蛋白質(zhì)化學(xué)課件

1、緒 論,生物化學(xué)是關(guān)于生命的化學(xué)，是運(yùn)用化學(xué)的原理和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象變化規(guī)律的一門科學(xué)?，F(xiàn)在也利用物理、生物學(xué)的方法。,一、生物化學(xué)的概念,章首,器官（肝臟）,消化系統(tǒng),肝臟 竇狀小管,肝細(xì)胞,細(xì)胞核,分子（DNA）,生物化學(xué)涉及的主要問題：,1）生物分子的化學(xué)和三維結(jié)構(gòu)是什么？ 2）生物分子如何進(jìn)行相互反應(yīng)？ 3）細(xì)胞如何合成和降解生物分子？ 4）能量如何守恒并被細(xì)胞利用？ 5）組裝生物分子并協(xié)調(diào)它們的活性的機(jī)制是什么？ 6）遺傳信息是如何存儲(chǔ)、傳遞和表達(dá)的？,分子生物學(xué)概念及研究?jī)?nèi)容,廣義: 研究蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能，也就是從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。

2、 狹義: 偏重于核酸(或基因)的分子生物學(xué)，主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過程，也涉及這些過程中有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。,生物化學(xué)的發(fā)展,1 靜態(tài)生物化學(xué)時(shí)期（二十世紀(jì)二十年代以前） 2 動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期（二十世紀(jì)前半葉） 3 機(jī)能生物化學(xué)及分子生物學(xué)時(shí)期（二十世紀(jì)五十年代以后）,靜態(tài)生物化學(xué)的發(fā)展,靜態(tài)生物化學(xué)發(fā)展描述的是有機(jī)生物化學(xué)發(fā)展時(shí)期（17701903）。這個(gè)時(shí)期的生物化學(xué)更多地依附于有機(jī)化學(xué)，大量工作是圍繞著生命的存在方式“蛋白質(zhì)”進(jìn)行的。 1903年，有人首先使用“biochemistry”這個(gè)單詞,它反映了作為獨(dú)立學(xué)科的生物化學(xué)的誕生。,章首,節(jié)

3、首,動(dòng)態(tài)生物化學(xué)的發(fā)展,動(dòng)態(tài)生物化學(xué)是生理生物化學(xué)的發(fā)展時(shí)期（19031950）。19世紀(jì)中葉，生物學(xué)積累了若干有關(guān)血液循環(huán)和消化、吸收的知識(shí)，巴甫洛夫消化生理學(xué)比較完整地建立起來了。開始探索生理功能的化學(xué)過程，從而派生出了生理生物化學(xué)。,章首,節(jié)首,功能生物化學(xué)的發(fā)展,1950年以后,由于各種現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備的發(fā)明和發(fā)展，生物化學(xué)進(jìn)入了分子的或綜合生物化學(xué)發(fā)展時(shí)期。這期間，生物化學(xué)的進(jìn)展，更集中、更突出地反映在蛋白質(zhì)、酶和核酸等生物大分子研究上，使生命起源研究進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。同時(shí)，開始應(yīng)用生物化學(xué)方法改變遺傳特性，創(chuàng)立了遺傳工程學(xué)。,章首,節(jié)首,四、生物化學(xué)的成就,1953年，DNA雙螺

4、旋結(jié)構(gòu)模式 1958年，分子遺傳的中心法則 1970年，基因工程方法的建立 1981年，發(fā)現(xiàn)有催化功能的RNA（Ribozyme） 1985年，人類基因組作圖和測(cè)序計(jì)劃 1993年，P53被“Science”評(píng)為年度分子明星 1997年，第一只克隆羊誕生 1999年，干細(xì)胞的研究位列當(dāng)年科技重大突破首位 2000年，人類基因組作圖計(jì)劃即將完成 2002年，RNAi榮登重大科技突破榜首 2005年，觀察進(jìn)化發(fā)生位列科技突破首位,章首,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式,DNA分子結(jié)構(gòu)是由美國生物學(xué)家沃森（James Dewey Watson,1926）和英國生物物理學(xué)家克里克（Francis Harry Co

5、mpton Crick,1916）所確定的。克里克于1949年入劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)研究組。1951年沃森來到該研究所，克里克接受了他的觀點(diǎn)：了解DNA三維結(jié)構(gòu)即可明了它在遺傳中所起的作用。1953年，他們建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式,并跟已知的物理化學(xué)性質(zhì)相符合。這一發(fā)現(xiàn)成為分子生物學(xué)的里程碑。后來他們分享了62年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。,章首,節(jié)首,分子遺傳的中心法則,中心法則(central dogma)是指遺傳信息的流向所遵循的法則。Crick提出，在DNA分子可以自我復(fù)制（replication）傳給子代的基礎(chǔ)上，遺傳信息可以從DNA傳遞給RNA（稱為轉(zhuǎn)錄transcription）

6、再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)（稱為翻譯translation），這是遺產(chǎn)信息流所遵循的中心法則。 Temin又證實(shí)RNA也可以是遺傳信息的攜帶者，即DNA以RNA為模板反向轉(zhuǎn)錄合成，再推動(dòng)RNA的合成及蛋白質(zhì)的合成。,章首,節(jié)首,圖片,分子遺傳的中心法則,章首,節(jié)首,基因工程方法的建立,1970年，Temin和Baltimore從雞肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。 Smith和Wilcox在E.coli中發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶,由此為基因工程方法的建立打下了基礎(chǔ)。,章首,節(jié)首,Ribozyme,章首,節(jié)首,1978年，Altman在提純RNAaseP時(shí)發(fā)現(xiàn)，此酶由蛋白質(zhì)和一個(gè)RNA片段組成，單獨(dú)的RNA能完成對(duì)前

7、體tRNA的剪切，而單獨(dú)的蛋白質(zhì)卻無此能力。1981年，Cech在研究四膜蟲前體rRNA的加工過程中發(fā)現(xiàn)，在沒有蛋白質(zhì)存在的情況下，一段RNA序列（IVS）能進(jìn)行自動(dòng)剪切，生成L-19IVS。后者在離體條件下能催化五聚胞嘧啶核苷酸的合成。由此提出了具有催化功能的核酸（Ribozyme）的概念。 Ribozyme的提出為解決人類的起源問題提供了一種新的假說，為此，Cech與Altman共同獲得了1989年化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。,“人類基因組作圖和測(cè)序”計(jì)劃,1985年，美國科學(xué)家率先提出“人類基因組測(cè)序和作圖”計(jì)劃（簡(jiǎn)稱HGP）。國際合作始于1990年 該計(jì)劃的核心就是測(cè)定人類基因組的全部DNA序列，從

8、整體上破譯人類遺傳信息，以使人類能在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。 HGP的精神是：全球共有，國際合作。即時(shí)公布，免費(fèi)共享。,章首,節(jié)首,P53被“Science”評(píng)為年度分子明星,p53基因是一種腫瘤抑制基因，定位于人類17號(hào)染色體短臂，其編碼的p53磷蛋白具有調(diào)控細(xì)胞增殖功能。大量實(shí)驗(yàn)表明，人體內(nèi)約50%的腫瘤發(fā)生與p53的缺失，突變有關(guān)，也與p53蛋白與病毒蛋白的結(jié)合，導(dǎo)致p53蛋白失活有關(guān)。 03年10月央視國際報(bào)道了我國用于惡性腫瘤治療的基因藥物誕生并批準(zhǔn)上市。這種由深圳賽百諾基因技術(shù)有限公司研制的基因藥物名為重組腺病毒P53抗癌注射液，主要用于治療頭頸部鱗癌和其他惡性腫瘤。,章首,節(jié)首

9、,老化：抑制癌癥的代價(jià)？ 在細(xì)胞水平，p53可以使細(xì)胞停止分裂最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在器官水平，p53的過量會(huì)導(dǎo)致衰老 p53蛋白：長(zhǎng)壽的敵人？ 當(dāng)降低果蠅神經(jīng)細(xì)胞中p53蛋白活性，果蠅壽命明顯延長(zhǎng),p53與細(xì)胞凋亡,克隆羊誕生,章首,節(jié)首,1997年2月23日，英國羅斯林研究所宣布，他們成功創(chuàng)造了世界上第一個(gè)克隆羊 多莉。它的意義在于，人類已能用高度分化的乳腺細(xì)胞作為核供體，通過無性繁殖方法，復(fù)制出與核供體完全一致的新個(gè)體。,1999年干細(xì)胞的研究工作位列年度科學(xué)技術(shù)重大突破首位,干細(xì)胞（stem cell）是一類既有自我更新能力，又有多分化潛能的細(xì)胞。干細(xì)胞的研究一方面可以揭示許多有關(guān)細(xì)胞生長(zhǎng)

10、和發(fā)育的基礎(chǔ)理論難題；另一方面可望將其用于創(chuàng)傷修復(fù)，神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)研究。,章首,節(jié)首,上一頁,人類基因組計(jì)劃即將完成,2000年6月26日，參與人類基因組計(jì)劃的各國科學(xué)家，同時(shí)向全世界宣布人類基因組“工作框架圖”繪制完成。 2004年10月21日出版的自然雜志公布了人類基因組最精確的序列（包含有28.5億個(gè)堿基對(duì)），同時(shí)澄清人類基因組只有2到2.5萬個(gè)基因（而不是原來的10萬個(gè)基因） 這篇文章標(biāo)志著人類基因組計(jì)劃又邁出了里程碑意義的一步。,章首,節(jié)首,上一頁,下一頁,人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用前景,將揭示生命世界的一些重大奧秘，如生命起源，生物進(jìn)化等。 將應(yīng)用于疾病的診斷和治療，將改變2

11、1世紀(jì)的醫(yī)學(xué)。 將有利于人類培育優(yōu)良的動(dòng)植物品種。 將大大促進(jìn)生命科學(xué)工業(yè)的發(fā)展，特別是基因制藥工業(yè)的發(fā)展。,章首,節(jié)首,上一頁,精神病基因的發(fā)現(xiàn),研究人員確認(rèn)了增加患上由家族遺傳的精神分裂、抑郁癥和其他精神疾病的基因。發(fā)現(xiàn)了一組增加患上抑郁癥機(jī)會(huì)的基因，但患者在受到嚴(yán)重壓力下才會(huì)觸發(fā)基因活動(dòng)。 這一成果位列2003年重大科技突破第二位,垃圾DNA,人體內(nèi)非編碼雖然占人體基因組的，但它卻不像編碼基因那樣控制產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)，所以曾經(jīng)被稱為“垃圾”。英國科學(xué)家最近研究發(fā)現(xiàn)，這些貌似無用的對(duì)某些疾病的嚴(yán)重程度卻有著很大影響。 這些DNA對(duì)于基因在正確的位置和正確的時(shí)間“開啟”起到關(guān)鍵的幫助 這一成

12、果位列04年重大科技突破第五位,返回,2002年 RNAi榮登重大科技突破榜首,RNA曾被認(rèn)為是一種缺乏活力的生物分子，但最近一系列發(fā)現(xiàn)表明，一些小分子RNA參與著多項(xiàng)細(xì)胞控制工作，能夠關(guān)閉基因或改變它們的表達(dá)水平。這一現(xiàn)象稱為核糖核酸干擾（RNAi），它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護(hù)機(jī)制。小RNA的這種功能有可能使21世紀(jì)的醫(yī)藥研究產(chǎn)生革命性的變化。,章首,節(jié)首,世界首次RNAi臨床試驗(yàn)初獲成功,2006年6月，美國一項(xiàng)研究顯示，導(dǎo)致老年人失明的最常見病因老年性黃斑變性（AMD），能夠通過siRNA分子來對(duì)付。這些結(jié)果是由評(píng)估RNAi(RNA干擾)療法對(duì)人類患者效果的首次臨床試驗(yàn)獲得。,2

13、005年 觀察進(jìn)化發(fā)生位列科技突破首位,自從達(dá)爾文1859年把進(jìn)化理論首次引入科學(xué)界以來，該理論一直是生物學(xué)的基礎(chǔ)，但也受到其它理論的挑戰(zhàn)。2005年研究人員在對(duì)1918年大流行的流感病毒基因、黑猩猩基因以及其它物種的基因進(jìn)化研究中發(fā)現(xiàn)，達(dá)爾文的進(jìn)化理論仍然對(duì)當(dāng)代生物學(xué)具有指導(dǎo)意義。并且這些研究成果對(duì)現(xiàn)實(shí)生活具有重要影響。,五、生物化學(xué)與現(xiàn)代工業(yè),生物化學(xué)對(duì)現(xiàn)代化工、輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)的滲透 1、在傳統(tǒng)食品工業(yè)中的應(yīng)用 工業(yè)用酶在食品工業(yè)中的大量應(yīng)用； 2、在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 各種有機(jī)酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)；各類抗生素的生產(chǎn) 3、在現(xiàn)代醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用 用基因工程手段生產(chǎn)人胰島素、干擾素等重要藥

14、物,生物化學(xué)與醫(yī)藥學(xué),生物化學(xué)的理論與技術(shù)已滲透到醫(yī)學(xué)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域 生物化學(xué)與分子生物學(xué)在生命科學(xué)中占有重要的地位 生物化學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了疾病病因、診斷和治療的研究,六、如何學(xué)好生物化學(xué)？,掌握生物化學(xué)的整體框架 經(jīng)常關(guān)注生命科學(xué)的前沿進(jìn)展 1、Nature、Science、Cell等國外期刊 2、生命的化學(xué)、生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展、生物工程進(jìn)展等國內(nèi)期刊 生物化學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,第一章 蛋白質(zhì)化學(xué),授課教師：陳希宏,蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過程。,第一章 蛋白質(zhì)(Protein),第一節(jié)

15、 概 述,一、蛋白質(zhì)的定義 蛋白質(zhì)：是一切生物體中普遍存在的，由天然氨基酸通過肽鍵連接而成的生物大分子；其種類繁多，各具有一定的相對(duì)分子質(zhì)量，復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和特定的生物功能；是表達(dá)生物遺傳性狀的一類主要物質(zhì)。 二、蛋白質(zhì)在生命中的重要性 早在1878年，思格斯就在反杜林論中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新?！?可以看出，第一，蛋白體是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；第二，生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質(zhì)就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝?，F(xiàn)代生物化學(xué)的實(shí)踐完全證實(shí)并發(fā)展了恩格斯的論斷,1.蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)

16、必不可少的重要成分,蛋白質(zhì)占干重 人體中 人體 45% 水55% 細(xì)菌 50%80% 蛋白質(zhì)19% 真菌 14%52% 脂肪19% 酵母菌 14%50% 糖類1% 白地菌50% 無機(jī)鹽7%,2.蛋白質(zhì)是一種生物功能的主要體現(xiàn)者,（1）酶的催化作用 （2）調(diào)節(jié)作用(多肽類激素) （3）運(yùn)輸功能 （4）運(yùn)動(dòng)功能 （5）免疫保護(hù)作用(干擾素) （6）接受、傳遞信息的受體 （7）毒蛋白,3.外源蛋白質(zhì)有營(yíng)養(yǎng)功能，可作為生產(chǎn)加工的對(duì)象.,三、蛋白質(zhì)的組成,元素組成 蛋白質(zhì)是一類含氮有機(jī)化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)

17、中的組成百分比約為： 碳 50 氫 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,氮占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質(zhì)的含氮量。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量接近于16%，所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來計(jì)算蛋白質(zhì)的大概含量,蛋白質(zhì)含量的測(cè)定： 凱氏定氮法 (測(cè)定氮的經(jīng)典方法) 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原料無選擇性，儀器簡(jiǎn)單， 方法也簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：易將無機(jī)氮都?xì)w入蛋白質(zhì)中。 一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g 蛋白質(zhì)）；故： 蛋白質(zhì)含量=氮的量6.25,蛋白質(zhì)含量測(cè)

18、定除了上法外，還有 紫外比色法 雙縮脲法 Folin酚 考馬斯亮蘭G250比色法 （條件：蛋白質(zhì)必須是可溶的）,蛋白質(zhì)的分類,（一）按分子形狀分類 1球狀蛋白質(zhì)：形狀類似球形或橢球形，多溶于水，細(xì)胞中的大多數(shù)都屬于球狀蛋白質(zhì)，如血紅蛋白、肌紅蛋白、酶、抗體等。 2纖維狀蛋白質(zhì)：形狀呈細(xì)棒或纖維狀，大都是結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白質(zhì)。這些起結(jié)構(gòu)作用的纖維狀蛋白是不溶于水的。但有些纖維狀蛋白質(zhì)，如血液中的纖維蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等是可溶的。,3膜蛋白：與生物膜結(jié)合的蛋白質(zhì)在形狀上不同于上述兩類，與膜結(jié)合部分主要是平行排列的-螺旋，是水不溶性的。 （二）按化學(xué)組成分類 1簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)：

19、完全由氨基酸組成，不含其他化學(xué)成分。如核糖核酸酶、胰島素等。溶解度不同的簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)有清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、組蛋白、魚精蛋白、硬蛋白。 2、結(jié)合蛋白質(zhì)：除了蛋白質(zhì)部分外，還含有非蛋白質(zhì)成分，其中非蛋白質(zhì)成分稱為輔因子或配基。根據(jù)配基又分為糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、磷蛋白、色蛋白、金屬蛋白、黃素蛋白。,蛋白質(zhì)的生物功能,（一）催化功能 生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)幾乎都是在相應(yīng)生物催化劑酶的作用下進(jìn)行的。已鑒定出的酶幾乎都是蛋白質(zhì)。所以作為有機(jī)體新陳代謝的催化劑，酶是蛋白質(zhì)最重要的生物學(xué)功能之一。,（二）結(jié)構(gòu)成分 有些蛋白質(zhì)可以作為生物體的結(jié)構(gòu)成分，這些蛋白稱為結(jié)構(gòu)蛋白。如高等動(dòng)物的膠原蛋白

20、參與結(jié)締組織和骨骼的形成，作為身體的支架；頭發(fā)、指甲和皮膚中的不溶性角蛋白，形成體表的保護(hù)層；彈性蛋白參與血管壁和韌帶的構(gòu)造，起支持和潤(rùn)滑作用。結(jié)構(gòu)蛋白一般是不溶性纖維狀蛋白質(zhì)。,（三）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 這類蛋白質(zhì)具有轉(zhuǎn)運(yùn)功能，能攜帶各種物質(zhì)從一處到另一處。如血液中的血紅蛋白，將氧氣從肺運(yùn)輸?shù)狡渌M織，供生物氧化之用，同時(shí)，將二氧化碳從其他組織運(yùn)輸?shù)椒危员闩懦w外。另外一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白還能將代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)而進(jìn)出細(xì)胞。,（四）貯存功能 有些蛋白質(zhì)有貯藏氨基酸的功能，用作有機(jī)體及其胚胎生長(zhǎng)發(fā)育的原料，這類蛋白質(zhì)有蛋類中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麥種子中的麥醇溶蛋白。,（五）運(yùn)動(dòng)功能 人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)靠肌肉的收縮

21、來實(shí)現(xiàn)，肌肉收縮實(shí)際上是肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白絲狀體的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。另外，細(xì)菌的鞭毛和纖毛是由許多微管蛋白組裝起來的，也能產(chǎn)生類似的運(yùn)動(dòng)。非肌肉的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中普遍存在著一類運(yùn)動(dòng)蛋白馬達(dá)蛋白（motor protrin），可驅(qū)使小泡、顆粒和細(xì)胞器沿微管軌道運(yùn)動(dòng)。,（六）調(diào)節(jié)蛋白 許多蛋白質(zhì)有調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)執(zhí)行其生理功能的能力，這些蛋白稱為調(diào)節(jié)蛋白。如胰島素（insulin），胰島素是動(dòng)物胰臟 細(xì)胞分泌的一種激素蛋白，參與血糖的代謝調(diào)節(jié)，能降低血液中的葡萄糖的含量。還有一些調(diào)節(jié)蛋白參與基因表達(dá)調(diào)控，它們激活或抑制遺傳信息轉(zhuǎn)錄為mRNA。如大腸桿菌的CAP和阻遏蛋白。,（七）防御功能 有些蛋白質(zhì)具有主動(dòng)的防御

22、功能，以抵抗外界不利因素對(duì)生物體的干擾。如脊椎動(dòng)物體內(nèi)的免疫球蛋白（immunoglobulin）（或稱為抗體），能夠識(shí)別特異的抗原（如病毒、細(xì)菌和其他生物體的細(xì)胞）并與之結(jié)合以清除抗原，因此它具有防御疾病和抵抗外界病原侵襲的免疫能力。南極水域某些魚類血液中含有抗凍蛋白，保護(hù)血液不被凍凝。蛇毒和蜂毒的溶血蛋白和神經(jīng)毒蛋白以及一些植物毒蛋白（蓖麻蛋白）等，少量即可引起高等動(dòng)物產(chǎn)生強(qiáng)烈毒性發(fā)言。,（八）信息傳遞功能 在生物體內(nèi)有一類蛋白質(zhì)起接受和傳遞信息的作用，即受體蛋白，如接受各種激素的受體蛋白等。,第二節(jié) 氨基酸化學(xué),一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類,(2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子

23、都為不對(duì)稱碳原子,所以：A.氨基酸都具有旋光性。B.每一種氨基酸都具有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L(zhǎng)-型。,1.氨基酸的結(jié)構(gòu) 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)為：,(1). 與羧基相鄰的-碳原子上都有一個(gè)氨基，因而稱為-氨基酸,COOH H2N CH -碳原子基團(tuán) R R基團(tuán),-氨基酸基本結(jié)構(gòu)通式,L-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式,-氨基酸的立體異構(gòu)體（一）,-氨基酸的立體異構(gòu)體（二）,（一）氨基酸的分類：,根據(jù)R側(cè)鏈基團(tuán)解離性質(zhì)的不同，可將氨基酸分為三大

24、類： 1. 酸性氨基酸Glu，Asp；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。 2. 堿性氨基酸His，Arg，Lys；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。,3. 中性氨基酸 側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中不發(fā)生解離，因而不帶電荷的氨基酸。可分為： a) 極性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，Met，Trp； b) 非極性氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。,3.構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸,二.氨基酸的重要理化性質(zhì) 1.一般物理性質(zhì) 常見氨基酸均為無色結(jié)晶,其形狀因構(gòu)型而異,溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不

25、能溶解于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。 (2) 熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)極高，一般在200以上。 (3) 味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。 (5)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,酪氨酸的max275nm，275=1.4x103; 苯丙氨酸的max257nm，25

26、7=2.0 x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103;,3.氨基酸的等電點(diǎn),當(dāng)溶液濃度為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡(jiǎn)稱pI。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。 側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 鹼性氨基酸：pI = (pK2 +

27、pKR-NH2 )/2,4.氨基酸的化學(xué)性質(zhì),(1)與茚三酮的反應(yīng)（顏色反應(yīng)）,溶液pH值與氨基酸等電點(diǎn)的關(guān)系,氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。 加熱過程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€(gè)碳的醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。 NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍(lán)紫色化合物。,反應(yīng)要點(diǎn) A.該反應(yīng)由NH2與COOH共同參與 B.茚三酮是強(qiáng)氧化劑 C.該反應(yīng)非常靈敏，可在570nm測(cè)定吸光值 D. 測(cè)定范圍：0.550g/ml E.脯氨酸與茚三酮直接生成黃色物質(zhì)（不釋放NH3） 應(yīng)用： A.氨基酸定量分析（先用層析法分離） B

28、.氨基酸自動(dòng)分析儀： 用陽離子交換樹脂，將樣品中的氨基酸分離，自動(dòng)定性定量，記錄結(jié)果。,(2)與甲醛反應(yīng) A.為- NH2的反應(yīng) B.在常溫，中性條件，甲醛與- NH2很快反應(yīng)，生成羥甲基衍生物，釋放氫離子。 應(yīng)用：氨基酸定量分析甲醛滴定法（間接滴定） A.直接滴定，終點(diǎn)pH過高（12），沒有適當(dāng)指示劑。 B.與甲醛反應(yīng)，滴定終點(diǎn)在9左右，可用酚酞作指示劑。 C.釋放一個(gè)氫離子，相當(dāng)于一個(gè)氨基（摩爾比1：1） D.簡(jiǎn)單快速，一般用于測(cè)定蛋白質(zhì)的水解速度。,(3) 與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng) A.為- NH2的反應(yīng) B.氨基酸- NH2的一個(gè)H原子可被烴基取代(鹵代烴) C.在弱堿性條

29、件下，與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代，生成二硝基苯氨基酸 應(yīng)用：鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸 A.雖然多肽側(cè)鏈上的- NH2、酚羥基也能與DNFB反應(yīng)，但其生成物，容易與- DNP氨基酸區(qū)分和分離,首先由Sanger應(yīng)用，確定了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu) A. B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游離氨基酸 C.分離DNP-氨基酸 D. 由Edman于1950年首先提出 為- NH2的反應(yīng) 用于N末端分析，又稱Edman降解法,肽分子與DNFB反應(yīng)，得DNP-肽,層析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的種類、數(shù)目,(4)與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng),第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)是由一條或

30、多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子。 蛋白質(zhì)與多肽并無嚴(yán)格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大, 從大約6000到1000000道爾頓甚至更大,一.基本問題-肽 一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。 由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。 1.多肽,在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序 通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的-羧基

31、，稱為羧基端或C-端。 氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,2.肽鍵,肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。 組成肽鍵的原子處于同一平面。 肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。 在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。,3.天然存在的重要多肽,在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。 但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。 如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,+H3N-Tyr

32、-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-腦啡肽 Leu-腦啡肽,二.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),1. 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(Primary structure)包括： (1)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目. (2)多肽鏈的氨基酸順序， (3)多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。,2.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定,蛋白質(zhì)氨基酸順序的測(cè)定是蛋白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從1953年F.Sanger測(cè)定了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)被測(cè)定。 (1) 測(cè)定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的要

33、求,A.樣品必需純（97%以上）； B.知道蛋白質(zhì)的分子量； C.知道蛋白質(zhì)由幾個(gè)亞基組成； D.測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；并根據(jù)分子量計(jì)算每種氨基酸的個(gè)數(shù)。 E.測(cè)定水解液中的氨量，計(jì)算酰胺的含量。,(2)測(cè)定步驟 多肽鏈的拆分：由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進(jìn)行拆分。幾條多肽鏈借助非共價(jià)鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)，如，血紅蛋白為四聚體，烯醇化酶為二聚體；可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈(亞基).,測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目：通過測(cè)定末端氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關(guān)系，即可確定多肽鏈的數(shù)目。 二硫鍵的斷裂：幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起。可在可

34、用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護(hù)生成的巰基，以防止它重新被氧化?？梢酝ㄟ^加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間的非共價(jià)力；應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間的二硫鍵。,巰基的保護(hù),測(cè)定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計(jì)算出氨基酸成分的分子比； 分析多肽鏈的N-末端和C-末端 末端氨基酸的測(cè)定：多肽鏈端基氨基酸分為兩類，N-端氨基酸和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端氨基酸測(cè)定的主要方法有：,Edman （苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實(shí)際上也是一種N-端分析法。此法的特點(diǎn)是能夠不斷重復(fù)循

35、環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進(jìn)行標(biāo)記和解離。,肽鏈（N端氨基酸）與PITC偶聯(lián)，生成PTC-肽 環(huán)化斷裂：最靠近PTC基的肽鍵斷裂，生成PTC-氨基酸和少 一殘基的肽鏈，同時(shí)PTC-氨基酸環(huán)化生成PTH-氨基酸 分離PTH-氨基酸 層析法鑒定 用DNS(二甲基萘磺酰氯)測(cè)定N端氨基酸 原理DNFB法相同 但水解后的DNS-氨基酸不需分離，可直接用電泳或?qū)游龇ㄨb定 由于DNS有強(qiáng)烈熒光，靈敏度比DNFB法高100倍，比Edman法高幾到十幾倍 可用于微量氨基酸的定量,丹磺酰氯法:在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點(diǎn)是丹磺酰-

36、氨基酸有很強(qiáng)的熒光性質(zhì)，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到110-9mol。,肼解法：此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。,氨肽酶法：氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個(gè)的向里水解。根基不同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，按反應(yīng)時(shí)間和氨基酸殘基釋放量作動(dòng)力學(xué)曲線，從而知道蛋白質(zhì)的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。 羧肽酶法：羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個(gè)的水解。根基不同的

37、反應(yīng)時(shí)間測(cè)出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。,多肽鏈斷裂成多個(gè)肽段，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。多肽的選擇性降解的方法有：,酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶 化學(xué)法：溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。,測(cè)定每個(gè)肽段的氨基酸順序。 確定肽段在多肽鏈

38、中的次序：利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯(cuò)重疊，拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。 確定原多肽鏈重二硫鍵的位置：一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵的多肽鏈，再利用雙向電泳技術(shù)分離出各個(gè)肽段，用過甲酸處理后，將每個(gè)肽段進(jìn)行組成及順序分析，然后同其它方法分析的肽段進(jìn)行比較，確定二硫鍵的位置。,三.蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 1.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)(Secondary)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。 (1). -螺旋,相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角取幾乎相同數(shù)值 多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸

39、旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離0.15nm. 肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的-CO基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的-NH基形成氫鍵。 蛋白質(zhì)分子為右手-螺旋。,左手和右手螺旋,（2） -折疊 -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象。 在-折疊中，-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團(tuán)處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個(gè)氨基酸之間的軸心距為0.35nm. -折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分

40、之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。 -折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。,（3） -轉(zhuǎn)角 在-轉(zhuǎn)角部分，由四個(gè)氨基酸殘基組成.四個(gè)形成轉(zhuǎn)角的殘基中，第三個(gè)一般均為甘氨酸殘基彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的 -C=O 和第四個(gè)殘基的 N-H 之間形成氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。,（）自由回轉(zhuǎn) 沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象不同的蛋白質(zhì)，自由回轉(zhuǎn)的數(shù)量和形式各不相同分兩類： 緊密環(huán) 連接條帶,超二級(jí)結(jié)

41、構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 （）超二級(jí)結(jié)構(gòu) 在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。幾種類型的超二級(jí)結(jié)構(gòu)： ； 超二級(jí)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級(jí)結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域, ,（）結(jié)構(gòu)域（Domain) 對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)。這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體就稱結(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域通常是幾個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)的組合，對(duì)于較小的蛋白質(zhì)分子，結(jié)構(gòu)域與三級(jí)結(jié)構(gòu)等同，即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域一般由100200 個(gè)氨基酸殘基組成，但大小范圍可達(dá) 40400 個(gè)殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以

42、是不連續(xù)的 結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的界面上 結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使蛋白質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)一定的生物功能。 在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性,結(jié)構(gòu)域與功能域的關(guān)系： 有時(shí)一個(gè)結(jié)構(gòu)域就是蛋白質(zhì)的功能域，但不總是 包含一個(gè)但通常是多個(gè)結(jié)構(gòu)域 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤旋、折疊，從而生成特定的空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成

43、疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面,蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 許多蛋白質(zhì)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)通過非共價(jià)鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個(gè)獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個(gè)亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。如，血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)得測(cè)定由佩魯茨1958年完成，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)為： 球狀蛋白，寡聚蛋白，含四個(gè)亞基 兩條鏈，兩條鏈，22 鏈：141個(gè)殘基； 鏈：146個(gè)殘基 分子量65 000 含四個(gè)血紅素輔基 親水性側(cè)鏈基團(tuán)在分子表面，疏水性基團(tuán)在分子內(nèi)部,三蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵 一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)構(gòu)亞基四級(jí)結(jié)構(gòu),維系

44、蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵 維系蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)：氫鍵 維系蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵 維系蛋白質(zhì)分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵,a鹽鍵（離子鍵 ） b氫鍵 c疏水相互作用力 d 范德華力 e二硫鍵 f 酯鍵,氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級(jí)鍵 氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數(shù)量大 疏水相互作用力對(duì)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)特別重要 鹽鍵數(shù)量小 二硫鍵對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定,離子鍵,氫鍵,范德華力,疏水相互作用力,第四節(jié) 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,一.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 研究蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系主要是：

45、研究多肽鏈中不同部位的殘基與生物功能的關(guān)系。 進(jìn)行這方面的研究常用的方法有：同源蛋白質(zhì)氨基酸順序相似性分析、氨基酸殘基的化學(xué)修飾及切割實(shí)驗(yàn)等。 例1 鐮刀形貧血病 患者血紅細(xì)胞合成了一種不正常的血紅蛋白（Hb-S） 它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅僅在于鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化 （Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基 使血紅蛋白細(xì)胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血 這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性,例2 一級(jí)結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活 體內(nèi)的某些蛋白質(zhì)分子初合成時(shí)，常帶有抑制肽，呈無活性狀態(tài)，稱為蛋白質(zhì)原.蛋白質(zhì)原的部

46、分肽鏈以特定的方式斷裂后，才變?yōu)榛钚苑肿? 例：胰島素，在剛合成時(shí)，是一個(gè)比成熟的胰島素分子大一倍多的單鏈多肽，稱為前胰島素原 前胰島素原的N-末端有一段肽鏈，稱為信號(hào)肽. 信號(hào)肽被切去，剩下的是胰島素原。 胰島素原比胰島素分子多一段C肽，只有當(dāng)C肽被切除后才成為有51個(gè)殘基，分A、B兩條鏈的胰島素分子單體.,例3 同源蛋白 同源蛋白：是指在不同有機(jī)體中實(shí)現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì).同源蛋白中的一級(jí)結(jié)構(gòu)中有許多位置的氨基酸對(duì)所有種屬來說都是相同的，稱為不變殘基；其他位置的氨基酸稱可變殘基.不同種屬的可變殘基有很大變化.可用于判斷生物體間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近. 例：細(xì)胞色素C 60 個(gè)物種中，有 27 個(gè)位置

47、上的氨基酸殘基完全不變，是維持其構(gòu)象中發(fā)揮特有功能所必要的部位，屬于不變殘基. 可變殘基可能隨著進(jìn)化而變異，而且不同種屬的細(xì)胞色素 C氨基酸差異數(shù)與種屬之間的親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進(jìn)化樹）.,黃色： 不變殘基（invariable residues） 藍(lán)色 ： 保守氨基酸（conservative residues） 未標(biāo)記：可變殘基（variable residues）,二.蛋白質(zhì)的構(gòu)象與功能的關(guān)系 別構(gòu)效應(yīng)：又稱變構(gòu)效應(yīng)，是指寡聚蛋白與配基結(jié)合，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性改變的現(xiàn)象.它是細(xì)胞內(nèi)最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)方式. 例：血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng) 一個(gè)亞基與氧結(jié)

48、合后，引起該亞基構(gòu)象改變 進(jìn)而引起另三個(gè)亞基的構(gòu)象改變 整個(gè)分子構(gòu)象改變 與氧的結(jié)合能力增加,第五節(jié) 蛋白質(zhì)的性質(zhì),一.蛋白質(zhì)的分子大小 蛋白質(zhì)是分子量很大的生物分子，相對(duì)分子質(zhì)量大于10 000.最高可達(dá)40 000 000（煙草花葉病毒） 蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定方法 1.根據(jù)化學(xué)成分測(cè)定最小相對(duì)分子質(zhì)量 此法首先利用化學(xué)分析方法測(cè)定蛋白質(zhì)分子中某一特殊成分的百分含量 然后，假定蛋白質(zhì)分子中該成分只有一個(gè)，據(jù)其百分含量可計(jì)算出最低相對(duì)分子質(zhì)量： 最小相對(duì)分子質(zhì)量（已知成分的相對(duì)分子、原子質(zhì)量）/已知成分的百分含量 如果蛋白質(zhì)分子中所含已知成分不是一個(gè)單位，則真實(shí)相對(duì)分子質(zhì)量等于最小相對(duì)分子

49、質(zhì)量的倍數(shù)。 2. 超離心法 在60 00080 000r/min的高速離心力作用下，蛋白質(zhì)分子會(huì)沿旋轉(zhuǎn)中心向外周方向移動(dòng) 用光學(xué)方法測(cè)定界面移動(dòng)的速度即為蛋白質(zhì)的離心沉降速度 蛋白質(zhì)的沉降速度與分子大小和形狀有關(guān),沉降系數(shù)是溶質(zhì)顆粒在單位離心場(chǎng)中的沉降速度，用S表示。 一個(gè)S單位，為110-13秒 相對(duì)分子質(zhì)量越大，S值越大 蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)：1200S 由沉降系數(shù)S可根據(jù)斯維得貝格Svedberg方程計(jì)算蛋白質(zhì)分子的相對(duì)分子質(zhì)量： M=RST/D1i R：氣體常數(shù) T：絕對(duì)溫度 D：擴(kuò)散系數(shù) ：溶劑的密度 3.凝膠過濾法 凝膠過濾所用介質(zhì)為凝膠珠，其內(nèi)部為多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 一定型號(hào)的凝膠網(wǎng)孔大

50、小一定，只允許相應(yīng)大小的分子進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，大分子則被排阻在外 洗脫時(shí)大分子隨洗脫液從顆粒間隙流下來，洗脫液體積小；小分子在顆粒網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中穿來穿去，歷程長(zhǎng)，后洗脫下來，洗脫體積大 測(cè)定蛋白質(zhì)分子量一般用葡聚糖，商品名：Sephadex,測(cè)得幾種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的洗脫體積Ve 以相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)數(shù)（logM）對(duì)Ve作圖，得標(biāo)準(zhǔn)曲線 再測(cè)出未知樣品洗脫體積Ve 從標(biāo)準(zhǔn)曲線上可查出樣品蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量 4.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法 SDS:十二烷基硫酸鈉，變性劑 普通蛋白質(zhì)電泳的泳動(dòng)速率取決于荷質(zhì)比（凈電荷、大小、形狀） 用SDS和巰基乙醇（打開二硫鍵）處理 蛋白質(zhì)變性（肽鏈伸展）并與SDS結(jié)合，

51、形成SDS-蛋白質(zhì)復(fù)合物 不同蛋白質(zhì)分子的均帶負(fù)電（SDS帶負(fù)電）；且荷質(zhì)比相同（蛋白質(zhì)分子大，結(jié)合SDS多；分子小，結(jié)合SDS少） 不同蛋白質(zhì)分子具有相似的構(gòu)象 用幾種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的對(duì)數(shù)值對(duì)它們的遷移率作圖 測(cè)出待測(cè)樣品的遷移率 從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品的相對(duì)分子質(zhì)量,影響遷移率的主要因素 凝膠的分子篩效應(yīng)對(duì)長(zhǎng)短不同的棒形分子會(huì) 產(chǎn) 生不同的阻力主要因素 凝膠的濃度和交聯(lián)度 同一電泳條件下，分子小，受阻小，游動(dòng)快，遷移率大。相對(duì)分子質(zhì)量大者，遷移率小 優(yōu)點(diǎn)：快速，樣品用量少，可同時(shí)測(cè)幾個(gè)樣品 缺點(diǎn)：誤差大，約為10（誤差主要來源于遷移距離的測(cè)量誤差） 此方法只能測(cè)得 亞基肽鏈的相對(duì)分子

52、質(zhì)量 二. 蛋白質(zhì)的兩性離解和電泳現(xiàn)象 蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)(Isoelectric point pI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。 在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同。在等電點(diǎn)偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)；在等電點(diǎn)偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。,蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)pH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化。,三.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 由于蛋白質(zhì)的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典型

53、性質(zhì)，如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運(yùn)動(dòng)等。 由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。 四.蛋白質(zhì)的沉淀作用 蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。 改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì) 在適當(dāng)?shù)臈l件下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。,1.可逆沉淀 (1)在溫和條件下，通過改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。 (2) 在沉淀過程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。 (3)可逆沉淀是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點(diǎn)沉淀法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀法等。 2.不可逆沉淀 (1)在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。 (2)由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，所以又稱為變性沉淀。 (3)如加熱沉淀、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。 五.蛋白質(zhì)的變性 蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性.,變性蛋白質(zhì)通常都是固體狀態(tài)物質(zhì)，不溶于水和其它溶劑，也不可能恢復(fù)原有蛋白質(zhì)所具有的性質(zhì)