蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第1頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四周一周二周四周五第1周15/10~19/10細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)第2周22/10~26/10酶酶酶核酸第3周29/10~02/11核酸細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能生物氧化第4周05/11~09/11生物氧化糖代謝糖代謝糖代謝第5周12/11~16/11脂代謝脂代謝脂代謝氨基酸代謝第6周19/11~23/11氨基酸代謝核苷酸代謝核苷酸代謝細(xì)胞核第7周26/11~30/11細(xì)胞核復(fù)制復(fù)制復(fù)制第8周03/12~07/12轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯第9周10/12~14/12基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因工程基因工程第10周17/12~21/12癌基因抑癌基因細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運輸?shù)?1周24/12~28/12細(xì)胞運動與細(xì)胞連接細(xì)胞運動與細(xì)胞連接細(xì)胞運動與細(xì)胞連接細(xì)胞信息傳遞第12周31/12~04/01細(xì)胞信息傳遞細(xì)胞信息傳遞細(xì)胞增殖、凋亡和癌變細(xì)胞增殖、凋亡和癌變第13周07/01~11/01細(xì)胞增殖、凋亡和癌變細(xì)胞分化與干細(xì)胞細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)第2頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物化學(xué)與分子生物學(xué)ThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第3頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四緒論ThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第4頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物化學(xué)（Biochemistry）即“生命的化學(xué)”

生物化學(xué)早期主要是用化學(xué)的，也用生物學(xué)的、物理學(xué)的以及數(shù)學(xué)的原理研究各種形式的生命現(xiàn)象；至20世紀(jì)下半葉，生物化學(xué)進(jìn)入其發(fā)展的分子生物學(xué)時期（見發(fā)展史），研究手段又有遺傳學(xué)、生物工程學(xué)、生物信息學(xué)等介入。因此，生物化學(xué)是一門邊緣學(xué)科，也是生命科學(xué)領(lǐng)域重要的領(lǐng)頭學(xué)科。第5頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四什么是生物化學(xué)？生物化學(xué)（biochemistry）是研究生物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。主要任務(wù)：采用化學(xué)的原理和方法，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。第6頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四什么是分子生物學(xué)？分子生物學(xué)（molecularbiology）是研究生物大分子（主要是核酸和蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控機制的科學(xué)。第7頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物大分子由某些基本結(jié)構(gòu)單位按一定順序和方式連接所形成的多聚體。生物大分子的重要特征之一是具有信息功能，由此也稱為生物信息分子。第8頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物化學(xué)發(fā)展簡史分為三個階段：初期階段——18世紀(jì)中至19世紀(jì)末主要研究生物體的化學(xué)組成第9頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蓬勃發(fā)展階段——20世紀(jì)初期開始營養(yǎng)方面：發(fā)現(xiàn)人類營養(yǎng)必需氨基酸、營養(yǎng)必需脂肪酸及多種維生素內(nèi)分泌方面：發(fā)現(xiàn)多種激素，并將其分離、合成酶學(xué)方面：酶晶體獲得成功物質(zhì)代謝方面：主要物質(zhì)代謝途徑基本確定第10頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四分子生物學(xué)的崛起——20世紀(jì)后半葉開始50年代初期，發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的螺旋的二級結(jié)構(gòu)形式等1953年J.D.Watson和F.H.Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中心法則的提出重組DNA技術(shù)的建立……第11頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四人類基因組計劃人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一價值達(dá)30億美元的人類基因組計劃。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。

第12頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四研究內(nèi)容： 遺傳圖譜物理圖譜 序列圖譜基因圖譜第13頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有14萬個基因，但人類基因總數(shù)實際在3萬到4萬個之間，只是線蟲或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因只有300個。第14頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)功能RNA組學(xué)代謝組學(xué)糖組學(xué)……第15頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生物分子的結(jié)構(gòu)與功能物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)基因信息傳遞及其調(diào)控第16頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)是聯(lián)系生物學(xué)各學(xué)科的“橋梁”生物化學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的“催化劑”生物化學(xué)加速了生物產(chǎn)業(yè)的崛起第17頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四本課內(nèi)容簡介(一)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能酶核酸的結(jié)構(gòu)與功能生物氧化糖代謝脂類代謝第18頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四本課內(nèi)容簡介(二)氨基酸代謝核苷酸代謝基因信息的傳遞細(xì)胞信息傳遞癌基因、抑癌基因與生長因子第19頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第一篇

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能ThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第20頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四本篇主要內(nèi)容

第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章酶第三章核酸的結(jié)構(gòu)與功能第21頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第一章

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofProteinThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第22頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四本章主要內(nèi)容

蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化技術(shù)蛋白質(zhì)組學(xué)第23頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四什么是蛋白質(zhì)?

蛋白質(zhì)是一種由氨基酸組成的、通過肽鍵連接的生物大分子。第24頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)是生物體的基本組成部分含量高 人體固體成分的45%，細(xì)胞干重的70%以上分布廣 所有的器官組織都含有蛋白質(zhì)，細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)種類多第25頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能生物催化劑代謝調(diào)節(jié)免疫防護物質(zhì)的轉(zhuǎn)運與存儲運動與支持細(xì)胞間信息傳遞氧化供能第26頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成ChemicalComponentsofProteins第27頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的元素組成主要元素C(50~55%),H(6~7%),O(19~24%),N(13~19%),

S(0~4%)次要元素P,Fe,Cu,Zn,I,…各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％100g樣品中蛋白質(zhì)的含量（g％）＝每克樣品中含氮克數(shù)×6.25

×1001/16%第28頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四三聚氰胺第29頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§1.1氨基酸蛋白質(zhì)的基本組成單位組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種均為L--氨基酸(甘氨酸除外).第30頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四L--氨基酸通式第31頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RL--氨基酸第32頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的分類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第33頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四1.非極性脂肪族氨基酸R基團屬于非極性基團——烴鏈R基團不帶電荷在水中溶解度小第34頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四非極性脂肪族氨基酸第35頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四2.極性中性氨基酸R基團為極性的-OH,-SH,或-CONH2

R基團具有高反應(yīng)活性易溶于水，有親水性，但在中性水溶液中不解離第36頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四極性中性氨基酸第37頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四3.芳香族氨基酸R含芳香族基團苯丙氨酸的R基團不帶電荷色氨酸和酪氨酸的R基團為極性基團，但在中性水溶液中不解離第38頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四芳香族氨基酸TrpTyr第39頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四4.酸性氨基酸R基團含有一個–COOH.R基團在中性溶液中易解離出H+帶有負(fù)電荷.酸性氨基酸有高度親水性，易溶于水。第40頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四酸性氨基酸第41頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四5.堿性氨基酸R基團含有易接受H+的基團，如ε-NH2、胍基和咪唑基R基團在中性溶液中帶正電荷堿性氨基酸有高度親水性第42頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四堿性氨基酸第43頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四習(xí)慣分類方法含羥基氨基酸：Ser、Thr、Tyr含硫氨基酸：Cys、Met雜環(huán)亞氨基酸：Pro支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile第44頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四特殊氨基酸-Gly無旋光性、無L-、D-型之分第45頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四特殊氨基酸-Pro環(huán)型結(jié)構(gòu)、屬亞氨酸第46頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四特殊氨基酸-Cys兩個半胱氨酸之間可以形成二硫鍵，形成胱氨酸。第47頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生蛋白氨基酸：20種編碼氨基酸。修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基酸。沒有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸（Hyp）、羥賴氨酸（Hyl）。非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸。代謝途徑中產(chǎn)生的。第48頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§1.2肽1.肽鍵和肽兩個相鄰氨基酸的羧基和氨基之間脫水縮和形成的酰胺鍵稱為肽鍵。第49頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵第50頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四*肽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……*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。*由十個以內(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)。*蛋白質(zhì)和多肽的界限相關(guān)概念第51頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

*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)。

*主鏈和側(cè)鏈相關(guān)概念第52頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端（carboxylterminal）或C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有方向性：多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端（carboxylterminal）或C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。氨基末端(N-端)和羧基末端(C-端)第53頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

多肽鏈第54頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四N末端C末端牛核糖核酸酶第55頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四2.生物活性肽－谷胱甘肽（GSH）第56頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽谷氨酸的-羧基形成肽鍵－SH為活性基團為酸性肽是體內(nèi)重要的還原劑第57頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH

還原酶NADPH+H+NADP+第58頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四GSH的生物學(xué)功能保護體內(nèi)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)。還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，使其變成H2O。GSH的巰基有嗜核特性，保護機體免遭毒物損害。第59頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四肽類激素：如促甲狀腺素釋放激素（TRH）神經(jīng)肽(neuropeptide)肽類激素及神經(jīng)肽第60頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)MolecularStructuresofProteins第61頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可區(qū)分為4個層次高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)第62頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§2.1蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中，從N-端至C-端的氨基酸排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）維持一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵二硫鍵的位置也屬于一級結(jié)構(gòu)范疇第63頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四胰島素的一級結(jié)構(gòu)

第64頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四一級結(jié)構(gòu)是由遺傳信息決定的一級結(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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素第65頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§2.2蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）是指蛋白質(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.第66頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第67頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)包括-螺旋-折疊-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲維系二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素：氫鍵第68頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)－－肽單元參與肽鍵的6個原子C1,C,O,N,H,C2,位于同一平面，此同一個平面上的6個原子構(gòu)成一個肽單元.它是蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位。第69頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四肽單元平面的剛性第70頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第71頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四相鄰肽單元的旋轉(zhuǎn)性第72頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的模型第73頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四多肽鏈可以看成由C串聯(lián)起來的無數(shù)個酰胺平面組成第74頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

LinusCarlPauling

b.1901,d.1994CaliforniaInstituteofTechnology,CATheNobelPrizeinChemistry(1954),“forhisresearchintothenatureofthechemicalbondanditsapplicationtotheelucidationofthestructureofcomplexsubstances”TheNobelPeacePrize(1962)第75頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四左手螺旋和右手螺旋1.-螺旋第76頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第77頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋的外側(cè)第78頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距：0.54nm第79頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四每個肽鍵的羰基氧和第四個肽鍵的N-H形成氫鍵，方向與螺旋的長軸基本平行。氫鍵的形成是一個氫原子同時被兩個原子所共享的結(jié)果。第80頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四*螺旋中的全部肽鍵都可以形成氫鍵，以穩(wěn)固-螺旋的結(jié)構(gòu)*

Pro的N上缺少H，不能形成氫鍵，因此僅可存在于第一個螺旋圈內(nèi)，在其他部位出現(xiàn)是，都將引起所在螺旋的轉(zhuǎn)折。第81頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四-螺旋結(jié)構(gòu)要點多肽鏈的主鏈圍繞中心軸呈右手螺旋式上升

每3.6個氨基酸殘基上升一圈，螺距為0.54nm

氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋的外側(cè)

每個肽鍵的羰基氧和第四個肽鍵的N-H形成的氫鍵是維持-螺旋結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵

第82頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四-螺旋常位于蛋白質(zhì)分子的表面，這類-螺旋常具有兩性（amphipathic）特點。多見于血漿脂蛋白，多肽類激素等；毛發(fā)的角蛋白、肌球蛋白以及纖維蛋白的多肽鏈幾乎全長都卷曲成-螺旋。第83頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四CαCαCαCαCαCαRRRRRR2.-折疊和-片層第84頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四-折疊(-pleatedsheet)多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈位于鋸齒結(jié)構(gòu)的上下方兩段以上的-折疊結(jié)構(gòu)平行排列，兩鏈間可順向平行，也可反向平行（-片層）兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩(wěn)固-折疊結(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長軸垂直

-折疊形成條件：要求氨基酸側(cè)鏈較小蠶絲蛋白幾乎都是-折疊結(jié)構(gòu)第85頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四-片層第86頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第87頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第88頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第89頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四3.-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲第90頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

-轉(zhuǎn)角(-turn)

肽鏈內(nèi)形成180o回折含4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基的羰基氧與第四個殘基的亞氨基氫形成氫鍵第二個氨基酸殘基常為Pro-轉(zhuǎn)角在球蛋白中的含量很高第91頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四無規(guī)則卷曲(randomcoil)用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。第92頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四4.超二級結(jié)構(gòu)(super-secondarystructure)

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：、、主要由非極性氨基酸殘基參與此類相互作用第93頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四模體（motif）

在許多蛋白質(zhì)分子中，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，發(fā)揮專一的功能，稱為模體。模體總有其特征性的氨基酸序列，發(fā)揮特殊的功能。第94頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四-螺旋-轉(zhuǎn)角（或環(huán)）--螺旋鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈鏈-轉(zhuǎn)角--螺旋-轉(zhuǎn)角-鏈模體常見的形式第95頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)第96頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四螺旋-環(huán)-螺旋鋅指亮氨酸拉鏈第97頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第98頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四ZnCysHis第99頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四5.氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(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β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可穩(wěn)定或去穩(wěn)定相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的原因。第100頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸側(cè)鏈對-螺旋結(jié)構(gòu)的影響

脯氨酸的剛性五元環(huán)，影響氫鍵的形成，不形成-螺旋。多個酸性或堿性氨基酸殘基相鄰，由于同性電荷彼此相斥，妨礙-螺旋的形成。側(cè)鏈較大的氨基酸殘基，如天冬酰胺、亮氨酸等，也影響-螺旋形成。第101頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§2.3蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條多肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。

第102頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四1.球狀蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的共同特征折疊成緊密的球狀或橢球狀含有多種二級結(jié)構(gòu)并具有明顯的折疊層次疏水側(cè)鏈常分布在分子內(nèi)部第103頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)

N端C端LocatedinmuscletosupplyO2153AAs75%ofstructureis-helixin8regions.theinterioralmostentirelynonpolarresidues第104頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四主要是次級鍵，包括：疏水作用離子鍵氫鍵vanderWaals力（范德華力）共價鍵——二硫鍵也參與維持三級結(jié)構(gòu)2.維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵第105頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四疏水作用第106頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四離子鍵第107頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氫鍵第108頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四vanderWaals力（范德華力）第109頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第110頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

核糖核酸酶由124個氨基酸組成主要是-折疊非極性基團位于內(nèi)部有四對二硫鍵第111頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四3.結(jié)構(gòu)域分子量大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛?個和數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域（domain）

第112頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

結(jié)構(gòu)域可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨立折疊單位，有較為獨立的三維結(jié)構(gòu)第113頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四4.分子伴侶分子伴侶（chaperon）是一種大分子量、多亞基蛋白質(zhì)，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)。第114頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四分子伴侶如何工作?可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合，防止錯誤的聚集發(fā)生。與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，在誘導(dǎo)其正確折疊。幫助形成正確的二硫鍵。第115頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§2.4蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)體內(nèi)有些蛋白質(zhì)含有二條或多條多肽鏈，每條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為亞基（subunit）蛋白質(zhì)分子中各個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)（quaternarystructure）維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是氫鍵和離子鍵

第116頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)

胰島素受體：由4個亞基組成(2β2)，亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個單體形成二聚體(dimer)。

第117頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四由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)含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨的亞基一般沒有生物學(xué)功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)寡聚體才具有生物學(xué)功能。第118頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白

由2個亞基，2個亞基組成的四聚體；亞基：141個氨基酸亞基：146個氨基酸每個亞基都可以結(jié)合一個血紅素輔基；4個亞基通過8個離子鍵相連，具有運輸氧和二氧化碳的功能。第119頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白

第120頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第121頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)第122頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第123頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)組成成分分類：

單純蛋白質(zhì)氨基酸結(jié)合蛋白質(zhì)輔基§2.5蛋白質(zhì)的分類第124頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四輔基：結(jié)合蛋白質(zhì)中的非蛋白部分，絕大部分輔基是通過共價鍵與蛋白部分相連，輔基與蛋白質(zhì)的功能密切相關(guān)。包括糖、脂、核酸、磷酸、色素和金屬離子等。第125頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)分子形狀分類：球狀蛋白質(zhì)：分子長軸:短軸<10，多數(shù)可溶于水。親水基團位于分子表面，疏水基團位于分子內(nèi)部。纖維狀蛋白質(zhì)：分子長軸:短軸>10，難溶于水。第126頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§2.6蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組是指一種細(xì)胞或一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即“一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”第127頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics)是以蛋白質(zhì)組為研究對象的新的研究領(lǐng)域，是功能基因組的重要支柱第128頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)組學(xué)研究內(nèi)容蛋白質(zhì)鑒定；蛋白質(zhì)翻譯后修飾；蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位；蛋白質(zhì)相互作用；蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)及數(shù)據(jù)庫等的研究；………第129頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺

蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究:雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)點的定位、切取蛋白質(zhì)點的質(zhì)譜分析第130頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第131頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵一級結(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)第132頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第133頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四胰島素氨基酸殘基序號A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能第134頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進(jìn)皮下黑色素生成但作用較弱。第135頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)，如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。第136頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

________10________20________30________40________50________60________70________80________90_______100____HumanGDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGYSYTAANKNKGIIWGEDTLMEYLENPKKYIPGTKMIFVGIKKKEERADLIAYLKKATNEChimpanzeeGDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGYSYTAANKNKGIIWGEDTLMEYLENPKKYIPGTKMIFVGIKKKEERADLIAYLKKATNEMonkeyGDVEKGKRIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQASGFTYTEANKNKGIIWGEDTLMEYLENPKKYIPGTKMIFVGIKKKEERADLIAYLKKATNE

MacaqueGDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGYSYTAANKNKGITWGEDTLMEYLENPKKYIPGTKMIFVGIKKKEERADLIAYLKKATNE

CowGDVEKGKKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGFSYTDANKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTKMIFAGIKKKGERADLIAYLKKATNEDogGDVEKGKKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGFSYTDANKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTKMIFAGIKKKGERADLIAYLKKATKE

GreywhaleGDVEKGKKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAVGFSYTDANKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTKMIFAGIKKKGERADLIAYLKKATNEHorseGDVEKGKKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGFSYTDANKNKGITWKEETLMEYLENPKKYIPGTKMIFAGIKKKTERADLIAYLKKATNE不同生物細(xì)胞色素c的一級結(jié)構(gòu)的保守性第137頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四 HbA:Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys- HbS:

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-

由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，被稱之為“分子病”，其病因為基因突變所致。重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病第138頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第139頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

空間構(gòu)象是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)第140頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

第141頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四相似的空間結(jié)構(gòu)有相似的功能

第142頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基

血紅素結(jié)構(gòu)第143頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四肌紅蛋白(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α-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144頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。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145頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可導(dǎo)致構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(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(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。第146頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機制：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、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。第147頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,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β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPc-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病(牛海綿狀腦病)第148頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四朊病毒蛋白及其構(gòu)型轉(zhuǎn)變PrPc→PrPscPrPsc在N端切割可以產(chǎn)生PrP27-30，這種分子是一種蛋白酶抗性蛋白，能夠聚集成為棒狀淀粉樣蛋白。二級結(jié)構(gòu)出現(xiàn)→轉(zhuǎn)換，PrPc螺旋含量達(dá)到42%，片層僅占3%；PrPsc

螺旋含量降到30%，片層達(dá)到45%；PrP27-30螺旋含量則僅為21%，而片層達(dá)到54%。片層含量的增加可能是聚合成淀粉樣原纖維的最直接原因。第149頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四瘋牛病和朊蛋白第150頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化PhysicalandChemicalCharactersofProtein第151頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四+OH-+H++OH-+H+兼性離子

陽離子陰離子§4.1蛋白質(zhì)的兩性電離第152頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)的等電點當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)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（pI）

利用蛋白質(zhì)兩性解離的性質(zhì)，可以通過電泳、離子交換層析、等電聚焦等技術(shù)分離蛋白質(zhì)第153頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四人體大部分蛋白質(zhì)的pI點為5.0左右,因此在生理pH7.4的環(huán)境下帶負(fù)電荷。pI>7.4:堿性蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白pI<7.4:酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白第154頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§4.2蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之間，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。膠體性質(zhì)：布朗運動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象、不能透過半透膜、具有吸附能力第155頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素：表面電荷水化膜第156頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)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(fù)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157頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§4.3蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固

在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性（denaturation）第158頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

造成變性的因素

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)。如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。第159頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四溶解度下降粘度增加結(jié)晶能力消失易被蛋白酶水解生物活性喪失蛋白質(zhì)變性后的理化和生物學(xué)性質(zhì)改變第160頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四臨床醫(yī)學(xué)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。

應(yīng)用舉例第161頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

若蛋白質(zhì)的變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性（renaturation）第162頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第163頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈間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(proteincoagulation)

第164頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§4.4蛋白質(zhì)的紫外吸收（280nm）蛋白質(zhì)分子在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。第165頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四

某研究生利用紫外分光光度法測量一個八肽分子在溶液中的含量，測量得到的OD280的值接近于0，該研究生認(rèn)為溶液中不含有此八肽分子。其檢測結(jié)果是否可信？為什么？(八肽序列如下：Ser-Leu-Glu-Pro-Asn-Thr-Gly-Met)第166頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§4.5蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)茚三酮反應(yīng)

雙縮脲反應(yīng)：蛋白質(zhì)和肽類分子中的肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈紫紅色。雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度呈色反應(yīng)可用于蛋白質(zhì)的定性和定量分析第167頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四§4.6蛋白質(zhì)的分離和純化透析及超濾法

丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀電泳

層析

超速離心第168頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四透析和超濾法可清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物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。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(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。超濾法

透析(dialysis)第169頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第170頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四第171頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進(jìn)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(saltprecipitation)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(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。第172頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四鹽析原理：鹽離子親水性比蛋白質(zhì)強，高濃度鹽奪去了保護蛋白質(zhì)膠體的水化膜；同時，鹽又是強電解質(zhì)，能抑制弱電解質(zhì)的蛋白質(zhì)解離，從而使保護蛋白質(zhì)膠體的電荷減少。

鹽析時溶液的pH越接近蛋白質(zhì)的pI，效果越好。分段鹽析法第173頁，共200頁，2023年，2月20日，星期四將某一純化蛋白質(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(fù)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。免疫沉淀法（immunoprecip