蛋白质的化学精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质的化学第1页，讲稿共90张，创作于星期三第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and Function of Structure and Function of ProteinProteinn蛋蛋白白质质(protein)(protein)是是由由氨氨基基酸酸为为单单位位组组成成的的一一类类重重要要的的生生物物大大分分子子，是是生生命命的的物物质质基础。基础。第2页，讲稿共90张，创作于星期三n蛋白质几乎参与了生命活动的全部过程其蛋白质几乎参与了生命活动的全部过程其功能包括功能包括n酶的生物催化作用酶的生物催化作用 n调控作用调控作用 n协调运动作用协

2、调运动作用 n参与运输、贮存作用参与运输、贮存作用 n免疫保护作用免疫保护作用 n其他作用其他作用 第3页，讲稿共90张，创作于星期三 第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成n蛋蛋白白质质分分子子中中主主要要的的元元素素组组成成是是：C C、H H、O O、N N、S S等等。其其中中N N元元素素的的含含量量相相对对稳稳定定，约约为为16%16%，故故每每克克氮氮相相当当于于6.256.25克克蛋白质。蛋白质。第4页，讲稿共90张，创作于星期三一、氨基酸一、氨基酸(amino acid)(amino acid)n组组成成蛋蛋白白质质的的基基本本单单位位是是氨氨基基酸酸。如如将将天天然

3、然的蛋白质完全水解，产物为氨基酸。的蛋白质完全水解，产物为氨基酸。n被被遗遗传传密密码码编编码码的的氨氨基基酸酸约约二二十十种种。除除脯脯氨氨酸酸和和甘氨酸甘氨酸外，其余均属于外，其余均属于L-L-氨基酸氨基酸。第5页，讲稿共90张，创作于星期三L-氨基酸的基本结构氨基酸的基本结构C CH HH H2 2N NCOOHCOOHR R碳原子碳原子碳原子碳原子,不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子不对称碳原子侧链侧链二十种氨基酸除二十种氨基酸除二十种氨基酸除二十种氨基酸除GlyGlyGlyGly外全是外全是外全是外全是L-L-L-L-型。型。型。型。ProPro呢？呢？呢？呢？残基：在肽链中每个氨

4、基酸都脱去一个水分子，脱水后的残基：在肽链中每个氨基酸都脱去一个水分子，脱水后的残余部分叫残基（残余部分叫残基（residue),residue),因此蛋白质肽链中的氨基酸统因此蛋白质肽链中的氨基酸统统是残基形式。统是残基形式。氨基酸的基本结构第6页，讲稿共90张，创作于星期三“黄氏黄氏”判断法判断法 （看看CAR的走向）的走向）将将H H原子靠近自己，观察原子靠近自己，观察CARCAR的走向，逆的走向，逆时针（左转）为时针（左转）为L L型，顺时针（右转）为型，顺时针（右转）为D D型。型。D：dextro 右右 C：carboxyl group;L：levo 左左 A：amino grou

5、p;R：residue;CCARRAL型型D型型L和D型氨基酸的判断拉丁语中拉丁语中第7页，讲稿共90张，创作于星期三（一）氨基酸的分类：（一）氨基酸的分类：根据根据R R侧链基团解离性质的不同，将氨基酸进行分类：侧链基团解离性质的不同，将氨基酸进行分类：1.1.酸性氨基酸酸性氨基酸GluGlu，AspAsp；侧链基团在中性溶液中解离后带；侧链基团在中性溶液中解离后带 负电荷的氨基酸。负电荷的氨基酸。2.2.碱性氨基酸碱性氨基酸HisHis，ArgArg，LysLys；侧链基团在中性溶液中解；侧链基团在中性溶液中解 离后带正电荷的氨基酸。离后带正电荷的氨基酸。3.3.中性氨基酸中性氨基酸 侧链

6、基团在中性溶液中不发生解离，因而侧链基团在中性溶液中不发生解离，因而 不带电荷的氨基酸。可分为：不带电荷的氨基酸。可分为：（a a）极性氨基酸：）极性氨基酸：TyrTyr，CysCys，SerSer，ThrThr，AsnAsn，GlnGln，MetMet，TrpTrp；（b b）非极性氨基酸：）非极性氨基酸：GlyGly，AlaAla，ValVal，LeuLeu，IleIle，ProPro，PhePhe。第8页，讲稿共90张，创作于星期三（二）氨基酸的理化性质：（二）氨基酸的理化性质：1 1两性解离及等电点：两性解离及等电点：n氨基酸分子是一种两性电解质。氨基酸分子是一种两性电解质。n通过改变

7、溶液的通过改变溶液的pHpH可使氨基酸分子的解离状态发生改变。可使氨基酸分子的解离状态发生改变。n氨基酸分子带有相等正、负电荷时，溶液的氨基酸分子带有相等正、负电荷时，溶液的pHpH值称为该氨值称为该氨基酸的基酸的等电点等电点（pIpI）。）。第9页，讲稿共90张，创作于星期三氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算n氨基酸氨基酸 a a 碳上的氨基及羧基各是一帶电基碳上的氨基及羧基各是一帶电基团，故有两个团，故有两个 p pK K，这两个，这两个 p pK K 平均值即为平均值即为该氨基酸的该氨基酸的 pI(pI(等电点等电点)，n即即(p(pK K1 1+p+pK K2 2)2=pI)2=pI

8、。第10页，讲稿共90张，创作于星期三氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算n若一个氨基酸有若一个氨基酸有3 3个可解离的基团，写出它们的个可解离的基团，写出它们的电离式后电离式后取兼性离子两边的取兼性离子两边的p pK K 值的平均值值的平均值，即为，即为此氨基酸的等电点。如天冬氨酸的此氨基酸的等电点。如天冬氨酸的pIpI计算如下计算如下 ：其中其中AspAsp为兼性离子为兼性离子,因而其等电点的计算取其两因而其等电点的计算取其两侧的侧的p pK K 值的平均值值的平均值,即即n(p(pK K1 1+p+pK K3 3)2=pI )2=pI （2.09+3.862.09+3.86）2=2.97

9、 2=2.97 即天冬即天冬氨酸的氨酸的pIpI为为2.972.97。第11页，讲稿共90张，创作于星期三氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算氨基酸的等电点计算第12页，讲稿共90张，创作于星期三2 2紫外吸收性质：紫外吸收性质：组成天然蛋白质分子的组成天然蛋白质分子的2020种氨基酸中，只有色氨酸、种氨基酸中，只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。其吸收峰在酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm280nm左右，以左右，以色氨酸色氨酸吸收最强。吸收最强。n可可利利用用此此性性质质采采用用紫紫外外分分分分光光度度法法测测定定蛋蛋白白质质的的含含量。量。（二）氨基酸的理化性

10、质：（二）氨基酸的理化性质：第13页，讲稿共90张，创作于星期三3 3茚三酮反应：茚三酮反应：氨基酸可与茚三酮缩合产生氨基酸可与茚三酮缩合产生蓝紫色蓝紫色化合物，其最大吸化合物，其最大吸收峰在收峰在570nm570nm。可利用此性质测定氨基酸的含量。可利用此性质测定氨基酸的含量。（二）氨基酸的理化性质：（二）氨基酸的理化性质：第14页，讲稿共90张，创作于星期三二、肽二、肽(peptide)(peptide)（一）肽键与肽链：（一）肽键与肽链：蛋白质是由若干氨基酸的氨基与羧基经脱水缩合而蛋白质是由若干氨基酸的氨基与羧基经脱水缩合而连接起来形成的长链化合物。一个氨基酸分子的连接起来形成的长链化合

11、物。一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸分子的羧基与另一个氨基酸分子的-氨基在适当的条件下氨基在适当的条件下经脱水缩合即生成经脱水缩合即生成肽肽。第15页，讲稿共90张，创作于星期三n两两氨氨基基酸酸单单位位之之间间的的酰酰胺胺键键，称称为为肽肽键键。多多肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸单单位位称称为氨基酸残基。为氨基酸残基。n多肽链具有方向性，头端为多肽链具有方向性，头端为氨基端氨基端（N N端），尾端为端），尾端为羧基端羧基端（C C端）。端）。第16页，讲稿共90张，创作于星期三（二）生物活性肽：（二）生物活性肽：n生生物物体体内内具具有有一一定定生生物物学学活活性性的的肽肽类类物物质质称称

12、生生物物活活性性肽肽。重重要要的的有有谷谷胱胱甘甘肽肽、神神经经肽、肽类激素等。肽、肽类激素等。第17页，讲稿共90张，创作于星期三n全称为全称为-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基可氧化、还原，故有谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基可氧化、还原，故有还原型（还原型（GSHGSH）与氧化型（）与氧化型（GSSGGSSG）两种存在形式。）两种存在形式。谷胱甘肽的生理功用：谷胱甘肽的生理功用：n解毒作用解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒性作用；：与毒物或药物结合，消除其毒性作用；n参参与与氧氧化化还还原原反反应应：作作为为重重要要的的还还原原剂剂，参参与与体体内内多多种种氧氧化化还还原反应；原反应；n保护巯

13、基酶的活性保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团：使巯基酶的活性基团-SH-SH维持还原状态；维持还原状态；n维维持持红红细细胞胞膜膜结结构构的的稳稳定定：消消除除氧氧化化剂剂对对红红细细胞胞膜膜结结构构的的破破坏坏作作用。用。谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）：）：第18页，讲稿共90张，创作于星期三第19页，讲稿共90张，创作于星期三第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构n蛋蛋白白质质是是由由许许多多氨氨基基酸酸单单位位通通过过肽肽键键连连接接起起来来的的，具具有特定分子结构的高分子化合物。有特定分子结构的高分子化合物。n蛋蛋白白质质的的分分子子结结构构可可人人为为划划分分为为一一、

14、二二、三三、四四级级结结构构。除除一一级级结结构构外外，蛋蛋白白质质的的二二、三三、四四级级结结构构均均属属于于空空间间结结构，即构，即构象构象。n构构象象是是由由于于有有机机分分子子中中单单键键的的旋旋转转所所形形成成的的。蛋蛋白白质质的构象通常由的构象通常由非共价键（次级键）非共价键（次级键）来维系。来维系。第20页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质分子中的非共价键蛋白质分子中的非共价键(次级键次级键)1.1.氢键：氢键：n氢氢键键(hydrogen(hydrogen bond)bond)的的形形成成常常见见于于连连接接在在一一电电负负性性很很强强的的原原子子上上的的氢氢原子，与另一电负性

15、很强的原子之间。原子，与另一电负性很强的原子之间。2.2.疏水键：疏水键：n非非极极性性物物质质在在含含水水的的极极性性环环境境中中存存在在时时，会会产产生生一一种种相相互互聚聚集集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。3.3.离子键（盐键）：离子键（盐键）：n离离子子键键(salt(salt bond)bond)是是由由带带正正电电荷荷基基团团与与带带负负电电荷荷基基团团之之间间相相互互吸吸引引而形成的化学键。而形成的化学键。4 4范德华氏（范德华氏（van der Waals)van der Waals)引力：引力：n原子之间存在的相互作用力。原子之间存在

16、的相互作用力。第21页，讲稿共90张，创作于星期三一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构n蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起来的氨基酸的排列顺序及二硫键的连接方式，即多肽链的来的氨基酸的排列顺序及二硫键的连接方式，即多肽链的线状结构。线状结构。n维系蛋白质一级结构的主要化学键为维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键肽键。牛牛胰胰岛岛素素一一级级结结构构第22页，讲稿共90张，创作于星期三二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构n蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构是是指指蛋蛋白白质质多多肽肽链链主主链链原原子子局局部部的的空空间间结结构

17、构，但但不不包包括括与与其其他他肽肽段段的的相相互互关关系系及及侧侧链链构构象象的的内内容容。维维系系蛋蛋白白质质二二级级结结构构的的主主要要化化学学键键是是氢键氢键。第23页，讲稿共90张，创作于星期三（一）蛋白质立体结构原则：（一）蛋白质立体结构原则：1.1.由由于于C=OC=O双双键键中中的的电电子子云云与与N N原原子子上上的的未未共共用用电电子子对对发发生生“电电子子共共振振”，使使肽肽键键具具有有部部分分双双键键的的性性质质，不不能自由旋转。能自由旋转。2.2.与与肽肽键键相相连连的的六六个个原原子子构构成成刚刚性性平平面面结结构构，称称为为肽肽单单元元或或肽肽键键平平面面。但但由

18、由于于-碳碳原原子子与与其其他他原原子子之之间间均均形形成单键，因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。成单键，因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。第24页，讲稿共90张，创作于星期三第25页，讲稿共90张，创作于星期三（二）蛋白质二级结构的类型：（二）蛋白质二级结构的类型：n蛋白质的二级结构主要包括：蛋白质的二级结构主要包括：-螺旋，螺旋，-折迭，折迭，-转角及无规卷曲转角及无规卷曲等几种类型。等几种类型。第26页，讲稿共90张，创作于星期三n-螺螺旋旋是是多多肽肽链链的的主主链链原原子子沿沿一一中中心心轴轴盘盘绕绕所所形形成成的的有规律的螺旋构象，其结构特征为：有规律的螺旋构象，其结构特征为：

19、为一为一右手螺旋右手螺旋；螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.63.6个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为5.445.44埃；埃；螺旋以螺旋以氢键氢键维系。维系。-螺螺 旋旋第27页，讲稿共90张，创作于星期三肌红蛋白第28页，讲稿共90张，创作于星期三螺旋特性螺旋特性氢键取向与主轴氢键取向与主轴基本平行基本平行右旋，右旋，3.6个氨个氨基酸一个周期，基酸一个周期，螺距螺距0.54 nm第第n个个AA(NH)与第与第n-4个个 AA(CO)形成氢键，环形成氢键，环内原子数内原子数13。螺旋的特性第29页，讲稿共90张，创作于星期三n影响影响-螺旋稳定的因素有：螺旋稳定的因素有：极大的极大的侧链基团

20、侧链基团（存在空间位阻）；（存在空间位阻）；连连续续存存在在的的侧侧链链带带有有相相同同电电荷荷的的氨氨基基酸酸残残基基（同同种电荷的互斥效应）；种电荷的互斥效应）；有有ProPro等等亚氨基酸存在亚氨基酸存在（不能形成氢键）。（不能形成氢键）。-螺螺 旋旋第30页，讲稿共90张，创作于星期三-折折 迭迭n-折折迭迭是是由由若若干干肽肽段段或或肽肽链链排排列列起起来来以以C C为为转转折折点点，形成的扇面状片层构象，其结构特征为：形成的扇面状片层构象，其结构特征为：由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状片状 结构结构；主链骨架伸展呈主链骨架伸展呈锯齿状

21、锯齿状；借相邻主链之间的借相邻主链之间的氢键氢键维系。维系。第31页，讲稿共90张，创作于星期三第32页，讲稿共90张，创作于星期三第33页，讲稿共90张，创作于星期三-转转 角角n-转转角角是是多多肽肽链链180180回回折折部部分分所所形形成成的的一一种种二二级级结结构构，其结构特征为：其结构特征为：主链骨架本身以大约主链骨架本身以大约180180回折回折;回折部分通常由四个氨基酸残基构成回折部分通常由四个氨基酸残基构成;构构象象依依靠靠第第一一残残基基的的-CO-CO基基与与第第四四残残基基的的-NH-NH基基之之间间形形成成氢键来维系。氢键来维系。第34页，讲稿共90张，创作于星期三两

22、种常见的两种常见的转角结构转角结构 第35页，讲稿共90张，创作于星期三无无 规规 卷卷 曲曲n无无规规卷卷曲曲是是指指多多肽肽链链主主链链部部分分形形成成的的无无规规律律的的卷卷曲曲构构象。象。第36页，讲稿共90张，创作于星期三 RNaseRNase的分子二级结构示意图结构的分子二级结构示意图结构 第37页，讲稿共90张，创作于星期三n在在蛋蛋白白质质分分子子中中，若若干干具具有有二二级级结结构构的的肽肽段段在在空空间间上上相相互互接接近近，形形成成具具有有特特殊殊功功能能的的结结构构区区域域，称称模模体体（序）（序）（motif)motif)或超二级结构。或超二级结构。模体（模体（序）序

23、）（motif）第38页，讲稿共90张，创作于星期三锌指结构锌指结构 (螺旋螺旋-折迭折迭-折迭模序折迭模序)锌锌 指指 结结 构构第39页，讲稿共90张，创作于星期三在蛋白质中在蛋白质中(Rossmann折叠折叠)在蛋白质中第40页，讲稿共90张，创作于星期三螺旋螺旋-环环-螺旋模序螺旋模序螺旋螺旋-环环-螺旋模序螺旋模序第41页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质结构的层次蛋白质结构的层次 一级结构：一级结构：氨基酸序列氨基酸序列 二级结构：二级结构：螺旋，螺旋，折叠折叠 超二级结构超二级结构 结构域（结构域（domaindomain）三级结构：三级结构：所有原子空间位置所有原子空间位置 四

24、级结构：四级结构：蛋白质多聚体蛋白质多聚体蛋白质的结构层次第42页，讲稿共90张，创作于星期三三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构n蛋蛋白白质质的的三三级级结结构构是是指指蛋蛋白白质质分分子子或或亚亚基基内内所所有有原原子子的的空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。n维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如疏水键、氢键、盐键、范氏引力疏水键、氢键、盐键、范氏引力等，但也有共价键，等，但也有共价键，如如二硫键二硫键等。等。第43页，讲稿共90张，创作于星期三磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三

25、级结构磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构第44页，讲稿共90张，创作于星期三n结构域：结构域：在一级结构上相距较远的氨基酸残基，通过三在一级结构上相距较远的氨基酸残基，通过三级结构的形成，多肽链的弯折，彼此聚集在一起，级结构的形成，多肽链的弯折，彼此聚集在一起，从而形成一些在功能上相对独立的，结构较为紧凑从而形成一些在功能上相对独立的，结构较为紧凑的区域，称为的区域，称为结构域结构域（domaindomain）。）。蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构第45页，讲稿共90张，创作于星期三结构域结构域(domain)在空间上相对独立在空间上相对独立免疫球蛋白免疫球蛋白结构域第46页，讲稿共90张，

26、创作于星期三分子伴侣分子伴侣n有些蛋白质被合成以后，自己不能独立形成有些蛋白质被合成以后，自己不能独立形成自由能自由能自由能自由能最低最低最低最低的立体结构，而需要一类蛋白质来催化，这的立体结构，而需要一类蛋白质来催化，这类蛋白质称为分子伴侣类蛋白质称为分子伴侣 （molecular chaperonemolecular chaperonemolecular chaperonemolecular chaperone）。）。它们普遍存在于真核生物和原核生物中，一般使用它们普遍存在于真核生物和原核生物中，一般使用ATPATP的能量帮助其它蛋白质形成自由能最低的立体的能量帮助其它蛋白质形成自由能最低

27、的立体结构，但不改变自己。一大部分被称为结构，但不改变自己。一大部分被称为热休克蛋白热休克蛋白（heat shock proteinheat shock protein）。）。第47页，讲稿共90张，创作于星期三n作用机制作用机制n可逆与蛋白质结合，使其松散可逆与蛋白质结合，使其松散,形成正确形成正确空间结构。空间结构。n1.1.防止新合成的蛋白质由于疏水基团的暴防止新合成的蛋白质由于疏水基团的暴露而产生的聚集；露而产生的聚集；n2.2.打开已聚集的蛋白质；打开已聚集的蛋白质；n3.3.形成正确的二硫键。形成正确的二硫键。第48页，讲稿共90张，创作于星期三四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级

28、结构n蛋蛋白白质质的的四四级级结结构构（quaternary quaternary structure)structure)就就是是指指蛋蛋白白质质分分子子中中亚亚基基的的立立体体排排布布，亚基间的相互作用与接触部位的布局。亚基间的相互作用与接触部位的布局。n亚亚基基(subunit)(subunit)就就是是指指参参与与构构成成蛋蛋白白质质四四级级结构的、每条具有三级结构的多肽链。结构的、每条具有三级结构的多肽链。n维维系系蛋蛋白白质质四四级级结结构构的的是是氢氢键键、盐盐键键、范氏引力、疏水键范氏引力、疏水键等非共价键。等非共价键。第49页，讲稿共90张，创作于星期三血红蛋白血红蛋白(He

29、moglobin)(Hemoglobin)的四级结构的四级结构第50页，讲稿共90张，创作于星期三DNA和蛋白质的相互作用也是和蛋白质的相互作用也是四级结构四级结构DNA和蛋白质的结合第51页，讲稿共90张，创作于星期三（三（三 ）蛋白质的分类）蛋白质的分类（1）按组成成分：）按组成成分：单纯蛋白（仅含氨基酸）单纯蛋白（仅含氨基酸）结合蛋白（单纯蛋白结合蛋白（单纯蛋白+辅基）辅基）（2）按形状分：）按形状分：纤维蛋白纤维蛋白 球蛋白球蛋白第52页，讲稿共90张，创作于星期三第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、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（一

30、）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 蛋白质特定的三级结构是以氨基酸顺序为基础的。蛋白质特定的三级结构是以氨基酸顺序为基础的。第53页，讲稿共90张，创作于星期三n蛋白质的一级结构决定其高级结构。蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之，蛋白质的三维立体结构完全换言之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天然立体结构一般是自由能最低的状态。然立体结构一般是自由能最低的状态。n nAnfinsen（诺贝尔奖获得者）用极（诺贝尔奖获得者）用极其简单的实验证明了蛋白质的一级结其简单的实验证明了蛋白质的一级结构决定其高级结构。构决定其

31、高级结构。蛋白质一级结构决定立体结构第54页，讲稿共90张，创作于星期三牛牛核核糖糖核核酸酸酶酶一一级级结结构构与与空空间间结结构构的的关关系系第55页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系 1、一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能、一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能 也相似。也相似。2、蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被替代，、蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被替代，都会严重影响空间构象乃至生理功能，如都会严重影响空间构象乃至生理功能，如分子病分子病。第56页，

32、讲稿共90张，创作于星期三二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系（一）肌红蛋白和血红蛋白的结构（一）肌红蛋白和血红蛋白的结构第57页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系（二）血红蛋白的构象变化与结合氧（二）血红蛋白的构象变化与结合氧协同效应：协同效应：一个亚基与其配体（一个亚基与其配体（HbHb中的配体为中的配体为O O2 2）结合后，能影响结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力。如果是促进作用则称为此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力。如果是促进作用则称为正协同效应（正协同效应（positive cooperativi

33、typositive cooperativity）；）；反之则为负协同效应（反之则为负协同效应（negative negative cooperativitycooperativity）。）。当血红蛋白的一个当血红蛋白的一个 亚基与氧分子结合以后，可引起其他亚亚基与氧分子结合以后，可引起其他亚基的构象发生改变，对氧的亲和力增加，从而导致整个分子基的构象发生改变，对氧的亲和力增加，从而导致整个分子的氧结合力迅速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈的氧结合力迅速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈“S”S”形。这形。这种由于蛋白质分子构象改变而导致蛋白质分子功能发生改变种由于蛋白质分子构象改变而导致蛋白质分子

34、功能发生改变的现象称为的现象称为变构效应变构效应。第58页，讲稿共90张，创作于星期三血红蛋白与结合氧的机制血红蛋白与结合氧的机制n1.未与未与O O2 2结合的结合的4 4个亚基靠彼此形成盐键而紧密结合个亚基靠彼此形成盐键而紧密结合紧紧张肽（张肽（T T 态态 tense state).tense state).此时的血红蛋白与此时的血红蛋白与O O2 2结合能力小；结合能力小；当第一个亚基与当第一个亚基与O O2 2结合而破坏了该亚基与其相邻亚基间结合而破坏了该亚基与其相邻亚基间的盐键，结构开始松散，便于第二个亚基与的盐键，结构开始松散，便于第二个亚基与O O2 2结合，使结结合，使结构更

35、松散构更松散由由T T态转变未态转变未R R态。态。n2.2.脱氧脱氧HbHb的的FeFe2+2+半径大，结合氧后其半径变小，引起相半径大，结合氧后其半径变小，引起相关肽段的一系列微小的变化，使得亚基间盐键断裂，关肽段的一系列微小的变化，使得亚基间盐键断裂，HbHb结构变松散。结构变松散。第59页，讲稿共90张，创作于星期三肌红蛋白（Mb）与血红蛋白（Hb）的氧解离曲线第60页，讲稿共90张，创作于星期三（三）蛋白质构象改变与疾病三）蛋白质构象改变与疾病n由于蛋白质构象的改变而引起的疾病称为由于蛋白质构象的改变而引起的疾病称为蛋白质构象病蛋白质构象病。n如：当蛋白质由于折叠错误而相互聚集，常如

36、：当蛋白质由于折叠错误而相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀。可导形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀。可导致人类纹状体脊髓变形病、老年痴呆、亨丁致人类纹状体脊髓变形病、老年痴呆、亨丁顿舞蹈病（顿舞蹈病（Huntington diseaseHuntington disease）、疯牛病）、疯牛病第61页，讲稿共90张，创作于星期三 疯牛病疯牛病n疯牛病是阮病毒蛋白（疯牛病是阮病毒蛋白（prion protein,PrPprion protein,PrP）引起的人和动物神经退行性病变。这类疾病引起的人和动物神经退行性病变。这类疾病具有传染性、遗传性或散在发病的特点。具有传染性、遗传性或散在发

37、病的特点。nPrPPrPc c 为基因正常编码产物。为基因正常编码产物。nPrPPrPsc sc 为致病蛋白。为致病蛋白。PrPPrPc c与与PrPPrPsc sc 一级结构完全一级结构完全相同。相同。第62页，讲稿共90张，创作于星期三 一条肽链对应一个一条肽链对应一个特定的空间结构特定的空间结构 这条法则的破坏是灾这条法则的破坏是灾难性的。疯牛病的难性的。疯牛病的prionprion就是一个例子。就是一个例子。正常正常prion异常异常prion蛋白质立体结构的特定和唯一的第63页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质的结构与功能：蛋白质的结构与功能：永远的课题永远的课题结构与功能第64页，

38、讲稿共90张，创作于星期三第四节第四节 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质（一）蛋白质的两性解离与等电点：（一）蛋白质的两性解离与等电点：n由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中氨氨基基酸酸残残基基的的侧侧链链上上存存在在游游离离的的氨氨基基和和游游离离的的羧羧基基，因因此此蛋蛋白白质质与与氨氨基基酸酸一一样样具具有有两两性性解解离离的的性性质质，因因而而也也具具有有特定的等电点。特定的等电点。第65页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质在等电点的溶解度最小蛋白质在等电点的溶解度最小蛋白质在等电点的溶解度最小蛋白质在等电点的溶解度最小第66页，

39、讲稿共90张，创作于星期三（二）蛋白质的胶体性质：（二）蛋白质的胶体性质：n 蛋蛋白白质质分分子子的的颗颗粒粒直直径径已已达达1 1100100nmnm，处处于于胶胶体体颗颗粒粒的范围。因此，蛋白质具有亲水溶胶的性质。的范围。因此，蛋白质具有亲水溶胶的性质。n 蛋蛋白白质质分分子子表表面面的的水水化化膜膜和和表表面面电电荷荷是是稳稳定定蛋蛋白白质质亲亲水溶胶的两个重要因素。水溶胶的两个重要因素。蛋蛋 白白 质质 的的 理理 化化 性性 质质第67页，讲稿共90张，创作于星期三疏水区域疏水区域蛋白质分子上的电荷与疏水区蛋白质分子上的电荷与疏水区蛋白质分子上的电荷与疏水区蛋白质分子上的电荷与疏水区

40、第68页，讲稿共90张，创作于星期三（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固：（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固：n 在在某某些些物物理理或或化化学学因因素素的的作作用用下下，蛋蛋白白质质严严格格的的空空间间结结构构被被破破坏坏（不不包包括括肽肽键键的的断断裂裂），从从而而引引起起蛋蛋白白质质若若干干理理化化性性质质和和生生物物学学性性质质的的改改变变，称称为为蛋蛋白白质质的的变变性性(denaturation)(denaturation)。蛋蛋 白白 质质 的的 理理 化化 性性 质质第69页，讲稿共90张，创作于星期三n引起蛋白质变性的因素有：引起蛋白质变性的因素有：物理因素物理因素：高温、高压、紫外线

41、、电离辐射、超声波等；：高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等；化学因素化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等。：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等。蛋蛋 白白 质质 的的 变变 性性n变性蛋白质的性质改变：变性蛋白质的性质改变：物物理理性性质质：旋旋光光性性改改变变，溶溶解解度度下下降降，沉沉降降率率升升高高，粘粘度度升升高高，光吸收度增加等；光吸收度增加等；化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水解。化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水解。生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。第70页，讲稿共90张，创作于星期三n蛋白质变性的可逆性：

42、蛋白质变性的可逆性：a)蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下是不能复性的；蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下是不能复性的；b)如如变变性性程程度度浅浅，蛋蛋白白质质分分子子的的构构象象未未被被严严重重破破坏坏；或或者者蛋蛋白白质质具具有有特特殊殊的的分分子子结结构构，在在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象和和功功能，称为能，称为复性（复性（renaturation）。蛋蛋 白白 质质 的的 变变 性性第71页，讲稿共90张，创作于星期三蛋蛋白白质质的的变变性性与与复复性性第72页，讲稿共90张，创作于星期三n 蛋蛋白白质质分分子

43、子相相互互聚聚集集而而从从溶溶液液中中析析出出的的现现象象称称为为沉淀沉淀。n 变变性性后后的的蛋蛋白白质质由由于于疏疏水水基基团团的的暴暴露露而而易易于于沉沉淀淀，但但沉淀的蛋白质不一定都是变性后的蛋白质。沉淀的蛋白质不一定都是变性后的蛋白质。n 加加热热使使蛋蛋白白质质变变性性并并凝凝聚聚成成块块状状称称为为凝凝固固。因因此此，凡凡凝固的蛋白质一定发生变性。凝固的蛋白质一定发生变性。蛋蛋 白白 质质 的的 理理 化化 性性 质质第73页，讲稿共90张，创作于星期三蛋蛋 白白 质质 的的 理理 化化 性性 质质蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收 蛋白质在紫外光波长蛋白质在紫外光波长280nm2

44、80nm处有最大吸收，这是处有最大吸收，这是因为芳香族氨基酸残基因为芳香族氨基酸残基(色氨酸及酪氨酸残基色氨酸及酪氨酸残基)内存在共轭双键引起的，可以内存在共轭双键引起的，可以280nm280nm光吸收值的光吸收值的检测用于蛋白质含量的测定。检测用于蛋白质含量的测定。第74页，讲稿共90张，创作于星期三蛋蛋 白白 质质 的的 理理 化化 性性 质质n蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 n某些试剂可对蛋白质分子中肽键或特殊氨基某些试剂可对蛋白质分子中肽键或特殊氨基酸残基发生显色反应，且产生的有色物质量酸残基发生显色反应，且产生的有色物质量与蛋白质浓度相关，可用于蛋白质定性、定与蛋白质浓度相关，可用

45、于蛋白质定性、定量检测。如双缩脲反应，酚试剂、考马斯亮量检测。如双缩脲反应，酚试剂、考马斯亮蓝、茚三酮等显色反应。蓝、茚三酮等显色反应。第75页，讲稿共90张，创作于星期三二、蛋白质的分离与纯化二、蛋白质的分离与纯化（一）盐析与有机溶剂沉淀：（一）盐析与有机溶剂沉淀：1.1.盐析：盐析：n在在蛋蛋白白质质溶溶液液中中加加入入大大量量中中性性盐盐，以以破破坏坏蛋蛋白白质质的的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析盐析。n常用的中性盐有：常用的中性盐有：硫酸铵硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。、氯化钠、硫酸钠等。n盐析时，溶液的盐析时，溶液的pHpH在蛋白质的

46、等电点处效果最好。在蛋白质的等电点处效果最好。n盐析沉淀蛋白质时，通常不会引起蛋白质的变性。盐析沉淀蛋白质时，通常不会引起蛋白质的变性。第76页，讲稿共90张，创作于星期三2.2.有机溶剂沉淀蛋白质：有机溶剂沉淀蛋白质：n凡凡能能与与水水以以任任意意比比例例混混合合的的有有机机溶溶剂剂，如如乙乙醇醇、甲甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。n沉沉淀淀原原理理是是：脱脱水水作作用用；使使水水的的介介电电常常数数降降低低，蛋白质溶解度降低。蛋白质溶解度降低。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 离离 与与 纯纯 化化第77页，讲稿共90张，创作于星期三n带电粒子在电场中移动的现

47、象称为带电粒子在电场中移动的现象称为电泳电泳（electrophoresis)electrophoresis)。n蛋蛋白白质质分分子子在在溶溶液液中中可可带带净净的的负负电电荷荷或或带带净净的的正正电电荷荷，故故可可在在电电场场中中发发生生移移动动。不不同同的的蛋蛋白白质质分分子子所所带带电电荷荷量量不不同同，且且分分子子大大小小也也不不同同，故故在在电电场场中的移动速度也不同，据此可互相分离。中的移动速度也不同，据此可互相分离。（二）电泳：（二）电泳：蛋蛋 白白 质质 的的 分分 离离 与与 纯纯 化化第78页，讲稿共90张，创作于星期三（三）层析：（三）层析：n层层析析（chromatog

48、raphy)chromatography)是是一一种种利利用用混混合合物物中中各各组组分分理理化化性性质质的的差差异异，在在相相互互接接触触的的两两相相（固固定定相相与与流流动相）之间的分布不同而进行分离分析的技术方法。动相）之间的分布不同而进行分离分析的技术方法。n主主要要的的层层析析技技术术有有离离子子交交换换层层析析，凝凝胶胶层层析析，吸吸附附层层析及亲和层析析及亲和层析等。等。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 离离 与与 纯纯 化化第79页，讲稿共90张，创作于星期三（四）超速离心：（四）超速离心：n利利用用物物质质密密度度的的不不同同，经经超超速速离离心心后后，分分布布于于不不同的液层而

49、分离。同的液层而分离。n 超超速速离离心心也也可可用用来来测测定定蛋蛋白白质质的的分分子子量量，蛋蛋白白质质的分子量与其沉降系数的分子量与其沉降系数S S成正比。成正比。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 离离 与与 纯纯 化化第80页，讲稿共90张，创作于星期三三、氨基酸顺序分析三、氨基酸顺序分析n 蛋蛋白白质质多多肽肽链链的的氨氨基基酸酸顺顺序序分分析析，即即蛋蛋白白质质一一级级结构的测定，主要包括以下几个步骤：结构的测定，主要包括以下几个步骤：1.1.分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品。分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品。2.2.取一定量的样品进行完全水解，再用氨基酸取一定量的样品进行

50、完全水解，再用氨基酸 自动分析仪，测定蛋白质的氨基酸组成。自动分析仪，测定蛋白质的氨基酸组成。第81页，讲稿共90张，创作于星期三蛋白质的氨基酸组成分析蛋白质的氨基酸组成分析第82页，讲稿共90张，创作于星期三 3.3.分析蛋白质的分析蛋白质的N-N-端和端和C-C-端氨基酸。端氨基酸。n通通常常采采用用2,4-2,4-二二硝硝基基氟氟苯苯（DNFBDNFB）法法和和肼肼解解法法分分别别确确定蛋白质的定蛋白质的N-N-端和端和C-C-端氨基酸残基。端氨基酸残基。氨基酸顺序分析氨基酸顺序分析第83页，讲稿共90张，创作于星期三DNFBDNFB法分析法分析N-N-端氨基酸残基端氨基酸残基第84页，