第1章 蛋白質(zhì)組成成分和氨基酸

第一章蛋白質(zhì)

第一節(jié)蛋白質(zhì)通論蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動過程。Protein一、蛋白質(zhì)的功能多樣性1.催化功能2.結(jié)構(gòu)功能3.運(yùn)輸功能4.貯存功能5.運(yùn)動功能

6.防御功能7.調(diào)節(jié)功能8.信息傳遞功能9.遺傳調(diào)控功能10.其它功能

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。二、蛋白質(zhì)的分類

（一）按分子形狀分類1.球狀蛋白球形，多溶于水，多具有活性，長度與直徑之比一般小于10。如酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、蛋白激素、抗體等。

2.纖維狀蛋白細(xì)長，分子量大，多是結(jié)構(gòu)蛋白。如膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋白等。

二、蛋白質(zhì)的分類

（二）按分子組成分類1.簡單蛋白由氨基酸組成7類：清蛋白球蛋白組蛋白精蛋白谷蛋白醇溶蛋白和硬蛋白。

2.結(jié)合蛋白由蛋白質(zhì)和非蛋白成分組成，后者稱為輔基。7類：核蛋白脂蛋白糖蛋白磷蛋白血紅素蛋白黃素蛋白和金屬蛋白。三、蛋白質(zhì)的元素組成與分子量

元素組成：Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ含Ｎ量：１６％１克Ｎ＝6.25克蛋白質(zhì)每克樣品中含N克數(shù)×6.25×100=100克樣品中蛋白質(zhì)的含量（克%）第二節(jié)氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類

（一）基本氨基酸（二）氨基酸的生物學(xué)功能二、氨基酸的性質(zhì)

（一）物理性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)

（一）基本氨基酸1、２０種氨基酸的化學(xué)名稱及結(jié)構(gòu)通式：

一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類2、構(gòu)型：從蛋白質(zhì)水解得到的α－氨基酸屬

L－α－氨基酸

COOH

︱H2N－C－H︱RＲ代表氨基酸的側(cè)鏈（Ｒ基團(tuán)）。不同的氨基酸，Ｒ基團(tuán)不同。氨基酸的分類根據(jù)氨基酸的側(cè)鏈R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：①脂肪族氨基酸：甘、丙、纈、亮、異亮、蛋、半胱、絲、蘇、谷、谷酰、天、天酰、賴、精②芳香族氨基酸：苯丙、酪、色③雜環(huán)氨基酸：組、脯④雜環(huán)亞氨基酸：脯

氨基酸Ｒ基團(tuán)Ｒ基團(tuán)上有功能基團(tuán)絲Ser－ＯＨ羥基半胱Cysh－ＳＨ巰基天酰Asn－ＣＯ－ＮＨ酰胺基谷酰Gln

天冬Asp－ＣＯＯＨ羧基谷Glu

賴Lys－ＮＨ2氨基精Arg胍基組His咪唑基①極性氨基酸：⑴極性不帶電荷：甘、絲、蘇、天酰、谷酰、酪、半胱⑵極性帶負(fù)電荷：天、谷⑶極性帶正電荷：組、賴、精②非極性氨基酸：丙、纈、亮、異亮、苯丙、蛋、脯、色根據(jù)氨基酸的側(cè)鏈R基團(tuán)的極性分類：必需氨基酸：機(jī)體維持正常代謝、生長所必需，而自身不能合成，需從外界獲取的氨基酸。如：Phe、Trp、Lys、Met、Leu、I1e、Thr、Val、His、Arg。非必需氨基酸：體內(nèi)能合成的氨基酸。12種（二）氨基酸的生物學(xué)功能

1、合成蛋白質(zhì)，以滿足機(jī)體生長發(fā)育和組織的更新修復(fù)等需要。

2、轉(zhuǎn)變成具有重要生理功能的含氮化合物（如核苷酸、尼克酰胺、兒茶酚胺類激素、甲狀腺素等）。

3、轉(zhuǎn)變成糖類或脂肪。

4、氧化供能。二、氨基酸的重要理化性質(zhì)（一）物理性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)紫外吸收參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)顯示特征的吸收譜帶，最大光吸收（

max）分別為280、275、和257nm。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（一）物理性質(zhì)①

與苯異硫氰酸酯(PITC)的反應(yīng)COOH|+H2N-CH|R在弱堿中-NH-C-NH-CH-COOH苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸)S|RH+環(huán)化-N=C=S苯異硫氰酸酯(PITC)-NOCCH-RCNHS苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸(PTH-氨基酸)無色Edman反應(yīng)（二）化學(xué)性質(zhì)②

與2,4-二硝基氟苯反應(yīng)COOH|+H2N-CH|R在弱堿中O2N-|NO2-F2,4-二硝基氟苯(DNFB或FDNB)O2N-|NO2-2,4-二硝基苯-氨基酸(DNP-氨基酸)黃色COOH|NH-CH|R+HF★Sanger反應(yīng)

★Sanger

反應(yīng)

2.4一二硝基氟苯（DNFB）DNP-氨基酸，黃色，層析法鑒定，被Sanger用來測定多肽的NH2末端氨基酸③

與茚三酮的反應(yīng)R—CH—COOHNH2

∣氨基酸O‖‖O∕OHOH2+沸騰藍(lán)紫色化合物④成肽反應(yīng)R1

R2

︱︱

H2N—CH—COOH﹢H2N—CH—COOHR1R2

︱︱

H2N—CH—CO—HN—CH—COOH肽鍵二肽-H2O⑤兩性解離和等電點氨基酸的兼性離子形式

氨基酸在晶體和水溶液中主要以兼性離子形式存在。①晶體熔點高→離子晶格，不是分子晶格。②不溶于非極性溶劑→極性分子③介電常數(shù)高→水溶液中的氨基酸是極性分子。氨基酸的等電點

當(dāng)溶液為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點（pI）。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。不同的氨基酸，其等電點（pI）不同。氨基酸的等電點

側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：

pI=(pK’1+pK’2)/2

對于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。

酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’2)/2

堿性氨基酸：pI=(pK’2+pK’3)/2

對于丙氨酸等一氨基一羧基的中性型氨基酸來說,由于羧基電離度略大于氨基電離度,所以溶于水時,其負(fù)離子數(shù)將多于正離子數(shù),因而在純水中顯微酸性.CH2—SHCH—NH2COOHCH2CH—NH2COOHHS+CH2—SCH—NH2COOHCH2CH—NH2COOHS+-2H+2H半胱氨酸半胱氨酸形成二硫鍵第三節(jié)肽

一、肽鍵及肽鏈二、肽的命名及結(jié)構(gòu)三、天然存在的活性寡肽

蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是氨基酸，由20種氨基酸組成了各種各樣的蛋白質(zhì)。研究證明，蛋白質(zhì)是由許多氨基酸按照一定的排列順序通過肽鍵連接起來的生物大分子。R1

R2

︱︱

H2N—CH—COOH﹢H2N—CH—COOHR1R2

︱︱

H2N—CH—CO—HN—CH—COOH肽鍵二肽-H2O一、肽鍵及肽鏈

肽鍵（peptidebond）是蛋白質(zhì)分子中氨基酸之間的主要連接方式，它是由一個氨基酸的α-羧基與另一個氨基酸的α-氨基縮合脫水而形成的酰胺鍵。

一個氨基酸的α-羧基與另一個氨基酸的α-氨基之間失去一分子水相互連接而成的化合物稱為肽（peptide），由2個氨基酸縮合形成的肽叫二肽（dipeptide），由3個氨基酸縮合形成的肽叫三肽（tripeptide），少于10個氨基酸的肽稱為寡肽（oligopeptide），由10個以上氨基酸形成的肽叫多肽（polypeptide）。二、肽的命名及結(jié)構(gòu)

肽鏈中的氨基酸由于參加肽鍵的形成已經(jīng)不是原來完整的分子，因此稱為氨基酸殘基（aminoacidresidues）。肽的命名是從肽鏈的N-末端開始，按照氨基酸殘基的順序而逐一命名。氨基酸殘基用酰來稱呼，稱為某氨基酰某氨基酰

某氨基酸。例如，由絲氨酸、甘氨酸、酪氨酸、丙氨酸和亮氨酸組成的五肽就命名為絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸。

甘·丙·絲·纈·亮·蛋·賴·賴·精·谷

Gly-Ala-Ser-Val-Leu-Met-Lys-Lys-Arg-Glu

G-A-S-V-L-M-K-K-R-E

在書寫時，含自由氨基的一端總是寫在左邊，含自由羧基的一端總是寫在右邊。

多肽鏈

R1R2R3

︱︱

︱

H2N—CH—CO—HN—CH—CO—HN—CH—COOH

多肽鏈中單位—氨基酸殘基；多肽鏈有兩端：氨基末端（Ｎ端）

羧基末端（Ｃ端）多肽鏈的主鏈：－ＣＨ－ＣＯ－ＨＮ－側(cè)鏈：各－Ｒ基團(tuán)

谷胱甘肽的結(jié)構(gòu)：

SH︱CH2

γ︱H2N-CH-CH2-CH2-CO-HN-CH-CO-HN-CH2-COOH︱COOH-2H

2G-SH→→G-S-S-G

（還原型）+2H（氧化型）巰基三、天然存在的活性寡肽谷胱甘肽的功能GSH可與氧化劑如H2O2起反應(yīng)，從而保護(hù)一些含巰基的蛋白質(zhì)或酶免遭氧化而喪失正常結(jié)構(gòu)與功能。如紅細(xì)胞中的GSH可以保護(hù)細(xì)胞膜上含巰基的蛋白質(zhì)和酶，以維護(hù)膜的完整性和酶活性。谷胱甘肽的功能H2O22H2O2GSHGSSGNADP+NADPH+H+GSH過氧化物酶GSH還原酶第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以分為四個層次來研究，即一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。其中一級結(jié)構(gòu)又稱蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)（chemicalstructure）、共價結(jié)構(gòu)或初級結(jié)構(gòu)。而二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)又稱為蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)(threedimensionalstructure)。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

所謂蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序以及二硫鍵的位置。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它包含了決定蛋白質(zhì)分子所有結(jié)構(gòu)層次構(gòu)象的全部信息。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容包括蛋白質(zhì)的氨基酸組成、氨基酸排列順序和二硫鍵的位置，肽鏈數(shù)目，末端氨基酸的種類等。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的肽鍵維系的。Trypsin：R1=賴氨酸Lys和精氨酸Arg側(cè)鏈（專一性較強(qiáng)，水解速度快）。肽鏈水解位點胰蛋白酶肽鏈水解位點糜蛋白酶

或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;

亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和組氨酸His水解稍慢。肽鏈水解位點

胃蛋白酶Pepsin：R1和R2＝R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸，水解速度較快。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）是指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式。研究證明，蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要有α-螺旋、β-折疊和β轉(zhuǎn)角。氫鍵是穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的主要作用力。(一)肽單位的構(gòu)象肽單位（peptidegroup）是多肽鏈中從一個α-碳原子到相鄰α-碳原子之間的結(jié)構(gòu)。

肽單位的構(gòu)象具有三個顯著的特征：1．肽單位是一個剛性的平面結(jié)構(gòu)肽鍵中羰基碳原子與氮原子之間所形成的鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，因為這個鍵（C-N鍵）的長度為0.132nm，比一般的C-N單鍵（0.147nm）要短些，而比一般的C=N雙鍵（0.127nm）要長些，所以具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，這樣使得肽單位所包含的六個原子處于同一個平面上，這個平面又稱為酰胺平面或肽平面。2．肽平面中羰基氧與亞氨基氫幾乎總是處于相反的位置由于連接在相鄰兩個α-碳上的側(cè)鏈基團(tuán)之間的立體干擾不利于順式構(gòu)象的形成，而有利于伸展的反式構(gòu)象的形成，所以蛋白質(zhì)中幾乎所有的肽單位都是反式構(gòu)象.3．Cα和亞氨基N及Cα與羰基C之間的鍵是單鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)

α-碳原子與羰基碳原子之間的鍵是一個純粹的單鍵，α-碳原子與亞氨基氮原子之間的鍵也是一個純粹的單鍵，因此，可以自由旋轉(zhuǎn)。Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度通常用Φ表示；Cα-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度用Ψ表示，它們被稱為Cα原子的二面角或肽單位二面角.(二)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

1951年，Pauling和Corey根據(jù)對一些簡單化合物（如氨基酸和寡肽）的X-射線晶體圖的數(shù)據(jù)，提出了兩個周期性的多肽結(jié)構(gòu)模型，分別稱為α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)。1．α-螺旋(α-helix)結(jié)構(gòu)α-螺旋結(jié)構(gòu)具有以下主要特征：（1）α-螺旋結(jié)構(gòu)是一個類似棒狀的結(jié)構(gòu)，從外觀看，緊密卷曲的多肽鏈主鏈構(gòu)成了螺旋棒的中心部分，所有氨基酸殘基的R側(cè)鏈伸向螺旋的外側(cè)，這樣可以減少立體障礙。肽鏈圍繞其長軸盤繞成右手螺旋體。（2）α-螺旋每圈包含3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm，即螺旋每上升一圈相當(dāng)于向上平移0.54nm。相鄰兩個氨基酸殘基之間的軸心距為0.15nm，每個殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°。（3）α-螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠鏈內(nèi)的氫鍵維持。螺旋中每個氨基酸殘基的羰基氧與它后面第4個氨基酸殘基的α-氨基氮上的氫之間形成氫鍵，所有氫鍵與長軸幾乎平行。螺旋內(nèi)的一個氫鍵對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的作用并不大，但α-螺旋內(nèi)的許多氫鍵的總體效應(yīng)卻能穩(wěn)定螺旋的構(gòu)象。實際上，α-螺旋結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)。2．β-折疊結(jié)構(gòu)又稱為β-折疊片層（β-platedsheet）結(jié)構(gòu)和β-結(jié)構(gòu)等。這是Pauling和Corey繼發(fā)現(xiàn)α-螺旋結(jié)構(gòu)后在同年又發(fā)現(xiàn)的另一種蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)。β-折疊結(jié)構(gòu)是一種肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，多肽鏈呈扇面狀折疊。β-折疊結(jié)構(gòu)的特點如下：（1）在β-折疊結(jié)構(gòu)中，多肽鏈幾乎是完全伸展的。相鄰的兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm。側(cè)鏈R交替地分布在片層的上方和下方，以避免相鄰側(cè)鏈R之間的空間障礙。（2）在β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈主鏈上的C=O與N-H之間形成氫鍵，氫鍵與肽鏈的長軸近于垂直。所有的肽鍵都參與了鏈間氫鍵的形成，因此維持了β-折疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。（3）相鄰肽鏈的走向可以是平行和反平行兩種。在平行的β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈的走向相同，氫鍵不平行。在反平行的β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈的走向相反，但氫鍵近于平行。從能量角度考慮，反平行式更為穩(wěn)定。3．β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)

β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)（β-turn）又稱為β-彎曲、β-回折、發(fā)夾結(jié)構(gòu)和U型轉(zhuǎn)折等。蛋白質(zhì)分子多肽鏈在形成空間構(gòu)象的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)180°的回折（轉(zhuǎn)折），回折處的結(jié)構(gòu)就稱為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，一般由四個連續(xù)的氨基酸組成。三、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（一）超二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈在三維折疊中形成有規(guī)則二級結(jié)構(gòu)聚集體，如α-螺旋聚集體（αα型）、β-折疊聚集體（βββ型）以及α-螺旋和β-折疊的聚集體，常見的是βαβ型聚集體。在球狀蛋白質(zhì)中常見的是兩個βαβ聚集體連在一起，形成βαβαβ結(jié)構(gòu)，稱為Rossmann卷曲。這種由二級結(jié)構(gòu)間組合的結(jié)構(gòu)層次稱為超二級結(jié)構(gòu)。超二級結(jié)構(gòu)一般以一個整體參與三維折疊，作為三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。（二）結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）是介于二級和三級結(jié)構(gòu)之間的另一種結(jié)構(gòu)層次。所謂結(jié)構(gòu)域是指蛋白質(zhì)亞基結(jié)構(gòu)中明顯分開的緊密球狀結(jié)構(gòu)區(qū)域，又稱為轄區(qū)。多肽鏈?zhǔn)紫仁窃谀承﹨^(qū)域相鄰的氨基酸殘基形成有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，然后，又由相鄰的二級結(jié)構(gòu)片段集裝在一起形成超二級結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上多肽鏈折疊成近似于球狀的三級結(jié)構(gòu)。四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)及其特點蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲折疊形成復(fù)雜的球狀分子結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)包括多肽鏈中一切原子的空間排列方式。維持這種特定構(gòu)象穩(wěn)定的作用力主要是次級鍵，它們使多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成更復(fù)雜的構(gòu)象。肽鏈中的二硫鍵可以使遠(yuǎn)離的兩個肽段連在一起，所以對三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定也起到重要作用。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)有以下共同特點：（1）具備三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一般都是球蛋白，都有近似球狀或橢球狀的外形，而且整個分子排列緊密，內(nèi)部有時只能容納幾個水分子。（2）大多數(shù)疏水性氨基酸側(cè)鏈都埋藏在分子內(nèi)部，它們相互作用形成一個致密的疏水核，這對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象有十分重要的作用，而且這些疏水區(qū)域常常是蛋白質(zhì)分子的功能部位或活性中心。（3）大多數(shù)親水性氨基酸側(cè)鏈都分布在分子的表面，它們與水接觸并強(qiáng)烈水化，形成親水的分子外殼，從而使球蛋白分子可溶于水。五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈彼此通過非共價鍵相互連接而形成的聚合體結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）。在具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中，每一個具有獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為該蛋白質(zhì)的亞單位或亞基（subunit）。亞基之間通過其表面的次級鍵連接在一起，形成完整的寡聚蛋白質(zhì)分子。第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)的種類很多，各種蛋白質(zhì)都有其獨(dú)特的生物學(xué)功能，而實現(xiàn)其生物功能的基礎(chǔ)就是蛋白質(zhì)分子所具有的結(jié)構(gòu)，其中包括一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，從根本上來說取決于它的一級結(jié)構(gòu)。一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）分子病與結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子病是指蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序與正常順序有所不同的遺傳病，如鐮刀型貧血病就是一例。鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥血紅蛋白遺傳信息的異常DNA

…….TGTGGGCTTCTTTTT……mRNA……ACACCCGAAGAAAAA…….Hb

Aβ

鏈N端

…蘇

脯

谷

谷

賴……….正常DNA

…….TGTGGGCATCTTTTT……mRNA……ACACCCGUAGAAAAA…….HbSβ鏈N端

….蘇

脯

纈

谷

賴……….異常HbA：正常成人HbHbs：鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥Hb（二）同功能蛋白質(zhì)中氨基酸順序的種屬差異有些蛋白質(zhì)存在于不同的生物體中，但具有相同的生物學(xué)功能，這些蛋白質(zhì)被稱為同功能蛋白質(zhì)或同源蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，不同種屬的同一種蛋白質(zhì)其一級結(jié)構(gòu)上有些變化，這就是所謂的種屬差異。（三）一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活生物體中的很多酶、蛋白激素、凝血因子等蛋白質(zhì)都具有重要的生物學(xué)功能，但它們在體內(nèi)往往以無活性的前體（precursor）形式貯存著，酶的無活性的前體稱為酶原。這些酶原在體內(nèi)被切去一個或幾個段肽后才能被激活成有催化活性的酶。二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）核糖核酸酶的變性與復(fù)性

蛋白質(zhì)的變性是可逆的，同時也說明，蛋白質(zhì)分子多肽鏈的氨基酸排列順序包含了自動形成正確的空間構(gòu)象所需要的全部信息，蛋白質(zhì)的特定的空間結(jié)構(gòu)是其特有的生物功能的基礎(chǔ)。（二）蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象一些蛋白質(zhì)由于受某些因素的影響，其一級結(jié)構(gòu)不變而空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致其生物功能的改變，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象或別構(gòu)現(xiàn)象。變構(gòu)現(xiàn)象是蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物功能的一種普遍而十分重要的現(xiàn)象，也是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生物功能的極為有效的方式。NH3+∕Pr

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COOHNH3+∕Pr

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COO-NH3∕Pr

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COO-

OH-OH-H+H+陽離子陰離子兼性離子（pH＜PI）

（pH=PI）

（pH＞PI）一、蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)和等電點第六節(jié)蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)PrCOOHNH2PrCOO-NH2PrCOOHNH2OH-+H+(H2O)H+PrCOOHNH3+PrCOOHNH2pHPrCOO-NH3+（pI）使蛋白質(zhì)呈電中性的溶液PH值pI——pH=pI：pH

＞

pI：pH＜

pI：蛋白質(zhì)處于中性環(huán)境，兩邊解離趨勢相等而成兼性離子蛋白質(zhì)處于堿性環(huán)境，羧基解離趨勢大于氨基而成負(fù)離子蛋白質(zhì)處于酸性環(huán)境，氨基解離趨勢大于羧基而成正離子

溶液中蛋白質(zhì)的帶電狀況與其所處環(huán)境的pH有關(guān)。當(dāng)溶液在某一特定的pH條件下，蛋白質(zhì)分子所帶的正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零，此時蛋白質(zhì)分子在電場中不移動，這時溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點，此時蛋白質(zhì)的溶解度最小。由于不同蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，所以都有其特定的等電點，在同一pH條件下所帶凈電荷不同。

帶電質(zhì)點在電場中向相反電荷的電極移動，這種現(xiàn)象稱為電泳（electrophoresis）。由于蛋白質(zhì)在溶液中解離成帶電的顆粒，因此可以在電場中移動，移動的方向和速度取決于所帶凈電荷的正負(fù)性和所帶電荷的多少以及分子顆粒的大小和形狀。由于各種蛋白質(zhì)的等電點不同，所以在同一pH溶液中帶電荷不同，在電場中移動的方向和速度也各不相同，根據(jù)此原理就可利用電泳的方法將混合的各種蛋白質(zhì)分離開。二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是生物大分子，蛋白質(zhì)溶液是穩(wěn)定的膠體溶液，具有膠體溶液的特征，其中電泳現(xiàn)象和不能透過半透膜對蛋白質(zhì)的分離純化都是非常有用的。蛋白質(zhì)之所以能以穩(wěn)定的膠體存在主要是由于：（1）蛋白質(zhì)分子大小已達(dá)到膠體質(zhì)點范圍（顆粒直徑在1～100nm之間），具有較大表面積。（2）蛋白質(zhì)分子表面有許多極性基團(tuán)，這些基團(tuán)與水有高度親和性，很容易吸附水分子。（3）蛋白質(zhì)分子在非等電狀態(tài)時帶有同性電荷，即在酸性溶液中帶有正電荷，在堿性溶液中帶有負(fù)電荷。由于同性電荷互相排斥，所以使蛋白質(zhì)顆?；ハ嗯懦猓粫奂恋?。NH3+∕Pr

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COOHNH3+∕Pr

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COO-NH3∕Pr

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COO-

OH-OH-H+H+陽離子陰離子兼性離子（pH＜PI）

（pH=PI）

（pH＞PI）三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性

蛋白質(zhì)因受某些物理或化學(xué)因素的影響，分子的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)發(fā)生改變并失去原有的生物學(xué)活性的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性作用。變性作用并不引起蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的破壞，而是二級結(jié)構(gòu)以上的高級結(jié)構(gòu)的破壞，變性后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白。

引起蛋白質(zhì)變性的因素很多，物理因素有高溫、紫外線、X-射線、超聲波、高壓、劇烈的攪拌、震蕩等?；瘜W(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、胍鹽、去污劑、重金屬鹽（如Hg2+、Ag+、Pb2+等）三氯乙酸，濃乙醇等。不同蛋白質(zhì)對各種因素的敏感程度不同。蛋白質(zhì)變性后許多性質(zhì)都發(fā)生了改變，主要有以下幾個方面：（一）生物活性喪失（二）某些理化性質(zhì)的改變（三）生物化學(xué)性質(zhì)的改變

如果變性條件劇烈持久，蛋白質(zhì)的變性是不可逆的。如果變性條件不劇烈，這種變性作用是可逆的，說明蛋白質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化不大。這時，如果除去變性因素，在適當(dāng)條件下變性蛋白質(zhì)可恢復(fù)其天然構(gòu)象和生物活性，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（renaturation）。四、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中的肽鍵、苯環(huán)、酚以及分子中的某些氨基酸可與某些試劑產(chǎn)生顏色反應(yīng)，這些顏色反應(yīng)可應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分析工作，定性定量地測定蛋白質(zhì)。（一）雙縮脲反應(yīng)雙縮脲是由兩分子尿素縮合而成的化合物。將尿素加熱到180℃，2分子尿素縮合成1分子雙縮脲并放出1分子氨：

雙縮脲在堿性溶液中能與硫酸銅反應(yīng)產(chǎn)生紅紫色絡(luò)合物，此反應(yīng)稱雙縮脲反應(yīng)（biuretreaction）。蛋白質(zhì)分子中含有許多肽鍵，結(jié)構(gòu)與雙縮脲相似，因此也能產(chǎn)生雙縮脲反應(yīng)，所以可用此反應(yīng)來定性定量地測定蛋白質(zhì)。凡含有兩個或兩個以上肽鍵結(jié)構(gòu)的化合物都可有雙縮脲反應(yīng)。（二）蛋白質(zhì)黃色反應(yīng)蛋白質(zhì)溶液遇硝酸后先產(chǎn)生白色沉淀，加熱則白色沉淀變成黃色，再加堿，顏色加深呈橙黃色。這是因為硝酸將蛋白質(zhì)分子中的苯環(huán)硝化，產(chǎn)生了黃色硝基苯衍生物。第八節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化及鑒定一、蛋白質(zhì)分離純化的一般原則蛋白質(zhì)提純的目的是增加產(chǎn)品的純度和產(chǎn)量，同時又要保持和提高產(chǎn)品的生物活性。因此，要分離純化某一種蛋白質(zhì)，首先應(yīng)選擇一種含目的蛋白質(zhì)較豐富的材料。其次，應(yīng)設(shè)法避免蛋白質(zhì)變性，以制備有活性的蛋白質(zhì)。對于大多數(shù)蛋白質(zhì)來說，純化操作都是在0～4℃的低溫下進(jìn)行的。同時也應(yīng)避免過酸、過堿的條件以及劇烈的攪拌和振蕩。二、分離純化蛋白質(zhì)的一般程序分離純化蛋白質(zhì)的一般程序可分為以下幾個步驟：（一）材料的預(yù)處理及細(xì)胞破碎分離提純某一種蛋白質(zhì)時，首先要把蛋白質(zhì)從組織或細(xì)胞中釋放出來并保持原來的天然狀態(tài)，不喪失活性。所以要采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒔M織和細(xì)胞破碎。常用的破碎組織細(xì)胞的方法有：1.機(jī)械破碎法2.滲透破碎法3.反復(fù)凍融法4.超聲波法5.酶法(二)蛋白質(zhì)的抽提通常選擇適當(dāng)?shù)木彌_液溶劑把蛋白質(zhì)提取出來。抽提所用緩沖液的pH、離子強(qiáng)度、組成成分等條件的選擇應(yīng)根據(jù)欲制備的蛋白質(zhì)的性質(zhì)而定。（三）蛋白質(zhì)粗制品的獲得選用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑺牡鞍踪|(zhì)與其它雜蛋白分離開來。常用的有下列幾種方法：

1.透析