動(dòng)物生物化學(xué)第三章蛋白質(zhì)王鏡巖 鄒思湘

1、本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容4 蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用4 蛋白質(zhì)的組成單位蛋白質(zhì)的組成單位氨基酸氨基酸4 蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)4 多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系4 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和分離與鑒定蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和分離與鑒定 1.1.蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用 F 生物催化作用：生物催化作用： 酶酶F 運(yùn)輸作用：如血紅蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白運(yùn)輸作用：如血紅蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白F 調(diào)節(jié)作用：如胰島素、生長(zhǎng)激素調(diào)節(jié)作用：如胰島素、生長(zhǎng)激素F 運(yùn)動(dòng)作用：如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白運(yùn)動(dòng)作用：如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋

2、白F 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子F 營(yíng)養(yǎng)功能：如卵清蛋白、酪蛋白營(yíng)養(yǎng)功能：如卵清蛋白、酪蛋白F 結(jié)構(gòu)蛋白：如膠原蛋白、角蛋白結(jié)構(gòu)蛋白：如膠原蛋白、角蛋白F 能量轉(zhuǎn)換蛋白：如細(xì)胞色素能量轉(zhuǎn)換蛋白：如細(xì)胞色素F 基因調(diào)節(jié)蛋白：如阻遏蛋白基因調(diào)節(jié)蛋白：如阻遏蛋白1.1 1.1 蛋白質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的生物學(xué)功能按形狀可將蛋白質(zhì)分為：按形狀可將蛋白質(zhì)分為： 纖維狀蛋白質(zhì)：多為結(jié)構(gòu)蛋白。纖維狀蛋白質(zhì)：多為結(jié)構(gòu)蛋白。 球狀蛋白質(zhì)：球狀蛋白質(zhì)： 具有廣泛的生物學(xué)功能。如酶、蛋白類激素等。具有廣泛的生物學(xué)功能。如酶、蛋白類激素等。按結(jié)構(gòu)和功能可將蛋白質(zhì)分

3、為：按結(jié)構(gòu)和功能可將蛋白質(zhì)分為： 簡(jiǎn)單蛋白（簡(jiǎn)單蛋白（simple protein）：僅有蛋白質(zhì)組成的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)。）：僅有蛋白質(zhì)組成的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)。 結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（conjugated protein）：在蛋白質(zhì)分子中除了含有氨基酸成）：在蛋白質(zhì)分子中除了含有氨基酸成分外，還要有其他的成分的存在，才能保證其正常生物活性的蛋白質(zhì)。分外，還要有其他的成分的存在，才能保證其正常生物活性的蛋白質(zhì)。 分子中包含蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分。分子中包含蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分。1.2 1.2 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類2.2.蛋白質(zhì)的化學(xué)組成蛋白質(zhì)的化學(xué)組成2.1 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組

4、成 所有蛋白質(zhì)均含有所有蛋白質(zhì)均含有 ： C 50%-55% H 6%-8% O 20%-23% N 15%-17%某些蛋白質(zhì)含有：某些蛋白質(zhì)含有： S 0.3%-2.5% 以及以及P少數(shù)蛋白質(zhì)含有：少數(shù)蛋白質(zhì)含有：Fe, Cu，Zn，Mo和和I等元素等元素蛋白質(zhì)中蛋白質(zhì)中N的平均含量約的平均含量約16%，因此食物與飼料中蛋白質(zhì)的含，因此食物與飼料中蛋白質(zhì)的含量可以通過(guò)凱氏定量可以通過(guò)凱氏定N（Kjeldahl法）進(jìn)行大致估計(jì)。法）進(jìn)行大致估計(jì)。2.2 2.2 蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸氨基酸 2.2.1 2.2.1 氨基酸的基本結(jié)構(gòu)和構(gòu)型氨基酸的基本結(jié)構(gòu)和構(gòu)型 存在于自然

5、界的氨基酸有存在于自然界的氨基酸有300種。動(dòng)物機(jī)體的蛋白質(zhì)經(jīng)強(qiáng)酸水解之種。動(dòng)物機(jī)體的蛋白質(zhì)經(jīng)強(qiáng)酸水解之后可以得到后可以得到20種氨基酸，并且均為種氨基酸，并且均為L(zhǎng)-氨基酸（除了甘氨酸），含不氨基酸（除了甘氨酸），含不對(duì)稱的對(duì)稱的-碳原子。它們之間的差別在于有不同的側(cè)鏈基團(tuán)碳原子。它們之間的差別在于有不同的側(cè)鏈基團(tuán) R。NH2CCOOHRH氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸的結(jié)構(gòu)通式CCOOCH2OHHH3NCCOHCH2OHHHOCCOOCH2OHHNH3CCOHCH2OHHOH鏡面L-絲氨酸 D-絲氨酸L-甘油醛 D-甘油醛鏡面氨基酸與甘油醛的構(gòu)型氨基酸與甘油醛的構(gòu)型2.2.2 2.2.2 組成蛋白

6、質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸種氨基酸 2.2.3 2.2.3 氨基酸的分類氨基酸的分類 在中性在中性pH條件下條件下按其按其R側(cè)鏈極性和所帶電荷的不同，分為四大類側(cè)鏈極性和所帶電荷的不同，分為四大類, 不帶電荷極性氨基酸不帶電荷極性氨基酸 ：Gly, Ser, Thr, Cys,Thr,Asn,Gln 帶負(fù)電荷極性氨基酸帶負(fù)電荷極性氨基酸 ： Asp, Glu 帶正電荷極性氨基酸帶正電荷極性氨基酸 ： His, Arg, Lys 非極性氨基酸：非極性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Phe, Trp, Met 含非極性側(cè)鏈基團(tuán)含非極性側(cè)鏈基團(tuán)含極性側(cè)鏈基團(tuán)含極性側(cè)鏈

7、基團(tuán)Ser, S Thr, T Cys, CPro, P Asn, N Gln, QGly, G Ala, A Val, VLeu, L Met, M Ile, I含芳香基團(tuán)含芳香基團(tuán) 含堿性側(cè)鏈基團(tuán)（帶正電荷）含堿性側(cè)鏈基團(tuán)（帶正電荷） Phe, F; Tyr, Y; Trp, WLys, K; Arg, R; His, H含酸性側(cè)鏈基團(tuán)（帶負(fù)電荷）含酸性側(cè)鏈基團(tuán)（帶負(fù)電荷） Asp, D; Glu, E2.2.4 2.2.4 氨基酸的主要理化性質(zhì)氨基酸的主要理化性質(zhì) 各種氨基酸在可見區(qū)都沒有各種氨基酸在可見區(qū)都沒有光吸收。光吸收。 在紫外光區(qū)在紫外光區(qū)芳香族氨基酸在芳香族氨基酸在280nm

8、處有最大吸收峰處有最大吸收峰（色氨（色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大吸收波長(zhǎng)分別為吸收波長(zhǎng)分別為279、278、259nm ） 光吸收特性光吸收特性 氨基酸的兩性解離氨基酸的兩性解離氨基酸分子在水溶液中呈兩性離子狀態(tài)，在其氨基酸分子在水溶液中呈兩性離子狀態(tài)，在其等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸所帶的正、負(fù)電荷相等，凈等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸所帶的正、負(fù)電荷相等，凈電荷為零。電荷為零。 氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn) 對(duì)某一種氨基酸而言，當(dāng)溶液在某一個(gè)特定的對(duì)某一種氨基酸而言，當(dāng)溶液在某一個(gè)特定的pH，氨基酸以，氨基酸以兩性離子的形式存在，并且其所帶的正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等，兩性離子的形式存在，并

9、且其所帶的正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零。在直流電場(chǎng)中，它既不向正極，也不向負(fù)極移動(dòng)。即凈電荷為零。在直流電場(chǎng)中，它既不向正極，也不向負(fù)極移動(dòng)。此時(shí)溶液的此時(shí)溶液的pH稱為這種氨基酸的等電點(diǎn)（稱為這種氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。）。 例如，例如，甘氨酸的羧基的甘氨酸的羧基的pK1為為2.34，氨基的，氨基的pK2為為9.60，其，其pI為為5.97。3.3.蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu) 3.1 肽鍵（肽鍵（peptide bond）和肽（）和肽（peptide ） 肽鍵：指蛋白質(zhì)分子中，由一個(gè)氨基酸的肽鍵：指蛋白質(zhì)分子中，由一個(gè)氨基酸的-COOH和另一個(gè)氨基酸的和另一

10、個(gè)氨基酸的-NH2之間脫水縮合而成的酰胺鍵，它是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要共價(jià)鍵。之間脫水縮合而成的酰胺鍵，它是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要共價(jià)鍵。由肽鍵形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）由肽鍵形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）多肽（多肽（polypeptide）和多肽鏈（）和多肽鏈（polypeptide chain） 在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸序列，多肽鏈上不完整的氨基酸，稱為氨基酸序列，多肽鏈上不完整的氨基酸，稱為氨基酸殘基氨基酸殘基(amino acid residue) 上圖為：上圖為： 絲氨酰絲氨酰-

11、甘氨酰甘氨酰-酪氨酰酪氨酰-丙氨酰丙氨酰-異亮氨酸異亮氨酸（N-端）端）（C-端）端）3.2 3.2 肽單位平面與二面角肽單位平面與二面角 肽平面（肽平面（peptide plane）：）：肽鏈主鏈的肽鍵肽鏈主鏈的肽鍵C-N具有雙鍵的性質(zhì)，具有雙鍵的性質(zhì)， 因而不能自由的旋轉(zhuǎn)，使連接在肽鍵上的六個(gè)原子共處于一個(gè)平面因而不能自由的旋轉(zhuǎn)，使連接在肽鍵上的六個(gè)原子共處于一個(gè)平面上，此平面稱為肽單位平面，又稱酰胺平面。通常是反式的。上，此平面稱為肽單位平面，又稱酰胺平面。通常是反式的。 二面角（二面角（dihedral angle）：）：肽肽平面的連接處為平面的連接處為碳原子。它與碳原子。它與相鄰的兩

12、個(gè)參與肽鍵形成的相鄰的兩個(gè)參與肽鍵形成的C和和N原子之間的單鍵可以在一原子之間的單鍵可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，C-N之間稱之間稱角，在角，在C-C之間稱之間稱角，這就角，這就是是-碳原子上的一對(duì)二面角。碳原子上的一對(duì)二面角。這對(duì)二面角決定了相鄰肽平面這對(duì)二面角決定了相鄰肽平面的相對(duì)位置。的相對(duì)位置。 相鄰二個(gè)肽平面上的二面角相鄰二個(gè)肽平面上的二面角3.3 3.3 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)（primary structure）：即蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指多肽鏈）：即蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指多肽鏈上各種氨基酸殘基的種類和排列順序，也包括二硫鍵的數(shù)目。上各種氨基酸殘基

13、的種類和排列順序，也包括二硫鍵的數(shù)目。 Gly Ile Val Glu Gln Cys Cys Ala Ser Val Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys AsnPheVal Asn Gln His Leu Cys Gly Ser His LeuVal Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu Arg Gly Phe Phe Tyr Thr Pro Lys AlaSSSSSS510152151015202530AB牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)：牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)： 51個(gè)氨基酸，個(gè)氨基酸，A（21肽）、肽）、B（30肽）兩條肽）兩

14、條肽鏈，肽鏈，A鏈內(nèi)一對(duì)鏈內(nèi)一對(duì)S-S，A和和B鏈間鏈間2對(duì)對(duì)S-S3.4 3.4 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 指一條或數(shù)條多肽鏈上所有原子和基團(tuán)在三維空間上的排布，指一條或數(shù)條多肽鏈上所有原子和基團(tuán)在三維空間上的排布，即構(gòu)象即構(gòu)象（conformation）或空間結(jié)構(gòu)?；蚩臻g結(jié)構(gòu)。 構(gòu)象構(gòu)象由單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的各種立體結(jié)構(gòu)，而由單鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的各種立體結(jié)構(gòu)，而構(gòu)型構(gòu)型（configuration ）是通過(guò)改變共價(jià)鍵形成的結(jié)構(gòu)。是通過(guò)改變共價(jià)鍵形成的結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)由明顯的結(jié)構(gòu)層次。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)由明顯的結(jié)構(gòu)層次。 一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。（1 1）非共價(jià)

15、鍵）非共價(jià)鍵 氫鍵氫鍵 離子鍵離子鍵 范德瓦爾力范德瓦爾力 疏水作用疏水作用（2 2） S-SS-S鍵鍵 維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中重要的化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中重要的化學(xué)鍵3.4.1 3.4.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，但具有明顯的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，但具有明顯的結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈上的氨基酸排列順序）一級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈上的氨基酸排列順序）二級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈主鏈骨架的局部空間結(jié)構(gòu)）二級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈主鏈骨架的局部空間結(jié)構(gòu)）超二級(jí)結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)單位的集合體）超二級(jí)結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)單位的集合體）結(jié)構(gòu)域（多肽鏈上可以明顯區(qū)分的球狀區(qū)域）結(jié)構(gòu)域（多肽鏈上可以明顯區(qū)分的球狀區(qū)

16、域）三級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈上所有原子和基團(tuán)的空間排布）三級(jí)結(jié)構(gòu)（多肽鏈上所有原子和基團(tuán)的空間排布）四級(jí)結(jié)構(gòu)（由球狀亞基或分子締合而成的集合體）四級(jí)結(jié)構(gòu)（由球狀亞基或分子締合而成的集合體） 蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)層次3.4.2 3.4.2 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary structure）：指多肽鏈主鏈在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上）：指多肽鏈主鏈在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的盤旋或折疊，形成的周期性構(gòu)象，維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的力是氫鍵。進(jìn)一步的盤旋或折疊，形成的周期性構(gòu)象，維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的力是氫鍵。 二級(jí)結(jié)構(gòu)主要形式有：二級(jí)結(jié)構(gòu)主要形式有：-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)

17、角、無(wú)規(guī)卷曲 6 -螺旋（螺旋（ -helix）是在角蛋白中最常見的是在角蛋白中最常見的構(gòu)象，為右手螺旋。每構(gòu)象，為右手螺旋。每圈螺旋圈螺旋3.6個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基。側(cè)鏈基團(tuán)基。側(cè)鏈基團(tuán)R在螺旋在螺旋外側(cè)。主鏈內(nèi)部形成外側(cè)。主鏈內(nèi)部形成H-鍵，不涉及側(cè)鏈鍵，不涉及側(cè)鏈R。典型的典型的-螺旋是螺旋是3.613螺螺旋，一周螺旋旋，一周螺旋3.6個(gè)氨個(gè)氨基酸，跨越基酸，跨越13個(gè)原子個(gè)原子。6 -折疊（折疊（ -sheet）平平行行結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)反反平平行行結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)存在于絲心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比較伸展的構(gòu)象。主鏈之間存在于絲心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比較伸展的構(gòu)象。主鏈之間形成形

18、成H H鍵，側(cè)鏈基團(tuán)鍵，側(cè)鏈基團(tuán)R R交替地位于片層的上、下。交替地位于片層的上、下。6 -轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（ -turn）肽鏈肽鏈1800的回折的回折6 無(wú)規(guī)卷曲（無(wú)規(guī)卷曲（random coil）兩種主要類型的兩種主要類型的-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 指蛋白質(zhì)的肽鏈中沒有確指蛋白質(zhì)的肽鏈中沒有確定規(guī)律性的那部分肽段構(gòu)定規(guī)律性的那部分肽段構(gòu)象。象。 3.4.3 超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu) 超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)（super secondary structure）：在蛋白質(zhì)中經(jīng)常存在由若）：在蛋白質(zhì)中經(jīng)常存在由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元按一定規(guī)律組合在一起，形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元按一定規(guī)律組合在一起，形成有規(guī)

19、則的二級(jí)結(jié)構(gòu)集合體，超二級(jí)結(jié)構(gòu)又稱構(gòu)集合體，超二級(jí)結(jié)構(gòu)又稱基序或模體基序或模體（motif） 四種類型的超二級(jí)結(jié)構(gòu)四種類型的超二級(jí)結(jié)構(gòu)3.4.4 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域（domain）：在較大的蛋白質(zhì)分子里，多肽鏈的空間折疊常常）：在較大的蛋白質(zhì)分子里，多肽鏈的空間折疊常常形成兩個(gè)或多個(gè)近似球狀的三維實(shí)體形成兩個(gè)或多個(gè)近似球狀的三維實(shí)體,它們之間連接松散。它們之間連接松散。由由-折疊、折疊、 -螺旋形成的結(jié)構(gòu)域螺旋形成的結(jié)構(gòu)域 丙酮酸激酶丙酮酸激酶的一個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)結(jié)構(gòu)域域 免疫球蛋白免疫球蛋白的一個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)結(jié)構(gòu)域域 3.4.5 3.4.5 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertia

20、ry structure）：指一條多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)（超二）：指一條多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)（超二級(jí)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞、折疊而成的具有特定肽級(jí)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞、折疊而成的具有特定肽鏈走向的緊密球狀結(jié)構(gòu)鏈走向的緊密球狀結(jié)構(gòu), 或者說(shuō)三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中所有原子和或者說(shuō)三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中所有原子和基團(tuán)在三維空間的排布?；鶊F(tuán)在三維空間的排布。 肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)及其結(jié)合的血紅素亞基肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)及其結(jié)合的血紅素亞基三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠非三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠非共價(jià)相互作用共價(jià)相互作用氨基酸親水的基團(tuán)傾向于氨基酸親水的基團(tuán)傾向于分布在分子的表面，疏水分布在分子的表面，疏水的

21、基團(tuán)在分子的內(nèi)部。的基團(tuán)在分子的內(nèi)部。 3.4.6 3.4.6 四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary structure）：多個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈）：多個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（稱（稱亞基亞基，Subunit）的聚合?；蛘哒f(shuō)四級(jí)結(jié)構(gòu)指亞基的種類、數(shù)）的聚合。或者說(shuō)四級(jí)結(jié)構(gòu)指亞基的種類、數(shù)目及各個(gè)亞基在寡聚蛋白中的空間排布和亞基之間的相互作用。目及各個(gè)亞基在寡聚蛋白中的空間排布和亞基之間的相互作用。 血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠是疏水作四級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠是疏水作用力，另外還有離子鍵、氫鍵、范德用力，另外還有離子鍵、氫鍵、范德華引力等華引力等 。

22、 血紅蛋白由血紅蛋白由4 4個(gè)亞基組成（個(gè)亞基組成（22），每個(gè)亞基都與肌紅蛋白非常相似。每個(gè)亞基都與肌紅蛋白非常相似。4.4.多肽、蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系多肽、蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 4.1 4.1 一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 F 氨基酸組成變化改變其功能氨基酸組成變化改變其功能 Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu GlyCys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Arg GlySSSS牛催產(chǎn)素牛加壓素F 一級(jí)結(jié)構(gòu)改變引起分子病一級(jí)結(jié)構(gòu)改變引起分子病 基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的下基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的突變，導(dǎo)

23、致蛋白質(zhì)生物功能的下降或喪失，就會(huì)產(chǎn)生疾病，這種病稱為降或喪失，就會(huì)產(chǎn)生疾病，這種病稱為分子?。ǚ肿硬。╩olecular disease）。 最早從分子水平證最早從分子水平證明的先天性遺傳病明的先天性遺傳病鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥( (sickle-cell anemia) )。鐮刀形紅細(xì)胞鐮刀形紅細(xì)胞正常血細(xì)胞正常血細(xì)胞hemoglobin 6: GAA(Glu) - GTA(Val) F 分子進(jìn)化分子進(jìn)化 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c 是由是由104104個(gè)氨基酸組個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。成的蛋白質(zhì)。比較比較5050種不同的種不同的生物，發(fā)現(xiàn)由生物，發(fā)現(xiàn)由3535個(gè)是保守的。個(gè)是保守

24、的。凡與人類親緣關(guān)凡與人類親緣關(guān)系越遠(yuǎn)的生物，系越遠(yuǎn)的生物，其氨基酸順序與其氨基酸順序與人類的差異越大。人類的差異越大。從細(xì)胞色素從細(xì)胞色素c c的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化F 蛋白質(zhì)前體的激活蛋白質(zhì)前體的激活 一些蛋白質(zhì)或酶在一些蛋白質(zhì)或酶在細(xì)胞中首先合成細(xì)胞中首先合成(翻譯翻譯)的是其前體的是其前體,在成為有在成為有功能的蛋白質(zhì)或酶之功能的蛋白質(zhì)或酶之前需要激活前需要激活. 例如例如,胰島素胰島素(insulin ).的前體是胰島素原的前體是胰島素原(proinsulin),要在切除要在切除C肽之后才轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚噪闹蟛呸D(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘囊葝u素的胰島素胰島素原的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素原的一級(jí)結(jié)

25、構(gòu)4.2 4.2 高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 變性變性（denaturation）是指一些理化因素，如熱、光、機(jī)械力、）是指一些理化因素，如熱、光、機(jī)械力、酸堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、變性劑（如尿素等），破壞了維持酸堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、變性劑（如尿素等），破壞了維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的非共價(jià)作用力，使其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，結(jié)果導(dǎo)蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的非共價(jià)作用力，使其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，結(jié)果導(dǎo)致其生物活性的喪失。變性一般并不引起肽鍵的斷裂，但蛋白質(zhì)的致其生物活性的喪失。變性一般并不引起肽鍵的斷裂，但蛋白質(zhì)的溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。溶解度可能降

26、低，可能凝固和沉淀。 變性有時(shí)是可逆的。消除變性的因素，有些蛋白質(zhì)的生物活性可變性有時(shí)是可逆的。消除變性的因素，有些蛋白質(zhì)的生物活性可能得以恢復(fù)，稱為能得以恢復(fù)，稱為復(fù)性復(fù)性（renaturation）。）。核糖核酸酶核糖核酸酶RNase的變性與復(fù)性的變性與復(fù)性 蛋白質(zhì)的正確折疊與分子伴侶蛋白質(zhì)的正確折疊與分子伴侶 多肽鏈的特定空間結(jié)構(gòu)是其功能的保證。多肽鏈的特定空間結(jié)構(gòu)是其功能的保證。肽鏈的正確折疊或者亞基的裝配常常需要由一些蛋白質(zhì)，例如熱激肽鏈的正確折疊或者亞基的裝配常常需要由一些蛋白質(zhì)，例如熱激蛋白蛋白（Heat shock protein , Hsp）和某些酶的幫助，并且消耗和某些酶的

27、幫助，并且消耗ATPATP。但是，這樣的蛋白質(zhì)與酶并不加入到最終的折疊產(chǎn)物或裝配復(fù)合物但是，這樣的蛋白質(zhì)與酶并不加入到最終的折疊產(chǎn)物或裝配復(fù)合物中。它們被稱為中。它們被稱為分子伴侶分子伴侶（molecular chaperone）。 瘋牛病病牛的海綿樣腦組織瘋牛病病牛的海綿樣腦組織瘋牛病瘋牛病(BSE)可可能是由于朊蛋白能是由于朊蛋白（Pron protein，PrP）的錯(cuò)誤折疊引起的錯(cuò)誤折疊引起的的 蛋白質(zhì)的變構(gòu)與血紅蛋白的輸氧功能蛋白質(zhì)的變構(gòu)與血紅蛋白的輸氧功能 變構(gòu)作用變構(gòu)作用（Allosteric effect ）是指效應(yīng)劑（變構(gòu)劑）作用于多亞基是指效應(yīng)劑（變構(gòu)劑）作用于多亞基的蛋白質(zhì)

28、或酶的某個(gè)亞基后，導(dǎo)致其構(gòu)象改變，繼而引起其他亞基的蛋白質(zhì)或酶的某個(gè)亞基后，導(dǎo)致其構(gòu)象改變，繼而引起其他亞基構(gòu)象的改變，結(jié)果是蛋白質(zhì)或酶的生物活性的變化?？赡苁亲儤?gòu)激構(gòu)象的改變，結(jié)果是蛋白質(zhì)或酶的生物活性的變化?？赡苁亲儤?gòu)激活，也可能是變構(gòu)抑制?；睿部赡苁亲儤?gòu)抑制。血紅蛋白中的血紅蛋白中的4 4個(gè)亞基與氧分子的親和性不同。氧分子與血紅蛋白的個(gè)亞基與氧分子的親和性不同。氧分子與血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合后，引起其構(gòu)象發(fā)生改變，這種變化在亞基之間傳遞，一個(gè)亞基結(jié)合后，引起其構(gòu)象發(fā)生改變，這種變化在亞基之間傳遞，從而改變了其他亞基與氧的結(jié)合能力。（郵票模型）從而改變了其他亞基與氧的結(jié)合能力。（郵票模型）氧合可以引發(fā)維系血紅蛋白氧合可以引發(fā)維系血紅蛋白4個(gè)亞基的個(gè)亞基的8對(duì)離子鍵相繼斷開，從比較對(duì)離子鍵相繼斷開，從比較緊湊的緊湊的T構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^松弛