蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能緒緒 論論生物化學(xué)生物化學(xué)n早期主要是用化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)以及數(shù)早期主要是用化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)以及數(shù)學(xué)原理研究各種形式的生命現(xiàn)象。學(xué)原理研究各種形式的生命現(xiàn)象。n至至20世紀(jì)下半葉，生物化學(xué)進(jìn)入分子生物學(xué)世紀(jì)下半葉，生物化學(xué)進(jìn)入分子生物學(xué)時期，融入了遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物工時期，融入了遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物工程學(xué)、免疫學(xué)和生物信息學(xué)等理論和技術(shù)。程學(xué)、免疫學(xué)和生物信息學(xué)等理論和技術(shù)。n因此，生物化學(xué)是一門邊緣學(xué)科，也是生命因此，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?？茖W(xué)領(lǐng)域重要的領(lǐng)頭學(xué)科。 n生物化學(xué)，是研究生物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)生物化學(xué)，是研究生物

2、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)象的本反應(yīng)的科學(xué)，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。質(zhì)。n分子生物學(xué)，研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分分子生物學(xué)，研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控，子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控，揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性。揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性。生物化學(xué)生物化學(xué)生物化學(xué)發(fā)展簡史生物化學(xué)發(fā)展簡史分為三個階段：分為三個階段：n敘述生物化學(xué)階段敘述生物化學(xué)階段(18世紀(jì)中世紀(jì)中19世紀(jì)末世紀(jì)末)主要研究生物體的化學(xué)組成：系統(tǒng)研究了脂類、主要研究生物體的化學(xué)組成：系統(tǒng)研究了脂類、糖類、氨基酸；發(fā)現(xiàn)了核酸；分離了糖類、氨基

3、酸；發(fā)現(xiàn)了核酸；分離了Hb；證實(shí)；證實(shí)了肽鍵；合成了多肽了肽鍵；合成了多肽生物化學(xué)發(fā)展簡史生物化學(xué)發(fā)展簡史分為三個階段：分為三個階段：n動態(tài)生物化學(xué)階段動態(tài)生物化學(xué)階段(20世紀(jì)初世紀(jì)初)營養(yǎng)方面：必需氨基酸、營養(yǎng)必需脂肪酸及多營養(yǎng)方面：必需氨基酸、營養(yǎng)必需脂肪酸及多種維生素種維生素內(nèi)分泌方面：激素的發(fā)現(xiàn)、分離、合成內(nèi)分泌方面：激素的發(fā)現(xiàn)、分離、合成酶學(xué)方面：酶晶體酶學(xué)方面：酶晶體物質(zhì)代謝方面：主要物質(zhì)代謝途徑物質(zhì)代謝方面：主要物質(zhì)代謝途徑生物化學(xué)發(fā)展簡史生物化學(xué)發(fā)展簡史n分子生物學(xué)的崛起分子生物學(xué)的崛起(20世紀(jì)后半葉世紀(jì)后半葉)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 遺傳信息傳遞的中心法則

4、遺傳信息傳遞的中心法則 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的 -螺旋結(jié)構(gòu)、胰島素的序列分析螺旋結(jié)構(gòu)、胰島素的序列分析DNA克?。ㄖ亟M克隆（重組DNA技術(shù)）技術(shù)） 轉(zhuǎn)基因、基因敲除、基因診斷和治療、轉(zhuǎn)基因、基因敲除、基因診斷和治療、PCR基因組學(xué)和其他組學(xué)基因組學(xué)和其他組學(xué)人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃 HGP(human genome project)是由美國科是由美國科學(xué)家于學(xué)家于1985年率先提出，于年率先提出，于1990年正式啟動年正式啟動的。美國、英國、法國、德國、日本和我國的。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)科學(xué)家共同參與了這一價值達(dá)30億美元的人億美元的人類基因組計(jì)劃。與曼哈

5、頓原子彈計(jì)劃和阿波類基因組計(jì)劃。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。羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。研究內(nèi)容：遺傳圖譜，物理圖譜，序列圖譜，基因圖譜研究內(nèi)容：遺傳圖譜，物理圖譜，序列圖譜，基因圖譜 研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有710萬個基因，萬個基因，但人類基因總數(shù)實(shí)際在但人類基因總數(shù)實(shí)際在2.6383萬到萬到3.9114萬個之間，不超過萬個之間，不超過40,000，只是線蟲或果，只是線蟲或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因只有只有300個。個。蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)功能功能RNARNA組學(xué)組學(xué)代謝組學(xué)代謝組學(xué)糖

6、組學(xué)糖組學(xué) 生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容n生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物分子的結(jié)構(gòu)與功能n物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)n基因信息傳遞及其調(diào)控基因信息傳遞及其調(diào)控生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)n生物化學(xué)是聯(lián)系生物學(xué)各學(xué)科的生物化學(xué)是聯(lián)系生物學(xué)各學(xué)科的“橋梁橋梁”n生物化學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，是現(xiàn)代生物化學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的醫(yī)學(xué)發(fā)展的“催化劑催化劑”n生物化學(xué)的發(fā)展推動臨床醫(yī)學(xué)診斷、檢驗(yàn)、生物化學(xué)的發(fā)展推動臨床醫(yī)學(xué)診斷、檢驗(yàn)、治療手段的發(fā)展，加速了生物產(chǎn)業(yè)的崛起治療手段的發(fā)展，加速了生物產(chǎn)業(yè)的崛起教材綱要教材綱要n生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)

7、的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能酶酶教材綱要教材綱要n專題篇專題篇細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)癌基因、抑癌基因癌基因、抑癌基因周一周一周二周二周三周三/周四周四周四周四/周五周五第第1周周15/1019/10細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)與細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成化學(xué)組成蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)蛋白化學(xué)第第2周周22/1026/10酶酶酶酶酶酶核酸核酸第第3周周29/1002/11核酸核酸細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能生物氧化生物氧化第第4周周05/1109/11生物氧化生物氧化糖代謝糖代謝糖代謝糖代謝糖代謝糖代謝第第5周周12/1116

8、/11脂代謝脂代謝脂代謝脂代謝脂代謝脂代謝氨基酸代謝氨基酸代謝第第6周周19/1123/11氨基酸代謝氨基酸代謝核苷酸代謝核苷酸代謝核苷酸代謝核苷酸代謝細(xì)胞核細(xì)胞核第第7周周26/1130/11細(xì)胞核細(xì)胞核復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制第第8周周03/1207/12轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯翻譯翻譯第第9周周10/1214/12基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因工程基因工程基因工程基因工程第第10周周17/1221/12癌基因抑癌基因癌基因抑癌基因細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸細(xì)胞區(qū)室化與蛋白質(zhì)

9、的運(yùn)輸?shù)诘?1周周24/1228/12細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞運(yùn)動與細(xì)胞連接細(xì)胞信息傳遞細(xì)胞信息傳遞第第12周周31/1204/01細(xì)胞信息傳遞細(xì)胞信息傳遞細(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、凋亡和癌變細(xì)胞增殖、凋亡和癌變細(xì)胞增殖、凋亡和癌變第第13周周07/0111/01細(xì)胞增殖、凋亡和癌變細(xì)胞增殖、凋亡和癌變細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞分子生物學(xué)技術(shù)細(xì)胞生物細(xì)胞生物第一章第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能Structure and Function of Prote

10、in 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是許多氨基酸是許多氨基酸(amino acid)通過肽鍵通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分相連形成的高分子含氮化合物。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n蛋白質(zhì)是生物體的基本組成部分蛋白質(zhì)是生物體的基本組成部分含量高含量高人體固體成分的人體固體成分的45%，細(xì)胞干重的，細(xì)胞干重的70%以上以上分布廣分布廣所有的器官組織都含有蛋白質(zhì)，細(xì)胞的各個部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)分都含有蛋白質(zhì)p種類多種類多蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性n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)功能生物催

11、化劑生物催化劑代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)免疫防護(hù)免疫防護(hù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與存儲物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與存儲運(yùn)動與支持運(yùn)動與支持細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息傳遞n氧化供能氧化供能第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成主要元素主要元素C (5055%), H (67%), O (1924%), N (1319%), S (04%) 次要元素次要元素P, Fe, Cu, Zn, I, n體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)是蛋白質(zhì)體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)是蛋白質(zhì)n各種蛋白質(zhì)的平均含各種蛋白質(zhì)的平均含氮氮量為量為16% 100g樣品中蛋白質(zhì)的含量樣品中蛋白質(zhì)的含量 =每克樣品中含氮克數(shù)每克樣品中含氮克數(shù)6.25 10

12、01/16%n三聚氰胺的含氮量為三聚氰胺的含氮量為66%左右。左右。n三聚氰胺的價格只有蛋白三聚氰胺的價格只有蛋白原料的原料的1/5。 n三聚氰胺作為一種白色結(jié)三聚氰胺作為一種白色結(jié)晶粉末，無特殊氣味，水晶粉末，無特殊氣味，水溶性好，摻雜后不易被發(fā)溶性好，摻雜后不易被發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)。 一、氨基酸一、氨基酸n蛋白質(zhì)的基本組成單位蛋白質(zhì)的基本組成單位n組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種，且都種，且都是是L- -氨基酸氨基酸(甘氨酸甘氨酸除外除外)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( (一一) )氨基酸的分類氨基酸的分類n根據(jù)側(cè)鏈的結(jié)

13、構(gòu)和理化性質(zhì)分五類根據(jù)側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分五類：非極性脂肪族氨基酸：側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸非極性脂肪族氨基酸：側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸極性中性氨基酸：側(cè)鏈有極性但不帶電荷極性中性氨基酸：側(cè)鏈有極性但不帶電荷芳香族氨基酸：側(cè)鏈含芳香基團(tuán)芳香族氨基酸：側(cè)鏈含芳香基團(tuán)酸性氨基酸：側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)酸性氨基酸：側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)堿性氨基酸：側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)堿性氨基酸：側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸 極性中性氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸 堿性氨基酸堿性氨基酸n特殊氨基酸特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸(Pro)，環(huán)型結(jié)構(gòu)，屬于亞氨基酸，環(huán)型結(jié)構(gòu)，屬于亞氨基酸脯

14、氨酸在蛋白質(zhì)合成加工時可被羥基化修飾成脯氨酸在蛋白質(zhì)合成加工時可被羥基化修飾成羥脯氨酸羥脯氨酸甘氨酸甘氨酸(Gly)無旋光性、無無旋光性、無L-、D-型之分型之分CHH-OOC+H3N半胱氨酸半胱氨酸(Cys)+-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3胱氨酸胱氨酸-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3n修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基酸。沒

15、有相應(yīng)的編碼。如胱氨生成的氨基酸。沒有相應(yīng)的編碼。如胱氨酸、羥脯氨酸酸、羥脯氨酸(Hyp)、羥賴氨酸、羥賴氨酸(Hyl)n非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不存在的氨基非生蛋白氨基酸：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，酸。如瓜氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸，這些氨基酸是在代謝途徑中產(chǎn)生的。這些氨基酸是在代謝途徑中產(chǎn)生的。n習(xí)慣分類法習(xí)慣分類法：芳香族氨基酸芳香族氨基酸: Trp, Tyr, Phe含羥基氨基酸含羥基氨基酸: Tyr, Thr, Ser含硫氨基酸含硫氨基酸: Cys, Met支鏈氨基酸支鏈氨基酸: Val, Leu, Ile雜環(huán)族氨基酸雜環(huán)族氨基酸: His, Trp雜環(huán)

16、族亞氨基酸雜環(huán)族亞氨基酸: Pro( (二二) )氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)n兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)n紫外吸收性質(zhì)紫外吸收性質(zhì)n茚三酮反應(yīng)：當(dāng)氨基酸與茚三酮共熱時，茚三酮反應(yīng)：當(dāng)氨基酸與茚三酮共熱時，AA被氧化脫氨、脫羧，而茚三酮被還原，被氧化脫氨、脫羧，而茚三酮被還原，其還原產(chǎn)物與氨結(jié)合，再與另一分子茚三其還原產(chǎn)物與氨結(jié)合，再與另一分子茚三酮縮合成為藍(lán)紫色化合物，測酮縮合成為藍(lán)紫色化合物，測A570nm二、肽二、肽(一一)肽肽(peptide) 肽鍵肽鍵(peptide bond)是由一個氨基酸的是由一個氨基酸的 -羧基與另一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的 -氨基脫水縮氨基脫

17、水縮合而形成的化學(xué)鍵合而形成的化學(xué)鍵NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 多肽鏈多肽鏈n二肽、三肽、五肽二肽、三肽、五肽n寡肽寡肽(oligopeptide)、多肽、多肽(polypeptide)n氨基末端氨基末端(amino terminal)，也叫，也叫N-端端n羧基末端羧基末端(carboxyl terminal)，也叫，也叫C-端端n氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)n多肽鏈多肽鏈(

18、polypeptide chain)n多肽鏈從氨基末端走向羧基末端多肽鏈從氨基末端走向羧基末端n多肽與蛋白質(zhì)的分界多肽與蛋白質(zhì)的分界N末端末端C C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶(二二)生物活性肽生物活性肽n谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)n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n谷氨酸的谷氨酸的 -羧基羧基形成肽鍵形成肽鍵n-SH為活性基團(tuán)為活性基團(tuán)n為酸性肽為酸性肽n是體內(nèi)重要是體內(nèi)重要的還原劑的還原劑GSH的生物學(xué)功能的生物學(xué)功能nGSH的巰基具有還原性，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或的巰基具有還原性，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于

19、活性狀酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀態(tài)。態(tài)。n還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，使其變成，使其變成H2O。nGSH的巰基有嗜核特性，能與外源的嗜電子的巰基有嗜核特性，能與外源的嗜電子毒物結(jié)合，阻斷這些化合物與毒物結(jié)合，阻斷這些化合物與DNA、RNA或或蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒物損害。蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒物損害。GSH過氧化物酶過氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 肽類激素：如促甲狀腺素釋放激素（肽類激素：如促甲狀腺素釋放激素（TRH）神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2. 多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神

20、經(jīng)肽第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括： 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure)高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)或或空間構(gòu)象空間構(gòu)象一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)n定義：定義： 在蛋白質(zhì)分子中，從在蛋白質(zhì)分子中，從N-端至端至C-端的氨基酸排列順端的氨基酸排列順序序n主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵： 主要化學(xué)鍵是主要化學(xué)鍵是肽鍵肽鍵，蛋白質(zhì)分子中，蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的

21、位置二硫鍵的位置也屬于一級結(jié)構(gòu)的范疇也屬于一級結(jié)構(gòu)的范疇胰島素的一級結(jié)構(gòu)胰島素的一級結(jié)構(gòu)3021二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)n定義：定義： 蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該蛋白質(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)象氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象n主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 ( (一一) )肽單元肽單元 參與肽鍵的參與肽鍵的6個原個原子子C 1，C，O，N，H，C 2位于同一位于同一平面，平面， C 1和和C 2在平面上所處的位在平面上所處的位置為反式構(gòu)型，此置為反式構(gòu)型，此

22、同一平面上的同一平面上的6個個原子構(gòu)成了所謂的原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元CNHH0.1320.1460.151CR20.124R1CHO相鄰肽單元的旋轉(zhuǎn)性相鄰肽單元的旋轉(zhuǎn)性NH3+CO2-C肽鏈骨架肽單元蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的模型蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的模型n蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式 -螺旋螺旋( -helix) -折疊折疊( -pleated sheet) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角( -turn)無規(guī)則卷曲無規(guī)則卷曲(random coil)n維系二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要化學(xué)鍵維系二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要化學(xué)鍵氫鍵氫鍵(二二) -螺旋螺旋( -helix)左手螺旋和右手螺旋左手螺旋和右手螺旋: :p多

23、肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋，側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。旋，側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。p每圈螺旋含每圈螺旋含3.6個氨基酸，螺個氨基酸，螺距為距為0.54nm。p每個肽鍵的羰基氧和第四個每個肽鍵的羰基氧和第四個肽鍵的氨基氫形成的氫鍵保肽鍵的氨基氫形成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與螺旋長持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與螺旋長軸基本平行軸基本平行。*Pro的的N上缺少上缺少H，不能形成，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在 -螺旋的螺旋的末端，它改變多肽鏈的方向末端，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋并終止螺旋 脯氨酸脯氨酸(Pro)(三三) -折疊折疊( -pleated sheet)n結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)

24、構(gòu)要點(diǎn)：多肽鏈充分伸展，每個肽單元以多肽鏈充分伸展，每個肽單元以C 為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈交替地位于鋸齒依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方狀結(jié)構(gòu)的上下方兩段以上兩段以上 -折疊結(jié)構(gòu)平行排列，可以順向平行，折疊結(jié)構(gòu)平行排列，可以順向平行，也可以反向平行也可以反向平行每兩鏈之間的肽鍵形成氫鍵，從而維持每兩鏈之間的肽鍵形成氫鍵，從而維持 -折疊折疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定NNCN N C CC順向平行順向平行 反向平行反向平行(四四) -轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲n -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角( -turn)肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180回折回折通常含有通常含有4個氨基酸殘基，

25、第一個殘基的羰個氨基酸殘基，第一個殘基的羰基氧與第四個殘基的氨基氫形成氫鍵基氧與第四個殘基的氨基氫形成氫鍵第二個氨基酸殘基通常為脯氨酸第二個氨基酸殘基通常為脯氨酸n無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲沒有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)沒有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu) N4CHCC3CHNHO=C2CHNC1CHNRRHOHRROHO( (五五) )模體模體在蛋白質(zhì)分子中，二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽在蛋白質(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，形成一個有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組段，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，被稱為合，被稱為超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)組合形式有。二級結(jié)構(gòu)組合形式有3種：種： 模體模體

26、(motif)具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)，它是由蛋白質(zhì)分子中二個或具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)，它是由蛋白質(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，形成一個特殊功能的空間構(gòu)象特殊功能的空間構(gòu)象一些常見的模體：一些常見的模體：鋅指鋅指螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈DNA結(jié)合蛋白的鋅指結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白的鋅指結(jié)構(gòu)模體模體鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體亮亮氨氨酸酸拉拉鏈鏈(六六)側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響n影響影響 -螺旋形成的因素螺旋形成的因素p脯氨

27、酸的剛性五元環(huán)，影響氫鍵的形成，不脯氨酸的剛性五元環(huán)，影響氫鍵的形成，不形成形成-螺旋。螺旋。p多個酸性或堿性氨基酸殘基相鄰，由于同性多個酸性或堿性氨基酸殘基相鄰，由于同性電荷彼此相斥，妨礙電荷彼此相斥，妨礙-螺旋的形成。螺旋的形成。p側(cè)鏈較大的氨基酸殘基，如天冬酰胺、亮氨側(cè)鏈較大的氨基酸殘基，如天冬酰胺、亮氨酸等，也影響酸等，也影響-螺旋形成。螺旋形成。n影響影響 -折疊形成的因素折疊形成的因素p要求氨基酸的側(cè)鏈較小要求氨基酸的側(cè)鏈較小三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)n定義：定義： 整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈所有原子

28、在三維空間的排布位也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置置n穩(wěn)定因素：穩(wěn)定因素： 次級鍵次級鍵疏水作用疏水作用、離子鍵、離子鍵(鹽鍵鹽鍵)、氫鍵和、氫鍵和Van der Waals力力 共價鍵共價鍵二硫鍵也參與維持三級結(jié)構(gòu)二硫鍵也參與維持三級結(jié)構(gòu)N 端端 C端端肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 分子量較大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)?？烧郫B成分子量較大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)常可折疊成多個結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，各行其功能，多個結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，各行其功能，稱為稱為結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域 分子伴侶分

29、子伴侶(chaperon)n定義：定義： 通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折通過提供一個保護(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)的一類蛋白疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)的一類蛋白質(zhì)質(zhì) 許多分子伴侶是許多分子伴侶是ATP酶酶n作用：作用：可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合后松開，可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合后松開，如此反復(fù)進(jìn)行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈如此反復(fù)進(jìn)行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊正確折疊與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊其正確折疊對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要作用對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要作用

30、四、四級結(jié)構(gòu)四、四級結(jié)構(gòu)n亞基亞基(subunit)： 每條具有完整的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基每條具有完整的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基n四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)： 蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸蛋白質(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)部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)n各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵五、蛋白質(zhì)的分類五、蛋白質(zhì)的分類n根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(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n根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

31、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) （輔基）（輔基）六、蛋白質(zhì)組學(xué)六、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組（蛋白質(zhì)組（proteome）是指一種細(xì)胞或一）是指一種細(xì)胞或一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即“一種基一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”。 蛋白質(zhì)組學(xué)（蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）以細(xì)胞內(nèi)全部）以細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動方式為研究對象。蛋白質(zhì)的存在及其活動方式為研究對象。蛋白質(zhì)組學(xué)研究內(nèi)容：蛋白質(zhì)組學(xué)研究內(nèi)容：蛋白質(zhì)表達(dá)譜蛋白質(zhì)表達(dá)譜蛋白質(zhì)翻譯后修飾譜蛋白質(zhì)翻譯后修飾譜蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位圖蛋白質(zhì)亞

32、細(xì)胞定位圖蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用圖蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用圖蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)及數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)及數(shù)據(jù)庫（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺 技術(shù)路線：技術(shù)路線： 雙向電泳技術(shù)雙向電泳技術(shù) 基質(zhì)輔助激光解析飛行時間質(zhì)譜技術(shù)基質(zhì)輔助激光解析飛行時間質(zhì)譜技術(shù)（MALDI-TOF） 電噴霧質(zhì)譜技術(shù)（電噴霧質(zhì)譜技術(shù)（ES-MS） 液相層析質(zhì)譜技術(shù)（液相層析質(zhì)譜技術(shù)（LS/MS/MS） 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片 蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是高通量，高效率的。蛋白質(zhì)組學(xué)的研究是高通量，高效率的。 雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取 蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜

33、分析蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析 （三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義（三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義解析蛋白質(zhì)的表達(dá)與功能的全貌，為生解析蛋白質(zhì)的表達(dá)與功能的全貌，為生命活動規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)；為多種疾病發(fā)生命活動規(guī)律提供物質(zhì)基礎(chǔ)；為多種疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制的闡明及攻克提供理論根據(jù)和解決發(fā)展機(jī)制的闡明及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。途徑。第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)基礎(chǔ)( (一一) )一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶二二硫硫鍵鍵 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性

34、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狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性( (二二) )一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 大量實(shí)驗(yàn)證明，一級結(jié)構(gòu)相似的多肽和蛋大量實(shí)驗(yàn)證明，一級結(jié)構(gòu)相似的多肽和蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似n蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是由遺傳信息決定的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是由遺傳信息決定的 氨基酸殘基序號氨基酸殘基序號 胰島素胰島素 A5 A6 A10 B30 人人 Thr Ser Ile Thr 豬豬 Thr Ser Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile Ala 兔兔 Thr Gly Ile Ser 牛牛 A

35、la Gly Val Ala 羊羊 Ala Ser Val Ala 馬馬 Thr Ser Ile Ala不不同同生生物物來來源源的的細(xì)細(xì)胞胞色色素素c中中不不變變的的AA殘殘基基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素血紅素細(xì)胞色素細(xì)胞色素c分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)不變的不變的AA殘基殘基 35個不變

36、的個不變的AA殘基，是殘基，是Cyt C 的生物功能所不的生物功能所不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別識別”并結(jié)合并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。不同種屬不同種屬氨基酸殘基的差異數(shù)目氨基酸殘基的差異數(shù)目分歧時間分歧時間(百萬年百萬年)人人-猴猴150-60人人-馬馬1270-75人人-狗狗1070-75豬豬-牛牛-羊羊0馬馬-牛牛360-65哺乳類哺乳類-雞雞10-15280哺乳類哺乳類-猢猢17-21400脊椎動物脊椎動物-酵母酵母43-481,10

37、0細(xì)胞色素細(xì)胞色素C分子中氨基酸殘基的差異數(shù)目及分歧時間分子中氨基酸殘基的差異數(shù)目及分歧時間 （三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息物種進(jìn)化過程中越接物種進(jìn)化過程中越接近的生物，它們的細(xì)胞色近的生物，它們的細(xì)胞色素素c一級結(jié)構(gòu)越近似一級結(jié)構(gòu)越近似n蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象和特異生物蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是空間構(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)學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素象的唯一因素（四）重要的氨基酸序列改變可引起疾病（四）重要的氨基酸序列改變可引起疾病 鐮刀形紅細(xì)胞貧血鐮刀形紅細(xì)胞貧血-鏈鏈 1 2 3 4 5 6 7Hb-

38、A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys鐮刀形細(xì)胞貧血病是一種致死性鐮刀形細(xì)胞貧血病是一種致死性疾病，但它能抵抗瘧疾。疾病，但它能抵抗瘧疾。 分子?。悍肿硬。?由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病。由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病。 病因：基因突變所致病因：基因突變所致二、蛋白質(zhì)功能依賴特定的空間結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)功能依賴特定的空間結(jié)構(gòu)( (一一) )相似的空間結(jié)構(gòu)有相似的功能相似的空間結(jié)構(gòu)有相似的功能 肌紅蛋白肌紅蛋白 血紅蛋白血紅蛋白（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧

39、結(jié)合 協(xié)同效應(yīng)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)合一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合 后，后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的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，稱為現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 促進(jìn)作用稱為促進(jìn)作用稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)(positive cooperativity)抑制作用稱為抑制作用稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)(negative cooperativity)變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)

40、凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相互作凡蛋白質(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)（或亞基）功用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的能的變化，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。( (三三) )蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象?。旱鞍踪|(zhì)構(gòu)象?。?若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，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)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)生重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。n蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相蛋白質(zhì)構(gòu)象病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯誤折

41、疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，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的病理改變n這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病癥、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病 瘋牛病：由朊病毒蛋白瘋牛?。河呻貌《镜鞍?prion protein, PrP)引起引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變的一組人和動物神經(jīng)退行性病變 正常的正常的PrP富含富含 -螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc， PrPc在某在某 種未知的蛋白的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)槿珵榉N未知的

42、蛋白的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)槿珵?-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。 PrPc PrPsc -螺旋螺旋 -折疊折疊 水溶性差，對蛋白酶不敏感，對熱穩(wěn)定水溶性差，對蛋白酶不敏感，對熱穩(wěn)定第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化及其分離純化一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)( (一一) )蛋白質(zhì)的兩性電離性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性電離性質(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)，在一定的溶氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液液pH條件條件下可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的下可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)?；鶊F(tuán)。 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)

43、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，蛋白質(zhì)解離時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的子，凈電荷為零，此時溶液的pH成為蛋白成為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。質(zhì)的等電點(diǎn)。PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性離子pH=pI陽離子pHpIAmino acidpIM.W.Glycine5.9775Alanine6.0089Valine5.96117Leucine5.98131Isoleucine6.021

44、31Phenylalanine5.48165Proline6.30115tryptophan5.89204serine5.68105tyrosine5.66181Amino acidpIM.W.cystein5.07121methionine5.74149asparagine5.41132glutamine5.65146cystein5.60119a s p a r t i c acid2.97133g l u t a m i c acid3.22147Lysine9.74146Arginine10.76174Histidine7.59155n人體大部分蛋白質(zhì)的人體大部分蛋白質(zhì)的pI 為為 5

45、.0左右左右, 因此在生因此在生理理pH7.4環(huán)境下帶負(fù)電荷。環(huán)境下帶負(fù)電荷。 npI 7.4: 堿性蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白堿性蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白npI 7.4: 酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白 利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可以通過電泳、利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可以通過電泳、離子交換層析等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。離子交換層析等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。( (二二) )蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)n蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可 自自1萬至萬至100萬萬KD之間，其分子的直徑之間，其分子的直徑 可達(dá)可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)

46、。，為膠粒范圍之內(nèi)。n膠體性質(zhì)：布朗運(yùn)動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電膠體性質(zhì)：布朗運(yùn)動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電 泳現(xiàn)象、不能透過半透膜、具有吸附能力泳現(xiàn)象、不能透過半透膜、具有吸附能力維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定性的因素：維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定性的因素：n表面電荷表面電荷n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作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉( (三三) )蛋白質(zhì)

47、的變性蛋白質(zhì)的變性n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)(denaturation) 在某些物理和化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化分子的空間構(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，稱為蛋白性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。質(zhì)的變性。n變性的本質(zhì)：變性的本質(zhì)： 二硫鍵和非共價鍵的破壞二硫鍵和非共價鍵的破壞n蛋白質(zhì)變性后性質(zhì)的改變：蛋白質(zhì)變性后性質(zhì)的改變： 溶解度降低，粘性增加，結(jié)晶能力消失，溶解度降低，粘性增加，結(jié)晶能力消失， 生物活性喪失，易被蛋白酶水解生物活性喪失，易被蛋白酶水解n導(dǎo)致變

48、性的因素：導(dǎo)致變性的因素： 加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離加熱、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子及生物堿試劑n臨床應(yīng)用：臨床應(yīng)用：變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑( (如疫苗如疫苗等等) )的必要條件的必要條件n蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)沉淀： 蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈暴露在外蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈暴露在外肽鏈融匯相互纏繞繼而聚集，因而從溶液肽鏈融匯相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出，這一現(xiàn)象被稱為蛋白質(zhì)沉淀。中析出，這一現(xiàn)象被稱為蛋白質(zhì)沉淀。變性的蛋白質(zhì)易于發(fā)生沉淀變

49、性的蛋白質(zhì)易于發(fā)生沉淀沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性變性的蛋白質(zhì)也不一定沉淀變性的蛋白質(zhì)也不一定沉淀n復(fù)性復(fù)性(renaturation)： 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后若蛋白質(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。和功能，稱為復(fù)性。 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性變性（尿素、變性（尿素、-巰基乙醇）巰基乙醇）復(fù)性（去除尿素、復(fù)性（去除尿素、-巰基乙醇）巰基乙醇）非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性n蛋白質(zhì)的凝固蛋白質(zhì)的凝固(protein coagulation)： 蛋白質(zhì)變性后的

50、絮狀物經(jīng)加熱后可變成比蛋白質(zhì)變性后的絮狀物經(jīng)加熱后可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)堿和較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)堿和強(qiáng)酸中，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的凝固。強(qiáng)酸中，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的凝固。 ( (四四) )、蛋白質(zhì)的紫外、蛋白質(zhì)的紫外吸收吸收蛋白質(zhì)分子中含有蛋白質(zhì)分子中含有共軛共軛雙鍵結(jié)構(gòu)雙鍵結(jié)構(gòu)的的色氨酸色氨酸和和酪酪氨酸氨酸，因此在，因此在280nm波波長處有特征性吸收。在長處有特征性吸收。在此波長范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)此波長范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)的的OD280與其濃度呈正比與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定定量測定( (五五) )、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

51、n茚三酮反應(yīng)：茚三酮反應(yīng)： 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生茚三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生茚三酮反應(yīng)n雙縮脲反應(yīng)：雙縮脲反應(yīng)： 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共蛋白質(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，稱為雙縮脲反應(yīng)熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，稱為雙縮脲反應(yīng) * *雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度 思考題：思考題： 某研究生利用紫外分光光度法測量一個八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，測量得到的肽分子在溶液中的含量，測量得到的OD280的值接近于的值接近于0，該研究生認(rèn)為溶液中不含有，該研究生認(rèn)為

52、溶液中不含有此八肽分子。其檢測結(jié)果是否可信？為什此八肽分子。其檢測結(jié)果是否可信？為什么？么？(八肽序列如下：八肽序列如下：Ser-Leu-Glu-Pro-Asn-Thr-Gly-Met)第五節(jié)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離、純化蛋白質(zhì)的分離、純化與結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)分析一、透析及超濾法一、透析及超濾法n透析：利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分透析：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子化合物分開的方法n超濾法：超濾法： 應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液應(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)溶液的目的縮蛋白質(zhì)溶液的目的透析、超濾透析、超濾

53、二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀n丙酮沉淀：丙酮沉淀： 使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時，必須在時，必須在04低溫低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀n鹽析鹽析(salt precipitation)： 將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白將硫酸銨、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)沉淀化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀n免疫沉淀：免

54、疫沉淀： 將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗將某一純化蛋白質(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性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白原蛋白三、電泳三、電泳(electrophoresis) 蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達(dá)到分離這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù)，稱為電泳各種

55、蛋白質(zhì)的技術(shù)，稱為電泳n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)分子量的測定。量的測定。等電聚焦電泳：通過蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分等電聚焦電泳：通過蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。離蛋白質(zhì)的電泳方法。雙向凝膠電泳：是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)雙向凝膠電泳：是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。SDS-PAGE電泳電泳等電聚焦電泳等電聚焦電泳：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在其等電點(diǎn)時，凈電荷為零，在電場中不當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在其等電點(diǎn)時，凈電荷為零，在電場中不再移動。再移動。+5.06.07.0穩(wěn)定pH梯度5.06.07.0穩(wěn)定pH梯度通電+雙向電泳

56、雙向電泳四、層析四、層析 層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理分離蛋白質(zhì)的原理 待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達(dá)到分分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的離蛋白質(zhì)的目的OD280nmElution volumeElutionbufferProtein mixtureProtein 2

57、Protein 1Solidphasecapableofreactingwithproteinsto beseparatedn蛋白質(zhì)分離常用的層析方法蛋白質(zhì)分離常用的層析方法離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進(jìn)行分離。不同進(jìn)行分離。凝膠過濾凝膠過濾(gel filtration)又稱分子篩層析：利用又稱分子篩層析：利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。親和層析：利用對配體的特異生物學(xué)親和力的親和層析：利用對配體的特異生物學(xué)親和力的純化方法純化方法離子交換層析離子交換層析Ionic exchangecolumn withposi

58、tive chargeMore negatively chargedproteins bind to the solidphase tightly, and strongerelution buffer is needed toelute them out the columnLess negatively chargedproteins bind to the solidphase loosely, and weakelution buffer can be used toelute them out the columnLarge proteins thatare unable to en

59、terthe porous beads willpass by and flow outdirectlySmall proteins canenter the porousbeads, and have alonger stationarytimePorous beadsallow the smallproteins enter凝膠過濾層析（分子篩層析）凝膠過濾層析（分子篩層析）Exchange columnwith the ligandsfor bindingspecial proteinsProteins havingstrong bindingaffinity with theligad

60、sProteins havingweak bindingaffinity with theligads親和層析親和層析五、超速離心五、超速離心 超速離心法超速離心法(ultracentrifugation)既可既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量白質(zhì)的分子量* 蛋白質(zhì)在離心場中的行為用蛋白質(zhì)在離心場中的行為用沉降系數(shù)沉降系數(shù)(sedimentation coefficient, S)表示表示,沉降沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。supernatantPellet(nuclei)600 g，3 minPellet