第1章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能(已看)

1、蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)張張 鍇鍇生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院南樓基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院南樓407/1生物化學(xué)生物化學(xué)：研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命過程中各種化學(xué)變化的科學(xué)。過程中各種化學(xué)變化的科學(xué)。：1. 生物分子的結(jié)構(gòu)與功能。生物分子的結(jié)構(gòu)與功能。2. 物質(zhì)代謝、能量代謝及代謝調(diào)節(jié)。物質(zhì)代謝、能量代謝及代謝調(diào)節(jié)。3. 基因信息的傳遞及調(diào)控。基因信息的傳遞及調(diào)控。2生物化學(xué)生物化學(xué)：揭示生命的奧秘。：揭示生命的奧秘。新的概念和分支學(xué)科發(fā)新的概念和分支學(xué)科發(fā)展、新的技術(shù)發(fā)展、與其它學(xué)科的聯(lián)系。展、新的技術(shù)發(fā)展、與其它學(xué)科的聯(lián)系。3人類基因組計劃

2、和基因測序技術(shù)人類基因組計劃和基因測序技術(shù)n1990年美國、英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計劃。按照這個計劃的設(shè)想，在2005年，要把人體內(nèi)約2.5萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的圖譜。人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃并稱為三大科學(xué)計劃。n1998年美國PE Biosystems公司，以其剛研制的300臺最新毛細(xì)管自動測序儀為基礎(chǔ)，宣稱要在3年內(nèi)，完成人類基因組測序。n2001年人類基因組草圖耗資4.37億美元，耗時13年。n2007年，第一個完整人類基因組序列圖譜的誕生只花費了150萬美元。n2009年美國加州的科學(xué)家將納

3、米技術(shù)與芯片技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了一種新型測序方法，速度提高3萬倍。n二代基因測序技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)降到幾萬美元。4蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)n1990 每次分析1個或幾個蛋白n2000 每次分析幾百個蛋白n2010 每次分析4000個蛋白5基因組學(xué)基因組學(xué)6Chapter 1Structure and function of protein第一章第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能7 本章要求本章要求1.掌握蛋白質(zhì)的分子組成、分子結(jié)構(gòu)及理化性掌握蛋白質(zhì)的分子組成、分子結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)。質(zhì)。2.熟悉蛋白質(zhì)多肽鏈組成，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能熟悉蛋白質(zhì)多肽鏈組成，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，氨基酸的理化性質(zhì)。的

4、關(guān)系，氨基酸的理化性質(zhì)。3.了解蛋白質(zhì)的分離純化方法及一級結(jié)構(gòu)測定了解蛋白質(zhì)的分離純化方法及一級結(jié)構(gòu)測定原理。原理。4.掌握下列概念：氨基酸、肽鍵、一級結(jié)構(gòu)、掌握下列概念：氨基酸、肽鍵、一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)、螺旋、螺旋、折疊、模體、結(jié)構(gòu)域、亞基、分子伴侶、分子折疊、模體、結(jié)構(gòu)域、亞基、分子伴侶、分子病、蛋白質(zhì)等電點。病、蛋白質(zhì)等電點。8一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的重要組成物質(zhì)蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的重要組成物質(zhì) 2. 蛋白質(zhì)是生物體生命活動的執(zhí)行者蛋白質(zhì)是生物體生命活動的執(zhí)行者 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述91 .按組成

5、成分按組成成分 A .單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) B .結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)的分類二、蛋白質(zhì)的分類 2 .按分子的形狀或空間構(gòu)象按分子的形狀或空間構(gòu)象 A .纖維狀蛋白纖維狀蛋白 B .球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)3 .按按“家族家族” 具有相同或類似結(jié)構(gòu)的蛋白歸為一個具有相同或類似結(jié)構(gòu)的蛋白歸為一個“家家族族”，這種分類方法既包含結(jié)構(gòu)特性，又提，這種分類方法既包含結(jié)構(gòu)特性，又提示功能特性。示功能特性。10三、蛋白質(zhì)的功能三、蛋白質(zhì)的功能 催化功能催化功能酶酶 運(yùn)輸與儲存運(yùn)輸與儲存血紅蛋白血紅蛋白 調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)功能蛋白質(zhì)多肽類激素蛋白質(zhì)多肽類激素 機(jī)械運(yùn)動與支持機(jī)械運(yùn)動與支持肌肉蛋白肌肉蛋白 保護(hù)

6、與免疫保護(hù)與免疫凝血酶原和免疫球蛋白凝血酶原和免疫球蛋白 營養(yǎng)和儲存營養(yǎng)和儲存酪蛋白、鐵蛋白酪蛋白、鐵蛋白11三羧酸循環(huán)14四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次 為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)的結(jié)構(gòu)分為一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域15第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成一、蛋白質(zhì)的元素組成 C

7、H O N S（ 50%） （7%） （23%） （16%） （03%）其它其它 : P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I磷磷 銅銅 鐵鐵 鋅鋅 錳錳 鈷鈷 硒硒 碘碘凱氏定氮法凱氏定氮法蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量/g樣品樣品 = 含氮量含氮量/g樣品樣品 6.2516二、氨基酸二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)H2N C COOHHRL- -氨基酸氨基酸HN CCOOHHH2CCH2CH2H2NC COOHHH脯氨酸脯氨酸甘氨酸甘氨酸 -氨基酸結(jié)構(gòu)通式氨基酸結(jié)構(gòu)通式 17構(gòu)型：根據(jù)甘油醛構(gòu)型確定構(gòu)型：根據(jù)甘油醛構(gòu)型確定D型和型和L型型1 . 根據(jù)甘油醛原則確定構(gòu)型。根據(jù)甘油醛原則

8、確定構(gòu)型。2 . 自然界的氨基酸有兩種構(gòu)型。自然界的氨基酸有兩種構(gòu)型。3 . 組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L型型。18 （二）（二） 氨基酸的分類氨基酸的分類編碼氨基酸編碼氨基酸 ：20種種非編碼氨基酸非編碼氨基酸（無相應(yīng)的遺傳密碼）（無相應(yīng)的遺傳密碼）修飾氨基酸修飾氨基酸僅參與代謝的氨基酸僅參與代謝的氨基酸（有相應(yīng)的遺傳密碼）（有相應(yīng)的遺傳密碼） -丙氨酸、丙氨酸、 -氨基丁酸氨基丁酸羥賴氨酸、羥脯氨酸羥賴氨酸、羥脯氨酸19編碼編碼氨基酸氨基酸的分類原則：的分類原則： 側(cè)鏈基團(tuán)側(cè)鏈基團(tuán)R的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)20氨基酸名稱氨基酸名稱英文縮寫英文縮寫簡簡 寫寫氨基酸名

9、稱氨基酸名稱英文縮寫英文縮寫簡簡 寫寫甘氨酸甘氨酸GlyG絲氨酸絲氨酸SerS丙氨酸丙氨酸AlaA蘇氨酸蘇氨酸ThrT纈氨酸纈氨酸ValV天冬酰胺天冬酰胺AsnN異亮氨酸異亮氨酸IleI谷酰胺谷酰胺GlnQ亮氨酸亮氨酸LeuL酪氨酸酪氨酸TyrY苯丙氨酸苯丙氨酸PheF組氨酸組氨酸HisH脯氨酸脯氨酸ProP天冬氨酸天冬氨酸AspD甲硫氨酸甲硫氨酸MetM谷氨酸谷氨酸GluE色氨酸色氨酸TrpW賴氨酸賴氨酸LysK半胱氨酸半胱氨酸CysC精氨酸精氨酸ArgR 20種基本氨基酸的英文簡寫種基本氨基酸的英文簡寫21非極性疏水性氨基酸：非極性疏水性氨基酸：Gly、Ala極性極性極性中性氨基酸：極性中

10、性氨基酸： Trp、Tyr可解離可解離酸性氨基酸：酸性氨基酸：Asp、Glu堿性氨基酸：堿性氨基酸：Lys、Arg、His242種新發(fā)現(xiàn)的基本氨基酸：種新發(fā)現(xiàn)的基本氨基酸： 硒半胱氨酸（第硒半胱氨酸（第21種）種） 吡咯賴氨酸（第吡咯賴氨酸（第22種）種）25（三）（三）氨基酸氨基酸的理化性質(zhì)的理化性質(zhì) 1. 兩性電離和等電點（兩性電離和等電點（isoelectric point, pI）不同不同pHpH時氨基酸以不同的離子化形式存在：時氨基酸以不同的離子化形式存在： H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+ H+ OH-+ H+ OH-H2NCHCOOR-正離子正離子兩性離子兩性離子負(fù)離子

11、負(fù)離子 氨基酸所帶靜電荷為氨基酸所帶靜電荷為“零零”時，溶液的時，溶液的pH值稱為該值稱為該氨基酸的等電點（氨基酸的等電點（isoelectric point），以），以pI表示。表示。26 實驗證明在等電點時，氨基酸主要以兩性離子形式存實驗證明在等電點時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有極少量的中性分子。極少量的中性分子。 溶液的溶液的pH=pI時時pHpI時時H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR282. 紫外吸收性質(zhì)紫外吸收性質(zhì) 酪氨酸酪氨酸 max2

12、75nm 苯丙氨酸苯丙氨酸 max257nm 色氨酸色氨酸 max280nm 293. 呈色反應(yīng)呈色反應(yīng)氨基酸氨基酸 + 茚三酮茚三酮藍(lán)紫色藍(lán)紫色茚三酮反應(yīng)：茚三酮反應(yīng)：兩個亞氨基酸兩個亞氨基酸脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)形成黃色化合物。應(yīng)形成黃色化合物。加熱加熱30 氨基酸的氨基酸的-氨基、氨基、-羧基及側(cè)鏈羧基及側(cè)鏈R基基均可參加多種化學(xué)反應(yīng)。均可參加多種化學(xué)反應(yīng)。 4. 其他反應(yīng)其他反應(yīng)31三、肽鍵和多肽鏈三、肽鍵和多肽鏈（一）肽與肽鍵（一）肽與肽鍵 一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為間失水形成的酰

13、胺鍵稱為肽鍵肽鍵，所形成的化合物，所形成的化合物稱為稱為肽肽。H2NC COHH R1O R2HNC COOHHHH2NC CH R1O R2 NC COOHHH+-H2O氨基酸殘基氨基酸殘基1氨基酸殘基氨基酸殘基2肽鍵肽鍵32OH2NC CH R1O R2 NC CHH R3 NC CHHO R4 NC CHHO R5 NC CHHO R6 NC COHHHO寡肽寡肽 10aa 多肽多肽+H3NCOO-R1R2R3R4R5N-末端末端C-末端末端多肽鏈側(cè)鏈多肽鏈側(cè)鏈肽鏈書寫方式：肽鏈書寫方式：N端端C端端 34（二）（二） 生物活性肽生物活性肽 谷胱甘肽（谷胱甘肽（glutathione,

14、GSH） 分子中具有一個分子中具有一個 -肽鍵肽鍵 三肽（三肽（GluCysGly），含有自由的巰），含有自由的巰基，具有很強(qiáng)的還原性，可作為體內(nèi)重要的還基，具有很強(qiáng)的還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑，保護(hù)某些蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭原劑，保護(hù)某些蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀態(tài)。氧化，使其處于活性狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 37一、一級結(jié)構(gòu)（一、一級結(jié)構(gòu)（primary structure） 定義定義 1969年，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會年，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會（IUPAC） 規(guī)定：規(guī)定： 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指蛋

15、白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的位置。氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的位置。 2. 一級結(jié)構(gòu)的意義一級結(jié)構(gòu)的意義第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 39 最先由最先由Sanger于于1953年完成測定胰島素一級結(jié)構(gòu)年完成測定胰島素一級結(jié)構(gòu) 胰島素是動物胰中胰島胰島素是動物胰中胰島細(xì)胞分泌的一種分子量較小的細(xì)胞分泌的一種分子量較小的激素蛋白，它的主要功能是降低體內(nèi)血糖含量。臨床上用來激素蛋白，它的主要功能是降低體內(nèi)血糖含量。臨床上用來治療糖尿病。治療糖尿病。40高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）（構(gòu)象）二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)又稱初級結(jié)構(gòu)，二級

16、結(jié)構(gòu)、三蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)又稱初級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的空間結(jié)級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。 41構(gòu)象（構(gòu)象（conformation）主鏈構(gòu)象主鏈構(gòu)象側(cè)鏈構(gòu)象側(cè)鏈構(gòu)象：指多肽主鏈骨架上各原子的：指多肽主鏈骨架上各原子的 排列與相對關(guān)系排列與相對關(guān)系：指各氨基酸殘基側(cè)鏈：指各氨基酸殘基側(cè)鏈R基團(tuán)基團(tuán) 中原子的排列及相互關(guān)系中原子的排列及相互關(guān)系42二、二級結(jié)構(gòu)（二、二級結(jié)構(gòu)（secondary structure） 早在早在20世紀(jì)世紀(jì)30年代，年代，Pauling和和Corey就開始

17、就開始用用X射線衍射方法研究了氨基酸和肽的結(jié)構(gòu)，他射線衍射方法研究了氨基酸和肽的結(jié)構(gòu)，他們得到了們得到了重要的結(jié)論重要的結(jié)論: 肽鍵的鍵長介于肽鍵的鍵長介于C-N單鍵和雙鍵之間，具有單鍵和雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。 43（一）（一） 肽單元（肽單元（peptide unit） 參與肽鍵的參與肽鍵的6個原子個原子C 1、C、O、N、H、C 2被約束于一個平面上，此同一平被約束于一個平面上，此同一平面上的面上的6個原子構(gòu)成肽單元。個原子構(gòu)成肽單元。47 指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈

18、骨架原子的相對空間位置。也就是該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。（二）二級結(jié)構(gòu)的概念和種類（二）二級結(jié)構(gòu)的概念和種類 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指多肽鏈本身通過氫鍵沿一蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指多肽鏈本身通過氫鍵沿一定方向盤繞、折疊而形成的構(gòu)象。定方向盤繞、折疊而形成的構(gòu)象。 48維持二級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：氫鍵維持二級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：氫鍵 它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。氫鍵。(注注:二級結(jié)構(gòu)不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象二級結(jié)構(gòu)不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象) 主要有主要有 螺旋、螺旋、 折疊、折疊、 轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。50 1. 螺旋螺旋 ( -helix) 1950年美

19、國年美國Pauling等人在研究纖維狀蛋白等人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時，提出了質(zhì)時，提出了螺旋，后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分螺旋，后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在子中也存在螺旋。螺旋。 (1) 右手螺旋，每圈含右手螺旋，每圈含3.6個個aa，螺距為螺距為0.54 nm (2) 鏈內(nèi)氫鍵維持螺旋穩(wěn)定鏈內(nèi)氫鍵維持螺旋穩(wěn)定 (3) 側(cè)鏈側(cè)鏈R分布在螺旋外側(cè)分布在螺旋外側(cè)532. 片層片層/ 折疊（折疊（ -sheet） 也是也是 Pauling 等人提出來的，它是與等人提出來的，它是與螺旋螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。完全不同的一種結(jié)構(gòu)。 折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個折折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個折

20、疊的片層。疊的片層。(2) 鏈間氫鏈維持穩(wěn)定鏈間氫鏈維持穩(wěn)定。(3) 折疊有平行和反平行的兩種形式折疊有平行和反平行的兩種形式 (4) 側(cè)鏈向片層上下伸出側(cè)鏈向片層上下伸出55 也稱也稱回折，存在于球狀蛋白中。其特點是肽鏈回折，存在于球狀蛋白中。其特點是肽鏈回折回折180，使得氨基酸殘基的，使得氨基酸殘基的C=O和與第四個殘基和與第四個殘基的的N-H形成氫鍵。形成氫鍵。 轉(zhuǎn)角都在蛋白質(zhì)分子的表面。轉(zhuǎn)角都在蛋白質(zhì)分子的表面。3. 轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（ -turn）564.無規(guī)卷曲或自由回轉(zhuǎn)無規(guī)卷曲或自由回轉(zhuǎn) （non-regular coil） 肽段在空間的不規(guī)則排布稱為無規(guī)卷肽段在空間的不規(guī)則排布稱為

21、無規(guī)卷曲。曲。 沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。是有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。57超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)（supersecondary structure） 蛋白質(zhì)中相鄰的二級結(jié)構(gòu)單位（蛋白質(zhì)中相鄰的二級結(jié)構(gòu)單位（ 螺旋或螺旋或 折疊折疊或或 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。58模體模體 在許多蛋白質(zhì)分子中，在許多蛋白質(zhì)分子中，2個或多個具有二級個或多個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮

22、專一的功能，被稱為模殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能，被稱為模體（體（motif）59影響二級結(jié)構(gòu)形成的因素影響二級結(jié)構(gòu)形成的因素n 一級結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)一級結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)n 需要分子伴侶（需要分子伴侶（chaperon）一類參與蛋白質(zhì)折疊的輔一類參與蛋白質(zhì)折疊的輔助蛋白質(zhì)的總稱助蛋白質(zhì)的總稱60三、三級結(jié)構(gòu)（三、三級結(jié)構(gòu)（tertiary strucure） 指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即整條肽鏈中所有原相對空間位置，即整條肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。子在三維空間的排布位置。63三級結(jié)構(gòu)的特征：三級結(jié)構(gòu)的特征：n 含多種二級結(jié)構(gòu)單元；含多種二級結(jié)構(gòu)單元；

23、n 有明顯的折疊層次；有明顯的折疊層次；n 是緊密的球狀或橢球狀實體；是緊密的球狀或橢球狀實體；n 分子表面有一空穴分子表面有一空穴(活性部位活性部位)；n 疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，n 親水側(cè)鏈暴露在分子表面。親水側(cè)鏈暴露在分子表面。實例：肌紅蛋白實例：肌紅蛋白65結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain) 對于較大的蛋白質(zhì)分子，多肽鏈往往由兩個對于較大的蛋白質(zhì)分子，多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨立的三維實體締合而成三級結(jié)或兩個以上相對獨立的三維實體締合而成三級結(jié)構(gòu)，這種相對獨立的三維實體稱結(jié)構(gòu)域。構(gòu)，這種相對獨立的三維實體稱結(jié)構(gòu)域。66 維持三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵維持三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵氫

24、鍵氫鍵疏水作用疏水作用離子鍵離子鍵范德華力范德華力二硫鍵二硫鍵次級鍵次級鍵非共價鍵非共價鍵67NH3+- OO=CO OCO HSS CH CH2 CH3CH3 CH3CH3 CH2CHCH3CH3CH2OHCH2OH C-NH2NH3OC=O+- 離子鍵；離子鍵； 氫鍵；氫鍵； 疏水力；疏水力； 范德華力；范德華力； 二硫鍵二硫鍵68四、四級結(jié)構(gòu)四、四級結(jié)構(gòu) （quaternary structure） 四級結(jié)構(gòu)是指由兩四級結(jié)構(gòu)是指由兩 個或兩個以上具有三級結(jié)個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋構(gòu)的多肽鏈按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。其中每條多肽鏈稱為

25、亞基。白質(zhì)分子。其中每條多肽鏈稱為亞基。n亞基單獨存在時無生物學(xué)活性。亞基單獨存在時無生物學(xué)活性。n一般來說具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白屬于寡聚蛋白。一般來說具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白屬于寡聚蛋白。n維持構(gòu)象的化學(xué)鍵：氫鍵、離子鍵、疏水作用維持構(gòu)象的化學(xué)鍵：氫鍵、離子鍵、疏水作用69四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) 亞基的排列方式亞基的排列方式三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 所有原子的排列所有原子的排列 完整的三維結(jié)構(gòu)完整的三維結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) 局部主鏈骨架的折疊局部主鏈骨架的折疊一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) 氨基酸殘基排列順序氨基酸殘基排列順序70當(dāng)前人們對蛋白質(zhì)的認(rèn)知？當(dāng)前人們對蛋白質(zhì)的認(rèn)知？17374第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)

26、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、一級結(jié)構(gòu)與功能一、一級結(jié)構(gòu)與功能（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)例：牛胰核糖核酸酶例：牛胰核糖核酸酶A（RNase A）的變性與復(fù)性的變性與復(fù)性75胰島素胰島素 A6 B30人人 Ser Thr豬豬 Ser Ala牛牛 Gly Ala （二）相似結(jié)構(gòu)表現(xiàn)相似功能（二）相似結(jié)構(gòu)表現(xiàn)相似功能 不同結(jié)構(gòu)具有不同功能不同結(jié)構(gòu)具有不同功能76 （三）一級結(jié)構(gòu)的改變與分子?。ㄈ┮患壗Y(jié)構(gòu)的改變與分子病 鐮狀細(xì)胞貧血：鐮狀細(xì)胞貧血：Hb-A（正常人）：正常人）：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHb-S（患者）：患者）： Val-H

27、is-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys -鏈鏈 1 2 3 4 5 6 7 8 由于基因突變導(dǎo)致其編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列由于基因突變導(dǎo)致其編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列異常，進(jìn)而引起生物學(xué)功能改變的遺傳性疾病稱為異常，進(jìn)而引起生物學(xué)功能改變的遺傳性疾病稱為分子病分子病77二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能（一）（一） 血紅蛋白與氧結(jié)合血紅蛋白與氧結(jié)合（二）（二） 別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)78別構(gòu)效應(yīng)：又稱變構(gòu)效應(yīng)，是指寡聚蛋白與配基別構(gòu)效應(yīng)：又稱變構(gòu)效應(yīng)，是指寡聚蛋白與配基結(jié)合，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性改結(jié)合，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性改變的現(xiàn)象，它是細(xì)胞內(nèi)最簡單

28、的調(diào)節(jié)方式。變的現(xiàn)象，它是細(xì)胞內(nèi)最簡單的調(diào)節(jié)方式。血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)n 一個亞基與氧結(jié)合后，引起該亞基構(gòu)象改變一個亞基與氧結(jié)合后，引起該亞基構(gòu)象改變n 進(jìn)而引起另三個亞基的構(gòu)象改變進(jìn)而引起另三個亞基的構(gòu)象改變n 整個分子構(gòu)象改變整個分子構(gòu)象改變n 與氧的結(jié)合能力增加與氧的結(jié)合能力增加79 蛋白質(zhì)的一個亞基與配體結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生改變，蛋白質(zhì)的一個亞基與配體結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生改變，引起其他亞基乃至整個分子構(gòu)象發(fā)生改變，影響其引起其他亞基乃至整個分子構(gòu)象發(fā)生改變，影響其他亞基與配體的結(jié)合能力，這種現(xiàn)象稱為亞基間的他亞基與配體的結(jié)合能力，這種現(xiàn)象稱為亞基間的協(xié)同效應(yīng)（協(xié)同效應(yīng)（cooper

29、ativity）正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)80肌紅蛋白與血紅蛋白：兩者三級結(jié)構(gòu)相似肌紅蛋白與血紅蛋白：兩者三級結(jié)構(gòu)相似 Po2/133Pa 0 0 1.0 . 0.5 .20406080100活動肌肉中活動肌肉中Po2肺泡中肺泡中Po2氧飽和度氧飽和度肌紅蛋白肌紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白81（三）構(gòu)象改變與疾?。ㄈ?gòu)象改變與疾病瘋牛?。函偱２。?朊病毒蛋白朊病毒蛋白 （prion protein, PrP）82第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 及其分離純化及其分離純化83一、兩性解離和等電點一、兩性解離和等電點PCOOHNH3+PCOO-NH3+PCOO- NH2OH

30、-H+OH-H+陽離子陽離子 兩性離子兩性離子陰離子陰離子（pHpI）84蛋白質(zhì)的等電點（蛋白質(zhì)的等電點（pI） 使蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等時的溶液使蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等時的溶液pH值。值。蛋白質(zhì)為兩性離子，所帶凈電荷為零蛋白質(zhì)為兩性離子，所帶凈電荷為零85電泳電泳 帶電粒子在電場中移動的現(xiàn)象，是分帶電粒子在電場中移動的現(xiàn)象，是分離蛋白質(zhì)的一種方法。離蛋白質(zhì)的一種方法。等電點沉淀蛋白質(zhì)等電點沉淀蛋白質(zhì) 在等電點時，蛋白質(zhì)的溶解度最小。在等電點時，蛋白質(zhì)的溶解度最小。86二、高分子性質(zhì)二、高分子性質(zhì)分子量大分子量大在水溶液中形成膠體在水溶液中形成膠體 不能透過半透膜不能透過半透膜 透析透析87蛋

31、白質(zhì)膠體性質(zhì)的應(yīng)用蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)的應(yīng)用 由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。去。透析法：以半透膜提純蛋白質(zhì)的方法叫透析法透析法：以半透膜提純蛋白質(zhì)的方法叫透析法半透膜：只允許溶劑小分子通過，而溶質(zhì)大分半透膜：只允許溶劑小分子通過，而溶質(zhì)大分子不能通過，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等。子不能通過，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等。88三、蛋白質(zhì)的變性三、蛋白質(zhì)的變性(denaturation)（一）蛋白質(zhì)的變性定義（一）蛋白質(zhì)的變性定義 天然蛋白質(zhì)因受物理、化學(xué)因素的影響，使蛋天然蛋

32、白質(zhì)因受物理、化學(xué)因素的影響，使蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象發(fā)生了異常變化，從而導(dǎo)致生物活白質(zhì)分子的構(gòu)象發(fā)生了異常變化，從而導(dǎo)致生物活性的喪失以及物理、化學(xué)性質(zhì)的異常變化。但一級性的喪失以及物理、化學(xué)性質(zhì)的異常變化。但一級結(jié)構(gòu)未遭破壞，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。結(jié)構(gòu)未遭破壞，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。89（二）引起蛋白質(zhì)變性的主要因素（二）引起蛋白質(zhì)變性的主要因素1 .物理因素：物理因素： 加熱、高壓、紫外線照射、加熱、高壓、紫外線照射、X射線、超聲波、射線、超聲波、劇烈振蕩和攪拌等劇烈振蕩和攪拌等2 .化學(xué)因素：化學(xué)因素： 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、脲、去污劑強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、脲、去污劑十二烷基硫酸鈉十二烷基硫酸鈉（SDS

33、）、重金屬鹽、三氯醋酸、濃乙醇等。重金屬鹽、三氯醋酸、濃乙醇等。（三）蛋白質(zhì)的變性后的表現(xiàn)（三）蛋白質(zhì)的變性后的表現(xiàn) 生物活性喪失；溶解度降低，對于球狀蛋白黏生物活性喪失；溶解度降低，對于球狀蛋白黏度增加；光吸收系數(shù)增大；生物化學(xué)性質(zhì)改變。度增加；光吸收系數(shù)增大；生物化學(xué)性質(zhì)改變。 組分和分子量不變。組分和分子量不變。90（四）蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)（四）蛋白質(zhì)變性的本質(zhì) 分子中各種次級鍵斷裂，使其空間構(gòu)象從緊分子中各種次級鍵斷裂，使其空間構(gòu)象從緊密有序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級結(jié)構(gòu)不密有序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級結(jié)構(gòu)不破壞。破壞。 變性后的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上雖有改變，但組成變性后的蛋白質(zhì)在結(jié)

34、構(gòu)上雖有改變，但組成成分和分子量不變。成分和分子量不變。 91四、蛋白質(zhì)的沉淀四、蛋白質(zhì)的沉淀 蛋白質(zhì)親水膠體穩(wěn)定的因素：蛋白質(zhì)親水膠體穩(wěn)定的因素： 水化膜：吸附水分子而形成水化膜：吸附水分子而形成 表面電荷：同種電荷互相排斥表面電荷：同種電荷互相排斥92蛋白蛋白 蛋白蛋白+蛋白蛋白+蛋白蛋白+水化膜水化膜表面電荷表面電荷沉淀沉淀蛋白質(zhì)沉淀的原理：蛋白質(zhì)沉淀的原理： 破壞水化膜破壞水化膜 中和電性中和電性93可逆沉淀可逆沉淀（不變性）（不變性）鹽析：破壞蛋白質(zhì)的水化膜，中和表面電荷鹽析：破壞蛋白質(zhì)的水化膜，中和表面電荷 常用硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等常用硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等等電點沉淀：破壞蛋

35、白質(zhì)表面凈電荷等電點沉淀：破壞蛋白質(zhì)表面凈電荷 常用乙醇、丙酮等常用乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑沉淀法（低溫）：破壞蛋白質(zhì)的水化膜有機(jī)溶劑沉淀法（低溫）：破壞蛋白質(zhì)的水化膜不可逆沉淀不可逆沉淀（變性）（變性）重金屬鹽沉淀重金屬鹽沉淀(條件：條件：pH 稍大于稍大于pI)：與蛋白質(zhì)：與蛋白質(zhì)中帶負(fù)電基團(tuán)形成不易溶解的鹽中帶負(fù)電基團(tuán)形成不易溶解的鹽,或改變蛋白質(zhì)或改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，如的空間結(jié)構(gòu)，如Hg2+、Ag+、Pb+ 。生物堿試劑沉淀法（條件：生物堿試劑沉淀法（條件：pH稍小于稍小于pI）：）：與與蛋白質(zhì)中帶正電荷的基團(tuán)生成不溶性鹽，如苦蛋白質(zhì)中帶正電荷的基團(tuán)生成不溶性鹽，如苦味酸、鉬酸、鎢酸等味

36、酸、鉬酸、鎢酸等加熱變性沉淀法：如煮雞蛋加熱變性沉淀法：如煮雞蛋94五、紫外吸收特性五、紫外吸收特性 蛋白質(zhì)在遠(yuǎn)紫外蛋白質(zhì)在遠(yuǎn)紫外光區(qū)（光區(qū)（200230nm）有 較 大 的 吸 收 ， 在有 較 大 的 吸 收 ， 在280nm有一特征吸收有一特征吸收峰，可利用這一特性峰，可利用這一特性對蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定對蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量鑒定。量鑒定。95六、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)六、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)n 茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)n 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)n Folin-酚反應(yīng)酚反應(yīng)n 考馬斯亮藍(lán)反應(yīng)考馬斯亮藍(lán)反應(yīng)962.根據(jù)溶解度分根據(jù)溶解度分等電點沉淀等電點沉淀鹽析（常用硫酸銨）鹽析（常用硫酸銨）有機(jī)溶劑沉淀有機(jī)溶

37、劑沉淀3.根據(jù)電離性質(zhì)分根據(jù)電離性質(zhì)分電泳電泳離子交換層析離子交換層析1.根據(jù)分子大小分根據(jù)分子大小分透析或超濾透析或超濾離心沉淀離心沉淀凝膠過濾層析凝膠過濾層析蛋白質(zhì)分離純化的常見方法蛋白質(zhì)分離純化的常見方法4.特異親和力：特異親和力： 親和層析親和層析沉降平衡離心法沉降平衡離心法沉降速度離心法沉降速度離心法97第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)測定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)測定98一、樣品的純度要求：一、樣品的純度要求： 雜蛋白不應(yīng)超過雜蛋白不應(yīng)超過5% 二、氨基酸組成分析：二、氨基酸組成分析： 分析每條肽鏈中氨基酸的種類和數(shù)目分析每條肽鏈中氨基酸的種類和數(shù)目 三、多肽鏈的末端分析和序列測定三、多肽鏈的

38、末端分析和序列測定 ： 通過末端殘基的確定可估計蛋白質(zhì)中的肽鏈數(shù)目通過末端殘基的確定可估計蛋白質(zhì)中的肽鏈數(shù)目 四、二硫鍵的拆開：四、二硫鍵的拆開： 用變性劑拆開鏈間和鏈內(nèi)二硫鍵用變性劑拆開鏈間和鏈內(nèi)二硫鍵 五、肽鏈的部分水解：五、肽鏈的部分水解： 將很長的肽鏈切割成適合于作序列分析的足夠小將很長的肽鏈切割成適合于作序列分析的足夠小的片段的片段 六、完整多肽鏈順序的確定六、完整多肽鏈順序的確定： 用肽段重疊法確定整個肽鏈的氨基酸排列順序用肽段重疊法確定整個肽鏈的氨基酸排列順序七、二硫鍵的定位七、二硫鍵的定位 ： 氨基酸序列分析完成后，還需另加確定二硫鍵位氨基酸序列分析完成后，還需另加確定二硫鍵位

39、置的實驗步驟置的實驗步驟 State 1State 2Proteome 1Proteome 2蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué) （Proteomics）v 蛋白組的表達(dá)蛋白組的表達(dá)v 翻譯后修飾翻譯后修飾 pathwaypathwayv 蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用v 蛋白活性蛋白活性v 生物標(biāo)志物生物標(biāo)志物v 藥物靶標(biāo)藥物靶標(biāo)A screening technology for analysis of proteins properties at global scale.1. 凝膠電泳凝膠電泳2.2.基于質(zhì)譜技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)的策略基于質(zhì)譜技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)的策略40060080010001200140016

40、00m/z680.11164.51065.41221.5994.4456.3555.2b12b11b10b9b9b8y5b132+y4-H2OMS/MS of (M + 2H)2+ 810.9 400 600 800 1000 1200 1400 m/z 811.4MS of BombesinH2N - C - C - N -R1OHC - C - N -R2OHC - C - N -R3OHC - C OOH R4HHHb1y3b2y2b3y1H2N - C - C - N -R1OHC - C - N -R2OHC - C - N -R3OHC - C OOH R4HHHb1y3b2y2b

41、3y14006008001000120014001600m/z680.11164.51065.41221.5994.4456.3555.2b12b11b10b9b9b8y5b132+y4-H2OMS/MS of (M + 2H)2+ 810.9 400 600 800 1000 1200 1400 m/z 811.4MS of BombesinH2N - C - C - N -R1OHC - C - N -R2OHC - C - N -R3OHC - C OOH R4HHHb1y3b2y2b3y1H2N - C - C - N -R1OHC - C - N -R2OHC - C - N -R3

42、OHC - C OOH R4HHHb1y3b2y2b3y1ProteinProteinDatabaseM/ZProteolyticPeptidesMS/MSFragment PatternsProteolyticPeptidesGLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASEDLK.IsolationIdentified proteinsGLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASEDLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHAT

43、KHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKHPGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELGFQG2.5 基于二級基于二級 MS/MS 的生物信息學(xué)分析的生物信息學(xué)分析TheoreticalManual verification*NCO*CCO*CCN*CCCCCCCCCOCOCCCCCCCH3CH3CH3CH3CH3CH3OCO1614121086421 1R RS SR RS SS SS SA novel macrolide analog F806 is a potential anticancer reagent, the therapeutic significanc

44、e and underlying mechanisms remain unknownCells grownin “L” mediumDMSO F806 for 24hCells grownin “H” mediumMaxQuent Characterization and Quantification of ProteinsMix cells 1:1 from the two populationsM F1 F2 10 bands (KDa)100624030241423546718910Lyse cells 23546718910In-gel digestion & Nano-LC/

45、MS/MS analysisPathways and protein interaction networks regulated by F806Validation Bioinformatics AnalysisSDS-PAGESILAC cell culturem/zMS/MS for peptide ID6 Dam/zMS for quantificationThe quantitative proteomics approach for profiling of the F806-regulating proteinsIdentification of 4390 proteins; quantitative analysis for 2174 proteins in ESCCCell cycleGene NameH/LFunction in mitotic cycleCCNB10.47403G1/S, G2/M phaseCDC1230.6168G1 phaseCDC20.63512G1/S, G2/M phaseCDK30.63512G0-G1,G1/S phaseCDK20.67516G0-G1,G1/S phasePOLA10.74451S phaseTRRAP0.74679S phaseTO