生物化學(xué)-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能n什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)?n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽通過(guò)肽鍵鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物相連形成的高分子含氮化合物蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1. 1. 蛋白質(zhì)是生物蛋白質(zhì)是生物 體重要組成成分體重要組成成分分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；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)。細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的子，占人體干重的4545，某些組

2、織含量更高，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)8080。1 1）作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）2 2）代謝調(diào)節(jié)作用）代謝調(diào)節(jié)作用3 3）免疫保護(hù)作用）免疫保護(hù)作用4 4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5 5）運(yùn)動(dòng)與支持作用）運(yùn)動(dòng)與支持作用6 6）參與細(xì)胞間信息傳遞）參與細(xì)胞間信息傳遞2. 2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3. 3. 氧化供能氧化供能OUTLINEn第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成n第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)n第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系n第四節(jié)

3、第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)n第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成n 組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素q主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S。有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、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)還含有碘鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘 。蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)q各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為1616。q n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

4、的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：致含量：100100克樣品中蛋白質(zhì)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )( g % )= = 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6.25 6.251001001/16%一、氨基酸一、氨基酸 組成蛋白質(zhì)的基本單位組成蛋白質(zhì)的基本單位n存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，但組成人余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，且均屬種，且均屬 L-L-氨基氨基酸（甘氨酸除外）。酸（甘氨酸除外）。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基

5、酸的通式RC+NH3COO-H 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸 極性中性氨基酸極性中性氨基酸 含芳香環(huán)的氨基酸含芳香環(huán)的氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 堿性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類（一）氨基酸的分類* * 20 20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下: :非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）纈氨酸纈氨酸 （Val,V）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）亮氨酸亮氨酸 （Lue,L）異亮氨酸異亮氨酸 （Ile,I）2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸絲氨酸絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸蘇氨酸 （T

6、hr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）3.含芳香環(huán)的氨基酸含芳香環(huán)的氨基酸苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe,FPhe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trp,W）4. 酸性氨基酸酸性氨基酸5. 堿性氨基酸堿性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）賴氨酸賴氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）組氨酸組氨酸 （His,H）非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸 GlyGly Ala Va

7、l Leu Ile Phe ProTrpTrp Ser Try Cys Ser Try Cys MetMet Asn Gln Thr Asn Gln ThrAsp GluAsp Glu Lys Arg HisLys Arg His 雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸組氨酸組氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）含羥基或硫脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸蘇氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）幾種特殊氨基酸幾

8、種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3n注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸n含羥基的氨基

9、酸：絲氨酸、蘇氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸n含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、n 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）n含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸n含胍基的氨基酸：精氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸n含咪唑基的氨基酸：組氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸n亞氨基酸：脯氨酸亞氨基酸：脯氨酸n含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺n含吲哚基的氨基酸：色氨酸含吲哚基的氨基酸：色氨酸n含含-氨基的氨基酸：賴氨酸氨基的氨基酸：賴氨酸（二）氨基酸的理化性質(zhì)（二）氨基酸的理化性質(zhì)1. 1. 兩

10、性解離及等電點(diǎn)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。于所處溶液的酸堿度。 CHRCOONH2pH = pI 凈電荷凈電荷=0 pH pI凈電荷為負(fù)凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2) 當(dāng)氨基酸溶液在某一定當(dāng)氨基酸溶液在某一定pHpH值時(shí)，使某特定氨基酸分子上值時(shí)，使某特定氨基酸分子上所帶正負(fù)電荷相等，成為兩性離子，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極所帶正負(fù)電荷相等，成為兩性離子，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pHpH值即為該氨基酸

11、的等電點(diǎn)值即為該氨基酸的等電點(diǎn)( (isoelctric point)isoelctric point)。Titration Curve for Glutamic AcidpK1 carboxylic acid = 2.2 pK2 R group = 4.3 pK3 amino group = 9.7 pI = (pK1+ pK2)/2 = 3.25賴氨酸滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算賴氨酸滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算二氨基一羧基二氨基一羧基AAAA的的等電點(diǎn)計(jì)算等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 2+pK 3BpIpK3pK2pK1加入的加入的OH-mL數(shù)數(shù)pH2. 2. 紫外吸收紫外吸收3. 3. 茚三酮反應(yīng)茚三酮反

12、應(yīng) 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比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。關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。（Pro)Pro)+3H20茚三酮茚三酮(無(wú)色無(wú)色)NH3CO2 RCHO+還原性茚三酮還原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加熱加熱+ 2NH3 +還原性茚三酮還原性茚三酮還原性茚三酮還原性茚三酮（三）蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成（三）蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈的多肽鏈n* * 肽鍵肽

13、鍵(peptide bond)(peptide bond)是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵成的化學(xué)鍵NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHOCOHOCH3NH2HC+HOCOCH2NH2HC丙氨酸丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸COHOCH3HCCH2NH2HC肽鍵肽鍵NCOH二肽二肽丙苯氨丙氨酸丙苯氨丙氨酸氨基

14、酸借肽鍵相連而形成的化合物稱氨基酸借肽鍵相連而形成的化合物稱肽肽(peptide)MetPhe二肽二肽LysMetPhe三肽三肽CysThrLysMetPhe五肽五肽氨基末端氨基末端(端端)羧基末端羧基末端(C 端端)CysMetPheLysSerThrValNH2COOH* 由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱由更多的氨基酸相連形成的肽稱多多肽肽(polypeptide)。其形狀為一條沒(méi)有分支的長(zhǎng)鏈。其形狀為一條沒(méi)有分支的長(zhǎng)鏈,又又稱多肽鏈或肽鏈稱多肽鏈或肽鏈.* 肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基

15、肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)。氨基末端氨基末端(端端)羧基末端羧基末端(C 端端)CysMetPheLysSerThrValNH2COOH50N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶幾種生物活性肽幾種生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 解毒解毒, ,抗氧化抗氧化 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 多肽類激素及神經(jīng)

16、肽多肽類激素及神經(jīng)肽高級(jí)高級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)n一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)(primary structure)n二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)(secondary structure)n三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)(tertiary structure)n四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)(quaternary structure)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的主主要要層層次次一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)primary structurep

17、rimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 supersecondary structuresupersecondary structureStructure domanStructure doman一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)n定義定義q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。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。n主要

18、的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵q肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵CysMet Phe LysSer Thr ValNH2COOH一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)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)。功能的基礎(chǔ)。胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(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)象涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 n主要的化學(xué)鍵：主要的化學(xué)鍵： 氫鍵氫鍵 在肽鍵中，與相連的氧原子和在肽鍵中，

19、與相連的氧原子和氫原子呈反式構(gòu)型氫原子呈反式構(gòu)型（反式）（反式）（順式）（順式）C CN NO OH HC CN NO OH H肽鍵的特點(diǎn)：肽鍵的特點(diǎn)：肽鍵的特點(diǎn)：肽鍵的特點(diǎn)：CN單鍵為0.149nmC=N雙鍵為0.127nm具有部分雙鍵性質(zhì)具有部分雙鍵性質(zhì)不能自由旋轉(zhuǎn)不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵中鍵長(zhǎng)為肽鍵中鍵長(zhǎng)為0.132nm0.132nmC CN NO OH H肽鍵中的和均不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵中的和均不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵肽鍵(-CONH- ) (-CONH- ) 中的個(gè)原子中的個(gè)原子個(gè)個(gè)碳原子碳原子( C( C) )和和被約束在一個(gè)剛性平面（即肽鍵平面）上，被約束在一個(gè)剛性平面（即肽鍵平面）上，構(gòu)成一個(gè)肽單

20、元構(gòu)成一個(gè)肽單元(peptide unit)(peptide unit)。 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 - -螺旋螺旋 ( ( -helix ) -helix ) - -折疊折疊 ( ( -pleated sheet )-pleated sheet ) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( ( -turn )-turn ) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 ( random coil )( random coil ) 螺旋螺旋 (helix)helix)由肽鍵平面盤旋由肽鍵平面盤旋形成的螺旋狀構(gòu)象形成的螺旋狀構(gòu)象1.1.概念概念2.2.螺旋的結(jié)構(gòu)特征螺旋的結(jié)構(gòu)特征(1)(1)以肽鍵平面為單位以肽鍵平面為單

21、位, ,以以碳原子為轉(zhuǎn)折盤旋形碳原子為轉(zhuǎn)折盤旋形成成右手螺旋右手螺旋(2) (2) 每每3.63.6個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基 繞成一個(gè)螺圈繞成一個(gè)螺圈(360(3600 0) )螺距為螺距為0.54nm0.54nm每個(gè)氨基酸上升每個(gè)氨基酸上升0.15nm0.15nm肽鍵平面與中心軸肽鍵平面與中心軸平行平行(3)(3)主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體, ,側(cè)鏈側(cè)鏈在其外部在其外部(4)(4)肽鍵的肽鍵的COCO和和NHNH 都形成都形成氫鍵氫鍵是穩(wěn)定螺旋的主要是穩(wěn)定螺旋的主要作用力作用力氫鍵的方向與中心氫鍵的方向與中心軸大致平行軸大致平行, ,折疊折疊n肽鍵平面呈伸展的鋸齒狀排列形成

22、的結(jié)構(gòu)稱肽鍵平面呈伸展的鋸齒狀排列形成的結(jié)構(gòu)稱折疊折疊n常為兩條或兩條以上伸展的多肽鏈側(cè)向聚集在常為兩條或兩條以上伸展的多肽鏈側(cè)向聚集在一起形成扇面狀故又稱一起形成扇面狀故又稱折疊片或折疊片或片層片層n折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)q相鄰肽鍵平面的夾角為相鄰肽鍵平面的夾角為1100 1100 ，呈鋸齒狀排列；側(cè)，呈鋸齒狀排列；側(cè)鏈基團(tuán)交錯(cuò)地分布在片層平面的兩側(cè)。鏈基團(tuán)交錯(cuò)地分布在片層平面的兩側(cè)。n條肽段平行排列構(gòu)成，肽段之間可順向平行條肽段平行排列構(gòu)成，肽段之間可順向平行( (均從均從N-C)N-C)，也可反向平行，也可反向平行 n由氫鍵維持穩(wěn)定。其方向與折疊的長(zhǎng)軸接近垂直。由氫鍵維持穩(wěn)定。其方向與

23、折疊的長(zhǎng)軸接近垂直。轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角(turn)turn)n肽鏈出現(xiàn)肽鏈出現(xiàn)18001800回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角n結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征q常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子表面第一個(gè)殘基的常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子表面第一個(gè)殘基的C=OC=O與第與第四個(gè)殘基的四個(gè)殘基的N-HN-H形成氫鍵形成氫鍵. .無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲(random coil)(random coil)n沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象n常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類型二級(jí)結(jié)常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類型二級(jí)結(jié)構(gòu)肽段之間起活節(jié)作用，有利于整條肽鏈盤曲構(gòu)肽段之間起活節(jié)作用，有利于整條肽鏈盤曲折疊折疊H2NCOOH

24、無(wú)無(wú)規(guī)規(guī)則則卷卷曲曲示示意意圖圖無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)規(guī)則卷曲細(xì)胞色素細(xì)胞色素C的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 模體模體n在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有在許多蛋白質(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，形成一二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體個(gè)特殊的空間

25、構(gòu)象，被稱為模體(motif)(motif)。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體合鈣離子的模體 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) 1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -鏈鏈 -迂回迂回回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) -迂回迂回結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域n在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽進(jìn)一步卷曲折疊成在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽進(jìn)一步卷曲折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體，再由兩幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體，再由兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣的三維實(shí)體締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)，個(gè)或兩個(gè)以上這樣的三維實(shí)體締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)，這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱為結(jié)構(gòu)域這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱為結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)

26、域 卵溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域卵溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域 -螺旋螺旋 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -折疊折疊二硫鍵二硫鍵結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域2三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)n整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。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。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵n疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。 目目 錄錄氫鍵氫鍵n負(fù)電性很強(qiáng)的原子（如氧或氮）和與氧或氮共負(fù)電性很強(qiáng)的原子（如氧或氮）和與氧或氮共價(jià)結(jié)合的氫原子相互吸引，這種作用力稱為

27、氫價(jià)結(jié)合的氫原子相互吸引，這種作用力稱為氫鍵。鍵。疏水相互作用疏水相互作用n由非極性基團(tuán)受到水分子排斥相互聚集在一起由非極性基團(tuán)受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力的作用力離子鍵離子鍵n 由異性電荷間的靜電吸引形成的鍵。由異性電荷間的靜電吸引形成的鍵。 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端分子伴侶分子伴侶n分子伴侶分子伴侶(chaperon)(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速通過(guò)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)蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)n分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松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(kāi)，如此重

28、復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正開(kāi)，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。解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 n分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。起了重要的作用。 四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)n有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)(subuni

29、t)。n亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。鍵和離子鍵。血紅蛋白血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 五、蛋白質(zhì)的分類五、蛋白質(zhì)的分類n(1) (1) 依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類n 按照蛋白質(zhì)的外形可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白按照蛋白質(zhì)的外形可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。質(zhì)。n球狀蛋白質(zhì)：球狀蛋白質(zhì)：globular proteinglobular protein外形接近球形或橢圓外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。一類。n纖維狀蛋白質(zhì)：纖維狀蛋白質(zhì)：

30、fibrous proteinfibrous protein分子類似纖維或細(xì)分子類似纖維或細(xì)棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。（2 2）按照蛋白質(zhì)的組成，可以分為簡(jiǎn)單蛋白）按照蛋白質(zhì)的組成，可以分為簡(jiǎn)單蛋白(simple protein) (simple protein) 和結(jié)合蛋白和結(jié)合蛋白(conjugated (conjugated protein)protein)簡(jiǎn)單蛋白簡(jiǎn)單蛋白n又稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由又稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由 - -氨基酸組成的氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。肽鏈，不含其它

31、成分。n1 1，清蛋白和球蛋白：，清蛋白和球蛋白：albumin and globulinalbumin and globulin廣泛存在廣泛存在于動(dòng)物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易于動(dòng)物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。溶于稀酸中。n2 2，谷蛋白，谷蛋白(glutelin)(glutelin)和醇溶谷蛋白和醇溶谷蛋白(prolamin)(prolamin)：植物：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70708080乙醇中。乙醇中。n3 3，精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。，精蛋白和組蛋白

32、：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。n4 4，硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織，硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白n由簡(jiǎn)單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成，由簡(jiǎn)單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成，n色蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋色蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。n糖蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。糖蛋白等。n脂蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與脂類結(jié)合而

33、成。脂蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與脂類結(jié)合而成。 如血清如血清 - -， - -脂蛋白等。脂蛋白等。n核蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核蛋白：由簡(jiǎn)單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。核糖核蛋白等。第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系n一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 n（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性非折疊狀態(tài)，

34、無(wú)活性前體與活性蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系前體與活性蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系 n由由108108個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的前胰島素原個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的前胰島素原(pre-proinsulin(pre-proinsulin），在合），在合成的時(shí)候完全沒(méi)有活性，當(dāng)切去成的時(shí)候完全沒(méi)有活性，當(dāng)切去N-N-端的端的2424個(gè)氨基酸信號(hào)肽，形成個(gè)氨基酸信號(hào)肽，形成8484個(gè)氨基酸的胰島素原（個(gè)氨基酸的胰島素原（proinsulinproinsulin），胰島素原也沒(méi)活性，在），胰島素原也沒(méi)活性，在包裝分泌時(shí)，包裝分泌時(shí)，A A、B B鏈之間的鏈之間的3333個(gè)氨基酸殘基被切除，才形成具有個(gè)氨基酸殘基被切除，才形成具有活性

35、的胰島素。如圖所示活性的胰島素。如圖所示: :（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相（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)與功能似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病n例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈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，稱這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為為“分子病分子病”。n所以，蛋白質(zhì)一定的結(jié)構(gòu)執(zhí)行一定的功能。功所以，

36、蛋白質(zhì)一定的結(jié)構(gòu)執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質(zhì)總是有著不同的序列；比較種能不同的蛋白質(zhì)總是有著不同的序列；比較種屬來(lái)源不同而功能相同的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，屬來(lái)源不同而功能相同的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可能有某些差異，但與功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)也總是可能有某些差異，但與功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)也總是相同。若一級(jí)結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)的功能可能發(fā)相同。若一級(jí)結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)的功能可能發(fā)生很大的變化。生很大的變化。二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)n（一）血紅蛋白與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似（一）血紅蛋白與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)Hb與與Mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O2結(jié)合，結(jié)合， Hb與與O2結(jié)結(jié)合后稱為合后稱為氧

37、合氧合Hb。氧合。氧合Hb占總占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱的百分?jǐn)?shù)（稱百百分飽和度分飽和度）隨）隨O2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與影響與氧結(jié)合（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與影響與氧結(jié)合肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線O2血紅素與氧結(jié)血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的而引起肽鏈位置的變動(dòng)。變動(dòng)。肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)(cooperativity)

38、n一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。為協(xié)同效應(yīng)。 n如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng) q(positive cooperativity)(positive cooperativity)n如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng) q(negative cooperativity)(negative cooperativity)變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect(allos

39、teric effect）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾?。ㄈ┑鞍踪|(zhì)構(gòu)象改變與疾病 n蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(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。變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。n蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)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

40、沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋淀粉樣纖維沉淀，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。白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。n這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, (prion protein, PrP)PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPPrPc c。PrPPrPc c

41、在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為為-折疊的折疊的PrPPrPscsc，從而致病。，從而致病。PrPPrPc c-螺旋螺旋PrPPrPscsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化n一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì) n（一）蛋白質(zhì)的兩性電離（一）蛋白質(zhì)的兩性電離 n蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘蛋白質(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)，在一定的溶液基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pHpH條件下都可解離條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)成帶負(fù)電荷或正電荷的

42、基團(tuán)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) ( isoelectric point, pI) n當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pHpH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離時(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)子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的溶液的pHpH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) n蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1 1萬(wàn)萬(wàn)至至100100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1 1100nm100nm，為膠粒范

43、圍之內(nèi)為膠粒范圍之內(nèi)n蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素q顆粒表面電荷顆粒表面電荷q水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)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)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)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)顆粒不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸酸堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 n* * 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)(denaturation)n在某些物理和化學(xué)因素作用

44、下，其特定的空間在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。性的喪失。 造成變性的因素造成變性的因素如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、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重金屬離子及生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì)變性的本質(zhì) 破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌

45、。滅菌。此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質(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)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，稱為象和功能，稱為復(fù)性復(fù)性(renaturation) (renaturation) 。 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性* * 蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在

46、外，肽在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈融會(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。淀，但并不變性。 * * 蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation) (protein coagulation) 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固蛋白質(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。的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。 （四）蛋白質(zhì)的紫外吸收（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸

47、由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的峰。蛋白質(zhì)的ODOD280280與其濃度呈正比關(guān)系，因此與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。三酮反應(yīng)。 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子

48、中肽鍵在稀堿溶液中與蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙雙縮脲反應(yīng)縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。程度。（一）透析及超濾法（一）透析及超濾法* * 透析透析(dialysis)(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開(kāi)的方法。開(kāi)的方法。* * 超濾法超濾法 應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截留應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶

49、液的目的。第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離和純化第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離和純化（二）使蛋白質(zhì)沉淀的方法（二）使蛋白質(zhì)沉淀的方法(1) (1) 鹽析法鹽析法( salting outsalting out) 向蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀向蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀稱稱 為鹽析為鹽析常用的中性鹽：硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等常用的中性鹽：硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等作用原理作用原理: : 鹽離子與水親和力極強(qiáng)，奪去蛋白質(zhì)的鹽離子與水親和力極強(qiáng)，奪去蛋白質(zhì)的水化層，減少分子間靜電斥力。水化層，減少分子間靜電斥力。特點(diǎn)：不破壞蛋白質(zhì)的構(gòu)象，蛋白質(zhì)不發(fā)生變性。特點(diǎn)：不破壞蛋白質(zhì)的構(gòu)象，蛋白質(zhì)不發(fā)生變性。n(

50、2) (2) 有機(jī)溶劑沉淀法有機(jī)溶劑沉淀法n 使蛋白質(zhì)脫去水化層使蛋白質(zhì)脫去水化層, ,又能降低溶液的介電又能降低溶液的介電常數(shù)使蛋白質(zhì)表面電荷減少，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子常數(shù)使蛋白質(zhì)表面電荷減少，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子聚集而沉淀。聚集而沉淀。常用有機(jī)溶劑常用有機(jī)溶劑: :甲醇甲醇、乙醇乙醇、丙酮丙酮缺點(diǎn)：常會(huì)使蛋白質(zhì)變性缺點(diǎn)：常會(huì)使蛋白質(zhì)變性注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): :必須在低溫下操作，盡量縮短處理的時(shí)必須在低溫下操作，盡量縮短處理的時(shí)間及時(shí)將蛋白質(zhì)中殘存的有機(jī)溶劑除去間及時(shí)將蛋白質(zhì)中殘存的有機(jī)溶劑除去n(3) (3) 重金屬鹽沉淀法重金屬鹽沉淀法n 重金屬離子如重金屬離子如Cu2+Cu2+、Hg2+Hg2+、A

51、g2+Ag2+、Pb2+Pb2+等帶等帶有正電荷，能與蛋白質(zhì)分子中帶負(fù)電的基團(tuán)結(jié)有正電荷，能與蛋白質(zhì)分子中帶負(fù)電的基團(tuán)結(jié)合，生成不溶性的重金屬蛋白鹽而沉淀合，生成不溶性的重金屬蛋白鹽而沉淀。n若溶液若溶液pHpH大于蛋白質(zhì)的大于蛋白質(zhì)的pIpI，沉淀更易發(fā)生，沉淀更易發(fā)生n缺點(diǎn)：此法常使蛋白質(zhì)變性失活。缺點(diǎn)：此法常使蛋白質(zhì)變性失活。n(4) (4) 生物堿試劑和某些酸類沉淀法生物堿試劑和某些酸類沉淀法n 生物堿試劑生物堿試劑( (如鞣酸、苦味酸、鎢酸等如鞣酸、苦味酸、鎢酸等) )，某，某些酸類些酸類( (主要是指三氯醋酸、磺酰水楊酸和硝主要是指三氯醋酸、磺酰水楊酸和硝酸等酸等) )，與帶正電的

52、蛋白質(zhì)，與帶正電的蛋白質(zhì) 結(jié)合生成不溶性的結(jié)合生成不溶性的鹽而沉淀。鹽而沉淀。n缺點(diǎn)：常引起蛋白質(zhì)變性缺點(diǎn)：常引起蛋白質(zhì)變性注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): : 反應(yīng)溶液的反應(yīng)溶液的pHpIpHpI，確保蛋白質(zhì)以，確保蛋白質(zhì)以陽(yáng)離子形式存在陽(yáng)離子形式存在 （三）電泳（三）電泳n蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pIpI的溶液中為帶電的顆的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù)技術(shù), , 稱為電泳稱為電泳(elctrophoresis) (elctrophores

53、is) 。n根據(jù)支撐物的不同，可分為根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜薄膜電泳、電泳、凝膠凝膠電電泳等。泳等。 n醋酸纖維素薄膜電泳SDS-SDS-聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳電泳n常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定等電聚焦電流與雙向電泳（四）層析（四）層析n層析層析(chromatography)(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理分離蛋白質(zhì)的原理q待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過(guò)一個(gè)固態(tài)物質(zhì)待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過(guò)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（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)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)的目的到分離蛋白質(zhì)的目的 （四）層析（四）層析層析層析(chromatog