(1)-01蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能

第五章維生素第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofProtein生化教研室

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。What’sProtein?蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：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％。1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質(zhì)的元素組成和特點(diǎn)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

。

特點(diǎn)

各種蛋白質(zhì)的含N量平均為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，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%

2008年9月11日“三聚氰胺”事件被曝光，中國(guó)部分地區(qū)有嬰幼兒出現(xiàn)與食用三鹿牌嬰幼兒配方奶粉相關(guān)的泌尿系統(tǒng)結(jié)石，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，是被一種名為三聚氰胺的化學(xué)物質(zhì)污染。三聚氰胺：三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物。性狀為純白色單斜棱晶體，無味,這與蛋白粉相仿,而且易于購(gòu)買和生產(chǎn),成本很低，故被不良商販惡意添加在奶粉中增加含氮量。三聚氰胺進(jìn)入人體后，發(fā)生取代反應(yīng)，生成三聚氰酸，三聚氰酸和三聚氰胺形成大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，造成結(jié)石，腎衰。

三聚氰胺是一種重要的有機(jī)化工中間產(chǎn)品，主要用來制作三聚氰胺樹脂，具有優(yōu)良的耐水性、耐熱性、耐電弧性、優(yōu)良阻燃性。用途:可用于裝飾板的制作，用于氨基塑料、粘合劑、涂料、幣紙?jiān)鰪?qiáng)劑、紡織助劑等。

一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸-L--氨基酸（aminoacid）除甘氨酸外，且均屬L-α-氨基酸自然界中的氨基酸－－－300余種人體蛋白質(zhì)中的氨基酸－－－20種L--氨基酸的結(jié)構(gòu)通式COOH│H2N

—C

—H│R

共同部分側(cè)鏈13H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

不同的氨基酸其側(cè)鏈(R)不同，除甘氨酸中R為H外，其它氨基酸與Cα相連的四個(gè)原子或基團(tuán)各不相同，所以，Cα為不對(duì)稱碳原子（手性碳原子）。

組成天然蛋白質(zhì)的氨基酸均為L(zhǎng)型（除甘氨酸）。-氨基酸的立體異構(gòu)體（一）-氨基酸的立體異構(gòu)體（二）非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類

含有非極性的側(cè)鏈，具有疏水性

GLy（甘）、Ala（丙）、

VaL（纈）、Leu（亮）、

ILe（異亮）、Pro（脯）1.側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸側(cè)鏈含有極性基團(tuán),（如－OH、－SH或－CONH2等），具有親水性，但在中性水溶液中不電離。Ser（絲）Thr

（蘇）Cys

（半胱）Met（蛋）Asn

（天冬酰胺）Gln

（谷氨酰胺）2.側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸3.芳香族氨基酸--側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸pyr4.側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸5.側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸含酰胺基氨基酸：Asn

Gln色酪苯丙絲蘇酪天冬酰胺谷氨酰胺半胱蛋纈亮異亮脯氨酸幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）

半胱氨酸

+胱氨酸-HH二硫鍵修飾氨基酸：胱氨酸羥脯氨酸（Hyp）

羥賴氨酸（HyL）非生蛋白氨基酸：

瓜氨酸鳥氨酸同型半胱氨酸研究生考試：氨基酸?？純?nèi)容谷Glu、天冬Asp：2個(gè)羧基賴氨酸：2個(gè)氨基脯氨酸、羥脯氨酸：亞氨基酸、容易使肽鏈的走向形成折角

β-轉(zhuǎn)角第二個(gè)氨基酸含硫氨基酸：半胱氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）同型半胱氨酸：天然蛋白質(zhì)中不存在色氨酸：在280nm有最大光吸收峰瓜氨酸：不出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的氨基酸無遺傳密碼的氨基酸：羥脯氨酸、羥賴氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸1992NO39．2004NO19.含有兩個(gè)氨基的氨基酸是

A谷氨酸

B絲氨酸

C酪氨酸

D賴氨酸

E．蘇氨酸A.LysB.Trp

C.Val

D.Glu

E.Leu1997NO19．含有兩個(gè)羧基的氨基酸是

A．谷氨酸

B．絲氨酸

C．酪氨酸

D．賴氨酸

E．蘇氨酸

1990N058．下列氨基酸中哪一種是蛋白質(zhì)內(nèi)所沒有的含硫氨基酸？

A．同型半胱氨酸B．甲硫氨酸C．半胱氨酸D．胱氨酸E．鳥氨酸

1998NO19．以下哪種氨基酸是含硫的氨基酸？

A．谷氨酸B．賴氨酸C．亮氨酸D．蛋氨酸E．酪氨酸2000NO19A．下列哪一種氨基酸是亞氨基酸?

A．賴氨酸B．脯氨酸C．組氨酸D．色氨酸E．異亮氨酸1990N058．下列氨基酸中哪一種是蛋白質(zhì)內(nèi)所沒有的含硫氨基酸？

A．同型半胱氨酸B．甲硫氨酸C．半胱氨酸D．胱氨酸E．鳥氨酸

1998NO19．以下哪種氨基酸是含硫的氨基酸？

A．谷氨酸B．賴氨酸C．亮氨酸D．蛋氨酸E．酪氨酸無遺傳密碼的氨基酸：羥脯氨酸、羥賴氨酸1994NO11．能出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子中的下列氨基酸，哪一種沒有遺傳密碼？

A．色氨酸B．蛋氨酸C．谷氨酰胺

D．脯氨酸

E．羥脯氨酸

2008NO37．下列氨基酸中，無相應(yīng)遺傳密碼的是

A．異亮氨酸B．天冬酰胺

C．脯氨酸D．羥賴氨酸三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)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。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)

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)。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子

陽離子陰離子（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)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氨基酸＋茚三酮水合物

△

藍(lán)紫色化合物其最大吸收峰在570nm處。意義：氨基酸定量分析方法。（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物課前復(fù)習(xí)：1.概念：生物大分子、蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)的元素組成特點(diǎn)？3.常用氨基酸的三字符號(hào)3.氨基酸的結(jié)構(gòu)通式4.氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn)四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸

殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptidebond)（一）氨基酸通過肽鍵連接

而形成肽

(peptide)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。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵(酰胺鍵)肽：是由氨基酸通過肽鍵相連而形成的化合物。多肽(polypeptide)

十個(gè)以上氨基酸相連形成的肽,也稱為多肽鏈

(polypeptidechain)（二）肽及多肽鏈寡肽

(oligopeptide)

由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽1、多肽鏈的兩端：氨基末端(N-端)羧基末端(C-端)2、氨基酸殘基3、側(cè)鏈(R)

主鏈

(Cα-N-C－Cα-N-C……

)

多肽鏈的結(jié)構(gòu)4、多肽鏈的形成及其方向性蛋白質(zhì)與多肽的區(qū)別：氨基酸殘基數(shù)目穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)＞50—蛋白質(zhì)＜50—多肽不穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)

—多肽穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)

—蛋白質(zhì)（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)

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)肽蛋白質(zhì)的分子

結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)

高級(jí)結(jié)構(gòu)

(1952年，丹麥，Linderstrom-Lang提出)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：4種水平定義指多肽鏈中氨基酸的排列順序主要的化學(xué)鍵肽鍵（共價(jià)鍵主鍵）有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。（一）定義:多肽鏈主鏈原子的局部空間排列，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。（二）主要化學(xué)鍵：氫鍵（三）構(gòu)象形式：

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

肽鏈主鏈骨架原子：

N(氨基氮)、

C

（-碳原子）、

Cο（羧基碳）3個(gè)原子依次重復(fù)排列。NH2-CH-C-N-CH-CORHRON2-CH-C-N-CH-C-OHO-CH-C-N-CH-COOHRHRONHCH-C-N-CH-COOHHO（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上定義：

肽鍵中的4個(gè)原子（C、O、N、H）及兩側(cè)的Cα，基本位于同一平面，此平面稱為肽單元。意義：

是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位。肽單元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)肽單元(peptideunit)

示意圖★多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個(gè)酰胺平面組成（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)⑴

為一右手螺旋；⑵

螺旋每圈包含3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm；

⑶螺旋以氫鍵維系。

-螺旋的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：（三）-折疊（-pleatedsheet）使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)

新發(fā)現(xiàn)：

Pauling和Corey正是依據(jù)絲心蛋白的X-射線衍射圖提出-折疊絲心蛋白主要二級(jí)結(jié)構(gòu)是-折疊（都是反平行排列）很柔軟，堆積的折疊片層靠側(cè)鏈之間vander

Waals力結(jié)合在一起。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)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)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)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)或模體(motif)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有3種：

αα，βαβ，ββ

。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈模體鏈-β轉(zhuǎn)角-α-螺旋-β轉(zhuǎn)角-鏈模體模體常見的形式鋅指結(jié)構(gòu)(螺旋-折疊-折疊模體)轉(zhuǎn)錄因子MyoD的螺旋-環(huán)-螺旋模體

極大的R如Ile（存在空間位阻）；帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷互斥效應(yīng)）；妨礙α－螺旋形成。氨基酸R較小形成β－折疊Pro存在（不能形成氫鍵）。（六）氨基酸殘基的R對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響1994NO1A.維系蛋白質(zhì)分子中α螺旋和β片層的化學(xué)鍵是

A．肽鍵

B．離子鍵

C．二硫鍵

D．氫鍵

E．疏水鍵

1995NO142X．蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中存在的構(gòu)象

A．α螺旋

B．β螺旋

C．α轉(zhuǎn)角

D．β轉(zhuǎn)角

三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)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。定義:（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置蛋白質(zhì)分子中的非共價(jià)鍵(次級(jí)鍵)1.氫鍵：氫鍵的形成常見于連接在一電負(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，如>C=O┅H-N<。蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成H2.疏水鍵：非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)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。3.離子鍵：離子鍵，又稱為鹽鍵（saltbond）是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成4.范德華氏引力（vanderWaalsforce)：分子之間存在的相互作用力。舉例：肌紅蛋白（Mb）Mb是第一個(gè)被確定具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)Mb由153個(gè)aa構(gòu)成，含有一個(gè)血紅素輔基。分子中-螺旋占75%，構(gòu)成A-H8個(gè)螺旋區(qū)，充分折疊后形成一個(gè)具有生物學(xué)活性的球蛋白。肌紅蛋白結(jié)合氧并能使氧在肌肉組織內(nèi)儲(chǔ)存和分配。胰島素分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)溶菌酶分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)磷酸丙糖異構(gòu)酶和丙酮酸激酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)纖連蛋白(fibronectin)分子的結(jié)構(gòu)域（三）蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間結(jié)構(gòu)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。

四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)1.亞基(subunit)：在蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)獨(dú)立存在并具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。2.定義：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)。3.化學(xué)鍵：非共價(jià)鍵，主要是氫鍵和離子鍵。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

同二聚體與異二聚體概念：同二聚體（homodimer）：由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，亞基分子結(jié)構(gòu)相同。異二聚體（heterodimer）：由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，亞基分子結(jié)構(gòu)不同。

含有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒有生物學(xué)功能，只有完整的四級(jí)結(jié)構(gòu)寡聚體才有生物學(xué)功能。提示血紅蛋白(hemoglobin)的四級(jí)結(jié)構(gòu)2001NO19A．對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象通常不起作用的化學(xué)鍵是

A．氫鍵B．鹽鍵C．酯鍵D．疏水鍵E．范德華力

2003NO19A、穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子中α－螺旋和β－折疊的化學(xué)鍵是

A、肽鍵B、二硫鍵C、鹽鍵D、氫鍵E、疏水作用

2010NO25A．下列選項(xiàng)中，屬于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的是A．a(chǎn)-螺旋D．無規(guī)卷曲C.結(jié)構(gòu)域D.鋅指結(jié)構(gòu)考考你？問題1：是不是所有的蛋白質(zhì)都有四級(jí)結(jié)構(gòu)？（答案：不是）問題2：一條多肽鏈最高級(jí)結(jié)構(gòu)是幾級(jí)結(jié)構(gòu)？（答案：三級(jí)）問題3：具有生物活性的蛋白質(zhì)至少要具備幾級(jí)結(jié)構(gòu)？（答案：三級(jí)）五、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)小結(jié)肽鍵氫鍵次級(jí)鍵氫鍵和離子鍵蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)（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

牛核糖核酸酶二硫鍵N末端C末端(一)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)用透析法去除尿素、β-巰基乙醇

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素(破壞次級(jí)鍵)β-巰基乙醇(破壞二硫鍵)非折疊狀態(tài)，無活性4-S-S-變?yōu)?-SH天然狀態(tài)，-S-S-恢復(fù)，正確配對(duì)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能胰島素氨基酸殘基序號(hào)A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla（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(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。

一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間結(jié)構(gòu)以及功能也相似起關(guān)鍵性作用的氨基酸殘基缺失或被替代

↓

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)生理功能導(dǎo)致疾?。ㄋ模┲匾鞍踪|(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀狀紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbS

β肽鏈HbA

β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”。不同哺乳動(dòng)物胰島素51個(gè)氨基酸殘基中有24個(gè)是恒定不變的。Cys殘基的數(shù)量和排列位置恒定不變。1活性完全喪失1不影響活性活性降低85％一級(jí)結(jié)構(gòu)是研究高級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。從分子水平闡明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。為生物進(jìn)化理論提供依據(jù)。為人工合成蛋白質(zhì)提供參考順序。測(cè)定蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要意義：（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)相似

目錄二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu)1、血紅素結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：4個(gè)吡咯環(huán)－4個(gè)甲炔基一環(huán)Fe2+位于環(huán)中，有6個(gè)配位鍵

配位結(jié)合:4個(gè)：吡咯環(huán)的N1個(gè)：Mb93位（F8）His1個(gè)：O2接近64位（E7）His3、肌紅蛋白（myoglobin，Mb）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有153個(gè)aa，含有一個(gè)血紅素輔基8段α－螺旋結(jié)構(gòu)：A--H肽段疏水側(cè)鏈在分子內(nèi)部，極性及電荷在分子表面－－水溶性好血紅素（heme）的2個(gè)丙酸側(cè)鏈；以離子鍵與肽鏈中的2個(gè)堿性氨基酸的正電荷相連肽鏈中的F8－His殘基與Fe2＋形成配位鍵4、血紅蛋白（hemoglobin,Hb）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)成年人Hb是一個(gè)由兩個(gè)亞基和兩個(gè)亞基，兩種類型亞基組成的四聚體－22

（胎兒期2γ2

，胚胎期2ε2

）2種亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)相似，每個(gè)亞基都結(jié)合1個(gè)血紅素（heme）輔基。1個(gè)血紅素?cái)y帶1分子氧，1分子Hb結(jié)合4分子氧。每個(gè)亞基是由141個(gè)氨基酸殘基組成，而每個(gè)亞基有146個(gè)氨基酸殘基。4個(gè)亞基通過8個(gè)離子鍵相連，形成Hb的四聚體，具有運(yùn)輸氧和二氧化碳的功能。肌紅蛋白和血紅蛋白的氧解離曲線Mb-直角雙曲線Hb－S形曲線氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響氧結(jié)合形狀：Hb的氧解離曲線呈S形曲線

Mb的氧解離曲線呈直角雙曲線氧結(jié)合特點(diǎn)：

Mb易與O2結(jié)合，

Hb與O2結(jié)合在O2分壓較低時(shí)較難。Hb氧解離曲線提示：

Hb的4個(gè)亞基與4個(gè)氧結(jié)合時(shí)平衡常數(shù)并不相同，而是有4個(gè)不同的平衡常數(shù)，Hb最后一個(gè)亞基與氧結(jié)合時(shí)其常數(shù)最大，S形曲線的后半部呈直線上升。Mb、Hb的氧解離曲線特點(diǎn)：*協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)

P25蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響其另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)——促進(jìn)作用負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negativecooperativity)

——抑制作用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，并引起F肽段的微小移動(dòng),同時(shí)影響附近肽段的構(gòu)象，使兩個(gè)亞基間的鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合松弛，促進(jìn)第二個(gè)亞基與氧結(jié)合。依次類推最后四個(gè)亞基全處于松弛態(tài)別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)P26小分子物質(zhì)與蛋白質(zhì)（或酶）結(jié)合后，引起蛋白質(zhì)（或酶）空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其功能的變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白構(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。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、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。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PrPc

PrPSc

布魯辛納提出PrPC和PrPSC具有相同一級(jí)結(jié)構(gòu)，而具有不同的高級(jí)結(jié)構(gòu)，打破了以往蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)的定律，從而獲1997年諾貝爾獎(jiǎng)。朊病毒最早是由美國(guó)舊金山加利福尼亞大學(xué)的斯坦利.B.布魯辛納博士(Stanley.B.Prusiner)于1982年發(fā)現(xiàn)的。瘋牛病知識(shí)

瘋牛病從1985年在英國(guó)發(fā)現(xiàn)后，90年代初發(fā)展成為一個(gè)高潮，又逐漸擴(kuò)展到西歐，目前已經(jīng)變成世界性問題。瘋牛病可能通過牛肉和牛肉制品，尤其是內(nèi)臟和骨髓傳染給人類，引起新型早老性癡呆癥即新型克雅氏癥。瘋牛病知識(shí)朊病毒是一種高度保守的糖蛋白，廣泛表達(dá)于脊椎動(dòng)物細(xì)胞表面。朊病毒可能與維持神經(jīng)系統(tǒng)功能，淋巴信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及核酸代謝等有關(guān)。疾病的典型共同癥狀是：癡呆、喪失協(xié)調(diào)性及神經(jīng)系統(tǒng)障礙。此類疾病有遺傳性、傳染性和偶發(fā)性病變?yōu)榈鞍踪|(zhì)淀粉樣變性。朊病毒本身不能繁殖，可能是通過攻擊PrPC改變其構(gòu)象，使其成為PrPSC第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein一、蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(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)。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI蛋白質(zhì)的兼性離子

陽離子陰離子PNH2COOHPNH3+COOHPNH2COO-PNH3+COO-2005NO23．當(dāng)溶液的pH與某種氨基酸的pI一致時(shí)，該氨基酸在此溶液中的存在形式是A．兼性離子

B．非兼性離子

C．帶單價(jià)正電荷D．疏水分子

E．帶單價(jià)負(fù)電荷例1．在以下混合蛋白質(zhì)溶液中，各種蛋白質(zhì)的pI分別為4.3、5.0、5.4、6.5、7.4，電泳時(shí)欲使其都泳向正極，緩沖溶液的pH應(yīng)該是A．pH4.1B．pH5.2C．pH6.0D．pH7.4E．pH8.1

二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)分子量1萬至100萬分子的直徑1～100nm

*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:顆粒表面電荷顆粒表面水化膜膠粒范圍之內(nèi)+++++++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)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)

：在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象被破壞，導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。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)。

應(yīng)用舉例臨床：消毒、滅菌防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

變性的主要改變

喪失生物學(xué)活性若蛋白質(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。復(fù)性(renaturation)

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)，無活性在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈會(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。

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2009NO26、蛋白質(zhì)變性后的主要表現(xiàn)是

A、分子量變小B、粘度降低C、溶解度降低D、不易被蛋白酶水解1994NO3.下列關(guān)于免疫球蛋白變性的敘述，哪項(xiàng)是不正確的？

A．原有的抗體活性降低或喪失

B．溶解度增加

C．易被蛋白酶水解

D．蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象破壞

E．蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并無改變

Trp（色）、Tyr（酪）280nm（OD280）

可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰2002NO19．在280nm波長(zhǎng)附近具有最大光吸收峰的氨基酸是

A．天冬氨酸B．絲氨酸C.苯丙氨酸

D．色氨酸E．賴氨酸2007NO24．核酸的最大紫外光吸收值一般在哪一波長(zhǎng)附近？A.280nmB.260nnC.240D.220⒈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)肽鍵＋硫酸銅△稀堿溶液

紫色或紅色化合物可用來檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)溶液含量第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法丙酮沉淀：

1、0～4℃低溫

2、丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。

3、沉淀后，應(yīng)立即分離。

4、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。2011NO25．鹽析法沉淀蛋白質(zhì)的原理是

A．改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)B．使蛋白質(zhì)變性，破壞空間結(jié)構(gòu)C．使蛋白質(zhì)的等電位發(fā)生變化D．中和蛋白質(zhì)表面電荷并破壞水化膜3、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。帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向著與其電性相反方向移動(dòng)的現(xiàn)象，稱為電泳。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

三、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分離

清蛋白12

血清蛋白電泳圖譜幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS（十二烷基磺酸鈉）-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)。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS）凝膠介質(zhì)：堿性，蛋白質(zhì)都帶有負(fù)電荷，向陽極遷移

處理液:去污劑十二烷基硫酸鈉（SDS）和還原劑（通常為巰基乙醇）,一般煮沸3～5分鐘通過加熱和SDS可以使蛋白質(zhì)變性，多亞基的蛋白質(zhì)也將解離為單亞基。還原劑切斷二硫鍵。由于SDS是帶有負(fù)電荷的分子，SDS通過它的長(zhǎng)的疏水尾巴與氨基酸疏水側(cè)鏈結(jié)合，結(jié)合SDS的比率：2aa+1SDS。等電聚焦電泳（IFE）是利用聚丙烯酰胺凝膠內(nèi)的緩沖液，在凝膠內(nèi)沿電場(chǎng)方向制造一個(gè)pH梯度緩沖液是低分子量有機(jī)酸和堿的混合物，稱兩性電解質(zhì)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)樣品在凝膠上電泳時(shí)，每種蛋白質(zhì)都將遷移至與它的pI

相一致的pH處具有不同pI的各種蛋白質(zhì)最后都遷移至凝膠中相應(yīng)的pH處，達(dá)到分離的目的。雙向電泳如果將等電聚焦電泳與SDS結(jié)合起來，分辨率更高。雙向電泳后的凝膠經(jīng)染色蛋白呈現(xiàn)二維分布圖，水平方向反映出蛋白在pI上的差異，而垂直方向反映出它們?cè)诜肿恿可系牟顒e。所以雙向電泳可以將分子量相同而等電點(diǎn)不同的蛋白質(zhì)以及等電點(diǎn)相同而分子量不同的蛋白質(zhì)分開。層析分離蛋白質(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、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進(jìn)行層析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。目錄陰離子交換樹脂：本身帶正電荷1993NO20A．用凝膠過濾層析（交聯(lián)葡聚糖凝膠）柱分高蛋白質(zhì)時(shí)，下列哪項(xiàng)是正確的？

A.分子體積最大的蛋白質(zhì)最先洗脫下來

B．分子體積最小的蛋白質(zhì)最先洗脫下來

C．不帶電荷的蛋白質(zhì)最先洗脫下來

D．帶電荷的蛋白質(zhì)最先洗脫下來

E．沒有被吸附的蛋白質(zhì)最先洗脫下來2000NO20A．下列蛋白質(zhì)通過凝膠過濾層析時(shí)最先被洗脫的是

A．馬肝過氧化氫酶(相對(duì)分子質(zhì)量247500)

B．肌紅蛋白(相對(duì)分子質(zhì)量16900)

C．人血清清蛋白(相對(duì)分子質(zhì)量68500)

D．牛阝—乳球蛋白(相對(duì)分子質(zhì)量35000)

E．牛胰島素(相對(duì)分子質(zhì)量5733)超速離心法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)在高達(dá)50萬g（g為gravity,即地心引力）的重力作用下，在溶液中逐漸沉降，直至其浮力與離心所產(chǎn)生的力相等，此時(shí)沉降停止。五、利用蛋白質(zhì)顆粒沉降行為不同可進(jìn)行超速離心分離因?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。*蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)(sedimentationcoefficient,S)表示,