蛋白質(zhì)的結(jié)構與功能3

蛋白質(zhì)的結(jié)構與功能第一章StructureandFunctionofProteins當前第1頁\共有142頁\編于星期六\11點

蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分：分布廣，含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。

蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能作為生物催化劑（酶），代謝調(diào)節(jié)作用，免疫保護作用，凝血抗凝血，物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲，運動與支持作用，參與細胞間信息傳遞，氧化供能等。當前第2頁\共有142頁\編于星期六\11點第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

蛋白質(zhì)的元素組成

C(50~55%),H(6~7%),O(19~24%),N(13~19%),S(0~4%),P,metalelements,Ⅰ…蛋白質(zhì)元素組成的特點*各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。*體內(nèi)的含氮物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)，測定生物樣品中的含氮量，根據(jù)以下公式可推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×100

當前第3頁\共有142頁\編于星期六\11點一.蛋白質(zhì)的分子組成

——

氨基酸（aminoacids）是組成蛋白質(zhì)的基本單位

存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。其他重要的氨基酸(如鳥氨酸,瓜氨酸,β-丙氨酸等)α當前第4頁\共有142頁\編于星期六\11點Name,Three-letterSymbol,andOne-letterSymbol丙氨酸精氨酸天冬酰胺天冬氨酸半胱氨酸谷氨酰胺谷氨酸甘氨酸組氨酸亮氨酸異亮氨酸賴氨酸蛋氨酸苯丙氨酸脯氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸酪氨酸纈氨酸當前第5頁\共有142頁\編于星期六\11點根據(jù)R側(cè)鏈基團的結(jié)構和性質(zhì)不同：非極性脂肪族(疏水性)氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二.氨基酸的分類(Classificationofaminoacids)當前第6頁\共有142頁\編于星期六\11點(1)側(cè)鏈含烴鏈的非極性\疏水性脂肪族氨基酸當前第7頁\共有142頁\編于星期六\11點非極性氨基酸R基團間可形成疏水作用力當前第8頁\共有142頁\編于星期六\11點(2)極性中性氨基酸當前第9頁\共有142頁\編于星期六\11點(3)芳香族氨基酸——側(cè)鏈含芳香基團TrpTyr可吸收紫外光，最大吸收峰280nm當前第10頁\共有142頁\編于星期六\11點Hydrogenbonds氫鍵一些功能基團如–OH,-SH,-NH3+,H2O等之間可形成氫鍵當前第11頁\共有142頁\編于星期六\11點(4)酸性極性氨基酸R基團帶負電荷（pH7.2）

當前第12頁\共有142頁\編于星期六\11點(5)堿性極性氨基酸R基團帶正電荷（pH7.2）

當前第13頁\共有142頁\編于星期六\11點帶相反電荷的氨基酸R側(cè)鏈基團之間的相互作用Ionicbonds(saltbonds)離子鍵（鹽鍵）當前第14頁\共有142頁\編于星期六\11點

幾種特殊氨基酸

脯氨酸

Proline（亞氨基酸）當前第15頁\共有142頁\編于星期六\11點-S-S-二硫鍵

半胱氨酸,

胱氨酸Disulfidebond當前第16頁\共有142頁\編于星期六\11點胰島素(Insulin)依賴二硫鍵維持結(jié)構穩(wěn)定性二硫鍵(Disulfidebond)

維持蛋白質(zhì)結(jié)構穩(wěn)定當前第17頁\共有142頁\編于星期六\11點蘇氨酸絲氨酸酪氨酸-OH基的H可被其它化學基團，如磷酸基P取代.

其他分類方式側(cè)鏈含羥基的氨基酸當前第18頁\共有142頁\編于星期六\11點蛋氨酸半胱氨酸含硫氨基酸胱氨酸當前第19頁\共有142頁\編于星期六\11點α–NH2andα–COOH可解離：

–

COOH→COO-+H+–NH2

+H+→NH3+R基團含可解離基團:

酸性和堿性AAs

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(pH).α

三.氨基酸的理化性質(zhì)(Propertiesofaminoacids)1.氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)當前第20頁\共有142頁\編于星期六\11點pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子當前第21頁\共有142頁\編于星期六\11點

等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，分子所帶的凈電荷為零,

呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。pI=?(pK1+pK2)寫出電離式,取兼性離子兩邊的pK值的平均值當前第22頁\共有142頁\編于星期六\11點2.紫外吸收

色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。3.茚三酮反應當前第23頁\共有142頁\編于星期六\11點*肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。四.蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈（一）氨基酸通過肽鍵連接形成肽(peptide)peptidebondoramidebond(酰胺鍵)

當前第24頁\共有142頁\編于星期六\11點+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當前第25頁\共有142頁\編于星期六\11點Peptide肽殘基多肽鏈*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。羧基末端C末端氨基末端N末端當前第26頁\共有142頁\編于星期六\11點Backboneormain-chain主鏈骨架Side-chain側(cè)鏈

COO-CH2

CH2NH3+CH2CH2CH2當前第27頁\共有142頁\編于星期六\11點Peptide肽

Dipeptide(二肽):twoAAresidues（2個AA殘基）

Tripeptide(三肽):threeAAresidues

Oligopeptide(寡肽):fewerthan10AAresidues

Polypeptide(多肽):fewerthan50AAresiduesProtein(蛋白質(zhì)):morethan50AAresidues當前第28頁\共有142頁\編于星期六\11點Gly-Ala,Ala-GlyGly-Ala-Lys,Gly-Lys-Ala,Ala-Gly-Lys,Ala-Lys-Gly,Lys-Ala-Gly,Lys-Gly-Ala,(1x2x3x4x5………xn)肽有多種形式20種氨基酸可排列組合形成種類繁多的蛋白質(zhì)當前第29頁\共有142頁\編于星期六\11點N末端C末端牛核糖核酸酶當前第30頁\共有142頁\編于星期六\11點（二）重要生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)

三肽

功能基團：-SH當前第31頁\共有142頁\編于星期六\11點GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+Antioxidant2GSH+H2O2

→

GSSG+2H2OGSSH+NADPH+H+→2GSH+NADP

FunctionsofGSH當前第32頁\共有142頁\編于星期六\11點

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽

神經(jīng)肽2.多肽類激素及神經(jīng)肽當前第33頁\共有142頁\編于星期六\11點高級結(jié)構或空間構象(conformation)

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構

StructureofProteins一級結(jié)構(primarystructure)二級結(jié)構(secondarystructure)三級結(jié)構(tertiarystructure)四級結(jié)構(quaternarystructure)當前第34頁\共有142頁\編于星期六\11點一.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(Primarystructureofprotein)

從N端至C端以肽鍵相連的氨基酸排列順序，包括二硫鍵的位置。

主要的化學鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

當前第35頁\共有142頁\編于星期六\11點翻譯轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)的氨基酸序列是由基因序列決定的當前第36頁\共有142頁\編于星期六\11點一級結(jié)構是蛋白質(zhì)空間構象和特異生物學功能的基礎當前第37頁\共有142頁\編于星期六\11點R側(cè)鏈基團的相互作用當前第38頁\共有142頁\編于星期六\11點二.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(Secondarystructure)

蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構象。主要化學鍵：氫鍵當前第39頁\共有142頁\編于星期六\11點主鏈骨架當前第40頁\共有142頁\編于星期六\11點

肽鍵特性

（一）

肽單元（平面）Peptideunit(plane)當前第41頁\共有142頁\編于星期六\11點肽單元參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同一平面上的6個原子構成了肽單元(peptideunit)

。

與C1和C2連接的單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度決定相鄰肽單元平面的相對空間位置，從而形成不同的二級結(jié)構形式。當前第42頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第43頁\共有142頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)二級結(jié)構的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

當前第44頁\共有142頁\編于星期六\11點(二)-螺旋

α-helix當前第45頁\共有142頁\編于星期六\11點right-handhelixleft-handhelix

主鏈骨架形成右手螺旋當前第46頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第47頁\共有142頁\編于星期六\11點

每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈螺距0.54nmR側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)當前第48頁\共有142頁\編于星期六\11點ModelofRight-HandedAlpha-HelixShowingH-Bonding當前第49頁\共有142頁\編于星期六\11點α－螺旋結(jié)構

多肽鏈的主鏈圍繞中心軸有規(guī)律的螺旋式上升,螺旋走向為順時鐘,即右手螺旋;

氨基酸側(cè)鏈(R)伸向螺旋外側(cè)。每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈,螺距為0.54nm;每個肽鍵的N－H和其氨基端第四個肽鍵的羰基氧(O=C)形成氫鍵,氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行。肽鏈中的全部肽鍵都可形成氫鍵,以穩(wěn)固α－螺旋結(jié)構。肌紅蛋白和血紅蛋白分子中有許多肽鏈段落呈α-螺旋結(jié)構。毛發(fā)的角蛋白、肌肉的肌球蛋白以及血凝塊中的纖維蛋白,它們的多肽鏈幾乎全長都卷曲成α－螺旋。雙性α－螺旋當前第50頁\共有142頁\編于星期六\11點（三）-折疊（β-pleatedsheet）兩條以上多肽鏈構成，多肽鏈充分伸展,每個肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點,依次折疊如扇面狀；通過肽鏈間的肽鍵羰基氧(O=C)和亞氨基氫形成氫鍵從而穩(wěn)固β－折疊結(jié)構。當前第51頁\共有142頁\編于星期六\11點

氨基酸殘基側(cè)鏈(R)交替位于折疊片層上下方當前第52頁\共有142頁\編于星期六\11點

平行肽鏈走向有平行與反平行兩種方式。當前第53頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第54頁\共有142頁\編于星期六\11點β-折疊兩條以上多肽鏈構成，多肽鏈充分伸展,每個肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點,依次折疊如扇面狀；氨基酸殘基側(cè)鏈(R)交替位于折疊片層上下方；平行肽鏈走向有平行與反平行兩種方式。通過肽鏈間的肽鍵羰基氧(O=C)和亞氨基氫形成氫鍵從而穩(wěn)固β－折疊結(jié)構。蠶絲蛋白幾乎都是β－折疊結(jié)構,許多蛋白質(zhì)既有α-螺旋又有β－折疊。當前第55頁\共有142頁\編于星期六\11點（四）-轉(zhuǎn)角(β－turn)和無規(guī)卷曲(randomcoil)無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構。*β－轉(zhuǎn)角常發(fā)生于肽鏈進行180°回折時的轉(zhuǎn)角上。*β一轉(zhuǎn)角通常由4個氨基酸殘基組成,其第一個殘基的羰基氧(O=C)與第四個殘基的氨基氫(H)可形成氫鍵。*β－轉(zhuǎn)角的第二個殘基常為脯氨酸,其他常見殘基有甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸。當前第56頁\共有142頁\編于星期六\11點

在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或二個以上具有二級結(jié)構的肽段，在空間上相互接近，形成一個有規(guī)則的二級結(jié)構組合，被稱為超二級結(jié)構(super-secondarystructures)。包括：αα，β

αβ

，β

β等。模體(motif)是具有特殊功能的超二級結(jié)構。（五）模體

(motif)當前第57頁\共有142頁\編于星期六\11點Motif(模體)

在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，發(fā)揮特殊功能，被稱為模體(motif)。

一個模體有其特征性的氨基酸序列.常見模體motif：

αhelix－βturn(orloop)–αhelix

β-α-βChain-βturn–chainChain-βturn–αhelix-βturn–chain等當前第58頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第59頁\共有142頁\編于星期六\11點鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構當前第60頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第61頁\共有142頁\編于星期六\11點

有些模體也可僅由幾個氨基酸殘基（而非超二級結(jié)構）組成。e.g.RGD(Arg-Gly-Asp)motif當前第62頁\共有142頁\編于星期六\11點（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構是以一級結(jié)構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應的二級結(jié)構。當前第63頁\共有142頁\編于星期六\11點三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構（Tertiarystructure）

整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。主要的化學鍵:疏水作用、鹽鍵、氫鍵和VanderWaals力等.N端C端當前第64頁\共有142頁\編于星期六\11點

結(jié)構域（Domain

）

分子量較大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構中?？烧郫B成多個結(jié)構較為緊密的區(qū)域，并各行使其功能，稱為結(jié)構域。球狀蛋白質(zhì)的獨立折疊單位，有較獨立的三維結(jié)構。如：脂肪酸合酶當前第65頁\共有142頁\編于星期六\11點有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。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，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構。含有四級結(jié)構的蛋白質(zhì),單獨的亞基一般沒有生物學功能,只有完整的四級結(jié)構寡聚體才有生物學功能。亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。四.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構（Quaternarystructure）當前第66頁\共有142頁\編于星期六\11點血紅蛋白的四級結(jié)構

當前第67頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第68頁\共有142頁\編于星期六\11點（一）一級結(jié)構是空間構象的基礎一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構是高級結(jié)構與功能的基礎牛核糖核酸酶的一級結(jié)構二硫鍵第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構與功能的關系1peptidechain:124AAs4Disulfidebonds當前第69頁\共有142頁\編于星期六\11點

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性當前第70頁\共有142頁\編于星期六\11點一級結(jié)構是蛋白質(zhì)空間構象和特異生物學功能的基礎。但不是決定蛋白質(zhì)空間構象的唯一因素。多數(shù)多肽鏈的正確折疊和成熟不能自發(fā)完成，需要分子伴侶的參與。當前第71頁\共有142頁\編于星期六\11點(二)一級結(jié)構相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構和功能胰島素氨基酸殘基序號A5A6A10A30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAlaHomology(同源性)：由同一基因進化而來的一類蛋白質(zhì)。當前第72頁\共有142頁\編于星期六\11點大猩猩長臂猿獼猴鼠(三)氨基酸序列提供重要的生物進化信息當前第73頁\共有142頁\編于星期六\11點關鍵氨基酸改變基因突變蛋白質(zhì)結(jié)構功能改變導致分子病（四）蛋白質(zhì)關鍵氨基酸序列改變可引起疾病當前第74頁\共有142頁\編于星期六\11點鐮刀形紅細胞性貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。僅此一個氨基酸之差,使水溶性的血紅蛋白，聚集成絲，相互粘著，紅細胞變形成為鐮刀狀而極易破碎，產(chǎn)生貧血。當前第75頁\共有142頁\編于星期六\11點Sickle-cellanemia鐮刀型紅細胞貧血這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”Crescent-shapederythrocytes(lackofblood)當前第76頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第77頁\共有142頁\編于星期六\11點（一）肌紅蛋白亞基與血紅蛋白結(jié)構相似

二.蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構球狀蛋白；含血紅素輔基；均可結(jié)合氧當前第78頁\共有142頁\編于星期六\11點Myoglobin(Mb)肌紅蛋白

單肽鏈,具有三級結(jié)構HisF8當前第79頁\共有142頁\編于星期六\11點Hemoglobin(Hb)血紅蛋白4個亞基組成,α2β2(adult)，含4個血紅素輔基

具有四級結(jié)構當前第80頁\共有142頁\編于星期六\11點四個亞基之間形成8個鹽鍵當前第81頁\共有142頁\編于星期六\11點Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數(shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基與氧結(jié)合當前第82頁\共有142頁\編于星期六\11點Hb與O2結(jié)合機制MbHb++O2O2MbO2HbO2O2-飽和度[HbO2][Hb]X100%當前第83頁\共有142頁\編于星期六\11點Mb與Hb的O2飽和曲線Mb:對O2親和力高，直角雙曲線

Hb:對O2親和力低，

S形曲線肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線當前第84頁\共有142頁\編于星期六\11點

Hb緊張態(tài)(Tstate):4個亞基緊密結(jié)合，對O2親和力低；Hb松弛態(tài)(Rstate)：一個亞基結(jié)合O2后，鹽鍵斷裂，可明顯改變Hb其它亞基對O2的親和力。當前第85頁\共有142頁\編于星期六\11點別構效應(Allostericeffect)

配體分子(O2)與蛋白質(zhì)(Hb亞基)結(jié)合后,蛋白質(zhì)空間構象發(fā)生變化,從而引起功能的變化，稱為別構效應。

別構效應劑:小分子，如，O2當前第86頁\共有142頁\編于星期六\11點Cooperativity(協(xié)同效應)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應(negativecooperativity)當前第87頁\共有142頁\編于星期六\11點Hb

and

MbHb：4亞基，四級結(jié)構Mb：1亞基，三級結(jié)構Hb:運輸O2Mb:儲存O2

空間結(jié)構Hb：正協(xié)同效應Mb：無協(xié)同效應O2

結(jié)合特性

功能當前第88頁\共有142頁\編于星期六\11點（三）蛋白質(zhì)構象改變與疾病蛋白質(zhì)構象疾?。ㄕ郫B?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構不變，但蛋白質(zhì)的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。蛋白質(zhì)的錯誤折疊可造成致命后果當前第89頁\共有142頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。已發(fā)現(xiàn)20多種蛋白，包括Prion蛋白、Aβ等可形成與疾病有關的淀粉樣沉淀。多種疾病與蛋白質(zhì)的錯誤折疊相關,神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病(AD),帕金森病(PD),亨廷頓舞蹈病(HD),朊蛋白病(priondisease),家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)等均與錯誤折疊的蛋白質(zhì)聚集并形成淀粉樣纖維沉淀或斑塊有關。當前第90頁\共有142頁\編于星期六\11點是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。表現(xiàn)為進行性癡呆、小腦共濟失調(diào)、肌肉控制減弱、精神敏銳度下降、健忘和失眠等。又稱海綿狀腦病。具有傳染性、遺傳性或散在發(fā)病的特點。動物間的傳播是由朊病毒蛋白（Prionprotein,PrP）組成的傳染性顆粒（不含核酸）完成的，是一種蛋白質(zhì)感染因子。朊蛋白病(priondisease)Prion蛋白研究揭示生物信息可直接在蛋白質(zhì)間傳遞，改變了生物信息傳遞的傳統(tǒng)觀點。當前第91頁\共有142頁\編于星期六\11點CJD:Creutzfeld-Jakobdisease學名：克羅伊茨費爾德—雅各布氏癥簡稱克-雅氏癥（人紋狀體脊髓變性病CJD）俗名：瘋牛病臨床癥狀：出現(xiàn)進行性癡呆或神經(jīng)錯亂，視覺模糊，平衡障礙，肌肉收縮等。神經(jīng)病理檢查：病人的腦神經(jīng)組織發(fā)生海綿狀變性

當前第92頁\共有142頁\編于星期六\11點病羊(羊瘙癢癥)神經(jīng)組織的海綿狀損傷圖片來自vCJD病人大腦組織切片，左：海綿狀病變及周圍的沉淀斑，右：淀粉樣蛋白沉淀。引自StanleyB.Prusiner1997當前第93頁\共有142頁\編于星期六\11點CJD的傳播方式主要方式為家族遺傳另外還可以傳染：①手術時接觸受朊病毒污染的器械②食用被瘋牛病污染了的牛肉或牛骨髓③移植攜帶CJD的器官當前第94頁\共有142頁\編于星期六\11點卡里頓·加德賽克美國國立衛(wèi)生研究院病毒和神經(jīng)研究室主任，因發(fā)現(xiàn)神經(jīng)性傳染性疾病的新病因和傳播新機制而獲得1976年諾貝爾醫(yī)學/生理學獎。當前第95頁\共有142頁\編于星期六\11點

加德賽克在新幾內(nèi)亞島發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的疾病，當?shù)氐耐林朔Q之為“kuru”。由于找不到病因，被當?shù)厝朔Q為“終極巫術”。

Kuru在當?shù)氐暮x是顫抖，因某種未知的寒冷或恐懼而顫抖。一旦Kuru的顫抖開始，就不可逆轉(zhuǎn)，詛咒會越來越烈，直至死亡為止。Kuru的詛咒非常殘酷：先是不可抑制的顫抖，然后喪失行走能力及無法言語，接著癱瘓。但中了巫術的人至死心智都很清醒，不會陷入昏睡狀態(tài)，因此格外痛苦。當前第96頁\共有142頁\編于星期六\11點

經(jīng)過加德賽克對死者腦部的解剖和進一步研究，在大腦的特定區(qū)域會檢查出細微的小孔，使腦組織看起來像一塊海綿。很快就將其與CJD聯(lián)系起來。但是CJD曾經(jīng)一度被認為是一種遺傳病，它是否含有傳染性物質(zhì)呢？

1968年，加德賽克將死于CJD病人的腦組織提取物注射到正常的實驗動物身上，該動物也會死于與kuru或CJD相似的癥狀。明顯地，這種提取物含有遺傳物質(zhì)，在當時被推測為某種病毒。當前第97頁\共有142頁\編于星期六\11點史坦利·布魯希納

美國加州大學舊金山分校教授。因其發(fā)現(xiàn)了朊病毒,并在其致病機理的研究方面做出了杰出貢獻，而獲得1997年諾貝爾生理醫(yī)學獎當前第98頁\共有142頁\編于星期六\11點

朊病毒（Prion):不含核酸，完全由蛋白質(zhì)構成的病毒。最初推測朊病毒是像普通病毒一樣的微粒，只是缺乏核酸。但是實際與預期的相反，朊病毒很快被證明可由細胞自身染色體的基因編碼。這個基因稱為PRNP，該基因位于人第20號染色體的短臂，小鼠第2號染色體。它可以表達于正常的腦組織并且編碼一種命名為PrPc的蛋白質(zhì)，存在于神經(jīng)細胞的表面，對蛋白酶和高溫敏感。PrPc精確的功能至今仍不清楚。但是這種蛋白質(zhì)的變異形式目前在人腦中發(fā)現(xiàn)，這就是CJD。當前第99頁\共有142頁\編于星期六\11點

具有致病作用的是PrPSc蛋白（scrapie-associatedprionprotein），是一種結(jié)構變異的蛋白質(zhì)，對高溫和蛋白酶均具有較強的抵抗力,具有感染性。它能轉(zhuǎn)變細胞內(nèi)的此類正常的蛋白PrPC，使PrPC發(fā)生結(jié)構變異，變?yōu)榫哂兄虏∽饔玫腜rPSc。因此是一種蛋白質(zhì)感染因子。當前第100頁\共有142頁\編于星期六\11點Prion的結(jié)構模型，左PrPc，右PrPSc

圖片來自

PrPSc與PrPc的一級結(jié)構相似，均由253-4個氨基酸組成，但PrPc的高級結(jié)構中只有極少的β折疊（＜3%），而PrPsc則具有45%的β折疊。動物被感染后，發(fā)生錯誤折疊的PrPSc蛋白堆積在腦組織中，形成不溶的淀粉樣蛋白沉淀，無法被蛋白酶水解，引起神經(jīng)細胞凋亡（Apoptosis），當前第101頁\共有142頁\編于星期六\11點PrPc與PrPSc的比較PrPcPrPSc分子狀態(tài)單體分子集合成纖維狀態(tài)溶解性可溶不溶對蛋白酶抗性弱，極易被破壞很強蛋白質(zhì)穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構幾乎全部由α-螺旋組成大約45%為β-折疊片層致病性正常致病當前第102頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第103頁\共有142頁\編于星期六\11點第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)當前第104頁\共有142頁\編于星期六\11點NH3+COOHNH3+COO-NH2COO-

+H++OH-

pI<pIpH=pIpH>pI一.蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)

帶正電荷中性帶負電荷

體內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)的pI值為5.0左右，在體液中帶負電荷當前第105頁\共有142頁\編于星期六\11點Isoelectricpoint(pI)等電點在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。pH<pI：蛋白質(zhì)帶正電荷

pH>pI：蛋白質(zhì)帶負電荷

當前第106頁\共有142頁\編于星期六\11點二.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

生物大分子

--MW:10,000～million--diameter:1～100nm蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜當前第107頁\共有142頁\編于星期六\11點+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉當前第108頁\共有142頁\編于星期六\11點（三）蛋白質(zhì)空間結(jié)構破壞引起變性

在某些物理和化學因素(如加熱，強酸，強堿，有機溶劑等)作用下，蛋白質(zhì)的特定空間構象被破壞，也即有序的空間結(jié)構變成無序的空間結(jié)構，從而導致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。變性的本質(zhì):

破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構當前第109頁\共有142頁\編于星期六\11點

應用舉例臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如酶,疫苗等）的必要條件(如低溫保存)。

當前第110頁\共有142頁\編于星期六\11點若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為復性(renaturation)。Renaturationofprotein

(蛋白質(zhì)復性)當前第111頁\共有142頁\編于星期六\11點天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性變性復性Renaturationdenaturation當前第112頁\共有142頁\編于星期六\11點*蛋白質(zhì)沉淀(proteinprecipitation)

在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈相互纏繞聚集，從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。

當前第113頁\共有142頁\編于星期六\11點四.蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。當前第114頁\共有142頁\編于星期六\11點五.蛋白質(zhì)的呈色反應可用于蛋白質(zhì)溶液含量測定⒈茚三酮反應(ninhydrinreaction)

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。⒉雙縮脲反應(biuretreaction)

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，此反應稱為雙縮脲反應，可用來檢測蛋白質(zhì)含量和水解程度。當前第115頁\共有142頁\編于星期六\11點Proteomics

蛋白質(zhì)組學WilkinsMRetal:proteome=PROTEin+genOME(蛋白質(zhì)組)“一種基因組所表達的全套蛋白質(zhì)”Swinbanks:“代表一完整生物的全套蛋白質(zhì)”KahnP:“反映不同細胞的不同蛋白質(zhì)組合”“蛋白質(zhì)組proteome”有不同的含義：廣義上講，一個基因組、一種生物或一種細胞/組織所表達的全套蛋白質(zhì)。狹義：僅指特定的細胞或組織在特定的階段或與某一生理現(xiàn)象相關的所有蛋白質(zhì)。具有時空性，比基因組研究更復雜。(1)Definition:當前第116頁\共有142頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)組學（proteomics)研究細胞、組織或生物體蛋白質(zhì)組成及其變化規(guī)律的科學。差異蛋白質(zhì)組學、細胞蛋白質(zhì)組學、結(jié)構蛋白質(zhì)組學、功能蛋白質(zhì)組學、磷酸化蛋白質(zhì)組學、糖基化蛋白質(zhì)組學、臨床蛋白質(zhì)組學、疾病蛋白質(zhì)組學等。當前第117頁\共有142頁\編于星期六\11點(2)蛋白質(zhì)組學研究技術平臺(高效率,高通量)

雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)點的定位和切取蛋白質(zhì)點的質(zhì)譜分析(3)研究的科學意義當前第118頁\共有142頁\編于星期六\11點生物學問題的提出實驗模型的設計實驗組和對照組樣品的制備蛋白樣品的IEF和PAGE電泳分離圖像掃描和初步分析感興趣蛋白點的切取胰酶對蛋白質(zhì)的消化質(zhì)譜的多肽指紋圖分析質(zhì)譜結(jié)果的生物信息學分析和比對蛋白質(zhì)的鑒定其它實驗的進一步驗證蛋白質(zhì)組學流程圖蛋白質(zhì)樣品的色譜分離當前第119頁\共有142頁\編于星期六\11點當前第120頁\共有142頁\編于星期六\11點Keyterms

模體(Motif)結(jié)構域(Domain)蛋白質(zhì)的變性(Denaturationofprotein)蛋白質(zhì)的等電點(pI)ThankYouIfyouhaveanyquestions,pleasedon’thesitatetoask!當前第121頁\共有142頁\編于星期六\11點粗提

沉淀,離心等

分離

電泳，層析等純化–電泳，層析等鑒定HPLC,MS,NMR

第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離、純化與結(jié)構分析當前第122頁\共有142頁\編于星期六\11點（一）透析及超濾法*透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。*超濾法

應用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。當前第123頁\共有142頁\編于星期六\11點透析

(Dialysis)當前第124頁\共有142頁\編于星期六\11點（二）有機溶劑沉淀、鹽析及免疫沉淀*有機溶劑：常用丙酮、乙醇等沉淀，濃度不能太高，低溫*鹽析(saltprecipitation)是將高濃度中性鹽如硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質(zhì)沉淀。當前第125頁\共有142頁\編于星期六\11點agarose

bead免疫沉淀法（IP）

是利用抗原蛋白質(zhì)和抗體的特異性結(jié)合以及細菌蛋白質(zhì)的“proteinA/G”能特異結(jié)合免疫球蛋白FC片段的現(xiàn)象而發(fā)展的方法。目前多用精制的proteinA/G預先結(jié)合固化在agarose

beads上，使之與含有抗原的溶液及抗體反應后，beads上的proreinA/G就