蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能6

一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。當(dāng)前第1頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。當(dāng)前第2頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5）運(yùn)動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能當(dāng)前第3頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)1）作為生物催化劑（酶）

是蛋白質(zhì)最重要的生物學(xué)功能，催化作用的蛋白酶是蛋白質(zhì)中最大的一類2）代謝調(diào)節(jié)作用

這類蛋白也叫調(diào)節(jié)蛋白，能調(diào)節(jié)其它蛋白的生物學(xué)活性，參與基因表達(dá)的調(diào)控3）免疫保護(hù)作用當(dāng)前第4頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲

屬于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它轉(zhuǎn)運(yùn)特定物質(zhì)從一地到另一地。如血紅蛋白，膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等作為氮素的儲存源地。如卵清蛋白等;5）運(yùn)動與支持作用賦予細(xì)胞以運(yùn)動功能。如微管蛋白中的肌動蛋白、肌球蛋白等及發(fā)動機(jī)蛋白中的動力蛋白和驅(qū)動蛋白等6）參與細(xì)胞間信息傳遞當(dāng)前第5頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)當(dāng)前第6頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)一、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、硒或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。當(dāng)前第7頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的元素組成C（50%）H（7%）O（23%）N（16%）S（0～3%）Others:P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I主要元素當(dāng)前第8頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%。100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)測氮的方法：凱氏定氮法當(dāng)前第9頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)二、氨基酸

——組成蛋白質(zhì)的基本單位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）。當(dāng)前第10頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)觀察下列幾種氨基酸的結(jié)構(gòu)：當(dāng)前第11頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)C原子R基氨基H原子羧基構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸分子至少都含有一個氨基（—NH2）和一個羧基(—COOH)連在同一個碳原子上。當(dāng)前第12頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

R基的不同決定氨基酸種類不同，如甘氨酸和丙氨酸。甘氨酸丙氨酸當(dāng)前第13頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R當(dāng)前第14頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)Aminoacids氨基酸的表示方法?用三字母或單字母符號表示，如：甘氨酸（Gly，G）丙氨酸（Ala，A）?氨基酸分子中碳原子的順序規(guī)定：當(dāng)前第15頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)氨基酸的旋光異構(gòu)當(dāng)前第16頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類當(dāng)前第17頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）氨基酸的分類：根據(jù)R側(cè)鏈基團(tuán)解離性質(zhì)的不同，可將氨基酸進(jìn)行分類：

1.酸性氨基酸——Glu，Asp；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。

2.堿性氨基酸——His，Arg，Lys；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。當(dāng)前第18頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

3.中性氨基酸——側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中不發(fā)生解離，因而不帶電荷的氨基酸?？煞譃椋簶O性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，Met，Trp；非極性氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。當(dāng)前第19頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸當(dāng)前第20頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸當(dāng)前第21頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸當(dāng)前第22頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）當(dāng)前第23頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH當(dāng)前第24頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)1.脂肪族氨基酸

中性氨基酸：Gly,Ala,Val,Leu,Ile；

酸性氨基酸及其酰胺：Asp,Glu,Asn,Gln；

堿性氨基酸：Arg,Lys；

含羥基或硫氨基酸：

Met,Cys,Ser,Thr;2.芳香族氨基酸：Phe,Tyr,Trp;3.雜環(huán)族氨基酸：His,Pro;氨基酸的分類按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：當(dāng)前第25頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectricpoint,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(diǎn)。當(dāng)前第26頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）氨基酸的理化性質(zhì)：1．兩性解離及等電點(diǎn)：氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可電離出H+，所以氨基酸具有酸堿兩性性質(zhì)。通常情況下，氨基酸以兩性離子的形式存在，如下圖所示：當(dāng)前第27頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)◆通過改變?nèi)芤旱膒H，可使氨基酸分子的解離狀態(tài)發(fā)生改變?！舭被嵩谒嵝原h(huán)境中，主要以陽離子的形式存在，在堿性環(huán)境中，主要以陰離子的形式存在。在某一pH環(huán)境下，以兩性離子（兼性離子）的形式存在，帶有相等正、負(fù)電荷，該pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)?！舻入婞c(diǎn)是氨基酸的特征常數(shù)當(dāng)前第28頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子當(dāng)前第29頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm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。當(dāng)前第30頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)3.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)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。當(dāng)前第31頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)二、肽*肽鍵(peptidebond)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(xué)鍵。（一）肽(peptide)當(dāng)前第32頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)氨基酸的連接方式：H—C—CO-OHR1NH2H-N—C—COOHR2H

HH2OHH—C—COR1NH2NH—C—COOHR2H肽鍵脫水縮合當(dāng)前第33頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當(dāng)前第34頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)肽鍵由于共振而具有部分雙鍵性質(zhì)，因此，肽鍵比一般C-N鍵短，且不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵原子及相鄰的a碳原子組成肽平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型當(dāng)前第35頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)肽鍵比一般C-N鍵短肽鍵為一平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型當(dāng)前第36頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)*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……*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*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)。當(dāng)前第37頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)H—C—COR1NH2NH—C—COOHR2H空間結(jié)構(gòu)：（此化合物稱為：二肽）氨基酸肽鏈蛋白質(zhì)（多肽）脫水縮合盤曲折疊二肽：由兩個氨基酸縮合成的肽多肽（肽鏈）：由多個氨基酸縮合成的肽蛋白質(zhì)：有一條或幾條多肽鏈經(jīng)盤曲折疊而形成當(dāng)前第38頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端*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)。當(dāng)前第39頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)N末端C末端牛核糖核酸酶當(dāng)前第40頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)兩氨基酸單位之間的酰胺鍵，稱為肽鍵。多肽鏈中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基。多肽鏈具有方向性，頭端為氨基端（N端），尾端為羧基端（C端）。凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以上，且具有特定空間結(jié)構(gòu)的肽稱蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以下，且無特定空間結(jié)構(gòu)者稱多肽。

當(dāng)前第41頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)當(dāng)前第42頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（1）谷胱甘肽(glutathione,GSH)功能：（1）解毒

（2）輻射防護(hù)

（3）保護(hù)肝臟

（4）抗過敏

（5）改善某些疾病的病程和癥狀

（6）美容護(hù)膚

（7）增加視力

（8）抗衰老作用當(dāng)前第43頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+當(dāng)前第44頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)當(dāng)前第45頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide):腦啡肽、內(nèi)啡肽2.多肽類激素及神經(jīng)肽當(dāng)前第46頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括一級結(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)高級結(jié)構(gòu)當(dāng)前第47頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

當(dāng)前第48頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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)。當(dāng)前第49頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)胰島素（Insulin）由51個氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個氨基酸殘基，B鏈30個氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過兩個二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個鏈內(nèi)二硫鍵。

當(dāng)前第50頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)測定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的主要意義：一級結(jié)構(gòu)是研究高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)?？梢詮姆肿铀疥U明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系?？梢詾樯镞M(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。當(dāng)前第51頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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β-鏈第六位氨基酸殘基由谷氨酸改變?yōu)槔i氨酸，突變導(dǎo)致本是可溶性的血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集成絲，相互粘著，使紅細(xì)胞變?yōu)殓牭稜?極易破碎導(dǎo)致貧血。當(dāng)前第52頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)二、蛋白質(zhì)的二級結(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(xué)鍵：

氫鍵

當(dāng)前第53頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）肽單元參與肽鍵的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(peptideunit)

。當(dāng)前第54頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

當(dāng)前第55頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）-螺旋當(dāng)前第56頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)α-螺旋是多肽鏈的主鏈原子沿一中心軸盤繞所形成的有規(guī)律的螺旋構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)特征為：⑴為一右手螺旋；⑵螺旋每圈包含3.6個氨基酸殘基，螺距為5.44埃；每個殘基偏轉(zhuǎn)100°;⑶螺旋以氫鍵維系。一個殘基的>C=O氧與后面第四個(隔3個)殘基的>NH的氫之間形成氫鍵。氫鍵與螺旋軸近乎平行;

當(dāng)前第57頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)右手螺旋左手螺旋當(dāng)前第58頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）-折疊當(dāng)前第59頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)1、-折疊是由伸展的肽鏈間或同一肽鏈的不同肽段間按層排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊，氫鍵與鏈的長軸接近垂直2、在-折疊中，-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，并交替從折疊片平面上下二側(cè)伸出。-折疊結(jié)構(gòu)當(dāng)前第60頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第61頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)b-折疊(b-sheet)b-sheet的b表示這是第二種規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)折板狀，如同α螺旋，依靠兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C＝O與H形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。當(dāng)前第62頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-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)。當(dāng)前第63頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中，使肽鏈具有彎曲，回折，以便生成結(jié)實的球狀結(jié)構(gòu)。－轉(zhuǎn)角處常出現(xiàn)兩種氨基酸：Gly,Pro-轉(zhuǎn)角當(dāng)前第64頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)β-轉(zhuǎn)角(β-turn)

蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會出現(xiàn)180°的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是β－轉(zhuǎn)角(β－turn或β－bend)，一般含有2～16個氨基酸殘基。含有5個氨基酸殘基以上的轉(zhuǎn)角又常稱之環(huán)（loops）。

當(dāng)前第65頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)-轉(zhuǎn)角①肽鏈內(nèi)形成180o回折。②含4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與第四個形成氫鍵。③第二個氨基酸殘基常為Pro。當(dāng)前第66頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)無規(guī)卷曲是指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律的卷曲構(gòu)象。約占球蛋白分子結(jié)構(gòu)的一半；蛋白質(zhì)（酶）的功能部位常常位于這種構(gòu)象之中。當(dāng)前第67頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

泛指那些不能被歸入明確的二級結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的多肽區(qū)段，沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，然而它們是有序的、穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)，經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其它蛋白質(zhì)特異的功能部位。無規(guī)卷曲（自由回轉(zhuǎn)）當(dāng)前第68頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學(xué)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。（一）定義當(dāng)前第69頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第70頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)三級結(jié)構(gòu)測定X射線衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技術(shù)(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確的方法。當(dāng)前第71頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白(Mb)N端C端當(dāng)前第72頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)

肌紅蛋白血紅蛋白存在肌肉血液（紅細(xì)胞）形狀扁平的棱形近似球形功能與氧結(jié)合，貯存和分配氧與氧結(jié)合，結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧三維結(jié)構(gòu)單體蛋白質(zhì)：三級結(jié)構(gòu)一條多肽鏈（153個氨基酸殘基）

8個α-螺旋單鏈組成

寡聚蛋白質(zhì)：四級結(jié)構(gòu)四條多肽鏈：兩條α鏈（141個殘基）；兩條β鏈（146個殘基）每條鏈為8個α-螺旋組成血紅素輔基結(jié)合位點(diǎn)1個,一條多肽鏈的疏水空隙內(nèi)4個,每條多肽鏈的疏水空隙內(nèi)對氧的親和力更大（飽和程度高）大氧合曲線雙曲線S型曲線肌紅蛋白與血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能的比較當(dāng)前第73頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)KendrewJ.C.（1917-）英國生物物理和分子生物學(xué)家，在1957年和1960年用X衍射分析了肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)。PerutzM.F.（1914-）澳大利亞裔英國分子生物學(xué)家，在1938年和1960年用X衍射分析了血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)。1962年因他們對球蛋白研究的突出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎。當(dāng)前第74頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白（Myoglobin）哺乳動物肌肉中儲氧的蛋白質(zhì)；功能是結(jié)合氧，并使氧在肌肉中擴(kuò)散；由一條肽鏈和一個血紅素輔基構(gòu)成的球狀結(jié)構(gòu)；全鏈共有8段α螺旋，單結(jié)構(gòu)域；親水基團(tuán)多在外層，疏水基團(tuán)多在分子內(nèi)部；血紅素輔基位于疏水洞穴中；血紅素輔基能結(jié)合氧。當(dāng)前第75頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)常可分割成一個或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。當(dāng)前第76頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護(hù)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(fù)進(jìn)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(dǎo)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。當(dāng)前第77頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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。四、蛋白質(zhì)的四級結(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)。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結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。當(dāng)前第78頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第79頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白(hemoglobin)功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧；成人血紅蛋白主要是HbA，由2個α-亞基，2個β-亞基組成每個亞基由一條多肽鏈與一個血紅素輔基組成；當(dāng)前第80頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)從一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白當(dāng)前第81頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊Primary

structureSecondary

structure當(dāng)前第82頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure當(dāng)前第83頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)當(dāng)前第84頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（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)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵當(dāng)前第85頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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)，無活性當(dāng)前第86頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)當(dāng)前第87頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系目錄當(dāng)前第88頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧當(dāng)前第89頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線當(dāng)前第90頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)*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(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)當(dāng)前第91頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第92頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)O2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。當(dāng)前第93頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。當(dāng)前第94頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(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(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。當(dāng)前第95頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)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。當(dāng)前第96頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變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α-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。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病當(dāng)前第97頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein當(dāng)前第98頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(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(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)。*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)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(diǎn)。當(dāng)前第99頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）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100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜當(dāng)前第100頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)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)的聚沉當(dāng)前第101頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)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(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性喪失。當(dāng)前第102頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)造成變性的因素如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

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)。當(dāng)前第103頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白變性的特征：生物活性的喪失－主要特征側(cè)鏈基團(tuán)的暴露一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變：溶解度降低、粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低生物化學(xué)性質(zhì)的改變：易被蛋白酶水解當(dāng)前第104頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)應(yīng)用舉例臨床醫(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。

當(dāng)前第105頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。當(dāng)前第106頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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)，無活性當(dāng)前第107頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)*蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，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，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)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(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

當(dāng)前第108頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)能使蛋白質(zhì)沉淀的試劑：1.高濃度中性鹽

（NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl中和蛋白質(zhì)的電荷，這種加入鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出的現(xiàn)象稱為鹽析，用于蛋白質(zhì)分離制備。2.有機(jī)溶劑丙酮、乙醇破壞蛋白質(zhì)水膜3.重金屬鹽

Hg2+、Ag+、Pb+與蛋白質(zhì)中帶負(fù)電基團(tuán)形成不易溶解的鹽4.生物堿試劑苦味酸、三氯乙酸、目酸、鎢酸等與蛋白質(zhì)中帶正電荷的基團(tuán)生成不溶性鹽當(dāng)前第109頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(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OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。當(dāng)前第110頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)⒈茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)

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)。⒉雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)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。當(dāng)前第111頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)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)當(dāng)前第112頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分簡單蛋白質(zhì)（simpleprotein）

清蛋白、球蛋白、谷蛋白、谷醇蛋白、組蛋白、魚精蛋白、硬蛋白等結(jié)合蛋白質(zhì)（conjugatedprotein）=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分（輔基）輔基與蛋白質(zhì)一般共價相連，與蛋白質(zhì)功能密切相關(guān)。糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、磷蛋白、金屬蛋白、血紅素蛋白等蛋白質(zhì)分類當(dāng)前第113頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)根據(jù)分子外形的對稱程度分球狀蛋白（globularprotein）：親水基團(tuán)位于分子表面，疏水基團(tuán)位于分子內(nèi)部，形狀接近球形或橢球形，易溶于水，如血清球蛋白和肌球蛋白等。纖維狀蛋白（fibrousprotein）：具有比較簡單、有規(guī)則的線性結(jié)構(gòu)，呈細(xì)棒或纖維狀，難溶于水和稀鹽溶液，如膠原蛋白、彈性蛋白、絲蛋白和角蛋白等。根據(jù)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能分酶、運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)、營養(yǎng)和貯存蛋白質(zhì)、收縮蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)等。當(dāng)前第114頁\共有125頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋