蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

關(guān)于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第1頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的具有特定空間構(gòu)象的高分子含氮化合物。第2頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。1864年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。19世紀末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多種短肽。20世紀初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級結(jié)構(gòu)測定。第3頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三20世紀中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；1962年，確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀90年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究的展開。第4頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。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％。1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分第5頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲運動與支持作用參與細胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能第6頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)第7頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。第8頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(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)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點第9頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于L--氨基酸（甘氨酸除外）存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的基本氨基酸有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。第10頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H第11頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三非極性脂肪族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、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進行分類第12頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸第13頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸第14頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三(三)側(cè)鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸第15頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.59(四)側(cè)鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸(五)側(cè)鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸目錄第16頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三小結(jié)：A.幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2注意點：

①為亞氨基酸，此氨基仍能與另一羧基形成肽鍵

②亞氨基的N在環(huán)中，移動的自由度受限制，當(dāng)脯氨酸處于多肽鏈中時，往往形成轉(zhuǎn)角

③可被修飾為羥脯氨酸第17頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO--OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HHHS-CH2-CH-COO-HS-CH2-CH-COO-+NH3第18頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三B.哺乳動物體內(nèi)還有許多氨基酸，如鳥氨酸、瓜氨酸、同型絲氨酸、同型半胱氨酸等，它們出現(xiàn)于代謝過程中，并不參與構(gòu)成蛋白質(zhì)。

C.其它分類等:①酸堿:冬天谷酸，賴組精堿②芳香族:色、酪、苯丙③含硫:半胱、蛋④支鏈：亮、異亮、纈⑤酰胺：天冬酰胺、谷氨酰胺⑥R含羥基：蘇、絲、酪⑦縮寫相近：色Trp、酪Tyr、蘇Thr⑧營養(yǎng)必需氨基酸：色賴苯丙蛋，蘇亮異亮纈⑨生酮：亮、賴；生糖：芳香族+蘇、亮；生酮兼生糖：余

D.蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基可被修飾，如：甲基化、乙酰化、甲酰化、異戊二烯化、磷酸化等第19頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點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。

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，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)第20頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子第21頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)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。芳香族氨基酸的紫外吸收第22頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（三）多數(shù)氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍紫色化合物多數(shù)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。脯氨酸和羥脯氨酸與其生成亮黃色化合物，最大吸收峰在440nm處。第23頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptidebond)是蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過脫水縮合而形成的共價鍵。是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵性質(zhì)。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽

(peptide)第24頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵第25頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。第26頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。第27頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三N末端C末端牛核糖核酸酶第28頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)第29頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換GSH具還原性及噬核特性第30頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽

神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽第31頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)第32頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:

高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)第33頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三定義:蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。第34頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。第35頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。定義:

主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵形成的兩個條件：氫的供體、氫的受體(X-H…y)

第36頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，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(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。C-N0.149nm肽鍵中C-N0.132nmC=N0.127nm第37頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象：天然蛋白質(zhì)在其一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過折疊、盤旋，形成各自獨特的空間結(jié)構(gòu)。這種空間結(jié)構(gòu)稱為~。蛋白質(zhì)的主鏈骨架是由一系列剛性的肽平面所組成。肽鍵兩端的α-碳原子所形成的單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)決定了兩個肽平面的相對關(guān)系，從而使多肽鏈折疊、盤曲成高級結(jié)構(gòu)。第38頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

肽單元(peptideunit)第39頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)第40頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三-螺旋第41頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三小結(jié)多個肽鍵平面通過α－碳原子旋轉(zhuǎn)，相互之間以順時針方向緊密盤曲成穩(wěn)固的右手螺旋。ψ-47°ф-57°主鏈呈螺旋上升，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于0.54nm。氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。螺旋每個肽鍵的N-H和第四個肽鍵的C＝O形成氫健，這是穩(wěn)定α－螺旋的主要鍵。第42頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)第43頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三①是肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，每個肽單元以Cα為轉(zhuǎn)折點折疊成鋸齒狀，相鄰肽鍵平面間呈110°角。氨基酸殘基的R側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方。②依靠兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C＝O與H形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。③兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的。即前者兩條鏈從“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。β－片層結(jié)構(gòu)的形式十分多樣，正、反平行能相互交替。④平行的β－片層結(jié)構(gòu)中，兩個殘基的間距為0.65nm；反平行的β－片層結(jié)構(gòu)，則間距為0.7nm.小結(jié)第44頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無規(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(gòu)。第45頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（五）模體是具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)組合，被稱為超二級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)組合形式有3種：αα，βαβ，ββ。主要由非極性氨基酸殘基參與此類相互作用，親水側(cè)鏈多在分子的外表面。第46頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，稱為模體(motif)

。模體是具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)。第47頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈模體鏈-β轉(zhuǎn)角-α-螺旋-β轉(zhuǎn)角-鏈模體模體常見的形式第48頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。影響因素:側(cè)鏈基團過大,產(chǎn)生位阻效應(yīng)連續(xù)多個同性氨基酸出現(xiàn)脯氨酸其結(jié)構(gòu)特點甘氨酸的存在第49頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三三、在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進一步折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)疏水作用力、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學(xué)鍵: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。定義:（一）三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置第50頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三范德華力：分子間非專一性的相互作用力（取向力、誘導(dǎo)力和色散力）疏水作用力：主要指非極性的疏水基團為避開水相，互相聚集在一起，藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部或非極性區(qū)的趨勢。離子鍵（鹽鍵）：指正負離子所帶的相反電荷間的相互靜電作用。二硫鍵：是蛋白質(zhì)分子中2個巰基氧化形成的一種共價鍵結(jié)構(gòu)。第51頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三第52頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

肌紅蛋白(Mb)N端C端153個氨基酸(A-H個a-螺旋)第53頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（二）結(jié)構(gòu)域是三級結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)常可折疊成多個結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。如3-磷酸甘油醛脫氫酶每個亞基有兩個結(jié)構(gòu)域1-146：與NAD+結(jié)合147-333：與底物結(jié)合第54頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域第55頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（三）分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。第56頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用:GroEL-GroES反應(yīng)循環(huán)

第57頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)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(gòu)。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(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。第58頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三由2個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)第59頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三五、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)第60頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三六、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組是指一種細胞或一種生物所表達的全部蛋白質(zhì)，即“一種基因組所表達的全套蛋白質(zhì)”。研究對象：細胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動方式第61頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺

蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究:雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)點的定位、切取蛋白質(zhì)點的質(zhì)譜分析（三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義第62頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)第63頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵第64頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

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)，無活性第65頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能胰島素氨基酸殘基序號A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla第66頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（三）氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進化間的關(guān)系。第67頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧血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(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。第68頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似第69頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8（第93位）組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。第70頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)。成年人：α2β2胎兒期：α2

γ2胚胎期：α2

ε2每個亞基可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。第71頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三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(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合第72頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線第73頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)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(yīng)。如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應(yīng)(negativecooperativity)第74頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三第75頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。0.075nm第76頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)這種配體與亞基結(jié)合后，導(dǎo)致蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變，使之適應(yīng)于功能的需要，稱為變構(gòu)效應(yīng)。即蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化。第77頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(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)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。第78頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)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。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。第79頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第80頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein第81頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，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。蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint,pI)第82頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:第83頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三+++++++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)的聚沉第84頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)第85頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

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(gòu)。第86頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三變性后特征:

生物活性喪失溶解度下降粘度增加易被酶水解應(yīng)用舉例:臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

第87頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。第88頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三

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)，無活性第89頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)第90頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(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A/OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。第91頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測定蛋白質(zhì)溶液含量茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)第92頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein第93頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物應(yīng)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。透析(dialysis)超濾法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。第94頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、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(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。第95頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。第96頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三三、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)

。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

第97頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)等電點的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。幾種重要的蛋白質(zhì)電泳:第98頁，講稿共110頁，2023年5月2日，星期三四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進行層析分離待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離