蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 Chapter 2 Structure and Function of Protein幻燈片2一、什么是蛋白質(zhì)?l 蛋白質(zhì)(protein)是由許多不同的-氨基酸(amino acids)按照一定的序列通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的具有比較穩(wěn)定構(gòu)象和一定生物功能的高分子含氮化合物?；脽羝?二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分 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. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能P161作為生物催化劑（酶）； 代謝調(diào)節(jié)作用；免疫保護(hù)作用； 物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)；運(yùn)動(dòng)與支持作用； 參與細(xì)胞間信息傳遞。3.

2、 氧化供能幻燈片4 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成 The Molecular Component of Protein幻燈片5 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 ?；脽羝? 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)l 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。l 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，l 只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下l 公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：l 100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )l = 每克樣品含氮克數(shù)× 6.25×100 100/16幻燈片7蛋白質(zhì)水解最后成為氨基酸混合物

3、l 酸水解 得19種 L-AA，色氨酸破壞。l 堿水解 得色氨酸，其余氨基酸消旋破壞。l 酶水解 不消旋破壞，但水解不徹底。 幻燈片8一、氨基酸(amino acid) 組成蛋白質(zhì)的基本單位l 如將天然的蛋白質(zhì)完全水解，最后都可得到約二十種不同的氨基酸。除脯氨酸和甘氨酸外，其余均屬于L-氨基酸?；脽羝?L-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式幻燈片10（一）氨基酸的分類(lèi)：l 根據(jù)側(cè)鏈R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分 l 脂肪族氨基酸l 芳香族氨基酸l 雜環(huán)氨基酸雜環(huán)亞氨基酸幻燈片11根據(jù)R側(cè)鏈基團(tuán)解離性質(zhì)分l 1.酸性氨基酸Glu，Asp；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液l 中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。l 2.堿性氨基酸His，Arg，Lys；

4、側(cè)鏈基團(tuán)在中性l 溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。l 3.中性氨基酸 側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中不發(fā)生解l 離，因而不帶電荷的氨基酸?？煞譃椋簂 極性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，；非極性氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Phe, Pro， Trp Met?；脽羝?2幻燈片13幻燈片14 極性帶負(fù)電荷氨基酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22 極性帶正電荷氨基酸賴(lài)氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸 arginine Arg R 10.76組氨酸 histidine His

5、H 7.59幻燈片15幾種特殊氨基酸l 脯氨酸（亞氨基酸）幻燈片16 半胱氨酸 幻燈片17（二）氨基酸的理化性質(zhì)：l 1兩性解離及等電點(diǎn)：l 氨基酸分子是一種兩性電解質(zhì)。l 通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H可使氨基酸分子的解離狀態(tài)發(fā)生改變。 氨基酸分子帶有相等正、負(fù)電荷時(shí)，溶液的pH值稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。 幻燈片18幻燈片19氨基酸等電點(diǎn)的確定l 酸堿滴定法 P131l 按氨基酸可解離基團(tuán)的pK值計(jì)算l 等電點(diǎn)pI值相當(dāng)于該氨基酸的兩性解離狀態(tài)兩側(cè)基團(tuán)pK值之和的一半 l 由P132公式l 由pH值 、AO/A+或A-/A0測(cè)pKal pKa為常數(shù)， 由pH計(jì)算A0/A+或A-/A0l 由質(zhì)子受體

6、/ 質(zhì)子供體可計(jì)算pH組氨酸幻燈片202.氨基酸的甲醛滴定l P135 l 習(xí)題7幻燈片21l 3紫外吸收性質(zhì)：l 組成天然蛋白質(zhì)分子的20種氨基酸中，只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸對(duì)紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最強(qiáng)?？衫么诵再|(zhì)采用紫外分分光度法測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。 幻燈片22l 4茚三酮反應(yīng)：l 氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm?？衫么诵再|(zhì)測(cè)定氨基酸的含量。 自習(xí)P139氨基酸的化學(xué)反應(yīng)幻燈片23（三）氨基酸的分析分離l 層析：利用氨基酸混合物各組分物理化學(xué)性質(zhì)（如溶解度、吸附能力、電荷和分子量等）的差別，使各組分在支持物上集中分布在不

7、同區(qū)域，借此將各組分分離。l 層析系統(tǒng)：固定相、流動(dòng)相。l 各組分受固定相的阻力和受流動(dòng)相的推力影響不同，各組分移動(dòng)速度也各異，從而使各組分得以分離。此法首先用于有色物質(zhì)的分離，故又稱(chēng)色譜層析法。l 層析類(lèi)型：l 所用固定相不同：吸附層析、分配層析、離子交換層析、凝膠層析、親和層析等；操作方式不同：柱層析、薄層層析和紙層析等。 幻燈片24l 分配層析原理：逆流分溶l 柱層析l 紙層析l 薄層層析l 離子交換層析l 氣液層析高效液相層析幻燈片25二、肽(peptide) l （一）肽鍵與肽鏈：蛋白質(zhì)是由若干氨基酸的氨基與羧基經(jīng)脫水縮合而連接起來(lái)形成的長(zhǎng)鏈化合物。一個(gè)氨基酸分子的-羧基與另一個(gè)氨基

8、酸分子的-氨基在適當(dāng)?shù)臈l件下經(jīng)脫水縮合即生成肽?；脽羝?6幻燈片27l 兩氨基酸單位之間的酰胺鍵，稱(chēng)為肽鍵。多肽鏈中的氨基酸單位稱(chēng)為氨基酸殘基。l 多肽鏈具有方向性，頭端為氨基端（N端），尾端為羧基端（C端）。l 凡氨基酸殘基數(shù)目在50個(gè)以上，且具有特定空間結(jié)構(gòu)的肽稱(chēng)蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個(gè)以下，且無(wú)特定空間結(jié)構(gòu)者稱(chēng)多肽。 幻燈片28幻燈片29牛核糖核酸酶幻燈片30（二）肽平面：P204 1. 由于C=O雙鍵中的電子云與N原子上的未共用電子對(duì)發(fā)生“電子共振”，使肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。 幻燈片312. 由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽鍵構(gòu)成的六個(gè)原子被束縛在

9、同一平面上，這一剛性平面結(jié)構(gòu)稱(chēng)為肽單元或肽鍵平面(peptide unit) 。 但由于-碳原子與其他原子之間均形成單鍵，因此兩相鄰的肽鍵平面可以作相對(duì)旋轉(zhuǎn)?；脽羝?2（三）肽的理化性質(zhì)l 等電點(diǎn)P166l 化學(xué)反應(yīng)l 1.茚三酮反應(yīng)2.雙縮脲反應(yīng)幻燈片33（四）生物活性肽：l 生物體內(nèi)具有一定生物學(xué)活性的肽類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、神經(jīng)肽、肽類(lèi)激素等?；脽羝?4l 1. 谷胱甘肽（GSH）：全稱(chēng)為-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巰基可氧化、還原，故有還原型（GSH）與氧化型（GSSG）兩種存在形式。 幻燈片35l 谷胱甘肽的生理功用：l 解毒作用：與毒物或藥物結(jié)合，消除其毒性作用；l

10、參與氧化還原反應(yīng)：作為重要的還原劑，參與體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)；l 保護(hù)巰基酶的活性：使巰基酶的活性基團(tuán)-SH維持還原狀態(tài)；維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定：消除氧化劑對(duì)紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用。 幻燈片36l 2. 多肽類(lèi)激素：種類(lèi)較多，生理功能各異。主要見(jiàn)于下丘腦及垂體分泌的激素。 幻燈片37以活性多肽研究為基礎(chǔ)的藥物研究血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）抑制劑（ACEI）的開(kāi)發(fā)是近代高血壓治療史上的重大進(jìn)展。血管緊張素（Ang）：十肽，無(wú)活性，但在ACE作用下轉(zhuǎn)化為血管緊張素（Ang）八肽，具有收縮血管平滑肌作用，使血壓升高。 ACE DRVYIHPFHL(Ang) DRVYIHPF(Ang)。ACEI可使A

11、CE失活，使Ang不能形成Ang，從而降血壓，研究Ang活性部位，作用機(jī)理，進(jìn)而設(shè)計(jì)并合成ACEI，已開(kāi)發(fā)出二十多種降壓藥物，如巰甲丙脯酸（Captopril）、依那普利（Enalapril）、賴(lài)諾普利（Lisonopril）等?；脽羝?8第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein幻燈片39l 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括 P 160l 一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)l 二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)l 三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)l 四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)構(gòu)象是由于

12、有機(jī)分子中單鍵的旋轉(zhuǎn)所形成的。蛋白質(zhì)的構(gòu)象通常由非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵）來(lái)維系?；脽羝?0一、蛋白質(zhì)分子中的非共價(jià)鍵(次級(jí)鍵)P201l 1. 氫鍵：l 氫鍵(hydrogen bond)的形成常見(jiàn)于連接在一電負(fù)性很強(qiáng)的原子上的氫原子，與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間。l 氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的作用。氫鍵的鍵能較低(12kJ/mol)，因而易被破壞。 幻燈片41蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成幻燈片42l 2. 疏水鍵：l 非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱(chēng)為疏水鍵或疏水作用力。l 蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集

13、，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側(cè)鏈基團(tuán)?；脽羝?3l 3. 離子鍵（鹽鍵）：l 離子鍵(salt bond)是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電荷，而堿性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵?；脽羝?4蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成幻燈片45l 4范德華氏（van der Waals)引力：原子之間存在的相互作用力?；脽羝?6二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)l 定義：蛋白質(zhì)多肽鏈中通過(guò)肽鍵連接起來(lái)的氨基酸的排列順序，即多肽鏈的線狀結(jié)構(gòu)。l 主要化學(xué)鍵: 肽鍵，二硫鍵 幻燈片47l 胰島素（

14、Insulin）由51個(gè)氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個(gè)氨基酸殘基，B鏈30個(gè)氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過(guò)兩個(gè)二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵。 幻燈片48l 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)：l 一級(jí)結(jié)構(gòu)是研究高級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。l 可以從分子水平闡明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。l 可以為生物進(jìn)化理論提供依據(jù)。 可以為人工合成蛋白質(zhì)提供參考順序?；脽羝?9l 在鐮刀狀紅細(xì)胞貧血患者中，由于基因突變導(dǎo)致血紅蛋白-鏈第六位氨基酸殘基由谷氨酸改變?yōu)槔i氨酸，血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集，使紅細(xì)胞變?yōu)殓牭稜睢?幻燈片50細(xì)胞色素c的一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化的關(guān)系 P

15、182幻燈片51三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)l 定義：蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈原子局部的空間結(jié)構(gòu)，疏水基團(tuán)在分子內(nèi)，親水基團(tuán)在分子表面。但不包括與其他肽段的相互關(guān)系及側(cè)鏈構(gòu)象的內(nèi)容。l 或肽鏈主鏈依靠氫鍵維系的有規(guī)則的空間走向（折疊和盤(pán)繞方式）。主要化學(xué)鍵：氫鍵幻燈片52（二）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型：l -螺旋( a -helix ) l -折疊( b-pleated sheet )l -轉(zhuǎn)角( b-turn )l 無(wú)規(guī)卷曲( random coil ) 幻燈片53（二） a-螺旋：肽鏈主鏈圍繞中心軸盤(pán)繞成螺旋狀緊密卷曲的棒狀結(jié)構(gòu)。 P2071. 螺旋一周含3.6個(gè)氨基酸殘基，沿軸上升0.54nm；每個(gè)氨基酸殘

16、基上升距離為0.15nm，每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°。2. 側(cè)鏈R基伸向外側(cè)。3. 肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行。4. a-螺旋有左手和右手螺旋，蛋白質(zhì)中的a-螺旋幾乎都是右手螺旋?；脽羝?4l 影響-螺旋穩(wěn)定的因素有：l 極大的側(cè)鏈基團(tuán)（存在空間位阻）；l Poly Ile l 連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng)）；l 如Poly Lys在PH7時(shí)，R基帶正電荷，靜電排斥，不易形成-螺旋，但若PH=12，消除R基正電荷可形成-螺旋。l 有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵）。Pro由于無(wú)酰胺H，不能形成鏈內(nèi)氫鍵，所以當(dāng)Pro和羥脯氨酸存在時(shí)，-螺旋中

17、斷，產(chǎn)生一個(gè)結(jié)節(jié)。 幻燈片55永久性卷發(fā)(燙發(fā))l a角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)閎構(gòu)象，但在冷卻干燥時(shí)又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。l 這是因?yàn)閍角蛋白的側(cè)鏈R基一般都比較大，不適于處在b構(gòu)象狀態(tài)，此外a角蛋白中的螺旋多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也是當(dāng)外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀(a螺旋構(gòu)象)的重要力量。這就是卷發(fā)行業(yè)的生化基礎(chǔ)?；脽羝?62.-折疊： -折疊是兩條或多條相當(dāng)伸展的多肽鏈側(cè)向通過(guò)氫鍵形成的折疊片狀結(jié)構(gòu)。（P210 ）幻燈片57l -折疊結(jié)構(gòu)特征為：l （1）由若干條肽段或肽鏈平行（相鄰肽鏈同向）或反平行排列（相鄰肽鏈反向）組成片狀結(jié)構(gòu)；l （2）主鏈骨架伸展呈鋸齒狀；l （

18、3）借相鄰主鏈之間的氫鍵維系。在不同的肽鏈間或同一肽鏈的不同肽段間形成，氫鍵與肽鏈長(zhǎng)軸接近垂直。l （4） a-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團(tuán)處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個(gè)氨基酸之間的軸心距為0.35nm（反平行式）和0.325nm（平行式）。（5）R基交替分布在片層平面兩側(cè)。幻燈片58l -折疊包括平行式和反平行式兩種類(lèi)型NCNCC NNC幻燈片593. -轉(zhuǎn)角：是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級(jí)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)P211 圖5-19幻燈片60l -轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)特征： l （1）使多肽鏈出現(xiàn)1800急劇回折;l （2） 回折部分通常由四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成;l （3）構(gòu)象依靠第一

19、殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來(lái)維系；（4）-轉(zhuǎn)角處Gly和Pro出現(xiàn)幾率很高。 幻燈片61-凸起是在-折疊股中額外插入一個(gè)殘基，凸起股產(chǎn)生小彎曲，可引起肽鏈方向稍有改變。 P212圖5-20幻燈片624. 無(wú)規(guī)卷曲：是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。常構(gòu)成酶的活性部位和蛋白質(zhì)的功能部位?；脽羝?3RNase的分子結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)角-折迭-螺旋無(wú)規(guī)卷曲幻燈片64三、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域P220幻燈片65幻燈片66四、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)l 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子或亞基內(nèi)所有原子的空間排布，也就是一條多肽鏈的完整的三維結(jié)構(gòu)。包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距較遠(yuǎn)的肽段之間的相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維

20、空間中彼此間的相互關(guān)系。l 化學(xué)鍵：主要是非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵），如疏水鍵、氫鍵、鹽鍵、范氏引力等，但也有共價(jià)鍵，如二硫鍵等。 幻燈片67球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征1.含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件；2.球狀蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)具有明顯折疊層次： 二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)（多聚體）。 3.分子是緊密球體或橢球狀實(shí)體，所有原子體積占7277%，空腔約25%。4.疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面，球狀蛋白是水溶性的。5.球狀蛋白表面上的疏水空穴常用于結(jié)合底物、效應(yīng)物等配體，為行使生物功能的活性部位?；脽羝?8幻燈片69l 肌紅蛋白 (Mb) 幻燈片70五、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternar

21、y structure)有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。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(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵和范氏引力 ?；脽羝?1血紅蛋白(hemoglobin)的四級(jí)結(jié)構(gòu)幻燈片72蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系變構(gòu)效應(yīng)l 當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)亞基與氧分子結(jié)合以后，可引起其他亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，對(duì)氧的親和力增加，從而導(dǎo)致整個(gè)分子的氧結(jié)合力迅速增高，使血紅蛋白的氧飽和曲線呈“S”形。這種由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子功能發(fā)生改變的現(xiàn)象稱(chēng)為變構(gòu)

22、效應(yīng)?；脽羝?3六、蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵l 一級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵l 二級(jí)結(jié)構(gòu)：氫鍵l 三級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水鍵、氫鍵、范德華力、鹽鍵l 四級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水鍵、氫鍵、范德華力、鹽鍵幻燈片74維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力a.鹽鍵 b.氫鍵 c.疏水鍵 d.范德華力 e.二硫鍵幻燈片75第 三 節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein幻燈片76一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 1. 種屬差異蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異十分明顯，但相同部分氨基酸對(duì)蛋白質(zhì)的功能起決定作用。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，可以斷定它們?cè)谟H緣關(guān)系上的遠(yuǎn)近?；脽?/p>

23、片77幻燈片782. 分子病例：鐮刀型紅細(xì)胞貧血 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱(chēng)為“分子病”?；脽羝?93.蛋白質(zhì)的激活作用 在生物體內(nèi)，有些蛋白質(zhì)常以前體的形式合成，只有按一 定方式裂解除去部分肽鏈之后才具有生物活性，如酶原的激活。 幻燈片80二、蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系 幻燈片811.血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象血紅蛋白是一個(gè)四聚體蛋白質(zhì)，具有氧合功能，可在血液中運(yùn)輸氧。脫氧血紅蛋白與氧的親和力很低，不易與氧結(jié)合。一旦血紅蛋白分子中的一個(gè)亞基與O2結(jié)合，就會(huì)引起該亞基構(gòu)象發(fā)生改變，并引起其它三個(gè)亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生變化，使它們易于和氧結(jié)合，說(shuō)明變化后的構(gòu)象最適合與氧結(jié)合。從以上例子可以看出，只

24、有當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)以特定的適當(dāng)空間構(gòu)象存在時(shí)才具有生物活性?；脽羝?2別構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱(chēng)為別構(gòu)效應(yīng)?；脽羝?3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)?；脽羝?42.核糖核酸酶的變性與復(fù)性及其功能的喪失與恢復(fù) l 124個(gè)氨基酸l 四對(duì)二硫鍵l 球狀分子l 8mol/L脲l -巰基乙醇處理l 四對(duì)二硫鍵斷裂透析自發(fā)地折疊幻燈片85第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化The Physical and Chemical Characters of Protein幻燈片86一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

25、l （一）蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)：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)。因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)，因而也具有特定的等電點(diǎn)?；脽羝?7* 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI)l 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(chēng)為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。l 等離子點(diǎn)幻燈片88（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：l 蛋白質(zhì)分子的顆粒直徑已達(dá)1100nm，處于膠體顆粒的范圍。因此，蛋白質(zhì)具有親水溶膠的性質(zhì)。l 透析(dialysis)利用透

26、析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開(kāi)的方法。l 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素l 顆粒表面電荷l 水化膜幻燈片89水化膜溶液中蛋白質(zhì)的聚沉幻燈片90（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固：P233l 在某些物理或化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)嚴(yán)格的空間結(jié)構(gòu)被破壞（不包括肽鍵的斷裂），從而引起蛋白質(zhì)若干理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的改變，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。l 蛋白質(zhì)的復(fù)性（naturation ) ：變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)重新恢復(fù)到天然構(gòu)象的現(xiàn)象幻燈片91l 變性的標(biāo)志：生物學(xué)功能的喪失l 變性的本質(zhì)：破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。l 引起蛋白質(zhì)變性的因素有：l 物理因素：高溫、

27、高壓、紫外線、電離輻射、超聲波等；l 化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬鹽等?；脽羝?2l 變性蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變：l 物理性質(zhì)：旋光性改變，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等；l 化學(xué)性質(zhì)：官能團(tuán)反應(yīng)性增加，易被蛋白酶水解。 生物學(xué)性質(zhì)：原有生物學(xué)活性喪失，抗原性改變。 幻燈片93l 蛋白質(zhì)變性的可逆性：l 蛋白質(zhì)在體外變性后，絕大多數(shù)情況下是不能復(fù)性的；l 如變性程度淺，蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象未被嚴(yán)重破壞；或者蛋白質(zhì)具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，并經(jīng)特殊處理則可以復(fù)性?；脽羝?4核糖核酸酶的變性與復(fù)性幻燈片95l 蛋白質(zhì)分子相互聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象稱(chēng)為沉淀。l 變性后的蛋白質(zhì)由于疏水基

28、團(tuán)的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)不一定都是變性后的蛋白質(zhì)。l 加熱使蛋白質(zhì)變性并凝聚成塊狀稱(chēng)為凝固。因此，凡凝固的蛋白質(zhì)一定發(fā)生變性。 幻燈片96二、蛋白質(zhì)的分離與純化（一）沉淀：可逆沉淀反應(yīng)不可逆沉淀反應(yīng)幻燈片97可逆沉淀反應(yīng)*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。*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(chēng)為非變性沉淀。*可逆沉淀是分離和純化蛋白的基本方法，如等電點(diǎn)沉淀法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀法等?；脽羝?8*鹽析法(salt precipitation) ：將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。 機(jī)理：蛋白質(zhì)脫去水化層

29、；中和蛋白質(zhì)表面電荷優(yōu)點(diǎn)：不引起蛋白質(zhì)變性分段鹽析：半飽和硫酸銨溶液可沉淀血漿球蛋白，而飽和硫酸銨溶液可沉淀血漿清蛋白。*有機(jī)溶劑沉淀法：加入甲醇、乙醇、丙酮等使蛋白質(zhì)沉淀析出機(jī)理：脫去水化層以及降低介電常數(shù)而增加帶電質(zhì)點(diǎn)間的相互作用條件：低溫和快速，可以防止蛋白質(zhì)變性幻燈片99不可逆沉淀反應(yīng)*沉淀?xiàng)l件強(qiáng)烈，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，又稱(chēng)為變性沉淀。*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。 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?；脽羝?00（二）電泳：l 帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電泳（electrophoresis) 。l 蛋白質(zhì)分子在溶液中可帶凈的負(fù)電荷或帶凈的正電荷，故可在電場(chǎng)中發(fā)生移動(dòng)。不同的蛋白質(zhì)分子所帶電荷量不同，且分子大小也不同，故在電場(chǎng)中的移動(dòng)速度也不同，據(jù)此可互相分離。 幻燈片101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(guò)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(chēng)為電泳(elctrophoresis) ?；脽羝?02電泳速度的決定因素內(nèi)因：分子帶電荷數(shù)；顆粒大小、形