細(xì)胞生物學(xué)蛋白質(zhì)課件

高級細(xì)胞生物學(xué)AdvancedCellBiology張慧杰1高級細(xì)胞生物學(xué)AdvancedCellBiology張慧

ProteinStructureandFunction蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能2ProteinStructureandFunctio問題1：哪些物質(zhì)含有蛋白質(zhì)？雞蛋：蛋白、蛋黃瘦肉大豆毛發(fā)：角蛋白唾液：唾液淀粉酶血液：清蛋白、免疫球蛋白等……3問題1：哪些物質(zhì)含有蛋白質(zhì)？雞蛋：蛋白、蛋黃3問題2：蛋白質(zhì)有哪些功能？4問題2：蛋白質(zhì)有哪些功能？4Proteinfunctions5Proteinfunctions5Proteinfunctions馬達(dá)蛋白儲存蛋白信號蛋白6Proteinfunctions馬達(dá)蛋白儲存蛋白信號蛋白6Proteinfunctions受體蛋白基因調(diào)控蛋白特殊功能蛋白7Proteinfunctions受體蛋白基因調(diào)控蛋白特殊功什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。8什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(ami蛋白質(zhì)由氨基酸相連形成甘氨酸丙氨酸多肽主鏈：由多肽上的氨基酸核心原子的重復(fù)序列組成。側(cè)鏈：氨基酸中不參與主鏈形成的部分。這些側(cè)鏈賦予氨基酸的獨(dú)特性質(zhì)。9蛋白質(zhì)由氨基酸相連形成甘氨酸丙氨酸多肽主鏈：由多肽上的氨基酸氨基酸通過肽鍵相連甘氨酸丙氨酸10氨基酸通過肽鍵相連甘氨酸丙氨酸10蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1.分布廣所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。2.含量高蛋白質(zhì)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(dá)80％。3.種類多人體中蛋白質(zhì)種類達(dá)十萬余種，每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)與功能。11蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1.分布廣所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)的分類

(一)根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分

1.單純蛋白質(zhì)2.結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分(二)根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

1.纖維狀蛋白質(zhì)2.球狀蛋白質(zhì)12蛋白質(zhì)的分類(一)根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分1.單純蛋白質(zhì)2第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有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。(一)組成蛋白質(zhì)的元素13第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O

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)以下公式粗略推算出蛋白質(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%(二)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)三聚氰胺（C3H6N6

）含氮量高達(dá)61%14各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物二、蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的編碼氨基酸僅有20種，均屬α-氨基酸（脯氨酸除外），且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。(一)氨基酸的通式15二、蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

各種氨基酸的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于側(cè)鏈（R基團(tuán)）的不同，故具有不同的理化性質(zhì)。CH2NCOOHH16H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R各種氨基酸的費(fèi)歇爾(Fischer)投影式

費(fèi)歇爾投影式是用平面式來表示分子的立體結(jié)構(gòu)。與手性碳原子相連的兩個橫鍵是伸向紙前方的，兩個豎鍵是伸向紙后方的。因此，表示某一個化合物的費(fèi)歇爾投影式只能在紙平面上平移，也能在紙平面上旋轉(zhuǎn)180°或其整數(shù)倍，但不能在紙平面上旋轉(zhuǎn)90°或其奇數(shù)倍，也不能離開紙平面翻轉(zhuǎn)17費(fèi)歇爾(Fischer)投影式費(fèi)歇爾投影式是用平面式來表手性（Chirality）

手性指一個物體與其鏡像不重合。手性廣泛的存在于自然界中。如果某物體與其鏡像不同，則其被稱為“手性的”，且其鏡像是不能與原物體重合的，就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。可與其鏡像疊合的物體被稱為非手性的（achiral）。18手性（Chirality）手性指一個物體與其鏡像不重合。對映異構(gòu)體手性物體與其鏡像被稱為對映異構(gòu)體（enantiomorph，希臘語意為“相對/相反形式”）。19對映異構(gòu)體手性物體與其鏡像被稱為對映異構(gòu)體（enantiom非極性側(cè)鏈氨基酸(9種)水溶性小。其側(cè)鏈為非極性疏水基團(tuán)。

極性中性側(cè)鏈氨基酸(6種)易溶于水，但色氨酸微溶于水。其側(cè)鏈具有親水性。酸性氨基酸(2種)側(cè)鏈上有羧基，在水溶液中能釋放出H+而帶負(fù)電荷。堿性氨基酸（3種）側(cè)鏈上有氨基、胍基、咪唑基等，在水溶液中能接受H+

而帶正電荷。(二)氨基酸的分類20非極性側(cè)鏈氨基酸(9種)水溶性小。其側(cè)鏈為非極性疏水20種不同氨基酸2120種不同氨基酸21纈氨酸valineValV5.961.非極性氨基酸（疏水的）(9種)甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00亮氨酸leucineLeuL5.98

異亮氨酸isoleucineIleI6.02

苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.30中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

CHCOOHNH2HCH3CH3-CHCH3CH3-CH-CH2CH3CH3-CH2-CHCH3CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNHCH2CH2

蛋氨酸methionineMetM5.74CH3SCH2CH2CHCOOHNH222纈氨酸valineV2.極性中性氨基酸（親水的）(6種)色氨酸t(yī)ryptophanTryW5.89絲氨酸serineSerS5.68酪氨酸t(yī)yrosineTryY5.66

半胱氨酸cysteineCysC5.07天冬酰胺asparagineAsnN5.41

谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65

蘇氨酸t(yī)hreonineThrT5.60CHCOOHNH2-CH2NHHO-CH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2HO-HS-CH2CHCOOHNH2H2N-C-CH2CHCOOHNH2OCHCOOHNH2H2N-C-CH2-CH2OCHCOOHNH2HO-CHCH3中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

232.極性中性氨基酸（親水的）(6種)色氨酸t(yī)r中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

3.酸性氨基酸(2種)天冬氨酸asparticacidAspD2.97精氨酸arginineArgR10.76組氨酸histidineHisH7.59

HOOC-CH2CHCOOHNH2谷氨酸glutamicacidGluE3.22CHCOOHNH2

HOOC-CH2-CH24.堿性氨基酸(3種)中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點(diǎn)

賴氨酸lysineLysK9.74NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2NH2-CNHCH2CH2CH2NHCHCOOHNH2HCCH2NHCNCH24中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式1.含硫氨基酸半胱氨酸

+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸

-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2二硫鍵胱氨酸(三)幾種特殊氨基酸251.含硫氨基酸半胱氨酸+-HH-CH-CH-NH2.芳香族氨基酸CH2CHCOOHNH2苯丙氨酸CH2CHCOOHNHCH2CH23.亞氨基酸脯氨酸262.芳香族氨基酸CH2CHCOOHNH2苯丙氨酸CH2CHC(四)氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離方式取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(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(diǎn)。27(四)氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子CHNHCOOHRCHNH2COOHRCHNHCOORCHNH2COO-RCHNHCOORCHNH3COO-R+CHNHCOOHRCHNH3COOHR+28pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨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。芳香族氨基酸的紫外吸收240250260270280290300310光密度色氨酸酪氨酸波長(nm)292.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附3.茚三酮反應(yīng)

氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)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。2NOOOOOOOHOH+R-CH-COOHNH2+RCHOCO2+H++水合茚三酮羅曼紫(藍(lán)紫色)303.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

(一)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(xué)鍵。肽鍵甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH31三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式(一)肽鍵(pep1.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2.兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……(二)肽(peptide)3.由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。

4.肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。5.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)。分別有：N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端，C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。321.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2.兩分子氨基酸+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGluArg110GlnHisMetAspSerSerThrSerAlaAlaSerSerTyrSerAsnCysAsnGlnLeuArgProValLeuValAsnArg30GlnHisMetAspGlnValThrSerAlaAlaSerAsnThrSerAsnCysAsn20MetLysLysLys40ThrValGlu50AspGlnCysCysCysCys60LysAlaCysCysLysAsnGluThrGlnThr70ThrSerTyrSerAspThrIleSerMet80SerArgGlySerGluThr90AsnProLysTyrTyrLysThrAlaThr100LysIleGlnHisAlaAsnAlaIleValAlaAspPheHisValProValTyrProAsnGlyGlu110120ValSerCOON末端C末端牛核糖核酸酶12433+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGl(三)幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)COOHH-C-NH2CH2H2CH2CCONHCHCH2SHCONHCOOH谷氨酸半胱氨酸甘氨酸存在于幾乎身體的每一個細(xì)胞。GSH能幫助保持正常的免疫系統(tǒng)的功能。并具有抗氧化作用和整合解毒作用。能參與生物轉(zhuǎn)化作用，從而把機(jī)體內(nèi)有害的毒物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，排泄出體外。34(三)幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathion促皮質(zhì)素、促性腺激素（含黃體生成素、絨毛膜促性腺激素）、胰島素及其類似物、胰島素樣生長因子等。主要分泌器官是丘腦下部及腦垂體。肽類激素的作用是通過刺激腎上腺皮質(zhì)生長、紅細(xì)胞生成等實(shí)現(xiàn)促進(jìn)人體的生長、發(fā)育，大量攝入會降低自身內(nèi)分泌水平，損害身體健康，還可能引起心血管疾病、糖尿病等。同樣，濫用肽類激素也會形成較強(qiáng)的心理依賴。2.多肽類激素（peptidehormone）35促皮質(zhì)素、促性腺激素（含黃體生成素、絨毛膜促CHONCONHCH2NNCONCONH2焦谷氨酸組氨酸脯氨酰胺

在下丘腦合成。促進(jìn)腺垂體分泌促甲狀腺素，后者促進(jìn)甲狀腺細(xì)胞增生、合成并分泌甲狀腺激素，可促進(jìn)生乳素、催產(chǎn)素和輥壓素的分泌?？捎绊懘竽X的機(jī)能，如抗抑郁、改變睡眠覺醒和行為。促甲狀腺素釋放激素(TRH)36CHONCONHCH2NNCONCONH2焦谷氨酸由腎臟和肝臟分泌的一種激素樣物質(zhì)，能夠促進(jìn)紅細(xì)胞生成。服用紅細(xì)胞生成素可以使患腎病貧血的病人增加血流比溶度（即增加血液中紅細(xì)胞百分比）。人體缺氧時，此種激素生成增加，并導(dǎo)致紅細(xì)胞增生。EPO興奮劑正是根據(jù)促紅細(xì)胞生成素的原理人工合成，它能促進(jìn)肌肉中氧氣生成，從而使肌肉更有勁、工作時間更長。促紅細(xì)胞生成素（Erythropoietin）(EPO)興奮劑，體育比賽中屬違禁藥物。37由腎臟和肝臟分泌的一種激素樣物質(zhì)，能夠促進(jìn)紅細(xì)胞生成。服用紅是腺垂體細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，是一種肽類激素。生長激素的主要生理功能是促進(jìn)神經(jīng)組織以外的所有其他組織生長；促進(jìn)機(jī)體合成代謝和蛋白質(zhì)合成；促進(jìn)脂肪分解；對胰島素有拮抗作用；抑制葡萄糖利用而使血糖升高等作用。受性別、年齡和晝夜節(jié)律的影響，睡眠狀態(tài)下分泌明顯增加。生長激素（humanGrowthHormone）(hGH)38是腺垂體細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，是一種肽類激素。生長激素的主要生理第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

39第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

39蛋白質(zhì)折疊形成能量最低的構(gòu)象蛋白質(zhì)最終的折疊結(jié)構(gòu)由其能量狀況決定，通常處于自由能最小時的構(gòu)象。變性的蛋白質(zhì)能夠恢復(fù)他們原來的形狀，說明蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)所需的全部信息包含在這個蛋白質(zhì)的氨基酸序列中。40蛋白質(zhì)折疊形成能量最低的構(gòu)象蛋白質(zhì)最終的折疊結(jié)構(gòu)由其能量狀況蛋白質(zhì)具有多樣的形狀和大小41蛋白質(zhì)具有多樣的形狀和大小41免疫球蛋白42免疫球蛋白42蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：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)空間結(jié)構(gòu)43蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：空間結(jié)構(gòu)431.定義

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)2.主要的化學(xué)鍵

肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。(一)定義與主要化學(xué)鍵

肽鍵的鍵長為0.132nm，短于單鍵的0.147nm，長于雙鍵的0.123nm，故具有部分雙鍵的特性，不能旋轉(zhuǎn)。441.定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、(二)肽單元(肽鍵平面)參與肽鍵的6個原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，C

1和C

2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)

。CR1HCR2HONHC0.123nm0.100nm0.132nm0.147nm0.153nm0.360nm肽鍵平面示意圖45(二)肽單元(肽鍵平面)參與肽鍵的6個原子C1、C、O二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.定義蛋白質(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

。

2.主要的化學(xué)鍵

氫鍵

(一)定義與主要化學(xué)鍵(二)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(

-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

46二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.定義蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部1.

-螺旋

1951年根據(jù)X線衍射圖提出。以

碳原子為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成右手螺旋。(1)螺旋每圈含3.6個氨基酸殘基，殘基跨距0.15nm，螺距0.54nm。(2)螺旋以氫鍵保持穩(wěn)固。(3)各氨基酸殘基的R基團(tuán)均伸向螺旋外側(cè)。3.6殘基471.-螺旋1951年根據(jù)X線衍射圖提出。以碳原在生物結(jié)構(gòu)中容易形成螺旋48在生物結(jié)構(gòu)中容易形成螺旋484949卷曲螺旋50卷曲螺旋50

-螺旋在不同蛋白質(zhì)中的含量肌紅蛋白、血紅蛋白——主要由

-螺旋結(jié)構(gòu)組成γ-球蛋白——基本不含

-螺旋結(jié)構(gòu)毛發(fā)中的

角蛋白——幾乎都是

-螺旋結(jié)構(gòu)51-螺旋在不同蛋白質(zhì)中的含量肌紅蛋白、血紅蛋白——主要由-2.

-折疊

(1)是多肽鏈一種比較伸展、成鋸齒狀的肽鏈結(jié)構(gòu)。522.-折疊52(2)兩條肽鏈走向相同，稱為順向平行結(jié)構(gòu)，反之，則稱為反向平行結(jié)構(gòu)。后者更為穩(wěn)定。Antiparallel

sheetParallel

sheet53(2)兩條肽鏈走向相同，稱為順向平行結(jié)構(gòu)，反之，則稱為反向

折疊具有特殊的性質(zhì)Theycanhelptokeepinsectsfromfreezinginthecold.Inanantifreezeproteinisolatedfromabeetlethatlivesincoldclimates,aseriesofparallel

sheetsformsabeautifullyflatsurfacealongonesideoftheproteinmoleculeThisarrayappearstoofferaperfectplatformforbindingtotheregularlyspacedwatermoleculesthatarepresentinanicelattice.Byadheringtotheicecrystalsthatformwhenwateriscooledbelowitsfreezingpoint,theantifreezeproteinpreventstheicecrystalsfromgrowing—therebykeepingtheinsects’cellsfromfreezingsolid.54折疊具有特殊的性質(zhì)Theycanhelptokee3.

-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)。4.無規(guī)卷曲肽鏈出現(xiàn)180°回折的部分形成β-轉(zhuǎn)角。553.-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)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。2.主要的化學(xué)鍵指一條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或者超二級結(jié)構(gòu)甚至結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞，折疊，依靠次級鍵的維系固定所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。1.

定義

56三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH2OaaCHCH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH3cccOOCcCH2OHCH2OHbNH2+H2NCOCO-abc氫鍵離子鍵疏水鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的各種化學(xué)鍵范德華力d57H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH三類非共價鍵幫助蛋白折疊58三類非共價鍵幫助蛋白折疊58疏水作用幫助蛋白質(zhì)折疊成致密的結(jié)構(gòu)59疏水作用幫助蛋白質(zhì)折疊成致密的結(jié)構(gòu)59分子內(nèi)氫鍵幫助穩(wěn)定結(jié)構(gòu)60分子內(nèi)氫鍵幫助穩(wěn)定結(jié)構(gòu)60肌紅蛋白(Mb)

N端C端肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)是由一簇八個a-螺旋組成的，螺旋之間通過一些片段連接。肌紅蛋白中的四分之三氨基酸殘基都處于a-螺旋中。

61肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)域是生物大分子中具有特異結(jié)構(gòu)和獨(dú)立功能的區(qū)域,形成空間上可以分辨的組織，是三級結(jié)構(gòu)的一部分。通常含有100-250個氨基酸，是構(gòu)成許多較大蛋白質(zhì)的模塊單元。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域62結(jié)構(gòu)域是生物大分子中具有特異結(jié)構(gòu)和獨(dú)立功能的區(qū)域,形成空間上蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域63蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域63描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的不同模型64描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的不同模型642.主要化學(xué)鍵亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1.定義有些蛋白質(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)。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)。(一)定義與主要化學(xué)鍵652.主要化學(xué)鍵亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵蛋白質(zhì)的亞基蛋白質(zhì)表面通過非共價鍵與別的分子相互作用的區(qū)域成為結(jié)合位點(diǎn)。一個蛋白質(zhì)可以有很多結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)一個結(jié)合位點(diǎn)識別第二個蛋白的表面時，兩條折疊的多肽鏈在此位點(diǎn)緊密的結(jié)合，并產(chǎn)生一個具有精確集合形狀的更大的蛋白質(zhì)。在這類蛋白質(zhì)中，每條多肽鏈成為亞基。每個亞基可能含有一個以上的結(jié)構(gòu)域，他們是多肽鏈單獨(dú)折疊的部分。66蛋白質(zhì)的亞基蛋白質(zhì)表面通過非共價鍵與別的分子血紅蛋白67血紅蛋白67蛋白質(zhì)的家族蛋白質(zhì)一旦進(jìn)化到穩(wěn)定構(gòu)象并帶有有用特性時，它的結(jié)構(gòu)可以隨著時間推移而稍作修改并使之具有新的功能，在一個家族內(nèi)，每個成員彼此間具有相似的氨基酸序列和三維構(gòu)象。68蛋白質(zhì)的家族蛋白質(zhì)一旦進(jìn)化到穩(wěn)定構(gòu)象并帶有有蛋白質(zhì)裝配成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)69蛋白質(zhì)裝配成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)69蛋白質(zhì)裝配成絲，片或球70蛋白質(zhì)裝配成絲，片或球70病毒的衣殼許多病毒的衣殼或多或少是球狀的蛋白組裝物。這些衣殼蛋白是由一組蛋白亞基的多個拷貝形成的多面體。病毒的DNA或RNA被包裹在里面。71病毒的衣殼許多病毒的衣殼或多或少是球狀的蛋白組裝物。這些衣殼纖維蛋白72纖維蛋白72二硫鍵(Disulfidebonds)73二硫鍵(Disulfidebonds)73第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

74第三節(jié)74一、一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

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HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840261109584725840651.核糖核酸酶一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

二硫鍵破壞后，生物學(xué)活性喪失。75一、一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系天然狀態(tài)，有催化活性尿(1)將A鏈N端的第1個氨基酸殘基切去，其活性只剩2％～10％，再將第2～4位氨基酸殘基切去，其活性完全喪失。(2)

將A、B兩鏈間的二硫鍵還原，A、B兩鏈即分離，胰島素的功能完全消失。(3)

將B鏈第28～30位氨基酸殘基切去，其活性仍能維持100%。2.胰島素一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系76(1)將A鏈N端的第1個氨基酸殘基切去3.血紅蛋白一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)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)谷氨酸纈氨酸異常血紅蛋白β鏈的第6位谷氨酸被纈氨酸所代替。這個疏水氨基酸正好適合另一血紅蛋白分子β鏈EF角上的“口袋”，這使兩條血紅蛋白鏈互相“鎖”在一起，最終與其他血紅蛋白鏈共同形成一個不溶的長柱形螺旋纖維束，使紅細(xì)胞扭旋成鐮刀形。773.血紅蛋白一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-va鐮刀狀紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞

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”。變形的紅細(xì)胞會堵塞血管，使血液和氧供應(yīng)量減少，造成了溶血性貧血，并導(dǎo)致患者關(guān)節(jié)、四肢等部位周期性地感覺劇痛。78鐮刀狀紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾(二)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1．血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系Hb未結(jié)合O2時，4個亞基結(jié)構(gòu)緊密,稱緊張態(tài)(T態(tài))。隨著O2

的結(jié)合,空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使結(jié)構(gòu)相對松弛，稱松弛態(tài)(R態(tài))。T態(tài)對氧親和力低,R態(tài)對氧親合力高，是Hb結(jié)合O2

的形式。肺毛細(xì)血管O2

分壓高,促使T態(tài)轉(zhuǎn)變成R態(tài),組織毛細(xì)血管O2

分壓低,促使R態(tài)轉(zhuǎn)變成T態(tài)。

79(二)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1．血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)例：瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變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PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。在某種未知蛋白質(zhì)作用下轉(zhuǎn)變成為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨廷頓舞蹈病、瘋牛病等。2．朊病毒蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系80例：瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變PrPcPrPsc正常瘋牛病蛋白8181第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)

(一)兩性解離

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(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)，故稱兩性解離。82第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、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，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)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(diǎn)（pI）。二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

(二)蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜(二)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(一)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(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。83當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等+++++++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84+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固

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。1.變性的本質(zhì)

即破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)肽鏈的氨基酸序列。(一)

蛋白質(zhì)的變性(denaturation)85三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固在某些物理和化學(xué)因素作用2.導(dǎo)致變性的因素如高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬離子、生物堿試劑及輻射等因素。

3.應(yīng)用舉例①臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。②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。

862.導(dǎo)致變性的因素3.應(yīng)用舉例86

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4.復(fù)性(renaturation)

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。HSSHSHHSHSSHHSHS261109584726558402611095847258406587天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊狀態(tài)，(二)蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，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，但并不一定變性。(三)蛋白質(zhì)的凝固作用蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿中。

88(二)蛋白質(zhì)沉淀(三)蛋白質(zhì)的凝固作用88四、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(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。89四、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五、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)(一)茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)蛋白質(zhì)分子中的游離氨基也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。(二)雙縮脲反應(yīng)(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。(三)Folin-酚試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中酪氨酸殘基在堿性條件下能與酚試劑反應(yīng)生成藍(lán)色化合物。該反應(yīng)的靈敏度比雙縮脲反應(yīng)高100倍。90五、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)(一)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin第五節(jié)蛋白質(zhì)如何發(fā)揮作用一、蛋白質(zhì)結(jié)合其它分子(一)配體(Ligand)任何被蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)均被稱為該蛋白的一種配體。91第五節(jié)蛋白質(zhì)如何發(fā)揮作用一、蛋白質(zhì)結(jié)合其它分子(一)配一個蛋白質(zhì)與其配體緊密結(jié)合時需要有許多個弱鍵。因此，配體必須與蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)精確匹配，就像手與手套那樣，以使得蛋白質(zhì)和配體之間形成大量的非共價鍵。蛋白質(zhì)與配體的結(jié)合具有高度的選擇性

92一個蛋白質(zhì)與其配體緊密結(jié)合時需要有許多個弱鍵。因此，配體必須結(jié)合位點(diǎn)使蛋白質(zhì)及其配體相互作用93結(jié)合位點(diǎn)使蛋白質(zhì)及其配體相互作用93二、抗體結(jié)合位點(diǎn)的多樣化(一)抗體（Antibody）又稱