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1、目录目录关于蛋白质的结构与功能第1页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)是是由由许许多多氨氨基基酸酸(amino acids)通通过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形形成成的的具具有特定空间构象的高分子含氮化合物。有特定空间构象的高分子含氮化合物。第2页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n蛋白质研究的历史蛋白质研究的历史18331833年年，从从麦麦芽芽中中分分离离淀淀粉粉酶酶；随随后后从从胃胃液液中中分分离离到到类似胃蛋白酶的物质。类似胃蛋白酶的物质。18641864年，血红蛋白被分离并结晶。年，血红蛋白被分离并结
2、晶。1919世世纪纪末末，证证明明蛋蛋白白质质由由氨氨基基酸酸组组成成，并并合合成成了了多多种种短肽。短肽。2020世世纪纪初初，发发现现蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构；完完成成胰胰岛岛素素一一级结构测定。级结构测定。第3页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录2020世世纪纪中中叶叶，各各种种蛋蛋白白质质分分析析技技术术相相继继建建立立，促促进进了了蛋白质研究迅速发展；蛋白质研究迅速发展；19621962年，确定了血红蛋白的四级结构。年，确定了血红蛋白的四级结构。2020世世纪纪9090年年代代，功功能能基基因因组组与与蛋蛋白白质质组组研研究究的的展展开。开。第4页，讲稿共110张，创作于
3、星期三目录目录n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞的各个部分都含有蛋白质。胞的各个部分都含有蛋白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的4545，某某些些组组织织含含量量更更高高，例例如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分第5页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储
4、运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能第6页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节第7页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。第8页，讲稿共110张
5、，创作于星期三目录目录 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点第9页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属种氨基酸均属于于L-氨基酸氨基酸（甘氨酸
6、除外）存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的基基本本氨氨基基酸酸有有2020种种，且且均属均属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。第10页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H第11页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进可根据侧链结构和理化性质进行分类行分
7、类第12页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸第13页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸氨基酸第14页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸第15页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysi
8、ne Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.59(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸目目 录录第16页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录小结：小结：A.几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2注意点：注意点：为亚氨基酸，此氨基仍为亚氨基酸，此氨基仍能与另一羧基形成肽键能与
9、另一羧基形成肽键 亚氨基的亚氨基的N在环中，移动在环中，移动的自由度受限制，当脯氨酸处的自由度受限制，当脯氨酸处于多肽链中时，往往形成转角于多肽链中时，往往形成转角 可被修饰为羟脯氨酸可被修饰为羟脯氨酸第17页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HHHS-CH2-CH-COO-HS-CH2-CH-COO-+NH3第18页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 B.哺乳动物体内还有许多氨基酸，如鸟氨酸、瓜哺乳动物体内还有许多
10、氨基酸，如鸟氨酸、瓜氨酸、同型丝氨酸、同型半胱氨酸等，它们出现于代谢氨酸、同型丝氨酸、同型半胱氨酸等，它们出现于代谢过程中，并不参与构成蛋白质。过程中，并不参与构成蛋白质。C.其它分类等其它分类等:酸碱酸碱:冬天谷酸，赖组精碱冬天谷酸，赖组精碱 芳香族芳香族:色、酪、苯丙色、酪、苯丙含硫含硫:半胱、蛋半胱、蛋 支链：亮、异亮、缬支链：亮、异亮、缬酰胺：天冬酰胺、谷氨酰胺酰胺：天冬酰胺、谷氨酰胺 R含羟基：苏、丝、酪含羟基：苏、丝、酪缩写相近：色缩写相近：色Trp、酪、酪Tyr、苏、苏Thr营养必需氨基酸：色赖苯丙蛋，苏亮异亮缬营养必需氨基酸：色赖苯丙蛋，苏亮异亮缬生酮：亮、赖；生糖：芳香族生酮
11、：亮、赖；生糖：芳香族+苏、亮；生酮兼生糖：余苏、亮；生酮兼生糖：余 D.蛋白质中的氨基酸残基可被修饰，如：甲蛋白质中的氨基酸残基可被修饰，如：甲基化、乙酰化、甲酰化、异戊二烯化、磷酸化等基化、乙酰化、甲酰化、异戊二烯化、磷酸化等第19页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解
12、离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此时溶液的此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质第20页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子第21页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在大吸收峰在 280 nm 附
13、近。附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快快速速简简便的方法。便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第22页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（三）多数氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合（三）多数氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物物多多数数氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存
14、在在正正比比关关系系，因因此此可作为氨基酸定量分析方法。可作为氨基酸定量分析方法。脯脯氨氨酸酸和和羟羟脯脯氨氨酸酸与与其其生生成成亮亮黄黄色色化化合合物物，最大最大吸收峰在吸收峰在440nm处处。第23页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链多肽链肽肽键键(peptide bond)是是蛋蛋白白质质分分子子中中的的氨氨基基酸酸通通过过脱脱水水缩缩合合而而形形成成的的共共价价键键。是是一一种种酰酰胺胺键键，具具有有部部分双键性质。分双键性质。（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)
15、第24页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第25页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成成二二肽肽，三三分分子子氨氨基基酸缩合则形成三肽酸缩合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不不全全，被称为氨基酸残基被称为氨基酸残基(residue)。由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide)，由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽肽
16、称称多肽多肽(polypeptide)。第26页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端：多肽链有两端：多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基基酸酸之间以肽键连接而成的一种结构。之间以肽键连接而成的一种结构。第27页，讲稿共110张，创作于星期三N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第28页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱
17、甘肽(glutathione,GSH)第29页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间的转换间的转换 GSH具还原性及噬核特性具还原性及噬核特性第30页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第31页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein
18、第二节第二节第32页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)第33页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n定义定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端端的的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构的一级结
19、构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。第34页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基功能的基础础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。第35页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并并不不涉涉及及氨氨基基酸
20、酸残残基基侧侧链链的的构构象象。n定义定义:n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键氢键形成的两个条件：氢的供体、氢的氢键形成的两个条件：氢的供体、氢的受体受体(X-Hy)第36页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上由由于于肽肽键键具具有有部部分分双双键键的的性性质质，不不能能自自由由旋旋转转，参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构构成成
21、了了所所谓谓的的肽单元肽单元(peptide unit)。C-N 0.149nm肽键中肽键中C-N 0.132nmC=N 0.127nm第37页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录蛋白质的空间构象：蛋白质的空间构象：天然蛋白质在其一级结构的天然蛋白质在其一级结构的基础上通过折叠、盘旋，形成各自独特的空间结构。基础上通过折叠、盘旋，形成各自独特的空间结构。这种空间结构称为这种空间结构称为。蛋白质的主链骨架是由一系列刚性的肽平面所组蛋白质的主链骨架是由一系列刚性的肽平面所组成。肽键两端的成。肽键两端的-碳原子所形成的单键可自由碳原子所形成的单键可自由旋转，此旋转决定了两个肽平面的相对关系，旋转，
22、此旋转决定了两个肽平面的相对关系，从而使多肽链折叠、盘曲成高级结构。从而使多肽链折叠、盘曲成高级结构。第38页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 肽单元肽单元 (peptide unit)第39页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（二）（二）-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构第40页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n-螺旋螺旋第41页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录小结多个肽
23、键平面通过多个肽键平面通过碳原子旋转，相互之间碳原子旋转，相互之间以顺时针方向紧密盘曲成稳固的右手螺旋。以顺时针方向紧密盘曲成稳固的右手螺旋。-47-47 -57-57主链呈螺旋上升，每主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一个氨基酸残基上升一圈，相当于圈，相当于0.54nm。氨基酸侧链伸向螺旋外侧。氨基酸侧链伸向螺旋外侧。螺旋每个肽键的螺旋每个肽键的N-H 和第四个肽键的和第四个肽键的CO形形成氢健，这是稳定成氢健，这是稳定螺旋的主要键。螺旋的主要键。第42页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（三）（三）-折叠折叠使多肽链形成片层结构使多肽链形成片层结构第43页，讲稿共110张，创作于
24、星期三目录目录是肽链相当伸展的结构，每个肽单元以是肽链相当伸展的结构，每个肽单元以C 为转折点折叠成为转折点折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈锯齿状，相邻肽键平面间呈110角。氨基酸残基的角。氨基酸残基的R侧链侧链伸出在锯齿的上方或下方。伸出在锯齿的上方或下方。依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的CO与与H形成氢键，使构象稳定。形成氢键，使构象稳定。两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前者两两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前者两条链从条链从“N端端”到到“C端端”是同方向的，后者是反方向的。是同方向的，后者是反方向的。片层结构的形式十分多样，
25、正、反平行能相互交替。片层结构的形式十分多样，正、反平行能相互交替。平行的平行的片层结构中，两个残基的间距为片层结构中，两个残基的间距为0.65nm；反平；反平行的行的片层结构，则间距为片层结构，则间距为0.7nm.小结小结第44页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（四）（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。第45页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（五）模体（五）模体是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子
26、中，可发现二个或三个具有二级在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二有规则的二级结构组合，被称为级结构组合，被称为超二级结构超二级结构。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种：种：，。主要由非极性氨基酸残基参与此类相互作用，主要由非极性氨基酸残基参与此类相互作用，亲水侧链多在分子的外表面。亲水侧链多在分子的外表面。第46页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为相互接近，形成一个特殊的空间
27、构象，称为模体模体(motif)。模体是具有特殊功能的超二级结构。模体是具有特殊功能的超二级结构。第47页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录钙结合蛋白中结合钙钙结合蛋白中结合钙离子的模体离子的模体锌指结构锌指结构-螺旋螺旋-转角（或转角（或环）环）-螺旋模体螺旋模体链链-转角转角-链模体链模体链链-转角转角-螺旋螺旋-转转角角-链模体链模体n模体常见的形式模体常见的形式第48页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（六）氨基酸残基的（六）氨基酸残基的侧链对侧链对二二级结级结构形成的影响构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残
28、基的侧链适合形成肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折叠，折叠，它就会出现相应的二级结构。它就会出现相应的二级结构。影响因素影响因素:侧链基团过大侧链基团过大,产生位阻效应产生位阻效应 连续多个同性氨基酸出现连续多个同性氨基酸出现 脯氨酸其结构特点脯氨酸其结构特点 甘氨酸的存在甘氨酸的存在第49页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录三、三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构成蛋白质三级结构疏水疏水作用力作用力、离子键、氢键和、离子键、氢键和 Van der Waals力力等。等。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中全部氨基酸残基的
29、相对空间位置。即肽整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置的相对空间位置第50页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录范德华力：分子间非专一性的相互作用力范德华力：分子间非专一性的相互作用力 （取向力、诱导力和色散力）（取向力、诱导力和色散力）疏水作用力：主要指非极性的疏水基团为避开水疏水作用力：主要指非极性的疏水基团为避开水相，互相聚集在一起，藏于蛋白质分子内部或相，互相聚集在一起，藏于蛋白质分子内部或非极性区的
30、趋势。非极性区的趋势。离子键（盐键）：指正负离子所带的相反电荷间离子键（盐键）：指正负离子所带的相反电荷间的相互静电作用。的相互静电作用。二硫键：是蛋白质分子中二硫键：是蛋白质分子中2个巯基氧化形成的一个巯基氧化形成的一种共价键结构。种共价键结构。第51页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录第52页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端153个氨个氨基酸基酸(A-H个个a-螺螺旋旋)第53页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（二）结构域（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密
31、的区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域域，并各行其功能，称为结构域(domain)。如如 3-3-磷酸甘油醛脱氢酶每个亚基有两个结构域磷酸甘油醛脱氢酶每个亚基有两个结构域1-1461-146：与：与NAD+NAD+结合结合147-333147-333：与底物结合：与底物结合第54页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域第55页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（三）分子伴侣（三）分子伴侣参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加通过提供一个保护环境从而加速蛋白质
32、折叠成天然构象或形成四级结构。速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。再诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。起了重要的作用。第56页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣
33、蛋白在蛋白质折叠中的作用:Gro EL-Gro ES反应循环反应循环 第57页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基亚基
34、(subunit)。第58页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录由由2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称之之为为同同二二聚聚体体(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结结构构不不同，则称之为同，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构第59页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质形状根据蛋白质形状:纤
35、维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质第60页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录六、蛋白质组学六、蛋白质组学（一）蛋白质组学基本概念（一）蛋白质组学基本概念蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白一种基因组所表达的全套蛋白质质”。研究对象：细胞内全部蛋白质的存在及其研究对象：细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式活动方式第61页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（二）蛋白质组学研究技术平台（二）蛋白质组学研究技术平台 蛋白质组学是高通量，高效率的研究蛋白质组学是高通量，高效率的研究:双向电泳分离
36、样品蛋白质双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析蛋白质点的质谱分析 （三）蛋白质组学研究的科学意义（三）蛋白质组学研究的科学意义第62页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第三节第三节第63页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构与是高级结构与功能的基础功能的基础牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级
37、结构二二硫硫键键第64页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录 天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第65页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能与功能胰岛素胰岛素氨基酸残基序号氨基酸残基序号A5A6A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSe
38、rIleAla第66页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素的蛋白质如细胞色素(cytochrome C)，比较它们，比较它们的一级结构，可以帮助了的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。解物种进化间的关系。第67页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链
39、肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”。第68页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 二、二、蛋白质的功能依赖特定空间结构蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似第69页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌肌红红蛋蛋白白是是一一个个只只有有三三级级
40、结结构构的的单单链链蛋蛋白白质质，有有8 8段段-螺螺旋旋结构。结构。血血红红素素分分子子中中的的两两个个丙丙酸酸侧侧链链以以离离子子键键形形式式与与肽肽链链中中的的两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的正正电电荷荷相相连连，加加之之肽肽链链中中的的F8F8（第第9393位位）组组氨氨酸酸残残基基还还与与FeFe2+2+形形成成配配位位结结合合，所所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。第70页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb)血血红红蛋蛋白白具具有有4个个亚亚基组成的四级结构。基组成的四级结构。成年人：成
41、年人：2 2 2 2胎儿期：胎儿期：2 2 2胚胎期：胚胎期：2 2 2每每个个亚亚基基可可结结合合1 1个个血红素并携带血红素并携带1 1分子氧分子氧。Hb亚亚基基之之间间通通过过8对对盐盐键键，使使4个个亚亚基基紧紧密密结结合合而而形成亲水的球状蛋白。形成亲水的球状蛋白。第71页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录Hb与与Mb一一样样能能可可逆逆地地与与O2结结合合，Hb与与O2 2结结合合后后称称为为氧氧合合Hb。氧氧合合Hb占占总总Hb的的百百分分数数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2 2浓度变化而改变。浓度变化而改变。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧（二）血红蛋白亚基
42、构象变化可影响亚基与氧结合结合第72页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线第73页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为合能力的现象，称为协同效应协同效应。如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称
43、为负协同效应负协同效应(negative cooperativity)第74页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录第75页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录O2血血红红素素与与氧氧结结合合后后，铁铁原原子子半半径径变变小小，就就能能进进入入卟卟啉啉环环的的小小孔孔中中，继继而而引引起起肽肽链链位位置置的的变动。变动。0.075nm第76页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n变构效应变构效应(allosteric effect)这这种种配配体体与与亚亚基基结结合合后后，导导致致蛋蛋白白质质空空间间构构象象的的改改变变，使使之之适适应应于于功功能能的的需需要要，称称为为变变构构效效应应。
44、即即蛋蛋白白质质空空间间结结构构的的改改变变伴随其功能的变化。伴随其功能的变化。第77页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录（三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引起疾病可引起疾病蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。第78页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀错误折叠后
45、相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第79页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的引起的一组人和动物神经退行性病变。一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全
46、为在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病n疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变第80页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein第81页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录一、一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质具有两性电离的性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团
47、团，在在一一定定的的溶溶液液pH条条件件下下都都可可解解离离成带负电荷或正电荷的基团。成带负电荷或正电荷的基团。当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷荷为为零零，此时溶液的此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)第82页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1万万至至100万万之之
48、巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为为胶胶粒粒范围之内。范围之内。颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜n蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素:第83页，讲稿共110张，创作于星期三+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉第84页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录三、蛋白质空间结构破坏而引起变性
49、三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在在某某些些物物理理和和化化学学因因素素作作用用下下，其其特特定定的的空空间间构构象象被被破破坏坏，也也即即有有序序的的空空间间结结构构变变成成无无序序的的空空间间结结构构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)第85页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录n造成变性的因素造成变性的因素:如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等属离子及生物碱试剂等。n变性的本质变性的本质:破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏
50、非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。质的一级结构。第86页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录变性后特征变性后特征:生物活性丧失生物活性丧失 溶解度下降溶解度下降 粘度增加粘度增加 易被酶水解易被酶水解应用举例应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。（如疫苗等）的必要条件。第87页，讲稿共110张，创作于星期三目录目录若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分