生物化學緒論

Biochemistry生物化學緒論Biochemistry:Neuberg,1903Chemistryoflife運用化學和物理學及生物學原理和技術，主要是化學原理來研究生命現(xiàn)象的學科。生物化學研究的最終目的是在分子水平揭示生命活動的本質，以及致病機制和治療原理。生物化學的內容1.敘述生化：組成與結構2.動態(tài)生化：代謝與調控3.功能生化：結構與功能參考書NelsonDL,LehningerPrinciplesofBiochemistryStryerL.,BiochemistryVoetandVoet,BiochemistrySimmonsWH,PrinciplesofMedicalBiochemistryHarper’sBiochemistry氨基酸第一章AminoAcids蛋白質的基本結構單體是氨基酸核酸的基本結構單體是核苷酸生物大分子蛋白質、核酸都是由基本結構單位組成的多聚體（polymer）；可形成聚合體的基本結構單位稱為單體（monomer）。氨基酸的結構與功能TheStructureandFunctionofAminoAcids一、構成人體蛋白質氨基酸均為L--氨基酸雖然存在于自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬L-

-氨基酸（除甘氨酸外）。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R氨基酸分類按R-基團結構分按R-基團極性分中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸(1)側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸的側鏈結構決定其功能包括丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和脯氨酸。此類氨基酸在水溶液中溶解度小。（一）氨基酸的差異在于側鏈結構-R基團(2)中性氨基酸有甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。(3)側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸此類氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其側鏈分別有苯基、酚基和吲哚基。TrpTyr(4)側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸此類氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其側鏈都含有羧基，均可解離而帶負電荷。(5)側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸此類氨基酸有賴氨酸、精氨酸和組氨酸，其側鏈分別含有氨基、胍基和咪唑基，均可發(fā)生質子化，使之帶正電荷。氨基酸分類（五）幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH（二）-R基團賦予氨基酸不同的極性蛋白質中的L--氨基酸依據極性的分類類別主要氨基酸非極性脂肪族氨基酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基酸苯丙氨酸亞氨基酸脯氨酸極性中性氨基酸甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸重要的L--氨基酸的主要功能特點名稱結構與功能特點半胱氨酸氧化狀態(tài)下，多肽鏈中不相鄰的兩個半胱氨酸通過二硫鍵相連，增強蛋白質結構的穩(wěn)定性；巰基易與重金屬離子結合天冬氨酸、谷氨酸攜帶強負電荷，常位于水溶性蛋白的表面；可結合帶正電荷的分子或金屬離子苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸側鏈結構大且極性較弱或無極性，常位于水溶性蛋白的內部甘氨酸是唯一不存在不對稱立體結構的氨基酸，有較大的旋轉自由度，賦予多肽鏈更多的柔性；是最小的氨基酸，能夠存在于空間致密的蛋白質中，如膠原組氨酸咪唑基團容易發(fā)生質子化，進而影響其所在的蛋白質構象，因此是許多蛋白質功能的調節(jié)機制異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸均含有較大的疏水側鏈，其剛性結構特征及疏水相互作用都對蛋白折疊有重要的影響力，常作為水溶性蛋白的內部支撐結構賴氨酸、精氨酸有帶正電荷的柔性側鏈，常作為蛋白的親水表面，且易于結合帶有負電荷的其他分子，如DNA甲硫氨酸是多肽鏈生物合成的起始氨基酸；參與體內含硫化合物代謝及甲基化反應脯氨酸N原子在雜環(huán)中移動的自由度受到限制，常位于多肽鏈的轉角處絲氨酸、蘇氨酸側鏈短，所含羥基常作為酶反應中的供氫體；親水性強，位于水溶性蛋白表面（三）氨基酸-R基團直接影響多肽鏈結構（四）氨基酸的側鏈可有其他化學基團修飾體內常見的蛋白質翻譯后發(fā)生化學修飾的氨基酸殘基常見的化學修飾種類發(fā)生修飾的主要氨基酸殘基磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化絲氨酸、蘇氨酸羥基化脯氨酸賴氨酸甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙?；嚢彼帷⒔z氨酸硒化半胱氨酸三、氨基酸及其衍生物具有除形成多肽鏈外的多種重要功能組成蛋白質的氨基酸的其他功能及重要衍生物舉例氨基酸名稱重要功能及衍生物甘氨酸神經遞質；參加體內嘌呤類、卟啉類和肌酸的合成谷氨酸神經遞質；其-脫羧產物γ-氨基丁酸亦是重要的神經遞質色氨酸轉化生成重要的神經遞質5–羥色胺精氨酸產生重要的信號物質一氧化氮（NO）；參加合成尿素的鳥氨酸循環(huán)甲硫氨酸為體內的毒物或藥物甲基化代謝提供甲基，起到解毒的作用天冬氨酸神經遞質；三羧酸循環(huán)中的重要成分；參加合成尿素的鳥氨酸循環(huán)酪氨酸黑色素組氨酸脫羧形成的組胺具有血管舒張作用，并參與多種變態(tài)反應非蛋白質組成氨基酸及其衍生物功能舉例氨基酸名稱功能瓜氨酸、鳥氨酸參加體內尿素合成同型半胱氨酸轉甲基作用的產物β-丙氨酸泛酸（一種維生素）的成分之一L-肉毒堿化學結構為L-β-羥--三甲胺丁酸，參加脂質轉運四、氨基酸的理化性質是其分離和鑒定的依據（一）氨基酸具有兩性離子特征由于所有氨基酸都含有可解離的-氨基和-羧基，因此，氨基酸溶解在水中是一種偶極離子（dipolarion），又稱兩性離子（zwitterion）。其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。等電點(isoelectricpoint,pI)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子氨基酸具有特征性的滴定曲線甘氨酸滴定曲線+NH3CH2COO-NH2CH2COO-+NH3CH2COOH+NH3CH2COO-（二）氨基酸的化學反應特性決定其體內功能

一個氨基酸的羧基可與另一個氨基酸的氨基反應成肽，形成共價的肽鍵。通過連續(xù)的肽鍵，許多氨基酸即可聚合成多肽或蛋白質分子-氨基參與體內多種化學反應。氨基酸的-氨基能與醛類化合物生成弱堿，稱為Schiff堿，這是體內氨基酸轉氨基作用的中間代謝物體內氨基酸化學反應（三）可利用氨基酸理化特性對其進行定性定量分析氨基酸與茚三酮試劑發(fā)生呈色反應氨基酸與2，4-二硝基氟苯反應生成二硝基苯基氨基酸氨基酸與亞硝酸反應生成氮氣含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質薄層層析是鑒定氨基酸及其修飾的經典方法含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（四）氨基酸定量定性分析已進入自動化時代隨著毛細管電泳（capillaryelectrophoresis，CE；液相層析（liquidchromatography,LC）自動化及質譜（massspectrometry，MS）技術的發(fā)展，目前氨基酸的檢測分析可以在自動分析儀器中快速完成。多肽與蛋白質第二章PeptidesandProteins

1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結晶。19世紀末，F(xiàn)ischer證明蛋白質是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽

。1938年，德國化學家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一詞來描述蛋白質。

1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質的二級結構——α-螺旋(α-helix)。

1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結構。20世紀90年代以后，后基因組計劃。什么是蛋白質?蛋白質（protein）是由許多氨基酸（aminoacids）通過肽鍵（peptidebond）相連形成的高分子含氮化合物。分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，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80％。蛋白質的生物學重要性1.蛋白質是生物體重要組成成分1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調節(jié)作用3）免疫保護作用4）物質的轉運和存儲5）運動與支持作用6）參與細胞間信息傳遞2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧化供能肽和蛋白質的一級結構第一節(jié)PrimaryStructureofPeptidesandProteins

（一）氨基酸通過肽鍵相連形成肽/蛋白質、肽和蛋白質是由氨基酸組成的多聚體肽鍵是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。氨基酸通過肽鍵(peptidebond)

相互連接而形成多肽和蛋白質。肽/蛋白質分子中的氨基酸通過脫水生成的共價鍵被稱為肽鍵(peptidebond)，肽鍵是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵的性質。*一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。

*二肽通過肽鍵與另一分子氨基酸縮合生成三肽

……*一般來說，由數個、十數個氨基酸組成的肽習慣稱為寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸組成的肽稱為多肽（polypeptide）。通常，多肽分子質量<10kD；而蛋白質則是由一條或多條肽鏈組成的更大分子，但兩者經常通用。

肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。

氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有游離氨基的一端稱氨基末端(aminoterminal)或N-端。羧基末端（carboxylterminal）或C末端：多肽鏈中有游離羧基的一端稱為羧基末端(carboxylterminal)或C-端。

多肽鏈具有方向性：多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。N末端C末端牛核糖核酸酶+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽是根據由N-端至C-端參與其組成的氨基酸殘基命名的

（二）體內存在多種重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是體內重要的還原劑

谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH還原酶NADPH+H+NADP+2.體內有許多激素屬寡肽或多肽3.神經肽是腦內一類重要的肽

在神經傳導過程中起重要作用的肽類稱為神經肽(neuropeptide)。較早發(fā)現(xiàn)的有腦啡肽(5肽)、β-內啡肽(31肽)和強啡肽(17肽)等。近年發(fā)現(xiàn)的孤啡肽(17肽)，其一級結構類似于強啡肽。組成蛋白質的元素：主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘

。二、蛋白質的分子組成和結構極其復雜

各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數×6.25×1001/16%蛋白質元素組成的特點：(一)蛋白質的分子組成與結構特征是其分類的基礎1.蛋白質根據分子組成分為單純蛋白質和結合蛋白質兩類：單純蛋白質（simpleprotein）結合蛋白質=蛋白質部分+非蛋白質部分（conjugatedprotein）輔基（prostheticgroup）分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核酸核糖體磷蛋白磷酸基團酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細胞色素c黃素蛋白黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶金屬蛋白鐵鐵蛋白鋅乙醇脫氫酶鈣鈣調蛋白錳丙酮酸羧化酶銅細胞色素氧化酶結合蛋白質及其輔基3.蛋白質根據其形狀分為纖維狀蛋白質和球狀蛋白質兩類

，可分為：纖維狀蛋白質球狀蛋白質2.蛋白質根據結構特點進行分類

，可分為：超家族（superfamily）家族（family）亞家族（subfamily）(二)蛋白質分子結構可區(qū)分為4個層次高級結構或空間構象(conformation)一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)三、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質的一級結構肽鍵（主要化學鍵）二硫鍵蛋白質一級結構(primarystructure)是指蛋白質分子中，從N端到C端的氨基酸排列順序。形成一級結構的化學鍵：O-C-N-0.132nmH-C=N-0.127nm-C-N-0.149nmCN鍵長比較:肽鍵性質：1，剛性，不可旋轉2，反式排列3，處于同一平面上，與前后-C構成肽單元

牛胰島素的空間結構二硫鍵四、蛋白質一級結構比對可用于同源蛋白質分析蛋白質一級結構（氨基酸序列）比對常被用來預測蛋白質之間結構與功能的相似性。序列比對方法（sequence-comparisonmethod）關鍵在于將2個序列準確地對齊，使之達到相同序列最大化，插入或刪除序列最小化的目的，然后計算相同的氨基酸數。同源蛋白質僅指同一基因進化而來的蛋白質。

序列相似但非進化相關的2個蛋白質的序列，常被稱為相似（analogy）序列。一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素。？

第二節(jié)

肽、蛋白質的高級結構ThreeDimentionalStructureofPeptidesandProteins蛋白質的二級結構(secondarystructure)是指組成蛋白質的肽鏈的主鏈的空間結構，也就是肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，不涉及氨基酸殘基側鏈的構象。一、多肽鏈中的局部特殊構象是蛋白質

的二級結構

肽鏈主鏈骨架原子包括N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3個原子依次重復排列。

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)Ω-環(huán)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質二級結構的主要形式：維系二級結構的主要化學鍵：氫鍵（一）肽鍵是一個剛性的平面參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同一平面上的6個原子構成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（二）-螺旋是常見的蛋白質二級結構α-螺旋結構要點連續(xù)排列的肽單元平面旋轉形成面螺旋右手螺旋酰胺平面與螺旋的長軸平行一個AA0.15nm,每3.6個為一圈(0.54nm)螺旋借助相鄰兩圈之-NHCO-穩(wěn)定AA的側鏈伸向螺旋外側AA的大小和電荷可以影響螺旋的形成α-螺旋常位于蛋白質分子表面，親水性較好存在兩性螺旋存在于血漿脂蛋白、多肽激素、蛋白激酶、肌紅蛋白、血紅蛋白等球狀蛋白中毛發(fā)中的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、纖維蛋白幾乎都是（三）-折疊使多肽鏈形成片層結構β-折疊較為伸展,酰胺平面以鋸齒狀排列兩個片段可以是平行或反平行AA間距平行0.65nm

反平行0.70nm只有片段間氫鍵,無片段內氫鍵AA的側鏈伸向鋸齒狀結構的外側小側鏈的AA有利于β-折疊的生成蠶絲蛋白都是β-折疊（四）-轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在-轉角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。（五）模體是蛋白質的超二級結構在許多蛋白質分子中，由幾個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近、相互作用，所形成的折疊模樣，稱為超二級結構（supersecondarystructure），又稱折疊（fold）或模體（motif）。模體(motif)：數個至數十個AA組成的具有自身相對獨立構象和功能的小區(qū)域，模體可構成結構域，也可獨立存在。細胞色素C的αα結構細胞核抗原的βαβ結構

纖溶酶原的ββ結構超二級結構形式有3種：αα，βαβ，ββ

鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體

鋅指結構(zincfinger)α-螺旋-β轉角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉角-鏈模體鏈-β轉角-α-螺旋-β轉角-鏈模體模體常見的形式鋅指結構zincfingerDNA結合蛋白β折疊-β折疊-α-螺旋模體（六）氨基酸殘基的側鏈可影響二級結構的形成蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應的二級結構。這是氨基酸殘基的側鏈的相互作用可穩(wěn)定或去穩(wěn)定相應的二級結構的原因。一段肽鏈有多個谷氨酸或天冬氨酸殘基相鄰，則在pH7.0時，這些殘基的游離羧基都帶負電荷，彼此相斥，妨礙α-螺旋的形成。同樣，多個堿性氨基酸殘基在一肽段內，由于正電荷相斥，也妨礙α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的側鏈很大，也會影響α-螺旋形成。脯氨酸的結構不利于形成α-螺旋。形成β-折疊的肽段要求氨基酸殘基的側鏈較小，才能容許兩條肽段彼此靠近。電性：同性相斥R性質：立體障礙Pro：亞氨基無氫，環(huán)改變走向二、多肽鏈在二級結構基礎上進一步折疊形成蛋白質三級結構蛋白質的三級結構(tertiarystructure)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置，包括一級結構中相距甚遠的肽段的空間位置關系。（一）三級結構是指整條多肽鏈的空間分布

肌紅蛋白(Mb)myoglobin153AA1HemeA~H八段α-螺旋無-S-S-鍵功能：儲存O2(二)

維持三級結構穩(wěn)定主要依靠非共價鍵蛋白質三級結構的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱非共價鍵、次級鍵，主要有氫鍵、范德華力（VanderWaalsforce）、疏水作用（hydrophobicinteractin）和鹽鍵（saltingbond）（又稱離子鍵）等。a纖連蛋白分子的結構域（三）三級結構可含有功能各異的結構域在二級結構或超二級結構的基礎上，多肽鏈可形成在三級結構層次上的局部折疊區(qū)，稱為結構域(domain)。

（四）根據結構域可對蛋白質進行分類：根據結構域可將球狀蛋白質分為4類：反平行α螺旋結構域（全α-結構）平行或混合型β折疊片結構域（α，β-結構）反平行β折疊片結構域(全β-結構)富含金屬或二硫鍵結構域（不規(guī)則小蛋白質結構）A.全α-結構域B.平行或混合型β折疊片結構域C.全β-結構域D.富含二硫鍵結構域結構域(domain)3-磷酸甘油醛脫氫酶NAD+3-磷酸甘油醛（五）分子伴侶參與蛋白質的折疊分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構。*分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。*分子伴侶在蛋白質分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。目前已知參與蛋白質折疊的分子伴侶可分為3類：熱激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆轉變性或聚集的蛋白質。伴侶蛋白(chaperonin)：伴侶蛋白普遍存在于細菌、線粒體、葉綠體和真核生物，主要有2個家族：Hsp60（在大腸桿菌中又稱為GroEL）和Hsp10。

核質蛋白(nucleoplasmin)

：是一種主要的細胞核可溶性蛋白質,在真核生物的生殖細胞及體細胞中廣泛存在,體外研究表明,它與核小體裝配及受精后精子染色質的解聚及魚精蛋白的替代有關。伴侶蛋白在蛋白質折疊中的作用各亞基間的結合力主要是氫鍵和離子鍵。

三、多亞基的蛋白質具有四級結構形式蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質的四級結構。體內有許多蛋白質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結構，稱為蛋白質的亞基(subunit)。（一）具有四級結構形式的蛋白質由多亞基組成血紅蛋白的四級結構（二）亞基通過亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由2個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子結構相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結構不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。（三）生物體內有很多由多亞基組成的蛋白質生物體內許多蛋白質往往由多個亞基組成，亞基之間憑借次級鍵形成蛋白質四級結構。胰島素受體：由4個亞基組成(α2β2)，α亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個單體形成二聚體(dimer)。

血紅蛋白的一、二、三、四級結構一級結構：相鄰AA間的共價結合二級結構：短距離AA之間的非共價連接三級結構：遠距離AA之間的非共價連接四級結構：多亞基之間的非共價連接含有二條以上多肽鏈的蛋白質一定具有四級結構。只有一條多肽鏈的蛋白質肯定沒有四級結構。多分子聚合物不屬于四級結構蛋白質結構與功能的關系StructureandFunctionofProteins第三節(jié)（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構是高級結構與功能的基礎牛核糖核酸酶的一級結構二硫鍵

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性（二）一級結構相似的蛋白質具有相似的高級結構與功能────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A8A9A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

牛AlaSerValAla

豬ThrSerIleAla

羊AlaGlyValAla

馬ThrGlyIleAla

狗ThrSerIleAla────────────────────────促腎上腺皮質激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進皮下黑色素生成，但作用較弱。(三)氨基酸序列提供重要的生物化學信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質如細胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間的關系。（四）重要蛋白質氨基酸序列的改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。A.正常的血細胞，血紅蛋白肽鏈中的第六個氨基酸是谷氨酸；B.鐮形細胞，其血紅蛋白的第六個氨基酸是纈氨酸第6個Glu位于亞基螺旋A，變成Val后形成了黏性位點“sticky”，正好位于蛋白質的表面。-亞基有一個與此“sticky”互補的位點，位于螺旋E/Floop之間。正電荷的Glu變成了疏水性的Valααααααααααααβ1β2β1β2β1β2β1β2β2β1β2β1EFloopVal621ααHbs互相黏在一起形成纖維狀沉淀，扭曲并刺破紅細胞。鐮狀紅細胞可被困在小血管，既阻止氧氣被運送到組織，又會導致嚴重的疼痛并傷害、損傷器官（如肝，腎，肺，心臟和脾臟）。嚴重情況下可能會導致死亡。HbS紅血細胞的壽命不如正常紅細胞，很易破壞，導致慢性貧血的發(fā)生。AllnormalcellsSickledcellspresent1.肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基

二、蛋白質空間結構表現(xiàn)功能血紅素結構(一)血紅蛋白構象改變引起功能變化肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個只有三級結構的單鏈蛋白質，有8段α-螺旋結構。血紅素分子中的兩個丙酸側鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結合，所以血紅素輔基與蛋白質部分穩(wěn)定結合。血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結構。Hb各亞基的三級結構與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結合而形成親水的球狀蛋白。Hb與Mb一樣能可逆地與O2結合，Hb與O2結合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。2.血紅蛋白的構象變化影響結合氧的能力

肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線Hb與Mb的氧飽和曲線氧合Hb(Mb)與pO2的關系

Hb：S狀曲線

Mb：直角雙曲線

S狀曲線提供了一個靈敏可調的范圍(低pO2)和一個平坦不可調的范圍(高pO2)。意義：肺部pO2較高，在一定范圍內變化時，不至于太大地影響氧飽和度。(80-100mmHg)組織pO2較低，略有變化，即可獲得飽和度的變化，充分地獲氧。(20-40mmHg)結構與功能的關系：一級結構決定構象空間構象決定功能：,

亞基與Mb的三級結構相似，都能結合O2。不同來源的Hb其三,四級結構相似,運輸O2Hb：四亞基，運輸O2Mb：單亞基，儲存O2

X射線衍射圖：Hb與HbO2構象不同定義：某些因素作用于蛋白質時，可結合至蛋白質的某一部位，而使此蛋白質構象發(fā)生改變，從而調節(jié)該蛋白質的活性。Hb：別構蛋白O2：別構效應劑別構效應具有普遍性別構效應(allostericeffect)協(xié)同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應

(negativecooperativity)O2血紅素與氧結合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。（二）蛋白質構象改變可導致構象病蛋白質構象疾病（ProteinConformationalDiseases）

：若蛋白質的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。蛋白質構象改變導致疾病的機制：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病老年癡呆癥，又稱阿爾茨海默病

(Alzheimer‘sdisease,AD)，是發(fā)生在老年期及老年前期的一種原發(fā)性退行性腦病，其特征性病理變化為大腦皮層萎縮，并伴有β-淀粉樣蛋白沉積，神經原纖維纏結，記憶性神經元數目大量減少，形成腦部老年斑。第四節(jié)蛋白質的理化性質Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins

一、蛋白質具有兩性電離性質蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當蛋白質溶液處于某一pH時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點(isoelectricpoint,pI)

二、蛋白質具有膠體性質蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之間，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內。蛋白質膠體穩(wěn)定的因素：顆粒表面電荷水化膜+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質不穩(wěn)定的蛋白質顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚集和沉淀三、很多因素可引起蛋白質變性在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。蛋白質的變性(denaturation)

造成變性的因素

變性的本質——

破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構。如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

應用舉例臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑（如疫苗等）的必要條件。

若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為復性。蛋白質的復性(renaturation)

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質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