者經(jīng)常通用。

肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。

第12頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有游離氨基的一端稱氨基末端(aminoterminal)或N-端。羧基末端（carboxylterminal）或C

末端：多肽鏈中有游離羧基的一端稱為羧基末端(carboxylterminal)或C-端。

多肽鏈具有方向性：多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。不要讀成氮端碳端第13頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四N末端C末端牛核糖核酸酶半胱氨酸的二硫鍵第14頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽是根據(jù)由N-端至C-端參與其組成的氨基酸殘基命名的

第15頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是體內(nèi)重要的還原劑

谷胱甘肽(glutathione,GSH)第16頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH還原酶NADPH+H+NADP+第17頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四2.體內(nèi)有許多激素屬寡肽或多肽下丘腦到垂體第18頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四3.神經(jīng)肽是腦內(nèi)一類重要的肽

在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起重要作用的肽類稱為神經(jīng)肽(neuropeptide)。較早發(fā)現(xiàn)的有腦啡肽(5肽)、β-內(nèi)啡肽(31肽)和強(qiáng)啡肽(17肽)等。近年發(fā)現(xiàn)的孤啡肽(17肽)，其一級結(jié)構(gòu)類似于強(qiáng)啡肽。第19頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四組成蛋白質(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

。二、蛋白質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜第20頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

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%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：第21頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四(一)蛋白質(zhì)的分子組成與結(jié)構(gòu)特征是其分類的基礎(chǔ)1.蛋白質(zhì)根據(jù)分子組成分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類：單純蛋白質(zhì)（simpleprotein）結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分（conjugatedprotein）輔基（prostheticgroup）第22頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核酸核糖體磷蛋白磷酸基團(tuán)酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細(xì)胞色素c黃素蛋白黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶金屬蛋白鐵鐵蛋白鋅乙醇脫氫酶鈣鈣調(diào)蛋白錳丙酮酸羧化酶銅細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基第23頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四3.蛋白質(zhì)根據(jù)其形狀分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)兩類

，可分為：纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類

，可分為：超家族（superfamily）家族（family）亞家族（subfamily）第24頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四(二)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可區(qū)分為4個(gè)層次高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)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25頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)肽鍵（主要化學(xué)鍵）二硫鍵蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)是指蛋白質(zhì)分子中，從N端到C端的氨基酸排列順序。形成一級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：第26頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一級結(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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。目錄第27頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)二硫鍵第28頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四四、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指蛋白質(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空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。二維平面，二硫鍵第29頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四五、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)比對可用于同源蛋白質(zhì)分析蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）比對常被用來預(yù)測蛋白質(zhì)之間結(jié)構(gòu)與功能的相似性。序列比對方法（sequence-comparisonmethod）關(guān)鍵在于將2個(gè)序列準(zhǔn)確地對齊，使之達(dá)到相同序列最大化，插入或刪除序列最小化的目的，然后計(jì)算相同的氨基酸數(shù)。同源蛋白質(zhì)僅指同一基因進(jìn)化而來的蛋白質(zhì)。

序列相似但非進(jìn)化相關(guān)的2個(gè)蛋白質(zhì)的序列，常被稱為相似（analogy）序列。第30頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四Blast（NCBI，USCS，ENSEMBL）BlastnBlastpBlasta不同物種，同源基因生物信息學(xué)第31頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一級結(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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。？第32頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

肽、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)ThreeDimentionalStructureofPeptidesandProteins第33頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指組成蛋白質(zhì)的肽鏈的主鏈的空間結(jié)構(gòu)，也就是肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。一、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)

的二級結(jié)構(gòu)

肽鏈主鏈骨架原子包括N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3個(gè)原子依次重復(fù)排列。

第34頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)Ω-環(huán)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式：維系二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：氫鍵第35頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（一）肽鍵是一個(gè)剛性的平面參與肽鍵的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)

。第36頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（二）-螺旋是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)第37頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四α-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)連續(xù)排列的肽單元平面旋轉(zhuǎn)形成面螺旋右手螺旋酰胺平面與螺旋的長軸平行一個(gè)AA0.15nm,每3.6個(gè)為一圈(0.54nm)螺旋借助相鄰兩圈之-NHCO-穩(wěn)定AA的側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)AA的大小和電荷可以影響螺旋的形成第38頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四α-螺旋常位于蛋白質(zhì)分子表面，親水性較好存在兩性螺旋存在于血漿脂蛋白、多肽激素、蛋白激酶、肌紅蛋白、血紅蛋白等球狀蛋白中毛發(fā)中的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、纖維蛋白幾乎都是第39頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)第40頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四β-折疊較為伸展,酰胺平面以鋸齒狀排列兩個(gè)片段可以是平行或反平行AA間距平行0.65nm

反平行0.70nm只有片段間氫鍵,無片段內(nèi)氫鍵AA的側(cè)鏈伸向鋸齒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)小側(cè)鏈的AA有利于β-折疊的生成蠶絲蛋白都是β-折疊第41頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-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)。第42頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（五）模體是蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(zhì)分子中，由幾個(gè)具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用，所形成的折疊模樣，稱為超二級結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure），又稱折疊（fold）或模體（motif）。超二級結(jié)構(gòu)形式有3種：αα，βαβ，ββ

第43頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞色素C的αα結(jié)構(gòu)細(xì)胞核抗原的βαβ結(jié)構(gòu)

纖溶酶原的ββ結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)形式有3種：αα，βαβ，ββ

第44頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第45頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構(gòu)第46頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四鋅指結(jié)構(gòu)zincfingerDNA結(jié)合蛋白β折疊-β折疊-α-螺旋模體第47頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四Z-finguernuclease基因組編輯同源重組第48頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四Genetargetingtechniques第49頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(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，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可穩(wěn)定或去穩(wěn)定相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的原因。第50頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一段肽鏈有多個(gè)谷氨酸或天冬氨酸殘基相鄰，則在pH7.0時(shí)，這些殘基的游離羧基都帶負(fù)電荷，彼此相斥，妨礙α-螺旋的形成。同樣，多個(gè)堿性氨基酸殘基在一肽段內(nèi)，由于正電荷相斥，也妨礙α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的側(cè)鏈很大，也會影響α-螺旋形成。脯氨酸的結(jié)構(gòu)不利于形成α-螺旋。形成β-折疊的肽段要求氨基酸殘基的側(cè)鏈較小，才能容許兩條肽段彼此靠近。第51頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四電性：同性相斥R性質(zhì)：立體障礙Pro：亞氨基無氫，環(huán)改變走向第52頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四二、多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置，包括一級結(jié)構(gòu)中相距甚遠(yuǎn)的肽段的空間位置關(guān)系。（一）三級結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的空間分布第53頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白（myoglobin）是一個(gè)單個(gè)肽鏈的球狀蛋白質(zhì)，由153個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，含有1個(gè)血紅素（heme）輔基。第54頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

肌紅蛋白(Mb)myoglobin153AA1HemeA~H八段α-螺旋無-S-S-鍵功能：儲存O2第55頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四(二)

維持三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱非共價(jià)鍵、次級鍵，主要有氫鍵、范德華力（VanderWaalsforce）、疏水作用（hydrophobicinteractin）和鹽鍵（saltingbond）（又稱離子鍵）等。第56頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第57頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（三）三級結(jié)構(gòu)可含有功能各異的結(jié)構(gòu)域在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈可形成在三級結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。

第58頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（四）根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對蛋白質(zhì)進(jìn)行分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將球狀蛋白質(zhì)分為4類：反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域（全α-結(jié)構(gòu)）平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域（α，β-結(jié)構(gòu)）反平行β折疊片結(jié)構(gòu)域(全β-結(jié)構(gòu))富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)）第59頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四A.全α-結(jié)構(gòu)域B.平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域C.全β-結(jié)構(gòu)域D.富含二硫鍵結(jié)構(gòu)域第60頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)域(domain)3-磷酸甘油醛脫氫酶NAD+3-磷酸甘油醛第61頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（五）分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶(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。第62頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四目前已知參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶可分為3類：熱激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆轉(zhuǎn)變性或聚集的蛋白質(zhì)。伴侶蛋白(chaperonin)：伴侶蛋白普遍存在于細(xì)菌、線粒體、葉綠體和真核生物，主要有2個(gè)家族：Hsp60（在大腸桿菌中又稱為GroEL）和Hsp10。

核質(zhì)蛋白(nucleoplasmin)

第63頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四WntFz-cateninTcf/LefLRP5/6TranscriptionDkk1Wnt8aConditionalToolsforManipulatingCanonicalWnt

SignalingWntinhibition:HS:Dkk1Wntactivation:HS:Wnt8aHS(HeatShockHSP70)promotercanbeinducedbymoderatehyperthermia(39-43°)第64頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用第65頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。

三、多亞基的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)形式蛋白質(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)的四級結(jié)構(gòu)。體內(nèi)有許多蛋白質(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結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。（一）具有四級結(jié)構(gòu)形式的蛋白質(zhì)由多亞基組成第66頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)（二）亞基通過亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。

第67頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往往由多個(gè)亞基組成，亞基之間憑借次級鍵形成蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)。胰島素受體：由4個(gè)亞基組成(α2β2)，α亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個(gè)單體形成二聚體(dimer)。

第68頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)第69頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四IonchannelandGPCRs第70頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第71頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第72頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一級結(jié)構(gòu)：相鄰AA間的共價(jià)結(jié)合二級結(jié)構(gòu)：短距離AA之間的非共價(jià)連接三級結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)距離AA之間的非共價(jià)連接四級結(jié)構(gòu)：多亞基之間的非共價(jià)連接第73頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)一定具有四級結(jié)構(gòu)。只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)肯定沒有四級結(jié)構(gòu)。多分子聚合物不屬于四級結(jié)構(gòu)第74頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系StructureandFunctionofProteins第三節(jié)第75頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵第76頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

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)，無活性第77頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A8A9A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

牛AlaSerValAla

豬ThrSerIleAla

羊AlaGlyValAla

馬ThrGlyIleAla

狗ThrSerIleAla────────────────────────第78頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進(jìn)皮下黑色素生成，但作用較弱。第79頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四(三)氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。第80頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（四）重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病例：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)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。第81頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四1.肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)功能血紅素結(jié)構(gòu)(一)血紅蛋白構(gòu)象改變引起功能變化第82頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個(gè)只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。第83頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。第84頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四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。2.血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力

第85頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線第86頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四協(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)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)第87頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第88頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四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，繼而引起肽鏈位置的變動。第89頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四別構(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，稱為別構(gòu)效應(yīng)。第90頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可導(dǎo)致構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。≒roteinConformationalDiseases）

：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級結(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。第91頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：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、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。第92頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(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第93頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三、蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、相互作用可改變其功能最初基因表達(dá)的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)，并不一定為具有生物學(xué)功能的成熟蛋白質(zhì)，新生蛋白質(zhì)通常還需要進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后的化學(xué)修飾（第十八章）。四、生物信息學(xué)探討蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

生物信息學(xué)（bioinformatics）是一門基于信息學(xué)和計(jì)算的新興交叉學(xué)科，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序法將復(fù)雜的生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，從而闡明生命現(xiàn)象中難以解釋的復(fù)雜分子機(jī)制。第94頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins第95頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

一、蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)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)。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)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

第96頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之間，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第97頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四+++++++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)的聚集和沉淀第98頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三、很多因素可引起蛋白質(zhì)變性在某些物理和化學(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。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)第99頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

造成變性的因素

變性的本質(zhì)——

破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。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。第100頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

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。

第101頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四若蛋白質(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。蛋白質(zhì)的復(fù)性(renaturation)

第102頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四

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)，無活性第103頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，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。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。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)

第104頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(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)定量測定。第105頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四五、蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可用于溶液蛋白質(zhì)測定（一）蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生茚三酮反應(yīng)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)(ninhydrinreaction)。第106頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四（二）肽鏈中的肽鍵可與雙縮脲試劑反應(yīng)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)(biuretreaction)。雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。第107頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的分離、純化、鑒定和結(jié)構(gòu)分析Isolation,Purification,IdentificationandStructuralAnalysisofProteins第五節(jié)第108頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四一、透析及超濾法可清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物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。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。超濾法

透析(dialysis)第109頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉淀時(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。第110頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(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（immunoprecipitation）第111頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四三、電泳是蛋白質(zhì)分離與鑒定的常用方法蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達(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。

第112頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。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，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：第113頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進(jìn)行層析分離待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）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。層析(chromatography)第114頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四離子交換層析：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第115頁，共128頁，2023年，2月20日，星期四第116頁，共128