第02章：蛋白質(zhì)化學(xué)

1、第二章第二章 蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)w氨基酸氨基酸w蛋白質(zhì)通論蛋白質(zhì)通論w蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)w蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象w蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系w蛋白質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用蛋白質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用w蛋白質(zhì)的分離純化蛋白質(zhì)的分離純化蛋白質(zhì)及多肽可以被酸、堿、酶水解。蛋白質(zhì)及多肽可以被酸、堿、酶水解。AA是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由20種種AA組成，組成，它們被稱為標(biāo)準氨基酸或基本氨基酸。它們被稱為標(biāo)準氨基酸或基本氨基酸。第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸（氨基酸（Amino Acid）一、氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點一、氨基酸的化學(xué)結(jié)

2、構(gòu)特點w除除Pro外，其余均為外，其余均為-氨基酸。氨基酸。 不變部分不變部分可變部分可變部分二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類1、根據(jù)、根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)是否組成蛋白質(zhì)來分：來分： 蛋白質(zhì)中的常見蛋白質(zhì)中的常見AA（標(biāo)準標(biāo)準AA） 蛋白質(zhì)中的稀有蛋白質(zhì)中的稀有AA 非蛋白非蛋白AA非標(biāo)準非標(biāo)準AA標(biāo)準標(biāo)準AA-非極性、脂肪族側(cè)鏈非極性、脂肪族側(cè)鏈AA標(biāo)準標(biāo)準AA-芳香族側(cè)鏈芳香族側(cè)鏈AA標(biāo)準標(biāo)準AA-極性、不帶電荷側(cè)鏈極性、不帶電荷側(cè)鏈AA標(biāo)準標(biāo)準AA-極性、帶負電荷側(cè)鏈極性、帶負電荷側(cè)鏈AA標(biāo)準標(biāo)準AA-極性、帶正電荷側(cè)鏈極性、帶正電荷側(cè)鏈AA按按R基極性分類基極性分類20種標(biāo)準氨基酸種標(biāo)準

3、氨基酸1）非極性）非極性：8種種 Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Phe、Trp2）極性不帶電荷）極性不帶電荷：7種種 Ser、Thr、Cys、Pro、Asn、Gln、Tyr 3）極性帶負電荷）極性帶負電荷：2種種 Asp、Glu4）極性帶正電荷）極性帶正電荷：3種種 Lys、Arg、His稀有氨基酸稀有氨基酸w僅在僅在少數(shù)少數(shù)蛋白質(zhì)中存在的氨基酸蛋白質(zhì)中存在的氨基酸w均均由相應(yīng)的標(biāo)準氨基酸衍生而來由相應(yīng)的標(biāo)準氨基酸衍生而來NHHOCOOH4-羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羥基賴氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基

4、賴氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸w目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)150余種。余種。w分布廣泛，但分布廣泛，但不存在不存在于蛋白質(zhì)中于蛋白質(zhì)中，大部分大部分是標(biāo)準是標(biāo)準AA的衍生物。的衍生物。存在意義：存在意義：w重要代謝物的前體：重要代謝物的前體：鳥氨酸鳥氨酸、瓜氨酸瓜氨酸w生長調(diào)節(jié)：生長調(diào)節(jié)： -丙氨酸丙氨酸w細菌細胞壁組分：細菌細胞壁組分：D-Glu、D-Alaw神經(jīng)傳導(dǎo)：神經(jīng)傳導(dǎo)： -氨基丁酸氨基丁酸wN素轉(zhuǎn)運和貯藏：刀豆氨酸素轉(zhuǎn)運和貯藏：刀豆氨酸w殺蟲防御：殺蟲防御：D-環(huán)絲氨酸環(huán)絲氨酸絕大部分非蛋絕大部分非蛋白白AA的功能尚的功能尚不明

5、確不明確w必需氨基酸必需氨基酸：人和非反芻動物體內(nèi)不能合：人和非反芻動物體內(nèi)不能合成，需要從食物中獲取的氨基酸成，需要從食物中獲取的氨基酸 。 Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys 一一 家家 借借 兩兩 三三 本本 書書 來來2、從、從營養(yǎng)學(xué)角度營養(yǎng)學(xué)角度分：分： 必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸w豆腐里的豆腐里的Met含量較少，但魚里含量豐含量較少，但魚里含量豐富；魚里的富；魚里的Phe含量較少，但豆腐里含量含量較少，但豆腐里含量豐富。豐富。二者混合食用可提高營養(yǎng)價值二者混合食用可提高營養(yǎng)價值；w魚含有豐富的魚含有豐富的VD，可幫助吸收豆腐里豐，可

6、幫助吸收豆腐里豐富的富的Ca。燉魚時加塊豆腐？燉魚時加塊豆腐？（一）酸堿性質(zhì)（一）酸堿性質(zhì)1、氨基酸的兩性解離、氨基酸的兩性解離w在不同的溶液在不同的溶液pH條件下，條件下，AA表現(xiàn)出不表現(xiàn)出不同的解離狀態(tài)。同的解離狀態(tài)。 三、氨基酸的重要性質(zhì)三、氨基酸的重要性質(zhì)2、氨基酸的等電點及計算、氨基酸的等電點及計算w定義定義：令：令A(yù)a分子的正負電荷數(shù)目相等，凈電荷分子的正負電荷數(shù)目相等，凈電荷為為0時的溶液時的溶液pH值，簡稱值，簡稱pI。w側(cè)鏈不含解離基團的側(cè)鏈不含解離基團的中性中性AA，其等電點為：其等電點為：pI = (pK1+ pK2 )/2 w側(cè)鏈含有可解離基團的側(cè)鏈含有可解離基團的AA

7、，其其pI值取決于值取決于兩兩性離子兩側(cè)的性離子兩側(cè)的pK值值。 堿性堿性AA：pI = (pKR+ pK2 )/2 酸性酸性AA：pI = (pK1+ pKR )/2 堿性堿性Aa的兩性解離的兩性解離酸性酸性Aa的兩性解離的兩性解離3、等電點的應(yīng)用：、等電點的應(yīng)用： w等電點時，等電點時，Aa的的溶解度最小溶解度最小-Aa的的分離；分離；wAa的帶電性質(zhì)的帶電性質(zhì)-電泳法電泳法/離子交換法離子交換法分離混合分離混合Aa。w問題問題：等電點分別為：等電點分別為3.0、6.5、10.0的三的三種氨基酸處于種氨基酸處于pH6.5的緩沖液環(huán)境中電的緩沖液環(huán)境中電泳，請問它們將如何運動？泳，請問它們將

8、如何運動？w回答回答：pI 3.0的氨基酸將移動向正極，的氨基酸將移動向正極，pI 6.5的氨基酸將保持不動，的氨基酸將保持不動，pI 10.0的氨基的氨基酸將移動向負極。酸將移動向負極。1、與、與2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB）的反應(yīng)的反應(yīng)O2NFNO2+ H2N CH CROHN CH CROO2NNO2H+H2OO2NNO2HN CH CROOH+氨基酸DNFBN-端氨基酸DNP衍生物DNP-氨基酸（二）氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)（二）氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)（乙醚抽提）（乙醚抽提）Sanger反應(yīng)反應(yīng)應(yīng)用：應(yīng)用：w鑒定游離鑒定游離AA；w鑒定多肽或蛋白質(zhì)的鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N端端AAN

9、CSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNHCNHOCR1CHNH2CHCOR2NCOCHNHSCR12、與異硫氰酸苯酯（、與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)的反應(yīng) Edman反應(yīng)反應(yīng) 應(yīng)用：應(yīng)用：w鑒定游離鑒定游離AA；w鑒定多肽或蛋白質(zhì)的鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N端端AA；w短肽中短肽中AA順序分析順序分析-多肽自動分析多肽自動分析儀（儀（50Aa）的工作原理的工作原理3、與茚三酮的反應(yīng)、與茚三酮的反應(yīng) 20種標(biāo)準種標(biāo)準Aa均可以與茚三酮反應(yīng)；均可以與茚三酮反應(yīng)； 多數(shù)多數(shù)Aa + 茚三酮茚三酮 藍紫色藍紫色物質(zhì)；物質(zhì)； Pro + 茚三酮茚三酮 黃色黃色

10、物質(zhì)（物質(zhì)（亞亞氨基酸不氨基酸不釋放釋放NH3） 應(yīng)用應(yīng)用：比色分析，測定含量：比色分析，測定含量 層析分離的顯色劑層析分離的顯色劑w除除Gly外，所有外，所有-氨基酸中的氨基酸中的C都為都為手性手性碳原子碳原子，具有旋光性，具有旋光性 （+，-）和光學(xué)異構(gòu)）和光學(xué)異構(gòu)體（體（D-，L-）；）；w比旋光度是比旋光度是AA的重要物理常數(shù)之一，是的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種鑒別各種AA的重要依據(jù)。的重要依據(jù)。 （三）氨基酸的旋光性與構(gòu)型（三）氨基酸的旋光性與構(gòu)型w 蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的AA通常為通常為L-AA。（四）氨基酸的紫外光譜性質(zhì)（四）氨基酸的紫外光譜性質(zhì)在在近紫外區(qū)近紫外區(qū)(220-30

11、0nm) ，20種種Aa中中只有只有Phe、Tyr、Trp有光吸收的能力。有光吸收的能力。 max280nm蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)：Protein（第一重要第一重要）第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)通論蛋白質(zhì)通論一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能w催化催化（最重要）（最重要） ：酶：酶w結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：如角：如角、膠原、膠原、膜、膜 （最重要）（最重要） w運輸運輸：如血紅：如血紅、血清、血清；膜轉(zhuǎn)運；膜轉(zhuǎn)運w運動運動：如肌動：如肌動、肌球、肌球；微管；微管w保護保護：如抗體；抗凍：如抗體；抗凍；溶血；溶血w儲存儲存：如卵清：如卵清；酪；酪；谷；谷w調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)：如激素；參與基因表達調(diào)控的蛋白：如激素；參與基因表

12、達調(diào)控的蛋白w為什么人體細胞會為什么人體細胞會有不同的形狀呢？有不同的形狀呢？w細胞內(nèi)有支撐體細胞內(nèi)有支撐體-絲網(wǎng)狀絲網(wǎng)狀骨架蛋白骨架蛋白（決定細胞形狀及（決定細胞形狀及運動）；運動）；w毛發(fā)毛發(fā)-角蛋白角蛋白w骨骼、牙齒、皮骨骼、牙齒、皮膚膚-膠原蛋白膠原蛋白結(jié)構(gòu)蛋白均為結(jié)構(gòu)蛋白均為纖維狀纖維狀w口、胃、腸口、胃、腸消消化酶化酶（胞外）（胞外）w血管血管抗體抗體（免（免疫球蛋白疫球蛋白）、）、激激素素巨噬細胞巨噬細胞功能蛋白大多為功能蛋白大多為球狀球狀綜上所述綜上所述：w蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)和和功能物質(zhì)功能物質(zhì)。w蛋白質(zhì)是生命活動的蛋白質(zhì)是生命

13、活動的物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ)，幾乎參，幾乎參與所有的生命活動過程與所有的生命活動過程。二、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的元素組成 含氮含氮有機化合物有機化合物w 碳碳 50-55%w 氫氫 6.5-7.3w 氧氧 19-24w 氮氮 16%w 硫硫 0-3w 其他（其他（P、Fe、I、Mo、Zn、Cu） 微量微量蛋白質(zhì)含量的測定蛋白質(zhì)含量的測定v凱氏定氮法凱氏定氮法：根據(jù)生物樣品中的含氮量：根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質(zhì)的大概含量來計算蛋白質(zhì)的大概含量v蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量 = 蛋白氮蛋白氮/16% = 蛋白氮蛋白氮 6.25第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu) 一、肽（一、肽（pept

14、ide）和肽鍵（）和肽鍵（peptide bond）肽鍵肽鍵( (酰胺鍵酰胺鍵) )命名命名：從肽鏈的：從肽鏈的N端開始，稱為某氨酰某氨端開始，稱為某氨酰某氨酰酰某氨酸某氨酸w蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)= 1或幾條多肽鏈（或幾條多肽鏈（+ 輔助基輔助基團）團）w短鏈且具有生物活性的多肽不算蛋短鏈且具有生物活性的多肽不算蛋白質(zhì)，通常稱為白質(zhì)，通常稱為活性肽活性肽！w參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)w保護含巰基蛋白的還原性保護含巰基蛋白的還原性1、天然存在的活性肽、天然存在的活性肽 w 干擾素干擾素治療乙肝治療乙肝w 機理機理：誘導(dǎo)細胞合成抗病毒蛋白，增：誘導(dǎo)細胞合成抗病毒蛋白，增強機體免疫力強機體免疫

15、力w 腦肽腦肽是人在受到突然傷害時，腦垂體是人在受到突然傷害時，腦垂體自然分泌的自然分泌的“鴉片鴉片”w 機理機理：抑制感覺神經(jīng)元釋放痛覺信號：抑制感覺神經(jīng)元釋放痛覺信號2、肽的重要性質(zhì)、肽的重要性質(zhì)-雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)w多肽特有的顏色反應(yīng)多肽特有的顏色反應(yīng)w雙縮脲雙縮脲 + 堿性硫酸銅堿性硫酸銅藍色藍色絡(luò)合物絡(luò)合物w含有含有兩個以上肽鍵兩個以上肽鍵的多肽，也能發(fā)生雙的多肽，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)縮脲反應(yīng)為研究方便為研究方便，分四層次探討分四層次探討w一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)；一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)；w高級結(jié)構(gòu)行使生物功能高級結(jié)構(gòu)行使生物功能二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) （primary

16、structure）1、概念：蛋白質(zhì)分子中各多肽鏈上、概念：蛋白質(zhì)分子中各多肽鏈上氨氨基酸殘基的排列順序。基酸殘基的排列順序。2、維系一級結(jié)構(gòu)的作用力：、維系一級結(jié)構(gòu)的作用力：w肽鍵肽鍵 peptide bond w二硫鍵二硫鍵 disulfide bond 牛胰島素（牛胰島素（insulin）的一級結(jié)構(gòu)）的一級結(jié)構(gòu)wMW=5734；wA鏈鏈（21aa，11種），種），B鏈鏈（30aa，16種）；種）；w兩個鏈間二硫鍵，一個鏈內(nèi)二硫鍵。兩個鏈間二硫鍵，一個鏈內(nèi)二硫鍵。a、樣品必須純（樣品必須純（97%以上）；以上）；b、知道蛋白質(zhì)的分子量；知道蛋白質(zhì)的分子量；（1）測定一級結(jié)構(gòu)的要求）測定一級

17、結(jié)構(gòu)的要求3、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定（2）測定步驟）測定步驟w測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目；測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目；w多肽鏈的拆分及分離；多肽鏈的拆分及分離；w分析各多肽鏈的分析各多肽鏈的N端和端和C端；端；w用多種方法將用多種方法將多肽鏈斷裂成多個肽段；多肽鏈斷裂成多個肽段；w分離肽段，分離肽段，測定每個肽段的測定每個肽段的AA順序；順序；w確定多肽鏈中各肽段的順序；確定多肽鏈中各肽段的順序；w確定多肽鏈中二硫鍵的位置確定多肽鏈中二硫鍵的位置w構(gòu)象構(gòu)象是由于分子中存在是由于分子中存在可自由旋轉(zhuǎn)可自由旋轉(zhuǎn)的原子的原子，形成的分子特殊的空間結(jié)，形成的分子特殊的空間結(jié)構(gòu)狀

18、態(tài)。構(gòu)狀態(tài)。第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象nNHCCRO 多肽鏈多肽鏈Hw一個蛋白質(zhì)的多肽鏈在生物體正常的一個蛋白質(zhì)的多肽鏈在生物體正常的溫度和溫度和pH條件下，只有一種或很少幾條件下，只有一種或很少幾種有活性的天然構(gòu)象，并且相當(dāng)穩(wěn)定。種有活性的天然構(gòu)象，并且相當(dāng)穩(wěn)定。這說明了這說明了天然蛋白質(zhì)主鏈上的單鍵不天然蛋白質(zhì)主鏈上的單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)能自由旋轉(zhuǎn)。 Pauling & Corey X-射線衍射技術(shù)射線衍射技術(shù)w肽鍵具有肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)；，不能自由旋轉(zhuǎn)； C-N鍵長鍵長0.149nm C=N鍵長鍵長0.127nm 肽鍵鍵長肽鍵鍵長0.1

19、32nmw組成肽鍵的組成肽鍵的4個原子和與之相連的個原子和與之相連的2個個C 處于處于同一個平面內(nèi)同一個平面內(nèi)-肽平面肽平面（peptide plane）；）；w相鄰的肽平面也不能隨意旋轉(zhuǎn)相鄰的肽平面也不能隨意旋轉(zhuǎn)-二面角二面角（，）。一、蛋白質(zhì)空間折疊的限制因素一、蛋白質(zhì)空間折疊的限制因素 肽鍵中肽鍵中C-N 鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，因此鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，因此組成組成肽鍵肽鍵的原子處于同一平面的原子處于同一平面CONCON+-CON+- 共振雜化形式共振雜化形式w2個肽平面旋轉(zhuǎn)時受到個肽平面旋轉(zhuǎn)時受到肽鍵上的肽鍵上的H、O以及以及側(cè)鏈側(cè)鏈R基空間位阻基空間位阻的影響的影響二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二

20、、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)w概念：多肽鏈概念：多肽鏈主鏈主鏈的空間排列、折疊。的空間排列、折疊。w氫鍵氫鍵是穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的主要作用力。是穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的主要作用力。w類型類型： -螺旋、螺旋、 -折疊、折疊、 -轉(zhuǎn)角、無轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。規(guī)卷曲。w螺旋一周含螺旋一周含3.6個個Aa殘殘基，沿軸上升的距離基，沿軸上升的距離（螺距螺距）為）為0.54nm；w每個每個Aa殘基的殘基的C=O與與其后其后第第4個個Aa殘基的殘基的N-H形成氫鍵。形成氫鍵。1、 -螺旋（螺旋（helix） O.H C（NCHC） N H R O3.613-螺旋螺旋w是最常見，含量最多的二級結(jié)構(gòu)。是最常見，含量最多的二級結(jié)構(gòu)。w有左手

21、和右手螺旋，天然蛋白質(zhì)中的有左手和右手螺旋，天然蛋白質(zhì)中的 -螺旋幾乎都是螺旋幾乎都是右手螺旋右手螺旋。w每個二面角每個二面角均為：均為： =-57 ， =-48 。w不穩(wěn)定因素：不穩(wěn)定因素：Pro；大基團側(cè)鏈大基團側(cè)鏈AA的聚的聚集集；同種電荷側(cè)鏈同種電荷側(cè)鏈AA的聚集的聚集。2、 -折疊（折疊（ -pleated sheet）第二常見的二級結(jié)構(gòu)。第二常見的二級結(jié)構(gòu)。由兩條或多條由兩條或多條幾乎完全伸展幾乎完全伸展的多肽鏈平行排的多肽鏈平行排列，通過鏈間的列，通過鏈間的氫鍵氫鍵交聯(lián)而形成的，或一條交聯(lián)而形成的，或一條肽鏈內(nèi)的不同肽段間靠氫鍵而形成的肽鏈內(nèi)的不同肽段間靠氫鍵而形成的鋸齒狀鋸齒狀

22、折疊構(gòu)象折疊構(gòu)象。類型：類型：平行平行式式（肽鏈的（肽鏈的N-端都在同一側(cè)端都在同一側(cè)）；）；反平行式反平行式（相鄰肽鏈的方向相反）（相鄰肽鏈的方向相反）平行式平行式反平行式反平行式3、 -轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（ -turn）w至少含至少含4個個aa殘基殘基;w彎曲處的第彎曲處的第1個個aa的的C=O 和第和第4個個aa的的N-H 之間形成氫鍵。之間形成氫鍵。w主要存在于主要存在于球狀球狀蛋白。蛋白。 -轉(zhuǎn)角中的常見轉(zhuǎn)角中的常見AA：wGly：無側(cè)鏈基團，能調(diào)整其他無側(cè)鏈基團，能調(diào)整其他AA殘基的空間阻礙；殘基的空間阻礙；wPro：環(huán)狀結(jié)構(gòu)，迫使轉(zhuǎn)角形成。環(huán)狀結(jié)構(gòu)，迫使轉(zhuǎn)角形成。4、無規(guī)卷曲（無規(guī)卷曲（

23、nonregular coil）w指沒有一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結(jié)指沒有一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結(jié)構(gòu)，本身雖有一定的穩(wěn)定性，但作用構(gòu)，本身雖有一定的穩(wěn)定性，但作用力弱。力弱。w酶的功能部位酶的功能部位常包含此構(gòu)象，靈活易常包含此構(gòu)象，靈活易變。變。-螺旋螺旋-折疊折疊-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲三、超二級結(jié)構(gòu)三、超二級結(jié)構(gòu)w指蛋白質(zhì)中指蛋白質(zhì)中相鄰相鄰的的二級結(jié)構(gòu)單位二級結(jié)構(gòu)單位組合在組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認的認的二級結(jié)構(gòu)組合體二級結(jié)構(gòu)組合體。w基本類型基本類型：、等等類型類型希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)-曲折曲折：典型例子典型例子- -

24、-角蛋白角蛋白w結(jié)構(gòu)蛋白，為毛發(fā)、甲、角、鱗和羽的主結(jié)構(gòu)蛋白，為毛發(fā)、甲、角、鱗和羽的主要成分。要成分。w結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：3個個 -螺旋（螺旋（-S-S-）原纖維原纖維微原微原纖維（纖維（9+2）大原纖維大原纖維w -角蛋白在濕熱時能被拉伸，角蛋白在濕熱時能被拉伸，可可轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成 -角蛋白角蛋白。微微原原纖纖維維原原纖纖維維螺螺旋旋大原纖維大原纖維皮層皮層細胞細胞鱗鱗狀狀細細胞胞微原纖維微原纖維毛發(fā)的結(jié)構(gòu)毛發(fā)的結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) （Tertiary Structure）1、定義定義：指多肽鏈在空間上盤繞、折疊：指多肽鏈在空間上盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的三維形

25、成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。w一條多肽鏈一條多肽鏈的最高級結(jié)構(gòu)為三級結(jié)構(gòu)。的最高級結(jié)構(gòu)為三級結(jié)構(gòu)。2、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能功能功能：哺乳動物肌肉中儲存、運輸氧：哺乳動物肌肉中儲存、運輸氧結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點：1963年，年，Kendreww1條條多肽鏈，多肽鏈，1個血紅素輔基，個血紅素輔基，153aa，MW=16700。w外圓中空外圓中空，8段段 -螺旋螺旋（23aa7aa）。）。w極性極性aa多分布于分子表面，非極性多分布于分子表面，非極性aa則多分則多分布于分子內(nèi)部布于分子內(nèi)部 可溶可溶煤氣中毒的機制煤氣中毒的機制wCO與血紅素與血紅素Fe的結(jié)合能力是的結(jié)

26、合能力是O2的的250倍。倍。w人體吸入少量的人體吸入少量的CO即可完全抑制肌紅蛋白或即可完全抑制肌紅蛋白或血紅蛋白與血紅蛋白與O2的結(jié)合，造成缺氧死亡。的結(jié)合，造成缺氧死亡。w急救方法急救方法：盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含：盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含O2的環(huán)境的環(huán)境中。中。 五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) （quaternary structure）1、定義定義：指由：指由兩個或兩個以上兩個或兩個以上具有三級結(jié)構(gòu)具有三級結(jié)構(gòu)的的亞基（肽鏈）亞基（肽鏈）按一定方式聚合形成的特定按一定方式聚合形成的特定構(gòu)象。構(gòu)象。只有只有多條肽鏈多條肽鏈的寡聚蛋白才具有四級結(jié)構(gòu)。的寡聚蛋白才具有四級結(jié)構(gòu)。僅涉及僅涉

27、及亞基之間亞基之間的相互作用和空間排布。的相互作用和空間排布。2、維持、維持三、四級結(jié)構(gòu)的主要作用力三、四級結(jié)構(gòu)的主要作用力w主要是主要是次級鍵次級鍵，包括，包括氫鍵、離子鍵、范德氫鍵、離子鍵、范德華力、疏水作用力華力、疏水作用力等，有時還需等，有時還需二硫鍵二硫鍵在在鏈間起加固作用。鏈間起加固作用。w其中其中疏水作用力疏水作用力（在水溶液中，球狀蛋白（在水溶液中，球狀蛋白的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子內(nèi)部的作用力）內(nèi)部的作用力）是最重要的是最重要的3、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能功能功能：存在于動物的紅細胞，運輸：存在于動物的紅細胞，運

28、輸O2和和CO2。能結(jié)。能結(jié)合合H+，維持，維持pH。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：w4個個亞基，球狀，亞基，球狀，574aa，MW=65000 w 鏈（鏈（141aa），）， / / 鏈（鏈（146aa）w成人血紅蛋白為成人血紅蛋白為 2 2（HbA，96%）、）、 2 2（HbA2，2%），），胎兒血紅蛋白為胎兒血紅蛋白為 2 2（HbF）w三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似，也含血紅素輔基，也含血紅素輔基第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的關(guān)系（一）（一）同源蛋白同源蛋白的種屬差異與生物進化的種屬差異與生物進化一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 對對

29、Cyt c一級結(jié)構(gòu)的研究表明：一級結(jié)構(gòu)的研究表明：1、親緣關(guān)系越近，、親緣關(guān)系越近，aa順序的同源性越大。順序的同源性越大。 黑猩猩黑猩猩 0 雞、火雞雞、火雞 13 牛豬羊牛豬羊 10 海龜海龜 15 狗驢狗驢 11 小麥小麥 35 粗糙鏈孢霉粗糙鏈孢霉 43 酵母酵母 442、不同生物間存在相同的、不同生物間存在相同的保守順序保守順序。（二）一級結(jié)構(gòu)的變化引起功能的變化（二）一級結(jié)構(gòu)的變化引起功能的變化w血紅蛋白的一級結(jié)構(gòu)變化引起血紅蛋白的一級結(jié)構(gòu)變化引起鐮刀型鐮刀型紅細胞貧血病紅細胞貧血病。w分子病分子?。夯蛲蛔儯夯蛲蛔兊鞍踪|(zhì)表達異常蛋白質(zhì)表達異常疾病疾病w鐮刀形貧血病鐮刀形貧血?。?/p>

30、血液中大量出現(xiàn)血液中大量出現(xiàn)鐮刀形紅細胞，鐮刀形紅細胞，患者缺氧窒息患者缺氧窒息 正常細胞正常細胞 鐮刀形細胞鐮刀形細胞w流行于非洲流行于非洲w死亡率極高死亡率極高w大部分患者童大部分患者童年時夭折，最年時夭折，最長活到長活到30歲。歲。HbA -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-鏈鏈HbS -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-鏈鏈w顯著降低脫氧顯著降低脫氧HbS溶解度溶解度纖維狀沉淀纖維狀沉淀脫氧脫氧紅細胞由球狀變?yōu)殓牭缎渭t細胞由球狀變?yōu)殓牭缎我灼屏岩灼屏严拗蒲飨拗蒲鱋2供應(yīng)不足供應(yīng)不足患者窒息甚至死亡患者窒息甚至死亡極性極性 非極性非極性二、

31、二、空間結(jié)構(gòu)與功能空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的關(guān)系例如：例如：RNA酶酶 1、蛋白質(zhì)執(zhí)行其生物功、蛋白質(zhì)執(zhí)行其生物功能需要相應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)能需要相應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)w空間結(jié)構(gòu)相似空間結(jié)構(gòu)相似功能相似功能相似空間結(jié)構(gòu)決空間結(jié)構(gòu)決定生物學(xué)功能定生物學(xué)功能2、變構(gòu)效應(yīng)（別構(gòu)效應(yīng)）、變構(gòu)效應(yīng)（別構(gòu)效應(yīng)）w外因外因通過改變蛋白質(zhì)構(gòu)象引起蛋白質(zhì)功通過改變蛋白質(zhì)構(gòu)象引起蛋白質(zhì)功能變化。能變化。w例如：例如：血紅蛋白的載氧過程血紅蛋白的載氧過程定義定義：蛋白質(zhì)在表達功能的過程中構(gòu)象發(fā)：蛋白質(zhì)在表達功能的過程中構(gòu)象發(fā)生改變的現(xiàn)象。生改變的現(xiàn)象。 (R)relaxed state(T) tense state 血液血液中中氧分

32、子氧分子的的運送運送LungO2HemoglobinMyoglobinMuscle靜脈靜脈動脈動脈環(huán)境環(huán)境O2高時高時Hb快速吸收快速吸收O2環(huán)境環(huán)境O2低時低時Hb迅速迅速釋放釋放O2釋放釋放O2后后Hb變回變回T state任何一任何一個亞基個亞基接受接受氧氧后后，會增進會增進其它其它亞基亞基吸附吸附氧氧的能力的能力第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用蛋白質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用一、蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)及應(yīng)用一、蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)及應(yīng)用1、蛋白質(zhì)帶電的原因：、蛋白質(zhì)帶電的原因：w末端末端AA游離游離-NH3+，-COO-w側(cè)鏈可解離基團側(cè)鏈可解離基團2、pI的特征：的特征：溶解度、粘度、滲透壓、導(dǎo)溶解度、粘度

33、、滲透壓、導(dǎo)電能力最小。電能力最小。3、pI的應(yīng)用：的應(yīng)用：w溶解度最小溶解度最小 分離混和蛋白分離混和蛋白w凈電荷為零凈電荷為零 等電聚焦等電聚焦w分子量大，形成分子量大，形成膠體膠體溶液溶液w特點特點：不能通過半透膜不能通過半透膜w改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)解性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)1、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)的利用、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)的利用透析透析（dialysis）：w小分子化合物小分子化合物 + 蛋白蛋白質(zhì)溶液置于透析袋中質(zhì)溶液置于透析袋中w透析袋置于水中透析袋置于水中w小分子化合物進入水中，小分子化合物進入水中，同時水進入袋中同時水

34、進入袋中w用途用途：純化蛋白質(zhì)：純化蛋白質(zhì)w密封容器密封容器w施加壓力施加壓力w一定分子量的物一定分子量的物質(zhì)透過超濾膜質(zhì)透過超濾膜超濾超濾 2、膠凝和膠溶、膠凝和膠溶 達到一定濃度的蛋白質(zhì)溶液冷卻時，蛋達到一定濃度的蛋白質(zhì)溶液冷卻時，蛋白質(zhì)分子靠攏變成一種白質(zhì)分子靠攏變成一種含水卻近似固體含水卻近似固體的的狀態(tài)（即凝膠狀態(tài)）的過程，稱狀態(tài)（即凝膠狀態(tài)）的過程，稱膠凝膠凝。其。其逆過程為逆過程為膠溶膠溶。w蛋白質(zhì)溶液的蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性穩(wěn)定性：電荷、水化膜：電荷、水化膜w破壞蛋白質(zhì)表面水膜破壞蛋白質(zhì)表面水膜w消除蛋白質(zhì)所帶電荷消除蛋白質(zhì)所帶電荷三、蛋白質(zhì)沉淀三、蛋白質(zhì)沉淀 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)沉淀沉淀

35、w條件溫和條件溫和，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)沒有發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)沒有發(fā)生變化w是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法1、可逆沉淀（、可逆沉淀（非變性非變性沉淀沉淀）等電點沉淀法等電點沉淀法：改變改變pHpI鹽析法鹽析法：大量的中性鹽：大量的中性鹽有機溶劑沉淀法有機溶劑沉淀法：極性有機溶劑：極性有機溶劑（低溫）（低溫）w條件強烈，條件強烈，沉淀時發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)沉淀時發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化構(gòu)和性質(zhì)的變化2、不可逆沉淀（不可逆沉淀（變性變性沉淀沉淀）四、蛋白質(zhì)的變性四、蛋白質(zhì)的變性（denaturation）1、概念概念：外界因素：外界因素蛋白質(zhì)天然構(gòu)象被蛋白質(zhì)天然構(gòu)象被破壞破壞生

36、物活性改變或喪失生物活性改變或喪失2、變性因素變性因素：w加熱、劇烈振蕩、加熱、劇烈振蕩、UV、超聲波；、超聲波；w強酸、強堿；重金屬鹽（強酸、強堿；重金屬鹽（Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag+）；尿素、胍、生物堿；乙醇；尿素、胍、生物堿；乙醇；表面活性劑表面活性劑3、本質(zhì)、本質(zhì)w維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的次級鍵次級鍵被破壞被破壞w有序結(jié)構(gòu)有序結(jié)構(gòu)無序松散結(jié)構(gòu)無序松散結(jié)構(gòu)w一級結(jié)構(gòu)沒有變化一級結(jié)構(gòu)沒有變化4、變性蛋白的特征：、變性蛋白的特征：w生物活性喪失生物活性喪失w理化性質(zhì)改變理化性質(zhì)改變：溶解度下降、結(jié)晶能力：溶解度下降、結(jié)晶能力喪失、粘度增加、擴散速度下降、旋光喪失、粘

37、度增加、擴散速度下降、旋光性和紫外吸收性質(zhì)改變等。性和紫外吸收性質(zhì)改變等。w生化性質(zhì)改變生化性質(zhì)改變：抗原性改變；易被蛋白：抗原性改變；易被蛋白酶水解酶水解5、變性的預(yù)防和利用：、變性的預(yù)防和利用：w消毒：消毒：75%乙醇、乙醇、UVw飲食：豆腐制作、吃柿子的注意飲食：豆腐制作、吃柿子的注意w急救重金屬中毒急救重金屬中毒w酶制劑的制備酶制劑的制備6、變性蛋白的復(fù)性：、變性蛋白的復(fù)性：w定義定義：當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)：當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)又可恢復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為蛋又可恢復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（白質(zhì)的復(fù)性（renaturation）。）。w蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，

38、變性越劇烈，復(fù)性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，變性越劇烈，復(fù)性越困難。越困難。五、蛋白質(zhì)的紫外吸收性質(zhì)五、蛋白質(zhì)的紫外吸收性質(zhì)w大部分蛋白質(zhì)均含有大部分蛋白質(zhì)均含有Phe、Tyr、Trp（共軛體系）。（共軛體系）。wmax = 280nm w應(yīng)用：蛋白質(zhì)鑒定。應(yīng)用：蛋白質(zhì)鑒定。六、蛋白質(zhì)的免疫化學(xué)性質(zhì)六、蛋白質(zhì)的免疫化學(xué)性質(zhì)1、相關(guān)概念、相關(guān)概念 免疫反應(yīng)免疫反應(yīng)：脊椎動物在：脊椎動物在外來物質(zhì)外來物質(zhì)（抗抗原原antigen）入侵時產(chǎn)生）入侵時產(chǎn)生抵抗物質(zhì)抵抗物質(zhì)（抗體抗體antibody或或免疫球蛋白免疫球蛋白immunoglobulin）的過程。的過程?？乖攸c：抗原特點：w抗原性抗原性：異物，大分

39、子；：異物，大分子；w特異性特異性；w具有具有抗原決定簇抗原決定簇（決定抗原特異性，誘（決定抗原特異性，誘發(fā)抗體產(chǎn)生，并能與對應(yīng)抗體結(jié)合的結(jié)發(fā)抗體產(chǎn)生，并能與對應(yīng)抗體結(jié)合的結(jié)構(gòu)）構(gòu)）抗體特點：特異性、多樣性、不均一性抗體特點：特異性、多樣性、不均一性2、免疫球蛋白的類別：、免疫球蛋白的類別： w2條輕鏈（條輕鏈（220aa）和和2條重鏈（條重鏈（440aa）w二硫鍵二硫鍵wY形形w二價二價w可變區(qū)和穩(wěn)定區(qū)可變區(qū)和穩(wěn)定區(qū)wFab和和Fc3、IgG的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4、抗原與抗體反應(yīng)、抗原與抗體反應(yīng) w抗原抗原+ +抗體抗體= = =抗原抗原- -抗體復(fù)合物抗體復(fù)合物w最適比例、最大沉淀最適比例、最大沉

40、淀w沉淀反應(yīng)是免疫化學(xué)分析的基礎(chǔ)沉淀反應(yīng)是免疫化學(xué)分析的基礎(chǔ)酶聯(lián)免疫吸附測定（酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）第七節(jié)第七節(jié) 蛋白質(zhì)的分離純化蛋白質(zhì)的分離純化w 組織破碎（研磨、超聲波、凍融、酶解）組織破碎（研磨、超聲波、凍融、酶解）w w 粗提（離心、沉淀、超濾、萃取等）粗提（離心、沉淀、超濾、萃取等）w w 精制精制（層析層析、電泳電泳）w w 純品（結(jié)晶、凍干）純品（結(jié)晶、凍干）w w 性質(zhì)研究性質(zhì)研究w電泳電泳：在外電場的作用下，帶電顆粒將：在外電場的作用下，帶電顆粒將向與其電性相反的電極移動。向與其電性相反的電極移動。w帶電的蛋白質(zhì)顆粒在電場中移動的速度帶電的蛋白質(zhì)顆粒在電場中移動的速度

41、（v）與電場強度（與電場強度（E），凈電荷（），凈電荷（q），），分子量（分子量（MW），分子形狀等因素有關(guān)。），分子形狀等因素有關(guān)。一、電泳一、電泳1、不連續(xù)、不連續(xù)SDS-PAGE w原料原料：丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺；：丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺；w催化劑：催化劑：TEMED、過硫酸銨；、過硫酸銨；w不連續(xù)不連續(xù)-濃縮膠濃縮膠+分離膠；分離膠；wSDS（十二烷基硫酸鈉）十二烷基硫酸鈉） 消除蛋白質(zhì)電消除蛋白質(zhì)電荷、形狀的影響；荷、形狀的影響；w本質(zhì)：本質(zhì)：分子篩分子篩；w電泳遷移率電泳遷移率 分子量分子量w凝膠中加入凝膠中加入兩性電解兩性電解質(zhì)質(zhì)（pH3-9，pH5-7）w兩性電解質(zhì)兩性電

42、解質(zhì)解離使自解離使自身身pI達到該區(qū)域的達到該區(qū)域的pHw蛋白質(zhì)移動到與自身蛋白質(zhì)移動到與自身pI一致的位置時，停一致的位置時，停止移動止移動2、等電聚焦（等電聚焦（IEF）3、雙向電泳、雙向電泳 w第一向：第一向：IEFw第二向：第二向：SDS-PAGE二、柱層析二、柱層析w離子交換層析：帶電性質(zhì)；離子交換層析：帶電性質(zhì)；w凝膠過濾層析：顆粒大??；凝膠過濾層析：顆粒大??；w親和層析：特異性親和力。親和層析：特異性親和力。1）陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂 w解離出解離出H+與環(huán)境中其他陽離子交換與環(huán)境中其他陽離子交換w-SO3H（強酸型）或強酸型）或-COOH（弱酸型）弱酸型）2）陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂w解離出解離出OH-與環(huán)境中其他陰離子交換與環(huán)境中其他陰離子交換w-N(CH3)3OH（強堿型）或強堿型）或-NH3OH（弱堿型）弱堿型）1、離子交換柱層析、離子交換柱層析 2、凝膠過濾層析（分子篩層析）、凝膠過濾層析（分子篩層析） w根據(jù)生物大分子的根據(jù)生物大分子的分子大小分子大小進行分離。進行分離。w原理原理：凝膠顆粒內(nèi)部具有：凝膠顆粒內(nèi)部具有多孔網(wǎng)狀多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。待結(jié)構(gòu)。待分離的混合物流經(jīng)層析柱時，比凝膠孔徑分離的混合物流經(jīng)層析柱時，比凝膠孔徑大大的分子不能進入凝膠孔內(nèi)，沿顆粒之間的空的分子不能進入凝膠孔內(nèi)，沿顆粒之間的空隙