定義蛋白質(zhì)的一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu),主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。,蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),肽平面,肽鍵的特殊性質(zhì),肽鍵有部分雙鍵性質(zhì),肽鍵由于共振而具有部分雙鍵性質(zhì)，因此，肽鍵比一般C-N鍵短，且不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵原子及相鄰的a碳原子組成肽平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型,肽鍵比一般C-N鍵短,肽鍵為一平面,相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型,參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2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(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽平面。,由于空間位阻，此構(gòu)象不能存在。,蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),概念：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(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象.,蛋白質(zhì)二級(jí)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),（一）-螺旋,1951年提出-螺旋結(jié)構(gòu)模型,背景知識(shí),肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)。充分意識(shí)到氫鍵在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的重要作用。X-射線晶體學(xué)研究表明組成頭發(fā)和豪豬刺的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)里存在重復(fù)結(jié)構(gòu)。,特征：1、每隔3.6個(gè)AA殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;2、螺旋體中所有氨基酸殘基R側(cè)鏈都伸向外側(cè)，鏈內(nèi)氫鍵幾乎都平行于螺旋軸;3、每個(gè)氨基酸殘基的N-H與前面第四個(gè)氨基酸殘基的C=0形成氫鍵，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成。,3.613(ns),氨基酸序列對(duì)-螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的影響,（二）-折疊,兩種-折疊方式,反平行：肽鏈的N端不處于同一端，氫鍵與肽鏈走向垂直。如：絲心蛋白。,平行：所有肽鏈的N端處于同一端，氫鍵不與肽鏈走向垂直。如：-角蛋白。,（三）-轉(zhuǎn)角,特征：多肽鏈中氨基酸殘基n的羰基上的氧與殘基（n+3）的氮原上的氫之間形成氫鍵，肽鍵回折1800。,（四）無規(guī)則卷曲,蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu),在蛋白質(zhì)分子中，特別是球狀蛋白質(zhì)中，由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元（即螺旋、折疊片和轉(zhuǎn)角等）彼此相互作用組合在一起，形成有規(guī)則、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件單元，稱超二級(jí)結(jié)構(gòu)。,結(jié)構(gòu)域,多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊而成的相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱結(jié)構(gòu)域。,甘油醛3-P脫氫酶結(jié)構(gòu)域,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。,抹香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級(jí)結(jié)構(gòu),分子中多肽主鏈由長(zhǎng)短不等的8段直的螺旋組成最大的螺旋含23個(gè)殘基最短的7個(gè)殘基，分子中幾乎80%的氨基酸殘基都處于螺旋區(qū)中。拐彎是由18個(gè)殘基組成的無規(guī)則卷曲。,核糖核酸酶三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次。,球狀蛋白的三級(jí)的結(jié)構(gòu)特征,亞基之間的結(jié)合力主要是疏水相互作用。,蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),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(jí)結(jié)構(gòu)。,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(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。,血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu),總結(jié),從一級(jí)結(jié)構(gòu)到四級(jí)結(jié)構(gòu),血紅蛋白,蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列,蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列,Polypeptide(singlesubunitoftransthyretin),Transthyretin,withfouridenticalpolypeptidesubunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein,（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ),一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,天然狀態(tài)，有催化活性,尿素、-巰基乙醇,去除尿素、-巰基乙醇,非折疊狀態(tài)，無活性,當(dāng)用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復(fù)，所有的二硫鍵準(zhǔn)確無誤地恢復(fù)原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對(duì)方式，酶完全喪失活性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。,鐮刀狀細(xì)胞貧血病,正常的紅細(xì)胞（左圖）與鐮刀狀紅細(xì)胞（右圖）的區(qū)別,正常與異常的差異,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”。,一個(gè)殘基的改變?yōu)槭裁磿?huì)帶來如此大的變化呢？,血紅蛋白單個(gè)（2個(gè)）氨基酸的改變影響功能：HbS鏈第六位谷氨酸突變?yōu)槔i氨酸。谷氨酸：親水、帶負(fù)電荷；纈氨酸：疏水、不帶電HbS分子表面多了一個(gè)疏水側(cè)鏈HbS分子三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的,由于伸出HbS分子表面的纈氨酸側(cè)鏈創(chuàng)造了一個(gè)“粘性”的突起，因而一個(gè)HbS分子的“粘性”突起可以與另一個(gè)HbS分子的互補(bǔ)口袋通過疏水作用結(jié)合，最終導(dǎo)致HbS分子的聚集沉淀。（脫氧HBS）,鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的,由于伸出HbS分子表面的纈氨酸側(cè)鏈創(chuàng)造了一個(gè)“粘性”的突起，因而一個(gè)HbS分子的“粘性”突起可以與另一個(gè)HbS分子的互補(bǔ)口袋通過疏水作用結(jié)合，最終導(dǎo)致HbS分子的聚集沉淀。（脫氧HBS）,鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的,蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,肌紅蛋白,血紅素輔基,His93,自然狀態(tài)下，二價(jià)鐵極易被氧化為三價(jià)鐵，為什么在肌紅蛋白血紅素輔基中的二價(jià)鐵和氧結(jié)合后卻沒變成三價(jià)鐵？,自然狀態(tài)下，血紅素輔基和CO的結(jié)合能力是其和O2結(jié)合的20000倍，但是在肌紅蛋白中卻只有200倍，為什么？,肌紅蛋白(Mb)的氧解離曲線,血紅蛋白,T態(tài)和R態(tài),T態(tài)（tensestate）去氧血紅蛋白的主要構(gòu)象R態(tài)（relaxedstate）氧合血紅蛋白的主要構(gòu)象,T態(tài)向R態(tài)轉(zhuǎn)變因素,當(dāng)亞鐵離子移動(dòng)時(shí)，它同時(shí)拖動(dòng)HisF8殘基，進(jìn)一步導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變。,*變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect),一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為變構(gòu)效應(yīng)。像血紅蛋白這種具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為變構(gòu)蛋白（allostericprotein）。,變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect),變構(gòu)效應(yīng)：蛋白質(zhì)與配體結(jié)合改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)生物學(xué)活性的現(xiàn)象。,氧結(jié)合曲線,肌肉,蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein,（一）蛋白質(zhì)的兩性電離,一、理化性質(zhì),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)。,*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。,（二）、蛋白質(zhì)膠體的性質(zhì),蛋白質(zhì)溶液有許多高分子溶液的性質(zhì)，如：擴(kuò)散慢、易沉降、粘度大、不能透過半透膜，在水溶液中可形成親水的膠體。蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定因素：水化膜、帶電荷。當(dāng)破壞這兩個(gè)因素時(shí)，蛋白質(zhì)中從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀。,（三）、蛋白質(zhì)的變性作用(denaturation),1、蛋白質(zhì)變性的概念：天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響后，使其失去原有的生物活性，并伴隨著物理化學(xué)性質(zhì)的改變，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種作用稱為蛋白質(zhì)的變性。,2、使蛋白質(zhì)變性的因素（1）物理因素：高溫、高壓、射線等（2）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等,3、變性的本質(zhì)：分子中各種次級(jí)鍵斷裂，使其空間構(gòu)象從緊密有序的狀態(tài)變成松散無序的狀態(tài)，一級(jí)結(jié)構(gòu)不破壞。,4、蛋白質(zhì)變性后的表現(xiàn)：（1）生物學(xué)活性消失（2）理化性質(zhì)改變：溶解度下降，粘度增加，紫外吸收增加，側(cè)鏈反應(yīng)增強(qiáng)，對(duì)酶的作用敏感，易被水解。,（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜,蛋白質(zhì)在遠(yuǎn)紫外光區(qū)（200-230nm）有較大的吸收，在280nm有一特征吸收峰，可利用這一特性對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量鑒定。,測(cè)定范圍：0.10.5mg/ml,