生物化學(xué)蛋白質(zhì)

1、一、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位一、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵可被催化水解蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵可被催化水解 酸酸/ /堿堿能將蛋白能將蛋白完全水解完全水解，得到各種得到各種AAAA的混的混 合物合物 酶酶水解一般是水解一般是部分水解部分水解，得到多肽片段和得到多肽片段和 AAAA的混合物的混合物 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)shishi胨胨多肽多肽肽肽AAAA 1 1* *10104 4 5 5* *10103 3 2 2* *10103 3 1000 200 1000 200500 100500 100 結(jié)構(gòu)通式：結(jié)構(gòu)通式： ( ( 脯氨酸除外脯氨酸除外) ) aa （一）（一）常見氨基酸（

2、常見氨基酸（20種）種）的結(jié)構(gòu)及分類的結(jié)構(gòu)及分類 ( (兼性離子形式兼性離子形式) ) （中性分子形式）（中性分子形式） 分類分類 脂肪族脂肪族aa （15） 芳香族芳香族aa (3) 雜環(huán)族雜環(huán)族aa (2) 一氨基一羧基一氨基一羧基 aa ：Gly, Ala, Val, Leu, Ile 含羥基含羥基 aa ：Ser, Thr 含硫含硫 aa ：Cys, Met 含酰胺基含酰胺基 aa ： Asn, Gln 一氨基二羧基一氨基二羧基 aa (酸性酸性 aa )： Asp, Glu 二氨基一羧基二氨基一羧基 aa(堿性堿性 aa )：Lys, Arg Phe Tyr Trp His Pro

3、+ + - 根據(jù)根據(jù)R R基化學(xué)結(jié)構(gòu)和極性分類基化學(xué)結(jié)構(gòu)和極性分類 黑色：非極性黑色：非極性R基氨基酸基氨基酸 綠色：極性綠色：極性R基氨基酸基氨基酸 一氨基一羧基氨基酸一氨基一羧基氨基酸 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 （甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）（甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸） 返回返回 羥基氨基酸：羥基氨基酸：（絲氨酸、蘇氨酸）（絲氨酸、蘇氨酸） 返回返回 含硫氨基酸：含硫氨基酸： （半胱氨酸、甲硫氨酸）半胱氨酸、甲硫氨酸） 返回返回 含酰胺基氨基酸含酰胺基氨基酸 （天冬酰胺、谷氨酰胺）（天冬酰胺、谷氨酰胺） 一氨基二羧基氨基酸一氨基二羧基氨基酸 （天冬氨酸、谷氨酸

4、）（天冬氨酸、谷氨酸） 返回返回 返回返回 二氨基一羧基氨基酸：二氨基一羧基氨基酸：（賴氨酸、精氨酸）（賴氨酸、精氨酸） 返回返回 芳香族氨基酸芳香族氨基酸（ 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸） 返回返回 雜環(huán)族氨基酸雜環(huán)族氨基酸 （組氨酸、脯氨酸）（組氨酸、脯氨酸） 因為其特殊的環(huán)狀因為其特殊的環(huán)狀R R基團(tuán)，基團(tuán)，脯氨酸脯氨酸（ProlineProline）一般不出現(xiàn)在）一般不出現(xiàn)在 -螺旋中，而經(jīng)常出現(xiàn)在螺旋中，而經(jīng)常出現(xiàn)在-螺旋的開始處。螺旋的開始處。 由常見由常見AAAA經(jīng)修飾而來的不常見的蛋白質(zhì)經(jīng)修飾而來的不常見的蛋白質(zhì)AAAA 羥脯氨酸羥脯氨酸 ：亞氨基酸之一，

5、一般蛋白不存在這種氨基酸。在：亞氨基酸之一，一般蛋白不存在這種氨基酸。在 動物膠和骨膠原中含有動物膠和骨膠原中含有L-L-羥脯氨酸。在生物體內(nèi)羥脯氨酸是由脯氨羥脯氨酸。在生物體內(nèi)羥脯氨酸是由脯氨 酸合成的，但不是以游離狀態(tài)，而是在肽鏈中被羥基化。酸合成的，但不是以游離狀態(tài)，而是在肽鏈中被羥基化。 5- 5-羥賴氨酸：與羥輔氨酸同在膠原中發(fā)現(xiàn)，是一種特異的氨基羥賴氨酸：與羥輔氨酸同在膠原中發(fā)現(xiàn)，是一種特異的氨基 酸，在酸，在5 5位上帶有羥基。一般認(rèn)為其合成是和羥輔氨酸一樣，是賴位上帶有羥基。一般認(rèn)為其合成是和羥輔氨酸一樣，是賴 氨酸在膠原前驅(qū)物質(zhì)肽中被氧化而產(chǎn)生的，但與羥輔氨酸比較，其氨酸在膠

6、原前驅(qū)物質(zhì)肽中被氧化而產(chǎn)生的，但與羥輔氨酸比較，其 含量很少。含量很少。 150150多種多種 多是蛋白質(zhì)中多是蛋白質(zhì)中L L型型-AA-AA衍生物衍生物 有一些是有一些是-，-，-AA-AA 有些是有些是D-D-型型AAAA 其他的非蛋白質(zhì)其他的非蛋白質(zhì)AAAA 鳥氨酸鳥氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 鳥氨酸鳥氨酸 ：是一種堿性氨基酸，在蛋白質(zhì)中不能找到。作為尿：是一種堿性氨基酸，在蛋白質(zhì)中不能找到。作為尿 素循環(huán)的一部分與尿素生成相關(guān)，在生物體內(nèi)與精氨酸、谷氨酸、素循環(huán)的一部分與尿素生成相關(guān)，在生物體內(nèi)與精氨酸、谷氨酸、 脯氨酸能相互轉(zhuǎn)變。在鳥類中它與脯氨酸能相互轉(zhuǎn)變。在鳥類中它與2 2分子的苯甲酸或

7、苯乙酸等結(jié)合分子的苯甲酸或苯乙酸等結(jié)合 成鳥尿酸的形式起解毒作用。成鳥尿酸的形式起解毒作用。 （二）氨基酸的物理性質(zhì)（二）氨基酸的物理性質(zhì) u都為白色都為白色晶體晶體，不同氨基酸結(jié)晶形狀不同。，不同氨基酸結(jié)晶形狀不同。 u熔點(diǎn)熔點(diǎn)很高，一般在很高，一般在200200以上。以上。 u溶解度溶解度：大多數(shù)氨基酸都溶于水。：大多數(shù)氨基酸都溶于水。ProPro溶解度最大溶解度最大， 其次為其次為lys, Arglys, Arg。胱氨酸和。胱氨酸和TyrTyr的溶解度較小。的溶解度較小。 u氨基酸由于具有不對稱碳原子，所以具有氨基酸由于具有不對稱碳原子，所以具有旋光性旋光性。 2020種氨基酸在可見光區(qū)

8、都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn) 紫外區(qū)紫外區(qū)(220nm)( pIpH pI 電場中電場中 靜電荷靜電荷+ 0 - 不移動不移動移向正極移向正極移向負(fù)極移向負(fù)極 u 氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectric point, pI） 在一定在一定pH范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，pH離離pI 越遠(yuǎn)，氨基酸所帶靜越遠(yuǎn)，氨基酸所帶靜 電荷越大；電荷越大； 利用各種利用各種aa的的pI不同，可通過電泳法、離子交換不同，可通過電泳法、離子交換 層析法進(jìn)行分離。層析法進(jìn)行分離。 調(diào)節(jié)溶液調(diào)節(jié)溶液pH值，使氨基酸處于值，使氨基酸處于兼性離子狀態(tài)兼性離子狀態(tài)， 此時氨基酸所帶正負(fù)電荷數(shù)

9、相等，即凈電荷為此時氨基酸所帶正負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為0， 在電場中既不向陽極又不向陰極移動，這時溶液的在電場中既不向陽極又不向陰極移動，這時溶液的 pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)。值即為氨基酸的等電點(diǎn)。 u定義定義 pK1 pK2pKRpI 側(cè)鏈不解離側(cè)鏈不解離 中性氨基酸中性氨基酸 2.03.09.010.056 酸性氨基酸酸性氨基酸 Asp Glu 2.09 2.19 9.82 9.67 3.86 4.25 2.97 3.22 堿性氨基酸堿性氨基酸 Arg Lys His 2.17 2.18 1.82 9.04 8.95 9.17 12.48 10.53 6.00 10.76 9.74 7.

10、59 pI為兼性離子兩側(cè)相應(yīng)解離基團(tuán)為兼性離子兩側(cè)相應(yīng)解離基團(tuán)pK 的算數(shù)平均值。的算數(shù)平均值。 各種氨基酸的等電點(diǎn)各種氨基酸的等電點(diǎn) 甘氨酸甘氨酸 5.97 5.97 丙氨酸丙氨酸 6.02 6.02 谷氨酰胺谷氨酰胺 5.655.65 纈氨酸纈氨酸 5.97 5.97 亮氨酸亮氨酸 5.98 5.98 精氨酸精氨酸 10.7610.76 異亮氨酸異亮氨酸 6.02 6.02 絲氨酸絲氨酸 5.68 5.68 賴氨酸賴氨酸 9.749.74 蘇氨酸蘇氨酸 6.53 6.53 天冬氨酸天冬氨酸 2.982.98 組氨酸組氨酸 7.597.59 天冬酰胺天冬酰胺 5.41 5.41 谷氨酸谷氨酸

11、 3.223.22 半胱氨酸半胱氨酸 5.025.02 甲硫氨酸甲硫氨酸 5.75 5.75 苯丙氨酸苯丙氨酸 5.48 5.48 酪氨酸酪氨酸 5.665.66 色氨酸色氨酸 5.89 5.89 脯氨酸脯氨酸 6.30 6.30 u 與與2，4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB 或或 FDNB） 的反應(yīng)的反應(yīng) 弱堿中弱堿中 DNP-氨基酸（黃色）氨基酸（黃色）Sanger 試劑試劑 此反應(yīng)是此反應(yīng)是SangerSanger法鑒定多肽或蛋白質(zhì)法鑒定多肽或蛋白質(zhì)N N末端氨基酸的依據(jù)。末端氨基酸的依據(jù)。 (四四) 氨基酸的化學(xué)反應(yīng)氨基酸的化學(xué)反應(yīng) 1. -NH2參加的反應(yīng)參加的反應(yīng) u與苯異硫氰

12、酸酯（與苯異硫氰酸酯（PITC）反應(yīng)）反應(yīng) 此反應(yīng)是此反應(yīng)是Edman法鑒定多肽或蛋白質(zhì)法鑒定多肽或蛋白質(zhì)N末端氨基酸的依據(jù)，末端氨基酸的依據(jù)， 在在aa 序列分析方面占有重要地位。序列分析方面占有重要地位。 苯乙內(nèi)酰硫脲苯乙內(nèi)酰硫脲- 氨基酸（氨基酸（PTH-aa） PTC - aa 2. -羧基參加的反應(yīng)羧基參加的反應(yīng) 例：例：成鹽和成酯反應(yīng)成鹽和成酯反應(yīng) 氨基酸鈉鹽氨基酸鈉鹽 干燥干燥HCL 回流回流 氨基酸乙酯鹽酸鹽氨基酸乙酯鹽酸鹽 aa羧基成鹽成酯后，羧基成鹽成酯后，-COOH被保護(hù)，而被保護(hù)，而-NH2的反應(yīng)活性加強(qiáng)。的反應(yīng)活性加強(qiáng)。 3. -氨基、氨基、-羧基共同參加的反應(yīng)羧基共

13、同參加的反應(yīng) 紫色物質(zhì)紫色物質(zhì) 注意：注意： 脯氨酸、脯氨酸、 羥脯氨酸與茚三羥脯氨酸與茚三 酮反應(yīng)生成黃色酮反應(yīng)生成黃色 物質(zhì)。物質(zhì)。 水合茚三酮水合茚三酮 此反應(yīng)用于此反應(yīng)用于 定性、定量定性、定量 鑒定氨基酸。鑒定氨基酸。 u茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng) u成肽反成肽反應(yīng)應(yīng) 肽鍵肽鍵 4. 側(cè)鏈側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)基參加的反應(yīng) 氨基酸氨基酸R基上的功能團(tuán)也能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?；系墓δ軋F(tuán)也能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 功能團(tuán)功能團(tuán)： 羥基（羥基（Ser, Thr） 巰基巰基(Cys) 苯基苯基 （Tyr, Trp） 酚基酚基(Tyr) 吲哚基（吲哚基（Trp） 咪唑基咪唑基(His) 胍基胍基 （Arg） 甲硫基

14、甲硫基(Met) 非非 -NH2(Lys) 非非 -COOH(Asp, Glu) u巰基巰基易被空氣或其它氧化劑氧化易被空氣或其它氧化劑氧化 胱氨酸胱氨酸 在穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象在穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象 上發(fā)揮很大作用上發(fā)揮很大作用 二硫鍵二硫鍵 注意：二硫鍵可被氧化劑和還原劑打開注意：二硫鍵可被氧化劑和還原劑打開 2+ 6HCOOH 2 + RSSR 2RSH 磺基丙氨酸磺基丙氨酸 巰基乙醇巰基乙醇 二硫蘇糖醇二硫蘇糖醇 （DTT） 6HCOOOH 過甲酸過甲酸 二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 氨基末端氨基末端 （N末端）末端） 羧基末端羧基末端 （C末端）末端） u一級結(jié)構(gòu)定義：一級結(jié)

15、構(gòu)定義： 蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸排列順序和連接方式。蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸排列順序和連接方式。 氨基酸殘基氨基酸殘基 1. 1. 肽的肽的結(jié)構(gòu)通式結(jié)構(gòu)通式 例：例：胰島素胰島素的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) 英英 Sanger 等，等，1953 Frederick Sanger 3對二硫鍵對二硫鍵 A鏈：鏈：20aa B B鏈：鏈：31aa31aa 0.36nm 2. 肽鍵肽鍵 C-NC-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)鍵具有部分雙鍵性質(zhì) 肽鍵一般為反式構(gòu)型肽鍵一般為反式構(gòu)型 肽平面肽平面 3. 肽的物理和化學(xué)性質(zhì)肽的物理和化學(xué)性質(zhì) u物理性質(zhì)物理性質(zhì) u酸堿性質(zhì)酸堿性質(zhì) u化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 茚三酮反應(yīng)、茚三酮反應(yīng)、雙

16、縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng) 主要取決于游離末端的主要取決于游離末端的 -NH2和和 -COOH及及R基上可解離基團(tuán)。基上可解離基團(tuán)。 短肽為晶體，熔點(diǎn)很高。短肽為晶體，熔點(diǎn)很高。 在水溶液中以兼性離子形式存在。在水溶液中以兼性離子形式存在。 具旋光性。具旋光性。 胰蛋白酶：胰蛋白酶： R1= Lys, Arg R2 Pro 麋蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）：麋蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）： R1= Phe, Trp, Tyr R2 Pro 胃蛋白酶：胃蛋白酶：R1, R2 =Phe, Trp, Tyr , Leu等等 R1 Pro 嗜熱菌蛋白酶：嗜熱菌蛋白酶：R2=Leu, Ile, Phe, Trp, Val,

17、Tyr, Met R2 Pro,Gly 肽鏈內(nèi)切酶肽鏈內(nèi)切酶 4. 肽鏈的斷裂肽鏈的斷裂酶解法和酶解法和化學(xué)裂解法化學(xué)裂解法 u酶解法酶解法 肽鏈外切酶肽鏈外切酶 氨肽酶氨肽酶 羧肽酶羧肽酶 CNBr： 羥胺羥胺(NH2OH)： 斷裂斷裂Asn-Gly之間的肽鍵之間的肽鍵 l 化學(xué)裂解法化學(xué)裂解法 R1= Met, 生成肽酰高絲氨酸生成肽酰高絲氨酸內(nèi)內(nèi)酯酯 部分裂解部分裂解Asn-Leu 和和Asn-Ala之間的肽鍵之間的肽鍵 三、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu) u 維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的作用力維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的作用力 主要是較弱的相互作用，即主要是較弱的相互作用，即非共價鍵非共價鍵或或

18、次級鍵次級鍵。 包括：包括： 氫鍵、氫鍵、 范德華力、范德華力、 疏水相互作用、疏水相互作用、 鹽鍵（離子鍵）鹽鍵（離子鍵） 二硫鍵在維持蛋白質(zhì)構(gòu)象中也發(fā)揮重要作用。二硫鍵在維持蛋白質(zhì)構(gòu)象中也發(fā)揮重要作用。 可在多肽主鏈的羰基氧和酰胺氫之間、側(cè)鏈可在多肽主鏈的羰基氧和酰胺氫之間、側(cè)鏈 與側(cè)鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水之間等處形成。與側(cè)鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水之間等處形成。 u 氫鍵（氫鍵（hydrogen bond） 包括三種較弱的作用力包括三種較弱的作用力: 定向效應(yīng)：極性分子定向效應(yīng)：極性分子( (或基團(tuán)或基團(tuán)) )之間之間 誘導(dǎo)效應(yīng)：極性和非極性分子誘導(dǎo)效應(yīng)：極性和非極性分子( (或基團(tuán)或基團(tuán)) )之間之間

19、 分散效應(yīng)：非極性分子分散效應(yīng)：非極性分子( (或基團(tuán)或基團(tuán)) )之間之間 范德華距離范德華距離（接觸距離，（接觸距離，contact distance） 范德華引力只有在兩個非鍵合原子處于一定距離才能范德華引力只有在兩個非鍵合原子處于一定距離才能 達(dá)到最大，這個距離稱為范德華距離。等于兩個原子的范達(dá)到最大，這個距離稱為范德華距離。等于兩個原子的范 德華半徑之和。德華半徑之和。 范德華力很弱，但具有加合性。范德華力很弱，但具有加合性。 u 范德華力（范德華力（van der Waals force） 疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈出于避開水的需要而被迫疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈出于避開水的需要而被迫 接近，這種現(xiàn)

20、象稱為疏水相互作用。接近，這種現(xiàn)象稱為疏水相互作用。 定義定義: 變性劑（尿素、非極性溶劑、去污劑等）可破變性劑（尿素、非極性溶劑、去污劑等）可破 壞疏水相互作用。壞疏水相互作用。 u 疏水相互作用（疏水相互作用（hydrophobic interaction） F = (Q1Q2)/(R2) Q1， ，Q2: 電荷電量 電荷電量 ：介質(zhì)的介電常數(shù)：介質(zhì)的介電常數(shù) R: 電荷質(zhì)點(diǎn)間的距離電荷質(zhì)點(diǎn)間的距離 定義定義: 正、負(fù)電荷之間的一種靜電作用正、負(fù)電荷之間的一種靜電作用。 生理生理pH條件下，酸性條件下，酸性aa帶負(fù)電荷，堿性帶負(fù)電荷，堿性aa帶正電帶正電 荷。在分子的疏水內(nèi)部，帶相反電荷的

21、側(cè)鏈可形成荷。在分子的疏水內(nèi)部，帶相反電荷的側(cè)鏈可形成 鹽鍵。鹽鍵。 u 鹽鍵鹽鍵: 又稱離子鍵（又稱離子鍵（ionic interactions） 對蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。 u 二硫鍵二硫鍵(disulfide bridge) (二二)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(seconary structure) - -螺旋螺旋（ -helix ） - -折疊折疊（ -pleated sheet） - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角（ -turn） - -凸起凸起 ( -bulge ) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲（random coil） u 定義：定義：指多肽鏈借助指多肽鏈借助H鍵折疊盤

22、繞成沿一維方向鍵折疊盤繞成沿一維方向 具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。 u 常見類型：常見類型： u -螺旋（螺旋（ - helix） 0. 54nm 0.15nm 0. 5nm -螺旋的螺旋的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： 1）多肽主鏈沿中心軸盤繞成）多肽主鏈沿中心軸盤繞成右手右手或左手螺旋；或左手螺旋； 2）每圈螺旋含）每圈螺旋含3.6個氨基酸殘基，螺距個氨基酸殘基，螺距0.54nm，每個氨基酸，每個氨基酸 殘基繞軸旋轉(zhuǎn)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100，沿軸上升，沿軸上升0.15nm；螺旋直徑；螺旋直徑0.5nm; 3） -螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)；螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)； 4）相鄰螺旋

23、間形成氫鍵，氫鍵幾乎與螺旋的長軸平行，是）相鄰螺旋間形成氫鍵，氫鍵幾乎與螺旋的長軸平行，是 由肽鍵上由肽鍵上酰胺酰胺氫與其前面氫與其前面N端第端第四四個殘基上羰基氧之間形成。個殘基上羰基氧之間形成。 NH-C H-CO 3CN OH 3.613-螺旋螺旋 影響影響-螺旋形成的因素螺旋形成的因素 R基的電荷性質(zhì)：基的電荷性質(zhì)：同種電荷可產(chǎn)生靜電斥力。同種電荷可產(chǎn)生靜電斥力。例：例： 多聚多聚Lys(pH7)。 R基的結(jié)構(gòu)：基的結(jié)構(gòu)： 例：例：Pro、Hyp可中斷可中斷 -螺旋。螺旋。 R基的大?。夯拇笮。篟基大，空間位阻大?；螅臻g位阻大。例例:多聚多聚Ile u -折疊片（折疊片（ -pl

24、eated sheet） -折疊股折疊股 1）肽鏈）肽鏈主鏈主鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。取鋸齒狀折疊構(gòu)象。 2）兩條或多條多肽鏈之間側(cè)向聚集在一起，相鄰多）兩條或多條多肽鏈之間側(cè)向聚集在一起，相鄰多 肽鏈羰基氧和肽鏈羰基氧和酰胺酰胺氫之間形成氫之間形成氫鍵氫鍵，氫鍵與肽鏈的長，氫鍵與肽鏈的長 軸幾乎成直角。軸幾乎成直角。 3）側(cè)鏈）側(cè)鏈R基基交替分布于片層平面兩側(cè)。交替分布于片層平面兩側(cè)。 4）肽鏈的走向可以是平行的，也可以是反平行的。）肽鏈的走向可以是平行的，也可以是反平行的。 -折疊折疊結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： 平行平行 反平行反平行 u -轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（ - turn） AB The Structu

25、res of two kinds of - turns. 含有含有4個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。 第一個殘基的第一個殘基的羰基氧羰基氧和第四個殘基的和第四個殘基的酰胺酰胺氫氫之間之間 形成氫鍵。形成氫鍵。 Gly 和和Pro 常在常在 - turn中出現(xiàn)。中出現(xiàn)。 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： - -轉(zhuǎn)角可改變肽鏈走向。轉(zhuǎn)角可改變肽鏈走向。 u -凸起（凸起（ -bugle） 大多數(shù)作為反平行大多數(shù)作為反平行折疊中的一種不規(guī)則情況。折疊中的一種不規(guī)則情況。 可認(rèn)為是可認(rèn)為是折疊股中額外插入一個殘基。折疊股中額外插入一個殘基。 u 無規(guī)卷曲（無規(guī)卷曲（random coil） 多具有明確、穩(wěn)定

26、的結(jié)構(gòu)。多具有明確、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 常構(gòu)成酶的活性部位和蛋白常構(gòu)成酶的活性部位和蛋白 質(zhì)的特異功能部位。質(zhì)的特異功能部位。 鈣結(jié)合蛋白中的鈣結(jié)合蛋白中的 E-F hand 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) （二）（二） 超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元蛋白質(zhì)中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元 （如（如 -螺旋、螺旋、 -折疊、折疊、 - 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角）組合在一起，）組合在一起， 彼此相互作用，形成有規(guī)則、在空間上能辨彼此相互作用，形成有規(guī)則、在空間上能辨 認(rèn)的認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體二級結(jié)構(gòu)組合體，以充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)，以充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu) 件，稱為超二級結(jié)構(gòu)。件，稱為超二級結(jié)構(gòu)。 u 三種基本組合形式：三種基本組

27、合形式：、 、 。 u 定義定義 Rossman折疊折疊 （ -螺旋束）螺旋束） 2-4股右手股右手 -螺旋相螺旋相 互纏繞形成互纏繞形成左手超左手超 螺旋螺旋 連連 接接 鏈鏈 折折 疊疊 股股 - -螺旋螺旋 （三）結(jié)構(gòu)域（三）結(jié)構(gòu)域（structure domain） u 定義：定義：對于較大的蛋白質(zhì)分子（或亞基），多對于較大的蛋白質(zhì)分子（或亞基），多 肽鏈往往由兩個或兩個以上肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨(dú)立相對獨(dú)立的的三維實體三維實體 締合而成三級結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)立的折疊單位稱為結(jié)締合而成三級結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)立的折疊單位稱為結(jié) 構(gòu)域。構(gòu)域。 單結(jié)構(gòu)域單結(jié)構(gòu)域 多結(jié)構(gòu)域多結(jié)構(gòu)域 一般含一般含10

28、0-200100-200個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。 例：肌紅蛋白（例：肌紅蛋白（153aa） 例：己糖激酶（約例：己糖激酶（約1000aa）2個結(jié)構(gòu)域個結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域存在的優(yōu)越性：結(jié)構(gòu)域存在的優(yōu)越性： 結(jié)構(gòu)角度：結(jié)構(gòu)角度： 一條長的多肽鏈先分別折疊成幾個相對獨(dú)立的一條長的多肽鏈先分別折疊成幾個相對獨(dú)立的 區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)，在動力學(xué)上更為合理。區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)，在動力學(xué)上更為合理。 功能角度：功能角度： -通過結(jié)構(gòu)域有利于構(gòu)建具有特定三維結(jié)構(gòu)的活通過結(jié)構(gòu)域有利于構(gòu)建具有特定三維結(jié)構(gòu)的活 性中心；性中心； -結(jié)構(gòu)域間易發(fā)生相對運(yùn)動，有利于活性中心結(jié)結(jié)構(gòu)域間易發(fā)生相對運(yùn)動，有利于活性中

29、心結(jié) 合底物施加應(yīng)力。合底物施加應(yīng)力。 The conformational change induced in hexokinase by the binding of a substrate (D-glucose, shown in red). 己糖激酶己糖激酶兩個結(jié)構(gòu)域之間為一個裂縫兩個結(jié)構(gòu)域之間為一個裂縫 （四）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（四）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) u定義：指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上借助各種定義：指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上借助各種次次 級鍵級鍵進(jìn)一步盤繞成具有特定肽鏈走向的緊密進(jìn)一步盤繞成具有特定肽鏈走向的緊密球狀球狀 構(gòu)象構(gòu)象。 含有多種二級結(jié)構(gòu)元件，具有明顯的折疊層次。含有多種二

30、級結(jié)構(gòu)元件，具有明顯的折疊層次。 緊密的球狀實體，但緊密的球狀實體，但活性部位具松散區(qū)域活性部位具松散區(qū)域，以利于構(gòu)象，以利于構(gòu)象 變化。變化。 疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。 分子表面有一個分子表面有一個空穴空穴（裂縫、口袋、凹槽），是結(jié)合配（裂縫、口袋、凹槽），是結(jié)合配 體并行使生物學(xué)功能的部位。體并行使生物學(xué)功能的部位。 u共同特征：共同特征： l 一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：Mr.16700，含，含153aa, 由一條多肽鏈由一條多肽鏈 和一個和一個血紅素輔基血紅素輔基組成。組成。 l 二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)： -螺旋：螺旋： 8段

31、，命名為段，命名為A, B, C.H 松散肽段：位于螺旋之間和松散肽段：位于螺旋之間和C末端末端 l三級結(jié)構(gòu)：三級結(jié)構(gòu)：8個螺旋段大體分成兩層，整個分子緊個螺旋段大體分成兩層，整個分子緊 密結(jié)實，分子內(nèi)部僅能容納密結(jié)實，分子內(nèi)部僅能容納4個水分子。個水分子。 MbMb是是哺乳動物肌細(xì)胞哺乳動物肌細(xì)胞貯存和分配氧貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。 例：肌紅蛋白例：肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) l 血紅素（血紅素（heme）結(jié)合的位置）結(jié)合的位置 位于肌紅蛋白表面的疏水洞穴內(nèi)。位于肌紅蛋白表面的疏水洞穴內(nèi)。疏水微環(huán)境可疏水微環(huán)境可 防止防止Fe（II）被氧化成）被氧化成Fe（III）從而失去

32、載氧能力）從而失去載氧能力 。 血紅素（血紅素（Fe-Fe-原卟啉原卟啉IXIX）卟啉卟啉 血紅素（鐵原卟啉血紅素（鐵原卟啉IX ） 由原卟啉由原卟啉IX與一個與一個Fe原子（原子（II或或III）組成。）組成。 Fe（II）有六個配位鍵，）有六個配位鍵， 四個與卟啉四個與卟啉N結(jié)合，第結(jié)合，第5個個 與與F8His殘基的咪唑殘基的咪唑N結(jié)合，結(jié)合， 第第6個呈開放狀態(tài)，是個呈開放狀態(tài)，是O2的的 結(jié)合部位，其附近為結(jié)合部位，其附近為E7His。 因因E7His的存在而產(chǎn)生的空間位阻的存在而產(chǎn)生的空間位阻 可降低血紅素對可降低血紅素對CO的親和力。的親和力。 （五）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（五）蛋白質(zhì)

33、的四級結(jié)構(gòu) l 定義定義 具三級結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì)以具三級結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì)以非共價鍵非共價鍵締合在一起，締合在一起， 形成的聚集體稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。其中每個球形成的聚集體稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。其中每個球 狀蛋白質(zhì)稱為狀蛋白質(zhì)稱為亞基亞基。 指蛋白質(zhì)與配基結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改指蛋白質(zhì)與配基結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改 變蛋白質(zhì)生物活性的現(xiàn)象。變蛋白質(zhì)生物活性的現(xiàn)象。 l 寡聚蛋白質(zhì)與別構(gòu)效應(yīng)寡聚蛋白質(zhì)與別構(gòu)效應(yīng) 例：例： 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能 （1） 寡聚蛋白質(zhì)寡聚蛋白質(zhì): Mr. 65000。具四個亞基（。具四個亞基（ 2 2 ），每個亞基與），每個亞基與一一 個

34、血紅素分子結(jié)合。個血紅素分子結(jié)合。 （2）一級結(jié)構(gòu)）一級結(jié)構(gòu): : 141aa :146aa 9個保守殘基：個保守殘基：F8 His ( 87, 92)、 E7His（ 58, 63 ）等）等 （3） 二、三級結(jié)構(gòu)：二、三級結(jié)構(gòu)： 和和 鏈與鏈與Mb 相類似相類似 亞基間具亞基間具8個鹽橋個鹽橋 兩個兩個 亞基與亞基與1分子分子BPG (2,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸)形成形成8個鹽橋個鹽橋 （4） 四級結(jié)構(gòu)：四級結(jié)構(gòu)： 分子近球形，分子近球形，四個亞基占據(jù)四面體的四個角，四個亞基占據(jù)四面體的四個角， 以以鹽鍵鹽鍵相連。相連。 由于這些鹽橋，血紅蛋白在未與氧結(jié)合之前，由于這些鹽橋，血紅蛋白在

35、未與氧結(jié)合之前， 分子構(gòu)象受到很大束縛。分子構(gòu)象受到很大束縛。 The three-dimensional (quaternaryl structure of deoxyhemoglobin. (a) A ribbon representation. (b) A space-filling model. The subunits are shown in white and light blue; the subunits are shown in pink and purple. Note that the heme groups, shown in red, are relatively

36、far apart. Salt bridges between subunits in hemoglobin. 四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化技術(shù)四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化技術(shù) 1. 蛋白質(zhì)的大小和分子量蛋白質(zhì)的大小和分子量 l 蛋白質(zhì)分子量蛋白質(zhì)分子量: : 6000 1 106 道爾頓道爾頓，甚至更大甚至更大。 對于簡單蛋白質(zhì)：對于簡單蛋白質(zhì)： 氨基酸殘基的數(shù)目氨基酸殘基的數(shù)目=蛋白質(zhì)的分子量蛋白質(zhì)的分子量 / 110 氨基酸殘基平均分子量氨基酸殘基平均分子量 128 - 18 l 蛋白質(zhì)的分子量也可用蛋白質(zhì)的分子量也可用沉降系數(shù)沉降系數(shù)表示。表示。 沉降系數(shù)（沉降系數(shù)（S）：單位離心

37、場下的沉降速度。）：單位離心場下的沉降速度。1S = 10-13秒秒 蛋白質(zhì)、核酸、核糖體蛋白質(zhì)、核酸、核糖體 的沉降系數(shù)介于的沉降系數(shù)介于1200S之間。之間。 2. 蛋白質(zhì)的酸堿性質(zhì)蛋白質(zhì)的酸堿性質(zhì) 蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。 可解離集團(tuán)主要來自側(cè)鏈上的功能團(tuán)?？山怆x集團(tuán)主要來自側(cè)鏈上的功能團(tuán)。 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時溶解度最低。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時溶解度最低。 利用蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)，可采用利用蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)，可采用電泳法電泳法和和離子交離子交 換層析換層析分離蛋白質(zhì)混合物。分離蛋白質(zhì)混合物。 胃蛋白酶胃蛋白酶 卵清蛋白卵清蛋白 血清清蛋白血清清蛋白 乳

38、球蛋白乳球蛋白 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原 溶菌酶溶菌酶 脲酶脲酶 3. 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)與蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)與蛋白質(zhì)沉淀 (1) 蛋白質(zhì)是親水膠體。蛋白質(zhì)是親水膠體。 水化層與雙電層使蛋白質(zhì)成為穩(wěn)定的親水膠體水化層與雙電層使蛋白質(zhì)成為穩(wěn)定的親水膠體。 (2) 蛋白質(zhì)的沉淀（蛋白質(zhì)的沉淀（precipitation）：）： 破壞水化層與雙電層的因素可破壞蛋白質(zhì)破壞水化層與雙電層的因素可破壞蛋白質(zhì) 膠體的穩(wěn)定性而使其沉淀。膠體的穩(wěn)定性而使其沉淀。 方法方法試劑試劑原理原理應(yīng)用應(yīng)用 鹽析法鹽析法 (NH4)SO4 NaCl 脫去水化層脫去水化層分級鹽析沉淀分級鹽析沉淀 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 有機(jī)

39、溶劑沉淀法有機(jī)溶劑沉淀法 重金屬鹽沉淀法重金屬鹽沉淀法 生物堿試劑及某生物堿試劑及某 些酸沉淀法些酸沉淀法 加熱變性沉淀法加熱變性沉淀法 沉淀蛋白質(zhì)的方法及應(yīng)用沉淀蛋白質(zhì)的方法及應(yīng)用 4. 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性 2. 變性因素變性因素 物理因素：熱、紫外線照射、高壓等物理因素：熱、紫外線照射、高壓等 化學(xué)因素：有機(jī)溶劑、脲化學(xué)因素：有機(jī)溶劑、脲 、胍、酸、堿、胍、酸、堿 1. 定義：定義： 天然蛋白質(zhì)分子在某些物理化學(xué)因素的天然蛋白質(zhì)分子在某些物理化學(xué)因素的 影響下，影響下，次級鍵次級鍵被破壞，天然構(gòu)象解體，致被破壞，天然構(gòu)象解體，致 使使物化性質(zhì)物化性質(zhì)和和生物學(xué)性質(zhì)生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)發(fā)生改變，這種現(xiàn) 象叫蛋白質(zhì)的變性。象叫蛋白質(zhì)的變性。 5. 蛋白質(zhì)的分離提純蛋白質(zhì)的分離提純 細(xì)分級細(xì)分級 （fine fractionation） 前處理前處理 (pretre