1生化蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能115頁PPT課件(PPT 115頁)

1、生物化學與分子生物學第1頁，共115頁。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章Structure and Function of Protein第2頁，共115頁。什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。第3頁，共115頁。蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1838年，荷蘭科學家 G. J. Mulder引入“protein”（源自希臘字proteios，意為primary）一詞 1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀末，F(xiàn)isch

2、er證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽 。 第4頁，共115頁。1951年, Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)-螺旋(-helix)。 1953年，F(xiàn)rederick Sanger完成胰島素一級序列測定。 1962年，John Kendrew和Max Perutz確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀90年代以后，隨著人類基因組計劃實施，功能基因組與蛋白質(zhì)組計劃的展開 ，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究達到新的高峰 。第5頁，共115頁。蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第6頁，共115頁。蛋白質(zhì)的生物學重

3、要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細胞中可達細胞干重的70%以上。 1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分第7頁，共115頁。作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲運動與支持作用參與細胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能3. 氧化供能第8頁，共115頁。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，個別蛋白質(zhì)還含有碘 。第9頁，共115頁。 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)

4、為主，因此，只要測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) 6.251001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點第10頁，共115頁。一、組成人體蛋白質(zhì)的20種L-氨基酸 存在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，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。第11頁，共115頁。第12頁，共115頁。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H第13頁，共115頁。 除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質(zhì)。硒代半胱氨酸從結(jié)構(gòu)上來看，硒原子替代了半胱氨酸

5、分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數(shù)天然蛋白質(zhì)中，包括過氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質(zhì)合成時，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機制尚不完全清楚。第14頁，共115頁。體內(nèi)也存在若干不參與蛋白質(zhì)合成但具有重要生理作用的L-氨基酸，如參與合成尿素的鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。第15頁，共115頁。非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進行分類第16頁，共115頁。(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸第17頁，共1

6、15頁。(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸第18頁，共115頁。(三)側(cè)鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸第19頁，共115頁。(四)側(cè)鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸第20頁，共115頁。(五)側(cè)鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸第21頁，共115頁。幾種特殊氨基酸 脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2第22頁，共115頁。 半胱氨酸 +胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH

7、-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3第23頁，共115頁。在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸殘基的某些基團還可被甲基化、甲酰化、乙?；愇於┗土姿峄?。這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定性、亞細胞定位和與其他細胞蛋白質(zhì)相互作用的性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個方面。第24頁，共115頁。三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點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(isoelect

8、ric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)第25頁，共115頁。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽離子陰離子第26頁，共115頁。（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第27頁，共115頁。（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍紫色化合物氨

9、基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在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。第28頁，共115頁。四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或活性肽肽鍵(peptide bond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽第29頁，共115頁。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵第30頁，共115頁。肽(peptide)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為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由

10、十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。第31頁，共115頁。N 末端：多肽鏈中有游離-氨基的一端C 末端：多肽鏈中有游離-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。第32頁，共115頁。N末端C末端牛核糖核酸酶第33頁，共115頁。 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在50個以上，50個氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。第34頁，共115頁。（二）體內(nèi)存在多種重要的生

11、物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)第35頁，共115頁。GSH過氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶NADPH+H+ NADP+ GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換 第36頁，共115頁。 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽第37頁，共115頁。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第38頁，共115頁。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)(tertiar

12、y structure)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure)第39頁，共115頁。定義:蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 第40頁，共115頁。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。第41頁，共115頁。目前已知一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當可觀，并且還以更快的速度增加。國際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，例如EMBL（European Molecular Biology Laboratory Data Library）G

13、enbank （Genetic Sequence Databank）PIR（Protein Identification Resource Sequence Database）收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及其他資料，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。 第42頁，共115頁。二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。定義: 主要的化學鍵：氫鍵 第43頁，共115頁。 -螺旋 ( -helix) -折疊 (-pleated sheet) -轉(zhuǎn)角 (-turn) 無規(guī)卷曲 (random

14、 coil) 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)所謂肽鏈主鏈骨架原子即N（氨基氮）、 C（-碳原子）和Co（羰基碳）3個原子依次重復排列。 第44頁，共115頁。（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元 (peptide unit) 。第45頁，共115頁。第46頁，共115頁。 -螺旋 ( -helix) -折疊 (-pleated sheet) -轉(zhuǎn)角 (-turn) 無規(guī)卷曲 (random coil) （二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)第

15、47頁，共115頁。（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)第48頁，共115頁。（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)第49頁，共115頁。第50頁，共115頁。（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。第51頁，共115頁。（五）二級結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)組合形式有3種：， 。第52頁，共115頁。二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，稱為模體(motif) 。模體是具有特

16、殊功能的超二級結(jié)構(gòu)。第53頁，共115頁。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)-螺旋-轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-螺旋模體鏈-轉(zhuǎn)角-鏈模體鏈-轉(zhuǎn)角-螺旋-轉(zhuǎn)角-鏈模體模體常見的形式第54頁，共115頁。（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。 第55頁，共115頁。三、多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步折疊形成三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 范德華力等。主要的化學鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。定義:（一）三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位

17、置第56頁，共115頁。 肌紅蛋白 (Mb) N 端 C端第57頁，共115頁。第58頁，共115頁。（二）結(jié)構(gòu)域是三級結(jié)構(gòu)層次上的獨立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域 (domain) 。大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100至200個氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出獨立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。超二級結(jié)構(gòu)則不具備這種特點。因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨立折疊單位，有較為獨立的三維空間結(jié)構(gòu)。 第59頁，共115頁。3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)示意圖 第60頁，共115頁。（

18、三）蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。 分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。 第61頁，共115頁。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)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，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2條或2條以上多肽鏈。每一條多肽

19、鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。第62頁，共115頁。由2個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)第63頁，共115頁。五、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)第64頁，共115頁。蛋白質(zhì)家族（protein family） : 氨基酸序列相似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱為同源蛋白質(zhì)（homologous pro

20、tein） 。 蛋白質(zhì)超家族（superfamily） : 2個或2個以上的蛋白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。第65頁，共115頁。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第66頁，共115頁。（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵第67頁，共115頁。 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第68頁，共115頁。（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能一

21、級結(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。 氨基酸殘基序號胰島素 A5 A6 A10 A30 人 Thr Ser Ile Thr 豬 Thr Ser Ile Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Gly Ile Ser 牛 Ala Gly Val Ala 羊 Ala Ser Val Ala 馬 Thr Ser Ile Ala第69頁，共115頁。（三）氨基酸序列提供重要的生物進化信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細胞色素(cytochrome C)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進化間的關(guān)系。 第70頁，共115頁。（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例

22、：鐮刀形紅細胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。第71頁，共115頁。肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu) 二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似第72頁，共115頁。肌紅蛋白(myoglobin，Mb) 肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸

23、殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。 第73頁，共115頁。血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，每個亞基可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。 第74頁，共115頁。脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵 第75頁，共115頁。Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合， Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數(shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合第76頁，共115頁。肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線第77頁，共1

24、15頁。協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)第78頁，共115頁。第79頁，共115頁。血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。第80頁，共115頁。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，稱為別構(gòu)效應(yīng)。第81頁，共115頁。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可

25、引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(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，嚴重時可導致疾病發(fā)生。第82頁，共115頁。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導致疾病的機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，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，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。第83頁，共115頁。瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含-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-折疊的PrPsc，從而致病。

26、瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第84頁，共115頁。第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Protein第85頁，共115頁。一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)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，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。 當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)的等電點( isoelectric point, pI)第86頁，共115頁。二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自

27、1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:第87頁，共115頁。+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負電荷的蛋白質(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)的聚沉第88頁，共115頁。三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學因素作用下，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)，從而導致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)第89頁，共115頁。造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及

28、生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì):破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。第90頁，共115頁。 應(yīng)用舉例:臨床醫(yī)學上，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。 第91頁，共115頁。若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為復性(renaturation) 。第92頁，共115頁。 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第93頁，共115頁。在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋

29、白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。 蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)第94頁，共115頁。四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的A280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。第95頁，共115頁。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)。 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)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測定蛋白

30、質(zhì)溶液含量茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)第96頁，共115頁。第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein第97頁，共115頁。一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物應(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，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。透析(dialysis)超濾法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。第98頁，共115頁。二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)濃縮方法使用丙

31、酮沉淀時，必須在04低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。 鹽析(salt precipitation)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，導致蛋白質(zhì)沉淀。 第99頁，共115頁。免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。 第100頁，共115頁。三、利用荷電性質(zhì)可電泳分離蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過

32、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), 稱為電泳(elctrophoresis) 。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。 第101頁，共115頁。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)等電點的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學研究的重要技術(shù)。幾種重要的蛋白質(zhì)電泳:第102頁，共115頁。四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進行層析分離待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達到分離蛋白質(zhì)的目的 。層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理第103頁，共115頁。離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進行分離。凝膠過濾(gel filtration)又稱分子