生物化學(xué)(Biochemistry)是研究生命化學(xué)的科學(xué)

緒論

生物化學(xué)（Biochemistry）是研究生命化學(xué)的科學(xué)，它在分子水平探討生命的本質(zhì)，即研究生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)及其在生命活動(dòng)中的作用。生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)生必修的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程，為學(xué)習(xí)其它基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)課程、在分子水平上認(rèn)識(shí)病因和發(fā)病機(jī)理、診斷和防止疾病奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)今生物化學(xué)越來越多的成為生命科學(xué)的共同語(yǔ)言，它已成為生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科。

一、基本內(nèi)容和重點(diǎn)

本課程主要介紹以下幾方面內(nèi)容：

（1）生物大分子（包括蛋白質(zhì)、酶及核酸等）的分子結(jié)構(gòu)、主要理化性質(zhì)，并在分子水平上闡述其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；

（2）物質(zhì)代謝（包括糖類、脂類及蛋白質(zhì)）的代謝變化，重點(diǎn)闡述主要代謝途徑、生物氧化與能量轉(zhuǎn)換、代謝途徑間的聯(lián)系以及代謝調(diào)節(jié)原理及規(guī)律；

（3）闡明遺傳學(xué)中心法則所揭示的信息流向，包括DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、翻譯及基因表達(dá)調(diào)控；

（4）概要地介紹重組DNA和基因工程技術(shù)及其與醫(yī)學(xué)應(yīng)用的聯(lián)系；

（5）概要地介紹細(xì)胞信息傳遞及其途徑。

二、學(xué)習(xí)方法本課程的一個(gè)特點(diǎn)是各章節(jié)之間聯(lián)系緊密，與其它學(xué)科也有很大聯(lián)系。因此，在學(xué)習(xí)過程中必須加強(qiáng)相關(guān)章節(jié)、相關(guān)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是必須在學(xué)好有機(jī)化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上，才能較好理解生物化學(xué)的有關(guān)內(nèi)容；另一個(gè)特點(diǎn)是內(nèi)容較抽象，自學(xué)難度較大，必須進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，充分利用老師的課堂講授理解所學(xué)的內(nèi)容，課后及時(shí)復(fù)習(xí)，一定的習(xí)題練習(xí)也有助于理論知識(shí)的理解。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章StructureandFunctionofProtein本章主要內(nèi)容蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。二、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％。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)功能蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)

組成蛋白質(zhì)的元素主要有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

。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%

蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)一、氨基酸

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在于自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種。這些氨基酸中，大部分屬于L-

-氨基酸。其中，脯氨酸屬于L-

-亞氨基酸，而甘氨酸則屬于

-氨基酸。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R蛋白質(zhì)的基本單位——L-

-氨基酸或L-

-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式(投影式)

與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個(gè)氨基，因而稱為α-氨基酸。丙氨酸的兩種立體異構(gòu)體構(gòu)型：分子中各原子或基團(tuán)之間的連接方式稱為分子的構(gòu)型。組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三維空間上就有兩種不同的排列方式，它們互為鏡影，這兩種不同的構(gòu)型分別稱為D-型和L-型。(1)按側(cè)鏈R基的結(jié)構(gòu)（一）氨基酸的分類(2)按側(cè)鏈R基的極性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*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucine

LeuL

5.98異亮氨酸

isoleucine

IleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸色氨酸

tryptophan

TrpW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTyrY

5.66

半胱氨酸

cysteine

CysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagine

AsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonine

ThrT5.602.極性中性氨基酸天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginine

ArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸甘氨酸（Gly）無光學(xué)活性幾種特殊氨基酸脯氨酸Pro

（亞氨基酸）

半胱氨酸Cys

+胱氨酸二硫鍵-HH苯丙氨酸Phe、酪氨酸Tyr

和色氨酸Trp蛋白質(zhì)分子中Phe,Tyr和Trp殘基的存在使得蛋白質(zhì)在近紫外區(qū)(220-300nm)有特征性吸收＊苯丙氨酸的max＝257nm酪氨酸的

max＝275nm色氨酸的max＝280nm（二）氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度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(yáng)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)。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2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸在280nm波長(zhǎng)處具有特異性吸收峰。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這些氨基酸殘基，故通過測(cè)量280nm波長(zhǎng)的紫外吸光度可對(duì)蛋白質(zhì)溶液進(jìn)行定量分析。芳香族氨基酸的紫外吸收3.茚三酮反應(yīng)（氨基酸呈色反應(yīng)）氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，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，因此可作為氨基酸定量分析方法。二、肽*

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。（一）肽(peptide)*

肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*

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……*

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，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。*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)。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽鍵為共價(jià)鍵，具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。參與肽鍵組成的6個(gè)原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元（酰氨平面）。多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以

碳原子相隔。多肽與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)與多肽并無嚴(yán)格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大,從大約6000到1000000道爾頓甚至更大。

通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的

-氨基，稱為氨基末端或N末端；在另一端含有一個(gè)游離的

-羧基，稱為羧基末端或C末端。肽鏈的N末端與C末端：氨基酸順序：氨基酸的順序是從N末端的氨基酸殘基開始，以C末端氨基酸殘基為終點(diǎn)。*多肽鏈：是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N末端C末端牛核糖核酸酶上述五肽可簡(jiǎn)寫表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln肽鏈的表示法(簡(jiǎn)寫)（二）幾種生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH是細(xì)胞內(nèi)重要還原劑，它保護(hù)蛋白質(zhì)分子中的SH基團(tuán)免遭氧化，使蛋白質(zhì)或酶處于活性狀態(tài)。GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+

GSH上的氫，在谷胱甘肽過氧化物酶的催化下，能還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，使其變成H2O，同時(shí)GSH成為氧化型即GSSG，后者又在谷胱甘肽還原酶催化下，再生成GSH。因此，GSH是細(xì)胞內(nèi)十分重要的還原劑。種類較多，生理功能各異。多肽類激素主要見于垂體及下丘腦分泌的激素，如催產(chǎn)素（9肽）、加壓素（9肽）、促腎上腺皮質(zhì)激素（39肽）、促甲狀腺素釋放激素（3肽）。神經(jīng)肽主要與神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用相關(guān)，包括腦啡肽（5肽）、

-內(nèi)啡肽（31肽）、強(qiáng)啡肽（17肽）等。2.多肽類激素及神經(jīng)肽垂體后葉分泌的激素如催產(chǎn)素和加壓素由下丘腦分泌的激素之一

促甲狀腺素釋放激素神經(jīng)肽

甲硫氨酸腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-phe-Met

亮氨酸腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-phe-Leu

臨床應(yīng)用：鎮(zhèn)痛例如腦啡肽：

Responsibleforsignaltransduction(信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo))inneurotransmission

腦啡肽；內(nèi)啡肽；強(qiáng)啡肽；神經(jīng)肽Y三、蛋白質(zhì)的分類*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分

單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分*根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)*根據(jù)蛋白質(zhì)功能

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein第二節(jié)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)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)定義：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)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)空間結(jié)構(gòu)和特定生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵：氫鍵

定義:指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，不包括氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。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)

（一）

-螺旋

1.多肽鏈主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律地螺旋式上升，順時(shí)鐘走向，即右手螺旋。2.每隔3.6個(gè)氨基酸殘基上升一圈，螺距為0.54nm。3.α-螺旋的每個(gè)肽鍵的Ｎ-Ｈ和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成氫鍵，氫鍵的方向與螺旋長(zhǎng)軸基本平形。

-螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)如下：

左手和右手螺旋（二）

-折疊

多肽鏈主鏈走向呈折紙狀，而氨基酸側(cè)鏈Ｒ基團(tuán)交替地位于折紙狀結(jié)構(gòu)上下方。在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鍵。

β-轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180o的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱β-轉(zhuǎn)角。通常由４個(gè)氨基酸殘基組成，第二個(gè)殘基常為脯氨酸。由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N—H之間形成氫鍵。（三）

-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指沒有確定規(guī)律性的局部肽鏈結(jié)構(gòu)。

三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵（最主要）、離子鍵、氫鍵和范德華力等。主要的化學(xué)鍵:定義:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，即多肽鏈的整體構(gòu)象。

1963年Kendrew等通過鯨肌紅蛋白的x-射線衍射分析，測(cè)得了它的空間結(jié)構(gòu)。

肌紅蛋白(Mb)Mb是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段

-螺旋結(jié)構(gòu)。整條多肽鏈折疊成緊密球形分子，氨基酸側(cè)鏈上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，富極性及電荷的則在分子表面。Mb分子內(nèi)部有一個(gè)袋形空穴，血紅素居與其中。血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。核酸酶

視紫紅質(zhì)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)分子的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)而言，只涉及一條多肽鏈卷曲而成的蛋白質(zhì)。而有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，其中每一個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為蛋白質(zhì)的亞基。蛋白質(zhì)分子中各亞基之間的相對(duì)空間位置，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)沒有四級(jí)結(jié)構(gòu)。主要的化學(xué)鍵主要是疏水鍵、氫鍵和離子鍵。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

血紅蛋白：具有４個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，可結(jié)合４分子氧。成人由兩條α-肽鏈和兩條β-肽鏈組成。

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)Mathewsetal(2000)Biochemistry(3e)p.195蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和特定生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

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（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀狀紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbS

β肽鏈HbA

β肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)正常人血紅蛋白β鏈的第6位氨基酸是Glu，而鐮刀狀細(xì)胞貧血病人的血紅蛋白中，Glu變成了Val，僅此一個(gè)氨基酸之差，本是水溶性的血紅蛋白，就聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細(xì)胞變形成鐮刀狀而極易破裂，產(chǎn)生貧血。這種由蛋白質(zhì)分子一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。ObservedNormalrangeRedcellcount2.6×106/ml4.6～6.2×106/mlHemoglobincontent8g/100ml14～18g/100mlWhitecellcount15,250/ml4,000～10,000/mlHbAβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbSβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…HbA（

adulthemoglobin）HbS（sickle-cellhemoglobin）

（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

HemoglobinMyoglobin

肌紅蛋白和血紅蛋白是兩個(gè)研究得最透徹的蛋白質(zhì)，它們是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的范例。肌紅蛋白是哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)氧的蛋白質(zhì)，它和血紅蛋白的亞基在氨基酸序列上具有明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功能也十分相似。肌紅蛋白Mb是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段

-螺旋結(jié)構(gòu)。易與氧氣結(jié)合，氧解離曲線呈直角雙曲線。整條多肽鏈折疊成緊密球形分子，氨基酸側(cè)鏈上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，富極性及電荷的則在分子表面。Mb分子內(nèi)部有一個(gè)袋形空穴，血紅素居與其中。血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。血紅蛋白血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基中間有一個(gè)疏水袋形空穴，可結(jié)合一個(gè)血紅素并攜帶1分子氧，因此1分子Hb共結(jié)合4分子氧。Hb各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb各亞基之間通過8對(duì)鹽健，緊密結(jié)合成親水的球狀蛋白。成人紅細(xì)胞中Hb主要是由兩條α肽鏈和兩條β肽鏈組成（α2β2）。

血紅蛋白在氧分壓較低時(shí)，與氧氣結(jié)合較難，氧解離曲線呈Ｓ狀曲線。但當(dāng)氧與血紅蛋白分子中一個(gè)亞基的血紅素輔基的鐵結(jié)合后，即引起該亞基構(gòu)象的改變，一個(gè)亞基構(gòu)象的改變又會(huì)引起其余亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生改變，亞基間的次級(jí)鍵被破壞，結(jié)果整個(gè)分子從緊密的構(gòu)象變成比較松散的構(gòu)象，易于與氧結(jié)合，從而使血紅蛋白與氧結(jié)合的速度大大加快。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線Mb易與O2結(jié)合，而Hb在O2分壓較低時(shí)較難結(jié)合O2

。Mb氧解離曲線為S狀曲線，而Hb的為雙曲線。因?yàn)椋篗b第一個(gè)亞基與氧氣結(jié)合以后，促進(jìn)第二及第三個(gè)亞基與氧氣的結(jié)合，當(dāng)前三個(gè)亞基與氧氣結(jié)合后，又大大促進(jìn)第四個(gè)亞基與氧氣結(jié)合。即Mb各亞基間存在正協(xié)同效應(yīng)。血紅蛋白中血紅素輔基的結(jié)構(gòu)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)。氧合作用顯著改變Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的微小移動(dòng)導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換（從T態(tài)→R態(tài)）T態(tài)（tensestate）緊張態(tài) R態(tài)（relaxedstate）松馳態(tài)。*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)

如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)因與小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生空間結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。（三）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。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。這類疾病包括：瘋牛病、肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥、老年癡呆癥、亨廷頓舞蹈病等。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)引起的一種人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein（一）蛋白質(zhì)的兩性電離

蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pI)

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)。一、理化性質(zhì)

由于蛋白質(zhì)分子很大，在水中形成膠體溶液。蛋白質(zhì)（主要是指球狀蛋白質(zhì)）有親水面，它的親水基團(tuán)都在表面，因此與水有很大的親和力，成為親水膠體。蛋白質(zhì)的親水膠體溶液是相當(dāng)穩(wěn)定的，一方面由于蛋白質(zhì)表面的親水基團(tuán)會(huì)吸引它周圍的水分子，使水分子定向排列在它的周圍，形成“水化膜”。另一方面由于蛋白質(zhì)在非等電點(diǎn)時(shí)帶有同種電荷，同種電荷相斥，也使蛋白質(zhì)分子保持一定的距離而不會(huì)聚合。（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

*維持蛋白質(zhì)親水膠體穩(wěn)定的因素：水化膜顆粒表面電荷+++++++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)的變性、沉淀和凝固

*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)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。造成變性的因素如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑、超聲波、紫外線、震蕩等。變性的本質(zhì)主要為二硫鍵和非共價(jià)鍵的破壞，不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變。變性后，其溶解度降低，粘度增加，結(jié)晶能力消失，生物活性喪失，易被蛋白酶水解。應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,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。

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(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*蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，溶解度降低，甚至肽鏈相互聚集，而從溶液中析出的現(xiàn)象。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。鹽析法：加入大量的中性鹽（如硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉），脫去水化層而沉淀。有機(jī)溶劑沉淀法：加入極性的有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等，破壞水化層而沉淀。重金屬鹽沉淀法：當(dāng)pH大于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)顆粒帶凈負(fù)電荷，易與重金屬離子結(jié)合成不溶性鹽而沉淀。生物堿或酸類沉淀法：當(dāng)pH小于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)顆粒帶凈正電荷，易與生物堿或酸根負(fù)離子結(jié)合成不溶性鹽而沉淀。加熱變性沉淀法：蛋白質(zhì)因加熱變性而凝固。蛋白質(zhì)沉淀法（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(zhǎng)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)⒈茚三酮反應(yīng)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)。⒉雙縮脲反應(yīng)

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。二、蛋白質(zhì)的分離和純化蛋白質(zhì)的分離純化方法分子大小透析和超過濾密度梯度離心凝膠過濾溶解度等電點(diǎn)沉淀和pH控制鹽溶和鹽析有機(jī)溶劑分級(jí)分離法溫度沉淀電荷離子交換層析等電聚焦層析聚焦電泳區(qū)帶電泳聚丙烯酰氨凝膠電泳（PAGE）毛細(xì)管電泳蛋白質(zhì)分離純化方法吸附：吸附層析特異親和力：親和層析其它：如高效液相層析（HPLC）（一）透析及超濾法*透析

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。透析是利用蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜而與小分子分離。*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（半透膜）

，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀

*使用丙酮沉淀時(shí)，必須在0～4℃低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。*鹽析是將硫酸銨、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。*

免疫沉淀法：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。（三）蛋白質(zhì)電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)

。