《生物化學(xué)》-緒論和蛋白質(zhì)

生物化學(xué)Biochemistry本期教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：100學(xué)時(shí)學(xué)分:5.5理論：76學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：24學(xué)時(shí)理論考試:75%分?jǐn)?shù):

實(shí)驗(yàn)考核:25%緒論Introductiontobiochemistry什么是生物化學(xué)?化學(xué)分子化學(xué)反應(yīng)是從分子水平探討生物體內(nèi)的醫(yī)學(xué)生物化學(xué)研究的對(duì)象為人體。研究對(duì)象

生物化學(xué)發(fā)展史

18世紀(jì)中到19世紀(jì)末——初期發(fā)展階段主要研究生物體的化學(xué)組成

20世紀(jì)初到中期——快速發(fā)展階段多方面研究都取得重大進(jìn)展，主要在營養(yǎng)生化、代謝生化、酶學(xué)、內(nèi)分泌研究

20世紀(jì)50年代到現(xiàn)在——分子生物學(xué)時(shí)期

1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋模型

1973年重組DNA技術(shù)的建立（基因工程誕生）

2003年HGP完成，蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)及它組學(xué)研究

于2003完成的人類基因組計(jì)劃

(HGP)是由美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式由美國能源部和國立衛(wèi)生研究院?jiǎn)?dòng)，隨后英、日、法、德、中也先后參與進(jìn)來，共耗時(shí)13年、耗資約30億美元。HGP完成了對(duì)構(gòu)成人類基因組的30多億個(gè)堿基對(duì)進(jìn)行了精確測(cè)序。與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。HumanKaryotype中國科學(xué)家在生化領(lǐng)域取得的成就

我國生化學(xué)界的先驅(qū)吳憲教授在20年代初由美回國后，在協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生化系與汪猷、張昌穎等人完成了蛋白質(zhì)變性理論、血液生化檢測(cè)和免疫化學(xué)等一系列有重大影響的研究。

1965年我國在世界上首次人工合成了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素；1983年又通過大協(xié)作完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工合成。

1999年中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，承擔(dān)1％的測(cè)序任務(wù)，成為參與這一計(jì)劃的唯一發(fā)展中國家。此外，我國科學(xué)家在酶學(xué)研究、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及生物膜結(jié)構(gòu)與功能等方面都有舉世矚目的研究成果。獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí)：一等獎(jiǎng)

主要完成單位：上海生物化學(xué)研究所北京大學(xué)上海有機(jī)化學(xué)研究所

主要完成者：鈕經(jīng)義，龔岳亭，鄒承魯，杜雨蒼，季愛雪,邢其毅，汪猷，徐杰誠

1981年,我國科學(xué)家在世界上首次人工合成酵母Ala-tRNA.王德寶院士，1940年畢業(yè)于中央大學(xué)。1951年獲美國西部保留地大學(xué)博士學(xué)位。1951－1954年在美國約翰.霍普金斯大學(xué)從事博士后研究。首創(chuàng)了從輔酶I直接合成輔酶II的方法，30年來為世界各大藥廠采用；在我國最早開展核酸生化研究工作，是我國生產(chǎn)核苷酸類助鮮劑的創(chuàng)始人；參加并領(lǐng)導(dǎo)世界首次人工合成了具有生物活性酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的工作；使我國人工合成生物大分子的水平居于世界領(lǐng)先地位。楊煥明（Huan

mingYang）1999年中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，承擔(dān)1％的測(cè)序任務(wù)，成為參與這一計(jì)劃的唯一發(fā)展中國家。

生化研究?jī)?nèi)容生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類的結(jié)構(gòu)組成與功能物質(zhì)代謝和調(diào)節(jié)生物大分子（糖、脂、蛋白質(zhì)）的代謝及其調(diào)控過程DNA是遺傳物質(zhì)，基因作為DNA的功能片段是如何將其所攜帶的遺傳信息準(zhǔn)確無誤地傳遞給后代？是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的？這些過程又是如何進(jìn)行精確調(diào)控？以及由此衍生出的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)。遺傳信息的傳遞及調(diào)控病因與機(jī)制診斷與檢測(cè)治療疾病醫(yī)學(xué)

生化與醫(yī)學(xué)之間的關(guān)系生化與分子生物學(xué)掌握熟悉了解怎樣學(xué)習(xí)生物化學(xué)一些建議認(rèn)真閱讀教科書，不懂即問不要猶豫。不要單純地死記硬背，要在理解的基礎(chǔ)上加深記憶。作好準(zhǔn)備學(xué)習(xí)新詞匯。橫向、縱向綜合所學(xué)知識(shí)。通過練習(xí)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決相關(guān)問題。通過實(shí)驗(yàn)，加深理解所學(xué)知識(shí)。第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能Structureandfunctionofprotein蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)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、純化與結(jié)構(gòu)分析本章內(nèi)容蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)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。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、組織和細(xì)胞中都含有蛋白質(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％。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(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)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

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于食物中含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%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(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘

。組成蛋白質(zhì)的元素蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)嬰兒因長(zhǎng)期服食含三聚氰胺的“三鹿”嬰幼兒配方奶粉，患有“雙腎多發(fā)性結(jié)石”和“輸尿管結(jié)石”癥。三聚氰胺的致病機(jī)理是在尿路結(jié)晶形成結(jié)石阻塞泌尿系，導(dǎo)致腎衰。三聚氰胺其分子中含有大量氮元素。用普通的全氮測(cè)定法測(cè)飼料和食品中的蛋白質(zhì)數(shù)值時(shí)，根本不會(huì)區(qū)分這種偽蛋白氮。添加在食品中，可以提高檢測(cè)時(shí)食品中蛋白質(zhì)檢測(cè)數(shù)值。

一、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（編碼氨基酸），且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。自然界中的D-氨基酸不參與蛋白質(zhì)的構(gòu)成，主要分布于較低等的生物中（抗生素、生物堿、細(xì)胞壁）。氨基酸的一般結(jié)構(gòu)通式α-羧基α-氨基α-碳原子側(cè)鏈或R基團(tuán)

COO

lH3N—C—HlCH3

CHO

lHO—C—HlCH2OH

L-丙氨酸L-甘油醛_+H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R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、氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:非極性脂肪族氨基酸甘氨酸(Gly,G)丙氨酸(Ala,A)纈氨酸(Val,V)

脯氨酸(Pro,P)亮氨酸(Leu,L)異亮氨酸(Ile,I)2.極性中性氨基酸半胱氨酸(Cys,C)甲硫氨酸(Met,M)絲氨酸(Ser,S)蘇氨酸(Thr,T)天冬酰胺(Asn,N)谷氨酰胺(Gln,Q)苯丙氨酸(Phe,F)酪氨酸(Tyr,Y)色氨酸(Trp,W)3.芳香族氨基酸吲哚4.酸性氨基酸天冬氨酸(Asp,D)谷氨酸(Glu,E)5.堿性氨基酸賴氨酸(Lys,K)精氨酸(Arg,R)組氨酸(His,H)胍基咪唑脯氨酸（亞氨基酸）幾種特殊氨基酸:α

半胱氨酸

二硫鍵胱氨酸半胱氨酸

在生理pH條件下，組氨酸的咪唑環(huán)既可作為質(zhì)子受體也可作為質(zhì)子供體。因此，組氨酸經(jīng)常會(huì)存在酶的活性中心部位。組氨酸，Histidine

+

組氨酸三、氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)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。

R–CH

–COOHCOO-+H+

l

NH2+H+

NH3+

氨基酸即可作酸也可作堿非離子狀態(tài)兩性離子狀態(tài)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(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(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氨基酸的滴定曲線-COOH首先被解離，隨后-NH3

被解離，解離常數(shù)分別為pK1和pK2。等電點(diǎn)

(pI)

pI＝1/2*（pK1＋pK2）3.pH低于pI→氨基酸帶正電荷4.pH高于

pI→氨基酸帶負(fù)電荷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(cè)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(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收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。脯氨酸與茚三酮反應(yīng)后生成黃色化合物。四、肽（peptide）與多肽（polypeptide)*

肽鍵是由一個(gè)氨基酸的

-羧基與另一個(gè)氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵，具有部分雙鍵性能，不能自由旋轉(zhuǎn)。（一）肽鍵（peptidebond）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……幾個(gè)概念：由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由10個(gè)以上但不足50個(gè)氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide),50個(gè)以上氨基酸構(gòu)成的肽稱為蛋白質(zhì)。肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。多肽鏈,N端,C端,多肽鏈書寫及命名；主鏈及側(cè)鏈的概念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肽鏈有兩端：＋R1NH3＋CCOOーH＋R2NH3＋CCOOーHH2OH2OR1NH3＋CCOHR2NHCCOHR3NHCCOHPeptidebondPeptidebondN末端C末端（二）幾種生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)α

GSH具有還原性，可作為還原劑保護(hù)重要蛋白質(zhì)或酶分子中的-SH免受氧化，還可保護(hù)機(jī)體免遭毒物損害。還原型GSH可被氧化成氧化型GSSG，GSSG也可在還原酶的催化下重新生成GSH。GSH缺少會(huì)怎樣？GSH還原酶GSH過氧化物酶體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)-神經(jīng)細(xì)胞之間傳遞信息的肽類。2.多肽類激素及神經(jīng)肽Thyrotropin-releasinghormone

Tropichormones

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)層次：定義蛋白質(zhì)的一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵肽鍵，也包括二硫鍵

一級(jí)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)牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)“forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin”（1958）FrederickSangerMRC,Cambridge,Unitedkingdom二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈主鏈原子的局部空間結(jié)構(gòu)，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

（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。phipsi蛋白質(zhì)二級(jí)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)

（二）

-螺旋

-螺旋的主要特征是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式，螺旋走向?yàn)橛沂致菪宦菪可仙蝗?.6個(gè)氨基酸殘基，每個(gè)氨基酸殘基上升的距離為0.15nm，螺距為0.54nm；氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)，側(cè)鏈性質(zhì)會(huì)影響螺旋的形成。

-螺旋的每個(gè)肽鍵的N-H和第四個(gè)肽鍵的羰基O形成氫鍵，氫鍵是穩(wěn)定螺旋的最重要化學(xué)鍵；（三）

-折疊β-折疊呈鋸齒狀排列，氨基酸側(cè)鏈交替位于鋸齒面的上下側(cè)；β-折疊是充分伸展的二級(jí)結(jié)構(gòu)；氫鍵是維持β-折疊穩(wěn)定的主要作用力；β-折疊結(jié)構(gòu)中肽鏈走向可平行排列，也可反向排列。平行β-折疊反平行β-折疊反平行β-折疊比平行折疊更穩(wěn)定。（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特定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。氫鍵無規(guī)卷曲β-轉(zhuǎn)角:β-折疊

-螺旋（五）模體（motif）在許多蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或二個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成一個(gè)具有一定功能的特殊空間構(gòu)象，被稱為模體。超二級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構(gòu)影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的因素

氨基酸側(cè)鏈的大小氨基酸所帶電荷的性質(zhì)脯氨酸不利于α-螺旋的形成上次課重點(diǎn)內(nèi)容復(fù)習(xí)蛋白質(zhì)元素組成特點(diǎn)及應(yīng)用組成蛋白質(zhì)的基本單位L-α-氨基酸氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氨基酸分類：酸性氨基酸，堿性氨基酸氨基酸理化性質(zhì)兩性電離及等電點(diǎn)紫外吸收茚三酮反應(yīng)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。二硫鍵(共價(jià)鍵)也具有重要作用。

主要的化學(xué)鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布。（一）定義肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖肌紅蛋白血紅素輔基肌紅蛋白可在肌肉中儲(chǔ)存運(yùn)輸氧氣，由153個(gè)AA組成，含有一個(gè)血紅素輔基，共有8個(gè)α-螺旋區(qū)，螺旋間有無規(guī)卷曲連接。肌紅蛋白多肽鏈纏繞形成球狀結(jié)構(gòu)，親水基團(tuán)位于表面，而疏水基團(tuán)則掩埋于分子內(nèi)部。His64His93血紅素是4個(gè)吡咯環(huán)相連形成的平板狀鐵卟啉化合物，F(xiàn)e2＋居于卟啉環(huán)的中央，鐵離子有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與吡咯環(huán)的N原子相連，1個(gè)與多肽鏈的組氨酸殘基結(jié)合，氧分子則與第6個(gè)配位鍵相結(jié)合。（二）結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或數(shù)個(gè)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。3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)域示意圖

3-磷酸甘油醛脫氫酶有四個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，N端（形成的第一個(gè)結(jié)構(gòu)域能與NAD+結(jié)合，第二個(gè)結(jié)構(gòu)域（147-333氨基酸）能與底物3-磷酸甘油醛結(jié)合。（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個(gè)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(jí)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(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*分子伴侶可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚并誘導(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。

四、蛋白質(zhì)的四級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。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(jí)結(jié)構(gòu)。亞基之間的結(jié)合力主要是次級(jí)鍵，包括氫鍵、離子鍵。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白是紅細(xì)胞運(yùn)輸O2和CO2的功能蛋白，含四個(gè)亞基：α2β2，每個(gè)亞基都含有一個(gè)血紅素輔基，α亞基和β亞基相間排列，亞基間通過8個(gè)離子鍵相連。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)多為結(jié)構(gòu)蛋白，難溶于水球狀蛋白質(zhì)多為功能蛋白，易溶于水蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵天然狀態(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)，無活性牛核糖核酸酶變性試驗(yàn)（Anfinsen，1960）ChristianBoehmerAnfinsen(1916–1995)

1972NobelPrizeinChemistry

forworkonribonuclease,especiallyconcerningtheconnectionbetweentheaminoacid

sequenceandthebiologicallyactiveconformation

（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白具有相似的結(jié)構(gòu)和功能

1、同源蛋白由同一基因進(jìn)化而來，在不同生物種行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。對(duì)不同生物種同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究，可用于預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)之間結(jié)構(gòu)與功能的相似性。

B30ThrAlaAlaSerAlaAlaAlaA10IleIleIleIleValValIleA6SerSerSerGlyGlySerSerA5ThrThrThrThrAlaAlaThr

氨基酸殘基序列號(hào)人豬狗兔牛羊馬哺乳動(dòng)物胰島素氨基酸序列差異胰島素2、氨基酸序列提供生物進(jìn)化信息

細(xì)胞色素C是廣泛存在于生物體內(nèi)的蛋白,比較不同物種的細(xì)胞色素C結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種間的進(jìn)化關(guān)系。物種越接近，則細(xì)胞色素C的一級(jí)結(jié)構(gòu)越相似，其空間構(gòu)象和功能也相似。例如：獼猴與人的細(xì)胞色素C一級(jí)結(jié)構(gòu)只相差一個(gè)氨基酸殘基；人類和黑猩猩的細(xì)胞色素C一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同。不同生物細(xì)胞色素C的進(jìn)化樹3、一級(jí)結(jié)構(gòu)重要序列改變會(huì)引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血HbSHbAHbA(β):

N－Val-His-Leu–Thr–Pro–Glu

–Glu–Lys…C

HbS(β):

N－Val–His–Leu–Thr–Pro–Val–Glu–Lys…C“Uniform,Cup-shaped,NormalErythrocyte”“TheVariablyShapedErythrocytesseeninSickleCellAnemia”146aa這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。（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)系肌紅蛋白結(jié)構(gòu)血紅蛋白β亞基結(jié)構(gòu)肌紅蛋白、血紅蛋白α-亞基及β亞基肌紅蛋白β亞基α亞基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。Hb與O2的結(jié)合呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)：第一個(gè)亞基與O2結(jié)合后能促進(jìn)以后其它亞基與O2結(jié)合的效應(yīng)稱為協(xié)同效應(yīng)。這種效應(yīng)是促進(jìn)作用的所以又稱為正協(xié)同效應(yīng)。反之稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)曲線呈S型。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線組織肺部脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵Hb與O2結(jié)合前為緊張態(tài)（T態(tài)），當(dāng)Hb的第一個(gè)亞基與O2結(jié)合，造成4個(gè)亞基羧基端鹽鍵斷裂，造成Hb空間結(jié)構(gòu)變的松弛，稱為松弛態(tài)（R態(tài)），有利于O2與其它亞基的進(jìn)一步結(jié)合。緊張態(tài)松弛態(tài)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(dòng)。血紅素與O2結(jié)合*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)。（變構(gòu)效應(yīng)劑、變構(gòu)蛋白、變構(gòu)激活、變構(gòu)抑制）*協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)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)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

（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(cuò)誤，盡管其一級(jí)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(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。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(cuò)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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨廷頓舞蹈病、瘋牛病等。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(dòng)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-折疊正常瘋牛病第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)*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(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子其分子的直徑可達(dá)1～100nm，屬于膠體顆粒范圍。蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:顆粒表面電荷水化膜+++++++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（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)象遭到破壞，使其理化性質(zhì)發(fā)生改變并喪失生物活性。變性的本質(zhì)破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。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。

變性造成蛋白的溶解度下降，黏度升高，結(jié)晶能力消失，生物活性喪失，容易被蛋白酶水解。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。

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。*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(huì)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，但遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時(shí)可不沉淀。沉淀蛋白質(zhì)的方法多使蛋白質(zhì)變性，但鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)沒有變性。*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)蛋白質(zhì)變性后的絮狀物經(jīng)加熱可變成堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

*蛋白質(zhì)的復(fù)性(renaturation)（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(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280(opticaldensity)與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

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)可用于蛋白質(zhì)的定量測(cè)定及檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。二、蛋白質(zhì)的分離和純化超濾層析法電泳法超離心法

鹽析（硫酸銨鹽析）等點(diǎn)電沉淀有機(jī)溶劑沉淀透析│←前處理→│←粗分級(jí)→│←細(xì)分級(jí)→│材料選擇與處理細(xì)胞破碎（機(jī)械破碎、酶解、化學(xué)處理）生物組織→無細(xì)胞提取液→粗產(chǎn)品→→結(jié)晶蛋白質(zhì)（生物大分子）分離純化的一般步驟：（一）透析及超濾法*透析(dialysis)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。*超濾法（一個(gè)壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過程）應(yīng)用壓力使蛋白質(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。透析法濃縮蛋白質(zhì)

加壓的蛋白質(zhì)溶液濃縮的蛋白質(zhì)溶液含小分子的溶液超濾法濃縮蛋白質(zhì)

（二）丙酮沉淀、鹽析*有機(jī)溶劑可降低蛋白質(zhì)溶液中的介電常數(shù)及脫水作用而使蛋白質(zhì)沉淀。使用丙酮沉淀時(shí)，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(saltout)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。不同的蛋白質(zhì)分子，由于其分子表面的極性基團(tuán)的種類、數(shù)目以及排布的不同，其水化層厚度不同，故鹽析所需要的鹽濃度也不一樣，因此調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液中鹽的濃度，可以使不同的蛋白質(zhì)分別沉淀（分步鹽析）。血清球蛋白清蛋白(NH4)2SO450%飽和度飽和析出析出（三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

電泳槽裝置核酸的瓊脂糖凝膠電泳

PAGE分離蛋白質(zhì)（四）層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過一個(gè)固態(tài)物質(zhì)（固定相）時(shí)，根據(jù)溶液