第一章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能-翟旭光 2009-2-18

1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第第1 1章章Structure and Function of Proteinn蛋白質(zhì)的生物學重要性分布廣：分布廣：含量高：含量高：占人體固體成分的占人體固體成分的 45%45%種類多：種類多：人體內(nèi)不下人體內(nèi)不下1010萬種萬種1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能生物催化劑（酶）生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)免疫保護免疫保護物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲運動與支持運動與支持細胞間信息傳遞細胞間信息傳遞3. 氧化供能氧化供能proteinprotein蛋白質(zhì)的分子組成The Molecula

2、r Component of Protein第一節(jié)第一節(jié)CHONPS氨基氨基酸酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)元素元素生生命命 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)的元素主要有C、H、O、N和 S。 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16。 蛋白質(zhì)平均含蛋白質(zhì)平均含N N量為量為1616, ,這是這是凱氏定凱氏定氮法氮法測蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：測蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)： 蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含N N量量6.256.25三聚氰胺三聚氰胺 66% 只有只有2020種喲！種喲！自然界有大約自然界有大約300多種多種氨基酸，但是，組成人氨基

3、酸，但是，組成人體蛋白的氨基酸體蛋白的氨基酸。蛋白質(zhì)的組成單位蛋白質(zhì)的組成單位 氨基酸氨基酸-CH3, -SH-COOH, -CH2OH-NH2, -CONH2氨基酸結(jié)構(gòu)通式氨基酸結(jié)構(gòu)通式COOHCNH2HR NHNL- -氨基酸氨基酸（除脯氨酸、甘氨酸）（除脯氨酸、甘氨酸）非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸 7種種 Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro極性中性氨基酸極性中性氨基酸 8種種 Ser、Thr、Tyr、Trp、Asn、Gln、Cys、Gly酸性氨基酸酸性氨基酸 2種種 Asp、Glu堿性氨基酸堿性氨基酸 3種種 Lys、Arg、His二、氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)

4、鏈結(jié)構(gòu)和理化性可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進行分類質(zhì)進行分類n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3請注意：AA的相同部分是的相同部分是 骨架骨架1R性質(zhì)與蛋白質(zhì)的構(gòu)象

5、有關(guān)性質(zhì)與蛋白質(zhì)的構(gòu)象有關(guān)2要求記住要求記住AA的縮寫符號的縮寫符號3三、氨基酸理化性質(zhì)三、氨基酸理化性質(zhì)（一）兩性解離及等電點（一）兩性解離及等電點pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離氨基酸的兼性離子子 陽離子陽離子陰離子陰離子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物酪氨酸和色氨

6、酸酪氨酸和色氨酸 280nm570nm可作為氨基酸定量分析方法可作為氨基酸定量分析方法分析溶液中蛋白質(zhì)含量分析溶液中蛋白質(zhì)含量氨基酸與茚三酮反應+3H20水合茚三酮水合茚三酮(無色無色)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)加熱加熱水合茚三酮水合茚三酮+ 2NH3 +還原性茚三酮還原性茚三酮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-COOHHHHO蛋白質(zhì)分子中氨基酸的連接方式

7、四四、肽鍵與肽、肽鍵與肽肽，肽鍵肽，肽鍵N-N-端端C-C-端端氨基酸殘基氨基酸殘基OHCN肽鍵肽鍵NHOOHHNONOOHNOOOHNOONOH 二肽、三肽、二肽、三肽、10肽肽;寡肽，多肽寡肽，多肽多肽鏈主鏈，側(cè)鏈多肽鏈主鏈，側(cè)鏈 氨基酸殘基氨基酸殘基 N端在左，端在左，C端在右，端在右，Ser-Val-Tyr-Asp-GlnNH2ONH2NH2ONH2NH3NHONH2ONH2+Cu2+銅銅雙縮脲絡合物雙縮脲絡合物顏色反應：雙縮脲反應顏色反應：雙縮脲反應n多肽或蛋白質(zhì)的含量可通過該法測定。多肽或蛋白質(zhì)的含量可通過該法測定。稀堿，加熱稀堿，加熱紫紅色紫紅色（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽

8、 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH過氧過氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ nGSH與與GSSG間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換 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)肽多肽類激素及神經(jīng)肽蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類 蛋白質(zhì)的形狀蛋白質(zhì)的形狀蛋白質(zhì)組成成分蛋白質(zhì)組成成分 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) 球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì) 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì) 膜蛋白膜蛋白整合蛋白整合蛋白外周蛋白外周蛋白錨定蛋白錨定蛋白色素、寡糖、色素、寡糖、脂、磷酸、

9、脂、磷酸、金屬金屬 蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的功能 活性蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì) 非活性蛋白質(zhì)非活性蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級高級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary s

10、tructurequariernaryquariernary structure structure超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 supersecondary supersecondary structure structureStructure Structure domandoman一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)123 n 定義：指蛋白質(zhì)中多肽鏈氨基酸殘基的排列順定義：指蛋白質(zhì)中多肽鏈氨基酸殘基的排列順序。序。 主要的化學鍵主要的化學鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。鍵。 意義：蛋白質(zhì)氨基酸順序的改變，不僅可能影意義：蛋白質(zhì)氨基酸順序的改變，不僅可能

11、影響蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，而且將可能影響其生物響蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，而且將可能影響其生物功能。功能。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能功能的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，但但不是不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素唯一因素。一級結(jié)構(gòu)測定一級結(jié)構(gòu)測定基本戰(zhàn)略基本戰(zhàn)略：片段重疊法：片段重疊法要點：要點：a a. . 測定蛋白質(zhì)的分子量及其氨基酸組分測定蛋白質(zhì)的分子量及其氨基酸組分 b.b. 測定肽鍵的測定肽鍵的N N末端和末端和C C末端末端 c.c. 應用兩種或兩種以上的肽鍵內(nèi)切酶分別在多肽鍵的應用兩種或兩種以上的肽鍵內(nèi)切酶分別在多肽鍵的專一位點上斷裂肽鍵，從而

12、得到一系列大小不等的肽段。專一位點上斷裂肽鍵，從而得到一系列大小不等的肽段。 d.d. 分離提純所產(chǎn)生的肽段，并分別測定它們的氨基酸分離提純所產(chǎn)生的肽段，并分別測定它們的氨基酸順序順序 e.e. 將這些肽段的順序進行跨切口重疊，進行比較分析將這些肽段的順序進行跨切口重疊，進行比較分析，推斷出蛋白質(zhì)分子的全部氨基酸序列。，推斷出蛋白質(zhì)分子的全部氨基酸序列。mRNAmRNADNADNADNADNA測序測序mRNAmRNA序列序列氨基酸序列氨基酸序列RT-PCRRT-PCR蛋白質(zhì)順序測定基本戰(zhàn)略蛋白質(zhì)順序測定基本戰(zhàn)略將肽段順序進行疊聯(lián)以確定完整的順序?qū)㈦亩雾樞蜻M行疊聯(lián)以確定完整的順序 將肽段分離并測

13、出順序?qū)㈦亩畏蛛x并測出順序?qū)Ｒ恍粤呀鈱Ｒ恍粤呀饽┒税被釡y定末端氨基酸測定二硫鍵拆開二硫鍵拆開純蛋白質(zhì)純蛋白質(zhì) 二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象定義：天然蛋白質(zhì)在一級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上折疊、盤曲成各自特定定義：天然蛋白質(zhì)在一級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上折疊、盤曲成各自特定 的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。意義：決定了蛋白質(zhì)的分子形狀、理化性質(zhì)和生物學活性。意義：決定了蛋白質(zhì)的分子形狀、理化性質(zhì)和生物學活性。分類：主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象。分類：主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象。維系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力維系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力氫鍵氫鍵范德華力范德華力疏水鍵疏水鍵離子鍵離子鍵二硫鍵二硫鍵 共價鍵共價鍵（一）、（一）、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)

14、二級結(jié)構(gòu)n主要的化學鍵主要的化學鍵：氫鍵氫鍵 蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間蛋白質(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空結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象n定義定義: : 肽平面內(nèi)各個健的健長和健角肽平面內(nèi)各個健的健長和健角肽健肽健圍繞肽鍵圍繞肽鍵C原子和原子和N原子的三個鍵角之和均為原子的三個鍵角之和均為360。，說明肽鍵及其相連的四個原子共處一個平面說明肽鍵及其相連的四個原子共處一個平面肽鍵的肽鍵的C-NC-N鍵長，比單鍵短，比雙鍵長，鍵長，比單鍵短，比雙鍵長，具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋

15、轉(zhuǎn)。具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽單元肽單元/肽鍵平面肽鍵平面ONHOCRNH2COOHCCCCCCOHHNNHHHHRRR肽鏈的主鏈原子中肽鏈的主鏈原子中CC和和CN之間的單鍵可以旋轉(zhuǎn)，之間的單鍵可以旋轉(zhuǎn)，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個肽鍵平面的相對關(guān)系。肽鍵平面的此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個肽鍵平面的相對關(guān)系。肽鍵平面的相對旋轉(zhuǎn)，使主鏈可以多種構(gòu)象出現(xiàn)。相對旋轉(zhuǎn)，使主鏈可以多種構(gòu)象出現(xiàn)。1. 肽單元肽單元參與肽鍵的參與肽鍵的6個原子個原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同構(gòu)型，此同一平面上的

16、一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的個原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 (random coil) 2.2.蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式n蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)n - -螺旋螺旋右手螺旋右手螺旋側(cè)鏈向外側(cè)鏈向外3.63.6個個AaAa0.54nm0.54nm氫鍵：氫鍵：亞氨基氫與第四亞氨基氫與第四個肽鍵的羰基氧；個肽鍵的羰基氧；方向與中心軸基本平行方向與中心軸基本平行酸性、堿性氨基酸酸性、堿性氨基酸側(cè)鏈的大

17、小側(cè)鏈的大小脯氨酸、甘氨酸脯氨酸、甘氨酸影響影響（4條條-螺旋螺旋） 原纖維原纖維 微原纖維（微原纖維（11條條-螺旋）螺旋）巨原纖維巨原纖維紡錘體型紡錘體型皮質(zhì)細胞皮質(zhì)細胞角質(zhì)膜角質(zhì)膜皮質(zhì)皮質(zhì)髓質(zhì)髓質(zhì)頭發(fā)頭發(fā)CHNCCCCNNNNHHHHOOOOO 鋸齒狀鋸齒狀 側(cè)鏈位于上下方側(cè)鏈位于上下方 順向平行，反向平行順向平行，反向平行 氫鍵氫鍵 - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)大量大量Gly、Ala、Ser-折疊結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu)-折疊結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu) 蠶絲的主要成分是絲心蛋白，而絲心蛋白的主蠶絲的主要成分是絲心蛋白，而絲心蛋白的主要二級結(jié)構(gòu)是反平行排列的要二級結(jié)構(gòu)是反平行排列的 -折

18、疊。折疊。 - -轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在在 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性沒有確定規(guī)律性的那部的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。分肽鏈結(jié)構(gòu)。3.3.模體模體二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間空間上相互接近上相互接近，形成一個有，形成一個有特殊功能特殊功能的空間構(gòu)象的空間構(gòu)象，稱為，稱為模體模體。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)（二）、（二）、在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進一步在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進一步折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、

19、氫鍵、疏水鍵、離子鍵、氫鍵、 Van der Waals力和力和二硫鍵等。二硫鍵等。n主要的化學鍵主要的化學鍵:整條肽鏈中整條肽鏈中全部氨基酸殘基全部氨基酸殘基的相對空間位置。的相對空間位置。即肽鏈中即肽鏈中所有原子所有原子在三維空間的排布位置。在三維空間的排布位置。n1.定義定義: 疏水疏水 相互作用相互作用靜電相互作用靜電相互作用金屬離子金屬離子配位作用配位作用折疊折疊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鏈間鏈間氫健氫健螺旋螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)鏈內(nèi)氫健氫健二硫健二硫健側(cè)鏈側(cè)鏈之間之間氫健氫健穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的主要作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的主要作用力4. 鯨魚肌紅蛋白的鯨魚肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)一簇八三級結(jié)構(gòu)一簇八個個 -螺

20、旋是由組螺旋是由組成的。成的。2. 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域是三級結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)是三級結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個結(jié)構(gòu)較為分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域 ( (domain) ) 。卵溶菌酶的三級結(jié)構(gòu)中的兩個結(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23.3.分子伴侶分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊參與蛋白質(zhì)折疊分子伴侶分子伴侶(chaperon):一類在一類在序列上沒有相關(guān)性序列上沒有相關(guān)性但有但有共同功能共同功能的蛋白質(zhì)，它們在細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，它們在細胞內(nèi)幫助

21、幫助其他含其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與，而且在組裝完畢后與之分離，之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時的組份不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時的組份伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用（三）、（三）、含有二條以上多肽鏈的蛋含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，但不包括亞基內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)。互作用，但不包括亞基內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)。具有獨立三級具有獨立三級 結(jié)構(gòu)的多肽鏈。結(jié)構(gòu)的多肽鏈。維系因素：維系因素： 氫鍵、疏水鍵和離子鍵等非共價鍵。氫鍵

22、、疏水鍵和離子鍵等非共價鍵。血紅蛋白的血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)l一級氨酸串為鏈 l二級肽鏈有折卷l 三級盤曲更復雜l 四級多鏈合成團蛋白質(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The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)三三 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)系一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)！一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)！高級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的活性！高級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的活性！（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的牛核

23、糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)一級結(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)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性（二）一級結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)（二）一級結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)1. 一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能如：胰島素如：胰島素 細胞色素細胞色素2.一級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位的氨基酸序列改變可引起蛋白質(zhì)功一級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位的氨基酸序列改變可引起蛋白質(zhì)功能的異常能的異常n例：鐮刀形紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血 -亞基亞基 -亞基亞基血紅蛋白血紅蛋白（ 2 2 ）親水的谷氨酸親

24、水的谷氨酸疏水的纈氨酸疏水的纈氨酸6正常正常Hb(水溶性水溶性)異常異常Hb(聚集成絲聚集成絲)正常人正常人鐮刀形紅細胞貧血鐮刀形紅細胞貧血(血紅蛋白-鏈)紅細胞形狀改變，相互紅細胞形狀改變，相互粘結(jié)，脆性增加。粘結(jié)，脆性增加。氧結(jié)合能力大大降低氧結(jié)合能力大大降低溶血性貧血溶血性貧血一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)激活：胰島素原一級結(jié)構(gòu)與激活過程胰島素原一級結(jié)構(gòu)與激活過程（一）蛋白質(zhì)變性（一）蛋白質(zhì)變性(denaturation)n變性的本質(zhì)變性的本質(zhì): : 破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。P 20 在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象被

25、破壞，導致在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象被破壞，導致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。主要表現(xiàn)主要表現(xiàn)：生物活性的喪失：生物活性的喪失結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的破壞：蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的破壞變性因素變性因素：非共價鍵和二硫鍵破壞：非共價鍵和二硫鍵破壞二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)變性后蛋白質(zhì)變性后：易被蛋白酶水解：易被蛋白酶水解 易發(fā)生沉淀易發(fā)生沉淀 黏度增加及吸收光譜改變黏度增加及吸收光譜改變應用應用: 消毒和滅菌消毒和滅菌, 煮雞蛋煮雞蛋 酶、抗體、疫苗的保存運輸酶、抗

26、體、疫苗的保存運輸復性復性(renaturation)去除變性因素后，變性蛋白質(zhì)可恢復或部分恢去除變性因素后，變性蛋白質(zhì)可恢復或部分恢復其原有的空間結(jié)構(gòu)與功能稱為復性。復其原有的空間結(jié)構(gòu)與功能稱為復性。燙發(fā)實際上是一個生物化學過程燙發(fā)實際上是一個生物化學過程還原還原做卷做卷氧化氧化（二（二 ）蛋白質(zhì)的變構(gòu)作用蛋白質(zhì)與它的配體結(jié)合后，蛋白質(zhì)與它的配體結(jié)合后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變變，從而，從而調(diào)節(jié)了蛋白質(zhì)的生物學功能調(diào)節(jié)了蛋白質(zhì)的生物學功能，使它，使它更適合于功能的需要，這一類的變化稱為更適合于功能的需要，這一類的變化稱為變變構(gòu)效應或別構(gòu)效應構(gòu)效應或別構(gòu)效應（allosteric eff

27、ect）蛋蛋白白蛋蛋白白變構(gòu)效應劑變構(gòu)效應劑血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) 血紅蛋白運氧的分子機制血紅蛋白運氧的分子機制血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)4. 11.2 血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線不同血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線不同 血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白肺肺組織組織肌紅肌紅蛋白蛋白 血紅蛋白血紅蛋白氧合曲線為氧合曲線為 S 形形 肌紅蛋白肌紅蛋白氧合曲線為氧合曲線為雙曲線形雙曲線形結(jié)合氧的部位結(jié)合氧的部位血紅素輔基血紅素輔基第第5個部位來個部位來自蛋白的第自蛋白的第93位位His血紅素中血紅素中Fe的配位的配位不結(jié)合氧時，不結(jié)合氧時，F(xiàn)e突出平面突出平面結(jié)合氧時，結(jié)合氧時，F(xiàn)e被拉回平面

28、被拉回平面 肺肺 部部 需氧組織需氧組織氧氧 分分 壓壓 高高 低低亞基狀態(tài)亞基狀態(tài) T R R T功功 能能 結(jié)合氧結(jié)合氧 釋放氧釋放氧血紅蛋白分子血紅蛋白分子T T（緊張態(tài)）和（緊張態(tài)）和R R（松弛態(tài)）兩種構(gòu)象上的互（松弛態(tài)）兩種構(gòu)象上的互變，引起結(jié)合變，引起結(jié)合O O2 2和釋放和釋放O O2 2的變化，從而完成了運的變化，從而完成了運O O2 2的功能的功能血紅蛋白運氧的分子機制血紅蛋白運氧的分子機制血紅蛋白運氧的分子機制血紅蛋白運氧的分子機制協(xié)同效應協(xié)同效應：一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體：一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體 中另一亞基與配體的結(jié)合能力。中另一亞基與配體

29、的結(jié)合能力。正協(xié)同效應正協(xié)同效應：促進結(jié)合：促進結(jié)合負協(xié)同效應負協(xié)同效應：抑制作用：抑制作用HbHb的協(xié)同效應的協(xié)同效應（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)錯誤，盡管其一級結(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，嚴重時可導象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生。這類疾病包括這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒

30、蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc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PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病n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)象改變正常的正常的PrionPrion蛋白蛋白含有大量的含有大量的螺旋螺旋病變的病變的PrionPrion蛋白蛋白含有更多的含有更多的折疊折疊第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及應用蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及應用一

31、、一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)n蛋白質(zhì)的等電點蛋白質(zhì)的等電點( isoelectric point, pI)pHpICOO-NH2二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，其分子的直蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，其分子的直徑可達徑可達1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。，為膠粒范圍之內(nèi)。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜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:+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負電荷的蛋白質(zhì)帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(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)帶負電荷的蛋白質(zhì)帶負電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋

32、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n三、蛋白質(zhì)沉淀三、蛋白質(zhì)沉淀鹽析鹽析 中性鹽中性鹽有機溶劑有機溶劑重金屬鹽重金屬鹽 pHpIpHpI生物堿試劑生物堿試劑 pHpIpHpI變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。淀，但并不變性。 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。 n蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagu

33、lation)五、蛋白質(zhì)呈色反應五、蛋白質(zhì)呈色反應1. 茚三酮反應茚三酮反應 -氨基氨基2. 雙縮脲反應雙縮脲反應 肽鍵肽鍵四、蛋白質(zhì)的四、蛋白質(zhì)的紫外吸收紫外吸收酪氨酸和色氨酸酪氨酸和色氨酸280nmOD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。應用蛋白質(zhì)呈色反應可測定蛋白質(zhì)溶液含量應用蛋白質(zhì)呈色反應可測定蛋白質(zhì)溶液含量1. Folin-酚試劑反應酚試劑反應 酚羥基酚羥基 透析和超濾透析和超濾丙酮沉淀、鹽析丙酮沉淀、鹽析層析層析離心離心電泳電泳六、六、 蛋白質(zhì)的分離純化蛋白質(zhì)的分離純化一）、一）、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中透析及超濾法可

34、去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物的小分子化合物應用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一應用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。的目的。n透析透析(dialysis)n超濾法超濾法利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法物分開的方法。二）、丙酮沉淀、鹽析二）、丙酮沉淀、鹽析使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時，時，必須在必須在04低溫下進行，丙酮低溫下進行，丙酮用量一般用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以外，也可

35、用乙醇沉淀。后，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。 鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和表面電荷被中和以及以及水化膜被破壞水化膜被破壞，導致蛋白質(zhì)沉淀。，導致蛋白質(zhì)沉淀。 免疫沉淀法：免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白抗體識別相應的抗原蛋白，并形成并形成抗原抗體復合物抗原抗體復合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得

36、抗原蛋白。分離獲得抗原蛋白。 三）、利用荷電性質(zhì)可用電泳法三）、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分離將蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pIpI的溶液中為帶電的的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù)術(shù), , 稱為稱為電泳電泳(elctrophoresis) 。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。電泳等。 瓊脂糖凝膠電泳瓊脂糖凝膠電泳SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳等電聚焦電泳

37、等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)通過蛋白質(zhì)等電點等電點的差異而分離蛋的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。白質(zhì)的電泳方法。雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學研究的重要技術(shù)。是蛋白質(zhì)組學研究的重要技術(shù)。n幾種重要的蛋白質(zhì)電泳幾種重要的蛋白質(zhì)電泳:四）、四）、層析層析被分離物質(zhì)的被分離物質(zhì)的物理、化學及生物學特性物理、化學及生物學特性不同，使不同，使被分離物質(zhì)在某種基質(zhì)中被分離物質(zhì)在某種基質(zhì)中移動速度不同移動速度不同而進行分離的而進行分離的方法。方法。n層析層析離子交換層析：離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進行分離。性質(zhì)不同進行分離。凝膠層析凝膠層析，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。離。n蛋白質(zhì)分離常用的層析方法蛋白質(zhì)分離常用的層析方法五）、五）、離心離心 蛋白質(zhì)在離心場中的行為用蛋白質(zhì)在離心場中的行為用沉降系數(shù)沉降系數(shù)(sediment