生物化學(xué)(1)(2)

1、第一章 緒論（2學(xué)時(shí)）一、生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能基礎(chǔ)，是生物化學(xué)研究的基本對(duì)象。生物分子和結(jié)構(gòu)與功能：探討生物體的物質(zhì)組成以及分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)：物質(zhì)代謝的規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化及其調(diào)節(jié)控制。二、生物化學(xué)的定義簡單地說生物化學(xué)就是研究生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。具體來說生物化學(xué)是用物理的、化學(xué)的原理與技術(shù)，從分子水平來研究生物體的化學(xué)組成、生命活動(dòng)的基本規(guī)律及調(diào)節(jié)方式，從而闡述生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的一門科學(xué)。三、生物化學(xué)的分類根據(jù)研究對(duì)象不同，生物化學(xué)可分為： 植物生物化學(xué)動(dòng)物生物化學(xué)微生物生物化學(xué)和病毒生物化學(xué)。根據(jù)研究的目的不一樣，生化又可分為：農(nóng)

2、業(yè)生物化學(xué)工業(yè)生物化學(xué)醫(yī)用生物化學(xué)和藥物生物化學(xué)。四、生物化學(xué)發(fā)展簡史 起源于18世紀(jì)晚期、發(fā)展于19世紀(jì)、直到20世紀(jì)初始成獨(dú)立學(xué)科。依據(jù)發(fā)展過程及其特點(diǎn)可大致劃分為： 起始階段 - 敘述生化 (descriptive) 快速發(fā)展階段 - 動(dòng)態(tài)生化 (dynamic) 分子生物學(xué)崛起 - 機(jī)能生化 (functional)第二章 蛋白質(zhì)（10學(xué)時(shí)）第一節(jié) 通論蛋白質(zhì)（protein）在生物體內(nèi)具有廣泛和重要的生理功能，它不僅是各器官、組織的主要化學(xué)組成，且生命活動(dòng)中各種生理功能的完成大多是通過蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的，而且蛋白質(zhì)在其中還起著關(guān)鍵的作用，所以蛋白質(zhì)是生物化學(xué)學(xué)科中傳統(tǒng)、基礎(chǔ)的內(nèi)容，在分子

3、生物學(xué)學(xué)科中又是發(fā)展最快、最重要的部分之一，protein一詞就是來自1938年Jons J Berzelius創(chuàng)造的希臘單詞protios，意為第一或最重要的意思。一、蛋白質(zhì)的概念蛋白質(zhì)（protein，簡寫pro): 是由20種L-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有穩(wěn)定構(gòu)象和一定生物功能的生物大分子。二、蛋白質(zhì)的分類三、蛋白質(zhì)的元素組成1.共有的元素有C、H、O、N，其次S、稀有P等2.其中N元素的含量相對(duì)恒定，占13%19%，平均為16%，因此通過樣品中含氮量的測(cè)定，乘以6.25，即可推算出其中蛋白質(zhì)的含量（凱氏定氮法）。四、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能.蛋白質(zhì)是生命的表征，哪里

4、有生命活動(dòng)哪里就有蛋白質(zhì)1.酶：作為酶的化學(xué)本質(zhì)，溫和、快速、專一，任何生命活動(dòng)之必須，酶的另一化學(xué)本質(zhì)是RNA，不過它比蛋白質(zhì)差遠(yuǎn)了，種類、速度、數(shù)量。2.免疫系統(tǒng)：防御系統(tǒng)，抗原（進(jìn)入“體內(nèi)”的生物大分子和有機(jī)體），發(fā)炎。細(xì)胞免疫：T細(xì)胞本身，分化，膿細(xì)胞。體液免疫：B細(xì)胞，釋放抗體，導(dǎo)彈，免疫球蛋白（Ig）。3.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白互動(dòng)的結(jié)果。4.運(yùn)輸和儲(chǔ)存氧氣：Hb和Mb。5.激素：含氮類激素，固醇類激素。6.基因表達(dá)調(diào)節(jié)：操縱子學(xué)說，阻遏蛋白。7.生長因子：EGF（表皮生長因子），NGF（神經(jīng)生長因子），促使細(xì)胞分裂。8.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白

5、。9.結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質(zhì)堆積而成，人的長相也是由蛋白質(zhì)決定的。10.精神、意識(shí)方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類是目前熱門課題。 第二節(jié) 氨基酸（amino acids）-蛋白質(zhì)組成單位氨基酸（amino acid, aa)：蛋白質(zhì)的基本組成單位，是含氨基的羧酸。是羧酸分子中C上的一個(gè)H被氨基取代而成的化合物。一、氨基酸的一般結(jié)構(gòu)特征大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位或構(gòu)件分子（building-block molecule）是氨基酸（amino acid，AA）。在種類上，雖然自然界中存在著300多種氨基酸，但

6、構(gòu)成蛋白質(zhì)的只有20種氨基酸，且都是L-氨基酸，在蛋白質(zhì)生物合成時(shí)它們受遺傳密碼控制。另外,組成蛋白質(zhì)的氨基酸，不存在種族差異和個(gè)體差異。在20種氨基酸中，除甘氨酸不具有不對(duì)稱碳原子和脯氨酸是亞氨基酸外，其余均為-氨基酸。氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式為：氨基酸的構(gòu)型：自然選擇L-型，D-型氨基酸沒有營養(yǎng)價(jià)值，僅存在于纈氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，沒有在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。二、氨基酸的分類和結(jié)構(gòu)1.按側(cè)鏈R基的極性<1>極性氨基酸：親水氨基酸：溶解性較好，酸性氨基酸、堿性氨基酸、含巰基、羥基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、As

7、n。<2>非極性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性較差，具有烷烴鏈、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp、Phe。20種基本氨基酸的表示方法有下列幾種：（1）中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20種要會(huì)背。（2）英文名：3字名，如Gly、Cys等，20種要會(huì)背。（3）按順序演示，記憶技巧。Ala Arg Asp Asn Cys Glu Gln Gly His Ile丙 精 天 天冬酰氨 半 谷

8、 谷氨酰氨 甘 組 異亮Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val亮 賴 甲硫 苯丙 脯 絲 蘇 色 酪 纈氨基酸的具體結(jié)構(gòu)：20種全部記住，僅注意R。講解順序：甘Gly（最特殊，唯一無旋光性）、丙Ala（顧名思義）、苯丙Phe（顧名思義）。酪Tyr（有-苯酚基）、半胱Cys（-巰基）、絲Ser（-羥基）、蘇Thr（-羥基）、天冬Asp（酸性

9、氨基酸，-羧基）、天冬酰胺Asn（-酰胺）、色Trp（-吲哚基）、組His（-咪唑基）。谷Glu（酸性氨基酸，-羧基）、谷氨酰胺Gln（-酰胺）、甲硫Met（-甲硫基）。精Arg（-胍基）。賴Lys（堿性氨基酸，-氨基）。纈Val、亮Leu、異亮Ile：都是烷烴鏈。脯Pro（亞氨基）。2.按側(cè)鏈R基的結(jié)構(gòu)<1>脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2羧基1氨基：Glu、Asp），堿性氨基酸（2氨基1羧基：Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）<2>芳香族氨基酸：含苯環(huán)：Phe、Tyr<3>雜環(huán)氨基酸： His（也是堿性氨基酸）、Pro、Trp3.按

10、氨基酸營養(yǎng)價(jià)值<1>必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能從食物中補(bǔ)充，共有8種：Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val<2>半必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物雖然能夠合成，但數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)體的需求，尤其是在胚胎發(fā)育以及嬰幼兒期間，基本上也是由食物中補(bǔ)充，只有2種：Arg、His。有時(shí)也不分必需和半必需，統(tǒng)稱必需氨基酸，這樣就共有10種。<3>非必需氨基酸：人和哺乳動(dòng)物能夠合成，能滿足機(jī)體需求的氨基酸，其余10種4.非基本氨基酸<1>氨基酸的衍生物：蛋白質(zhì)分子中尚含有一些經(jīng)修飾的氨基酸，并無遺傳密碼編碼，它們

11、往往是在蛋白質(zhì)生物合成后，由其中相應(yīng)氨基酸經(jīng)加工修飾生成。如胱氨酸是由2個(gè)半胱氨酸脫氫氧化生成，含有二硫鍵，存在于部分蛋白質(zhì)分子中；而羥賴氨酸與羥脯氨酸來自蛋白質(zhì)中賴氨酸和脯氨酸的羥化，主要存在于膠原蛋白分子中，它與膠原蛋白分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與功能均有關(guān)；一些凝血因子分子中含有羧基谷氨酸，也來自蛋白質(zhì)分子中谷氨酸的羧化，且與其凝血活性密切有關(guān)；而一些酶蛋白分子中的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸羥基，還可與磷酸結(jié)合被磷酸化等，更與酶活性的調(diào)節(jié)功能密切相關(guān)。<2>非蛋白氨基酸：僅游離存在，瓜氨酸、鳥氨酸、-丙氨酸<3>D-氨基酸：纈氨霉素、短桿菌肽中含有。三、氨基酸的性質(zhì)1.物理性質(zhì)&

12、lt;1>溶解性：溶解于水，特別是稀酸稀堿溶液，不溶于乙醇、氯仿等有機(jī)溶劑。<2>紫外吸收：有共軛雙鍵的物質(zhì)都具有紫外吸收，在20種基本aa中，有4種是具有共軛雙鍵的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收比較弱，Trp、Tyr、Phe均有3個(gè)雙鍵共軛，紫外吸收較強(qiáng)，其中Trp的紫外吸收最厲害，是蛋白質(zhì)紫外吸收特性的最大貢獻(xiàn)者。2.化學(xué)性質(zhì)<1>兩性解離和等電點(diǎn)：氨基酸是個(gè)兩性電解質(zhì)，既可進(jìn)行酸解離也可進(jìn)行堿解離，用解離方程式表示，這樣，氨基酸在水溶液中就可能帶電，+或-，以及呈電中性，到底是什么情況，完全由溶液的PH值來決定。等電點(diǎn)

13、：如果調(diào)節(jié)溶液的PH值使得氨基酸所帶正負(fù)電荷相等，即凈電荷為零時(shí)溶液的pH值即為該氨基酸的等電點(diǎn)。PI是氨基酸的重要常數(shù)之一，它的意義在于，物質(zhì)在PI處的溶解度最小，是分離純化物質(zhì)的重要手段。<2>等電點(diǎn)的計(jì)算：對(duì)于所有的R基團(tuán)不解離的氨基酸而言（即解離只發(fā)生在-羧基和-氨基上），計(jì)算起來非常簡單：PI（PK1+PK2）/2若是碰到R基團(tuán)也解離的，氨基酸就有了多級(jí)解離，這個(gè)公式就不好用了，比如Lys、Glu等。在這種情況下可以按下面的步驟來計(jì)算： 一氨基二羧基氨基酸,其公式為: pI=(pK1+Pk2)/2二氨基一羧基氨基酸,其公式為: pI=(pK2+pK3)/2氨基酸等電點(diǎn)范圍

14、 中性aa:PI 5.06.5 酸性aa:PI 2.73.2 堿性aa:PI 9.510.7如果給不同的aa溶液通以電流: PH>PI aa- 向陽極移動(dòng) PH<PI aa+ 向陰極移動(dòng) PH=PI aa為兩性離子 不發(fā)生電泳在一定pH范圍中，溶液的pH離AA等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，AA帶凈電荷愈多。在電場中移動(dòng)愈快。因此,帶電顆粒的遷移速度與其所帶凈電荷多少,分子大小,分子形狀有關(guān).<3>紫外吸收特征<4>氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)-氨基和-羧基共同參加的反應(yīng)（1）茚三酮反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。 (2)成肽反應(yīng)-氨基參加的反應(yīng)（1）DNFB（二硝基氟苯，Sa

15、nger試劑），蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析。（2）PITC（苯異硫氰酸酯，Edman試劑）蛋白質(zhì)N端測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)分析。（3）甲醛滴定aa含量：（封閉氨基）。-羧基參加的反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)(1)黃色反應(yīng)-芳香族氨基酸（色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）芳香族氨基酸遇濃硝酸生成黃色硝基苯衍生物，在堿性溶液中，進(jìn)一步形成深橙色的硝醌酸鈉。(2)乙醛酸反應(yīng)-色氨酸特有反應(yīng)色氨酸在濃硫酸中與乙醛酸反應(yīng)生成紅紫色物質(zhì)。(3) 福林(Folin)反應(yīng)-酪氨酸酪氨酸在堿性條件下與Folin試劑中的磷鉬酸磷鎢酸反應(yīng)生成藍(lán)色化合物。第三節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一.肽與肽鍵<1>肽鍵（peptide bond）是蛋白質(zhì)分子中

16、的主要共價(jià)鍵，性質(zhì)比較穩(wěn)定。它雖是單鍵，但具有部分雙鍵的性質(zhì)，難以自由旋轉(zhuǎn)而有一定的剛性，因此形成肽鍵平面（圖23），則包括連接肽鍵兩端的CO、和2個(gè)C共6個(gè)原子的空間位置處在一個(gè)相對(duì)接近的平面上，而相鄰2個(gè)氨基酸的側(cè)鏈R又形成反式構(gòu)型，從而形成肽鍵與肽鏈復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。<2>肽（peptide）是氨基酸通過肽鍵相連的化合物，蛋白質(zhì)不完全水解的產(chǎn)物也是肽。肽按其組成的氨基酸數(shù)目為2個(gè)、3個(gè)和4個(gè)等不同而分別稱為二肽、三肽和四肽等，一般含10個(gè)以下氨基酸組成的稱寡肽（oligopeptide），由10個(gè)以上氨基酸組成的稱多肽（polypeptide），它們都簡稱為肽。肽鏈中的氨基酸已

17、不是游離的氨基酸分子，因?yàn)槠浒被汪然谏呻逆I中都被結(jié)合掉了，因此多肽和蛋白質(zhì)分子中的氨基酸均稱為氨基酸殘基（amino acid residue）。多肽有開鏈肽和環(huán)狀肽。在人體內(nèi)主要是開鏈肽。開鏈肽具有一個(gè)游離的氨基末端和一個(gè)游離的羧基末端，分別保留有游離的氨基和羧基，故又稱為多肽鏈的N端（氨基端）和C端（羧基端），書寫時(shí)一般將N端寫在分子的左邊，并以此開始對(duì)多肽分子中的氨基酸殘基依次編號(hào)，而將肽鏈的C端寫在分子的右邊。寫法和讀法：規(guī)定書寫方法為N端C端，例如：Ala-Gly-Phe，讀作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。<3>肽的性質(zhì)1.酸堿性：肽至少有一個(gè)游離的氨基和游離的羧基，也是

18、兩性化合物，至少有2級(jí)解離，通常都有多級(jí)解離。因此，肽在水溶液中也能夠帶電，也有自己的等電點(diǎn)PI，其計(jì)算與測(cè)定完全同氨基酸的。例如：谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，注意Glu-Cys之間的肽鍵（-，而不是正常的-），各解離基團(tuán)的PK值，PI（2.13+2.34）/22.235，很酸。2.雙縮脲反應(yīng)：雙縮脲（相似于三肽，即2個(gè)肽鍵）、堿性銅離子、紫紅色化合物。凡大于三肽的肽都能發(fā)生此反應(yīng)，2肽不行。<4>肽的實(shí)例1.谷胱甘肽：注意Glu與Cys的連接（-，而不是正常的-），還原型GSH和氧化型GSSG，主要作用是還原劑，消除體內(nèi)的自由基。2.催產(chǎn)素和加壓素：9肽或環(huán)8肽，都是腦垂體

19、后葉激素，都有升血壓、抗利尿、刺激子宮收縮、排乳的作用，催產(chǎn)素促進(jìn)遺忘，加壓素增強(qiáng)記憶。二、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及其規(guī)律性蛋白質(zhì)是大分子化合物，一般由一條肽鏈、上百個(gè)氨基酸，即成千上萬個(gè)原子組成，分為一、二、三、四4級(jí)、四個(gè)不同的層次（表25），以便進(jìn)行深入研究，其中二、三、四級(jí)均屬于蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)（three-dimensional structure，3D）或構(gòu)象（conformation）。隨著研究的深入，現(xiàn)在在蛋白質(zhì)二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間，又增加了一些超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(domain)。（一）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（primary structure）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，專指多肽鏈中氨基酸（殘基）

20、的排列的序列（sequence）。若蛋白質(zhì)分子中含有二硫鍵，一級(jí)結(jié)構(gòu)也包括生成二硫鍵的半胱氨酸殘基位置。一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指蛋白質(zhì)分子中由共價(jià)肽鍵相連的基本分子結(jié)構(gòu)。不同的蛋白質(zhì)，首先具有不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)，因此一級(jí)結(jié)構(gòu)是區(qū)別不同蛋白質(zhì)最基本、最重要的標(biāo)志之一。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的重要性，首先是由于其序列中不同氨基酸側(cè)鏈R的大小、性質(zhì)不同，決定著肽鏈折疊盤曲形成不同的空間結(jié)構(gòu)和功能。1.一級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)，核心內(nèi)容就是aa的排列順序，它的改變涉及到蛋白質(zhì)共價(jià)鍵的破壞和重建。一級(jí)結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容包括：肽鏈的個(gè)數(shù)、aa的順序、二硫鍵的位置、非aa成分。2.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定間接法：通過測(cè)定蛋

21、白質(zhì)之基因的核苷酸順序，用遺傳密碼來推斷aa的順序。這是因?yàn)楹塑账岬臏y(cè)序比蛋白質(zhì)的測(cè)序工作要更方便、更準(zhǔn)確。直接法：用酶和特異性試劑直接作用于蛋白質(zhì)而測(cè)定出aa順序。<1>第一步：前期準(zhǔn)備分離純化蛋白質(zhì)：純度要達(dá)到97以上才能分析準(zhǔn)確。蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定：滲透壓法、凝膠電泳法（聚丙烯酰胺、SDS）*、凝膠過濾法*、超離心法*等aa組成的測(cè)定：氨基酸自動(dòng)分析儀肽鏈拆分：非共價(jià)鍵的如氫鍵、離子鍵、疏水鍵、范德華力4種，可用尿素或鹽酸胍等有機(jī)溶液來拆分。共價(jià)鍵的僅二硫鍵1種，可用巰基乙醇、碘代乙酸、過甲酸來拆分。<2>第二步：肽鏈的端點(diǎn)測(cè)定N端測(cè)定：Sanger法，DNFBD

22、NP-肽水解乙醚萃取層析鑒定 Edman法，PITCPTC-肽PTH-aa層析鑒定C端測(cè)定：肼解法，唯有C端aa與眾不同，酰肼化合物與游離aa，再通過Sanger法來鑒定。Asn、Gln、Cys、Arg將被肼破壞，不能分析。 羧肽酶法： 羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸殘基羧肽酶B：僅Arg、Lys羧肽酶C：所有的氨基酸殘基<3>每條肽鏈aa順序的測(cè)定：aa順序自動(dòng)分析儀只能準(zhǔn)確測(cè)定50aa以下的肽鏈，而一般的蛋白質(zhì)都含有100以上的aa殘基，所以，事先要將蛋白質(zhì)打斷成多肽甚至寡肽，再上機(jī)分析，而且要2套以上，便于以后拼接。舉例：156987351256984

23、52315 698735 125 69845 231569 873512569 84523常用的工具酶和特異性試劑有：胰蛋白酶：僅作用于Arg、Lys的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。糜蛋白酶：僅作用于含苯環(huán)的氨基酸的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。Trp、Tyr、PheCNBr：僅作用于Met的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。拼接：將2套多肽的aa順序?qū)φ掌唇樱?<4>第四步：二硫鍵位置的確定：包括鏈內(nèi)和鏈間二硫鍵的位置，用對(duì)角線電泳來測(cè)。在肽鏈未拆分的情況下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫鍵連著的多肽產(chǎn)物。先進(jìn)行第一向電泳，將產(chǎn)物分開。再用過甲酸、碘代乙酸、巰

24、基乙醇處理，將二硫鍵打斷。最后進(jìn)行第二向電泳，條件與第一向電泳完全相同。選取偏離對(duì)角線的樣品（多肽或寡肽），它們就是含二硫鍵的片段，上機(jī)測(cè)aa順序，根據(jù)已測(cè)出的蛋白質(zhì)的aa順序，把這些片段進(jìn)行定位，就能找到二硫鍵的位置。3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定的意義<1>分子進(jìn)化：將不同生物的同源蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，以人的為最高級(jí)，從而確定其它物種的進(jìn)化程度，也可以制成進(jìn)化樹，由于這是由數(shù)據(jù)決定的，因此比形態(tài)上確定的進(jìn)化更加科學(xué)和精確。<2>證明了一個(gè)理論，即蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，最終決定蛋白質(zhì)的功能。<3>疾病的分子生物學(xué)：鐮刀型貧血癥的內(nèi)因是血紅蛋白的6Va

25、l，正常的血紅蛋白的6Glu4.1954年英國生化學(xué)家Sanger報(bào)道了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)，是世界上第一例確定一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。弗雷德里克·桑格，英國生物化學(xué)家，曾經(jīng)在1958年及1980年兩度獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：1955年確定了牛胰島素結(jié)構(gòu)而獲得1958年度獎(jiǎng)；設(shè)計(jì)出用P32放射性標(biāo)記法結(jié)合雙向電泳分離技術(shù)測(cè)定DNA分子中的核苷酸排列順序的方法而分享1980年度獎(jiǎng)。1965年9月17日，中國首次人工合成胰島素。這也是世界上第一個(gè)蛋白質(zhì)的全合成。（二）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary structure）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)為主鏈構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈構(gòu)象。主鏈基本構(gòu)象都是以酰胺平面（或稱肽鍵

26、平面、肽單元）為基本結(jié)構(gòu)單位。蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)有一些共同的規(guī)律可遵循，其中二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是周期性出現(xiàn)的有規(guī)則的-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、和無規(guī)卷曲等幾種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元，且這些有序的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元，主要是靠氫鍵等非共價(jià)鍵來維持其空間結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定的。1.二級(jí)結(jié)構(gòu)概論<1>二級(jí)結(jié)構(gòu)的定義：肽鏈主干在空間的走向。主干指的是肽平面與-C構(gòu)成的鏈子。<2>二級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：空間走向以及維持這種走向的力量：氫鍵和R基團(tuán)的影響。<3>二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述：角：肽平面繞N-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度；角：肽平面繞C-C羧基單鍵旋轉(zhuǎn)的角度。2.二級(jí)結(jié)構(gòu)的常見類型Pauling的貢獻(xiàn)：萊納斯&#

27、183;鮑林 是著名的量子化學(xué)家，他在化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都有過重大貢獻(xiàn)。曾兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金（1954年化學(xué)獎(jiǎng)， 1962年和平獎(jiǎng)），有很高的國際聲譽(yù)。 X光衍射法是研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的最好技術(shù)。<1>-螺旋（-helix）：蛋白質(zhì)中最常見,最典型,含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元.由1950年P(guān)auling等人提出的.其基本特征是：-螺旋即像彈簧一樣的螺旋，-螺旋為右手螺旋。側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。每一圈含有3.6個(gè)aa殘基（或肽平面），每一圈高（螺距）0.54nm，即每一個(gè)aa殘基上升0.15nm，旋轉(zhuǎn)了100o。維持-右手螺旋的力量是鏈內(nèi)氫鍵，它由第1個(gè)氨基酸肽鍵上CO，隔三個(gè)氨基酸殘基，與第5個(gè)

28、氨基酸肽鍵上NH形成氫鍵，其間包括13個(gè)原子，故又稱3.613螺旋，且氫鍵方向與螺旋長軸基本平行。影響a-螺旋形成的因素：破壞者Pro，該處折斷，因?yàn)閬啺被荒苄纬蓺滏I；不穩(wěn)定者酸性aa、堿性aa，形成靜電斥力，若一段肽鏈有多個(gè)堿性(酸性)氨基酸殘基相鄰, 防礙螺旋的形成（Glu、Asp、Arg、Lys）；太大R基團(tuán)、太小R基團(tuán)，產(chǎn)生空間位阻，防礙螺旋的形成（Gly、Ile、Asn、Leu）。分布：毛發(fā)中的-角蛋白，例如頭發(fā)中的-角蛋白。<2>-折疊：是肽鏈中比較伸展的空間結(jié)構(gòu)，其中肽鍵平面接近平行、但略呈鋸齒狀或扇形。維持-折疊的力量：鏈間的氫鍵，它由25個(gè)肽段片層之間經(jīng)CO與N

29、H間形成的氫鍵系，但氫鍵方向與肽鏈長軸方向相垂直，且反平行方式排列在熱力學(xué)上最為穩(wěn)定。-折疊有平行式和反平行式兩種。平行式：兩條鏈的走向相同；反平行式：兩條鏈的走向相反。反平行式的-折疊比平行式的更穩(wěn)定結(jié)構(gòu)特征：（1）由若干條肽段或肽鏈平行或反平 行排列組成片狀結(jié)構(gòu)；（2）主鏈骨架伸展呈鋸齒狀；（3）反平行中重復(fù)周期(肽鏈同側(cè)兩個(gè)相鄰的同一基團(tuán)之間的距離)為0.70nm,而平行中為0.65nm.（4）借相鄰主鏈之間的鏈間氫鍵維系。一條肽鏈回折后就可形成兩條走向相反肽段，就可以形成反平行式的-折疊，-折疊不限于兩條肽鏈之間，多條肽鏈可以形成很寬的-折疊片層，片層與片層之間以范德華力相互作用，形成

30、厚厚的墊子。-右手螺旋與-折疊相比更具彈性，不易拉斷，-折疊易拉斷，-右手螺旋經(jīng)加熱后可變成-折疊，長度增加，毛衣越洗越長也是這種變化。<3>（turn，T），指肽鏈出現(xiàn)180º左右轉(zhuǎn)向回折時(shí)的“U”形有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。這個(gè)結(jié)構(gòu)包括的長度為4個(gè)aa殘基，其中的第三個(gè)為Gly，穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的力量是第一和第四個(gè)aa殘基之間形成的氫鍵。此結(jié)構(gòu)廣泛存在球狀蛋白中。甘氨酸和脯氨酸經(jīng)常出現(xiàn)在-轉(zhuǎn)角序列中：甘氨酸缺少側(cè)鏈(只有一個(gè)H),在-轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其他殘基的空間阻礙,脯氨酸具有剛性的吡咯環(huán),在一定程度上迫使-轉(zhuǎn)角形成.促使多肽鏈自身回折.<5>無規(guī)卷曲（rand

31、on coil）：是指各種蛋白質(zhì)分子中彼此各不相同、沒有共同規(guī)律可遵循的那些肽段空間結(jié)構(gòu)，它是蛋白質(zhì)分子中一系列無序構(gòu)象的總稱，也可以說是各種蛋白質(zhì)分子中的特征性二級(jí)結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诘鞍踪|(zhì)分子中，并不是所有肽段都形成有序的-螺旋、-片層、-轉(zhuǎn)角等二級(jí)結(jié)構(gòu)的，而是有相當(dāng)部分的肽段，其二級(jí)結(jié)構(gòu)在各蛋白質(zhì)分子間彼此并不相似，無共同規(guī)律可遵循，它也普遍存在于各種天然蛋白質(zhì)分子中，同時(shí)也是蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分。（三）超二級(jí)結(jié)構(gòu)（super secondary structure）和結(jié)構(gòu)域近年來隨著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究的深入，發(fā)現(xiàn)不少蛋白質(zhì)分子中的一些二級(jí)結(jié)構(gòu)單元，往往有規(guī)則地聚集在一起形成全由

32、-螺旋、全由-片層或-螺旋與-片層混合、均有的超二級(jí)結(jié)構(gòu)基本形式，具體說，形成相對(duì)穩(wěn)定的、2和T等超二級(jí)結(jié)構(gòu)（圖212）又稱模體(motif)或模序。具有調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)中，就有2和T超二級(jí)結(jié)構(gòu)存在。且單個(gè)或多個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)，尚可進(jìn)一步集結(jié)起來，形成在蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)中明顯可區(qū)分的區(qū)域，稱結(jié)構(gòu)域（圖213），它們分別又是蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)個(gè)功能單位，故不嚴(yán)格地又稱之為功能域。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域一般由40400個(gè)氨基酸殘基組成。（四）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiary structure）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈中所有氨基酸殘基，包括相距甚遠(yuǎn)的氨基酸殘基主鏈和側(cè)鏈所形成的全部分子結(jié)構(gòu)。

33、因此有些在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相距甚遠(yuǎn)的氨基酸殘基，經(jīng)肽鏈折疊在空間結(jié)構(gòu)上可以非常接近。如果蛋白質(zhì)是單條肽鏈，則三級(jí)結(jié)構(gòu)就是它的最高級(jí)結(jié)構(gòu)，這是蛋白質(zhì)分子最顯著的特征之一。三級(jí)結(jié)構(gòu)由二硫鍵和次級(jí)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）維持。肽鏈折疊卷曲形成的球狀、橢圓形等三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子，往往形成一個(gè)親水的分子表面和一個(gè)疏水的分子內(nèi)核，靠分子內(nèi)部疏水鍵和氫鍵等來維持其空間結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定。有些蛋白質(zhì)分子的親水表面上也常有一些疏水微區(qū)，或在分子表面形成一些形態(tài)各異的“溝”、“槽”或“洞穴”等結(jié)構(gòu)，一些蛋白質(zhì)的輔基或金屬離子往往就結(jié)合在其中。例如上述肌紅蛋白分子親水表面上，就有一個(gè)疏水洞穴，其中結(jié)合著一個(gè)含F(xiàn)e

34、2+的血紅素輔基，起著結(jié)合并儲(chǔ)存氧的功能，供肌肉劇烈收縮氧供應(yīng)相對(duì)不足時(shí)釋放被利用的需要。如果蛋白質(zhì)是單條肽鏈，則三級(jí)結(jié)構(gòu)就是它的最高級(jí)結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)由二硫鍵和次級(jí)鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）維持。例如肌紅蛋白：由153個(gè)氨基酸殘基形成8個(gè)-螺旋段A、B、C、D、E、F、G、H；螺旋段之間的轉(zhuǎn)折為不規(guī)則卷曲；在疏水性裂隙中插入1個(gè)血紅素，F(xiàn)8和E7的兩個(gè)His殘基夾者血紅素；F8的His殘基連接在血紅素中心的Fe原子。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象特點(diǎn)：（1）三級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象近似球形。（2）形成所謂“親水表面，疏水核”。（3）構(gòu)象的穩(wěn)定性主要靠疏水相互作用維系。親水表面的水化膜和雙電層，對(duì)分子構(gòu)象起

35、很好的保護(hù)作用。（4）分子表面有一個(gè)空穴，是行使生物功能的部位。（5）三級(jí)結(jié)構(gòu)形成之后，蛋白質(zhì)分子的生物活性部位就形成了。（五）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary structure）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各具獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈再以各自特定形式接觸排布后，結(jié)集所形成的蛋白質(zhì)最高層次空間結(jié)構(gòu)。在此蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，各具獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱亞基（subunit），亞基單獨(dú)存在時(shí)不具生物活性，只有按特定組成與方式裝配形成四級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，蛋白質(zhì)才具有生物活性。注意，由二硫鍵連接的幾條肽鏈不具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。每條肽鏈都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為亞基或亞單位，一般情況下，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有的肽鏈不會(huì)太多，故

36、稱這類蛋白質(zhì)為寡聚蛋白，如寡聚酶等。例如血紅蛋白就是由兩條相同、各由141個(gè)氨基酸殘基組成的-亞基和兩條相同、各由146個(gè)氨基酸殘基組成的-亞基按特定方式接觸、排布組成的一個(gè)球狀、接近四面體的分子結(jié)構(gòu)。每個(gè)亞基表面疏水洞穴中都分別結(jié)合一個(gè)含F(xiàn)e2+血紅素輔基。血紅蛋白四個(gè)亞基間主要靠八個(gè)鹽鍵和眾多氫鍵維系其嚴(yán)密、特定的四級(jí)結(jié)構(gòu)，完成其在血液中運(yùn)輸氧氣的生理功能。具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的整個(gè)蛋白質(zhì)分子也大多形成一個(gè)親水的分子表面和一個(gè)疏水的分子內(nèi)核。并不是所有蛋白質(zhì)分子都具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的。大多數(shù)蛋白質(zhì)都只由一條肽鏈組成，只具有三級(jí)結(jié)構(gòu)就有生理活性了，只有一部分分子量更大、或具有調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)，才具有四級(jí)結(jié)

37、構(gòu)，它由幾條肽鏈組成，從而賦予它特殊的別構(gòu)作用，這對(duì)完成其特定生理功能十分重要。另外由于肽鏈亞基間的連結(jié)鍵都是非共價(jià)鍵，因此由二硫鍵相連的，如由四條肽鏈組成的免疫球蛋白、由A、B二條肽鏈組成的胰島素分子，不屬于具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，何況胰島素還是一個(gè)分子量很小的蛋白質(zhì)。（六）維系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵這些非共價(jià)鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力（van der Waals）等。其中維持蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要是氫鍵，維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要是疏水鍵，維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的有鹽鍵。事實(shí)上各層次蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，都有這些副鍵共同參與，以保證蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定和各種生理功能的正常發(fā)揮。非

38、共價(jià)鍵的鍵能要比共價(jià)鍵的鍵能小得多，因此容易斷裂，但由于蛋白質(zhì)分子中非共價(jià)鍵數(shù)目眾多，因此它們?cè)诰S持蛋白質(zhì)嚴(yán)密空間結(jié)構(gòu)和生理功能上起著十分重要的作用。第四節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系<1>每一種蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。<2>蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的功能。<3>蛋白質(zhì)的功能直接由其高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）決定。例子，蛋白質(zhì)的變性現(xiàn)象。<4>蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象），因此，最終決定了蛋白質(zhì)的功能。一、蛋白質(zhì)分子一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu) 安芬森(C.B.Anfinsen)實(shí)驗(yàn)：核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)。這

39、個(gè)實(shí)驗(yàn)充分證明了蛋白質(zhì)的功能取決于其特定的天然構(gòu)象，而規(guī)定其構(gòu)象所需要的信息包含在它的氨基酸序列之中。二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物功能（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)不同,蛋白質(zhì)功能不同（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分相同，功能相同不同來源的胰島素都由A、B鏈，51個(gè)aa組成，但一級(jí)結(jié)構(gòu)的aa種類并不完全相同。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系中，一些非關(guān)鍵部位氨基酸殘基的改變或缺失，則不會(huì)影響蛋白質(zhì)的生物活性。例如人、豬、牛、羊等哺乳動(dòng)物胰島素分子A鏈中8、9、10位和B鏈30位的氨基酸殘基各不相同，有種族差異，但這并不影響它們都具有降低生物體血糖濃度的共同生理功能。（三）一級(jí)結(jié)構(gòu)改變引起的分子病蛋白質(zhì)分子中關(guān)鍵活性部位氨基酸殘基的

40、改變，會(huì)影響其生理功能，甚至造成分子?。╩olecular disease）。例如鐮狀細(xì)胞貧血，就是由于血紅蛋白分子中兩個(gè)亞基第6位正常的谷氨酸變異成了纈氨酸，從酸性氨基酸換成了中性支鏈氨基酸，降低了血紅蛋白在紅細(xì)胞中的溶解度，使它在紅細(xì)胞中隨血流至氧分壓低的外周毛細(xì)血管時(shí)，容易凝聚并沉淀析出，從而造成紅細(xì)胞破裂溶血和運(yùn)氧功能的低下。所謂“分子病”，首先是蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，從而引起其功能的異?；騿适斐傻募膊??？梢姷鞍踪|(zhì)關(guān)鍵部位甚至僅一個(gè)氨基酸殘基的異常，對(duì)蛋白質(zhì)理化性質(zhì)和生理功能均會(huì)有明顯的影響。分子病是基因突變引起的遺傳性疾病，當(dāng)然首先就是DNA分子結(jié)構(gòu)的改變，是其分子編碼相應(yīng)蛋白質(zhì)

41、基因結(jié)構(gòu)的改變，這是1949年美國科學(xué)家Pauling在研究血紅蛋白時(shí)首先提出來的。目前已知血紅蛋白分子異常有500多種，其中約一半在臨床上可造成分子病。三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)和其性質(zhì)及生理功能的關(guān)系也十分密切。不同的蛋白質(zhì)，正因?yàn)榫哂胁煌目臻g結(jié)構(gòu)，因此具有不同的理化性質(zhì)和生理功能。如指甲和毛發(fā)中的角蛋白，分子中含有大量的-螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)穩(wěn)定堅(jiān)韌又富有彈性，這是和角蛋白的保護(hù)功能分不開的；絲心蛋白正因?yàn)榉肿又懈缓?片層結(jié)構(gòu)，因此分子伸展，蠶絲柔軟卻沒有多大的延伸性。事實(shí)上不同的酶，催化不同的底物起不同的反應(yīng)，表現(xiàn)出酶的特異性，也是和不同的酶具有各自不相同且獨(dú)特

42、的空間結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。（一）空間構(gòu)象決定蛋白質(zhì)功能：血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，尚有重要的別構(gòu)作用（allosteric effect），又稱變構(gòu)作用。別構(gòu)作用是指一些生理小分子物質(zhì)，作用于具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，與其活性中心外別的部位結(jié)合，引起蛋白質(zhì)亞基間一些次級(jí)鍵的改變，使蛋白質(zhì)分子構(gòu)象發(fā)生輕微變化，包括分子變得疏松或緊密，從而使其生物活性升高或降低的過程。具有四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的別構(gòu)作用，其活性得到不斷調(diào)正，從而使機(jī)體適應(yīng)千變?nèi)f化的內(nèi)、外環(huán)境，因此推斷這是蛋白質(zhì)進(jìn)化到具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的重要生理意義之一。血紅蛋白運(yùn)氧中也有別構(gòu)作用：當(dāng)血紅蛋白分子第一個(gè)亞基與氧結(jié)合后，該亞基構(gòu)象的

43、輕微改變，可導(dǎo)致4個(gè)亞基間鹽鍵的斷裂，使亞基間的空間排布和四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微改變，血紅蛋白分子從較緊密的T型轉(zhuǎn)變成較松弛的R型構(gòu)象，從而使血紅蛋白其他亞基與氧的結(jié)合容易化，產(chǎn)生了正協(xié)同作用，呈現(xiàn)出與肌紅蛋白不同的“S”形氧解離曲線，完成其更有效的運(yùn)氧功能。氧對(duì)生命十分重要，但氧又難溶于水，生物進(jìn)化到脊椎動(dòng)物，產(chǎn)生了血紅蛋白與肌紅蛋白，尤其是血紅蛋白具有四級(jí)結(jié)構(gòu)和別構(gòu)作用，使之能更有效地完成運(yùn)氧功能。它就像撕一張四聯(lián)郵票，當(dāng)撕第一張時(shí)較費(fèi)力，但撕第二、三張時(shí)就容易些了，當(dāng)撕到第四張郵票時(shí)幾乎可以不費(fèi)力氣一樣，即血紅蛋白變構(gòu)到第四個(gè)亞基與氧的結(jié)合時(shí)就更容易了。當(dāng)然，血紅蛋白是由四個(gè)亞基聚合而成的蛋白

44、質(zhì)，在變構(gòu)中亞基是絕對(duì)不能分開的，只是整個(gè)構(gòu)象的改變。血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA 2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結(jié)構(gòu)和功能大同小異，此處以HbA為例。一級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈，22。141，146，每條肽鏈都結(jié)合著一分子的血紅素，兩條鏈之間還夾著一分子2，3-DPG（2，3-二磷酸甘油酸），每條肽鏈都有保守序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb,幾乎全是-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲和結(jié)來連接。三級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同同Mb, 扁平的菱形，屬于球蛋白。四級(jí)結(jié)構(gòu)：4個(gè)亞基占據(jù)著4面體的4個(gè)角，鏈間以離子鍵結(jié)合，一條鏈與一條鏈形成二聚體，Hb可以看成是由

45、2個(gè)二聚體組成的（）2，在二聚體內(nèi)結(jié)合緊密，在二聚體之間結(jié)合疏松。功能：運(yùn)輸氧氣。其三級(jí)結(jié)構(gòu)在每個(gè)肽鏈的分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進(jìn)入而拒絕水的進(jìn)入，保證了Fe2+結(jié)合O2而避免了Fe2+Fe3+。其氧合曲線為S形曲線，只有在PO2很高的情況下（在肺部）Hb才結(jié)合氧氣，而PO2一降低（在外周血管中），它就釋放O2。Hb的氧合曲線形狀與Mb不同是因?yàn)樗兄鳰b所不具有的一些特性，如：協(xié)同效應(yīng)：Hb分子中一條鏈結(jié)合O2后，可以導(dǎo)致其構(gòu)象的變化，使其它幾條鏈結(jié)合O2的結(jié)合能力突然增強(qiáng)，表現(xiàn)出其氧合曲線為S形曲線。對(duì)Hb協(xié)同效應(yīng)的解釋為：在沒有結(jié)合氧氣時(shí)，Hb的四條鏈

46、之間結(jié)合緊密，這種構(gòu)象稱為T態(tài)，這種緊密是由離子鍵和DPG（位于2條鏈之間）造成的，屏蔽了分子表面疏水的空穴，使Hb分子結(jié)合O2的能力降低（游離的鏈和鏈結(jié)合氧氣的能力與Mb相同）。當(dāng)一條鏈結(jié)合了氧氣之后，鐵卟啉把His的咪唑基向下一扯，導(dǎo)致該肽鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（牽一發(fā)而動(dòng)全局），肽鏈之間的離子鍵被破壞，Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)也隨之改變，2個(gè)二聚體（）之間發(fā)生錯(cuò)位，擠出DPG，四級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，每條鏈表面疏水的空穴暴露在外，這種構(gòu)象稱為R態(tài)，結(jié)合氧氣的能力得以增強(qiáng)。別構(gòu)效應(yīng)：是某些寡聚蛋白質(zhì)特有的現(xiàn)象。是指蛋白質(zhì)與效應(yīng)物結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)的生物活性。Hb的活性中心：Hb每個(gè)亞基上

47、血紅素存在的那個(gè)疏水空穴是結(jié)合氧氣的地方，稱之為活性中心，也叫活性部位。別構(gòu)中心：在Hb分子的其它地方還有結(jié)合效應(yīng)物的部位，如結(jié)合H+、CO2、DPG甚至O2，這些部位結(jié)合了效應(yīng)物之后，可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而影響到活性中心與氧氣的結(jié)合，這些部位就叫別構(gòu)中心?；钚灾行呐c別構(gòu)中心可以重合也可以不重合，在Hb中是不重合的。因此，別構(gòu)效應(yīng)可以說成是別構(gòu)中心結(jié)合了效應(yīng)物之后影響了活性中心與氧氣的結(jié)合。協(xié)同效應(yīng)實(shí)際上就是一種別構(gòu)效應(yīng)。Mb只有活性中心沒有別構(gòu)中心，它的氧合曲線就是雙曲線形的。Hb的另一個(gè)別構(gòu)效應(yīng)是波爾效應(yīng)：H+、CO2對(duì)Hb與氧氣結(jié)合的影響。H+、CO2促進(jìn)Hb釋放O2，這也解釋了Hb

48、為什么在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧。另外，DPG降低Hb與O2的結(jié)合能力。關(guān)于鐮刀形細(xì)胞貧血癥：紅細(xì)胞減少，只有正常人的1/2，無力，劇烈運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致死亡。Hbs與HbA在結(jié)合O2的能力方面并沒有區(qū)別，區(qū)別在于Hbs造成紅細(xì)胞溶血，溶血后的Hb不能像紅細(xì)胞中的Hb一樣正常運(yùn)輸O2。Hbs導(dǎo)致溶血的原因在于其6Val，正常的血紅蛋白的6Glu，紅細(xì)胞表面的Hbs由于疏水鍵而聚集，使細(xì)胞膜破裂。 第五節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)分子的大小蛋白質(zhì)的分子量：一般在一萬至一百萬道爾頓之間（1100萬）。測(cè)定蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的方法：（一）根據(jù)化學(xué)組成測(cè)定最低相對(duì)分子質(zhì)量已知蛋白質(zhì)中某一微量

49、元素的含量。并假設(shè)蛋白質(zhì)分子中含有一個(gè)被測(cè)元素的原子，計(jì)算蛋白質(zhì)的最低分子量。例：肌紅蛋白和血紅蛋白含鐵量均為0.335%，計(jì)算二者的相對(duì)分子質(zhì)量。最低相對(duì)分子量（鐵的原子量/鐵的百分含量）x 100=（55.8/0.335）x 100=16700 也可用蛋白質(zhì)中含量特少的aa，用同樣的原理計(jì)算蛋白質(zhì)的最低分子量。（二）沉降分析法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量沉降系數(shù)：特定蛋白質(zhì)，沉降速度與離心加速度的比是常數(shù)，稱為沉降系數(shù)，單位S。一個(gè)S單位是l×10-13秒，分子量越大，沉降系數(shù)越大，但不成正比。蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)大都在1200S之間。（三）凝膠過濾法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量（四）SDS聚丙烯酰胺凝膠電

50、泳法測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)大分子，多于51個(gè)aa殘基，最小平均分子量為5000D；在水中能兩性解離故而帶電，又親水，所以是膠體，分散好。有電泳、布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過半透膜等等典型的膠體性質(zhì)。蛋白質(zhì)水溶液是一種比較穩(wěn)定的親水膠體。因?yàn)?水膜（水化層）；相同電荷。三、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)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)。等電點(diǎn)沉淀法：PI處蛋白質(zhì)的溶解度最低。四、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性變性是指在一些物理或化學(xué)因素作用下，使蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)破壞，從而引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變，包括結(jié)晶性能

51、消失。蛋白質(zhì)溶液粘度增加，呈色反應(yīng)加強(qiáng)及易被消化水解等，尤其是溶解度降低和生物活性喪失的過程。蛋白質(zhì)變性的機(jī)理是分子中非共價(jià)鍵斷裂，使蛋白質(zhì)分子從嚴(yán)密且有序的空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成雜亂松散、無序的空間結(jié)構(gòu)，因此生物活性也必然喪失；同時(shí)由于蛋白質(zhì)變性后，分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露到了分子的表面，因此其溶解度降低、容易沉淀析出。變性的蛋白質(zhì)大多沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)分離純化中并不是變性的。造成蛋白質(zhì)變性的物理、化學(xué)條件有加熱、紫外線、X射線和有機(jī)溶劑，如乙醇、尿素、胍和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等。蛋白質(zhì)變性雖是能逆轉(zhuǎn)的，因?yàn)榇藭r(shí)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并未遭到破壞，故若變性時(shí)間短、變性程度較輕，理論上在合適的條件下，變性蛋白質(zhì)分子尚可重新卷曲形成天然空間結(jié)構(gòu)，并恢復(fù)其生物活性，這即稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（renaturation），但目前情況