蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-兼容2

1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章第一章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)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子相連形成的高分子含氮化合物，是生命活動(dòng)的載體。含氮化合物，是生命活動(dòng)的載體。蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié)n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 C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量其他元素，如：磷、有些蛋白質(zhì)含有少量其他元素

2、，如：磷、鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、碘等。鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、碘等。 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。根據(jù)生物樣品中的含氮量可以推算出蛋白根據(jù)生物樣品中的含氮量可以推算出蛋白質(zhì)的大致含量。質(zhì)的大致含量。一、組成人體蛋白質(zhì)的一、組成人體蛋白質(zhì)的20種種L- -氨基酸氨基酸存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，但余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，且均種，且均屬屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。COO-C+NH3L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RH非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族

3、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二、氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類性質(zhì)進(jìn)行分類n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸1. 1.脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 其他氨酸其他氨酸（ - -氨基酸）氨基酸）C O O-C+NH3RH2. 2.半胱氨酸半胱氨酸 胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3+-OO

4、C-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3 在蛋白質(zhì)翻譯后，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化在蛋白質(zhì)翻譯后，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。為羥脯氨酸和羥賴氨酸。3. 3.羥脯氨酸和羥賴氨酸羥脯氨酸和羥賴氨酸三、氨基酸的理化性質(zhì)三、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)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所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。處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子

5、和的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的中性。此時(shí)溶液的pH值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（二）含共軛雙

6、鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物所有所有氨基酸氨基酸及具有游離及具有游離-氨基的肽與茚氨基的肽與茚三酮反應(yīng)都產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)，只有脯氨酸和三酮反應(yīng)都產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)，只有脯氨酸和羥脯氨酸與

7、茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)。氨基羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)。氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色藍(lán)紫色化合化合物，其最大吸收峰在物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正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。比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成蛋白四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或活性肽質(zhì)或活性肽（一）（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽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

8、酸-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽鍵二肽二肽R2-N-CH COH-NH2-CH-CR1ONH2-CH-COR10N-CH COH-OH肽肽(peptide)是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。成的化合物。R3N-CH COH-三肽三肽十個(gè)以內(nèi)氨基酸構(gòu)成的肽稱為寡肽。十個(gè)以內(nèi)氨基酸構(gòu)成的肽稱為寡肽。十個(gè)以上氨基酸構(gòu)成的肽稱為多肽。十個(gè)以上氨基酸構(gòu)成的肽稱為多肽。氨基酸殘基N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游

9、離-羧基羧基的一端的一端 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在通常在50個(gè)以上，個(gè)以上，50個(gè)氨基酸殘基以下則仍個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。稱為多肽。（二）（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ nGSH與與GS

10、SG間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)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: 高級(jí)高級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)n定義定義:蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從

11、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至端至C-端的端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能功能的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，但但不是不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素唯一因素。二、二、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)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(duì)空間位構(gòu)，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)鏈的構(gòu)象。置，并

12、不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。n定義定義: : CR2-CR1-CO-COHNHHCO-N-HHCOR3N-CH-HCOR10N-CH-OHHn肽鏈主鏈骨架由氨基氮肽鏈主鏈骨架由氨基氮N N、CC和羰基和羰基C C等等3 3個(gè)個(gè)原子依次重復(fù)排列構(gòu)成。原子依次重復(fù)排列構(gòu)成。 （一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上肽鍵具有雙鍵屬性，參與肽鍵的肽鍵具有雙鍵屬性，參與肽鍵的6個(gè)原子個(gè)原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)

13、原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。 - -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 coil) （二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 （二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)1）右手螺旋結(jié)構(gòu)。）右手螺旋結(jié)構(gòu)。2）螺距為）螺距為0.54nm，每一圈，每一圈含有含有3.6個(gè)氨基酸殘基。個(gè)氨基酸殘

14、基。3）靠鏈內(nèi)氫鍵維持的，每）靠鏈內(nèi)氫鍵維持的，每個(gè)肽鍵的個(gè)肽鍵的N-H與第與第4個(gè)殘基個(gè)殘基的羰基氧形成氫鍵。的羰基氧形成氫鍵。4）側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋外側(cè)）側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋外側(cè)。 （三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)1）-折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。成的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。2）維持）維持-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的氫鍵在鏈與鏈之間形成，折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的氫鍵在鏈與鏈之間形成，由一條鏈上的羰基氧和另一條鏈上的氨基由一條鏈上的羰基氧和另一條鏈上的氨基N-H之間形之間形成。成。3）側(cè)鏈基團(tuán)交替地分布于片層平面兩側(cè)。）

15、側(cè)鏈基團(tuán)交替地分布于片層平面兩側(cè)。4）-折疊分平行式和反平行式。折疊分平行式和反平行式。 （四）（四） - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角也稱也稱-回折，存在于球狀蛋白中。其特點(diǎn)是肽鏈回回折，存在于球狀蛋白中。其特點(diǎn)是肽鏈回折折180，使得第一個(gè)氨基酸殘基的，使得第一個(gè)氨基酸殘基的C=O和與第四個(gè)殘基和與第四個(gè)殘基的的N-H形成氫鍵。形成氫鍵。（四）無(wú)規(guī)卷曲（四）無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。肽鏈結(jié)構(gòu)。（五）（五）二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體模體二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上二個(gè)或三個(gè)具有二

16、級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱為相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱為模體模體(motif) ，也被稱為，也被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。- -螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角（或環(huán)）轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-螺旋模體螺旋模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體n模體常見的形式模體常見的形式鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成一段肽

17、鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 多聚丙氨酸在多聚丙氨酸在pH7的水溶液中能形成的水溶液中能形成-螺旋，螺旋，多聚異亮氨酸不能形成多聚異亮氨酸不能形成螺旋，螺旋，多聚脯氨酸不能形成多聚脯氨酸不能形成螺旋。螺旋。多聚賴氨酸在多聚賴氨酸在pH7不形成不形成螺旋，而在螺旋，而在pH12時(shí)時(shí)自發(fā)形成自發(fā)形成螺旋。螺旋。n 實(shí)例實(shí)例1、 -螺旋螺旋肽鏈中脯氨酸經(jīng)常形成肽鏈中脯氨酸經(jīng)常形成-轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角，肽鏈中甘氨酸經(jīng)常形成肽鏈中甘氨酸經(jīng)常形成-轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。2、 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角三、三、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊多肽鏈在二級(jí)結(jié)

18、構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成三級(jí)結(jié)構(gòu)形成三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 范德華力等。范德華力等。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。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位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置殘基的相對(duì)空間位置 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較分子量較大的蛋白

19、質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域域 ( (domain) ) 。 大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100100至至200200個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出常分解出獨(dú)立獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。不改變，并保持其功能。 超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。 因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，因此，結(jié)構(gòu)域也可看

20、作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脫氫酶亞基的脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 （三）（三）蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而通過(guò)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)。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，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。使肽鏈正確折疊

21、。 分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)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布局和相互作用，稱為觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有許

22、多功能性蛋白質(zhì)分子含有2 2條或條或2 2條以上條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，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)的稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。由由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)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)

23、= = 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: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)n蛋白質(zhì)家族（蛋白質(zhì)家族（protein family） : 氨基酸序列相氨基酸序列相似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。n屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱為屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱為同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)（homologous protein） 。 n蛋白質(zhì)超家族蛋白質(zhì)超家族（superfamily） : 2 2個(gè)或個(gè)或2 2個(gè)以上的蛋個(gè)以上的蛋白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的

24、相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。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The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（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)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)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 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(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相

25、似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。以及功能也相似。 氨基酸殘基序號(hào)氨基酸殘基序號(hào)胰島素胰島素 A5 5 A6 6 A10 10 A3030 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 Ala Gly Val Ala 羊羊 Ala Ser Val Ala 馬馬 Thr Ser Ile Ala（三）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾?。ㄈ┲匾?/p>

26、白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病n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 glu 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，稱為稱為“分子病分子病”。n肌紅蛋白肌紅蛋白/ /血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) 二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似n肌紅蛋白肌紅蛋白(

27、 (myoglobin，Mb) ) 肌紅蛋白由一個(gè)多肽鏈和肌紅蛋白由一個(gè)多肽鏈和一個(gè)含鐵血紅素輔基組成，存一個(gè)含鐵血紅素輔基組成，存在于骨骼肌和心肌等組織。它在于骨骼肌和心肌等組織。它有有8 8段段 - -螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素位于螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素位于分子內(nèi)部的袋形空穴，以離子分子內(nèi)部的袋形空穴，以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈相連，肽鏈中的基酸側(cè)鏈相連，肽鏈中的F8F8組組氨酸殘基還與氨酸殘基還與FeFe2+2+形成配位結(jié)形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。部分穩(wěn)定結(jié)合。 n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb)

28、 )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個(gè)亞個(gè)亞基，基，每個(gè)亞基可結(jié)合每個(gè)亞基可結(jié)合1 1個(gè)個(gè)血紅素并攜帶血紅素并攜帶1 1分子氧分子氧。Hb亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白極為相似。與肌紅蛋白極為相似。 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 2結(jié)合后稱為結(jié)合后稱為氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占總占總Hb的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)（稱（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨O2 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合與氧結(jié)合肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線脫氧脫氧

29、Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵 血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)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)。入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。n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)合能后，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，稱為力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進(jìn)作用則稱為如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) ( (positive cooperativity) )如果是抑

30、制作用則稱為如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)( (negative cooperativity) )n別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)：若蛋白質(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)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)致疾病生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。發(fā)生。這類疾病包括這類疾病包括：人紋

31、狀體脊髓變性病、老：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，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。n瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第四節(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)The Physical and Chemical Chara

32、cters of Protein一、一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(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)電荷或正電荷的基團(tuán)。 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稱為稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。n蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(

33、isoelectric point, pI)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(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)。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜n蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:+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

34、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、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的在某些物理和化學(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(wú)空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。物活性的喪失。n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)n造成變性的因素造成變性的因素: :如如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、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重金屬離子及生物

35、堿試劑等 。 n變性的本質(zhì)變性的本質(zhì): :破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。n 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例: :臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。滅菌。此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)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。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)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，稱為象和功能，稱為復(fù)性復(fù)性(renaturation) 。在一定

36、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，因而從溶液中析出。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，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。淀，但并不變性。 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)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。 n蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)沉淀n蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)四、蛋白質(zhì)四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分

37、子中含有共軛雙鍵的酪氨酸由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的峰。蛋白質(zhì)的A280與其濃度呈正比關(guān)系，因此與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定?？勺鞯鞍踪|(zhì)定量測(cè)定。蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。三酮反應(yīng)。 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與蛋白質(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)稱為硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙雙縮脲反應(yīng)縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)溶液含量溶液含量 茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)第五節(jié)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein一、一、去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子的技術(shù)去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子的技術(shù)應(yīng)用正壓或離心力使蛋白