蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(dl)

1、（四）超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域1、超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)類型：超二級結(jié)構(gòu)類型：2、結(jié)構(gòu)域back（五）蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)：（五）蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)：1、概念 包括主側(cè)鏈在內(nèi)的所有原子包括主側(cè)鏈在內(nèi)的所有原子在三維空間的排列。在三維空間的排列。 一條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，一條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由于順序上相隔較遠的氨基酸殘基側(cè)鏈由于順序上相隔較遠的氨基酸殘基側(cè)鏈的相互作用，進行范圍更廣泛的盤繞、的相互作用，進行范圍更廣泛的盤繞、折疊，形成很不規(guī)范但特定的空間構(gòu)象。折疊，形成很不規(guī)范但特定的空間構(gòu)象。 具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，往具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，往往具有球形、橢球形的物理外形，稱往具有球形、橢

2、球形的物理外形，稱之為之為球蛋白球蛋白。 球蛋白常常是生物體內(nèi)具有一定球蛋白常常是生物體內(nèi)具有一定生理功能的活性蛋白質(zhì)。生理功能的活性蛋白質(zhì)。 例如：肌紅蛋白（例如：肌紅蛋白（Mb）; 核糖核酸酶；核糖核酸酶； 細胞色素細胞色素C； 2、穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的作用力Garrett & Grisham (1999) Biochemistry (2e) p.181三級結(jié)構(gòu)中的氫鍵三級結(jié)構(gòu)中的氫鍵二級結(jié)構(gòu)氫鍵三級結(jié)構(gòu)氫鍵a helixb sheetGarrett & Grisham (1999) Biochemistry (2e) p.181胰臟 trypsin inhibitor三級結(jié)構(gòu)中的離子鍵可與金屬

3、離子形成離子鍵可與金屬離子形成離子鍵： Cys, His, Glu, Asp金屬離子對蛋白質(zhì)的貢獻金屬離子對蛋白質(zhì)的貢獻：(1) 穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(2) 參與蛋白質(zhì)的功能參與蛋白質(zhì)的功能三級結(jié)構(gòu)中的疏水作用力三級結(jié)構(gòu)中的疏水作用力疏水性氨基酸基團以水溶性蛋白質(zhì)而言以水溶性蛋白質(zhì)而言( (脂溶性蛋白質(zhì)恰相反脂溶性蛋白質(zhì)恰相反) )Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.135親水性基團親水性基團三級結(jié)構(gòu)中的二硫鍵三級結(jié)構(gòu)中的二硫鍵Adapted from Alberts et al (2002) Mole

4、cular Biology of the Cell (4e) p.152CCH2SHSHCH2CCCH2SHSHCH2CCCH2SSCH2CCCH2SSCH2C分子內(nèi)分子內(nèi)分子間分子間OxidationReduction3、球蛋白分子結(jié)構(gòu)的一般特征Hexokinase 具有兩個結(jié)能域Alberts et al (1994) Molecular Biology of the Cell (3e) p.196domaindomain細胞色素C的空間結(jié)構(gòu)4、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)n是是19571957年由年由John Kendrew John Kendrew 用用X X射線晶射線晶體分析法測定的有三維結(jié)構(gòu)的第

5、一個體分析法測定的有三維結(jié)構(gòu)的第一個蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。血紅素分子血紅素分子His2+（六）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（六）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1 1、寡聚蛋白和蛋白質(zhì)亞基、寡聚蛋白和蛋白質(zhì)亞基 分子量較大的蛋白質(zhì)往往由兩條或兩分子量較大的蛋白質(zhì)往往由兩條或兩條以上的多肽鏈組成，這些肽鏈相互之間以條以上的多肽鏈組成，這些肽鏈相互之間以非共價鍵結(jié)合，每條多肽鏈各自具有一定的非共價鍵結(jié)合，每條多肽鏈各自具有一定的三級結(jié)構(gòu)，但肽鏈單獨存在時不具有生物活三級結(jié)構(gòu)，但肽鏈單獨存在時不具有生物活性，這種肽鏈就稱為性，這種肽鏈就稱為蛋白質(zhì)的亞基蛋白質(zhì)的亞基 亞基聚合在一起形成具有一定生物學功能亞基聚合在一起形成具有一定生物學

6、功能的蛋白質(zhì)分子的蛋白質(zhì)分子寡聚蛋白寡聚蛋白2、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)3、血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.214血紅蛋白的四級結(jié)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)構(gòu)五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、分子病Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.2392、種屬差異與分子進化（二）酶原與激素原的激活（二）酶原與激素原的激活1. 1. 胰胰2.蛋白水解酶原的激活胰蛋白酶原胰蛋白酶原（trypsinogentrypsinogen） 胰蛋白酶胰蛋白酶（trypsintrypsin）腸激酶胰腸激酶

7、胰蛋白蛋白酶酶 Lys6-Ile7 端肽端肽（十二指腸）（十二指腸）消化道中蛋白酶原激活的連鎖反應：消化道中蛋白酶原激活的連鎖反應： 胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶腸激酶胰蛋白酶腸激酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶（二）蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的構(gòu)象并不是固定不變的。蛋白質(zhì)的構(gòu)象并不是固定不變的。別構(gòu)現(xiàn)象：有些蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物活性別構(gòu)現(xiàn)象：有些蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物活性時，其構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變整個分時，其構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變整個分子的性質(zhì)，這種現(xiàn)

8、象叫別構(gòu)現(xiàn)象。子的性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫別構(gòu)現(xiàn)象。血紅蛋白在表現(xiàn)其輸氧功能時就具有別血紅蛋白在表現(xiàn)其輸氧功能時就具有別構(gòu)現(xiàn)象。構(gòu)現(xiàn)象。(R)relaxed state(T) tense stateLungMuscle靜脈動脈環(huán)境氧濃度高時Hb 快速吸收氧分子環(huán)境氧濃度低時Hb迅速釋出氧分子任何一個亞基接受氧分子后，會增進其它亞基吸附氧分子的能力氧結(jié)合曲線（氧解離曲線） 0 20 40 60 80 100 O2分壓Y100501 HbMb 2一一級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu) (氨氨基酸序列基酸序列)二二級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu) (a a helix, b b sheet)三三級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu) (monomer)四四級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu) (d

9、imer)序列構(gòu)象活性調(diào)節(jié)Domain (結(jié)構(gòu)域)Juang RH (2004) BCbasics蛋白質(zhì)各級結(jié)構(gòu)的意義五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)：（一）蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)：(1)蛋白質(zhì)具有酸堿兩性蛋白質(zhì)具有酸堿兩性(2)蛋白質(zhì)的可解離基團：蛋白質(zhì)的可解離基團： 肽鏈末端的肽鏈末端的-氨基和氨基和-羧基羧基 輔基部分包含的可解離基團輔基部分包含的可解離基團 側(cè)鏈上的可解離基團：側(cè)鏈上的可解離基團：-氨基，氨基，-羧基，羧基，-羧基，咪唑基，胍基，酚基，巰基羧基，咪唑基，胍基，酚基，巰基(3) 蛋白質(zhì)的等電點蛋白質(zhì)的等電點(PI)：蛋白質(zhì)以兼性離子存：蛋白質(zhì)以兼性離子

10、存在時，溶液的在時，溶液的pH值，就是蛋白質(zhì)的等電點。值，就是蛋白質(zhì)的等電點。 NH3+NH3+COO含堿性氨基酸殘基較多的，含堿性氨基酸殘基較多的， pI偏堿，反之，偏偏堿，反之，偏酸。含酸堿氨基酸殘基數(shù)目相近者，等電點為酸。含酸堿氨基酸殘基數(shù)目相近者，等電點為中性偏酸。中性偏酸。 如魚精蛋白：如魚精蛋白： pI=1212.4 如胃蛋白酶：如胃蛋白酶：pI=12.5 胰島素：胰島素：pI=5n等電沉淀：等電沉淀：(4) (4) 利用蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)可分離純化蛋白質(zhì)利用蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)可分離純化蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pIpI的溶液中的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負

11、為帶電的顆粒，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)的技術(shù)而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù), , 稱為電泳稱為電泳(elctrophoresis) 。電電 泳泳自由界面電泳自由界面電泳區(qū)帶電泳：區(qū)帶電泳：紙電泳，凝膠電泳、醋酸紙電泳，凝膠電泳、醋酸纖維薄膜電泳纖維薄膜電泳幾種重要的蛋白質(zhì)電泳幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。質(zhì)分子量的測定。*等電聚焦電泳等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)等電點的差，通過蛋白質(zhì)等電點的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。

12、*雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學研究的重要是蛋白質(zhì)組學研究的重要技術(shù)。技術(shù)。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳 有一混合蛋白質(zhì)（其有一混合蛋白質(zhì)（其pI值分別是值分別是4.6，5.0，5.3，6.7，7.3）溶液，電泳時欲使其中四種泳）溶液，電泳時欲使其中四種泳向正極，緩沖液向正極，緩沖液pH應該是多少？應該是多少？A.4.0 B.6.0 C.7.0 D.8.0 在在pH7時，下列蛋白質(zhì)電泳的方向和相對應位置圖示時，下列蛋白質(zhì)電泳的方向和相對應位置圖示之。胰島素（之。胰島素（5.3），核糖核酸（），核糖核酸（9.5）胃蛋白酶）胃蛋白酶（PH=1.0）細胞色素）細胞色素C（PI=

13、10.7）血紅蛋白（）血紅蛋白（PI=6.7）+pH pI Pro+ Pro Pro-點樣點點樣點（二）蛋白質(zhì)的高分子化合物性質(zhì)（二）蛋白質(zhì)的高分子化合物性質(zhì) 蛋白質(zhì)是分子量很大的生物大分子蛋白質(zhì)是分子量很大的生物大分子（104106 d或更大），蛋白質(zhì)的很多或更大），蛋白質(zhì)的很多性質(zhì)與其分子量有關(guān)。性質(zhì)與其分子量有關(guān)。測定蛋白質(zhì)分子量的方法有：測定蛋白質(zhì)分子量的方法有：利用蛋白質(zhì)的物理利用蛋白質(zhì)的物理化學性質(zhì)來測定化學性質(zhì)來測定1、根據(jù)蛋白質(zhì)的化學組成測定最低、根據(jù)蛋白質(zhì)的化學組成測定最低相對分子量相對分子量 采用化學分析的方法，測定蛋白質(zhì)分子中某一采用化學分析的方法，測定蛋白質(zhì)分子中某一微

14、量元素的含量。假定蛋白質(zhì)分子中只含有一個這微量元素的含量。假定蛋白質(zhì)分子中只含有一個這種被測定元素的原子，則可以計算出蛋白質(zhì)種被測定元素的原子，則可以計算出蛋白質(zhì)最低相最低相對分子量。對分子量。最低相對分子量最低相對分子量=被分析元素的原子量被分析元素的原子量被分析元素的百分含量被分析元素的百分含量如如:肌紅蛋白，肌紅蛋白，F(xiàn)e 含量為：含量為： 0.335%。=最低分子量最低分子量=Fe原子量原子量0.335%0.335%56.816700(d)如如:血紅蛋白血紅蛋白, Fe 含量為：含量為： 0.335%，計算，計算其最低相對分子量也是其最低相對分子量也是16700，但根據(jù)其，但根據(jù)其它方

15、法測得的分子量是它方法測得的分子量是68000。真實分子量真實分子量= 最低分子量最低分子量nn 代表被分析元素的原子個數(shù)。如如:牛血清清蛋白含色氨酸牛血清清蛋白含色氨酸0.58%，計算所得，計算所得的最低相對分子質(zhì)量是的最低相對分子質(zhì)量是35200；每一個牛血清；每一個牛血清蛋白分子含兩個色氨酸分子，則真實分子量蛋白分子含兩個色氨酸分子，則真實分子量是是69000。（色氨酸的分子量為。（色氨酸的分子量為204）該方法的優(yōu)點：該方法的優(yōu)點：計算所得的真實分子量計算所得的真實分子量十分精確。十分精確。缺點：缺點：必須和其它方法結(jié)合使用，否則必須和其它方法結(jié)合使用，否則不能提供真實分子量不能提供真

16、實分子量。2 2、超速離心法：、超速離心法：Sedimetation Sedimetation VelociyVelociy 采用分析性超速離心機（轉(zhuǎn)采用分析性超速離心機（轉(zhuǎn)速大，速大，5000060000 rpm ，配，配有光學系統(tǒng)，觀察離心情況）利有光學系統(tǒng)，觀察離心情況）利用光學方法測定界面移動速度用光學方法測定界面移動速度（用（用S表示），分子量越大，界表示），分子量越大，界面移動就越快。面移動就越快。M=RTSD(1v)R-氣體常數(shù)氣體常數(shù)T-絕對溫度絕對溫度D-擴散系數(shù)擴散系數(shù)V-溶質(zhì)分子的密度倒數(shù)溶質(zhì)分子的密度倒數(shù)-介質(zhì)的密度介質(zhì)的密度S-沉降系數(shù)沉降系數(shù)3、凝膠過濾法、凝膠過濾

17、法分子排阻分子排阻層析技術(shù)（分子篩法）層析技術(shù)（分子篩法） 這是根據(jù)分子大小分離、測定蛋白質(zhì)這是根據(jù)分子大小分離、測定蛋白質(zhì)混合物的一種方法（柱層析）混合物的一種方法（柱層析）填充物：萄聚糖凝膠填充物：萄聚糖凝膠sephadex高度水化的惰性物質(zhì)高度水化的惰性物質(zhì)具有不同網(wǎng)眼大小合成凝膠具有不同網(wǎng)眼大小合成凝膠借助重力過柱：借助重力過柱：比網(wǎng)眼大的分子不能進入網(wǎng)眼中比網(wǎng)眼大的分子不能進入網(wǎng)眼中比網(wǎng)眼小的分子進入網(wǎng)眼中比網(wǎng)眼小的分子進入網(wǎng)眼中過柱時，所走的路程不同過柱時，所走的路程不同大分子大分子 先下來先下來小分子小分子 后下來后下來（三）蛋白質(zhì)的溶液是膠體溶液（三）蛋白質(zhì)的溶液是膠體溶液1、

18、膠體溶液：以固體物質(zhì)做分散相，液體做分散劑、膠體溶液：以固體物質(zhì)做分散相，液體做分散劑的分散系。的分散系。粗分散系：粗分散系： 100nm ，不穩(wěn)定。，不穩(wěn)定。膠膠 體：體：100nm 分散顆粒分散顆粒 1nm，相對穩(wěn)定。，相對穩(wěn)定。 真溶液：分散顆粒真溶液：分散顆粒 1nm，穩(wěn)定。，穩(wěn)定。分散系分散系是一種物質(zhì)以或大或小的顆粒分散到另一種是一種物質(zhì)以或大或小的顆粒分散到另一種物質(zhì)中去所得到的體系，它包括分散相和分散劑。物質(zhì)中去所得到的體系，它包括分散相和分散劑。根據(jù)分散相、分散劑的狀態(tài)，可構(gòu)成根據(jù)分散相、分散劑的狀態(tài)，可構(gòu)成9種分散系。種分散系。其中最常見的是分散相為固體、分散劑為液體的系其

19、中最常見的是分散相為固體、分散劑為液體的系統(tǒng)，又根據(jù)分散顆粒的大小，可分為三種分散系：統(tǒng)，又根據(jù)分散顆粒的大小，可分為三種分散系：2. 維持親水膠體穩(wěn)定性的因素：維持親水膠體穩(wěn)定性的因素：顆粒大小：顆粒大?。?1nm 100nm質(zhì)點帶有相同電荷質(zhì)點帶有相同電荷質(zhì)點與溶劑相結(jié)合，形成溶劑化層（水化層）質(zhì)點與溶劑相結(jié)合，形成溶劑化層（水化層）3. 蛋白質(zhì)的水溶液是膠體溶液蛋白質(zhì)的水溶液是膠體溶液+蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：1）表面形成水膜（水化層）；）表面形成水膜（水化層）； 2）帶相同電荷。）帶相同電荷。（四）蛋白質(zhì)的沉淀反應：（四）蛋白質(zhì)的沉淀反應：分離、純化蛋白質(zhì)時，常需要

20、進行蛋白質(zhì)沉淀分離、純化蛋白質(zhì)時，常需要進行蛋白質(zhì)沉淀凡是影響蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定因素的措施，凡是影響蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定因素的措施，都可用于沉淀蛋白質(zhì)。都可用于沉淀蛋白質(zhì)。pHpH值：（改變界質(zhì)酸堿度）值：（改變界質(zhì)酸堿度）pH=pI時溶解度最小，蛋白質(zhì)沉淀時溶解度最小，蛋白質(zhì)沉淀高濃度的中性鹽高濃度的中性鹽離子強度離子強度鹽溶：鹽溶：鹽析：鹽析：-0.200.20.40.511.52低濃度時，低濃度時， 鹽濃度鹽濃度 溶解度溶解度 鹽溶鹽溶高濃度時，高濃度時， 鹽濃度鹽濃度 溶解度溶解度 鹽析鹽析實際是離子強度的影響。（同樣濃度的二價中性實際是離子強度的影響。（同樣濃度的二價中性鹽比單價鹽影響

21、大）鹽比單價鹽影響大）pI時，時，K2SO4對碳氧對碳氧Hb溶解溶解度的影響度的影響有機溶劑（脫水劑）：如乙醇、丙酮等。有機溶劑（脫水劑）：如乙醇、丙酮等。重金屬離子（重金屬離子（Hg2+、Ag+、Pb2+、Cu2+）生物堿試劑：如三氯乙酸、苦味酸、單寧酸、生物堿試劑：如三氯乙酸、苦味酸、單寧酸、磷鎢酸等。磷鎢酸等。（五）蛋白質(zhì)的變性與復性（五）蛋白質(zhì)的變性與復性 蛋白質(zhì)受物理或化學因素影響，其分子蛋白質(zhì)受物理或化學因素影響，其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使內(nèi)部原有的高度規(guī)律性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)分子的理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)都有所蛋白質(zhì)分子的理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)都有所變化，但并不

22、導致其一級結(jié)構(gòu)的破壞，這種變化，但并不導致其一級結(jié)構(gòu)的破壞，這種現(xiàn)象叫現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性。 變性后的蛋白質(zhì)叫變性蛋白質(zhì)。變性后的蛋白質(zhì)叫變性蛋白質(zhì)。1.什么叫變性什么叫變性(denaturation)2.變性實質(zhì)變性實質(zhì) 變性實質(zhì)最早由我國科學家吳憲發(fā)現(xiàn)變性實質(zhì)最早由我國科學家吳憲發(fā)現(xiàn)(1931年年)。 在變性因素影響下，破壞了維持高級結(jié)在變性因素影響下，破壞了維持高級結(jié)構(gòu)的次級鍵和二硫鍵，蛋白質(zhì)分子從原來有構(gòu)的次級鍵和二硫鍵，蛋白質(zhì)分子從原來有序卷曲的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的松散結(jié)構(gòu)。序卷曲的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的松散結(jié)構(gòu)。但但一級結(jié)構(gòu)沒有破壞，組成成分和分子量都不一級結(jié)構(gòu)沒有破壞，組成成

23、分和分子量都不變。變。3. 變性因素變性因素物理因素：物理因素：加熱（加熱（70100）、高壓、劇烈振）、高壓、劇烈振蕩、紫外線、超聲波等。蕩、紫外線、超聲波等?；瘜W因素：化學因素：強酸、強堿、尿素、去污劑、重金屬強酸、強堿、尿素、去污劑、重金屬鹽、濃乙醇、生物堿試劑等。鹽、濃乙醇、生物堿試劑等。4. 4. 變性后理化性質(zhì)的變化變性后理化性質(zhì)的變化 生物活性全部或部分喪失生物活性全部或部分喪失。溶解度降低。溶解度降低。喪失結(jié)晶能力。喪失結(jié)晶能力。分子形狀改變，溶液粘度升高。分子形狀改變，溶液粘度升高。生化性質(zhì)改變，反應基團增加，易被蛋白水生化性質(zhì)改變，反應基團增加，易被蛋白水解酶消化。解酶消化。5.