生物化學(xué)與分子生物學(xué)：02-第一章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能(StructureandFunctionofProtein)一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(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。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能(一)蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1.分布廣所有器官、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)。2.含量高蛋白質(zhì)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(dá)80％。3.種類多人體中蛋白質(zhì)種類達(dá)十萬余種，每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)與功能。1.作為生物催化劑（酶）2.代謝調(diào)節(jié)作用3.免疫保護(hù)作用4.物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5.運(yùn)動(dòng)與支持作用6.參與細(xì)胞間信息傳遞7.氧化供能(二)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能具有催化功能的蛋白質(zhì)免疫球蛋白如肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成(TheMolecularComponentofProtein)一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。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。(一)組成蛋白質(zhì)的元素各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。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：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%(二)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)二、蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的編碼氨基酸僅有20種，且都有特異的遺傳密碼編碼。(一)氨基酸的通式R代表氨基酸側(cè)鏈氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可用下式表示：H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R-C+NH3COOH

各種氨基酸的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于側(cè)鏈（R基團(tuán)）的不同，故具有不同的理化性質(zhì)。

1.組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是α-氨基酸（脯氨酸為α-亞氨基酸）。α-碳原子，即與-COOH相鄰碳原子。氨基均連在α-碳原子上，故為α-氨基酸。

2.組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸都是

L型，即L-α-氨基酸。不同的氨基酸其側(cè)鏈不同，除甘氨酸外，其余氨基酸的α-碳原子分別連接4個(gè)不同原子或基團(tuán)，是手性碳原子，有兩種不同的構(gòu)型，即L型和D型。（二）氨基酸的分類根據(jù)R側(cè)鏈基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同，可將20種氨基酸分為5類：

1.非極性疏水性氨基酸

2.極性中性氨基酸

3.芳香族氨基酸

4.酸性氨基酸

5.堿性氨基酸

1.非極性疏水氨基酸

側(cè)鏈為烴基、吲哚環(huán)、甲硫基等疏水性基團(tuán)。這類氨基酸在水中的溶解度小于極性中性氨基酸。

2.極性中性氨基酸

側(cè)鏈為羥基、巰基、或酰氨基等極性基團(tuán)，有親水性，但在中性水溶液中不電離的氨基酸。3.芳香族氨基酸側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸。有苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。TrpTyr

4.酸性氨基酸

側(cè)鏈上有羧基，在水溶液中能釋放出H+而帶負(fù)電荷的氨基酸。有谷氨酸、天冬氨酸。

5.堿性氨基酸

側(cè)鏈上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能結(jié)合H+而帶正電荷的氨基酸。有賴氨酸、精氨酸和組氨酸等。1.含硫氨基酸：半胱氨酸、甲硫氨酸半胱氨酸

+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸

二硫鍵-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2胱氨酸(三)幾種特殊氨基酸3.芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸CH2CHCOOHNHCH2CH22.亞氨基酸：脯氨酸脯氨酸4.酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸5.堿性氨基酸：賴氨酸、精氨酸、組氨酸（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離方式取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectricpoint，pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。三、氨基酸的理化性質(zhì)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子CHNHCOOHRCHNH2COOHRCHNHCOORCHNH2COO-RCHNHCOORCHNH3COO-R+CHNHCOOHRCHNH3COOHR+（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收240250260270280290300310光密度色氨酸酪氨酸波長(nm)（三）茚三酮反應(yīng)

氨基酸與茚三酮水合物共熱，生成藍(lán)紫色化合物，可用作定性分析；其最大吸收峰在570nm處，由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，可作為氨基酸定量分析。四、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

(一)肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。肽鍵甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH1.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2.兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……(二)肽(peptide)3.由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。

4.肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。5.多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。分別有：N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端，C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。

多肽鏈的書寫方向：N末端C末端。+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGluArg110GlnHisMetAspSerSerThrSerAlaAlaSerSerTyrSerAsnCysAsnGlnLeuArgProValLeuValAsnArg30GlnHisMetAspGlnValThrSerAlaAlaSerAsnThrSerAsnCysAsn20MetLysLysLys40ThrValGlu50AspGlnCysCysCysCys60LysAlaCysCysLysAsnGluThrGlnThr70ThrSerTyrSerAspThrIleSerMet80SerArgGlySerGluThr90AsnProLysTyrTyrLysThrAlaThr100LysIleGlnHisAlaAsnAlaIleValAlaAspPheHisValProValTyrProAsnGlyGlu110120ValSerCOON末端C末端牛核糖核酸酶124(三)幾種生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)COOHH-C-NH2CH2H2CH2CCONHCHCH2SHCONHCOOH谷氨酸半胱氨酸甘氨酸GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換谷胱甘肽有還原型（GSH）與氧化型（GSSG）體內(nèi)重要的還原劑，對(duì)機(jī)體起到保護(hù)作用生物學(xué)功能：與致癌劑、藥物等結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免受毒物侵害體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽。2.多肽類激素(TheMolecularStructureofProtein)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)包括：一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)

二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)

三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)

四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)空間結(jié)構(gòu)1.定義

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。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)2.主要的化學(xué)鍵

肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.定義

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，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。

2.主要的化學(xué)鍵

氫鍵

(一)定義與主要化學(xué)鍵(二)肽平面／酰胺平面：形成二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)肽鍵鍵長0.132nm，介于單鍵（0.149nm）和雙鍵(0.127nm)之間，具有部分雙鍵性質(zhì)。參與肽鍵的6個(gè)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(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元(peptideunit)

。肽單元-C

原子為肽平面間的連接點(diǎn)↗↗↗↗↗主鏈骨架：N-C-C-N-C-C重復(fù)

(三)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

1.

-螺旋

1951年根據(jù)X線衍射圖提出。-螺旋的要點(diǎn)：1.形成右手螺旋，側(cè)鏈向外伸出；2.每圈螺旋含3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm；3.維系化學(xué)鍵：氫鍵4.氫鍵方向與螺旋軸基本平行。1、側(cè)鏈基團(tuán)的性質(zhì)；2、側(cè)鏈基團(tuán)的大?。?、Pro不利于螺旋的穩(wěn)定。影響-螺旋穩(wěn)定的因素：

(1)是多肽鏈一種比較伸展、成鋸齒狀的肽鏈結(jié)構(gòu)。(2)肽段間通過氫鍵連接，氫鍵的方向與長軸垂直。2.

-折疊(3)兩條肽鏈走向相同，稱為順向平行結(jié)構(gòu)，反之，則稱為反向平行結(jié)構(gòu)。后者更為穩(wěn)定。順向平行反向平行(4)R基團(tuán)交錯(cuò)伸向鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方。對(duì)-折疊影響較小。3.

-轉(zhuǎn)角肽鏈出現(xiàn)180°回折的部分形成β-轉(zhuǎn)角；回折部分通常由4個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成；依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。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(jié)構(gòu)。4.

無規(guī)卷曲(四)模體在許多蛋白質(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，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體(motif)。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。如：αα、βαβ、βββ、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋等。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范德華力等。2.主要的化學(xué)鍵：次級(jí)鍵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。只有具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈才能稱為蛋白質(zhì)。1.

定義

(一)定義與主要化學(xué)鍵肌紅蛋白(Mb)的三級(jí)結(jié)構(gòu)N端

C端(二)結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域示意圖

(三)分子伴侶1.分子伴侶是一類可識(shí)別肽鏈非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)折疊的保守蛋白質(zhì)。已發(fā)現(xiàn)分子伴侶具有形成二硫鍵的酶活性，在蛋白質(zhì)分子折疊過程中對(duì)二硫鍵正確形成起到重要的作用?？赡娴嘏c未折疊肽段結(jié)合，防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊；

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。2.作用：四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

亞基(subunit)：

體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有兩條或兩條以上多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基。2.主要化學(xué)鍵

亞基之間的結(jié)合以非共價(jià)鍵相連，其次是氫鍵和離子鍵。1.定義

蛋白質(zhì)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(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。(一)定義與主要化學(xué)鍵

血紅蛋白是由含有血紅素的2個(gè)α亞基和2個(gè)β亞基組成的四聚體。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)基本內(nèi)容主要連接鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)小結(jié)：蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)aa的排列順序主鏈骨架構(gòu)象主鏈與側(cè)鏈構(gòu)象（所有原子的排布）兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基的排布肽鍵氫鍵次級(jí)鍵非共價(jià)鍵五、蛋白質(zhì)的分類

(一)根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分1.單純蛋白質(zhì)2.結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分(二)根據(jù)蛋白質(zhì)形狀1.纖維狀蛋白質(zhì)：角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白2.球狀蛋白質(zhì)：胰島素、血紅蛋白(三)根據(jù)蛋白質(zhì)功能1.活性蛋白質(zhì)：酶、蛋白激素、運(yùn)輸和儲(chǔ)存蛋白、運(yùn)動(dòng)蛋白、受體蛋白2.非活性蛋白質(zhì)：角蛋白、膠原蛋白輔助因子第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(TheCharactionbetweenStructuresandFunctionsofProtein)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)；一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)構(gòu)象是其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，構(gòu)象改變功能改變。（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)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26110958472584065HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840（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)與功能胰島素氨基酸殘基序號(hào)A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla（三）氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。

（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbS

β肽鏈HbAβ肽鏈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，稱為“分子病”。二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定的空間結(jié)構(gòu)肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

血紅蛋白(hemoglobin，Hb)Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)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，稱為協(xié)同效應(yīng)。

如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)；

(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。

(negativecooperativity)血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)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)劑(效應(yīng)劑)變構(gòu)蛋白（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(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)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病(CJD)、阿爾茨海默病(Alzheimerdisease,AD)、亨廷頓舞蹈病(Huntingtondisease)、瘋牛病等。例：瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常PrP富含α-螺旋，稱為PrPC。在某種未知蛋白質(zhì)作用下轉(zhuǎn)變成為β-折疊的PrPSc，從而致病。第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein)一、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)(一)蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)

蛋白質(zhì)分子中可解離的基團(tuán)

多肽兩端游離的α-氨基和α-羧基多肽側(cè)鏈R上解離的基團(tuán)決定蛋白質(zhì)解離成正負(fù)離子的因素

蛋白質(zhì)所含酸性和堿性基團(tuán)的數(shù)目蛋白質(zhì)所在溶液的pH值當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH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)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。(二)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pI)PrNH2COO-PrNH3+COOHPrNH3+COO-OH-H+(pH＜pI)(pH＝pI)(pH＞pI)OH-H+蛋白質(zhì)的陽離子蛋白質(zhì)的兼性離子蛋白質(zhì)的陰離子電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)不移動(dòng)向正極移動(dòng)

血漿中，大部分蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在pH5.0左右，因而在生理?xiàng)l件下，血漿蛋白質(zhì)帶電荷。

人體內(nèi)，組成蛋白質(zhì)的氨基酸以酸性氨基酸居多，所以大部分蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在7.0以下。?負(fù)二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素：顆粒表面電荷、水化膜蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬～

100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(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)改變和生物活性的喪失。(一)

蛋白質(zhì)的變性(denaturation)1.變性的本質(zhì)

即破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)。2.導(dǎo)致變性的因素如高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、生物堿試劑及輻射等因素。3.變性后溶解度降低，粘度增加，結(jié)晶能力消失，生物活性喪失，易被蛋白酶水解。4.應(yīng)用舉例①臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。②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。

③雞蛋、肉類等經(jīng)加溫后蛋白質(zhì)變性，熟后更易消化。5.復(fù)性(renaturation)

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)象和功能，稱為復(fù)性。

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HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065如：牛核糖核酸酶的變性和復(fù)性(二)蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融匯相互纏繞繼而聚集，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)生沉淀，但并不一定變性，如鹽析。鹽析(saltprecipitation)：

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)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。

凝固實(shí)際上是蛋白質(zhì)變性后進(jìn)一步發(fā)展的不可逆的結(jié)果。因此，凡凝固的蛋白質(zhì)一定發(fā)生變性。(三)蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(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)酸或強(qiáng)堿中。

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和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。五、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)(一)茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)

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)。

(二)雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)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)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。(三)Folin-酚試劑反應(yīng)

蛋白質(zhì)分子中酪氨酸殘基在堿性條件下能與酚試劑反應(yīng)生成藍(lán)色化合物。該反應(yīng)的靈敏度比雙縮脲反應(yīng)高100倍。第五節(jié)

蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析

(TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein)一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物1.透析法(dialysis)

利用半透膜把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。血液透析透析液濃縮的蛋白混合樣品透析袋2.超濾法

應(yīng)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(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。二、丙酮沉淀、鹽析、免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法

鹽析——鹽能破壞其水化膜，中和其所帶電荷，而且不會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性有機(jī)溶劑（乙醇、丙酮等）沉淀——破壞其水化膜生物堿試劑沉淀——中和其正電荷重金屬鹽沉淀——中和其負(fù)電荷將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識(shí)別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。

免疫沉淀法：三、電泳(elctrophoresis)2.影響電泳的因素：

所帶電荷的性質(zhì)、數(shù)量、分子大小、形狀定義：帶電粒子在電場(chǎng)中向電性相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象。2、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳：常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定。幾種重要的蛋白質(zhì)電泳：1、醋酸纖維薄膜電泳：根據(jù)蛋白質(zhì)電荷量和分子量差異測(cè)定。2、等電聚焦電泳：通過蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分離蛋白質(zhì)。3、雙向凝膠電泳：蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。四、層析(chromatography)原理:待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過一個(gè)固態(tài)物質(zhì)（固定相）時(shí)，根據(jù)待分離的Pr顆粒大小、電荷多少及親和力等，使Pr組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的。離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進(jìn)行分離。常用的層析方法：2.凝膠過濾(gelfiltration)：又稱分子篩層析，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。五、超速離心(ultracentrifugation)超速離心法(ultracentrifugation)既可以用來分離純化蛋白質(zhì)，也可以用作測(cè)定蛋白質(zhì)的分子量。蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)(sedimentationcoefficient,S)表示，沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。六、多肽鏈中氨基酸序列分析分析蛋白質(zhì)中氨基酸殘基組成多肽鏈的氨基末端與羧基末端的測(cè)定兩種以上方法水解肽鏈，得到一系列大小不同的肽段測(cè)定各肽段的氨基酸排列順序分析有重疊結(jié)構(gòu)的各個(gè)肽段序列，推導(dǎo)出完整肽鏈中氨基酸順序通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測(cè)定DNA序列排列出mRNA序列七、應(yīng)用物理學(xué)、生物信息學(xué)原理可進(jìn)行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定通常采用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測(cè)定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。-螺旋的CD峰有222nm處的負(fù)峰、208nm處的負(fù)峰和198nm處的正峰三個(gè)成分；而-折疊的CD譜不很固定。三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定X射線衍射法(X-raydiff