生化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

生化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三主要參考書(shū)生物化學(xué)第三版

王鏡巖朱圣庚許長(zhǎng)法主編高等教育出版社生物化學(xué)第五版周愛(ài)儒主編人民衛(wèi)生出版社第二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、概念二、組成化學(xué)組成組成氨基酸三、結(jié)構(gòu)共價(jià)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)四、功能五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系六、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)七、研究基因功能的方法蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

Protein

這個(gè)詞來(lái)自希臘文Proteios，英文含義是Primary，就是首要的、主要的、初級(jí)的意思，可見(jiàn)蛋白質(zhì)的重要性。一、蛋白質(zhì)

protein第四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過(guò)肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。第五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：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)。含量高：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45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。第六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1）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2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能第七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

碳（C）50％氫（H）7％氧（O）23％

氮（N）16％凱氏定氮依據(jù)硫（S）0～3％其他（磷、鐵、銅、碘、鋅和鉬等）含量較固定二、蛋白質(zhì)的組成化學(xué)組成第八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三組成蛋白質(zhì)的氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)通式

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①每種氨基酸分子中至少都含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，并且連接在同一個(gè)碳原子上，故稱α-氨基酸（脯氨酸除外）。②R基的不同，決定氨基酸的不同種類。羧基氨基側(cè)鏈基團(tuán)第九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（二）氨基酸的分類各種生物體中發(fā)現(xiàn)的氨基酸有180種，組成大多數(shù)蛋白質(zhì)的氨基酸有20種,這20種氨基酸被稱為基本氨基酸。1、根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)來(lái)分蛋白質(zhì)中常見(jiàn)氨基酸(基本氨基酸)蛋白質(zhì)中稀有氨基酸非蛋白氨基酸第十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)中幾種重要的稀有氨基酸在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見(jiàn)的氨基酸，通常稱為稀有氨基酸;這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來(lái)的;其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。第十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三非蛋白氨基酸

廣泛存在于各種細(xì)胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不組成蛋白質(zhì)，大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸第十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分必需氨基酸人體內(nèi)不能合成，必需從食物中獲得的一類氨基酸，共有8種:Leu、Ile、Met、Val、Trp、Phe、Thr、Lys。非必需氨基酸

人體內(nèi)能夠合成的一類氨基酸。第十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分（1）脂肪族氨基酸

Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Ser、Thr、Cys、Met、Asp、Glu、Asn、Gln、Lys、Arg（2）芳香族氨基酸

Phe、Tyr、Trp（3）雜環(huán)類氨基酸

His、Pro第十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸4、按R基極性分蛋白質(zhì)親水性、疏水性結(jié)構(gòu)區(qū)的預(yù)測(cè)：依據(jù)氨基酸的極性。第十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸第十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66半胱氨酸

cysteineCysC

5.07蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸第十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸第十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（三）氨基酸的理化性質(zhì)（1）氨基酸的旋光性（除Gly外）L－型（2）高熔點(diǎn)一般在200℃以上（3）除胱氨酸和酪氨酸外，一般均溶于水，脯氨酸還能溶于乙醇或乙醚中（4）每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，利用這點(diǎn)可以鑒別各種氨基酸（5）氨基酸一般有味第十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（6）紫外吸收色氨酸、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(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（7）氨基酸的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)氨基酸的兼性離子形式

氨基酸在中性pH時(shí)，羧基以-COO-，氨基以-NH3+形式存在，這樣的氨基酸分子含有一個(gè)正電荷和一個(gè)負(fù)電荷，稱為兼性離子。氨基酸的等電點(diǎn)（isoeletricpoint）當(dāng)外液pH為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0，這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡(jiǎn)稱pI。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。第二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰離子CHNH2COO-RCHNH2COO-RCHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+第二十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（四）氨基酸的化學(xué)反應(yīng)用途：常用于氨基酸的定性或定量分析；用來(lái)鑒定多肽或蛋白質(zhì)NH2末端氨基酸；用于修飾蛋白質(zhì)。亞硝酸鹽反應(yīng)烴基化反應(yīng)?；磻?yīng)脫氨基反應(yīng)西佛堿反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)成酰氯反應(yīng)脫羧基反應(yīng)疊氮反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)COOHCHH2NR第二十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分成四種層次:由氨基酸序列的一級(jí)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，先卷繞成幾種固定的二級(jí)結(jié)構(gòu)，若干二級(jí)結(jié)構(gòu)再組合成完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，成為蛋白質(zhì)的一個(gè)分子。三級(jí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)是蛋白質(zhì)的獨(dú)立單位，可以具有其生物活性；但有些蛋白質(zhì)分子，可以再次聚合若干其它的單元分子成為聚合體，進(jìn)而形成四級(jí)結(jié)構(gòu)，有更復(fù)雜的調(diào)節(jié)功能。三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第二十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)共價(jià)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)有時(shí)稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，但多數(shù)場(chǎng)合把蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)看成是氨基酸序列的同義詞。第二十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三定義：多肽鏈共價(jià)主鏈的氨基酸順序。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。兩個(gè)氨基酸脫去一個(gè)水分子形成二肽（dipeptide），若有多個(gè)氨基酸串在一起則為多肽（polypeptide）。蛋白質(zhì)由一條或多條多肽（polypeptide）組成，為長(zhǎng)鏈狀分子（不會(huì)分叉）。由氨基端開(kāi)始到羧基端的氨基酸順序，稱為蛋白質(zhì)的氨基酸序列（aminoacidsequence）。。（一）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)第二十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三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有兩端*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)。*由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。第二十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三PrimaryStructure主要的化學(xué)鍵：肽鍵（有些蛋白包括二硫鍵）第二十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三直接測(cè)定多肽鏈上的氨基酸種類；許多化學(xué)反應(yīng)(如Edmandegradation)可由蛋白質(zhì)的N-端開(kāi)始，依次切下一個(gè)氨基酸，再測(cè)定每輪切下的氨基酸，即可推得此蛋白的氨基酸序列；若蛋白質(zhì)太長(zhǎng)，則無(wú)法有效測(cè)定后面的氨基酸序列；要先用蛋白質(zhì)水解酶把目標(biāo)蛋白質(zhì)切成小肽段，各小肽段分別測(cè)序，然后再組合成長(zhǎng)鏈；為了排列上述各小段多肽的先后次序，要使用兩種不同的蛋白質(zhì)水解酶，得到兩套不同長(zhǎng)短的多肽，分別測(cè)序后，比較各片段重疊部分，即可判斷肽段先后次序。3、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定(1)傳統(tǒng)氨基酸測(cè)序法第二十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1955年FrederickSanger測(cè)出胰島素（insulin）的一級(jí)結(jié)構(gòu)，獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。方法：先將胰島素多肽鏈切成小段，以化學(xué)方法定出小段序列后，由各小段重疊的部分將原序列重組出來(lái)。Insulinproteinsequence第三十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三(2)由cDNA序列確定蛋白序列

知道某蛋白質(zhì)的cDNA序列，依照遺傳密碼可以得到氨基酸序列。由于分子生物學(xué)的快速發(fā)展，獲得某蛋白質(zhì)的cDNA序列非常方便，使得這種獲得蛋白質(zhì)序列的方法應(yīng)用很普遍。第三十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三通過(guò)核酸來(lái)推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列按照三聯(lián)體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序列第三十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

質(zhì)譜儀是利用分子的質(zhì)量大小來(lái)檢定樣本，因此可以精確測(cè)出某分子的質(zhì)量。若把蛋白質(zhì)在質(zhì)譜儀中撞擊，產(chǎn)生一群具有各種不同長(zhǎng)短的片段，每一片段都剛好少一個(gè)氨基酸，然后用質(zhì)譜儀一一測(cè)出這些片段的分子量，由所得各種片段分子量的差別，就可推出相差氨基酸的種類，乃至整段氨基酸的序列。質(zhì)譜只限檢測(cè)能夠形成離子并且離子能夠被傳送入真空系統(tǒng)的分子的質(zhì)量，隨著80年代末兩種軟電離技術(shù)：電噴霧電離（ESI）和基質(zhì)輔助激光解吸/電離（MALDI）的發(fā)明，質(zhì)譜變得更適合蛋白質(zhì)序列的測(cè)定。(3)以質(zhì)譜儀測(cè)定蛋白序列第三十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三MassSpecPrinciplesIonizerSample+_MassFilterDetector第三十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一級(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)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，一段固定的氨基酸序列可能有某種特定的生理功能，稱之為signalpeptide(信號(hào)肽)，例如蛋白質(zhì)在C-端若有Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)的序列，則會(huì)被回收到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)去。同一信號(hào)肽可以在許多不同的蛋白質(zhì)分子上重復(fù)出現(xiàn)。4、信號(hào)肽signalpeptide第三十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三信號(hào)肽分類進(jìn)入各種細(xì)胞器的信號(hào)肽

線粒體signal

核定位signal

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)signal蛋白水解酶的識(shí)別位點(diǎn)PESTsite第三十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）線粒體信號(hào)肽線粒體前體蛋白信號(hào)序列的特點(diǎn)：①多位于肽鏈的N端，由大約20個(gè)氨基酸構(gòu)成；②形成一個(gè)兩性α螺旋，沒(méi)有帶負(fù)電荷的氨基酸，帶正電荷的氨基酸殘基和不帶電荷的疏水氨基酸殘基分別位于螺旋的兩側(cè)，現(xiàn)在認(rèn)為這個(gè)螺旋與轉(zhuǎn)位因子的識(shí)別有關(guān)；③對(duì)所牽引的蛋白質(zhì)沒(méi)有特異性要求，非線粒體蛋白連接上此類信號(hào)序列，也會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體。此外有些信號(hào)序列位于蛋白質(zhì)內(nèi)部，完成轉(zhuǎn)運(yùn)后不被切除；還有些信號(hào)序列位于前體蛋白C端，如線粒體的DNA解旋酶Hmil。第三十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）核定位信號(hào)（NLS）

蛋白在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間的運(yùn)輸稱為入核和出核，它是維持細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的重要因素。這些細(xì)胞成分的進(jìn)核、出核是蛋白合成、細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。這種運(yùn)輸需要一些其它蛋白因子的輔助并要求這些被運(yùn)輸物質(zhì)上有一特定的可識(shí)別定位序列。入核信號(hào)稱為核定位信號(hào)(NLS)，出核信號(hào)稱為核輸出信號(hào)(NES)。

第三十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三NLS的分類①單一型NLS由4-8個(gè)氨基酸殘基組成的短肽，富含帶正電荷的Lys和Arg，通常含有Pro。含有此類NLS的蛋白有：SV40大Ｔ抗原，MDM2，NF-kB，CDC25C等。②雙分型NLS此種NLS是由兩簇堿性氨基酸被中間10~12個(gè)非保守性氨基酸所分隔而形成的序列。含有此類NLS的蛋白有MTA1、帽結(jié)合蛋白、CBP80等。③無(wú)一定序列特征的NLS，它們主要存在于能在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)間穿梭的蛋白質(zhì)中，如M9、Rev、hTAP等蛋白均含有這種NLS。需要強(qiáng)調(diào)的是：并不是所有的符合典型NLS序列特征的氨基酸序列都有核定位功能，例如IL-1β和Gp130上的NLS序列并不具有核定位功能，人們把這種NLS序列稱為假定NLS(putativenNLS)。第三十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三信號(hào)肽序列在基因工程中的應(yīng)用體外基因表達(dá)系統(tǒng)包括原核細(xì)胞系統(tǒng)和真核細(xì)胞系統(tǒng)。大腸桿菌細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、酵母細(xì)胞和昆蟲(chóng)細(xì)胞等。重組蛋白的表達(dá)形式一般可分為細(xì)胞外的分泌表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)可溶性表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)不溶性表達(dá)（包涵體）。利用信號(hào)肽來(lái)引導(dǎo)外源蛋白定位分泌到細(xì)胞特定區(qū)間，提高可溶性，可避免因包涵體復(fù)性帶來(lái)的困難。信號(hào)肽沒(méi)有嚴(yán)格的專一性，因而可利用宿主細(xì)胞本身信號(hào)序列或在表達(dá)載體的啟動(dòng)子后加入一個(gè)編碼信號(hào)肽的序列，分泌外源蛋白。第四十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三原核表達(dá)系統(tǒng)采用的信號(hào)肽一般來(lái)自大腸桿菌的外膜蛋白(如外膜蛋白AOmpA、熱穩(wěn)定腸毒素STⅡ等)或周質(zhì)蛋白(如堿性磷酸酶PhoA、麥芽糖結(jié)合蛋白MBP等)，此外金黃色葡萄球菌蛋白A和果膠酶裂解酶(PelB)的信號(hào)肽也常被采用。酵母表達(dá)系統(tǒng)中常使用的信號(hào)肽包括某些外源蛋白自身的天然信號(hào)肽，如α-因子信號(hào)肽(α-MF)。第四十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三5、天然存在的活性肽有許多多肽具有重要的生理功能，而且作用強(qiáng)大。這些多肽的合成方式不盡相同，有些是是由mRNA為模板直接翻譯而成；有些是蛋白質(zhì)翻譯后經(jīng)蛋白酶切所產(chǎn)生的片段，但它們的基本作用機(jī)制都很相似，都是以該多肽所組成的特殊立體結(jié)構(gòu)與目標(biāo)細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生作用。另一方面，很多單獨(dú)氨基酸也有生物活性，例如味素的成分是谷氨酸，也是神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)的一種；而色氨酸有安眠的作用，牛奶中含有很多色氨酸。第四十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

（1）谷胱甘肽(glutathione,GSH)功能：（1）解毒

（2）輻射防護(hù)

（3）保護(hù)肝臟

（4）抗過(guò)敏

（5）改善某些疾病的病程和癥狀

（6）美容護(hù)膚

（7）增加視力

（8）抗衰老作用

第四十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)腦啡肽、內(nèi)啡肽（2）多肽類激素及神經(jīng)肽第四十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）多肽類藥物多肽類藥物的研究一直是藥物研究中的一個(gè)活躍領(lǐng)域,如何從動(dòng)物、植物、微生物中發(fā)現(xiàn)活性多肽物質(zhì),使之成為新藥研究中的先導(dǎo)化合物一直是肽類研究中的一個(gè)方向。分子生物學(xué)的發(fā)展，以及基因工程和多肽合成技術(shù)的興起,使人們根據(jù)自己的意志合成或表達(dá)出各種蛋白、多肽物質(zhì),但其中真正成藥的還是那些在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的活性成分或經(jīng)基因工程技術(shù)重新合成或表達(dá)的產(chǎn)物。

第四十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈線形伸展，而是折疊、盤(pán)曲構(gòu)成特有的比較穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)主要決定于完整的空間結(jié)構(gòu)，因此僅僅測(cè)定蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)并不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物活性和理化性質(zhì)。例如球狀蛋白質(zhì)(如血漿中的白蛋白、球蛋白和酶等)和纖維狀蛋白質(zhì)(角蛋白、膠原蛋白和纖維蛋白等)，前者溶于水，后者不溶于水，顯而易見(jiàn)，此種性質(zhì)不能僅用蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序來(lái)解釋。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。第四十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、構(gòu)成蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力是一些所謂弱的相互作用或稱非共價(jià)鍵或次級(jí)鍵，包括氫鍵、范德華力、疏水作用和離子鍵（鹽鍵）。次級(jí)鍵都是非共價(jià)鍵，易受環(huán)境中pH、溫度、離子強(qiáng)度等的影響，有變動(dòng)的可能性。維持蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是氫鍵、范德華力和疏水作用，在某些蛋白分子中，離子鍵、二硫鍵也參與維持蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。第四十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三共價(jià)鍵次級(jí)鍵化學(xué)鍵肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與共價(jià)鍵和次級(jí)鍵第四十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三范德華力（vanderWaalsforce）：這種力為原子團(tuán)相互接近時(shí)誘導(dǎo)所至，是偶極子與偶極子之間的微弱引力。它瞬息變化，時(shí)過(guò)境遷，但對(duì)維持活性中心的構(gòu)象尤為重要。第四十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三氫鍵（hydrogenbond)：N-H…O

或是O-H…O，虛線代表氫鍵，氫與N、O、Cl、F

之類體積小、電子親和力大的原子形成共價(jià)鍵，氫附近電子云密度小而略成正電性，這一帶正電荷的氫核遇到另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子時(shí)，就產(chǎn)生靜電吸引，即所謂氫鍵。第五十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三疏水鍵疏水鍵并不是一種真正的相互作用力，而是一種等效意義上的力。由于生物體中的分子都處于水的環(huán)境中，所以分子與水之間的相互作用特別重要。如果水與非極性基團(tuán)混合，由于兩者無(wú)法形成氫鍵，故水分子為了增加自己的氫鍵數(shù)，會(huì)將非極性基團(tuán)排斥，故看起來(lái)好象是水與非極性基團(tuán)之間有排斥力，故稱疏水作用。第五十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三離子鍵（鹽鍵）：帶電荷氨基酸之間的一種相互作用，如NH4+與COO－。二硫鍵：兩個(gè)硫原子之間形成的共價(jià)鍵。此鍵很強(qiáng)，可把不同肽鏈和同一條肽鏈的不同部分連在一起，對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象起重要作用。多數(shù)蛋白的二硫鍵斷裂后，活性中心的構(gòu)象會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致其生物活性的喪失。第五十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第五十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

（SecondaryStructure）二級(jí)結(jié)構(gòu)：由蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的，它是主鏈原子的局部空間排布，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象，是多肽鏈借助氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。形成：肽平面第五十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽平面參與肽鍵的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)。由于肽鍵（peptidebond）具有雙鍵特性，所以主鏈中只有兩個(gè)單鍵可以旋轉(zhuǎn)。第五十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)

第五十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三a-螺旋(a-helix)多個(gè)肽鍵平面通過(guò)α-碳原子旋轉(zhuǎn)，相互之間緊密盤(pán)曲成穩(wěn)固的右手螺旋。由于這種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生許多氫鍵，所以是一種相當(dāng)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。最常見(jiàn)的螺旋稱為α-螺旋，n＝3.6殘基/每圈，螺距p＝0.54nm。側(cè)鏈向外排布以減少空間障礙，長(zhǎng)度為4-50個(gè)殘基，平均為12個(gè)殘基。第五十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三a-helixSideviewofa-helixα-helix形成最為相關(guān)的作用力：氫鍵。topviewofa-helix第五十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三b-折疊(b-sheet)b-sheet的b表示這是第二種規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)折板狀，如同α螺旋，依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C＝O與H形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。第五十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三b-sheet

和α-螺旋不同的是，b-折疊并不一定要在一級(jí)結(jié)構(gòu)（序列）上連續(xù)，而是各片段可以來(lái)自不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)，而且相對(duì)于α-螺旋的緊密結(jié)構(gòu)，b-折疊是完全伸展的。

第六十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三β-轉(zhuǎn)角(β-turn)

蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180°的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是β－轉(zhuǎn)角(β－turn或β－bend)，一般含有2～16個(gè)氨基酸殘基。含有5個(gè)氨基酸殘基以上的轉(zhuǎn)角又常稱之環(huán)（loops）。

第六十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)無(wú)規(guī)卷曲沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列，屬于松散的無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)。這類有序的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其他蛋白質(zhì)特異的功能部位，例如鐵氧還蛋白和紅氧還蛋白中結(jié)合鐵硫串的肽環(huán)以及許多鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的E-F手結(jié)構(gòu)的中央環(huán)。第六十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三超二級(jí)結(jié)構(gòu)

（SupersecondaryMotifs）1973年由Rossman提出。許多球蛋白中，α-helix或β-sheet二級(jí)結(jié)構(gòu)可以形成所謂的超二級(jí)結(jié)構(gòu)，在不同的蛋白質(zhì)中重復(fù)出現(xiàn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的單位有aa，bb，bab，b曲折和希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成主要是氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)間相互作用的結(jié)果。第六十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三模體(motif)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)。第六十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)Zn-fingermotif第六十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、三級(jí)結(jié)構(gòu)

（TertiaryStructure）

蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步盤(pán)曲或折疊形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級(jí)鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力(VanderWasls)等。這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)中相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基的R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。二硫鍵不屬于次級(jí)鍵，但對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。第六十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三三級(jí)結(jié)構(gòu)

具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看，有的細(xì)長(zhǎng)(長(zhǎng)軸比短軸大10倍以上)，屬于纖維狀蛋白質(zhì)(fibrousprotein)，如絲心蛋白；有的長(zhǎng)短軸相差不多基本上呈球形，屬于球狀蛋白質(zhì)(globularprotein)，如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白。球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)是親水的，更重要的是，多肽鏈經(jīng)過(guò)如此盤(pán)曲后，可形成某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域，例如酶的活性中心等。第六十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白(Myoglobin)是哺乳動(dòng)物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素構(gòu)成，呈扁平的梭形。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱珠蛋白（globin），它和血紅蛋白的亞基在序列上有明顯的同源性，所以構(gòu)象和功能也相似。

N端

C端第六十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)構(gòu)域(domain)：大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各自行使功能，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域(domain)第六十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一般每個(gè)結(jié)構(gòu)域約由100-200個(gè)氨基酸殘基組成，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。如免疫球蛋白(IgG)由12個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中兩個(gè)輕鏈上各有2個(gè)，兩個(gè)重鏈上各有4個(gè)，補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)合部位處于不同的結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)域有的相同，有的不同；而不同蛋白質(zhì)分子之間肽鏈中的各結(jié)構(gòu)域也可以相同。結(jié)構(gòu)域第七十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4、四級(jí)結(jié)構(gòu)

（QuaternaryStructure）

具有二條或二條以上獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其多肽鏈間通過(guò)次級(jí)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quarternarystructure)。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)第七十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱為亞基(subunit)。四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局。亞基之間不含共價(jià)鍵，亞基間次級(jí)鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，因此在一定的條件下，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基，而亞基本身構(gòu)象仍可不變。一種蛋白質(zhì)中，亞基結(jié)構(gòu)可以相同，也可不同。有人將具有全套不同亞基的最小單位稱為原聚體(protomer)，如一個(gè)催化亞基與一個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合成天冬氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶的原聚體。第七十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三構(gòu)型（configuration）：一個(gè)有機(jī)分子中各個(gè)原子特有的固定的空間排列。這種排列不經(jīng)過(guò)共價(jià)鍵的斷裂和重新形成是不會(huì)改變的。構(gòu)型的改變往往使分子的光學(xué)活性發(fā)生變化。氨基酸就有L型、D型之分。構(gòu)象（conformation）：指一個(gè)分子中，不改變共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，靠單鍵的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的空間排布。一種構(gòu)象改變?yōu)榱硪环N構(gòu)象時(shí)，不要求共價(jià)鍵的斷裂和重新形成，只是次級(jí)鍵斷裂。構(gòu)象改變不會(huì)改變分子的光學(xué)活性。第七十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)分子多樣性氨基酸種類不同氨基酸數(shù)目不同氨基酸序列不同肽鏈空間結(jié)構(gòu)不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性蛋白質(zhì)的種類多樣性蛋白質(zhì)功能的多樣性第七十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、蛋白質(zhì)的功能生物反應(yīng)的催化作用（biologicalcatalysis)：這種蛋白質(zhì)稱為酶（enzyme），幾乎所有的生物體中的化學(xué)反應(yīng)都是由酶催化。（例外：有些RNA－核糖核酸，也有催化能力，稱為ribozyme，但它并不是蛋白質(zhì)，如四膜蟲(chóng)的L19RNA分子）。貯存（storage）：生物體內(nèi)的離子、小分子、代謝物（metabolite）可與蛋白質(zhì)結(jié)合貯存于體內(nèi)，如血紅蛋白通過(guò)血紅素（haemoglobin）攜帶氧分子、肝臟中的鐵蛋白（ferritin）貯存鐵質(zhì)。

第七十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.運(yùn)輸（transport）：運(yùn)輸小至電子，大至巨型分子等各種物質(zhì)到體內(nèi)各處，例如運(yùn)鐵蛋白（transferrin）運(yùn)送鐵質(zhì)；血紅蛋白運(yùn)送氧氣；有些蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上形成氣孔或通道讓離子通過(guò)細(xì)胞膜；而蛋白質(zhì)本身要穿過(guò)細(xì)胞膜時(shí)，也需要其它蛋白質(zhì)的幫助。4.傳遞信息（message）：在神經(jīng)細(xì)胞的接合處，蛋白質(zhì)擔(dān)任某些傳遞神經(jīng)信號(hào)所需的小分子的接受器；另外，一些生物反應(yīng)的進(jìn)行必須由組織、器官之間的信號(hào)來(lái)控制，攜帶這些信號(hào)的分子稱為激素（hormone），大部分的激素是蛋白質(zhì)，如胰島素（insulin）；也有一些蛋白質(zhì)擔(dān)任激素的接受器。

第七十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.抗體（antibody）：免疫系統(tǒng)的產(chǎn)物，可以用來(lái)與外部入侵的細(xì)菌或是病毒結(jié)合。6.調(diào)控（regulation）：在合成蛋白質(zhì)的過(guò)程中，有許多蛋白質(zhì)必須適時(shí)、適量加入反應(yīng)。酶在轉(zhuǎn)錄翻譯過(guò)程中，由多種蛋白質(zhì)通過(guò)復(fù)雜的反饋機(jī)制來(lái)促進(jìn)或是抑制一翻譯過(guò)程。7.結(jié)構(gòu)（structure）：構(gòu)成生物體的力學(xué)支架，例如膠原蛋白（collagen），約占哺乳類蛋白質(zhì)含量的1/4，這類蛋白質(zhì)稱為結(jié)構(gòu)蛋白（structuralprotein）。

蛋白質(zhì)是一切生命活動(dòng)的體現(xiàn)者！第七十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系前體與活性蛋白質(zhì)分子病蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能第七十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

(一)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)

在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后，即可根據(jù)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤(pán)曲，形成一定的空間構(gòu)象，特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中多肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來(lái)維持的。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。、第七十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)第八十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的結(jié)構(gòu)二硫鍵第八十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三天然狀態(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(wú)活性牛核糖核酸酶第八十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

胰島素（Insulin）首先合成108個(gè)氨基酸的前胰島素元（pre-proinsulin），隨即切去N-端的24個(gè)氨基酸信號(hào)肽，形成84個(gè)氨基酸的胰島素元（proinsulin），形成正確的二硫鍵，在包裝分泌時(shí)，A、B鏈之間的33個(gè)氨基酸C肽殘基被切除，才形成胰島素。人工合成的胰島素，A、B鏈分別合成后，等比例混合后就有活性。2.前體與活性蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系第八十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三胰島素的體內(nèi)合成胰島素基因mRNA核糖體SSSSSSBchainSSSSSSAchain胰島素元9kDa胰島素5.5kDaC肽GOLGI分泌顆粒血液Zn2+MICROCRYSTALS切割位點(diǎn)A肽B肽30aa33aa21aa前胰島素元11.5kDaRER600核苷酸C肽24aa信號(hào)肽第八十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化

對(duì)于不同種屬來(lái)源的同種蛋白質(zhì)進(jìn)行一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定和比較，發(fā)現(xiàn)存在種屬差異，這種差異可能是分子進(jìn)化的結(jié)果，但與功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)總是有高度的保守性。

以細(xì)胞色素C為例：細(xì)胞色素C廣泛存在于真核生物細(xì)胞的線粒體中，是一種含有血紅素輔基的單鏈蛋白質(zhì)。在生物氧化時(shí)，細(xì)胞色素C在呼吸鏈的電子傳遞系統(tǒng)中起傳遞電子的作用，使血紅素上鐵原子的價(jià)數(shù)發(fā)生變化。

第八十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三脊椎動(dòng)物的細(xì)胞色素C由l04個(gè)氨基酸殘基組成；昆蟲(chóng)有108個(gè)氨基酸殘基組成；植物則有112個(gè)氨基酸殘基組成。對(duì)不同生物的細(xì)胞色素C的一級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，大約有28個(gè)氨基酸殘基是各種生物共有的，表明這些氨基酸殘基是規(guī)定細(xì)胞色素C的生物功能所必需的。其中包括第14和17位上兩個(gè)半胱氨酸殘基是細(xì)胞色素C與輔基血紅素共價(jià)相連的位置；第70-80位上成串的不變氨基酸殘基可能是細(xì)胞色素C與酶結(jié)合的部位。在分子進(jìn)化過(guò)程中，細(xì)胞色素C分子中保持氨基酸殘基不變的區(qū)域稱為保守部位。保守部位的氨基酸都是細(xì)胞色素C完成其生物學(xué)功能所必需的。

第八十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化同源蛋白質(zhì)：在生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。不變殘基可變殘基來(lái)自任兩個(gè)物種的同源蛋白質(zhì)，其序列之間的氨基酸差異數(shù)目與這些物種間的系統(tǒng)差異成比例。即在進(jìn)化位置上相差愈遠(yuǎn)，其氨基酸序列差別愈大。第八十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病幾乎所有遺傳病都與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，稱之為分子病。在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，參與功能活性部位的殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)殘基的異常，那么該蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到明顯的影響，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。這種變異來(lái)源于基因上遺傳信息的突變，所以是可遺傳的。與血紅蛋白相關(guān)的分子病鐮刀狀細(xì)胞貧血病血紅蛋白或鏈突變地中海貧血血紅蛋白或鏈缺失第八十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三被稱之為“分子病”的鐮刀狀細(xì)胞貧血僅僅是血紅蛋白（Hb）β亞基574個(gè)氨基酸殘基中，一個(gè)氨基酸殘基即N端的第6位的谷氨酸被纈氨酸取代，發(fā)生了變異所造成的。突變導(dǎo)致本是可溶性的血紅蛋白聚集成絲，相互粘著，導(dǎo)致紅細(xì)胞變形而成鐮刀狀，極易破碎導(dǎo)致貧血。鐮刀狀細(xì)胞貧血病血紅蛋白分子病第八十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三地中海貧血產(chǎn)生原因：缺失一個(gè)或多個(gè)編碼血紅蛋白鏈的基因；一個(gè)或多個(gè)基因無(wú)義突變－縮短的蛋白鏈；發(fā)生移碼突變－不能合成正確的多肽鏈；編碼區(qū)外突變－轉(zhuǎn)錄阻斷或mRNA不能正確加工。類型：-地中海貧血-地中海貧血第九十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三(二)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān)，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。在生物體內(nèi)，當(dāng)某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個(gè)部位結(jié)合，觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生一定變化，從而導(dǎo)致其功能活性的變化，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的別構(gòu)效應(yīng)(allostery)。蛋白質(zhì)(或酶)的別構(gòu)效應(yīng)，在生物體內(nèi)普遍存在，這對(duì)物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化都是十分重要的。第九十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三血紅蛋白(hemoglobin,Hb)結(jié)構(gòu)與功能

4個(gè)亞基組成，兩兩相同，每個(gè)亞基都有一個(gè)血紅素基和一個(gè)氧結(jié)合部位。Hb分子近似球形，4個(gè)亞基占據(jù)相當(dāng)于四面體的四個(gè)頂角。第九十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三輔基血紅素（heme）氧與蛋白不能直接結(jié)合；借助過(guò)渡金屬的低氧態(tài)（Fe2＋）和有機(jī)分子原卟啉IX；卟啉化合物著色力強(qiáng)，血紅蛋白的鐵卟啉使血液呈紅色；原卟啉IX和Fe的絡(luò)合物成為血紅素（heme）。第九十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三O2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)。卟啉平面卟啉平面Fe第九十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三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。血紅蛋白存在兩種主要構(gòu)象態(tài)：T態(tài)（tensestate）和R態(tài)（relaxedstate），T態(tài)和R態(tài)之間能互換，而且均能結(jié)合氧，但R態(tài)的結(jié)合能力要強(qiáng)。作為T(mén)態(tài)的去氧血紅蛋白有專一性的氫鍵和鹽橋起著穩(wěn)定作用，4個(gè)亞基的C末端處于受束縛的狀態(tài)。血紅蛋白除運(yùn)輸氧外，還運(yùn)輸H＋和CO2。血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧第九十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線第九十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三HbT態(tài)和R態(tài)互變Hb氧合與脫氧構(gòu)象轉(zhuǎn)換示意第九十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三協(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)血紅蛋白的氧合具有正協(xié)同性同促效應(yīng)，也即一個(gè)O2的結(jié)合增加同一Hb分子中其余空的氧結(jié)合部位對(duì)O2的親和力。第九十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三變構(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)。Hb與O2結(jié)合后，Hb的構(gòu)象發(fā)生變化，這類變化稱為變構(gòu)效應(yīng)，即通過(guò)構(gòu)象變化影響蛋白質(zhì)的功能，Hb稱為變構(gòu)蛋白（allostericprotein）。酶與變構(gòu)劑、配體與受體第九十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4、蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(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。第一百頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(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、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。第一百零一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三瘋牛病中的蛋白質(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。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。這種α-螺旋在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成β-折疊，空間結(jié)構(gòu)也由單個(gè)球狀分子變成了纖維狀的聚集態(tài)。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病單個(gè)球狀分子纖維狀的聚集態(tài)第一百零二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三瘋牛病的prion蛋白構(gòu)象的改變正常prion異常prion蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病第一百零三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三老年性癡呆（AD,Alzheimei'sdisease）老年性癡呆:即阿爾茨海默病，是一種大腦細(xì)胞退化萎縮，細(xì)胞密度降低的器質(zhì)性疾病?；颊卟糠只蛘呷康膯适в洃浤芰驼J(rèn)識(shí)能力。分子機(jī)理：2個(gè)和AD有關(guān)的蛋白質(zhì)：β淀粉樣蛋白和Tau蛋白，在病變時(shí)發(fā)生聚集。這些蛋白質(zhì)在病變時(shí)的一個(gè)共同特點(diǎn)是，分子中β折疊增加，進(jìn)而導(dǎo)致分子聚集，對(duì)蛋白水解酶的抗性增大。

里根第一百零四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（一）兩性解離和等電點(diǎn)六、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

蛋白質(zhì)同氨基酸一樣也是兩性電解質(zhì)，即能和酸作用，也能和堿作用。蛋白質(zhì)分子中可解離的基團(tuán)除肽鏈末端的-氨基和-羧基外，主要還是多肽鏈中氨基酸殘基上的側(cè)鏈基團(tuán)如-氨基、-羧基、-羧基、咪唑基，胍基、酚基、疏基等。在一定的pH條件下，這些基團(tuán)能解離為帶電基團(tuán)從而使蛋白質(zhì)帶電。

第一百零五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三在等電點(diǎn)時(shí)(Isoelectricpoint，pI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)不同。在等電點(diǎn)偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)；在等電點(diǎn)偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)pH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化，如SDS。第一百零六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（二）膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)的分子量1萬(wàn)-100萬(wàn)之間，其分子直徑1-100nm之間，在膠體顆粒的范圍。蛋白質(zhì)的水溶液是一種比較穩(wěn)定的親水膠體，這是因?yàn)樵诘鞍踪|(zhì)顆粒表面帶有很多極性基團(tuán)，如NH3、COO-、OH-、SH等，和水有高度親和性，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與水相遇時(shí)，就很容易在蛋白質(zhì)顆粒外面形成一層水膜。

第一百零七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)，如布朗運(yùn)動(dòng)、光散射、電泳、不能透過(guò)半透膜及具有吸附能力等。利用蛋白質(zhì)不能透過(guò)半透膜的性質(zhì)，可用羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等來(lái)分離純化蛋白質(zhì)，這個(gè)方法稱透析（dialysis）。蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來(lái)。第一百零八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

（三）蛋白質(zhì)的沉淀

加入適當(dāng)?shù)脑噭┦沟鞍踪|(zhì)分子處于等電點(diǎn)狀態(tài)或失去水化層，蛋白質(zhì)的膠體溶液就不在穩(wěn)定并將產(chǎn)生沉淀?？赡娉恋恚涸诔恋磉^(guò)程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒(méi)有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。一般是在溫和條件下，通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。（可逆沉淀是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點(diǎn)沉淀法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀法等）第一百零九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三不可逆沉淀：強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水，由于沉淀過(guò)程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，所以又稱為變性沉淀。如加熱沉淀、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。第一百一十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三能使蛋白質(zhì)沉淀的試劑：1.高濃度中性鹽

（NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl中和蛋白質(zhì)的電荷，這種加入鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出的現(xiàn)象稱為鹽析，用于蛋白質(zhì)分離制備。2.有機(jī)溶劑丙酮、乙醇破壞蛋白質(zhì)水膜3.重金屬鹽

Hg2+、Ag+、Pb+與蛋白質(zhì)中帶負(fù)電基團(tuán)形成不易溶解的鹽4.生物堿試劑苦味酸、三氯乙酸、目酸、鎢酸等與蛋白質(zhì)中帶正電荷的基團(tuán)生成不溶性鹽第一百一十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（四）蛋白質(zhì)的變性

蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。變性產(chǎn)生因素：

物理：X-ray、熱、紫外光、激烈的攪拌、高壓等化學(xué)：有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、脲、胍等

變性劑：尿素、鹽酸胍、SDS（十二烷基硫酸鈉）變性實(shí)質(zhì)：蛋白質(zhì)中次級(jí)鍵的破壞，不涉及共價(jià)鍵（肽鍵和二硫鍵等），一級(jí)結(jié)構(gòu)保持完好。第一百一十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白變性的特征：生物活性的喪失－主要特征側(cè)鏈基團(tuán)的暴露一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變：溶解度降低、粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低生物化學(xué)性質(zhì)的改變：易被蛋白酶水解蛋白質(zhì)復(fù)性：當(dāng)變性因素除去以后，變性蛋白質(zhì)又可重新回復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為renaturation。蛋白質(zhì)變性是否都是可逆的，目前沒(méi)有定論。有些蛋白質(zhì)的變性是可逆的，變性如不超過(guò)一定限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍住５谝话僖皇?yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)變性和復(fù)性核糖核酸酶A

第一百一十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（五）蛋白質(zhì)的紫外吸收

大部分蛋白質(zhì)均含有帶苯環(huán)的酪氨酸（Tyr）和色氨酸（Trp）。這三種氨基酸在近紫外區(qū)280nm

附近有最大光吸收。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在280nm附近顯示強(qiáng)的吸收。利用這個(gè)性質(zhì)，可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定性鑒定或定量分析。第一百一十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（六）蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)第一百一十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

1、蛋白質(zhì)定量法：染料CoomassieBrilliantBlue與蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團(tuán)結(jié)合后，會(huì)由褐色變?yōu)樗{(lán)色；由反應(yīng)前后藍(lán)色吸光度的改變，與已知蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，即可推知樣本中蛋白質(zhì)的濃度，一般稱之為Bradfordmethod。2、分子量測(cè)定法：可利用膠體過(guò)濾法、超高速離心法(ultracentrifugation)、或膠體電泳法(gelelectrophoresis)來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)的原態(tài)分子量；SDS膠體電泳則可測(cè)定次體分子量。電泳同時(shí)可以檢定蛋白質(zhì)的純度如何，是極佳的分析工具。（七）蛋白質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定第一百一十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、等電點(diǎn)(pI)：等電聚焦法(isoelectricfocusing)極類似膠體電泳，但可測(cè)得蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。等電點(diǎn)是蛋白質(zhì)帶電性質(zhì)的重要指針，當(dāng)環(huán)境的pH等于其等電點(diǎn)時(shí)，此蛋白質(zhì)的凈電荷為零；大于其等電點(diǎn)時(shí)，凈電荷為負(fù)，反之則為正電荷。4、氨基酸組成：蛋白質(zhì)以鹽酸水解成游離氨基酸，再分析各種氨基酸的含量。蛋白質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定第一百一十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三5、蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)：以X光衍射法分析蛋白質(zhì)結(jié)晶，可計(jì)算出其分子的細(xì)微立體結(jié)構(gòu)；近來(lái)應(yīng)用核磁共振法(NMR)測(cè)定水溶液中蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)。6、質(zhì)譜分析：目前的質(zhì)譜儀分析技術(shù)，已經(jīng)能夠處理分子量較大的蛋白質(zhì)，可以定出蛋白質(zhì)的精確分子量；可以檢查該蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的各個(gè)肽片段，推出其氨基酸序列。蛋白質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定第一百一十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（八）蛋白質(zhì)工程與分子設(shè)計(jì):

蛋白質(zhì)工程：是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過(guò)有控制的修飾和合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)加以定向改造，設(shè)計(jì)、構(gòu)建并最終生產(chǎn)出性能比自然界中存在的蛋白質(zhì)更加優(yōu)良、更加符合人類社會(huì)需要的新型蛋白質(zhì)。第一百二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的認(rèn)識(shí)對(duì)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)(序列)及三維結(jié)構(gòu)。即使蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)是已知的，選擇一個(gè)合適的突變體仍很困難，這說(shuō)明蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)工作的艱巨性，它涉及多種學(xué)科的配合，如計(jì)算機(jī)模擬、X射線晶體學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、生物技術(shù)等。

蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)是一門(mén)新興的研究領(lǐng)域，其本身在不斷地發(fā)展，其內(nèi)容也在不斷地更新。第一百二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三設(shè)計(jì)目標(biāo)及解決辦法蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對(duì)于蛋白質(zhì)工程及蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)都是至關(guān)重要的。如果我們想改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)，必須改變蛋白質(zhì)