第二章蛋白質(zhì)3

第二章蛋白質(zhì)化學(xué)protein第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

的關(guān)系一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子?。ㄒ唬┮患?jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化1、幾個(gè)概念：（1）同源蛋白質(zhì)：指在不同的有機(jī)體中表現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì)。（2）不變殘基和可變殘基：同源蛋白質(zhì)的AA序列中許多位置的AA對(duì)于不同種屬來說都相同稱為不變殘基。其他部位的殘基對(duì)于不同種屬有相當(dāng)大的變化就稱為可變殘基。（3）順序同源性：同源蛋白的AA序列中的這種相似性稱為順序同源性。根據(jù)細(xì)胞色素C的順序種屬差異建立起來的進(jìn)化樹不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病由于基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，使蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能減退或喪失，甚至造成生理功能的變化而引起的疾病，稱為分子病。如鐮刀狀細(xì)胞貧血病

1949年，Pauling應(yīng)用電泳等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，鐮刀形紅細(xì)胞貧血病是由于紅細(xì)胞中的異常血紅蛋白（HbS）所引起的。原因是什么？Glu

和Val分子的側(cè)鏈在性質(zhì)上有很大的不同。Glu

側(cè)鏈帶負(fù)電荷，而Val側(cè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)非極性基團(tuán)，所以使得HbS分子表面的負(fù)電荷減少，這種變化使患者的血紅蛋白容易發(fā)生聚集并形成桿狀多聚體，這就是導(dǎo)致紅細(xì)胞變形的原因。（三）一級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)前體激活胰島素原：包含84個(gè)左右的氨基酸殘基。胰島素：包含51個(gè)氨基酸殘基,有2條鏈組成。胰島素原二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系特定的構(gòu)象，決定特定的功能?？臻g結(jié)構(gòu)的變化，也會(huì)影響蛋白質(zhì)的功能。例2血紅蛋白變構(gòu)緊密型（T型）不易與O2結(jié)合松弛型（R型）易與O2結(jié)合3空間構(gòu)象并非生物活性的唯一影響因素【舉例】低溫下酶活性低，但并不影響構(gòu)象；鹽析時(shí)沉淀的酶無活性，但構(gòu)象不變。第六節(jié)蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)一、酸堿性質(zhì)二、膠體性質(zhì)三、沉淀性質(zhì)四、變性與復(fù)性五、紫外吸收六、顯色反應(yīng)一、酸堿性質(zhì)(一)兩性解離性質(zhì)蛋白質(zhì)分子中除N-端的α-氨基和C-端的α-羧基外，還有許多可解離的側(cè)鏈基團(tuán),如β-羧基、γ-羧基、ε-氨基、咪唑基、胍基、酚基、巰基等，因此也是兩性電解質(zhì)。pH=pI凈電荷=0pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負(fù)PrCOOHNH3++H++OH-+H++OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在某一pH溶液中，酸性基團(tuán)帶的負(fù)電荷恰好等于堿性基團(tuán)帶的正電荷，蛋白質(zhì)分子凈電荷為零，在電場(chǎng)中既不向陽極移動(dòng)，也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值稱為該蛋白的等電點(diǎn)(pI)。在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度、黏度、滲透壓、膨脹性和導(dǎo)電能力均為最小。（二）等電點(diǎn)（pI）

不同的蛋白質(zhì)有不同的等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)最不穩(wěn)定，溶解度最小。因此，可以利用蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)來分別沉淀不同的蛋白質(zhì)，從而將不同的蛋白質(zhì)分離開來。（三）電泳蛋白質(zhì)在溶液中解離成帶電顆粒，在電場(chǎng)中可以向電荷相反的電極移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。電泳的方向與速度：

電荷的種類

電荷的多少

顆粒大小電泳技術(shù)已成為分析、分離蛋白質(zhì)的重要手段之一SDS電泳垂直板電泳毛細(xì)管電泳水平板電泳圓盤電泳電泳支持物濾紙凝膠薄膜幾種重要的蛋白質(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)。二、膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)為大分子，相對(duì)分子量大，在水溶液中形成直徑1～100nm，屬膠體范圍。蛋白質(zhì)水溶液為一穩(wěn)定的親水膠體溶液

因素：

(1)顆粒外圍有水膜

(2)帶電荷布朗運(yùn)動(dòng)丁達(dá)爾效應(yīng)(光散射現(xiàn)象)電泳現(xiàn)象不能透過半透膜

利用其不能透過半透膜性質(zhì)可進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離、純化等。----++++親水膠體水膜等電點(diǎn)狀態(tài)蛋白質(zhì)帶負(fù)電狀態(tài)蛋白質(zhì)帶正電狀態(tài)蛋白質(zhì)脫水作用++++----OH-H+蛋白質(zhì)沉淀OH-H+OH-H+三、沉淀性質(zhì)如果加入適當(dāng)?shù)脑噭┦沟鞍踪|(zhì)分子處于等電點(diǎn)狀態(tài)或失去水化層（消除相同電荷，除去水膜），蛋白質(zhì)膠體溶液就不再穩(wěn)定并將產(chǎn)生沉淀。沉淀方法類別:

1、高濃度中性鹽（鹽析、鹽溶）2、有機(jī)溶劑沉淀3、重金屬鹽類沉淀4、生物堿試劑和某些酸類沉淀1.高濃度中性鹽中性鹽對(duì)碳氧血紅蛋白的溶解度球蛋白通常不溶于純水，而溶于稀中性鹽溶液，其溶解度隨稀鹽濃度的增加而增大，此現(xiàn)象稱為鹽溶。加入高濃度的中性鹽(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等)可破壞蛋白質(zhì)的水化層，中和蛋白質(zhì)的電荷，從而使蛋白質(zhì)沉淀析出，此現(xiàn)象稱為鹽析。鹽溶、鹽析不同蛋白質(zhì)析出時(shí)需要的鹽濃度不同，調(diào)節(jié)鹽濃度以使混合蛋白質(zhì)溶液中的幾種蛋白質(zhì)分段析出，這種方法稱為分段鹽析。

如血清中蛋白質(zhì)+半飽和硫酸銨析出球蛋白

血清中蛋白質(zhì)+飽和硫酸銨析出清蛋白可用分段鹽析法分離蛋白質(zhì)2、有機(jī)溶劑

丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑可破壞蛋白質(zhì)分子水化層，導(dǎo)致其沉淀析出。

（因?yàn)橛袡C(jī)溶劑比蛋白質(zhì)有更強(qiáng)的親水作用，可作為脫水劑。）Hg2+、Ag+、Pb2+等重金屬離子可與蛋白質(zhì)中帶負(fù)電荷的基團(tuán)形成不易溶解的鹽而沉淀，因此重金屬鹽均有毒，誤食重金屬鹽時(shí)應(yīng)及時(shí)服用大量生雞蛋清或牛奶。為什么？進(jìn)入胃內(nèi)的蛋白質(zhì)有的被消化，但大部分都以未消化的形式進(jìn)入小腸。小腸液的pH值為7.0，此時(shí)蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷，很容易與帶正電荷的已進(jìn)入小腸的重金屬結(jié)合形成難消化的沉淀，而被排出體外。3、重金屬鹽

生物堿試劑是指能使生物堿沉淀的一類試劑，如：?jiǎn)螌幩?、苦味酸、鉬酸、鎢酸、鞣酸等。生物堿試劑以及某些酸（如三氯醋酸、水楊磺酸、硝酸等）在溶液pH小于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，皆能沉淀蛋白質(zhì)。4、生物堿試劑沉淀原理是：一般生物堿試劑皆為酸性物質(zhì)，而蛋白質(zhì)在酸性溶液中帶正電荷，其正離子基團(tuán)（如一NH3+）能與帶負(fù)電荷的酸根相結(jié)合,變成為溶解度很小的蛋白鹽。臨床化驗(yàn)時(shí)，常用這類試劑（如磷鎢酸或三氯醋酸）除去血液中干擾測(cè)定的蛋白質(zhì)，或用苦味酸檢驗(yàn)?zāi)蛑械牡鞍踪|(zhì)。不可逆沉淀在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能重新溶解于水。由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，所以又稱為變性沉淀。如加熱沉淀、強(qiáng)酸