生物分子的結(jié)構(gòu)與功能課件

蛋白質(zhì)化學(xué)溫州醫(yī)學(xué)院生化教研室李春洋

蛋白質(zhì)化學(xué)溫州醫(yī)學(xué)院生化教研室1掌握蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸，肽鍵和多肽鏈。掌握蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸及其連接方式；掌握蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域；了解蛋白質(zhì)的重要性，生物活性肽的作用，蛋白質(zhì)的分類。了解蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系；了解蛋白的理化性質(zhì)及其提取、純化原理。掌握蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸，肽鍵和多2蛋白質(zhì)(Protein)是生物體內(nèi)一類極為重要的高分子有機(jī)化合物，是生物體的基本組成成分之一。人體中蛋白質(zhì)的含量豐富，約占人體干重的45%，且種類繁多，分布廣泛，幾乎所有的器官組織都含蛋白質(zhì)，并且它又與所有的生命活動密切聯(lián)系。

蛋白質(zhì)(Protein)是生物體內(nèi)一類極為重要的高分子有機(jī)化3蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能：酶的生物催化作用調(diào)控作用協(xié)調(diào)運(yùn)動作用參與運(yùn)輸、貯存作用免疫保護(hù)作用其他作用蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能：酶的生物催化作用4第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成5不同來源的蛋白質(zhì)，其元素組成相似。元素分析證實(shí)干燥蛋白質(zhì)的元素主要有碳（50～55%）、氫（6～7%）、氧（19～24%）、氮（13～19%）和硫（0～4%）。蛋白質(zhì)是體內(nèi)主要的含氮化合物，各種蛋白質(zhì)的平均含氮量約為16%。因此，可用定氮法來推算樣品中蛋白質(zhì)的含量。每克樣品含氮克數(shù)×6.25=每克樣品中蛋白質(zhì)含（g）不同來源的蛋白質(zhì)，其元素組成相似。元素分析證實(shí)干燥蛋白質(zhì)的元6一、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，其在不同條件下水解時(shí)產(chǎn)物是游離氨基酸。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸僅有20種，且其化學(xué)結(jié)構(gòu)均為L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。不同的氨基酸R

基團(tuán)不同。Cα+NH3COOHR一、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本單7（二）氨基酸的分類非極性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸等；極性中性氨基酸：色氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸等；酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；堿性氨基酸：組氨酸、賴氨酸、精氨酸。（二）氨基酸的分類非極性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、8半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白質(zhì)分子中，有時(shí)2個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基脫氫，以二硫鍵相連形成胱氨酸。脯氨酸是唯一的環(huán)狀亞氨基酸，其可羥化生成羥脯氨酸。COOHCHSH2NCH2SCOOHCHH2NCH2NHH2CH2CCH2CCOOHH半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白質(zhì)分子中，有時(shí)2個(gè)半胱氨酸殘基上9（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.氨基酸的兩性解離與等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，氨基酸的解離方式及帶電狀態(tài)取決于其所處溶液的酸堿度。在一定的pH環(huán)境下，氨基酸解離成陰、陽離子的程度相同，所帶的正、負(fù)電荷相等，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.氨基酸的兩性解離與等電點(diǎn)10COOHCHH2NCH3+OH-陽離子pH＜pI陰離子pH＞pI兼性離子pH=pICOO-CHH3N+CH3COO-CHH2NCH3COOHCHH3N+CH3+H++OH-+H+COOHCHH2NCH3+OH-陽離子pH＜pI陰離子pH＞112.紫外吸收性質(zhì)

組成天然蛋白質(zhì)分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸對紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最強(qiáng)?？衫么诵再|(zhì)采用紫外分分光度法測定蛋白質(zhì)的含量。酪氨酸色氨酸吸光度波長nm苯丙氨酸02302402502602702802903003106543212.紫外吸收性質(zhì)組成天然蛋白質(zhì)分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸123.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮在弱酸溶液中共熱生成藍(lán)紫色化合物。用紙層析或柱層析把各種氨基酸分開后，利用茚三酮顯色可以鑒定并用分光光度法在570nm定量測定各種氨基酸。所有的-氨基酸除脯氨酸外，都可顯藍(lán)紫色反應(yīng)。3.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)132.酰化反應(yīng)氨基酸的氨基與丹磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成DNS-氨基酸，在紫外光下產(chǎn)生強(qiáng)烈的黃色熒光，有很高的靈敏度。該反應(yīng)被用于多肽鏈氨基末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量測定。2.?；磻?yīng)氨基酸的氨基與丹磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成143.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基的一個(gè)氫原子被烴基取代，例如與2，4-二硝基氟苯(DNFB)反應(yīng)。該反應(yīng)是氨基酸的-氨基與DNFB在堿性溶液中反應(yīng)，生成二硝基苯基氨基酸。常用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基末端氨基酸。3.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基的一個(gè)氫原子被烴基取代，例如與2，4153.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基與苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿條件下反應(yīng)，形成相應(yīng)的苯氨基硫甲酰（PTC）衍生物；PTC在硝基烷中與酸作用，環(huán)化生成相應(yīng)的苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物。常用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基末端氨基酸，在蛋白質(zhì)及多肽氨基酸序列分析中占有重要地位。3.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基與苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿條件16三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式（一）肽鍵與多肽鏈一分子氨基酸的α-羧基和另一分子氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的酰胺鍵稱為肽鍵。COOHCH2NR1COOHCH2NR2+H2OCOCH2NR1COOHCHNR2三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式（一）肽鍵與多肽鏈COOH17氨基酸通過肽鍵連接成的化合物稱為肽。根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目分別稱為寡肽、多肽或蛋白質(zhì)。寡肽——10個(gè)以下氨基酸殘基組成的肽；多肽或蛋白質(zhì)——10個(gè)或以上氨基酸殘基組成的肽。多肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而殘缺，故稱為氨基酸殘基。將氨基酸殘基連接成一條長鏈多肽的主鍵是肽鍵；由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的長鏈骨架稱為多肽主鏈；各氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)統(tǒng)稱為多肽側(cè)鏈。氨基酸通過肽鍵連接成的化合物稱為肽。根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目分別18一條多肽鏈有2個(gè)游離的末端：

①N（末）端——又稱為氨基末端，指未參與形成肽鍵的α-氨基（即自由氨基）；②C（末）端——又稱為羧基末端，指未參與形成肽鍵的α-羧基（即自由羧基）。多肽的命名原則是：除C端的氨基酸殘基外，所有氨基酸殘基均按酰基命名，并從N端依次列出，最后加上C端氨基酸殘基的名稱。一條多肽鏈有2個(gè)游離的末端：19（二）生物活性肽生物活性肽——人體內(nèi)有一些生理活性物質(zhì)是由幾個(gè)至幾十個(gè)氨基酸殘基組成的小分子肽，稱為生物活性肽。生物活性肽是傳遞細(xì)胞之間信息的重要信息分子，在調(diào)節(jié)代謝、生長、發(fā)育、繁殖等生命活動中起重要作用。（二）生物活性肽生物活性肽——人體內(nèi)有一些生理活性物質(zhì)是由幾201.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽，其分子中的巰基是主要官能團(tuán)。HOOCCCH2CH2CNH2NHOHCHCH2SHCONHCH2COOHCHHγ-谷氨酸半胱氨酸甘氨酸1.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨21谷胱甘肽有親核性的-SH能與親電子的外源毒物結(jié)合，起到解毒與保護(hù)作用。谷胱甘肽還是體內(nèi)重要的還原劑，能防止蛋白質(zhì)分子中的-SH被氧化。2GSHGSSGH2O22H2ONADP+NADPH+H+GSH還原酶GSH過氧化物酶谷胱甘肽有親核性的-SH能與親電子的外源毒物結(jié)合，起到解毒與222.神經(jīng)肽——由中樞神經(jīng)末梢釋放的多肽類神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)稱為神經(jīng)肽類。如腦腓肽、β-內(nèi)啡肽、孤啡肽、P物質(zhì)等。3.（寡）多肽類激素——體內(nèi)有許多激素本質(zhì)是寡肽或多肽，主要是下丘腦和垂體分泌的激素，如催產(chǎn)素、加壓素、促腎上腺皮質(zhì)激素等。2.神經(jīng)肽——由中樞神經(jīng)末梢釋放的多肽類神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)稱23

一些生物活性肽的結(jié)構(gòu)與功能下丘腦分泌，促腺垂體分泌促甲狀腺素焦谷·組·脯-NH2促甲狀腺素釋放因子胰島-細(xì)胞分泌的激素，調(diào)節(jié)糖代謝H·組·絲·谷胺·甘·蘇·苯丙·蘇·絲·天·酪·絲·賴·酪·亮·天·絲·精·精·丙·谷胺·天·苯丙·纈·谷胺·色·亮·蛋·天胺·蘇·OH胰高血糖素（牛）神經(jīng)遞質(zhì)H·精·脯·賴·脯·谷胺·苯丙·甘·亮·蛋·NH2P物質(zhì)血管疏張肽H·精·脯·脯·甘·苯丙·絲·脯·苯丙·精·OH血漿緩激肽（牛）垂體后葉分泌，促進(jìn)腎保留水H·半·酪·苯丙·谷胺·天胺·半·脯·精·甘·NH2抗利尿激素（加壓素）升高血壓，刺激腎上腺皮質(zhì)分泌醛固酮H·天·精·纈·酪·異·組·脯·苯丙·OH血管緊張素-II（牛）腦內(nèi)存在的抑制疼痛的阿片樣肽H·酪·甘·甘·苯丙·蛋·OH蛋氨酸腦啡肽生理活性分子結(jié)構(gòu)生物活性肽SS一些生物活性肽的結(jié)構(gòu)與功能下丘腦分泌，促腺垂體分泌促甲狀24三、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)分子的組成特點(diǎn)：①單純蛋白質(zhì)：根據(jù)理化性質(zhì)及來源分為清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、組蛋白等②結(jié)合蛋白質(zhì)（其非蛋白部分稱為輔基）：按其輔基的不同分為核蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金屬蛋白等。根據(jù)蛋白質(zhì)分子的形狀：球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。根據(jù)蛋白質(zhì)的主要功能：活性蛋白質(zhì)和非活性（結(jié)構(gòu)）蛋白質(zhì)。三、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)分子的組成特點(diǎn)：25第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)26一、蛋白的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)——指蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸殘基的排列順序，是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵，但一級結(jié)構(gòu)也包括形成二硫鍵的半胱氨酸殘基的位置。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，是區(qū)別不同蛋白質(zhì)最基本、最重要的標(biāo)志；也是其空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、蛋白的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)——指蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸殘27

牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)胰島素由A、B兩條多肽鏈組成，A鏈含21個(gè)氨基酸殘基，B鏈含30個(gè)氨基酸殘基。由于兩條鏈之間由共價(jià)鍵相連接，所以胰島素沒有四級結(jié)構(gòu)。SerGlyIleValGluGlnCysCysThrIleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsnPheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGlyGluArgPhePheTyrThrProLysThrNH215101520COOHA鏈NH2151015202530HOOCB鏈牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)SerGlyIleValGluGlnCy28二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——是指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布狀態(tài)，并不涉及側(cè)鏈的空間排布。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中多肽鏈主鏈的空間構(gòu)象。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——是指多肽鏈中主鏈原子2920世紀(jì)30年代末，LinusPauling和RobertCorey應(yīng)用X線衍射技術(shù)研究氨基酸和寡肽的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)肽鍵平面。肽鍵C-N和與其相連的另外4個(gè)原子構(gòu)成一個(gè)平面，稱為肽鍵平面，又稱肽單元

（酰胺平面）。CCCCCOOHR2R3NNR1HHHH20世紀(jì)30年代末，LinusPauling和Robert30由于Cα所連的二個(gè)單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，致使α-碳原子兩側(cè)的肽鍵平面可形成若干不同的空間排布位置，這是形成各種二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。二級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有：-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是氫鍵。由于Cα所連的二個(gè)單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，致使α-碳原子兩側(cè)的肽鍵平31（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNNCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCNNNNNNNNNNN側(cè)鏈基團(tuán)碳原子氮原子氧原子氫原子（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNN32（二）-折疊CNCNACNNCB（二）-折疊CNCNACNNCB33（三）-轉(zhuǎn)角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR1HR4（三）-轉(zhuǎn)角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR34（四）無規(guī)卷曲限制性內(nèi)切核酸酶BamHI的三級結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)角-折疊無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲-螺旋（四）無規(guī)卷曲限制性內(nèi)切核酸酶BamHI的三級結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)35在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的結(jié)構(gòu)區(qū)域，稱模體或超二級結(jié)構(gòu)。目前發(fā)現(xiàn)的超二級結(jié)構(gòu)有三種基本形式：α螺旋組合(αα)；β折疊組合(ββ)和α螺旋β折疊組合(βαβ)，其中以βαβ組合最為常見。

在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成36鋅指模體-螺旋-轉(zhuǎn)角螺旋螺旋轉(zhuǎn)角NC螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體組氨酸殘基-折疊-折疊-螺旋Zn半胱氨酸殘基鋅指模體-螺旋-轉(zhuǎn)角螺旋螺旋轉(zhuǎn)角NC螺37三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，側(cè)鏈基團(tuán)相互作用，使多肽鏈進(jìn)一步折疊卷曲形成的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在三維空間的排布稱為蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的力量——主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力等來維持，此外，還有兩個(gè)半胱氨酸殘基巰基間形成的二硫鍵。

三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，側(cè)鏈基團(tuán)相互作38次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔甚遠(yuǎn)的氨基酸酸殘基的R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有特征性，是由其一級結(jié)構(gòu)決定的；由一條多肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，必須具有三級結(jié)構(gòu)才有生物學(xué)活性；三級結(jié)構(gòu)一旦被破壞，生物學(xué)活性便隨之喪失。次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔甚遠(yuǎn)的氨基酸酸殘基的R基團(tuán)之間39在較大的蛋白質(zhì)分子中，常由數(shù)百個(gè)氨基酸殘基折疊成2個(gè)或2個(gè)以上具有獨(dú)立功能的穩(wěn)定球形結(jié)構(gòu)單位，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域與分子整體以共價(jià)鍵相連，一般難以分離，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。

NCSH3SH2蛋白激酶可被磷酸化的酪氨酸殘基細(xì)胞癌基因src表達(dá)產(chǎn)物Src的結(jié)構(gòu)展開圖在較大的蛋白質(zhì)分子中，常由數(shù)百個(gè)氨基酸殘基折疊成2個(gè)或2個(gè)以40四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)——具有二條或二條以上獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其多肽鏈間通過非共價(jià)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。每個(gè)具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為一個(gè)亞基。由亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì)稱寡聚蛋白。四級結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指蛋白質(zhì)分子中各個(gè)亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)——具有二條或二條以上獨(dú)41穩(wěn)定蛋白四級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是疏水作用，也包括氫鍵、離子鍵和范德華力、疏水鍵等次級鍵。一般認(rèn)為，具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，分離的亞基無生物活性。1221血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定蛋白四級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是疏水作用，也包括氫鍵、離子鍵和42第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系43一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級鍵來維持。在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后，即可根據(jù)各自一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)44126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巰基乙醇

透析除去尿素和β-巰基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巰基乙醇

-除去β-巰基乙醇變性失活的RNase126405865728495110124“錯亂”RNase牛胰核糖核酸酶的變性與復(fù)性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH9510045胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分來源氨基酸殘基的差異部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla馬ThrGlyIleAla（二）一級結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分來源氨基酸殘基的差異部分A46絲氨酸蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸周圍的固定氨基酸序列蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸殘基周圍的固定氨基酸序列胰凝乳蛋白酶CAG–ASGV–SSCMGDS(195)GGPLV胰蛋白酶CAGY–LEGGK–DSCQGDS(195)GGPVV胰彈性蛋白酶CAG–GNGVR–SGCQGDS(195)GGPLH凝血酶CAGYKPGEGKRGDACEGDS(195)GGPFV凝血因子CAGY–DTQPE–DACQGDS(195)GGPHV纖維蛋白溶酶CAGH–LAGGT–DSCQGDS(195)GGPLV血漿緩激肽CAGY–LPGGK–DTCMGDS(195)GGPLI絲氨酸蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸周圍的固定氨基酸序列蛋白酶催化基團(tuán)47（三）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，參與構(gòu)成功能活性部位的氨基酸殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的氨基酸殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)氨基酸殘基的異常，也可能引起蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的嚴(yán)重變化，給機(jī)體帶來嚴(yán)重的危害。分子病——由于蛋白質(zhì)分子中某個(gè)氨基酸殘基發(fā)生變異引起的疾病。（三）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，參與構(gòu)成48N端…蘇--脯--纈--谷--賴……HbS(β亞基）……ACACCCGUAGAAAAA……mRNA……TGTGGGGATCTTTTT……DNA異常N端…蘇--脯--谷--谷--賴……HbA(β亞基）……ACACCCGAAGAAAAA……mRNA……TGTGGGCTTCTTTTTDNA正常N端…蘇--脯--纈--谷--賴……HbS(β亞基）……AC49二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān)，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)，而只有具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)才能表現(xiàn)生物學(xué)功能。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋50（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系肌紅蛋白和血紅蛋白都是結(jié)合蛋白，輔基為血紅素。肌紅蛋白為單肽鏈蛋白質(zhì)，它的三級結(jié)構(gòu)折疊方式使輔基血紅素能與O2可逆結(jié)合與解離，發(fā)揮貯存氧的功能。血紅蛋白的主要功能是在循環(huán)中轉(zhuǎn)運(yùn)氧，這一功能依賴于Hb

具有四級結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系肌紅蛋白和血紅蛋白都是結(jié)合蛋51Hb分子由2個(gè)-亞基（各含141個(gè)氨基酸殘基）和2個(gè)-亞基（各含146個(gè)氨基酸殘基）構(gòu)成，即22。未結(jié)合O2時(shí)，Hb的1/1和2/2呈對角排列，處于緊湊狀態(tài)，稱為緊張態(tài)（T態(tài)），T態(tài)的Hb與O2親和力小；然而，伴隨O2的結(jié)合，使束縛緊密的T態(tài)改變?yōu)橐着cO2結(jié)合的松弛態(tài)（R態(tài)）。Hb分子由2個(gè)-亞基（各含141個(gè)氨基酸殘基）和2個(gè)-亞52協(xié)同效應(yīng)——是指一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體結(jié)合的能力。一個(gè)亞基與其配體（O2）結(jié)合后，促進(jìn)此寡聚體中其他亞基與配體（O2）結(jié)合的現(xiàn)象，稱為正協(xié)同效應(yīng)；反之則為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)——是指一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一53O2與Hb的一個(gè)亞基結(jié)合引起Hb構(gòu)象變化，從而引起蛋白質(zhì)分子功能改變的現(xiàn)象，稱為變構(gòu)效應(yīng)；引起Hb發(fā)生變構(gòu)的氧分子稱為變構(gòu)效應(yīng)劑；Hb則稱為變構(gòu)蛋白。O2與Hb的一個(gè)亞基結(jié)合引起Hb構(gòu)象變化，從而引起蛋白質(zhì)分子54（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中多肽鏈的正確折疊對其正確構(gòu)象的形成和功能的發(fā)揮至關(guān)重要。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)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生，有人將此類疾病稱為蛋白構(gòu)象病，如老年癡呆癥、帕金森病、瘋牛病等。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是55第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)56一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(zhì)解離成陰離子：N-端的游離氨基、賴氨酸殘基的ε-氨基、精氨酸殘基的胍基和組氨酸殘基的咪唑基；解離成陽離子：C-端的游離羧基、天冬氨酸殘基的β-羧基和谷氨酸殘基的γ-羧基。+OH-+OH-+H++H+陽離子pH＜pI陰離子pH＞pI兼性離子pH=pICOO-PH2NCOO-PH3N+COOHPH3N+一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(zhì)解離成陰離子：N-端的游離氨基、賴氨57在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)不解離，或解離成陽離子和陰離子的趨勢相等，即成為兼性離子（凈電荷為零），此時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）。堿性蛋白質(zhì)——少數(shù)蛋白質(zhì)含堿性氨基酸殘基較多，其pI較高，在人體體液中帶正電，稱為堿性蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白等。酸性蛋白質(zhì)——含有酸性氨基酸殘基較多的蛋白質(zhì)稱為酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白等。在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)不解離，或解離成陽離子和陰離子的趨勢58二、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1萬至數(shù)千萬之巨，其分子的直徑可達(dá)膠粒的范圍（1～100nm），故可將蛋白質(zhì)溶液看作膠體溶液。蛋白質(zhì)分子之間相同電荷的排斥作用和水化膜的相互隔離作用是維持蛋白質(zhì)膠體在水中穩(wěn)定性的兩大因素。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1萬59+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)-------帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)-------帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿堿酸酸堿脫水作用脫水作用脫水作用+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)60三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性在某些物理或化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致理化性質(zhì)改變和生物學(xué)活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性作用。變性蛋白質(zhì)只有空間構(gòu)象的破壞，一般認(rèn)為蛋白質(zhì)變性本質(zhì)是次級鍵的破壞，并不涉及一級結(jié)構(gòu)的變化。三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性在某些物理或化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子61引起蛋白質(zhì)變性的因素①物理因素：加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；②化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、有機(jī)溶劑等。蛋白質(zhì)變性程度較輕時(shí)，如去除變性因素，有的蛋白質(zhì)仍能恢復(fù)或部分恢復(fù)其原來的構(gòu)象及功能，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性。引起蛋白質(zhì)變性的因素62126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巰基乙醇

透析除去尿素和β-巰基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巰基乙醇

-除去β-巰基乙醇變性失活的RNase126405865728495110124“錯亂”RNase牛胰核糖核酸酶的變性與復(fù)性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH9510063變性蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)暴露，喪失水化膜，由親水膠體變成疏水膠體；變性蛋白質(zhì)空間構(gòu)象破壞造成分子的不對稱性增大，在溶液中粘度增大；變性蛋白質(zhì)分子中各原子和基團(tuán)的正常排布發(fā)生變化，吸收光譜改變，并喪失生物活性；變性蛋白質(zhì)由于其盤曲肽鏈的伸展，肽鍵外露，易被蛋白酶水解。變性蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)暴露，喪失水化膜，由親水膠體變成疏水膠體；64四、蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)沉淀。引起蛋白質(zhì)沉淀的主要方法①鹽析——在蛋白質(zhì)溶液中加入大量的中性鹽以破壞蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定性而使其析出，這種方法稱為鹽析。常用的中性鹽有硫酸銨、氯化鈉等。②重金屬鹽沉淀蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)可以與重金屬離子如汞、鉛、銅、銀等結(jié)合成鹽沉淀。沉淀的條件以介質(zhì)pH稍大于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)pI為宜。四、蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)沉淀。65③生物堿試劑以及某些酸類沉淀蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)可與生物堿試劑(如苦味酸、鎢酸、鞣酸)以及某些酸(如三氯醋酸、過氯酸)結(jié)合成不溶性的鹽沉淀。④有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)——可與水混合的有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，對水的親和力很大，能破壞蛋白質(zhì)顆粒表面的水化膜，在等電點(diǎn)時(shí)使蛋白質(zhì)沉淀。

③生物堿試劑以及某些酸類沉淀蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)可與生物堿66五、蛋白質(zhì)的凝固將接近于等電點(diǎn)附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，可使蛋白質(zhì)發(fā)生凝固而沉淀。蛋白質(zhì)的變性、沉淀、凝固相互之間有密切的關(guān)系。沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性，變性的蛋白質(zhì)不一定沉淀，變性的蛋白質(zhì)只在等電點(diǎn)附近才沉淀，沉淀的變性蛋白質(zhì)也不一定凝固。凝固是蛋白質(zhì)變性后進(jìn)一步發(fā)展的不可逆結(jié)果。五、蛋白質(zhì)的凝固將接近于等電點(diǎn)附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，可使蛋67（六）蛋白質(zhì)的紫外吸收和呈色反應(yīng)

蛋白質(zhì)的紫外吸收——蛋白質(zhì)分子普遍含有色氨酸和酪氨酸。此兩種氨基酸分子含有構(gòu)軛雙鍵，使蛋白質(zhì)在波長280nm紫外光下有最大吸收峰。280nm處吸光度的測定常用于蛋白質(zhì)的定量。蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)——（1）茚三酮反應(yīng)（2）與考馬斯亮藍(lán)反應(yīng)（3）雙縮脲反應(yīng)。此外，蛋白質(zhì)分子還可與氨基黑10B、酚試劑、乙醛酸試劑等發(fā)生顏色反應(yīng)。（六）蛋白質(zhì)的紫外吸收和呈色反應(yīng)蛋白質(zhì)的紫外吸收——蛋白質(zhì)68第五節(jié)

蛋白質(zhì)的分離純化

及其結(jié)構(gòu)的測定第五節(jié)

蛋白質(zhì)的分離純化

及其結(jié)構(gòu)的測定69一、蛋白質(zhì)的分離純化分子大小超速離心凝膠過濾透析、超濾生物學(xué)功能及化學(xué)結(jié)構(gòu)親合層析等溶解度等電點(diǎn)沉淀鹽析有機(jī)溶劑沉淀解離性質(zhì)電泳（等電聚焦電泳、雙向電泳等）離子交換層析

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

常用的純化方法磁力攪拌器透析前透析后透析袋磁力攪拌器待超濾的蛋白質(zhì)溶液加壓的氮?dú)獬瑸V膜超濾勻漿沉淀上清1000g,5min上清上清上清上清沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀4000g,10min15000g,20min30000g,30min100000g,90min100000g,180min（未破壞的真核細(xì)胞）（細(xì)胞膜碎片，細(xì)胞核）（線粒體，細(xì)菌）（溶酶體，菌體碎片）（微粒體）（核糖核蛋白體）胞液原點(diǎn)帶負(fù)電荷蛋白質(zhì)的泳動方向?yàn)V紙、醋酸纖維素薄膜或其他支持物陽極陰極電極緩沖液電極緩沖液

+(H2SO4)

(NaOH)pH3pH10

+(H2SO4)

(NaOH)pI4.55.16.07.98.1pH3pH10等電聚焦(IEF)pH3.0pH10.0第一相IEF按pI進(jìn)行分離SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS）電泳走向第二相SDS按分子大小分離pH3.0pH10.0++一、蛋白質(zhì)的分離純化分子大小超速離心凝膠過濾透析、超濾生物學(xué)70二、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定1953年F.Sanger等首次成功地測定出牛胰島素的全部氨基酸排列順序，開創(chuàng)了研究蛋白質(zhì)—級結(jié)構(gòu)的新紀(jì)元。1967年，Edman等發(fā)明了自動測序儀，方便并且加速蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定。近幾十年來，蛋白質(zhì)測序工作蓬勃發(fā)展，分析技術(shù)不斷革新，迄今為止已確定了數(shù)萬種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。

二、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定1953年F.Sanger等首次成71（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的一般策略確定組成蛋白質(zhì)分子的肽鏈(或稱亞基)的數(shù)目；拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈；裂解蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵；分離純化單個(gè)亞基，測定各個(gè)亞基的氨基酸組成；鑒定多肽鏈的氨基末端和羧基末端殘基；（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的一般策略確定組成蛋白質(zhì)分子的肽鏈(72用兩種或幾種不同的斷裂方法在特異性位點(diǎn)裂解多肽鏈成較小的片段；分離純化各個(gè)裂解肽段，測定各肽段的氨基酸序列；比較幾種方法裂解獲得的各肽段的氨基酸序列和不同的裂解位點(diǎn)，找出交錯重疊的序列，確定各肽段在整條肽鏈中的位置，獲得完整的氨基酸序列；確定二硫鍵的位置，重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)。

用兩種或幾種不同的斷裂方法在特異性位點(diǎn)裂解多肽鏈成較小的片段73測定多肽鏈的氨基末端和羧基末端氨基酸可作為整條多肽鏈的標(biāo)志點(diǎn)。Sanger曾用二硝基氟苯法，現(xiàn)多采用丹酰氯法。（二）多肽鏈氨基末端與羧基末端分析

O2NFNO2O2NFNO22，4-二硝基氟苯O2NNHNO2CHCOOHR12，4-二硝基苯氨基酸測定多肽鏈的氨基末端和羧基末端氨基酸可作為整（二）多74羧基端的檢測常采用羧基肽酶法?？刂品磻?yīng)條件，使C端氨基酸逐一釋放出來，予以檢測。SO2ClNH3CH3C丹酰氯SO2NHNH3CH3CCHCOOHR1丹酰氨基酸（強(qiáng)熒光）羧基端的檢測常采用羧基肽酶法?？刂品磻?yīng)條件，SO2C753.多肽鏈的氨基酸序列測定和重疊組合在對多肽鏈進(jìn)行測序前，先將多肽鏈用幾種方法進(jìn)行限制性水解，生成相互有部分重疊序列的一系列短肽，用Edman降解法對每個(gè)短肽進(jìn)行測序?qū)⒉煌椒ㄋ猱a(chǎn)生的肽鏈進(jìn)行比較，找出重疊部分，進(jìn)行累加，拼出完整的多肽鏈序列。水解多肽鏈的方法很多，常用的有胰蛋白酶法、胰凝乳蛋白酶法、溴化氰法等。水解生成的肽段可用層析或電泳加以分離。3.多肽鏈的氨基酸序列測定和重疊組合在對多肽鏈進(jìn)行測序前，先76CHH2NCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH2NCHCNCHCNR2OHR3OH重復(fù)下一輪反應(yīng)6mol/L鹽酸NCS異硫氰酸苯酯（PITC）NCSCHHNCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH苯氨基硫甲酰多肽（PTC肽）Edman降解法原理NCCCNHCSHR1苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸（PTH肽）OCHH2NCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH2N77氨基酸的組成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1賴、3亮、1酪、2絲、1蘇、1天、1纈、1異、1組多肽鏈的N端和C端的確定：H-甘，天-OH多肽的水解和肽段的測序：胰蛋白酶水解：甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精亮-甘-丙-天溴化氰水解：甘-丙-丙-蘇-蛋組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天多肽段的組合疊加：甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精甘-丙-丙-蘇-蛋組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天亮-甘-丙-天H-甘-丙-丙-蘇-蛋-組-酪-苯-精-甘-丙-絲-蛋-丙-亮-異-賴-苯-甘-亮-蛋-丙-纈-絲-精-亮-甘-丙-天-OH兩種水解作用所得肽鏈的測序與組合氨基酸的組成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1賴、3亮、78按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測定DNA序列排列出mRNA序列編碼蛋白質(zhì)的mRNA互補(bǔ)DNA（cDNA）按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測定79Edman降解法不能對環(huán)形肽鏈和N端封閉的肽進(jìn)行測序，也不能測知某些被修飾的氨基酸。利用RT-PCR或測定基因組的堿基序列也不能推測翻譯后氨基酸的修飾情況。近年來，把Edman降解法與質(zhì)譜分析偶聯(lián)起來測定蛋白質(zhì)的氨基酸序列取得了非常滿意的結(jié)果。Edman降解法不能對環(huán)形肽鏈和N端封閉的肽進(jìn)行測序，也不能80通常采用圓二色光譜（CD）測定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量。X射線衍射法和磁共振（NMR）是研究蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確的方法。預(yù)測蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法：理論計(jì)算法和已知空間結(jié)構(gòu)比較法。四、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的測定通常采用圓二色光譜（CD）測定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量81生物分子的結(jié)構(gòu)與功能課件82

蛋白質(zhì)化學(xué)溫州醫(yī)學(xué)院生化教研室李春洋

蛋白質(zhì)化學(xué)溫州醫(yī)學(xué)院生化教研室83掌握蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸，肽鍵和多肽鏈。掌握蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸及其連接方式；掌握蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域；了解蛋白質(zhì)的重要性，生物活性肽的作用，蛋白質(zhì)的分類。了解蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系；了解蛋白的理化性質(zhì)及其提取、純化原理。掌握蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸，肽鍵和多84蛋白質(zhì)(Protein)是生物體內(nèi)一類極為重要的高分子有機(jī)化合物，是生物體的基本組成成分之一。人體中蛋白質(zhì)的含量豐富，約占人體干重的45%，且種類繁多，分布廣泛，幾乎所有的器官組織都含蛋白質(zhì)，并且它又與所有的生命活動密切聯(lián)系。

蛋白質(zhì)(Protein)是生物體內(nèi)一類極為重要的高分子有機(jī)化85蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能：酶的生物催化作用調(diào)控作用協(xié)調(diào)運(yùn)動作用參與運(yùn)輸、貯存作用免疫保護(hù)作用其他作用蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能：酶的生物催化作用86第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成87不同來源的蛋白質(zhì)，其元素組成相似。元素分析證實(shí)干燥蛋白質(zhì)的元素主要有碳（50～55%）、氫（6～7%）、氧（19～24%）、氮（13～19%）和硫（0～4%）。蛋白質(zhì)是體內(nèi)主要的含氮化合物，各種蛋白質(zhì)的平均含氮量約為16%。因此，可用定氮法來推算樣品中蛋白質(zhì)的含量。每克樣品含氮克數(shù)×6.25=每克樣品中蛋白質(zhì)含（g）不同來源的蛋白質(zhì)，其元素組成相似。元素分析證實(shí)干燥蛋白質(zhì)的元88一、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，其在不同條件下水解時(shí)產(chǎn)物是游離氨基酸。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸僅有20種，且其化學(xué)結(jié)構(gòu)均為L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。不同的氨基酸R

基團(tuán)不同。Cα+NH3COOHR一、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本單89（二）氨基酸的分類非極性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸等；極性中性氨基酸：色氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸等；酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；堿性氨基酸：組氨酸、賴氨酸、精氨酸。（二）氨基酸的分類非極性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、90半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白質(zhì)分子中，有時(shí)2個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基脫氫，以二硫鍵相連形成胱氨酸。脯氨酸是唯一的環(huán)狀亞氨基酸，其可羥化生成羥脯氨酸。COOHCHSH2NCH2SCOOHCHH2NCH2NHH2CH2CCH2CCOOHH半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白質(zhì)分子中，有時(shí)2個(gè)半胱氨酸殘基上91（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.氨基酸的兩性解離與等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，氨基酸的解離方式及帶電狀態(tài)取決于其所處溶液的酸堿度。在一定的pH環(huán)境下，氨基酸解離成陰、陽離子的程度相同，所帶的正、負(fù)電荷相等，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.氨基酸的兩性解離與等電點(diǎn)92COOHCHH2NCH3+OH-陽離子pH＜pI陰離子pH＞pI兼性離子pH=pICOO-CHH3N+CH3COO-CHH2NCH3COOHCHH3N+CH3+H++OH-+H+COOHCHH2NCH3+OH-陽離子pH＜pI陰離子pH＞932.紫外吸收性質(zhì)

組成天然蛋白質(zhì)分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸對紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最強(qiáng)?？衫么诵再|(zhì)采用紫外分分光度法測定蛋白質(zhì)的含量。酪氨酸色氨酸吸光度波長nm苯丙氨酸02302402502602702802903003106543212.紫外吸收性質(zhì)組成天然蛋白質(zhì)分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸943.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮在弱酸溶液中共熱生成藍(lán)紫色化合物。用紙層析或柱層析把各種氨基酸分開后，利用茚三酮顯色可以鑒定并用分光光度法在570nm定量測定各種氨基酸。所有的-氨基酸除脯氨酸外，都可顯藍(lán)紫色反應(yīng)。3.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)952.?；磻?yīng)氨基酸的氨基與丹磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成DNS-氨基酸，在紫外光下產(chǎn)生強(qiáng)烈的黃色熒光，有很高的靈敏度。該反應(yīng)被用于多肽鏈氨基末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量測定。2.酰化反應(yīng)氨基酸的氨基與丹磺酰氯(DNS-Cl)反應(yīng)，生成963.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基的一個(gè)氫原子被烴基取代，例如與2，4-二硝基氟苯(DNFB)反應(yīng)。該反應(yīng)是氨基酸的-氨基與DNFB在堿性溶液中反應(yīng)，生成二硝基苯基氨基酸。常用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基末端氨基酸。3.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基的一個(gè)氫原子被烴基取代，例如與2，4973.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基與苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿條件下反應(yīng)，形成相應(yīng)的苯氨基硫甲酰（PTC）衍生物；PTC在硝基烷中與酸作用，環(huán)化生成相應(yīng)的苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物。常用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基末端氨基酸，在蛋白質(zhì)及多肽氨基酸序列分析中占有重要地位。3.烴基化反應(yīng)氨基酸氨基與苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿條件98三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式（一）肽鍵與多肽鏈一分子氨基酸的α-羧基和另一分子氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的酰胺鍵稱為肽鍵。COOHCH2NR1COOHCH2NR2+H2OCOCH2NR1COOHCHNR2三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式（一）肽鍵與多肽鏈COOH99氨基酸通過肽鍵連接成的化合物稱為肽。根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目分別稱為寡肽、多肽或蛋白質(zhì)。寡肽——10個(gè)以下氨基酸殘基組成的肽；多肽或蛋白質(zhì)——10個(gè)或以上氨基酸殘基組成的肽。多肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而殘缺，故稱為氨基酸殘基。將氨基酸殘基連接成一條長鏈多肽的主鍵是肽鍵；由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的長鏈骨架稱為多肽主鏈；各氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)統(tǒng)稱為多肽側(cè)鏈。氨基酸通過肽鍵連接成的化合物稱為肽。根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目分別100一條多肽鏈有2個(gè)游離的末端：

①N（末）端——又稱為氨基末端，指未參與形成肽鍵的α-氨基（即自由氨基）；②C（末）端——又稱為羧基末端，指未參與形成肽鍵的α-羧基（即自由羧基）。多肽的命名原則是：除C端的氨基酸殘基外，所有氨基酸殘基均按?；?，并從N端依次列出，最后加上C端氨基酸殘基的名稱。一條多肽鏈有2個(gè)游離的末端：101（二）生物活性肽生物活性肽——人體內(nèi)有一些生理活性物質(zhì)是由幾個(gè)至幾十個(gè)氨基酸殘基組成的小分子肽，稱為生物活性肽。生物活性肽是傳遞細(xì)胞之間信息的重要信息分子，在調(diào)節(jié)代謝、生長、發(fā)育、繁殖等生命活動中起重要作用。（二）生物活性肽生物活性肽——人體內(nèi)有一些生理活性物質(zhì)是由幾1021.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽，其分子中的巰基是主要官能團(tuán)。HOOCCCH2CH2CNH2NHOHCHCH2SHCONHCH2COOHCHHγ-谷氨酸半胱氨酸甘氨酸1.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨103谷胱甘肽有親核性的-SH能與親電子的外源毒物結(jié)合，起到解毒與保護(hù)作用。谷胱甘肽還是體內(nèi)重要的還原劑，能防止蛋白質(zhì)分子中的-SH被氧化。2GSHGSSGH2O22H2ONADP+NADPH+H+GSH還原酶GSH過氧化物酶谷胱甘肽有親核性的-SH能與親電子的外源毒物結(jié)合，起到解毒與1042.神經(jīng)肽——由中樞神經(jīng)末梢釋放的多肽類神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)稱為神經(jīng)肽類。如腦腓肽、β-內(nèi)啡肽、孤啡肽、P物質(zhì)等。3.（寡）多肽類激素——體內(nèi)有許多激素本質(zhì)是寡肽或多肽，主要是下丘腦和垂體分泌的激素，如催產(chǎn)素、加壓素、促腎上腺皮質(zhì)激素等。2.神經(jīng)肽——由中樞神經(jīng)末梢釋放的多肽類神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)稱105

一些生物活性肽的結(jié)構(gòu)與功能下丘腦分泌，促腺垂體分泌促甲狀腺素焦谷·組·脯-NH2促甲狀腺素釋放因子胰島-細(xì)胞分泌的激素，調(diào)節(jié)糖代謝H·組·絲·谷胺·甘·蘇·苯丙·蘇·絲·天·酪·絲·賴·酪·亮·天·絲·精·精·丙·谷胺·天·苯丙·纈·谷胺·色·亮·蛋·天胺·蘇·OH胰高血糖素（牛）神經(jīng)遞質(zhì)H·精·脯·賴·脯·谷胺·苯丙·甘·亮·蛋·NH2P物質(zhì)血管疏張肽H·精·脯·脯·甘·苯丙·絲·脯·苯丙·精·OH血漿緩激肽（牛）垂體后葉分泌，促進(jìn)腎保留水H·半·酪·苯丙·谷胺·天胺·半·脯·精·甘·NH2抗利尿激素（加壓素）升高血壓，刺激腎上腺皮質(zhì)分泌醛固酮H·天·精·纈·酪·異·組·脯·苯丙·OH血管緊張素-II（牛）腦內(nèi)存在的抑制疼痛的阿片樣肽H·酪·甘·甘·苯丙·蛋·OH蛋氨酸腦啡肽生理活性分子結(jié)構(gòu)生物活性肽SS一些生物活性肽的結(jié)構(gòu)與功能下丘腦分泌，促腺垂體分泌促甲狀106三、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)分子的組成特點(diǎn)：①單純蛋白質(zhì)：根據(jù)理化性質(zhì)及來源分為清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、組蛋白等②結(jié)合蛋白質(zhì)（其非蛋白部分稱為輔基）：按其輔基的不同分為核蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金屬蛋白等。根據(jù)蛋白質(zhì)分子的形狀：球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。根據(jù)蛋白質(zhì)的主要功能：活性蛋白質(zhì)和非活性（結(jié)構(gòu)）蛋白質(zhì)。三、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)分子的組成特點(diǎn)：107第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)108一、蛋白的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)——指蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸殘基的排列順序，是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵，但一級結(jié)構(gòu)也包括形成二硫鍵的半胱氨酸殘基的位置。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，是區(qū)別不同蛋白質(zhì)最基本、最重要的標(biāo)志；也是其空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、蛋白的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)——指蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸殘109

牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)胰島素由A、B兩條多肽鏈組成，A鏈含21個(gè)氨基酸殘基，B鏈含30個(gè)氨基酸殘基。由于兩條鏈之間由共價(jià)鍵相連接，所以胰島素沒有四級結(jié)構(gòu)。SerGlyIleValGluGlnCysCysThrIleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsnPheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGlyGluArgPhePheTyrThrProLysThrNH215101520COOHA鏈NH2151015202530HOOCB鏈牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)SerGlyIleValGluGlnCy110二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——是指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布狀態(tài)，并不涉及側(cè)鏈的空間排布。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中多肽鏈主鏈的空間構(gòu)象。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——是指多肽鏈中主鏈原子11120世紀(jì)30年代末，LinusPauling和RobertCorey應(yīng)用X線衍射技術(shù)研究氨基酸和寡肽的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)肽鍵平面。肽鍵C-N和與其相連的另外4個(gè)原子構(gòu)成一個(gè)平面，稱為肽鍵平面，又稱肽單元

（酰胺平面）。CCCCCOOHR2R3NNR1HHHH20世紀(jì)30年代末，LinusPauling和Robert112由于Cα所連的二個(gè)單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，致使α-碳原子兩側(cè)的肽鍵平面可形成若干不同的空間排布位置，這是形成各種二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。二級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有：-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是氫鍵。由于Cα所連的二個(gè)單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，致使α-碳原子兩側(cè)的肽鍵平113（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNNCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCNNNNNNNNNNN側(cè)鏈基團(tuán)碳原子氮原子氧原子氫原子（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNN114（二）-折疊CNCNACNNCB（二）-折疊CNCNACNNCB115（三）-轉(zhuǎn)角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR1HR4（三）-轉(zhuǎn)角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR116（四）無規(guī)卷曲限制性內(nèi)切核酸酶BamHI的三級結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)角-折疊無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲-螺旋（四）無規(guī)卷曲限制性內(nèi)切核酸酶BamHI的三級結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)117在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的結(jié)構(gòu)區(qū)域，稱模體或超二級結(jié)構(gòu)。目前發(fā)現(xiàn)的超二級結(jié)構(gòu)有三種基本形式：α螺旋組合(αα)；β折疊組合(ββ)和α螺旋β折疊組合(βαβ)，其中以βαβ組合最為常見。

在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成118鋅指模體-螺旋-轉(zhuǎn)角螺旋螺旋轉(zhuǎn)角NC螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體組氨酸殘基-折疊-折疊-螺旋Zn半胱氨酸殘基鋅指模體-螺旋-轉(zhuǎn)角螺旋螺旋轉(zhuǎn)角NC螺119三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，側(cè)鏈基團(tuán)相互作用，使多肽鏈進(jìn)一步折疊卷曲形成的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在三維空間的排布稱為蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的力量——主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力等來維持，此外，還有兩個(gè)半胱氨酸殘基巰基間形成的二硫鍵。

三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，側(cè)鏈基團(tuán)相互作120次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔甚遠(yuǎn)的氨基酸酸殘基的R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有特征性，是由其一級結(jié)構(gòu)決定的；由一條多肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，必須具有三級結(jié)構(gòu)才有生物學(xué)活性；三級結(jié)構(gòu)一旦被破壞，生物學(xué)活性便隨之喪失。次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔甚遠(yuǎn)的氨基酸酸殘基的R基團(tuán)之間121在較大的蛋白質(zhì)分子中，常由數(shù)百個(gè)氨基酸殘基折疊成2個(gè)或2個(gè)以上具有獨(dú)立功能的穩(wěn)定球形結(jié)構(gòu)單位，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域與分子整體以共價(jià)鍵相連，一般難以分離，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。

NCSH3SH2蛋白激酶可被磷酸化的酪氨酸殘基細(xì)胞癌基因src表達(dá)產(chǎn)物Src的結(jié)構(gòu)展開圖在較大的蛋白質(zhì)分子中，常由數(shù)百個(gè)氨基酸殘基折疊成2個(gè)或2個(gè)以122四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)——具有二條或二條以上獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其多肽鏈間通過非共價(jià)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。每個(gè)具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為一個(gè)亞基。由亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì)稱寡聚蛋白。四級結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指蛋白質(zhì)分子中各個(gè)亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)——具有二條或二條以上獨(dú)123穩(wěn)定蛋白四級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是疏水作用，也包括氫鍵、離子鍵和范德華力、疏水鍵等次級鍵。一般認(rèn)為，具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，分離的亞基無生物活性。1221血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定蛋白四級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是疏水作用，也包括氫鍵、離子鍵和124第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系125一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級鍵來維持。在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后，即可根據(jù)各自一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)126126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巰基乙醇

透析除去尿素和β-巰基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巰基乙醇

-除去β-巰基乙醇變性失活的RNase126405865728495110124“錯亂”RNase牛胰核糖核酸酶的變性與復(fù)性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100127胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分來源氨基酸殘基的差異部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla馬ThrGlyIleAla（二）一級結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分來源氨基酸殘基的差異部分A128絲氨酸蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸周圍的固定氨基酸序列蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸殘基周圍的固定氨基酸序列胰凝乳蛋白酶CAG–ASGV–SSCMGDS(195)GGPLV胰蛋白酶CAGY–LEGGK–DSCQGDS(195)GGPVV胰彈性蛋白酶CAG–GNGVR–SGCQGDS(195)GGPLH凝血酶CAGYKPGEGKRGDACEGDS(195)GGPFV凝血因子CAGY–DTQPE–DACQGDS(195)GGPHV纖維蛋白溶酶CAGH–LAGGT–DSCQGDS(195)GGPLV血漿緩激肽CAGY–LPGGK–DTCMGDS(195)GGPLI絲氨酸蛋白酶催化基團(tuán)絲氨酸周圍的固定氨基酸序列蛋白酶催化基團(tuán)129（三）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，參與構(gòu)成功能活性部位的氨基酸殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的氨基酸殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)氨基酸殘基的異常，也可能引起蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的嚴(yán)重變化，給機(jī)體帶來嚴(yán)重的危害。分子病——由于蛋白質(zhì)分子中某個(gè)氨基酸殘基發(fā)生變異引起的疾病。（三）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，參與構(gòu)成130N端…蘇--脯--纈--谷--賴……HbS(β亞基）……ACACCCGUAGAAAAA……mRNA……TGTGGGGATCTTTTT……DNA異常N端…蘇--脯--谷--谷--賴……HbA(β亞基）……ACACCCGAAGAAAAA……mRNA……TGTGGGCTTCTTTTTDNA正常N端…蘇--脯--纈--谷--賴……HbS(β亞基）……AC131二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象密切相關(guān)，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是其功能活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)，而只有具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)才能表現(xiàn)生物學(xué)功能。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)多種多樣的功能與各種蛋132（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系肌紅蛋白和血紅蛋白都是結(jié)合蛋白，輔基為血紅素。肌紅蛋白為單肽鏈蛋白質(zhì)，它的三級結(jié)構(gòu)折疊方式使輔基血紅素能與O2可逆結(jié)合與解離，發(fā)揮貯存氧的功能。血紅蛋白的主要功能是在循環(huán)中轉(zhuǎn)運(yùn)氧，這一功能依賴于Hb

具有四級結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系肌紅蛋白和血紅蛋白都是結(jié)合蛋133Hb分子由2個(gè)-亞基（各含141個(gè)氨基酸殘基）和2個(gè)-亞基（各含146個(gè)氨基酸殘基）構(gòu)成，即22。未結(jié)合O2時(shí)，Hb的1/1和2/2呈對角排列，處于緊湊狀態(tài)，稱為緊張態(tài)（T態(tài)），T態(tài)的Hb與O2親和力?。蝗欢?，伴隨O2的結(jié)合，使束縛緊密的T態(tài)改變?yōu)橐着cO2結(jié)合的松弛態(tài)（R態(tài)）。Hb分子由2個(gè)-亞基（各含141個(gè)氨基酸殘基）和2個(gè)-亞134協(xié)同效應(yīng)——是指一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體結(jié)合的能力。一個(gè)亞基與其配體（O2）結(jié)合后，促進(jìn)此寡聚體中其他亞基與配體（O2）結(jié)合的現(xiàn)象，稱為正協(xié)同效應(yīng)；反之則為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)——是指一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一135O2與Hb的一個(gè)亞基結(jié)合引起Hb構(gòu)象變化，從而引起蛋白質(zhì)分子功能改變的現(xiàn)象，稱為變構(gòu)效應(yīng)；引起Hb發(fā)生變構(gòu)的氧分子稱為變構(gòu)效應(yīng)劑；Hb則稱為變構(gòu)蛋白。O2與Hb的一個(gè)亞基結(jié)合引起Hb構(gòu)象變化，從而引起蛋白質(zhì)分子136（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中多肽鏈的正確折疊對其正確構(gòu)象的形成和功能的發(fā)揮至關(guān)重要。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)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生，有人將此類疾病稱為蛋白構(gòu)象病，如老年癡呆癥、帕金森病、瘋牛病等。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是137第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)138一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(zhì)解離成陰離子：N-端的游離氨基、賴氨酸殘基的ε-氨基、精氨酸殘基的胍基和組氨酸殘基的咪唑基；解離成陽離子：C-端的游離羧基、天冬氨酸殘基的β-羧基和谷氨酸殘基的γ-羧基。+OH-+OH-+H++H+陽離子pH＜pI陰離子pH＞pI兼性離子pH=pICOO-PH2NCOO-PH3N+COOHPH3N+一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(zhì)解離成陰離子：N-端的游離氨基、賴氨139在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)不解離，或解離成陽離子和陰離子的趨勢相等，即成為兼性離子（凈電荷為零），此時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）。堿性蛋白質(zhì)——少數(shù)蛋白質(zhì)含堿性氨基酸殘基較多，其pI較高，在人體體液中帶正電，稱為堿性蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白等。酸性蛋白質(zhì)——含有酸性氨基酸殘基較多的蛋白質(zhì)稱為酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白等。在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)不解離，或解離成陽離子和陰離子的趨勢140二、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1萬至數(shù)千萬之巨，其分子的直徑可達(dá)膠粒的范圍（1～100nm），故可將蛋白質(zhì)溶液看作膠體溶液。蛋白質(zhì)分子之間相同電荷的排斥作用和水化膜的相互隔離作用是維持蛋白質(zhì)膠體在水中穩(wěn)定性的兩大因素。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1萬141+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)-------帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)-------帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿堿酸酸堿脫水作用脫水作用脫水作用+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)142三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性在某些物理或化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致理化性質(zhì)改變和生物學(xué)活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性作用。變性蛋白質(zhì)只有空間構(gòu)象的破壞，一般認(rèn)為蛋白質(zhì)變性本質(zhì)是次級鍵的破壞，并不涉及一級結(jié)構(gòu)的變化。三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性在某些物理或化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子143引起蛋白質(zhì)變性的因素①物理因素：加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；②化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、有機(jī)溶劑等。蛋白質(zhì)變性程度較輕時(shí)，如去除變性因素，有的蛋白質(zhì)仍能恢復(fù)或部分恢復(fù)其原來的構(gòu)象及功能，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性。引起蛋白質(zhì)變性的因素144126HSHS40SH58SH72HSHS8