生物化學(xué)第1章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能ppt課件

1、生物化學(xué)與分子生物學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)Biochemistry and Molecular Biology生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室 緒 論 生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。它是研討生物化學(xué)就是生命的化學(xué)。它是研討活細(xì)胞和有機(jī)體中存在的各種化學(xué)分活細(xì)胞和有機(jī)體中存在的各種化學(xué)分子及其所參與的化學(xué)反響的科學(xué)。子及其所參與的化學(xué)反響的科學(xué)。 分子生物學(xué)：是研討生物大分子構(gòu)造、分子生物學(xué)：是研討生物大分子構(gòu)造、功能及其調(diào)控機(jī)制的科學(xué)。功能及其調(diào)控機(jī)制的科學(xué)。 一、生物化學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史一、生物化學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史二、生物化學(xué)研討內(nèi)容二、生物化學(xué)研討內(nèi)容三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)四、本

2、課內(nèi)容簡(jiǎn)介四、本課內(nèi)容簡(jiǎn)介 生物化學(xué)研討內(nèi)容生物化學(xué)研討內(nèi)容 生物分子的構(gòu)造與功能生物分子的構(gòu)造與功能 物質(zhì)代謝及其調(diào)理物質(zhì)代謝及其調(diào)理 遺傳信息的傳送及其調(diào)控遺傳信息的傳送及其調(diào)控 生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與醫(yī)學(xué) 生物化學(xué)的實(shí)際與技術(shù)已浸透到醫(yī)學(xué)科生物化學(xué)的實(shí)際與技術(shù)已浸透到醫(yī)學(xué)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)W的各個(gè)領(lǐng)域 生物化學(xué)與分子生物學(xué)在生命科學(xué)中占生物化學(xué)與分子生物學(xué)在生命科學(xué)中占有重要的位置有重要的位置 生物化學(xué)的開(kāi)展促進(jìn)了疾病病因、診斷生物化學(xué)的開(kāi)展促進(jìn)了疾病病因、診斷和治療的研討和治療的研討 本課內(nèi)容簡(jiǎn)介一本課內(nèi)容簡(jiǎn)介一蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能酶酶生物氧化生物氧化糖代謝糖代謝脂類(lèi)代謝

3、脂類(lèi)代謝氨基酸代謝氨基酸代謝 本課內(nèi)容簡(jiǎn)介二本課內(nèi)容簡(jiǎn)介二核酸的構(gòu)造與功能核酸的構(gòu)造與功能核苷酸代謝核苷酸代謝基因信息的傳送基因信息的傳送細(xì)胞信息傳送細(xì)胞信息傳送癌基因、抑癌基因與生長(zhǎng)因子癌基因、抑癌基因與生長(zhǎng)因子血液的生化血液的生化蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能第第 一一 章章Structure and Function of Protein蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)經(jīng)過(guò)肽鍵經(jīng)過(guò)肽鍵(peptide bond)相連構(gòu)成的高分子含氮化合物。相連構(gòu)成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1. 蛋白質(zhì)是生物體的重

4、要組成成分蛋白質(zhì)是生物體的重要組成成分2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能1作為生物催化劑作為生物催化劑2代謝調(diào)理作用代謝調(diào)理作用3免疫維護(hù)作用免疫維護(hù)作用4物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5運(yùn)動(dòng)與支持作用運(yùn)動(dòng)與支持作用6參與細(xì)胞間信息傳送參與細(xì)胞間信息傳送3. 氧化供能氧化供能蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第第 一一 節(jié)節(jié) 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成主要有主要有C、H、O、N和和S。 有些蛋白質(zhì)含有少量有些蛋白質(zhì)含有少量P或金屬元素或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，個(gè)別蛋白質(zhì)還，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有含有

5、 I 。蛋白質(zhì)的含氮量平均為蛋白質(zhì)的含氮量平均為16。 經(jīng)過(guò)樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：經(jīng)過(guò)樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量 ( g % ) = 含氮量含氮量( g % ) 6.25 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)一、氨基酸一、氨基酸 蛋白質(zhì)的根本組成單位蛋白質(zhì)的根本組成單位存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余種，余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，種，且均屬且均屬 L-氨基酸甘氨酸除外。氨基酸甘氨酸除外。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H 非極性疏水性氨基酸非極

6、性疏水性氨基酸 極性中性氨基酸極性中性氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 堿性氨基酸堿性氨基酸一氨基酸的分類(lèi)一氨基酸的分類(lèi)非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3COOCHH3CH3CCHCHNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine (Ile)Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸纈纈氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸異異亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2

7、CH2脯脯氨氨酸酸Proline (Pro)2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸Tryptophan (Try)Methionine (Met)Cysteine (Cys)Serine (Ser)色色氨氨酸酸絲絲氨氨酸酸酪酪氨氨酸酸半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸CH2CHNH3COO天天冬冬酰酰胺胺Asparagine (Asn)谷谷氨氨酰酰胺胺Glutamine (Gln)NHCHCCH2CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine (Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3SCH2CH2CHNH3COOCCHCHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH

8、2NOCH2CH2NOHO 蘇蘇氨氨酸酸Threonine (Thr)3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸Aspartic acid (Asp)Glutamic acid (Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOCCH2Lysine (Lys)精精氨氨酸酸賴(lài)賴(lài)氨氨酸酸Arginine (Arg) 組組氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine (His)習(xí)慣分類(lèi)方法習(xí)慣分類(lèi)方法芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Trp

9、、Tyr、Phe含羥基氨基酸：含羥基氨基酸：Ser、Thr、Tyr含硫氨基酸：含硫氨基酸：Cys、Met雜環(huán)族氨基酸：雜環(huán)族氨基酸：His雜環(huán)族亞氨基酸：雜環(huán)族亞氨基酸：Pro支鏈氨基酸：支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸GlyGly：無(wú)手性碳原子。：無(wú)手性碳原子。ProPro：為環(huán)狀亞氨基酸。：為環(huán)狀亞氨基酸。CysCys：可構(gòu)成二硫鍵。：可構(gòu)成二硫鍵。NH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH22Cys胱氨酸二硫鍵SHSSCH2CHNH2COOH2HCH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2修飾氨基酸：修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成

10、后經(jīng)過(guò)修飾加工生成的氨基蛋白質(zhì)合成后經(jīng)過(guò)修飾加工生成的氨基酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸酸Hyp、羥賴(lài)氨酸、羥賴(lài)氨酸Hyl。非生蛋白氨基酸：非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生鳥(niǎo)氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。的。 二氨基酸的理化性質(zhì)二氨基酸的理化性質(zhì)1. 兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)2. 紫外吸收紫外吸收 3. 茚三酮反響茚三酮反響 二、肽二、肽* 肽鍵肽鍵(peptide bond)：是由一個(gè)氨基：是由一個(gè)氨基酸的酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的羧

11、基與另一個(gè)氨基酸的-氨氨基脫水縮合而構(gòu)成的化學(xué)鍵?；撍s合而構(gòu)成的化學(xué)鍵。一肽一肽(peptide)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵 多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain) 二肽，三肽二肽，三肽 寡肽寡肽(oligopeptide)，多肽，多肽(polypeptide) 氨基酸殘基氨基酸殘基(residue) 氨基末端氨基末端amino terminal和羧基末端和羧基末端carboxyl terminal 主鏈和側(cè)鏈主鏈和側(cè)鏈多肽鏈多肽鏈 多肽鏈多肽鏈二二 幾種生物活性肽幾種生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽

12、(glutathione, GSH)構(gòu)造構(gòu)造: : 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽 谷氨酸的谷氨酸的-羧基構(gòu)成肽鍵羧基構(gòu)成肽鍵 SH為活性基團(tuán)為活性基團(tuán) 為酸性肽為酸性肽 是體內(nèi)重要的復(fù)原劑是體內(nèi)重要的復(fù)原劑GSH過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH GSH復(fù)原酶復(fù)原酶NADPH+H+ NADP+ 主要功能主要功能: :肽類(lèi)激素：如促甲狀腺素釋放激素肽類(lèi)激素：如促甲狀腺素釋放激素TRH神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽三、蛋白質(zhì)的分類(lèi)三、蛋白質(zhì)的分類(lèi) * * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋

13、白質(zhì)組成成分 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分* * 根據(jù)蛋白質(zhì)外形根據(jù)蛋白質(zhì)外形 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)蛋 白 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第第 二二 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)的分子構(gòu)造包括：蛋白質(zhì)的分子構(gòu)造包括： 一級(jí)構(gòu)造一級(jí)構(gòu)造 (primary structure)二級(jí)構(gòu)造二級(jí)構(gòu)造 (secondary structure)三級(jí)構(gòu)造三級(jí)構(gòu)造 (tertiary structure)四級(jí)構(gòu)造四級(jí)構(gòu)造 (quaternary structure)高

14、級(jí)構(gòu)造高級(jí)構(gòu)造定義：定義：蛋白質(zhì)的一級(jí)構(gòu)造指多肽鏈中氨基酸的陳列蛋白質(zhì)的一級(jí)構(gòu)造指多肽鏈中氨基酸的陳列順序。順序。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)構(gòu)造一、蛋白質(zhì)的一級(jí)構(gòu)造主要化學(xué)鍵：肽鍵主要化學(xué)鍵：肽鍵二硫鍵的位置屬于一級(jí)構(gòu)造研討范疇。二硫鍵的位置屬于一級(jí)構(gòu)造研討范疇。 一級(jí)構(gòu)造是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異一級(jí)構(gòu)造是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的根底。生物學(xué)功能的根底。胰島素的一級(jí)構(gòu)造胰島素的一級(jí)構(gòu)造3021二、蛋白質(zhì)的二級(jí)構(gòu)造二、蛋白質(zhì)的二級(jí)構(gòu)造蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的部分空蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的部分空間構(gòu)造，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相間構(gòu)造，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈對(duì)空間

15、位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象的構(gòu)象 。定義：定義：穩(wěn)定要素：穩(wěn)定要素： 氫鍵氫鍵 一肽單元一肽單元 (peptide unit) (peptide unit) 參與組成肽鍵的參與組成肽鍵的6個(gè)原子位于同一平面，個(gè)原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質(zhì)構(gòu)又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質(zhì)構(gòu)象的根本構(gòu)造單位。象的根本構(gòu)造單位。肽單元肽單元RCCCOORNCN肽單元肽單元HHHH 蛋白質(zhì)二級(jí)構(gòu)造的主要方式蛋白質(zhì)二級(jí)構(gòu)造的主要方式 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折疊折疊 ( -pleated sheet ) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn ) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 ( random

16、coil ) 二二 -螺旋螺旋三三- -折疊折疊多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸齒狀構(gòu)造，側(cè)鏈位于鋸齒構(gòu)造的上下方。齒狀構(gòu)造，側(cè)鏈位于鋸齒構(gòu)造的上下方。 兩段以上的兩段以上的 -折疊構(gòu)造平行陳列折疊構(gòu)造平行陳列 ，兩鏈間可，兩鏈間可順向平行，也可反向平行順向平行，也可反向平行 。兩鏈間的肽鍵之間構(gòu)成氫鍵，以穩(wěn)定兩鏈間的肽鍵之間構(gòu)成氫鍵，以穩(wěn)定 -折疊折疊構(gòu)造。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。構(gòu)造。氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸垂直。 四四- -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲 - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈構(gòu)造。無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈構(gòu)造。 肽鏈內(nèi)構(gòu)成肽鏈

17、內(nèi)構(gòu)成180180回折?；卣?。含含4 4個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基與個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基與第四個(gè)構(gòu)成氫鍵。第四個(gè)構(gòu)成氫鍵。 第二個(gè)氨基酸殘基常為第二個(gè)氨基酸殘基常為ProPro。 - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：五模體五模體蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)構(gòu)造的肽段，在空間上相互接近，構(gòu)級(jí)構(gòu)造的肽段，在空間上相互接近，構(gòu)成一個(gè)具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱(chēng)成一個(gè)具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱(chēng)為模體為模體(motif)。螺旋環(huán)螺旋螺旋環(huán)螺旋 鋅指鋅指六影響二級(jí)構(gòu)造構(gòu)成的要素六影響二級(jí)構(gòu)造構(gòu)成的要素氨基酸側(cè)鏈所帶電荷氨基酸側(cè)鏈所帶電荷 、大小及外形。、大小及外形。影響影響

18、-螺旋構(gòu)成的要素：螺旋構(gòu)成的要素： -折疊構(gòu)成條件：折疊構(gòu)成條件：要求氨基酸側(cè)鏈較小。要求氨基酸側(cè)鏈較小。三、蛋白質(zhì)的三級(jí)構(gòu)造三、蛋白質(zhì)的三級(jí)構(gòu)造疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。 穩(wěn)定要素：穩(wěn)定要素：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中一切原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中一切原子在三維空間的排布位置。定義定義 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端纖連蛋白分子的構(gòu)造域纖連蛋白分子的構(gòu)造域 構(gòu)造域構(gòu)造域 (domain) 大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)構(gòu)造常可分割成一個(gè)或

19、大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)構(gòu)造?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為嚴(yán)密，各數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為嚴(yán)密，各行其功能，稱(chēng)為構(gòu)造域。行其功能，稱(chēng)為構(gòu)造域。構(gòu)造域構(gòu)造域Triose phosphate isomerase分子伴侶分子伴侶 (chaperon) (chaperon)經(jīng)過(guò)提供一個(gè)維護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過(guò)提供一個(gè)維護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或構(gòu)成四級(jí)構(gòu)造的一類(lèi)蛋白質(zhì)。成天然構(gòu)象或構(gòu)成四級(jí)構(gòu)造的一類(lèi)蛋白質(zhì)。* * 可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，如此反復(fù)進(jìn)展可使肽鏈正確折疊。如此反復(fù)進(jìn)展可使肽鏈正確折疊。 *

20、* 與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。 * * 對(duì)蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確構(gòu)成起重要的作用。對(duì)蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確構(gòu)成起重要的作用。 作用：作用：亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)構(gòu)造四、蛋白質(zhì)的四級(jí)構(gòu)造蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的規(guī)劃和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)觸部位的規(guī)劃和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)構(gòu)造。構(gòu)造。每條具有完好三級(jí)構(gòu)造的多肽鏈，稱(chēng)為亞每條具有完好三級(jí)構(gòu)造的多肽鏈，稱(chēng)為亞基基 (subunit)。血紅蛋白血紅蛋白Hb的四級(jí)構(gòu)造的四

21、級(jí)構(gòu)造蛋白質(zhì)構(gòu)造與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第第 三三 節(jié)節(jié)一一級(jí)構(gòu)造是空間構(gòu)象的根底一一級(jí)構(gòu)造是空間構(gòu)象的根底 一、蛋白質(zhì)一級(jí)構(gòu)造與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)構(gòu)造與功能的關(guān)系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)構(gòu)造一級(jí)構(gòu)造二二硫硫鍵鍵 天然形狀，天然形狀，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊形狀，無(wú)活性非折疊形狀，無(wú)活性二一級(jí)構(gòu)造與功能的關(guān)系二一級(jí)構(gòu)造與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-Val His Leu Thr Pro Glu G

22、lu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈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(dǎo)致的疾病，這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱(chēng)為稱(chēng)為“分子病。分子病。一肌紅蛋白與血紅蛋白的構(gòu)造一肌紅蛋白與血紅蛋白的構(gòu)造 二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)造與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)造與功能的關(guān)系 Hb與與Mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O2結(jié)合，結(jié)合， Hb與與O2結(jié)合后稱(chēng)為氧合結(jié)合后稱(chēng)為氧合Hb。氧合。氧合Hb占總占總Hb的百分的百分?jǐn)?shù)稱(chēng)百分飽和度隨數(shù)稱(chēng)百分飽和度隨O2濃度變化而改動(dòng)。濃度變化而改動(dòng)。二血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧二血紅蛋白的構(gòu)象

23、變化與結(jié)合氧 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線* 協(xié)同效應(yīng)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)合才后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合才干的景象，稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)。干的景象，稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)。 促進(jìn)作用稱(chēng)為正協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)作用稱(chēng)為正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)抑制造用稱(chēng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)抑制造用稱(chēng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)凡蛋白質(zhì)

24、或亞基因與某小分子物質(zhì)凡蛋白質(zhì)或亞基因與某小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)或相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)或亞基功能的變化，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)。亞基功能的變化，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)。三蛋白質(zhì)構(gòu)象改動(dòng)與疾病三蛋白質(zhì)構(gòu)象改動(dòng)與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象病：假設(shè)蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生蛋白質(zhì)構(gòu)象?。杭僭O(shè)蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，雖然其一級(jí)構(gòu)造不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)錯(cuò)誤，雖然其一級(jí)構(gòu)造不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改動(dòng)，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)象發(fā)生改動(dòng)，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常構(gòu)成抗蛋白水解酶的淀粉

25、樣疊后相互聚集，常構(gòu)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動(dòng)。粉樣纖維沉淀的病理改動(dòng)。這類(lèi)疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老這類(lèi)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。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱(chēng)為螺旋，稱(chēng)為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)

26、變成全為-折疊折疊的的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分別純化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein一蛋白質(zhì)的兩性電離一蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(zhì)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，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)，在一定的溶液氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電

27、荷的基團(tuán)。 PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性離子pH=pI陽(yáng)離子pHpI蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成時(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)溶液的荷為零，此時(shí)溶液的pH稱(chēng)為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。稱(chēng)為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可經(jīng)過(guò)電泳、利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可經(jīng)過(guò)電泳、離子交換層析、等電聚焦等技術(shù)分別蛋白質(zhì)。離子交換層析、等電聚焦等

28、技術(shù)分別蛋白質(zhì)。二蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)二蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至萬(wàn)至100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。，為膠粒范圍之內(nèi)。 * 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的要素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的要素顆粒外表電荷顆粒外表電荷水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)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)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)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)顆粒不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸酸堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水

29、作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉三蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固三蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 * 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)要素作用下，蛋白質(zhì)分在某些物理和化學(xué)要素作用下，蛋白質(zhì)分子的特定空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性子的特定空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改動(dòng)和生物活性的喪失。質(zhì)改動(dòng)和生物活性的喪失。 呵斥變性的要素：呵斥變性的要素：如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金如加熱、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屬離子及生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì)：變性的本質(zhì)： 破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改動(dòng)蛋破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改動(dòng)蛋白質(zhì)

30、的一級(jí)構(gòu)造。白質(zhì)的一級(jí)構(gòu)造。 運(yùn)用舉例運(yùn)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性要素常被運(yùn)用來(lái)消毒及滅菌。臨床醫(yī)學(xué)上，變性要素常被運(yùn)用來(lái)消毒及滅菌。防止蛋白量變性也是有效保管蛋白質(zhì)制劑如防止蛋白量變性也是有效保管蛋白質(zhì)制劑如疫苗等的必要條件。疫苗等的必要條件。 蛋白量變性后的性質(zhì)改動(dòng)：蛋白量變性后的性質(zhì)改動(dòng)：溶解度降低、粘度添加、結(jié)晶才干消逝、溶解度降低、粘度添加、結(jié)晶才干消逝、生物活性喪失及易受蛋白酶水解。生物活性喪失及易受蛋白酶水解。假設(shè)蛋白量變性程度較輕，去除變性要假設(shè)蛋白量變性程度較輕，去除變性要素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的素后，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(chēng)為復(fù)性。構(gòu)象和功能

31、，稱(chēng)為復(fù)性。復(fù)性復(fù)性(renaturation) 天然形狀，天然形狀，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊形狀，無(wú)活性非折疊形狀，無(wú)活性* 蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因此從溶液中析出。鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因此從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。但并不變性。 * 蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation) 蛋白量變性后的絮狀物加熱可變成

32、比較鞏固蛋白量變性后的絮狀物加熱可變成比較鞏固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。 四蛋白質(zhì)的紫外吸收四蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在氨酸，因此在280nm波優(yōu)波優(yōu)點(diǎn)有特征性吸收峰。蛋白點(diǎn)有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的質(zhì)的OD280與其濃度呈正與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。定量測(cè)定。五蛋白質(zhì)的呈色反響五蛋白質(zhì)的呈色反響茚三酮反響茚三酮反響(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也

33、可發(fā)生茚三酮反響。響。 雙縮脲反響雙縮脲反響(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅蛋白質(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，此反響稱(chēng)為雙縮脲反響，共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反響稱(chēng)為雙縮脲反響，雙縮脲反響可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。雙縮脲反響可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。二、蛋白質(zhì)的分別和純化二、蛋白質(zhì)的分別和純化一透析及超濾法一透析及超濾法* 透析透析(dialysis)：利用透：利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開(kāi)的方法。分子化合物分開(kāi)的方法。* 超濾法：運(yùn)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有超濾法：運(yùn)用正壓或離心力

34、使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截留分子量的超濾膜，到達(dá)濃縮蛋白質(zhì)溶液的一定截留分子量的超濾膜，到達(dá)濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。目的。二丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀二丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀 *運(yùn)用丙酮沉淀時(shí)，必需在運(yùn)用丙酮沉淀時(shí)，必需在04低溫下進(jìn)展，低溫下進(jìn)展，丙酮用量普通丙酮用量普通10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立刻分別。除了丙酮以質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立刻分別。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。外，也可用乙醇沉淀。 *鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等參與蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)外表或氯化鈉等參與蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)外

35、表電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。沉淀。 *免疫沉淀法：免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識(shí)別相應(yīng)的抗原蛋白，并構(gòu)成抗原體識(shí)別相應(yīng)的抗原蛋白，并構(gòu)成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分別獲得抗原蛋白。溶液中分別獲得抗原蛋白。 三電泳三電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極挪動(dòng)。這種的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極挪動(dòng)。這種經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而到達(dá)分別各種蛋白經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而到達(dá)分別各種蛋白質(zhì)的技術(shù)質(zhì)的技術(shù), 稱(chēng)為電泳稱(chēng)為電泳(elctrophoresis) 。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。膠電泳等。 幾種重要的蛋白質(zhì)電泳幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳：常用于蛋白質(zhì)分子聚丙烯酰胺凝膠電泳：常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定。量的測(cè)定。