第1章-蛋白质的结构与功能.ppt

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1、目目 录录目目 录录目目目目 录录录录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能第三章第三章 糖复合物糖复合物第四章第四章 酶和维生素酶和维生素第五章第五章 糖代谢糖代谢第六章第六章 生物氧化生物氧化第七章第七章 脂类代谢脂类代谢第八章第八章 氨基酸代谢氨基酸代谢第九章第九章 核苷酸代谢核苷酸代谢第十章第十章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节第十一章第十一章 血液生物化学血液生物化学第十二章第十二章 肝胆生物化学肝胆生物化学第十三章第十三章 DNA的生物合成的生物合成第十四章第十四章 RNA的生物合成的生物合成第十五章第十五章 蛋白

2、质生物合成蛋白质生物合成第十六章第十六章 基因表达调控基因表达调控第十七章第十七章 细胞信息转导细胞信息转导第十八章第十八章 细胞增殖、分化与调亡细胞增殖、分化与调亡的分子基础的分子基础第十九章第十九章 分子生物学常用技术分子生物学常用技术第二十章第二十章 基因工程基因工程第二十一章第二十一章 基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗第二十三章第二十三章 基因组学与后基因组基因组学与后基因组学学目目 录录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第 一一 章章Structure and Function of Protein目目 录录一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)是是

3、由由许许多多氨氨基基酸酸(amino acids)通通 过过 肽肽 键键(peptide bond)相连形成的相连形成的高分子含氮化合物高分子含氮化合物。Introduction目目 录录二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性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；细胞的各个部分都含有蛋白质。细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45，某某些些组组织织含含量量更更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等

4、高达80。三聚氰胺三聚氰胺目目 录录1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用（凝血因子等）代谢调节作用（凝血因子等）3 3）免疫保护作用（抗体）免疫保护作用（抗体）4 4）物质的转运和存储（激素）物质的转运和存储（激素）5 5）运动与支持作用（胶原）运动与支持作用（胶原）6 6）参与细胞间信息传递（转录因子）参与细胞间信息传递（转录因子）2.蛋白质具有重要的蛋白质具有重要的生物学功能生物学功能3.氧化供能氧化供能 酶的作用下氧化生成酶的作用下氧化生成ATP目目 录录蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 组组 成成The Molecular Component of P

5、rotein第第 一一 节节目目 录录 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、铁、铜、锌、锰、钴、钼锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。酪蛋白（含酪蛋白（含P 0.08)，血红蛋白（，血红蛋白（Fe），），血蓝蛋白（血蓝蛋白（Cu），锌指蛋白、唾液蛋白（），锌指蛋白、唾液蛋白（Zn)，精氨酸酶（，精氨酸酶（Mn）。）。目目 录录 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

6、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%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点目目 录录一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有20种种（编编码码氨氨基基酸酸），且且均均属属 L-氨氨基基酸酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。目目 录录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨

7、酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R目目 录录1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类*2020种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:目目 录录甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenyla

8、lanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸目目 录录目目 录录非极性疏水性氨基酸的特点非极性疏水性氨基酸的特点:这类氨基酸在水中的这类氨基酸在水中的溶解度小溶解度小，当，当R基趋于增基趋于增大时，其疏水作用也增强。大时，其疏水作用也增强。疏水作用强的氨基酸常处于蛋白质结构的内部，疏水作用强的氨基酸常处于蛋白质结构的内部，或在生物膜的疏水环境之中。或在生物膜的疏水环境之中。目目 录录色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine

9、 Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸目目 录录目目 录录极性中性氨基酸的特点：极性中性氨基酸的特点：R基团上有基团上有OH、SH或酰胺基等极性基团，或酰胺基等极性基团，在中性水溶液中不解离，但有亲水性，易溶于在中性水溶液中不解离，但有亲水性，易溶于水。水。目目 录录天冬氨酸天冬氨酸 asp

10、artic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸目目 录录目目 录录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）目目 录录 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH目目 录录非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 特点：不参与蛋白质的合成，出现在代谢过程特点：不参与蛋白质的合成，出现在代谢过程中。中。如如氨基丁酸、鸟

11、氨酸、瓜氨酸等。氨基丁酸、鸟氨酸、瓜氨酸等。目目 录录（二）氨基酸的理化性质（二）氨基酸的理化性质1.两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。于所处溶液的酸碱度。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。此此时时溶溶液液的的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。目目 录录 pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基

12、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pI2（pK1pK2）1目目 录录2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 275280 nm 附近附近。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速简便的方法。快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收目目 录录3.茚三酮反应茚三酮反应 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，茚茚三三酮酮被被还还原原，还还原原产产物物与与

13、氨氨基基酸酸加加热热分分解解产产生生的的氨氨结结合合，再再与与另另一一分分子子茚茚三三酮酮缩缩合合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570 nm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在在正正比比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。目目 录录二、肽键与肽二、肽键与肽*肽肽键键（peptide bond）是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合而形成的酰胺键。合而形成的酰胺键。（一）肽键和肽（一）肽键和肽(peptide)的结构的结构目目 录录+-H

14、OH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键 肽链中的氨基酸肽链中的氨基酸分子因为脱水缩分子因为脱水缩合而基团不全，合而基团不全，被称为被称为氨基酸残氨基酸残基基(residue)。目目 录录*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸，三分子氨基酸缩合则形成缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由由十个十个以内以内氨基酸氨基酸相连而相连而成成的的肽肽称为称为寡肽寡肽(oligopept

15、ide)，由更多的氨基酸相连形成的肽由更多的氨基酸相连形成的肽称称多肽多肽(polypeptide)。目目 录录N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端书写时从书写时从N端在左，端在左，C端在右，氨基酸顺序编号从端在右，氨基酸顺序编号从N端开始。端开始。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酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。主链主链结构结构NCCNC C.连接于连接于C C上的各种残基统称为上的各种残基统称为侧链侧链

16、。目目 录录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目目 录录（二）（二）几种生物活性肽几种生物活性肽（神经传导、代谢调节）（神经传导、代谢调节）1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)目目 录录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+GSH的的巯基具有还原性巯基具有还原性，是体内重要的还原剂，是体内重要的还原剂，保护蛋白保护蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化质或酶分子中巯基免遭氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。，使蛋白质或酶处于活性状态。GSH的巯基还有嗜核特性，的巯基还有嗜核特性，能与外源的能与外源的嗜电子毒物

17、如致癌嗜电子毒物如致癌剂或药物剂或药物等结合，从而阻断这些化合物与等结合，从而阻断这些化合物与DNA、RNA或蛋白或蛋白质结合，以保护机体免遭毒物损害。质结合，以保护机体免遭毒物损害。（氧化型（氧化型GSH）目目 录录 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)如脑啡肽（如脑啡肽（5肽）、肽）、内啡肽（内啡肽（31肽）、强啡肽（肽）、强啡肽（17 肽）肽）、孤啡肽（、孤啡肽（17肽）、肽）、P物质（物质（10肽）、神经肽肽）、神经肽Y等等2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽催产素（催产素（9 9肽）肽）加压素（加压素（9 9肽）肽）促肾上腺皮

18、质激素（促肾上腺皮质激素（3939）促甲状腺素释放激素（促甲状腺素释放激素（3 3）目目 录录3.3.其他其他 有些抗生素也属于肽类或肽的衍生物，例如有些抗生素也属于肽类或肽的衍生物，例如短杆菌肽短杆菌肽S（gramicidin S）、）、多粘菌素多粘菌素E（polymyxin E）和）和放线菌素放线菌素D（actinomycin D）等。某些蕈产生（）等。某些蕈产生（mushrooms）的剧毒毒素）的剧毒毒素也是肽类化合物，例如也是肽类化合物，例如-鹅膏蕈碱（鹅膏蕈碱（-amanitin)，它能与真核生物的，它能与真核生物的RNA聚合酶聚合酶II牢牢固结合而抑制酶的活性。固结合而抑制酶的活性

19、。目目 录录三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类 *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（核糖核酸酶、清蛋白、球蛋白、肌动蛋白）（核糖核酸酶、清蛋白、球蛋白、肌动蛋白）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单纯蛋白质单纯蛋白质又根据理化性质及来源分为清蛋白（白蛋白）、又根据理化性质及来源分为清蛋白（白蛋白）、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白。球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白。结合蛋白质结合蛋白质的辅基有：色素化合物、寡糖、脂类、磷酸、金的辅基有：色素化合物、寡糖、脂类、磷酸、金属离子、核酸。属离子、核酸。结

20、合蛋白结合蛋白按其辅基的不同又分为核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、按其辅基的不同又分为核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、金属蛋白、色蛋白。磷蛋白、金属蛋白、色蛋白。类类目目 录录*根据蛋白质结构和溶解度分为：根据蛋白质结构和溶解度分为：纤维状蛋白纤维状蛋白（如胶原蛋白、弹性蛋白等，主要作为细胞坚实的支架（如胶原蛋白、弹性蛋白等，主要作为细胞坚实的支架或连接各细胞、组织或器官。）或连接各细胞、组织或器官。）球状蛋白球状蛋白（大多具有生理活性，如酶、转运蛋白、蛋白类激素、免（大多具有生理活性，如酶、转运蛋白、蛋白类激素、免疫球蛋白及补体等）疫球蛋白及补体等）膜蛋白膜蛋白（如酶、（如酶、7 7次跨膜的次跨膜的

21、G G蛋白偶联受体、离子通道受体、激素受蛋白偶联受体、离子通道受体、激素受体等，是膜功能的主要体现者。根据膜蛋白与脂分子的结合方式分为整体等，是膜功能的主要体现者。根据膜蛋白与脂分子的结合方式分为整合蛋白、外周蛋白和膜锚定蛋白。）合蛋白、外周蛋白和膜锚定蛋白。）*根据蛋白质的功能分为：根据蛋白质的功能分为：活性蛋白活性蛋白（多为球状蛋白，有识别功能。）（多为球状蛋白，有识别功能。）非活性蛋白非活性蛋白（其保护和支持作用的纤维状蛋白）（其保护和支持作用的纤维状蛋白）目目 录录蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of Protein 第第

22、二二 节节目目 录录蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 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)高级结构高级结构（空间构象）（空间构象）目目 录录定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。这种顺序顺序。这种顺序由基因的碱基序列所决定。由基因的碱基序列所决定。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。肽键，

23、有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。目目 录录多肽链一级结构测定的基本原则：多肽链一级结构测定的基本原则：Edman降解法；逆转录聚合酶链反应（降解法；逆转录聚合酶链反应（RTPCR）目目 录录二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的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位置间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义定义 主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 目目 录录（一）肽单元（一）

24、肽单元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了了所所谓谓的的肽肽单元单元(peptide unit)。目目 录录 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -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）-螺旋螺旋目目 录录右手螺旋右手螺旋 目目 录录（三）（三）-折叠折叠 相邻两个肽单元折叠成

25、相邻两个肽单元折叠成110o角，两个氨基酸残基占据角，两个氨基酸残基占据0.7nm的长度，形成一个重复单元。的长度，形成一个重复单元。目目 录录（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲-转角：转角：肽段出现肽段出现180180回折时的结构。回折时的结构。无规卷曲无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部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。第二个氨基酸残基第二个氨基酸残基常为常为脯氨酸脯氨酸。目目 录录（五）模体（五）模体在许多蛋白质分子中，可发现二个或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

26、构象，被称为接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体或模序模体或模序(motif)，也有人称其为超二级，也有人称其为超二级结构（结构（super-secondary structure)。目目 录录钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 1个螺旋和2个反向平行的折叠目目 录录（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构形成的影响的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。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基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋螺旋或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现

27、相应的二级结构。目目 录录三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力和二力和二硫键等。硫键等。主要的化学键主要的化学键整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）（一）定义定义 目目 录录目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端一种负责运输氧的蛋白。由153个氨基酸残基形成一条肽链和一个血红素辅基构成。目目 录录纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域每个结构域执行与不同物质结合的功能。每个结构

28、域执行与不同物质结合的功能。（二）结构域（二）结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为为结构域结构域(domain)。结构域之间的无轨卷曲肽段称为结构域之间的无轨卷曲肽段称为铰链区。铰链区。目目 录录（三）（三）分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。*分子伴侣分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随

29、可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。使肽链正确折叠。*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。后，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。形成起了重要的作用。目目 录录亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次疏水作用，其次是氢键和离子键。是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质

30、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，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，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，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)，以以、等命名等命名。目目 录录血血红红蛋蛋白白的的四四级级结结构构 2个亚基和2个亚基构成，每个亚基结合一个血红素。具有运输O2和CO2的功能。目目 录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 Prot

31、ein第第 三三 节节目目 录录（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、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键目目 录录 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 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，无活性目目 录录（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系例：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 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his

32、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”,为基因突变所致。为基因突变所致。*一级结构相似的多肽或蛋白质具有相似的空间构象及功能。一级结构相似的多肽或蛋白质具有相似的空间构象及功能。如胰岛素，不同动物来源的胰岛素，与空间相关的关键氨基酸是相同的。如胰岛素，不同动物来源的胰岛素，与空间相关的关键氨基酸是相同的。*一级结构中关键部位氨基酸残基的改变会引起蛋白质功能的异常。一级结构中关键部位氨基酸残基的改变会引起蛋白质功能的异常。亲水亲水疏水疏水血红蛋白血红蛋白目目 录录1 1）变性蛋白质功

33、能丧失）变性蛋白质功能丧失*变性变性在某些物理或化学因素作用下，蛋白质特定在某些物理或化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物其理化性质改变和生物活性丧失活性丧失的现象。的现象。*蛋白质变性的因素有：蛋白质变性的因素有：化学因素化学因素（酸、碱、有机溶剂、（酸、碱、有机溶剂、尿素、表面活性剂、生物碱试剂以及重金属离子）、尿素、表面活性剂、生物碱试剂以及重金属离子）、物理因素物理因素（加热、紫外线、（加热、紫外线、X X射线、超声波、高压、剧射线、超声波、高压、剧烈振荡）烈振荡）*蛋白质的变性具有一定程度的可逆性。蛋白质的变性具有一定程度

34、的可逆性。二、蛋白质空间结构与生物学功能二、蛋白质空间结构与生物学功能 目目 录录 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。目目 录录 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临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质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。制剂（如疫苗等）的必要条件。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恢恢复复其其原原有有的的构构象和功能，称为象和功

35、能，称为复性复性(renaturation)。目目 录录2 2）变构）变构蛋白质活性调节方式蛋白质活性调节方式*变构变构一个蛋白质与其配体结合后，蛋白质一个蛋白质与其配体结合后，蛋白质的空间结构发生改变，使它适合于功能的需要，的空间结构发生改变，使它适合于功能的需要，这一类变化称为变构效应或别构效应。这一类变化称为变构效应或别构效应。别别构蛋白构蛋白 别构剂别构剂*别构剂有：别构剂有：H+、CO2、O2、ATP、AMP等。等。目目 录录肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构 目目 录录MbHb目目 录录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结结合合后后称称

36、为为HbO2。氧氧合合Hb占占总总Hb的的百百分分数（称数（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧 血红蛋白的别构效应血红蛋白的别构效应目目 录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目目 录录*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合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能后，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

37、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为负协同效应负协同效应 (negative cooperativity)目目 录录T态的与氧的结合力小R态 目目 录录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小小于于孔孔半半径径，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置的变动。位置的变动。目目 录录3）蛋白质构象改变与疾病）蛋白质构象改变与疾病 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

38、构象象发发生生改改变变，仍仍可可影影响响其其功功能能，严严重重时时可可导导致疾病发生。致疾病发生。目目 录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：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现，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。为蛋白质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：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。目目 录录疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构

39、象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋螺旋，称为，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-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目目 录录第四节第四节蛋白质的理化性质与分离纯化蛋白质的理化性质与分离纯化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purificati

40、on of Protein目目 录录（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 一、理化性质一、理化性质 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团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)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，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时

41、溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。目目 录录（二）蛋白质的胶体性质（二）蛋白质的胶体性质 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 1万万至至100100万万DaDa之之巨，其分子的直径可达巨，其分子的直径可达1 1100nm100nm，为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。受受水水的的影影响响，蛋蛋白白质质疏疏水水性性的的R R基基团团多多位位于于分分子子内内部部，颗颗粒粒表表面面大大多多为为亲亲水水基基团团，可可吸吸引引水水分分子子，使使颗颗粒粒表表面面形形成成一一层层水水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集。化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集。蛋蛋

42、白白质质分分子子表表面面的的可可解解离离基基团团的的解解离离，使使其其在在溶溶液液中中带带有有一定量的同种电荷，分子间相互排斥，不能相互聚集而沉淀析出。一定量的同种电荷，分子间相互排斥，不能相互聚集而沉淀析出。*蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素水化膜水化膜颗粒表面电荷颗粒表面电荷目目 录录+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

43、溶液中蛋白质的聚沉目目 录录*蛋白质沉淀蛋白质沉淀在在一一定定条条件件下下，蛋蛋白白疏疏水水侧侧链链暴暴露露在在外外，肽肽链链相相互互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变变性性的的蛋蛋白白质质易易于于沉沉淀淀，有有时时蛋蛋白白质质发发生生沉沉淀淀，但但并不变性。并不变性。常常用用的的沉沉淀淀剂剂有有：中中性性盐盐、有有机机溶溶剂剂、重重金金属属盐盐及及生物碱试剂等。生物碱试剂等。沉沉淀淀蛋蛋白白质质的的方方法法有有：盐盐析析、有有机机溶溶剂剂沉沉淀淀、重重金金属盐沉淀、生物碱试剂沉淀等。属盐沉淀、生物碱试剂沉淀等。（三）蛋白质的沉淀和凝固（三）蛋白质的沉淀和凝固

44、目目 录录*蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。不可逆不可逆目目 录录（四）蛋白质的紫外吸收（四）蛋白质的紫外吸收由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中含含有有共共轭轭双双键键的的酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸，因因此此在在280nm波波长长处处有有特特征征性性吸吸收收峰峰。蛋蛋白白质质的的OD280与与其其浓浓度度呈呈正正比比关关系系，因因此此可作蛋白质定量测定。可作蛋白质定量测定。目目 录录（五）蛋白质的呈色反

45、应（五）蛋白质的呈色反应2.茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)在在pH5pH57 7的溶液中，蛋白质分子中游离的的溶液中，蛋白质分子中游离的氨基氨基可与茚三酮反应。可与茚三酮反应。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。1.Folin-酚试剂反应酚试剂反应 蛋白质中含带有酚羟基的蛋白质中含带有酚羟基的酪氨酸残基酪氨酸残基，在碱性条，在碱性条件下，能与酚试剂（磷钼酸与磷钨酸的混合物）反应件下，能与酚试剂（磷钼酸与磷钨酸的混合物）反应生成蓝色化合物（钼蓝）。生成蓝色化合物（钼蓝）。目目 录录3.双缩脲反应双缩脲反应(bi

46、uret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与稀碱溶液中与硫酸铜共热硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为，呈现紫色或红色，此反应称为双双缩脲反应缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。程度。目目 录录二、蛋白质的分离和纯化二、蛋白质的分离和纯化（一）透析及超滤法（一）透析及超滤法*透析透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。*超滤法超滤法 应用应用正压或离心力正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量使蛋白质溶液透过有一定截留分

47、子量的超滤膜，达到分离、纯化和浓缩蛋白质溶液的目的。的超滤膜，达到分离、纯化和浓缩蛋白质溶液的目的。根据所加压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为根据所加压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微孔微孔过滤、超滤和反渗透。过滤、超滤和反渗透。目目 录录（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀 *使使用用丙丙酮酮沉沉淀淀时时，必必须须在在04低低温温下下进进行行，丙丙酮酮用用量量一一般般10倍倍于于蛋蛋白白质质溶溶液液体体积积。蛋蛋白白质质被被丙丙酮酮沉沉淀淀后后，应应立立即即分分离离。除除了了丙丙酮酮以以外，也可用乙醇沉淀。外，也可用乙醇沉淀。*盐盐析析(salt precipi

48、tation)是是将将硫硫酸酸铵铵、硫硫酸酸钠钠或或氯氯化化钠钠等等加加入入蛋蛋白白质质溶溶液液，使使蛋蛋白白质质表表面面电电荷荷被被中中和和以以及及水水化化膜膜被被破破坏坏，导导致致蛋蛋白白质质沉沉淀。淀。目目 录录*免疫沉淀法：免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。离获得抗原蛋白。目目 录录（三）电泳（三）电泳蛋蛋白白质质在在高高于于或或低

49、低于于其其pIpI的的溶溶液液中中为为带带电电的的颗颗粒粒，在在电电场场中中能能向向正正极极或或负负极极移移动动。这这种种通通过过蛋蛋白白质质在在电电场场中中泳泳动动而而达达到到分分离离各各种种蛋蛋白白质的技术质的技术,称为称为电泳电泳(elctrophoresis)。根根据据支支撑撑物物的的不不同同，可可分分为为薄薄膜膜电电泳泳、凝凝胶电泳胶电泳等。等。目目 录录几种重要的蛋白质电泳几种重要的蛋白质电泳*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质，常用于蛋白质分子量分子量的测定。的测定。*等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白

50、质的电泳方法。可分辨出蛋白质的电泳方法。可分辨出pI相差相差0.01的蛋白的蛋白质。质。*双向凝胶电泳双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术，是是蛋白质组学研究的重要技术，是以上两种技术的结合以上两种技术的结合。目目 录录（四）层析（四）层析层析层析(chromatography)分离蛋白质的原理分离蛋白质的原理待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质白质颗粒大小、电荷多少及亲和力颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同离的蛋白质组分