生物化學(xué)第三章蛋白質(zhì)化學(xué)

1、蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)主要介紹氨基酸、肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性主要介紹氨基酸、肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。質(zhì)、功能以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。還介紹了一些基本技術(shù)如氨基酸的分離、還介紹了一些基本技術(shù)如氨基酸的分離、純化，多肽的人工合成，蛋白質(zhì)的分離、純化，多肽的人工合成，蛋白質(zhì)的分離、純化、鑒定等。純化、鑒定等。一、蛋白質(zhì)的重要性和一般組成一、蛋白質(zhì)的重要性和一般組成 （一）重要性（一）重要性 有些蛋白質(zhì)是生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，有些蛋白質(zhì)是生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)， 有些蛋白質(zhì)是生物體的功能物質(zhì)。有些蛋白質(zhì)是生物體的功能物質(zhì)。 近年來的研究還指出蛋白質(zhì)在遺傳信息的控制近年來的研究

2、還指出蛋白質(zhì)在遺傳信息的控制，細(xì)胞膜的通透性以及高等動物的記憶等方面起，細(xì)胞膜的通透性以及高等動物的記憶等方面起了重要作用。了重要作用。 總而言之，一切重要的生理活動都離不開蛋白總而言之，一切重要的生理活動都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命現(xiàn)象的最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命現(xiàn)象的最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。 幾年前，在歐洲乃至全世界引起恐慌的幾年前，在歐洲乃至全世界引起恐慌的瘋牛病，其致病元兇就是蛋白粒子（瘋牛病，其致病元兇就是蛋白粒子（prion），這種只有蛋白質(zhì)而沒有核酸的），這種只有蛋白質(zhì)而沒有核酸的病原體，可引起人或動物的瘋牛病，這病原體，可引起人或動物的瘋牛病，這一發(fā)現(xiàn)又一次說明了蛋白質(zhì)是生命

3、的物一發(fā)現(xiàn)又一次說明了蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。質(zhì)基礎(chǔ)。 （二）一般組成（二）一般組成 元素組成：所有蛋白質(zhì)都含有元素組成：所有蛋白質(zhì)都含有 C、H、O、N 四種元素，大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有四種元素，大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有少量的少量的 S，有些蛋白質(zhì)還含有一些其它，有些蛋白質(zhì)還含有一些其它元素，如元素，如 P、Fe、Cu、Mo、I等。等。 各種蛋白質(zhì)的含氮量都很接近，都在各種蛋白質(zhì)的含氮量都很接近，都在16%左右，因此可通過測定生物樣品左右，因此可通過測定生物樣品中的含氮量計算出樣品中蛋白質(zhì)的含中的含氮量計算出樣品中蛋白質(zhì)的含量，量，1克氮就相當(dāng)于克氮就相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)?？说鞍踪|(zhì)。 蛋白質(zhì)水解：用

4、蛋白質(zhì)水解：用H H+ +，OHOH- -或酶將蛋或酶將蛋白質(zhì)徹底水解，可以得到許多種氨白質(zhì)徹底水解，可以得到許多種氨基酸的混合物，說明基酸的混合物，說明氨基酸氨基酸是蛋白是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。 二、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位二、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸氨基酸（amino acid, aaamino acid, aa或或AAAA） （一）氨基酸的通式、分類、結(jié)構(gòu)和代號（一）氨基酸的通式、分類、結(jié)構(gòu)和代號 1 1、氨基酸的通式、氨基酸的通式 H3NCHCOOR-+H2NCHCOOHR或或2 2、氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)、代號、氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)、代號 氨基酸有兩種分類方法氨基酸有兩種分

5、類方法(1)(1)按按側(cè)鏈側(cè)鏈R R基的結(jié)構(gòu)基的結(jié)構(gòu)(2) (2) 按按側(cè)鏈側(cè)鏈R R基的極性基的極性中性氨基酸中性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)、代號氨基酸的結(jié)構(gòu)、代號: :（二）氨基酸的構(gòu)型、旋光性和光吸收（二）氨基酸的構(gòu)型、旋光性和光吸收 構(gòu)型：構(gòu)型：組成蛋白質(zhì)的氨基酸除組成蛋白質(zhì)的氨基酸除GlyGly以外以外都有手性碳原子，在三維空間上就有兩種都有手性碳原子，在三維空間上就有兩種不同的排列方式，它們互為鏡影，這兩種不同的排列方式，它們互為鏡影，這兩種不同的構(gòu)型分別稱為不同的構(gòu)型分別稱為D-D-型和型和L-L-型。型。 以丙氨酸為例：以丙氨酸為例： 如含兩個手性碳原子，則有種立體如含兩個手性碳原子，

6、則有種立體異構(gòu)體，分別稱為異構(gòu)體，分別稱為-,-,- -，別，別- -和和別別- -氨基酸。氨基酸。 H2NCHCOOHCCH3OHHHCNH2COOHCCH3OHHHCNH2COOHCCH3HHOH2NCHCOOHCCH3HHO L-蘇氨酸蘇氨酸 (L-threonine) D-蘇氨酸蘇氨酸 (D-threonine) L-別別-蘇氨酸蘇氨酸 (L-allo-threonine) D-別別-蘇氨酸蘇氨酸 (D-allo-threonine)蛋白質(zhì)中的氨基酸都是蛋白質(zhì)中的氨基酸都是L-L-型。型。 (Gly(Gly除外除外) )旋光性：旋光性： 組成蛋白質(zhì)的氨基酸除組成蛋白質(zhì)的氨基酸除GlyG

7、ly以外，都有手性碳以外，都有手性碳原子，原子， 所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋轉(zhuǎn)，向左旋轉(zhuǎn)的稱左旋，用的向左或向右旋轉(zhuǎn)，向左旋轉(zhuǎn)的稱左旋，用“一一”號表示，向右旋轉(zhuǎn)的稱右旋，用號表示，向右旋轉(zhuǎn)的稱右旋，用“”號表示。號表示。 光吸收：光吸收： 組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，TrpTrp、TyrTyr和和 PhePhe對紫外光有一定的吸收，這是因為它們分子中對紫外光有一定的吸收，這是因為它們分子中含有苯環(huán)，是苯環(huán)的共軛雙鍵造成的，這三個含有苯環(huán)，是苯環(huán)的共軛雙鍵造成的，這三個氨基酸的光吸收都在氨基酸的光吸收都在280nm280n

8、m附近。附近。 （三）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點（三）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點 1 1、氨基酸的兩性離子形式、氨基酸的兩性離子形式 H2NCHCOOHRH3NCHCOOR-+兩性離子兩性離子(dipolar ion)(dipolar ion)2 2、氨基酸的兩性解離和等電點、氨基酸的兩性解離和等電點 Brnsted的酸堿理論，即廣義酸堿理論。的酸堿理論，即廣義酸堿理論。HA A- + H +酸酸堿堿質(zhì)子質(zhì)子 氨基酸在水中的兩性離子既能像酸一樣放出氨基酸在水中的兩性離子既能像酸一樣放出質(zhì)子，也能像堿一樣接受質(zhì)子，氨基酸具有質(zhì)子，也能像堿一樣接受質(zhì)子，氨基酸具有酸堿酸堿性質(zhì)性質(zhì)，是一類兩性電解質(zhì)是一

9、類兩性電解質(zhì)。H2NCHCOORH3NCHCOOR-+-+ H+As an acid（proton donor）：）：As a base（proton acceptor）：）：H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+ H+不同不同pH時氨基酸以不同的離子化形式存在：時氨基酸以不同的離子化形式存在： H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+ H+ OH-+ H+ OH-H2NCHCOOR-正離子正離子兩性離子兩性離子負(fù)離子負(fù)離子 氨基酸所帶靜電荷為氨基酸所帶靜電荷為“零零”時，溶液的時，溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點（值稱為該氨基酸的等電點（isoelectric point），），以以p

10、I表示。表示。 實驗證明在等電點時，氨基酸主要以兩性離子形式存實驗證明在等電點時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有極少量的中性分子。極少量的中性分子。 當(dāng)溶液的當(dāng)溶液的pH=pIpH=pI時，氨基酸主要從兩性離子形時，氨基酸主要從兩性離子形式存在。式存在。 pHpIpHpIpHpI時，氨基酸主要以負(fù)離子形式存在。時，氨基酸主要以負(fù)離子形式存在。 H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR3 3氨基酸的酸堿滴定曲線氨基酸的酸堿滴定曲線 Henderson-Hass

11、elbalch方程方程pH=pKa + lg 質(zhì)子受體質(zhì)子受體 質(zhì)子供體質(zhì)子供體 酸堿滴定曲線酸堿滴定曲線4 4等電點的計算等電點的計算 中性氨基酸：以中性氨基酸：以GlyGly為例為例 K1=Gly H+Gly+K2=Gly- H+GlypIpI時，時，Gly+ = Gly- Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.97GlyH3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2酸性氨基酸，以酸性氨基酸，以AspAsp為例：為例：堿性氨基

12、酸，以堿性氨基酸，以Lys為例：為例：（四）氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（四）氨基酸的化學(xué)性質(zhì) RCHCOOHNH2RCHCOONH3-+1 1-氨基參加的反應(yīng)氨基參加的反應(yīng) （1 1）成鹽作用）成鹽作用 RCHCOOHNH2+ HClRCHCOOHNH2HCl（2 2）與）與HNOHNO2 2的反應(yīng)的反應(yīng)RCHCOOHNH2+ HNO2RCHCOOHOH+ H2O + N2 （3 3）與甲醛的反應(yīng)）與甲醛的反應(yīng) （4 4）酰基化反應(yīng)）?；磻?yīng) 酰氯：酰氯：RCHCOOHNH2+ RXRCHCOOHNHR+ HX芐氧酰氯（芐氧酰氯（Cbz-ClCbz-Cl）: :對甲苯磺酰氯對甲苯磺酰氯(Tos-Cl)

13、 :(Tos-Cl) :叔丁氧酰氯叔丁氧酰氯(Boc-Cl): (Boc-Cl): CH2OCOClSClOOH3COCClOCCH3H3CCH3酸酐：酸酐：鄰苯二甲酸酐：鄰苯二甲酸酐：COCOO（R?；；?CH2OCOClH2NCHCOONaR在弱堿中（后酸化）Cbz-ClCH2OCONCHCOOHRH+ Na+ + Cl-Cbz-氨基酸氨基酸氨基酸與氨基酸與 5 5一二甲氨基萘一二甲氨基萘-1-1-磺酰氯磺酰氯（dansyl chloride,DNS）的反應(yīng)的反應(yīng) H2NHCCOOHRNH3CCH3SOOCl+NH3CCH3SOOHNHCCOOHR+ HClDNS-ClDNS-氨基酸

14、（5 5）烴基化反應(yīng)）烴基化反應(yīng) 與與2 2、4 4一二硝基氟苯的反應(yīng)一二硝基氟苯的反應(yīng) 2，4一二硝基氟苯一二硝基氟苯RCHCOOHNH2+ RXRCHCOOHNHR+ HX（R烴基）烴基）FO2NNO224H2NHCCOOHR+FO2NNO2在弱堿中DNFBHNHCCOOHR+ F-O2NNO2DNP-氨基酸（黃色）氨基酸（黃色） 與苯異硫氰酸（酯）的反應(yīng) H2NCCOOHR+在弱堿中NCSHPITCNCSPTC-氨基酸PTH-氨基酸NCNCCHHOOHRHSH+NCNCCOHRHS2 2-羧基參加的反應(yīng)羧基參加的反應(yīng) （1 1）成鹽和成酯反應(yīng)）成鹽和成酯反應(yīng) H2NCCOOHRH+ Na

15、OH+ C2H5OH干燥H2NCCOONa + H2ORHH2NCCOOC2H5 + H2ORHHClHClYHNCHRCOOH+NO2HO酰化氨基酸?；被釋ο趸椒訉ο趸椒覻HNCHRCNO2OO+ H2O酰化氨基酸對?；被釋?硝基苯酯硝基苯酯（活化酯）（活化酯）（式中（式中Y酰基）?；┌被槐Ｗo(hù)氨基被保護(hù)（2 2）成酰氯反應(yīng)）成酰氯反應(yīng) YHNCHRCOOH + PCl5YHNCHRCClO+ POCl3 + HCl（3 3）成酰胺反應(yīng)）成酰胺反應(yīng) 體外：體外：RCHNH2COOC2H5+ HNH2RCHNH2CNH2O+ C2H5OH體內(nèi)：體內(nèi)：Asp + NH4ATP酶酶A

16、sn+3. -3. -氨基和氨基和-羧基共同參加的反應(yīng)羧基共同參加的反應(yīng) （1 1）茚三酮反應(yīng)）茚三酮反應(yīng)（2 2）成肽鍵）成肽鍵 RCHH3NC+O1+RCHNCOO2HH-OHH2ORCHH3NC+O1RCHNCOO2H-4 4側(cè)鏈側(cè)鏈R R基參加的反應(yīng)基參加的反應(yīng) （1 1）-S-S-S-S-和和-SH-SH的氧化還原反應(yīng)的氧化還原反應(yīng) R-SH：HS-CH2CH2OH 巰基乙醇（巰基乙醇（mercaptoethanol） HS-CH2COOH 巰基乙酸（巰基乙酸（mercaptoacetic acid） HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫蘇糖醇（二硫蘇糖醇（dithiothre

17、itol, DTT） H2NCHCOOHCH2SSCH2CHCOOHH2N6HCOOOHH2NCHCOOHCH2SO3H2+ 6HCOOH2RSHCHCOOHH2NCH2SH+ RSSR2 半胱氨酸的半胱氨酸的-SH-SH很活潑，很容易在很活潑，很容易在空氣中重新氧化形成二硫鍵，一般可用空氣中重新氧化形成二硫鍵，一般可用鹵代化物對鹵代化物對-SH-SH進(jìn)行保護(hù)。進(jìn)行保護(hù)。 （2 2）苯環(huán)的黃色反應(yīng)）苯環(huán)的黃色反應(yīng) phe+phe+少量濃少量濃H H2 2SOSO4 4+ +濃濃HNOHNO3 3 黃色黃色 TyrorTrp+ 濃濃HNO3 黃色黃色 （3 3）酚基的）酚基的MillonMill

18、on反應(yīng)（米倫氏反應(yīng)）反應(yīng)（米倫氏反應(yīng)） HgNOHgNO3 3 Tyr+Tyr+Hg(NOHg(NO3 3) )2 2 紅色紅色 HNOHNO3 3 （4 4）paulypauly反應(yīng)反應(yīng) His + His + 重氮苯磺酸重氮苯磺酸 紅色（棕紅色）紅色（棕紅色） Tyr + Tyr + 重氮苯磺酸重氮苯磺酸 橘黃色橘黃色 （5 5）FolinFolin一酚反應(yīng)一酚反應(yīng) + +磷鉬酸磷鉬酸 TyrTyr磷鎢酸磷鎢酸 ororTrpTrp藍(lán)色（鉬藍(lán)與鎢藍(lán)混合物）藍(lán)色（鉬藍(lán)與鎢藍(lán)混合物） 氨基酸化學(xué)性質(zhì)總結(jié)氨基酸化學(xué)性質(zhì)總結(jié) （五）氨基酸分析（五）氨基酸分析 1 1層析法：層析法： 分配系數(shù)分配

19、系數(shù) Kd=CACBCA：一種物質(zhì)在：一種物質(zhì)在A相（流動相）中的濃度相（流動相）中的濃度 CB：一種物質(zhì)在：一種物質(zhì)在B相（固定相）中的濃度相（固定相）中的濃度 原理：主要根據(jù)被分析的樣品（如原理：主要根據(jù)被分析的樣品（如aaaa混合物）在兩種互混合物）在兩種互不相溶的兩相中分配系數(shù)的不同而達(dá)到分離的目的，不相溶的兩相中分配系數(shù)的不同而達(dá)到分離的目的， （1 1）逆流分溶（逆流分配）逆流分溶（逆流分配） （1 1）紙層析）紙層析 單向紙層析圖單向紙層析圖RfRf值值 YXRf=X/Y?Filter-paper Chromatography溶劑前沿雙向紙層析圖雙向紙層析圖 （2 2）薄層層析）

20、薄層層析纖維素粉，硅纖維素粉，硅膠，氧化鋁膠，氧化鋁 柱層析柱層析洗脫液洗脫液樣品樣品填充物填充物分部收集分部收集玻璃柱玻璃柱離子交換層析離子交換層析（ion-change chromatography）原理原理基質(zhì)基質(zhì) 疏水型離子交換劑；親水型離子交換劑疏水型離子交換劑；親水型離子交換劑應(yīng)用應(yīng)用 制備純化生物物質(zhì)制備純化生物物質(zhì) 定量、定性測定混合物中各組分定量、定性測定混合物中各組分1.平衡階段平衡階段:離子交換劑離子交換劑與反離子結(jié)合與反離子結(jié)合2.吸附階段：樣品與反離吸附階段：樣品與反離子進(jìn)行交換子進(jìn)行交換3、4. 解吸附階段：用解吸附階段：用梯度緩沖溶液洗脫，先梯度緩沖溶液洗脫，先洗

21、下弱吸附物質(zhì)，后洗洗下弱吸附物質(zhì)，后洗下強吸附物質(zhì)下強吸附物質(zhì)5.再生階段：用原始平再生階段：用原始平衡液進(jìn)行充分洗滌，既衡液進(jìn)行充分洗滌，既可重復(fù)使用可重復(fù)使用12345原始緩沖溶原始緩沖溶液的反離子液的反離子樣品溶液樣品溶液梯度濃度梯度濃度氨基酸分析儀圖解緩沖液泵緩沖液泵顯色反顯色反應(yīng)管應(yīng)管茚三酮泵茚三酮泵已分開的已分開的氨基酸氨基酸離子交換柱離子交換柱樣品注入口樣品注入口記錄儀記錄儀光電倍光電倍增管增管光源光源分子篩層析分子篩層析（gel-filtration chromatography）原理原理基質(zhì)基質(zhì) 葡聚糖凝膠（葡聚糖凝膠（sephadex） 瓊脂糖凝膠（瓊脂糖凝膠（sephar

22、ose）應(yīng)用應(yīng)用 測定分子量測定分子量 脫鹽和濃縮脫鹽和濃縮 分離提純生物大分子分離提純生物大分子 除去熱原物質(zhì)除去熱原物質(zhì)凝膠顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)凝膠顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、肽（三、肽（peptidepeptide） （一）肽的結(jié)構(gòu)和命名（一）肽的結(jié)構(gòu)和命名 肽是由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而形成的化合物。肽是由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而形成的化合物。 RCHH3NC+O1+RCHNCOO2HH-OHH2ORCHH3NC+O1RCHNCOO2H-Peptide bond二肽二肽 三肽三肽 四肽四肽 二肽二肽 +肽稱寡肽（肽稱寡肽（oligopeptide） 多肽（多肽（Polypept

23、ide） 氨基酸之間通過肽鍵連接形成的鏈稱肽鏈。氨基酸之間通過肽鍵連接形成的鏈稱肽鏈。 H2N CHCR1OHN CHCR2OHNCHCR3OHN CHCOHRnON N端端氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基C C端端肽鏈書寫方式：肽鏈書寫方式：N端端C端端 肽鏈有鏈狀、環(huán)狀和分支狀。肽鏈有鏈狀、環(huán)狀和分支狀。 命名：根據(jù)氨基酸組成，由命名：根據(jù)氨基酸組成，由N端端C端命名端命名 丙氨酰甘氨酰亮氨酸丙氨酰甘氨酰亮氨酸 AlaGlyLeu (or AlaGlyLeu) CHCOHNCH2COHNCHCOOHH3CNH2CH2CH3CCH3H2 2肽的化學(xué)性質(zhì)肽的化學(xué)性質(zhì) 肽的化學(xué)性質(zhì)與氨基

24、酸相似，如兩性解離、等電點等，但肽的化學(xué)性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離、等電點等，但肽有肽有與氨基酸不同的特殊反應(yīng)與氨基酸不同的特殊反應(yīng) （1）雙縮脲反應(yīng)）雙縮脲反應(yīng) （2）肽鍵的紫外吸收）肽鍵的紫外吸收210230nm CONH2NH2CONH2NH2加熱CONH2NHCONH2+ NH3雙縮脲雙縮脲 堿性堿性CuSO4溶液溶液 紫色紫色（三）天然存在的某些活性肽（三）天然存在的某些活性肽 1 1肌肽和鵝肌肽肌肽和鵝肌肽 肌肽（肌肽（carnosinecarnosine）:-Ala-His :-Ala-His 鵝肌肽（鵝肌肽（anserineanserine）：）：-Ala-1-Me-His

25、-Ala-1-Me-His 2谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH) 3 3多肽抗菌素多肽抗菌素 4 4多肽激素多肽激素 5 5神經(jīng)肽神經(jīng)肽甲硫氨酸腦啡肽甲硫氨酸腦啡肽TyrGlyGlyphe- Met 亮氨酸腦啡肽亮氨酸腦啡肽Tyr-Gly-Gly-phe-Leu 功能：鎮(zhèn)痛功能：鎮(zhèn)痛 如腦啡肽如腦啡肽 (enkephalin) (enkephalin) 四、蛋白質(zhì)的分類四、蛋白質(zhì)的分類 （一）根據(jù)蛋白質(zhì)分子的形狀（一）根據(jù)蛋白質(zhì)分子的形狀1 1球狀蛋白質(zhì)（球狀蛋白質(zhì)（globular proteinglobular protein）2 2纖維狀蛋白質(zhì)（纖維狀蛋白質(zhì)（fibrou

26、s proteinfibrous protein）（二）根據(jù)組成和溶解度（二）根據(jù)組成和溶解度1單純蛋白質(zhì)（單純蛋白質(zhì)（simple protein）: 也稱簡單蛋白質(zhì)，完全由氨基酸組也稱簡單蛋白質(zhì)，完全由氨基酸組 成的蛋白質(zhì)。成的蛋白質(zhì)。單純蛋白質(zhì)的分類（根據(jù)溶解度的不同）單純蛋白質(zhì)的分類（根據(jù)溶解度的不同） (1) 清蛋白（清蛋白（albumin）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液。如血清清）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液。如血清清 蛋白。蛋白。 (2) 球蛋白（球蛋白（globulin）：不溶于水而溶于稀鹽溶液，如血清球蛋白。）：不溶于水而溶于稀鹽溶液，如血清球蛋白。 (3) 谷蛋白（谷蛋白

27、（glutelin）：不溶于水、醇及中性鹽溶液，但溶于稀酸、）：不溶于水、醇及中性鹽溶液，但溶于稀酸、 稀堿，如米谷蛋白。稀堿，如米谷蛋白。 (4) 谷醇溶蛋白（谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于）：不溶于水，但溶于70%80%乙醇，乙醇， 如玉米醇溶蛋白。如玉米醇溶蛋白。 (5) 組蛋白（組蛋白（histone）：溶于水及稀酸溶液，分子中含）：溶于水及稀酸溶液，分子中含Arg、Lys 較多，呈（弱）堿性，如小牛胸腺組蛋白。較多，呈（弱）堿性，如小牛胸腺組蛋白。 (6) 魚精蛋白（魚精蛋白（protamine）：溶于水及稀酸溶液，分子中含堿性）：溶于水及稀酸溶液，分子中含堿性

28、氨基酸特別多，呈（強）堿性，如鮭精蛋白。氨基酸特別多，呈（強）堿性，如鮭精蛋白。 (7) 硬蛋白（硬蛋白（scleroprotein）：不溶于水、鹽、稀酸、稀堿溶液。）：不溶于水、鹽、稀酸、稀堿溶液。 如膠原蛋白、角蛋白、絲心蛋白、彈性蛋白等。如膠原蛋白、角蛋白、絲心蛋白、彈性蛋白等。 2綴合蛋白質(zhì)（綴合蛋白質(zhì)（conjugated protein）：也稱結(jié)合蛋白質(zhì)，）：也稱結(jié)合蛋白質(zhì)， 由蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分組成。由蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分組成。 綴合蛋白質(zhì)的分類（根據(jù)非蛋白質(zhì)即輔基的不同）綴合蛋白質(zhì)的分類（根據(jù)非蛋白質(zhì)即輔基的不同） (1) 糖蛋白（糖蛋白（glycoprotein）：含糖

29、類，如膠原蛋白。）：含糖類，如膠原蛋白。 (2) 脂蛋白（脂蛋白（lipoprotein）：含脂類，如血漿脂蛋白。）：含脂類，如血漿脂蛋白。 (3) 核蛋白（核蛋白（nucleoprotein）：含核酸，如核糖體。）：含核酸，如核糖體。 (4) 磷蛋白（磷蛋白（phosphoprotein）：含磷酸，如酪蛋白。）：含磷酸，如酪蛋白。 (5) 金屬蛋白（金屬蛋白（metalloprotein）：含金屬，如鐵蛋白含）：含金屬，如鐵蛋白含F(xiàn)e。 (6) 血紅素蛋白（血紅素蛋白（hemoprotein）：輔基為血紅素，如血紅蛋白。）：輔基為血紅素，如血紅蛋白。 (7) 黃素蛋白（黃素蛋白（flavop

30、rotein）：輔基為黃素（）：輔基為黃素（FAD或或FMN），）， 如琥珀酸脫氫酶（含如琥珀酸脫氫酶（含F(xiàn)AD）。）。 （三）根據(jù)功能（三）根據(jù)功能 1.活性蛋白質(zhì)（活性蛋白質(zhì)（active protein） 包括生命活動過程中一切有活性的蛋白質(zhì)以及它們的前體分子，包括生命活動過程中一切有活性的蛋白質(zhì)以及它們的前體分子，絕大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于活性蛋白質(zhì)，包括酶、激素蛋白、運輸?shù)鞍捉^大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于活性蛋白質(zhì)，包括酶、激素蛋白、運輸?shù)鞍祝ㄞD(zhuǎn)運蛋白）、貯存蛋白、運動蛋白、保護(hù)或防御蛋白、受體蛋白、（轉(zhuǎn)運蛋白）、貯存蛋白、運動蛋白、保護(hù)或防御蛋白、受體蛋白、控制生長和分化蛋白、毒蛋白、膜蛋白等?？刂粕?/p>

31、長和分化蛋白、毒蛋白、膜蛋白等。 2.非活性蛋白質(zhì)（非活性蛋白質(zhì)（passive protein） 對生物體起支持和保護(hù)作用，主要指硬蛋白包括膠原蛋白、角對生物體起支持和保護(hù)作用，主要指硬蛋白包括膠原蛋白、角蛋白、絲蛋白、彈性蛋白等。蛋白、絲蛋白、彈性蛋白等。 五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 當(dāng)多肽的分子量大到足夠具有一定的空間結(jié)構(gòu)時就當(dāng)多肽的分子量大到足夠具有一定的空間結(jié)構(gòu)時就稱為蛋白質(zhì)。稱為蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)與多肽的主要蛋白質(zhì)與多肽的主要差別：分子量，空間結(jié)構(gòu)差別：分子量，空間結(jié)構(gòu) 為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一一

32、級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)又稱又稱初級結(jié)構(gòu)初級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象構(gòu)或構(gòu)象。 隨著蛋白質(zhì)化學(xué)研究的進(jìn)展，越來越多的人認(rèn)為在二級隨著蛋白質(zhì)化學(xué)研究的進(jìn)展，越來越多的人認(rèn)為在二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間應(yīng)加入結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間應(yīng)加入超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)和和結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域這兩個層次，這兩個層次，所以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次為：所以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次為：一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)超二級

33、結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure） 1定義：定義： 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序（順序（sequence），一級結(jié)構(gòu)的主要連接鍵是肽鍵。），一級結(jié)構(gòu)的主要連接鍵是肽鍵。 2 2蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定 概況概況 : :序列測定前的準(zhǔn)備工作：序列測定前的準(zhǔn)備工作：樣品的純度樣品的純度相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量肽鏈的數(shù)目肽鏈的數(shù)目氨基酸組成氨基酸組成一級結(jié)構(gòu)的測定主要用一級結(jié)構(gòu)的測定主要用小片段重疊小片段重疊的原

34、理的原理 序列測定方法序列測定方法 （1）末端分析：包括）末端分析：包括N端分析，端分析，C端分析端分析 N端分析方法端分析方法 二硝基氟苯法（二硝基氟苯法（DNP法、法、DNFB法或法或FDNB法）法） 丹磺酰氯法（丹磺酰氯法（DNS法）法） 苯異硫氰酸苯異硫氰酸(酯酯)法（法（PITC法、法、PTC法、法、PTH法、法、Edman降解法降解法 ） 氨肽酶（氨肽酶（aminopeptidase, Apase）法）法 AlaValGly亮氨酸氨肽酶（亮氨酸氨肽酶（Leucine amino peptidase, LAP）專一性專一性:A=非極性氨基酸時非極性氨基酸時 快快A=其它氨基酸時其它氨

35、基酸時 慢慢A BN端端A=Leu時時 最快最快N N端氨基封閉的幾種情況端氨基封閉的幾種情況 C端分析端分析 硼氫化鋰還原法硼氫化鋰還原法 HNCHCOOHRLiBH4HNCHCH2OHR水解混合氨基酸H2NCHCH2OHR+C端 肼解法：也稱聯(lián)氨法肼解法：也稱聯(lián)氨法 羧肽酶（羧肽酶（carboxypeptidase, Cpase）法）法 4 4種羧肽酶的來源和專一性種羧肽酶的來源和專一性 羧肽酶羧肽酶來源來源專一性專一性CpA胰臟胰臟能釋放除能釋放除pro、Arg和和Lys以外的以外的所有所有C端氨基酸端氨基酸CpB胰臟胰臟主要水解主要水解C端為端為Arg或或Lys的肽鍵的肽鍵CpC植物或

36、微生物植物或微生物相當(dāng)廣泛，幾乎能釋放相當(dāng)廣泛，幾乎能釋放C端的所端的所有氨基酸有氨基酸CpY面包酵母面包酵母可釋放可釋放C端所有氨基酸端所有氨基酸（2 2）肽鏈的拆開和分離）肽鏈的拆開和分離 共價鍵共價鍵 非共價鍵非共價鍵 （3）肽鏈的部分水解）肽鏈的部分水解 化學(xué)方法：化學(xué)方法： 溴化氰（溴化氰（CNBr）裂解法）裂解法: 酶解方法酶解方法 （4 4）肽段的分離和氨基酸序列測定）肽段的分離和氨基酸序列測定 （5 5）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列 （6 6）二硫鍵位置的確定）二硫鍵位置的確定 對角線電泳對角線電泳 3 3蛋白質(zhì)測序舉例蛋白質(zhì)測序舉

37、例 insulin 近年來由于近年來由于DNADNA序列的測定發(fā)展很快，可將相應(yīng)于序列的測定發(fā)展很快，可將相應(yīng)于蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的DNADNA序列測定出來后，推出蛋白質(zhì)的序列，為序列測定出來后，推出蛋白質(zhì)的序列，為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定帶來了新的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定帶來了新的曙光曙光。 一級結(jié)構(gòu)測定展望5 5蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫 (1) PIR（Protein Information Resource）數(shù)據(jù)庫）數(shù)據(jù)庫 (2) SWISS-PROT數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 6. 同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化系統(tǒng)樹的構(gòu)建系統(tǒng)樹的構(gòu)建蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（二）

38、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)） 1. 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法 (1) X-射線衍射法（射線衍射法（X-ray diffraction method） (2) 核磁共振（核磁共振（NMR） (3) 光譜法（紅外光譜、紫外差光譜、熒光光譜）光譜法（紅外光譜、紫外差光譜、熒光光譜） (4) 旋光色散法（旋光色散法（optical rotatory dispersion, ORD） (5) 園二色性（園二色性（circular dichroism, CD） (6) 氫同位素交換法氫同位素交換法 2.2.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的

39、二級結(jié)構(gòu)是指多蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身的折疊和盤繞方式。肽鏈本身的折疊和盤繞方式。 酰胺平面和兩面角酰胺平面和兩面角 早在早在20世紀(jì)世紀(jì)30年代，年代，Pauling和和Corey就開始有就開始有X-射射線衍射方法研究了氨基酸和肽的結(jié)構(gòu)，他們得到了線衍射方法研究了氨基酸和肽的結(jié)構(gòu)，他們得到了重要的重要的結(jié)論結(jié)論: (1) 肽鍵的鍵長介于肽鍵的鍵長介于C-N單鍵和雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，單鍵和雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)， 不能自由旋轉(zhuǎn)。不能自由旋轉(zhuǎn)。 (2) 肽鍵中的四個原子和它相鄰的兩個肽鍵中的四個原子和它相鄰的兩個-碳原子處于同一平面，形碳原子處于同一平面，形 成了酰胺平面，

40、也稱肽鍵平面。成了酰胺平面，也稱肽鍵平面。 (3) 在酰胺平面中在酰胺平面中C=0與與N-H呈反式。呈反式。 多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以碳原子碳原子相隔。而相隔。而C C-C-C鍵和鍵和C C-N-N鍵是單鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)，其中鍵是單鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)，其中C C-C-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱，C C-N-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱。和和這一對兩這一對兩面角決定了相鄰兩個酰胺平面的相對位置，也就決定了肽鏈的面角決定了相鄰兩個酰胺平面的相對位置，也就決定了肽鏈的構(gòu)象。構(gòu)象。 (1) -螺旋螺旋 1950年美國年美國Pauling等

41、人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時，提出了等人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時，提出了-螺旋，螺旋，后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在-螺旋。螺旋。 蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋一樣盤曲上升，每蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋一樣盤曲上升，每3.63.6個氨基酸殘基螺旋上升個氨基酸殘基螺旋上升 一圈，每圈螺旋的高度為一圈，每圈螺旋的高度為0.54nm0.54nm，每個氨基酸殘基沿軸上升，每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm0.15nm， 螺旋上升時，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)螺旋上升時，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100100。 在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成氫鏈。在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成氫鏈。 - -螺旋有右手螺旋和左手螺旋之

42、分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。手螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。 -螺旋結(jié)構(gòu)的要點如下：螺旋結(jié)構(gòu)的要點如下： -螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。 除了上面這種典型的除了上面這種典型的-螺旋外，還有一些不典型的螺旋外，還有一些不典型的-螺螺旋，所以規(guī)定了有關(guān)螺旋的寫法，用旋，所以規(guī)定了有關(guān)螺旋的寫法，用“nS”來表示，來表示，n為螺旋為螺旋上升一圈氨基酸的殘基數(shù)。上升一圈氨基酸的殘基數(shù)。S為氫鍵封閉環(huán)內(nèi)的原子數(shù)為氫鍵封閉環(huán)內(nèi)的原子數(shù)，典典型的型

43、的-螺旋用螺旋用3.613表示表示，非典型的，非典型的-螺旋有螺旋有3.010， 4.416（螺旋）等。螺旋）等。一些側(cè)鏈基團(tuán)雖然不參與螺旋，但他們可影響一些側(cè)鏈基團(tuán)雖然不參與螺旋，但他們可影響-螺旋的穩(wěn)定性螺旋的穩(wěn)定性 在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，-螺旋就不穩(wěn)定。螺旋就不穩(wěn)定。 在多肽鏈中只要出現(xiàn)在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro，-螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個彎曲螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個彎曲（bend）或結(jié)節(jié)（）或結(jié)節(jié)（kink）。）。 Gly的的R基太小，難以形成基太小，難以形成-螺旋所需的兩面角，所以和螺旋所需的兩面角，所以和Pro一樣一樣也是

44、螺旋的最大破壞者。也是螺旋的最大破壞者。 肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如Ile，由于空間位阻，也難以，由于空間位阻，也難以形成形成-螺旋。螺旋。 (2) -(2) -折疊折疊 也是也是paulingpauling等人提出來的，它是等人提出來的，它是與與-螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。 - -折疊主鏈骨架以一定的折疊形式折疊主鏈骨架以一定的折疊形式 形成一個折疊的片層。形成一個折疊的片層。 在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。 - -折疊有平行和反平行的兩種形式折疊有平行和反平行的兩種形式: : 每一個氨基酸在主軸上

45、所占的距離，平行的是每一個氨基酸在主軸上所占的距離，平行的是0.325nm0.325nm，反平，反平 行的是行的是0.35nm0.35nm。 (3) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 (-turn)(-turn)和和-凸起（凸起（-bugle-bugle）P212 - -轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)的分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)的分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180180的回折，在回折角的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱上的結(jié)構(gòu)就稱-轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱U U形轉(zhuǎn)折。由第一個氨基形轉(zhuǎn)折。由第一個氨基酸殘基的酸殘基的C=OC=O與第四個氨基酸殘基的與第四個氨基酸殘基的NHNH之間形成氫鍵。之間形成氫鍵。(4) 無

46、規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 無規(guī)卷曲是指沒有規(guī)律性的肽鏈結(jié)無規(guī)卷曲是指沒有規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)，但許多蛋白質(zhì)的功能部位常常埋伏構(gòu)，但許多蛋白質(zhì)的功能部位常常埋伏在這里。在這里。 (5) 環(huán)環(huán) 這是最近發(fā)現(xiàn)普通存在于球狀蛋白質(zhì)中的一種新的二級結(jié)構(gòu)，這種這是最近發(fā)現(xiàn)普通存在于球狀蛋白質(zhì)中的一種新的二級結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的形狀象希臘字結(jié)構(gòu)的形狀象希臘字，所以稱，所以稱環(huán)。環(huán)。 環(huán)這種結(jié)構(gòu)總是出現(xiàn)在蛋白質(zhì)環(huán)這種結(jié)構(gòu)總是出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子的表面，而且以親水殘基為主，這種結(jié)構(gòu)與生物功能有關(guān)，另外在分子的表面，而且以親水殘基為主，這種結(jié)構(gòu)與生物功能有關(guān)，另外在分子識別中可能起重要作用。分子識別中可能起重要作用。 3.3.蛋白質(zhì)的

47、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 超二級結(jié)構(gòu)是超二級結(jié)構(gòu)是19731973年年RossmannRossmann提出的，它是提出的，它是指指二級結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位（二級結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位（-螺旋，螺旋，-折疊等）折疊等）相互聚集，形成有規(guī)律的二級結(jié)構(gòu)的聚集體相互聚集，形成有規(guī)律的二級結(jié)構(gòu)的聚集體。已已知的超二級結(jié)構(gòu)主要有知的超二級結(jié)構(gòu)主要有，xx，-曲折和曲折和-折疊筒等折疊筒等。 ：是兩個：是兩個-螺旋互螺旋互相纏繞，形成一個左相纏繞，形成一個左手超螺旋。手超螺旋。 x：是兩段平行的：是兩段平行的-折疊通過一段連接鏈折疊通過一段連接鏈x連接而形連接而形成的結(jié)構(gòu)。如成的結(jié)構(gòu)。如x為為

48、- 螺旋則為螺旋則為；最常見的為兩個；最常見的為兩個聚集體連在一起形成聚集體連在一起形成 結(jié)構(gòu)，稱結(jié)構(gòu)，稱Rossmann折疊。折疊。 Rossmann折疊折疊如如為為-折疊，則為折疊，則為。 如如x為無規(guī)卷曲，則為為無規(guī)卷曲，則為c。 -曲折（曲折（-meander-meander）：）：是三條或三條以上反平行的是三條或三條以上反平行的-折疊通過短鏈，如折疊通過短鏈，如-轉(zhuǎn)角相連。轉(zhuǎn)角相連。 -折疊筒（折疊筒（-sheat barrel）：）： 由多條由多條-折疊鏈所構(gòu)成的折疊鏈所構(gòu)成的-折疊片，再卷成一個園筒狀的結(jié)折疊片，再卷成一個園筒狀的結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域是是 1970年年Edel

49、man提出的，它是指在較提出的，它是指在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈往往形成幾個緊大的球狀蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈往往形成幾個緊密的球狀構(gòu)象，彼此分開，以松散的肽鏈相連，密的球狀構(gòu)象，彼此分開，以松散的肽鏈相連，此球狀構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。此球狀構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。 最常見的結(jié)構(gòu)域約含最常見的結(jié)構(gòu)域約含100200個氨基酸殘基，少個氨基酸殘基，少至至40個左個左 右，多至右，多至400個以上。個以上。 結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位，多肽結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合。 對那些較小的蛋白對那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三

50、級結(jié)構(gòu)往往是一個意三級結(jié)構(gòu)往往是一個意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)思，也就是說是單結(jié)構(gòu)域的。一般來說，大的域的。一般來說，大的蛋白質(zhì)分子可以由蛋白質(zhì)分子可以由2 2個或個或更多個結(jié)構(gòu)域組成。更多個結(jié)構(gòu)域組成。 結(jié)構(gòu)域有時也稱功能域，功能域是指有功能的結(jié)構(gòu)域有時也稱功能域，功能域是指有功能的部分。功能域可以是一個結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或部分。功能域可以是一個結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域組成。兩個以上的結(jié)構(gòu)域組成。 從動力學(xué)的角度耒看，一條長的多肽鏈先折疊成幾個相對獨立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比直接折疊成三級結(jié)構(gòu)更合理。 從功能的角度耒看，酶蛋白的活性中心往往位于結(jié)構(gòu)域之間，因為連接各個結(jié)構(gòu)域的

51、常常是一條松散的肽鏈，使結(jié)構(gòu)域在空間上擺動比較自由，容易形成適合底物結(jié)合的空間。4. 4. 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)基蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，多肽鏈再進(jìn)一步折疊盤繞成更復(fù)礎(chǔ)上，多肽鏈再進(jìn)一步折疊盤繞成更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，三級結(jié)構(gòu)主要靠非共價雜的空間結(jié)構(gòu)，三級結(jié)構(gòu)主要靠非共價鍵來維持。鍵來維持。 包括：包括： 一級結(jié)構(gòu)中相距遠(yuǎn)的肽段之一級結(jié)構(gòu)中相距遠(yuǎn)的肽段之間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中彼此間的相互關(guān)系。彼此間的相互關(guān)系。 下面以鯨肌紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)的三級結(jié)下面以鯨肌紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，

52、構(gòu)，1963年年Kendrew等通過鯨肌紅蛋白的等通過鯨肌紅蛋白的x-射線射線衍射分析，測得了它的空間結(jié)構(gòu)。衍射分析，測得了它的空間結(jié)構(gòu)。 肌紅蛋白是由一條多肽鏈折疊盤繞成近似肌紅蛋白是由一條多肽鏈折疊盤繞成近似球狀球狀的構(gòu)象。的構(gòu)象。(2) 主鏈的主鏈的80%左右是右手螺旋，其余為無規(guī)卷曲左右是右手螺旋，其余為無規(guī)卷曲，一條多肽鏈，一條多肽鏈 共有共有8個螺旋區(qū)（個螺旋區(qū)（A、B、C、D、E、F、G、H），），7個非螺個非螺 旋區(qū)（二個在末端，中間有五個）。旋區(qū)（二個在末端，中間有五個）。(3) 氨基酸殘基的氨基酸殘基的親水基團(tuán)幾乎全部分布在分子的表面親水基團(tuán)幾乎全部分布在分子的表面，而疏而

53、疏 水基團(tuán)幾乎全部在分子的內(nèi)部。水基團(tuán)幾乎全部在分子的內(nèi)部。(4) 血紅素血紅素輔基垂直地伸出分子表面，通過一個輔基垂直地伸出分子表面，通過一個His殘基和分子殘基和分子 內(nèi)部相連。內(nèi)部相連。 從目前對球狀蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)研究的資料來看，從目前對球狀蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)研究的資料來看，它們有一些共同的特點：它們有一些共同的特點： (1) 在球狀蛋白質(zhì)分子中在球狀蛋白質(zhì)分子中,一條多肽鏈往往通過一部分一條多肽鏈往往通過一部分-螺旋，螺旋， 一部分一部分-折疊，一部分折疊，一部分-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等使肽鏈折疊轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等使肽鏈折疊 盤繞成近似盤繞成近似球狀球狀的構(gòu)象。的構(gòu)象。(2) 球狀蛋白質(zhì)的

54、大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在分子表面形球狀蛋白質(zhì)的大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在分子表面形成親成親 水面水面，而大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋在分子內(nèi)部形成，而大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋在分子內(nèi)部形成疏水核疏水核。 (3) 球狀蛋白質(zhì)的表面往往有內(nèi)陷的空穴，空穴周圍有許多疏球狀蛋白質(zhì)的表面往往有內(nèi)陷的空穴，空穴周圍有許多疏 水側(cè)鏈，是水側(cè)鏈，是疏水區(qū)疏水區(qū)，這空穴往往是，這空穴往往是酶的活性部位或蛋白質(zhì)酶的活性部位或蛋白質(zhì) 的的功能部位功能部位。5.5.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 四級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的亞基聚合成大分子蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的亞基聚合成大分子蛋白質(zhì)的方式（亞基是指一條多肽鏈或以共價鏈連接在一

55、起的幾方式（亞基是指一條多肽鏈或以共價鏈連接在一起的幾條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子的最小共價結(jié)構(gòu)單位）。條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子的最小共價結(jié)構(gòu)單位）。 亞基與肽鏈亞基與肽鏈 一般來說亞基不具有生物活性，即使有一般來說亞基不具有生物活性，即使有也很小，只有當(dāng)這些亞基聚合成一個完整也很小，只有當(dāng)這些亞基聚合成一個完整的蛋白質(zhì)分子后，才具有生物活性。的蛋白質(zhì)分子后，才具有生物活性。 血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)的確定要歸功于血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)的確定要歸功于英國科學(xué)家英國科學(xué)家Max.Perutz Max.Perutz 下面以血紅蛋白（下面以血紅蛋白（hemoglobin）為例，說明蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，）為例，說明蛋白質(zhì)

56、的四級結(jié)構(gòu)，血紅蛋白是由四個亞基組成，血紅蛋白是由四個亞基組成，2個個-亞基，亞基，2個個-亞基，每個亞基由一亞基，每個亞基由一條多肽鏈與一個血紅素輔基組成條多肽鏈與一個血紅素輔基組成 。個亞基以正四面體的方式排列，。個亞基以正四面體的方式排列，彼此之間以非共價鍵相連（主要是離子鍵、氫鍵）彼此之間以非共價鍵相連（主要是離子鍵、氫鍵） 。6.6.維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵 維持蛋白質(zhì)維持蛋白質(zhì) 構(gòu)象的化學(xué)鍵構(gòu)象的化學(xué)鍵氫鍵、離子鍵、疏水作用、范德華引力氫鍵、離子鍵、疏水作用、范德華引力二硫鍵、配位鍵二硫鍵、配位鍵a 離子鍵離子鍵 b 氫鍵氫鍵 c c 疏水作用疏水作用 d d

57、范德華引力范德華引力（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 1鐮刀狀紅細(xì)胞貧血病（鐮刀狀紅細(xì)胞貧血?。╯ickle-cell anemia） 六、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系六、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 Observed Normal range Red cell count 2.6106/ml 4.66.2106/ml Hemoglobin content 8g/100ml 1418g/100ml White cell count 15,250/ml 4,00010,000/ml HbA（ adult hemoglobin） HbS（sickle-cell hemoglob

58、in） 1954年年指紋圖譜（指紋圖譜（finger print） HbAHbS胰蛋白酶28肽段28肽段雙向電泳層析HbA -鏈：鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS -鏈：鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys （二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 以血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)為例說明蛋白質(zhì)以血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)為例說明蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 1血紅蛋白中血紅素輔基的結(jié)構(gòu)血紅蛋白中血紅素輔基的結(jié)構(gòu) 4血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)(變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng))（allosteric

59、effect） 卟啉亞鐵血紅素 氧合作用顯著改變氧合作用顯著改變Hb的四級結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的的四級結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的微小移動導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換（從微小移動導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換（從T態(tài)態(tài)R態(tài)）態(tài)）T態(tài)（態(tài)（tense state）緊張態(tài)）緊張態(tài)R態(tài)（態(tài)（relaxed state）松馳態(tài)。）松馳態(tài)。 血紅蛋白是由兩個血紅蛋白是由兩個-亞基和兩個亞基和兩個-亞基組成的四聚體亞基組成的四聚體（2 22 2），有穩(wěn)定的四級結(jié)構(gòu)，與氧的親和力很弱，但當(dāng)氧與），有穩(wěn)定的四級結(jié)構(gòu)，與氧的親和力很弱，但當(dāng)氧與血紅蛋白分子中一個亞基的血紅素輔基的鐵結(jié)合后。即引起該亞血紅蛋白分子中一個亞基的血紅素輔基的鐵結(jié)合后

60、。即引起該亞基構(gòu)象的改變，一個亞基構(gòu)象的改變又會引起其余亞基的構(gòu)象相基構(gòu)象的改變，一個亞基構(gòu)象的改變又會引起其余亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生改變，亞基間的次級鍵被破壞，結(jié)果整個分子從緊密的構(gòu)繼發(fā)生改變，亞基間的次級鍵被破壞，結(jié)果整個分子從緊密的構(gòu)象變成比較松散的構(gòu)象，易于與氧結(jié)合，使血紅蛋白與氧結(jié)合的象變成比較松散的構(gòu)象，易于與氧結(jié)合，使血紅蛋白與氧結(jié)合的速度大大加快。速度大大加快。 別構(gòu)效應(yīng)是指含亞基的蛋白質(zhì)分子由于一個別構(gòu)效應(yīng)是指含亞基的蛋白質(zhì)分子由于一個亞基構(gòu)象的改變而引起其余亞基以至整個分子構(gòu)亞基構(gòu)象的改變而引起其余亞基以至整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生變化。象、性質(zhì)和功能發(fā)生變化。 七、蛋白質(zhì)的