蛋白質(zhì)的結構與功能2010

生物化學Biochemistry鄭州大學醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室

王明臣衛(wèi)生部規(guī)劃教材《生物化學》第7版編寫人員合影

初稿于復旦大學衛(wèi)生部規(guī)劃教材《生物化學》第7版編寫人員合影

定稿于蘇州大學

生物化學是運用化學原理和方法，從分子水平揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門科學。又稱生命的化學。

生物化學的概念生物化學的研究對象?????研究對象：

動物動物生化

生物植物農(nóng)業(yè)生化

微生物-工業(yè)生化

這一時期的主要標志是1953年Watson和Crick的DNA雙螺旋結構模型(諾貝爾獎，1962)的建立。這是20世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)（量子力學，相對論）之一，他們的原創(chuàng)著作在世界著名雜志《自然》(Nature)上發(fā)表，具有劃時代的意義：DNA雙螺旋結構是揭示遺傳信息傳遞規(guī)律的“敲門磚”和聯(lián)系生物化學與遺傳學的“橋梁”。

同年，Sanger完成了胰島素一級結構的測定。從此，生物化學發(fā)展進入了以生物大分子核酸和蛋白質(zhì)結構與功能研究為主體的分子生物學（molecularbiology）時代。FrederickSangerJamesWatsonFrancisCrick基因工程激素:胰島素,生長激素,EPO基因工程疫苗:乙肝疫苗

生物工程產(chǎn)品

基因工程示意圖

分子生物學已成為當代生命科學研究中的核心前沿和成為推動整個生命科學發(fā)展的重要基礎。由于分子生物學滲透進入生物學的每一分支領域，全面推動了生命科學和醫(yī)學的各個方面的發(fā)展，如疾病的診斷和治療，使醫(yī)學在一個更高的水平——分子水平來研究生命現(xiàn)象和處理疾病，并使醫(yī)學進入了一個嶄新的“分子醫(yī)學”（MolecularMedicine）時代。

在醫(yī)學各個學科中，包括生理學、微生物學、免疫學、病理學、藥理學以及臨床各學科都與分子生物學有廣泛的交叉與滲透，形成了一系列交叉學科和邊沿學科，如分子免疫學、分子病毒學、分子病理學、分子腫瘤學和分子藥理學等，從而大大促進了醫(yī)學的發(fā)展。

1．生物分子的結構與功能人體由各種組織、器官構成，各組織，器官又以細胞為基本組成單位，細胞又由成千上萬種化學物質(zhì)組成。人體細胞的基本化學成分包括蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖類及水和無機鹽等。蛋白質(zhì)、核酸屬于生物體內(nèi)存在的大分子有機化合物，由某些基本結構單位按一定順序和方式連接所形成的多聚體，稱生物大分子（biomacromolecules）。

生物化學研究的主要內(nèi)容

生物體的化學組成

2.物質(zhì)代謝與調(diào)控生物體內(nèi)不斷地進行著新陳代謝。包括合成代謝、分解代謝以及物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化。(物質(zhì)流）在物質(zhì)代謝過程中總伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和利用。(能量流）要使千變?nèi)f化的化學反應有條不紊地進行，并完成不同而協(xié)調(diào)一致的生理功能，生物體內(nèi)存在著精密、細致、完善而絕妙的調(diào)控機制。（信息流）

3．遺傳信息傳遞及其調(diào)控

生命特征就是遺傳信息最終表達的結果?；蛐畔鬟f涉及到遺傳、變異、生長、分化等諸多生命過程，也與遺傳病、惡性腫瘤、心血管病等多種疾病的發(fā)病機制有關。

DNA復制

RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯基因表達調(diào)控中國近代生物化學的發(fā)展20世紀20-30年代，我國生物化學家吳憲等在血液分析方面，創(chuàng)立了無蛋白血濾液制備及血糖測定方法。1931年，吳憲提出了國際公認的蛋白質(zhì)變性學說,成為我國生物化學界的先驅(qū)。1965年，中國科學院生物化學研究所、有機化學研究所和北京大學的科學家首先采用人工方法合成了具有生物活性的牛胰島素.1981年又成功合成了酵母丙氨酰tRNA。2001年我國完成了人類基因組計劃（HGP）1%的測序任務。中國人工合成胰島素與諾貝爾獎擦肩過

早在70年代，就有人提名他們獲得諾貝爾獎。瑞典方面也愿意把獎發(fā)給中國的科學家。但是中國方面提出的得獎者名單是一個小組，有14個人。這是不符合諾貝爾獎最多只能發(fā)給三人的評選規(guī)定的。瑞典方面就此和中國方面有過交涉，但是中方不肯更改名單。一直到80年代初，評委們還討論過這個成果，都是因為這個問題被卡住了。6國科學家組成的國家人類基因組中心主要研究比例美國：WASH＆MIT等7家研究中心，貢獻率為54％。英國：SANGER一家研究中心，貢獻率為33％。日本：RIKEN等兩家研究中心，貢獻率為7％。法國：GENOSCOPE研究中心，貢獻率為2.8％。德國：IMB等3家研究中心，貢獻率為2.2％。中國：北京華大研究中心、國家南北方基因研究中心等三家，貢獻率為1％。

二000年六月二十六日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成

這是人類基因組計劃首席科學家、美國國家人類基因組研究所所長弗朗西斯·柯林斯在介紹情況。中國人類基因組計劃1993年，中國人類基因組計劃（CHGP）啟動，首先開展了“中華民族基因組中若干位點基因結構的研究”。1997年，我國啟動了“重大疾病相關基因的定位、克隆、結構與功能研究”項目。之后，在上海和北京相繼成立了國家人類基因組南、北兩個中心。人類基因組計劃1%測序中國實驗室

生物化學與臨床醫(yī)學1.Alldiseasehasabiochemicalbasis；2.Biochemicalstudiescontributetodiagnosis,prognosisandtreatmentofdisease.3.Manybiochemistrystudiesilluminatediseasemechanisms.化學有機化學物理化學無機化學分析化學高分子化學生物學動物學植物學微生物學化學生物學生物化學生物化學的學科地位（一）生物化學是聯(lián)系生物學各學科的“橋梁”（二）生物化學是現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展的“催化劑”（三）生物化學加速了“生物產(chǎn)業(yè)”的崛起

●

蛋白質(zhì)的分子組成●蛋白質(zhì)的分子結構●蛋白質(zhì)結構與功能的關系●蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

蛋白質(zhì)的結構與功能

Structureandfunctionofprotein

蛋白質(zhì)(protein，P)是活細胞內(nèi)含量最豐富、功能最復雜的生物大分子,并參與了幾乎所有的生命活動和生命過程;是生命的物質(zhì)基礎，是各種生命活動的具體執(zhí)行者;因此,研究蛋白質(zhì)的結構與功能始終是生命科學最基本的命題;“沒有蛋白質(zhì)就沒有生命”。分布廣:

所有的器官、組織、細胞都含有蛋白質(zhì);含量高:

是構成生物體最基本的結構物質(zhì)和功能物質(zhì)(人體干重的45%)。種類繁多,功能多樣：（人體約３-４萬種蛋白質(zhì)）生物催化作用（絕大多數(shù)酶）代謝調(diào)節(jié)作用（多肽和蛋白質(zhì)類激素）保護和防御蛋白類（抗體）轉(zhuǎn)運和貯存作用（血紅蛋白、脂蛋白、載體蛋白等）運動和支持作用（肌動蛋白、膠原蛋白等）控制生長和分化作用（組蛋白、阻遏蛋白等）參與細胞間信息傳遞（受體、G-蛋白等）生物膜的功能蛋白質(zhì)功能的多樣性

蛋白質(zhì)分子量的變化范圍很大，從大約6000到1000000道爾頓（Da）或更大。某些蛋白質(zhì)是由兩個或更多個蛋白質(zhì)亞基(多肽鏈)通過非共價結合而成的，稱寡聚蛋白質(zhì)。有些寡聚蛋白質(zhì)的分子量可高達數(shù)百萬甚至數(shù)千萬。

第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學組成

一、蛋白質(zhì)的元素組成

C50~55%H6~7%O19~24%N13~19%（平均16%）

S0~4%（核酸中無）

有些蛋白質(zhì)還含有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等微量元素。

蛋白質(zhì)元素組成的特點：

1、各種蛋白質(zhì)（不論何種來源）含氮量相對恒定，平均為16%；2、生物樣品中的N主要以蛋白質(zhì)的形式存在；上述兩點成為實際工作中定N法定蛋白的理論基礎。(凱氏定氮法)

蛋白質(zhì)含量=蛋白質(zhì)含氮量×100/16=蛋白質(zhì)含氮量×6.25二、蛋白質(zhì)的基本結構單位—氨基酸

（aminoacid，aa或AA）1、蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)可以被酸、堿或蛋白酶催化水解。酸或堿能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)完全水解得到各種氨基酸的混合物；酶水解一般是部分水解，通常得到多肽片段，最后得到各種氨基酸的混合物。（1）酸水解常用6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在110℃條件下進行水解，反應時間約20小時。此法的優(yōu)點是不容易引起水解產(chǎn)物的消旋化，得到的是L-氨基酸。缺點是色氨酸被沸酸完全破壞；（2）堿水解一般用5mol/LNaOH煮沸10-20小時。由于水解過程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率不高。該法的優(yōu)點是色氨酸在水解中不受破壞。（3）酶水解應用蛋白酶（proteinase）水解多肽不會破壞氨基酸，也不會發(fā)生消旋化。水解的產(chǎn)物為較小的肽段。

最常見的蛋白水解酶有以下幾種：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結構單位

自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的基本氨基酸只有20種，這20種氨基酸被稱為標準氨基酸(具有遺傳密碼)2、氨基酸的結構通式組成蛋白質(zhì)20種氨基酸中除脯氨酸為亞氨基酸外，均為L-

-氨基酸：不變部分可變部分脯氨酸

Proline氨基酸的結構特點為兩性電解質(zhì)Cα為不對稱C（除甘氨酸），則：具有兩種立體異構體（D-型和L-型）具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]R側鏈不同，是分類的基礎（脯氨酸含亞氨基，屬亞氨基酸）

L—構型與D—構型，它們的關系就像左右手的關系，互為鏡像關系，下圖以丙氨酸為例：3、氨基酸的分類（一）根據(jù)來源:外源氨基酸和內(nèi)源氨基酸（二）從營養(yǎng)學角度:必需氨基酸和非必需氨基酸纈異亮亮苯丙蛋色蘇賴攜一兩本“淡”色書來（三）根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)：標準氨基酸、稀有氨基酸非蛋白氨基酸黃

1、蛋白質(zhì)中標準氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

脂肪族氨基酸氨基乙酸氨基酸的結構

脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine-氨基丙酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine

脂肪族氨基酸-氨基異戊酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

脂肪族氨基酸-氨基異己酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine

脂肪族氨基酸-氨基--甲基戊酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline

亞氨基酸-吡咯烷基--羧酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸（蛋氨酸）Methionine

含硫氨基酸-氨基--甲硫基丁酸氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine含硫氨基酸-氨基--巰基丙酸氨基酸的結構

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine-氨基--苯基丙酸氨基酸的結構

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine-氨基--對羥苯基丙酸氨基酸的結構

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

TryptophanTrp-氨基--吲哚基丙酸氨基酸的結構

堿性氨基酸精氨酸

Arginine-氨基--胍基戊酸氨基酸的結構

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine，-二氨基己酸氨基酸的結構

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine組氨酸

Histidine-氨基--咪唑基丙酸氨基酸的結構

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸-氨基丁二酸氨基酸的結構

天冬氨酸Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸-氨基戊二酸氨基酸的結構

絲氨酸

Serine

含羥基氨基酸-氨基--羥基丙酸氨基酸的結構

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine

含羥基氨基酸-氨基--羥基丁酸氨基酸的結構

天冬酰胺

Asparagine

含酰胺氨基酸氨基酸的結構

天冬酰胺Asparagine谷氨酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸

20種常見蛋白質(zhì)氨基酸的分類

據(jù)營養(yǎng)學分類

必需AA非必需AA據(jù)R基團化學結構分類

脂肪族AA（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）

芳香族AA(Phe、Tyr、Trp)雜環(huán)族AA(His、Pro)據(jù)R基團極性分類極性R基團AA非極性R基團

AA（８種）不帶電荷（７種）帶電荷：正電荷（３種）負電荷（２種）人的必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThr根據(jù)R側鏈性質(zhì)的不同，可將氨基酸分為四類

非極性疏水性氨基酸：R側鏈具疏水性，有8種。極性非電離氨基酸：R側鏈具有極性，但在中性溶液中不解離，有7種。酸性氨基酸：R側鏈含羧基，在中性溶液中解離后帶負電荷的氨基酸。有2種，即谷氨酸和天冬氨酸。

堿性氨基酸：R側鏈在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。有3種，即賴氨酸、精氨酸和組氨酸。

20種氨基酸的個性特征支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：賴氨酸酸性氨基酸:谷氨酸、天冬氨酸堿性氨基酸：組氨酸、賴氨酸、精氨酸2.蛋白質(zhì)中幾種重要的稀有氨基酸在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，都是由相應的基本氨基酸衍生而來的，通常稱為稀有氨基酸。特點：不具有遺傳密碼。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。

3.非蛋白氨基酸

廣泛存在于各種細胞和組織中，呈游離或結合態(tài)，但并不存在蛋白質(zhì)中的一類氨基酸，大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸（嘧啶分解產(chǎn)物）-氨基丁酸（谷氨酸脫羧產(chǎn)物）

非蛋白氨基酸存在的意義

1.作為一些重要代謝物的前體或中間體:

-丙氨酸————嘧啶分解產(chǎn)物鳥氨酸、瓜氨酸———尿素循環(huán)中2.作為神經(jīng)傳導的化學物質(zhì)：-氨基丁酸絕大部分非蛋白氨基酸的功能尚不清楚。除甘氨酸外，其它氨基酸含有一個手性（不對稱）

-碳原子，因此都具有旋光異構現(xiàn)象。（一）氨基酸的一般物理性質(zhì)1.氨基酸的旋光性

三．氨基酸的理化性質(zhì)2.芳香族氨基酸的紫外吸收性質(zhì)

芳香族氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸）含有共軛雙鍵，對280nm的紫外光有特征性的吸收。

可利用這一特性對蛋白質(zhì)進行定性定量分析

（直接紫外法定蛋白）（二）氨基酸的兩性解離及等電點（PI）

pH=pI

凈電荷=0

pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++H++

OH-+H++

OH-(pK′1)(pK′2)

使氨基酸所帶的正負電荷相等（凈電荷為零）時的溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(isoelectricpoint，pI)。

氨基酸等電點的計算

氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側的基團pK′值之和的二分之一。pI=2pK′1+pK′2一氨基一羧基AA的等電點計算：pI=2pK′2+pK′R二氨基一羧基AA的等電點計算：pI=2pK′1+pK′R一氨基二羧基AA的等電點計算：

小結1.PI:使氨基酸所帶的正負電荷相等（凈電荷為零）時的溶液的pH值稱為氨基酸的等電點。其計算方法為該氨基酸兩性離子兩邊的pK值和的一半。2.pH>PI，AA帶負電荷，在電場中向正極移動；

pH<PI，AA帶正電荷，在電場中向負極移動；

pH=PI，AA帶凈電荷為零，在電場中不移動。3.在一定pH范圍中，溶液的pH離AA等電點愈遠，AA帶凈電荷愈多。

（三）氨基酸的重要化學反應

a.與茚三酮反應:用于氨基酸定量定性測定

b.與2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反應（sanger反應）:用于蛋白質(zhì)N-端測定

c.與苯異硫氰酯（PITC）的反應（Edman反應）：用于蛋白質(zhì)N-端測定，為蛋白質(zhì)測序儀設計原理的依據(jù)。氨基酸與茚三酮反應+3H20茚三酮(無色)NH3CO2RCHO+還原性茚三酮藍紫色化合物(570nm)(弱酸)加熱+2NH3+還原性茚三酮還原性茚三酮氨基酸與2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反應

（Sanger反應）DNFB（dinitrofiuorobenzene）

二硝基苯基氨基酸(DNP-氨基酸)(黃色)++HF弱鹼中氨基酸該反應由Sanger首先用于鑒定蛋白質(zhì)N-末端氨基酸氨基酸與苯異硫氰酯（PITC）的反應

（Edman反應）PITC（phenylisothiocyanate）+苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物(PTH-AA)（phenylisothiohydantion-AA）弱鹼中(400

C)(硝基甲烷400

C)H+四.蛋白質(zhì)分子中氨基酸的連接方式

--脫水縮合形成肽鍵H2NCHCOOHR1+H2NCHCOOHR2H2NCHCONHCHR1R2COOH肽鍵H2O二肽+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽單位肽鍵是由一個氨基酸的

-羧基與另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。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……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)。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(aminoacidresidue)。一、肽(Peptide)與肽鍵(PeptideBond)多肽鏈:許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種鏈狀結構。氨基末端(N端):多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端(C端):多肽鏈中有自由羧基的一端H2NCHCONHCHR1R2CONHCHR3CONHCHR4COOH主鏈側鏈N末端C末端

多肽鏈（主鏈與側鏈）主鏈側鏈

多肽鏈的形成及方向凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以上，且具有特定空間結構的肽稱蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以下，且無特定空間結構者稱多肽。

蛋白質(zhì)與多肽的區(qū)別四、天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在，這類多肽通常具有一定生物學活性，稱為生物活性肽（activepeptide）。如：谷胱甘肽；神經(jīng)肽；激素類多肽等。

1.

谷胱甘肽(glutachione,

GSH)

由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸三個氨基酸所組成的三肽，全名是γ－谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其中N末端的谷氨酸是通過γ－羧基與半胱氨酸的氨基相連，這是一個例外。含有活性巰基（-SH），GSH參與體內(nèi)氧化還原反應，在體內(nèi)具有保護某些蛋白質(zhì)的活性-SH不被氧化的作用。

GSH具有重要的功能：體內(nèi)最重要的非酶抗氧化劑，維持紅細胞膜的完整性。解毒功能：與重金屬離子、環(huán)氧化物（致癌物）結合排出體外，參與生物轉(zhuǎn)化作用。參與高鐵血紅蛋白的還原作用。促進鐵的吸收。O2O2·OH·H2O2H2O

活性氧(ROS）自由基脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)過氧化物（LPO）與蛋白質(zhì)交鏈脂褐素(lipofusin)

衰老AgingSuperoxidedismutase（SOD）清除２.多肽類激素及神經(jīng)肽種類較多，生理功能各異。多肽類激素主要見于下丘腦及垂體分泌的激素，如催產(chǎn)素（9肽）、加壓素（9肽）、促腎上腺皮質(zhì)激素（39肽）、促甲狀腺素釋放激素（3肽）。

神經(jīng)肽主要與神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導作用相關，包括腦啡肽（5肽）、

-內(nèi)啡肽（31肽）、強啡肽（17肽）等。

第三節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結構

TheMolecularStructureofProtein

蛋白質(zhì)結構的主要層次一級結構四級結構二級結構三級結構primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure1952年丹麥Linderstrom-Lang一、蛋白質(zhì)的一級結構

蛋白質(zhì)的一級結構(primarystructure)是指蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。

這是蛋白質(zhì)最基本的結構，它決定蛋白質(zhì)高級結構和生物學功能。

一級結構的走向規(guī)定:N-端

C-端。

主要化學鍵：肽鍵，有些還有二硫鍵。一級結構是研究高級結構的基礎。從分子水平闡明蛋白質(zhì)的結構與功能的關系。為生物進化理論提供依據(jù)（同源蛋白研究）。為人工合成蛋白質(zhì)提供參考順序。

測定蛋白質(zhì)一級結構的主要意義：

蛋白質(zhì)一級結構的測定自從1953年F.Sanger測定了胰島素的一級結構以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級結構被測定。

多肽鏈中氨基酸序列分析分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成測定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進行分析測定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數(shù)種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經(jīng)過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結果?；瘜W法通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列(反向遺傳學方法)按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測定DNA序列排列出mRNA序列蛋白質(zhì)一級結構測定(HUAXUE

基本戰(zhàn)略：片段重疊法＋氨基酸順序直測法

要點：

測定蛋白質(zhì)的分子量及其氨基酸組分；

測定肽鏈的N－末端和C－末端；

應用兩種或兩種以上的內(nèi)切酶分別在多肽鏈的專一位點上斷裂肽鍵；也可用溴化氰法專一性地斷裂甲硫氨酸位點，從而得到一系列大小不等的肽段；

分離提純所產(chǎn)生的肽段，并分別測定它們的氨基酸順序；

將這些肽段的順序進行跨切口重疊，進行比較分析，推斷出蛋白質(zhì)分子的全部氨基酸序列。將肽段順序進行疊聯(lián)以確定完整的順序

將肽段分離并測出順序?qū)Ｒ恍粤呀饽┒税被釡y定拆開二硫鍵純蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)順序測定基本戰(zhàn)略

a、樣品必需純（>97%以上）；b、知道蛋白質(zhì)的分子量；c、知道蛋白質(zhì)由幾個亞基組成；（1）測定蛋白質(zhì)一級結構的要求(2)測定步驟A.測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目通過測定末端氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關系，即可確定多肽鏈的數(shù)目。蛋白質(zhì)一級結構的測定

（2）測定步驟B.多肽鏈的拆分

由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進行拆分。蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定(2)測定步驟B.多肽鏈的拆分

幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)。如血紅蛋白為四聚體?？捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開亞基.蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定(2)測定步驟C.二硫鍵的斷裂

幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇(還原法)處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑（ICH2COOH）保護生成的巰基，以防止它重新被氧化。蛋白質(zhì)一級結構的測定SH-CH2-CH2-OH(2)測定步驟可以通過加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間的非共價力；應用過甲酸氧化法拆分多肽鏈間的二硫鍵。蛋白質(zhì)一級結構的測定ssHcoooHSO3HSO3H蛋白質(zhì)一級結構的測定作用：這些反應可用于巰基的保護。巰基（-SH）的保護(2)測定步驟

D.分析多肽鏈的N-末端和C-末端多肽鏈端基氨基酸分為兩類：

N-端氨基酸和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定又稱Sanger法：2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產(chǎn)物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。末端氨基酸測定二硝基氟苯（DNFB）法在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達到1

10-9mol。末端氨基酸測定丹磺酰氯法此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。末端基氨基酸測定肼解法末端氨基酸測定氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根據(jù)不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，按反應時間和氨基酸殘基釋放量作動力學曲線，從而知道蛋白質(zhì)的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。末端基氨基酸測定氨肽酶(aminopeptidases)法末端氨基酸測定羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個的水解AA。根據(jù)不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro.Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。末端基氨基酸測定羧肽酶(carboxypeptidase)法末端氨基酸測定（2）測定步驟E.多肽鏈斷裂成多個肽段:可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。蛋白質(zhì)一級結構的測定多肽鏈斷裂法：酶解法和化學法蛋白質(zhì)一級結構的測定

酶解法胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多肽鏈的選擇性降解多肽鏈的選擇性降解Trypsinase：

R1=Lys和Arg側鏈（專一性較強，水解速度快）。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點胰蛋白酶-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R1R2Chymotrypsin：

R1=Phe,Trp,Tyr時水解快;R1=Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點糜蛋白酶Pepsin：

R1和R2＝Phe,Trp,Tyr;Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度較快。R1=Pro水解受抑。肽鏈水解位點胃蛋白酶thermolysin：

R2=Phe,Trp,Tyr，Leu，Ile,Met以及其它疏水性強的氨基酸水解速度較快。R2=Pro或Gly水解受抑。肽鏈水解位點嗜熱菌蛋白酶

化學法：可獲得較大的肽段溴化氰水解法:它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。多肽鏈的選擇性降解

化學法：可獲得較大的肽段羥胺（NH２OH）：

專一性斷裂-Asn-Gly-之間的肽鍵。也能部分裂解-Asn-Leu-之間的肽鍵以及-Asn-Ala-之間的肽鍵。多肽鏈的選擇性降解（2）測定步驟F.分離肽段測定每個肽段的氨基酸順序。蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定Edman降解法

（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法：一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行解離。Edman氨基酸順序分析法

測定每條多肽鏈的氨基酸組成蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定片段重疊法確定肽段在多肽鏈中順序示意

所得資料：氨基末端殘基H

羧基末端殘基S

第一套肽段第二套肽段

OUS

SEO

PS

WTOU

EOVE

VERL

RLA

APS

HOWT

HO

借助重疊肽確定肽段次序：

末端殘基HS末端肽段HOWT

APS第一套肽段HOWT

OUS

EOVE

RLA

PS第二套肽段HO

WTOU

SEO

VERL

APS

推斷全順序HOWTOUSEOVERLAPS氨基酸的組成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1賴、3亮、1酪、2絲、1蘇、1天、1纈、1異、1組多肽鏈的N端和C端的確定：H-甘，天-OH多肽的水解和肽段的測序：胰蛋白酶水解：甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精亮-甘-丙-天溴化氰水解：甘-丙-丙-蘇-蛋組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天多肽段的組合疊加：甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精甘-丙-丙-蘇-蛋組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天亮-甘-丙-天H-甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天-OH

兩種水解作用所得肽鏈的測序與組合（2）測定步驟G.確定肽段在多肽鏈中的次序。

利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯重疊，拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。蛋白質(zhì)一級結構的測定蛋白質(zhì)一級結構的測定（2）測定步驟H.多肽鏈中二硫鍵的位置。蛋白質(zhì)一級結構的測定采用胃蛋白酶水解：切點多，二硫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)一級結構的測定確定原一般采用胃蛋白酶處理含有二硫鍵的多肽鏈(切點多；酸性環(huán)境下防止二硫鍵發(fā)生交換)。將所得的肽段利用Brown及Hartlay的對角線電泳技術進行分離。然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。二硫鍵位置的確定+-+-第二向第一向abBrown和Hartlay對角線電泳圖解pH6.5圖中a、b兩個斑點是由一個二硫鍵斷裂產(chǎn)生的肽段

蛋白質(zhì)一級結構舉例

（1）胰島素（Insulin）A鏈B鏈一個鏈內(nèi)二硫鍵和兩個鏈間二硫鍵，分子量5700A鏈21個aa殘基B鏈30個aa殘基

（2）牛胰核糖核酸酶（RNase）

一條多肽鏈，124AA殘基組成，四個鏈內(nèi)二硫鍵，分子量12600

它是測出一級結構的第一個酶分子。除一級結構外，蛋白質(zhì)的二、三、四級結構均屬于空間結構（高級結構）或空間構象（conformation）?？臻g構象是由于有機分子中單鍵的旋轉(zhuǎn)所形成的。蛋白質(zhì)的空間構象通常由非共價鍵（次級鍵）來維系。蛋白質(zhì)的空間結構1、氫鍵

蛋白質(zhì)分子中的非共價鍵發(fā)生于負電性很強的原子(O,N)與一個已和氧或氮形成共價結合的氫原子之間。2、疏水鍵由非極性基團受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力。3、離子鍵另外還有二硫鍵。共價鍵次級鍵化學鍵

肽鍵一級結構氫鍵二硫鍵二、三、四級結構疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結構蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵

二、蛋白質(zhì)的二級結構

（一）構型與構象

1.構型（configuration）:指在立體異構體中取代原子或基團在空間的取向。構型間的轉(zhuǎn)變涉及共價鍵的斷裂和重組。

COOHCOOHH2NCHHCNH2RR

2.構象（conformation）:指取代原子或基團當單鍵旋轉(zhuǎn)時可能形成的不同立體結構。這種空間位置的改變不涉及共價鍵的斷裂。（二）蛋白質(zhì)的構象

蛋白質(zhì)多肽鏈空間折疊的限制因素：

20世紀30年代初Pauling和Corey利用X射線衍射技術研究多肽鏈的晶體結構時發(fā)現(xiàn)：

1.肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)：肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)C-N單鍵鍵長0.149nm肽鍵鍵長0.132nmC=N雙鍵鍵長0.127nm

2.組成肽鍵的4個原子和與之相連的2個

碳原子（C

）

處于同一個平面內(nèi)，此剛性結構的平面稱為肽單元（peptideunit）。

LinusCarlPauling(1901-1994)1954年：獲得Nobel化學獎1962年：獲得Nobel和平獎（社會活動家）利用X射線衍射技術研究蛋白質(zhì)的晶體結構，通過衍射圖譜確立一個分子中各原子的相對位置，化學鍵如何形成等。

肽鍵（peptidebond）

0.127nm鍵長=0.132nm

0.148nm肽鍵的C-N鍵長是0.132nm，比C-N單鍵（鍵長0.148nm）短，比C=N雙鍵（鍵長0.127nm）長。

肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，以反式結構存在。

肽單元(peptideunit):

指肽鍵與相鄰的兩個α碳原子所組成的基團。

肽單元是剛性平面結構。肽單位上的6個原子都位于同一個剛性平面上，稱為肽單元或肽平面。

多肽鏈主鏈骨架實際上是由許多肽單元通過α-碳原子（Cα）連接而成的。

多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個肽平面組成典型單鍵主鏈構象由每個肽鍵的兩個兩面角決定定義:蛋白質(zhì)的二級結構(Secondary)是指多肽鏈的主鏈(骨架)原子的相對空間位置(有規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊)。它只涉及多肽鏈的主鏈構象，而不涉及R側鏈構象。主要的化學鍵：

氫鍵蛋白質(zhì)二級結構的類型：-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。

(三)蛋白質(zhì)的二級結構（主鏈構象）

氨基氮—α碳原子—羰基碳……多肽鏈的骨架原子多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結構，螺旋一周沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;所有氨基酸殘基側鏈都伸向外側。每個氨基酸殘基的C=O氧與其后第四個氨基酸殘基的N-H氫形成氫鍵。多數(shù)為右手（較穩(wěn)定），亦有少數(shù)左手螺旋存在（不穩(wěn)定）1.

-螺旋(

-Helix)及結構特點俯視圖左手螺旋與右手螺旋氫鍵的形成影響α-螺旋形成的因素：

●

酸性氨基酸或鹼性氨基酸集中的區(qū)域，由于靜電排斥作用，可影響α-螺旋穩(wěn)定性；

●

甘氨酸殘基的側鏈R是H原子，空間占位小，由于沒有側鏈的約束，當它在多肽鏈上連續(xù)存在時，α-螺旋不能形成。

●R過大（如異亮），空間位阻大，影響α-螺旋的形成

●

脯氨酸是亞氨酸，形成肽鍵后不能參與氫鍵的形成，故不能參與α-螺旋的形成。Pro殘基是α-螺旋構象的最大破壞者。在多肽鏈上有Pro殘基存在,那里就不可能形成α-螺旋構象。

-折疊或

-折疊片也稱

-構象β-折疊是一種穩(wěn)定的二級結構。廣泛地存在于各種蛋白質(zhì)之中；它是蛋白質(zhì)中第二種最常見的二級結構。

-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵進行交聯(lián)而形成的，或一條肽鏈內(nèi)的不同肽段間靠鏈內(nèi)的氫鍵而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構象

2.

-折疊（-pleatedsheet）β－折疊（β-pleatedsheet）

β-折疊

-折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)。

-折疊的特點蛋白質(zhì)分子中

-折疊有兩種類型：

平行式：即所有肽鏈的N-端都在同一邊。反平行式：即相鄰兩條肽鏈的方向相反。

3.

-轉(zhuǎn)角(-turn）

概念：指多肽鏈中肽段出現(xiàn)180°回折時的結構稱為

-轉(zhuǎn)角

-轉(zhuǎn)角多由四個氨基酸殘基組成，第二個氨基酸殘基多為脯氨酸第一個氨基酸的-C=O(羰基氧)和第四個氨基酸的–N-H(亞氨氫)之間形成氫鍵;第一個氨基酸的–N-H(亞氨氫)和第四個氨基酸的-C=O(羰基氧)之間形成氫鍵。兩氫鍵維系

-轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定性。這類結構主要存在于球狀蛋白分子中。羰基氧亞氨氫指無一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結構。酶的功能部位常包含此構象，靈活易變。

4.無規(guī)卷曲（Randomcoil）無規(guī)則卷曲示意圖無規(guī)則卷曲細胞色素C的三級結構蛋白質(zhì)二級結構的主要形式二級結構測定通常采用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級結構含量。

-螺旋的CD峰有222nm處的負峰、208nm處的負峰和198nm處的正峰三個成分；而

-折疊的CD譜不很固定。

蛋白質(zhì)的超二級結構

（supersecondarystructure)

1973年由Rossman提出概念：在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)2或2個以上具有二級結構的肽段，在空間上相互靠近,并相互作用，形成一個有規(guī)則的,在空間上能辯認二級結構組合體,稱為稱為蛋白質(zhì)的超二級結構。主要組合方式：αα；ββ；βαβ超二級結構類型ααβββαβ模體（Motif)：屬于蛋白質(zhì)超二級結構范疇

由2或2個以上具有二級結構的肽段，在空間上相互靠近,形成一個特殊的空間構象并發(fā)揮專一單位功能,稱為模體。鈣結合蛋白（Calmodulin,CaM中結合鈣離子的模體

鋅指結構DNA結合蛋白中常有

三、蛋白質(zhì)的三級結構1.蛋白質(zhì)的三級結構(TertiaryStructure)

定義:

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。是在二級結構的基礎上，進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側鏈構象在內(nèi)的特征性三維結構。涉及到多肽鏈所有原子在三維空間的排布與它們的相互關系。2.維持三級結構的作用力氫鍵疏水鍵離子鍵（鹽鍵）范德華力—原子之間相互靠近到0.3-0.4nm時原子間的相互吸引力。二硫鍵

疏水鍵：在蛋白質(zhì)三級結構中起著重要作用，它是使蛋白質(zhì)多肽鏈進行折疊的主要驅(qū)動力。N端

C端肌紅蛋白(Mb)纖連蛋白分子的結構域結構域(domain)

大分子蛋白質(zhì)的三級結構?？煞指畛梢粋€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，稱為結構域(domain)。肌紅蛋白三級結構核糖核酸酶三級結構示意圖

N

His12CHis119Lys41三級結構測定X射線衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技術(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白質(zhì)三維空間結構最準確的方法。

四、蛋白質(zhì)的四級結構(部分蛋白質(zhì)有）

定義:四級結構是指由兩條或兩條以上獨立具有三級結構的多肽鏈由非共價鍵結合而成的具有特定構象的蛋白質(zhì)分子。通常將具有四級結構的蛋白質(zhì)中任何一條多肽鏈稱為一個亞基（subunit)。亞基單獨存在時無生物學活性。具有四級結構的蛋白屬于寡聚體蛋白（寡聚蛋白中亞基可以是相同的或不相同的，亞基相同時，分子具有對稱性）。實質(zhì)：蛋白質(zhì)的四級結構實際上亞基之間的相互作用和空間排布。而不涉及亞基內(nèi)部原子或原子團之間的相互作用。2.維持蛋白質(zhì)四級結構的主要作用力在蛋白質(zhì)四級結構中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、疏水鍵和范德華力。氫鍵、離子鍵是最主要的作用力。血紅蛋白四級結構

４個亞基通過８個離子鍵相連蛋白質(zhì)的分子結構小結20種氨基酸

蛋白質(zhì)的一級結構

二級結構三級結構（結構域）四級結構

超二級結構小結Mathewsetal(2000)Biochemistry(3e)p.195多肽鏈折疊(folding)為天然功能構象的蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成。新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。蛋白質(zhì)折疊成正確的空間構象,除了一級結構是其決定性因素外,還需要分子伴侶的參與。分子伴侶(chaperon)

分子伴侶是細胞一類保守蛋白質(zhì)，通過提供一個保護環(huán)境，促進整體蛋白質(zhì)的正確折疊形成天然構象。*分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，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。機制1.熱休克蛋白70(heat

shockprotein,HSP70):系高度保守的蛋白質(zhì),可部分逆轉(zhuǎn)變性或聚集的蛋白質(zhì)。2.伴侶蛋白(chaperonins)：包括兩個家族：HSP60（GroEL）和HSP10；3.核質(zhì)蛋白(Nucleoplasmin)。分子伴侶：分布很廣泛參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶主要有３類：伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質(zhì)折疊過程伴侶蛋白的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。

第三節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結構與功能的關系

TheRelationofStructureandFunctionofProtein一、蛋白質(zhì)一級結構與功能二、蛋白質(zhì)高級構象與功能

蛋白質(zhì)的結構是其多種多樣生物學功能的基礎；而蛋白質(zhì)獨特的性質(zhì)和功能則是其結構的反映。蛋白質(zhì)一級結構包含了其分子的所有信息，并決定其高級結構，而高級結構直接決定其生物學功能其功能。

一級結構決定高級結構，

也決定蛋白質(zhì)的功能1、蛋白質(zhì)一級結構的種屬差異與同源性實例：細胞色素Ｃ2、蛋白質(zhì)一級結構的變異與分子病

實例：血紅蛋白質(zhì)異常病變

鐮刀型貧血病

高級結構直接決定蛋白質(zhì)的功能

1、蛋白質(zhì)高級結構破壞導致功能喪失

實例：核糖核酸酶的變性與復性2、蛋白質(zhì)在表現(xiàn)生物學功能時，構象發(fā)生一定變化（變構效應）

實例：血紅蛋白的變構效應和輸氧功能不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44

不同生物來源的細胞色素c中不變的AA殘基

14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素細胞色素c分子的空間結構不變的AA殘基

35個不變的AA殘基，是CytC的生物功能所不可缺少的。其中有的可能維持分子構象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別”并結合細胞色素還原酶和氧化酶。正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖鐮刀形紅細胞正常紅細胞

-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…分子?。旱鞍踪|(zhì)的一級結構發(fā)生改變影響其正常功能所引起的疾病。鐮刀形紅細胞貧血“鐮刀狀細胞貧血”是由于紅細胞中的異常血紅蛋白（HbS）所引起的。HbS的帶氧能力降低，分子間易“粘合”形成線狀分子而沉淀。易產(chǎn)生溶血性貧血癥。豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖

核糖核酸酶變性與復性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis變性復性血紅蛋白輸氧功能和構象變化O2HbHb-O2O2血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線活動肌肉毛細血管中的PO2020406080100肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobinS型曲線協(xié)同效應（cooperativity)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與配體結合后，可影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應(negativecooperativity)

變構效應（Allostericeffect)

蛋白質(zhì)空間結構的改變伴隨其功能變化的現(xiàn)象稱為變構效應。

如Hb兩種構象的存在及轉(zhuǎn)換：

T型：對O2的親和力?。?/p>

R型：對O2的親和力大；

兩種構象的轉(zhuǎn)換受氧分壓的影響是生物體內(nèi)非常普遍和重要的調(diào)節(jié)方式。蛋白質(zhì)構象病

若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管一級結構不變，但蛋白質(zhì)的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可發(fā)生疾病。蛋白質(zhì)構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：瘋牛病，老年癡呆癥，人紋狀體脊髓變性病。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構象改變

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。具有傳染性和遺傳性。正常的朊病毒蛋白：水溶性強且富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在未知蛋白質(zhì)的作用下轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的異常PrPc（PrPSc），從而致病。

PrPSc便是瘋牛病的病原體。

PrPcPrPScα-螺旋