生物化學(xué)第二章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

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(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ) 它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過程 第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 StructureandFunctionofProtein 第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì) 一 什么是蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì) Protein 是由許多不同的氨基酸 按照一定的順序 通過肽鍵連接而成的一條或多條肽鏈構(gòu)成結(jié)構(gòu)的生物大分子 二 蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能 一 蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1 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) 2 含量高蛋白質(zhì)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 3 種類多人體中蛋白質(zhì)種類達(dá)十萬余種 每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)與功能 1 作為生物催化劑 酶 2 代謝調(diào)節(jié)作用3 免疫保護(hù)作用4 物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5 運(yùn)動(dòng)與支持作用6 參與細(xì)胞間信息傳遞7 氧化供能 二 蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能 三 蛋白質(zhì)的分類 二 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 1 簡(jiǎn)單蛋白質(zhì) 一 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 1 纖維狀蛋白質(zhì) 分子形狀不對(duì)稱 類似棒狀或纖維狀 2 球狀蛋白質(zhì) 易溶解 能成結(jié)晶 清蛋白 溶于水 球蛋白 微溶于水 而溶于稀鹽溶液 谷蛋白 不溶于水 醇及鹽溶液 但溶于稀酸或堿 醇溶蛋白 不溶于水 但溶于70 80 的乙醇 精蛋白 溶于水及酸性溶液 呈堿性 組蛋白 溶于水及稀酸性溶液 精氨酸和賴氨酸含量高 硬蛋白 不溶于水 鹽 稀堿 稀酸溶液 2 結(jié)合蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)部分 非蛋白質(zhì)部分 色蛋白 糖蛋白 脂蛋白和核蛋白 三 根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分類活性蛋白質(zhì) 如酶 激素 抗體等 非活性蛋白質(zhì) 是一類結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) 多起保護(hù)和支撐作用 如膠原蛋白和角蛋白 第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成 一 蛋白質(zhì)的元素組成 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 一 組成蛋白質(zhì)的元素 TheMolecularComponentofProtein 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(cè)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 每克樣品含氮量 6 25 100 1 16 二 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn) 一 蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)可以被酸 堿和蛋白酶水解 在水解過程中逐漸降解成分子量越來越小的肽段 直到最后成為氨基酸的混合物 根據(jù)蛋白質(zhì)的水解程度可分為 完全水解部分水解 二 蛋白質(zhì)的基本組成單位 氨基酸 1 酸水解6mol L鹽酸或4mol L硫酸水解20小時(shí)左右 完全水解 優(yōu)點(diǎn) 不引起aa消旋作用 缺點(diǎn) 色氨酸完全被酸破壞 羥基氨基酸和酰胺被部分水解 2 堿水解5mol LNaOH共煮10 20小時(shí) 即可完全水解 在水解過程中 多數(shù)氨基酸有不同程度的破壞 產(chǎn)生消旋作用 特別是引起精氨酸脫氨 但色氨酸不破壞 3 酶水解不產(chǎn)生消旋作用 也不破壞氨基酸 但一種酶往往水解不徹底 需要幾種酶的協(xié)同作用 才能使蛋白質(zhì)完全水解 并且酶水解所需時(shí)間較長(zhǎng) 常用的蛋白酶的來源有 動(dòng)物 植物 微生物 R基團(tuán)的變化形成了不同的氨基酸 存在自然界中的氨基酸有300余種 但組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種 且均屬L 氨基酸 甘氨酸除外 一 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 各種氨基酸的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于側(cè)鏈 R基團(tuán) 的不同 故具有不同的理化性質(zhì) 氨基酸 aa 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 除脯氨酸 Pro 都是氨基位于 碳原子上的 氨基酸 除甘氨酸 Gly 外 氨基酸都具有旋光性 左旋 或右旋 每種氨基酸都有D 型和L 型兩種光學(xué)異構(gòu)體 構(gòu)型 從蛋白質(zhì)水解得到的均為L(zhǎng) 氨基酸 某些抗生素中存在D型氨基酸 L 氨基酸D 氨基酸 二 氨基酸的分類 1 根據(jù)R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)分類脂肪族氨基酸 酸性氨基酸 堿性氨基酸 中性氨基酸芳香族氨基酸 含苯環(huán) Phe Tyr雜環(huán)氨基酸 His 也是堿性氨基酸 Pro Trp2 根據(jù)R基團(tuán)的極性分類極性R基氨基酸 12種 非極性R基氨基酸 8種 水溶性小 其側(cè)鏈為非極性疏水基團(tuán) 包括4種帶有脂肪烴側(cè)鏈的aa 丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 異亮氨酸 脯氨酸 甲硫氨酸和2種芳香族aa 苯丙氨酸和色氨酸 纈氨酸ValV5 96 非極性側(cè)鏈氨基酸 8種 丙氨酸AlaA6 00 亮氨酸LeuL5 98 異亮氨酸IleI6 02 苯丙氨酸PheF5 48 脯氨酸ProP6 30 氨基酸名稱縮寫符號(hào)簡(jiǎn)寫符號(hào)結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn) CH3 CH3 CH CH3 CH3 CH2 CH CH3 甲硫氨酸MetM5 74 色氨酸TryW5 89 極性中性側(cè)鏈氨基酸 7種 除甘氨酸外 aa的R基都能與水形成氫鍵 故較非極性aa更易溶于水 包括甘氨酸 絲氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺 酪氨酸和半胱氨酸 極性帶負(fù)電氨基酸 2種 側(cè)鏈上有羧基 在水溶液中能釋放出H 而帶負(fù)電荷 包括兩種酸性aa 天冬氨酸和谷氨酸 極性帶正電氨基酸 3種 側(cè)鏈上有氨基 胍基 咪唑基等 在水溶液中能接受H 而帶正電荷 包括三種堿性aa 組氨酸 精氨酸和賴氨酸 20種氨基酸的英文名稱 縮寫符號(hào)及分類如下 極性R基氨基酸 12種 極性中性側(cè)鏈氨基酸 7種 絲氨酸SerS5 68 酪氨酸TryY5 66 半胱氨酸CysC5 07 天冬酰胺AsnN5 41 谷氨酰胺GlnQ5 65 蘇氨酸ThrT5 60 甘氨酸GlyG5 97 H 氨基酸名稱縮寫符號(hào)簡(jiǎn)寫符號(hào)結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn) 極性帶負(fù)電氨基酸 2種 天冬氨酸AspD2 97 精氨酸ArgR10 76 組氨酸HisH7 59 HOOC CH2 極性帶正電氨基酸 3種 賴氨酸LysK9 74 氨基酸名稱縮寫符號(hào)簡(jiǎn)寫符號(hào)結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn) 氨基酸名稱縮寫符號(hào)簡(jiǎn)寫符號(hào)結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn) 其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成 稱為營(yíng)養(yǎng)非必需氨基酸 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr 甲硫 色 賴 纈 異亮 亮 苯丙 蘇 假設(shè)來借一兩本書 如何記憶 記憶 生酮 生糖兼生酮 一兩色素本來老 1 含硫氨基酸 三 幾種特殊氨基酸 2 芳香族氨基酸 3 支鏈氨基酸 亮氨酸 CH2 CHCOOH NH2 苯丙氨酸 4 亞氨基酸 脯氨酸 四 氨基酸的理化性質(zhì) 1 兩性解離及等電點(diǎn) 氨基酸是兩性電解質(zhì) 具有酸堿雙重性 其解離方式取決于所處溶液的酸堿度 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) pI pH pI pH pI pH pI 氨基酸的兼性離子 陽離子 陰離子 等電點(diǎn)意義 等電點(diǎn)時(shí) 氨基酸溶解度最小 容易沉淀 利用這一性質(zhì)我們可以分離制備某些氨基酸 如工業(yè)上谷氨酸的生產(chǎn) 將微生物發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)到3 20 谷氨酸的等電點(diǎn) 使谷氨酸沉淀析出 利用各種氨基酸的等電點(diǎn)不同 可以通過電泳法 離子交換法等在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行混合氨基酸的分離 2 紫外吸收 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 波長(zhǎng) nm 3 茚三酮反應(yīng) 氨基酸與茚三酮水合物共熱 可生成藍(lán)紫色化合物 其最大吸收峰在570nm處 由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系 因此可作為氨基酸定量分析方法 藍(lán)紫色 脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì) 其余的 aa與茚三酮反應(yīng)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì) 三 氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式 一 肽鍵 peptidebond 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 又稱酰胺鍵 肽鍵 1 肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物 2 兩分子氨基酸縮合形成二肽 三分子氨基酸縮合則形成三肽 二 肽 peptide 3 由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽 由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽 4 肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全 被稱為氨基酸殘基 residue 5 多肽鏈 polypeptidechain 是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu) 分別有 N末端 多肽鏈中有自由氨基的一端 C末端 多肽鏈中有自由羧基的一端 三 幾種生物活性肽 1 谷胱甘肽 glutathione GSH 谷氨酸半胱氨酸甘氨酸 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 2 多肽類激素 焦谷氨酸組氨酸脯氨酰胺 促甲狀腺素釋放激素 TRH TheMolecularStructureofProtein 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括 一級(jí)結(jié)構(gòu) primarystructure 二級(jí)結(jié)構(gòu) secondarystructure 三級(jí)結(jié)構(gòu) tertiarystructure 四級(jí)結(jié)構(gòu) quaternarystructure 第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu) 1 定義蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序 一 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 2 主要的化學(xué)鍵肽鍵 有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵 一 定義與主要化學(xué)鍵 肽鍵的鍵長(zhǎng)為0 132nm 短于單鍵的0 147nm 長(zhǎng)于雙鍵的0 123nm 故具有部分雙鍵的特性 不能旋轉(zhuǎn) 肽鍵是維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力 二 肽平面 酰胺平面 由于C N鍵有部分雙鍵的性質(zhì) 不能旋轉(zhuǎn) 使相關(guān)的6個(gè)原子處于同一個(gè)平面 稱肽平面或酰胺平面 肽平面示意圖 如牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu) 由51個(gè)氨基酸殘基組成 分A B兩條多肽鏈 A鏈有21個(gè)氨基酸殘基 B鏈有30個(gè)氨基酸殘基 A B兩條鏈通過兩對(duì)二硫鍵相連 A鏈6位和11位上的兩個(gè)半胱氨酸通過二硫鍵相連形成鏈內(nèi)小環(huán) 二 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)通常稱作蛋白質(zhì)的構(gòu)象或高級(jí)結(jié)構(gòu) 是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的分布和肽鏈的走向 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)可以從二級(jí)結(jié)構(gòu) 超二級(jí)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)域 三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行描述 穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力 維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力主要是次級(jí)鍵 即氫鍵和離子鍵 鹽鍵 二硫鍵 配位鍵 金屬鍵 疏水相互作用 疏水鍵 范德華力 氫鍵是一電負(fù)性很強(qiáng)的原子上的氫原子 與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間的靜電作用力 氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的作用 多肽主鏈上的羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力 氫鍵的鍵能較 12kJ mol 因而易被破壞 離子鍵也稱鹽鍵是正負(fù)電荷之間的靜電相互作用 Glu Asp一般離解成負(fù)離子 Lys Arg His一般離解為正離子 在多肽表面可與水分子發(fā)生電荷偶極之間的相互作用 形成排列有序的水化層 對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象有一定作用 疏水作用是由于氨基酸疏水側(cè)鏈相互聚集形成的作用力 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 蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的 這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集 形成疏水鍵 如Leu Ile Val Phe Ala等的側(cè)鏈基團(tuán) 范德華引力是由瞬間偶極誘導(dǎo)的靜電相互作用形成的 它是由于臨近的共價(jià)結(jié)合原子電子分布的波動(dòng)引起的 雖然范德華力是很弱的 但對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定具有不容忽視的作用 三 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 1 定義蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈由氫鍵維持的局部空間結(jié)構(gòu) 即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置 并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 2 主要的化學(xué)鍵氫鍵 一 定義與主要化學(xué)鍵 二 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 螺旋 折疊 轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲 自由回轉(zhuǎn) 1 螺旋1951年根據(jù)X線衍射圖提出 以 碳原子為轉(zhuǎn)折點(diǎn) 形成右手螺旋 1 螺旋每圈含3 6個(gè)氨基酸殘基 殘基跨距0 15nm 螺距0 54nm 螺旋直徑約0 6nm 2 螺旋以氫鍵保持穩(wěn)固 取向幾乎與螺旋軸平行 3 各氨基酸殘基的R基團(tuán)均伸向螺旋外側(cè) 2 折疊 平行式和反平行式 折疊是由若干肽段或肽鏈排列起來所形成的扇面狀片層構(gòu)象 1 由若干條肽段或肽鏈平行或反平行排列組成片狀結(jié)構(gòu) 2 主鏈骨架伸展呈鋸齒狀 3 借相鄰主鏈之間的氫鍵維系 3 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) 4 無規(guī)卷曲 肽鏈出現(xiàn)180 回折的部分形成 轉(zhuǎn)角 也稱回折 彎曲或發(fā)卡結(jié)構(gòu) 主要存在于球蛋白中 四 蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)定義 指若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用 形成由規(guī)律的 在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體 常見的結(jié)構(gòu)有 等 五 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域定義 指多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤繞折疊成的近似球狀的緊密結(jié)構(gòu) 它介于超二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間 有時(shí)也被看作為三級(jí)結(jié)構(gòu) 大體可分為4類 反平行 螺旋結(jié)構(gòu)域 全 結(jié)構(gòu)域 反平行 折疊結(jié)構(gòu)域 全 結(jié)構(gòu)域 混合型折疊結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域 六 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 疏水鍵 離子鍵 氫鍵和范德華力等 2 主要的化學(xué)鍵 球狀蛋白的多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu) 超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域等結(jié)構(gòu)層次的基礎(chǔ)上 組裝而成的完整結(jié)構(gòu)單元 整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置 即多肽鏈上包括主鏈和側(cè)鏈在內(nèi)的所有原子在三維空間內(nèi)的分布 1 定義 一 定義與主要化學(xué)鍵 維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的各種化學(xué)鍵 肌紅蛋白 Mb 二 分子伴侶 1 分子伴侶是一類可識(shí)別肽鏈非天然構(gòu)象 促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)折疊的保守蛋白質(zhì) 3 已發(fā)現(xiàn)分子伴侶具有形成二硫鍵的酶活性 在蛋白質(zhì)分子折疊過程中對(duì)二硫鍵正確形成起到重要的作用 2 分子伴侶能可逆地與未折疊肽段結(jié)合 防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生 使肽鏈正確折疊 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 2 主要化學(xué)鍵亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用 其次是氫鍵和離子鍵 七 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 1 定義許多蛋白質(zhì)由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互關(guān)聯(lián)的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞單位組成 其中每一個(gè)亞單位稱為亞基 subunit 亞基間通過非共價(jià)鍵聚合而形成特定的構(gòu)象 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)指分子中亞基的種類 數(shù)量以及相互關(guān)系 一 定義與主要化學(xué)鍵 血紅蛋白是由含有血紅素的2個(gè) 亞基和2個(gè) 亞基組成的四聚體 血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu) 一 一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 八 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 天然狀態(tài) 有催化活性 尿素 巰基乙醇 去除尿素 巰基乙醇 非折疊狀態(tài) 無活性 1 核糖核酸酶一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 二硫鍵破壞后 生物學(xué)活性喪失 1 將A鏈N端的第1個(gè)氨基酸殘基切去 其活性只剩2 10 再將第2 4位氨基酸殘基切去 其活性完全喪失 2 將A B兩鏈間的二硫鍵還原 A B兩鏈即分離 胰島素的功能完全消失 3 將B鏈第28 30位氨基酸殘基切去 其活性仍能維持100 2 胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 3 血紅蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 例 鐮刀形紅細(xì)胞貧血 N val his leu thr pro glu glu C 146 HbS 肽鏈 HbA 肽鏈 N val his leu thr pro val glu C 146 某種蛋白質(zhì)分子的氨基酸排列順序異常所導(dǎo)致的疾病 稱為 分子病 二 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 1 血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 Hb未結(jié)合O2時(shí) 4個(gè)亞基結(jié)構(gòu)緊密 稱緊張態(tài) T態(tài) 隨著O2的結(jié)合 空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 使結(jié)構(gòu)相對(duì)松弛 稱松弛態(tài) R態(tài) T態(tài)對(duì)氧親和力低 R態(tài)對(duì)氧親合力高 是Hb結(jié)合O2的形式 肺毛細(xì)血管O2分壓高 促使T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài) 組織毛細(xì)血管 O2分壓低 促使R態(tài)轉(zhuǎn)變成T態(tài) 例 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PrP富含 螺旋 稱為PrPc 在某種未知蛋白質(zhì)作用下轉(zhuǎn)變成為 折疊的PrPsc 從而致病 蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病包括 人紋狀體脊髓變性病 老年癡呆癥 亨廷頓舞蹈病 瘋牛病等 2 朊病毒蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein 一 蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn) 一 兩性解離蛋白質(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) 故稱兩性解離 二 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) 在酸性環(huán)境中各堿性基團(tuán)與質(zhì)子結(jié)合 使蛋白質(zhì)帶正電荷 在堿性環(huán)境中酸性基團(tuán)解離出質(zhì)子 與環(huán)境中的OH 結(jié)合成水 使蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷 調(diào)節(jié)溶液的pH 使蛋白質(zhì)所帶的正負(fù)電荷恰好相等 總凈電荷為零 在電場(chǎng)中既不向陽極移動(dòng) 也不向陰極移動(dòng) 這時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) 意義 蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí) 溶解度最小 在蛋白質(zhì)分離提純時(shí) 常利用這一性質(zhì) 在不同pH條件下 將具有不同pI的蛋白質(zhì)沉淀出來 同時(shí)在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的黏度 滲透壓 膨脹性及導(dǎo)電能力均為最小 二 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 二 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素 顆粒表面電荷水化膜 一 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一 分子量可自1萬至100萬之巨 其分子顆粒的直徑可達(dá)1 100nm 屬于膠體粒子范圍之內(nèi) 另外 蛋白質(zhì)分子表面有許多極性基團(tuán) 親水性極強(qiáng) 易溶與水形成穩(wěn)定的親水膠體溶液 三 蛋白質(zhì)的變性 沉淀和凝固 天然蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響 其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)都有所改變 但蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)不被破壞 這種現(xiàn)象稱變性 1 變性的本質(zhì) 即破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵 不改變蛋白質(zhì)肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu) 一 蛋白質(zhì)的變性 denaturation 2 導(dǎo)致變性的因素1 物理因素 加熱 70 100 UV 超聲波 X 射線 表面張力 攪拌或劇烈振蕩等 2 化學(xué)因素 酸 堿 有機(jī)溶劑 重金屬鹽 尿素 胍 表面活性劑 生物堿和去污劑等 3 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 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 4 變性蛋白質(zhì)的性質(zhì)變性蛋白質(zhì)與天然蛋白質(zhì)性質(zhì)的差別主要表現(xiàn)在 1 理化性質(zhì)的變化 如旋光性改變 粘度增加 光吸收性質(zhì)增加 失去結(jié)晶能力 溶解度下降 易發(fā)生凝聚和沉淀 2 生化性質(zhì)的變化 變性后的蛋白質(zhì)易被酶水解 3 生物活性喪失 這是蛋白質(zhì)變性的重要標(biāo)志 天然狀態(tài) 有催化活性 尿素 巰基乙醇 去除尿素 巰基乙醇 非折疊狀態(tài) 無活性 5 復(fù)性 renaturation 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 稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性 二 蛋白質(zhì)沉淀如果在蛋白質(zhì)溶液中加入適當(dāng)?shù)脑噭?破壞了蛋白質(zhì)的水膜 或中和可蛋白質(zhì)的電荷 蛋白質(zhì)就會(huì)從膠體溶液中沉淀出來 蛋白質(zhì)的沉淀可分為 1 不變性沉淀 用于分離活性的天然蛋白質(zhì)產(chǎn)品 如酶 抗體等 2 變性沉淀 用于生物制品中除去蛋白質(zhì) 變性的蛋白質(zhì)易于沉淀 有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀 但并不一定變性 1