1、第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能（二）第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能（二）The Structure and Function of Protein主要內(nèi)容主要內(nèi)容v蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成 （氨基酸的特性）（氨基酸的特性）v蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) （蛋白質(zhì)的各級(jí)結(jié)構(gòu)概念，化（蛋白質(zhì)的各級(jí)結(jié)構(gòu)概念，化學(xué)鍵）學(xué)鍵）v蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（舉例說(shuō)明）的關(guān)系（舉例說(shuō)明） v蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化（應(yīng)用）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化（應(yīng)用） 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(seco

2、ndary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)空間構(gòu)象空間構(gòu)象一、蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)：牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)：A鏈（鏈（21aa)、B鏈（鏈（30aa)H2N-甘甘-異異-纈纈-谷谷-谷胺谷胺-半半-半半-丙丙-絲絲-纈纈-半半-絲絲-亮亮-酪酪-谷胺谷胺-亮亮-谷谷-天胺天胺-酪酪-半半-天胺天胺-COOHH2N-苯苯-纈纈-天胺天胺-谷胺谷胺-絲絲-亮亮-半半- 甘甘 - 絲絲 - 組組 - 亮亮 - 纈纈 - 谷谷 -丙丙 -亮亮-酪酪-亮亮-纈纈-半

3、半-甘甘-谷谷 -精精-甘甘-苯苯-苯苯-酪酪-蘇蘇-脯脯-賴賴-丙丙-COOHSSABSSSS一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對(duì)生物功能起決定作用。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對(duì)生物功能起決定作用。蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，主要鍵為蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，主要鍵為肽鍵肽鍵，有些含有些含二硫鍵二硫鍵二、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) (secondary structure)血清鐵蛋白血清鐵蛋白蠶絲蛋白蠶絲蛋白蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈骨架多肽鏈骨架中原子的中原子的局部空間局部空間排列，排列，不涉及側(cè)鏈不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象，也就是該肽段主鏈骨架原的構(gòu)象，也就是該

4、肽段主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，主要有子的相對(duì)空間位置，主要有-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲和無(wú)規(guī)則卷曲。肽鏈主鏈的骨架原子即肽鏈主鏈的骨架原子即N（氨基氮）、（氨基氮）、C （ -碳原碳原子）和子）和C0（羧基碳）原子依次重復(fù)排列。（羧基碳）原子依次重復(fù)排列。（一）肽平面（一）肽平面 肽鍵部分雙鍵性，不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵部分雙鍵性，不能自由旋轉(zhuǎn) 肽鍵中的四個(gè)原子（肽鍵中的四個(gè)原子（-CO-NH-）和與之相鄰的兩個(gè)）和與之相鄰的兩個(gè)碳原子碳原子（C 1、 C 2）位于同一剛性平面內(nèi)，稱為肽單元（）位于同一剛性平面內(nèi)，稱為肽單元（peptide unit） 肽鍵肽鍵0.132 C

5、 1、 C 2位于肽鍵的兩邊，稱反式肽單元（位于肽鍵的兩邊，稱反式肽單元（trans-peptide unit），該構(gòu)型更穩(wěn)定），該構(gòu)型更穩(wěn)定C-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用（psi）表示；）表示；C-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度單鍵旋轉(zhuǎn)的角度用用( , phi)表示。這兩個(gè)角旋轉(zhuǎn)的角度決定兩個(gè)相鄰肽基的空表示。這兩個(gè)角旋轉(zhuǎn)的角度決定兩個(gè)相鄰肽基的空間位置。間位置。(二二) -螺旋螺旋(-helix)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式之一蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式之一1.右手螺旋螺旋，走向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向。右手螺旋螺旋，走向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向。2.氨基酸側(cè)鏈伸向外側(cè)。氨基酸側(cè)鏈伸向外側(cè)。3.每每3.6個(gè)個(gè)aa上升一圈，螺

6、距上升一圈，螺距0.54nm。4.N-H和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成氫氫鍵鍵。氫鍵方向與螺旋長(zhǎng)軸平行。氫鍵方向與螺旋長(zhǎng)軸平行。5.有些有些 -螺旋螺旋具有兩性（疏水性和親具有兩性（疏水性和親水性）水性） -螺旋螺旋具有兩性（疏水性和親水性）具有兩性（疏水性和親水性）載脂蛋白載脂蛋白螺旋分布廣泛：螺旋分布廣泛：0-100%血清鐵蛋白，角蛋白，跨膜蛋白血清鐵蛋白，角蛋白，跨膜蛋白血清鐵蛋白血清鐵蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白R(shí)基團(tuán)影響螺旋的穩(wěn)基團(tuán)影響螺旋的穩(wěn)定性：酸性、堿性、定性：酸性、堿性、較大基團(tuán)（苯丙氨酸、較大基團(tuán)（苯丙氨酸、色氨酸）、脯氨酸、色氨酸）、脯氨酸、甘氨酸（甘氨酸（H）

7、（三）（三）-折疊折疊(-pleated sheet)1.鋸齒狀，鋸齒狀，C為轉(zhuǎn)點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)3.兩條或者更多的兩條或者更多的折疊鏈間通過(guò)折疊鏈間通過(guò)氫鍵氫鍵相連相連4. 不同鏈方向可以一致，可以相反不同鏈方向可以一致，可以相反2. R基團(tuán)位于鋸齒結(jié)構(gòu)上下方基團(tuán)位于鋸齒結(jié)構(gòu)上下方蠶絲蛋白蠶絲蛋白卵磷脂結(jié)合蛋白卵磷脂結(jié)合蛋白（四）（四） -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( turn)和無(wú)規(guī)則卷曲（和無(wú)規(guī)則卷曲（random coil）2. 一般由四個(gè)氨基酸組成，一般由四個(gè)氨基酸組成，第二個(gè)殘基常為脯氨酸、甘第二個(gè)殘基常為脯氨酸、甘氨酸氨酸3. 以主鏈間以主鏈間氫鍵氫鍵維持穩(wěn)定維持穩(wěn)定（第一個(gè)殘基的羥基氧和第（第一個(gè)殘基的

8、羥基氧和第四個(gè)殘基的氨基氫）四個(gè)殘基的氨基氫）1. 多肽鏈中多肽鏈中180度回折處度回折處形成的特定構(gòu)象形成的特定構(gòu)象 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) -轉(zhuǎn)角是轉(zhuǎn)角是螺旋之間、螺旋之間、折折疊之間或者螺旋與折疊的疊之間或者螺旋與折疊的連接連接 四種二級(jí)結(jié)構(gòu)可存在同一個(gè)蛋白質(zhì)中四種二級(jí)結(jié)構(gòu)可存在同一個(gè)蛋白質(zhì)中（五）（五）模體模體 (motif)在許多蛋白質(zhì)中，有兩個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上在許多蛋白質(zhì)中，有兩個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱為相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，

9、稱為模體模體。有的將這種。有的將這種規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚集體稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚集體稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)。功能的基礎(chǔ)。-鈣結(jié)合鈣結(jié)合鋅指鋅指Motif屬于二級(jí)結(jié)構(gòu)，有屬于二級(jí)結(jié)構(gòu)，有特殊結(jié)構(gòu)，有特定的功能特殊結(jié)構(gòu)，有特定的功能蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一條多肽鏈中所有蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一條多肽鏈中所有原子的整體空間排布，包括主鏈和側(cè)鏈。原子的整體空間排布，包括主鏈和側(cè)鏈。三、三級(jí)結(jié)構(gòu)三、三級(jí)結(jié)構(gòu) (tertiary structure)（一）所有氨基酸殘基參與三級(jí)結(jié)構(gòu)（一）所有氨基酸殘基參與三級(jí)結(jié)構(gòu)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)力量維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)力量1

10、. 氫鍵氫鍵2. 離子鍵離子鍵3. 疏水鍵疏水鍵4. 范德華力范德華力5. 二硫鍵二硫鍵疏水作用疏水作用：疏水性基團(tuán)避開水藏于：疏水性基團(tuán)避開水藏于分子內(nèi)部的力量分子內(nèi)部的力量（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域（domain）結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域（domain）是在較大的蛋白質(zhì)分子中所）是在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個(gè)或多個(gè)在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)形成的兩個(gè)或多個(gè)在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，與分子整體以域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，與分子整體以共價(jià)鍵相連，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能。共價(jià)鍵相連，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能。三磷酸甘油醛脫氫酶三磷酸甘油醛脫氫酶兩個(gè)亞基兩個(gè)亞基每個(gè)亞基包含兩

11、個(gè)結(jié)每個(gè)亞基包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)域：與構(gòu)域：與NAD+結(jié)合；結(jié)合；與底物結(jié)合與底物結(jié)合NAD+底物丙酮酸激酶丙酮酸激酶Motif 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)Domain 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)模體和結(jié)構(gòu)域模體和結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：三級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1、進(jìn)一步盤曲、折疊的多肽鏈分子長(zhǎng)度大大縮短，、進(jìn)一步盤曲、折疊的多肽鏈分子長(zhǎng)度大大縮短， 呈棒呈棒 狀、纖維狀或球狀；狀、纖維狀或球狀；2、三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要靠次級(jí)鍵維持，尤其是疏水鍵三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要靠次級(jí)鍵維持，尤其是疏水鍵；3、疏水基團(tuán)多位于分子內(nèi)部，親水基團(tuán)多位于分子表面；、疏水基團(tuán)多位于分子內(nèi)部，親水基團(tuán)多位于分子表面；4、分子表面或某些部位形成了發(fā)揮生物學(xué)

12、功能的特定區(qū)域、分子表面或某些部位形成了發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域只有一條肽鏈組成的蛋白質(zhì)，三級(jí)結(jié)構(gòu)是其只有一條肽鏈組成的蛋白質(zhì)，三級(jí)結(jié)構(gòu)是其最高的結(jié)構(gòu)形式最高的結(jié)構(gòu)形式四、四級(jí)結(jié)構(gòu)（四、四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary structure）二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，彼二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，彼此借此借非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵相連，成為一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四相連，成為一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)。具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位，具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位，亞基可以相同，亦可以不同。各亞基之間結(jié)合力主要是亞基可以相同，亦可以不同。

13、各亞基之間結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵氫鍵、離子鍵 血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）兩個(gè)兩個(gè)鏈與兩個(gè)鏈與兩個(gè)鏈組成的四鏈組成的四聚體聚體鏈：鏈：141aa；鏈：鏈：146aa 每條鏈每條鏈各含一個(gè)血紅素輔基各含一個(gè)血紅素輔基Heme血紅蛋白亞基間連接：離子鍵血紅蛋白亞基間連接：離子鍵小結(jié)小結(jié)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，主要鍵為蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，主要鍵為肽鍵肽鍵，有些，有些含含二硫鍵二硫鍵二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈骨架中原子的局部空間排列，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象。多肽鏈骨架中原子的局部空間排列，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象。 -螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲。氫鍵轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲。氫

14、鍵是二級(jí)結(jié)構(gòu)維持是二級(jí)結(jié)構(gòu)維持力量力量三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一條多肽鏈中所有原子的整體蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指在一條多肽鏈中所有原子的整體空間排布?？臻g排布。疏水鍵疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范德華力是三級(jí)結(jié)構(gòu)維持、氫鍵、離子鍵、范德華力是三級(jí)結(jié)構(gòu)維持力量力量四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。離子鍵、離子鍵、氫鍵氫鍵是四級(jí)結(jié)構(gòu)維持力量是四級(jí)結(jié)構(gòu)維持力量結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) -螺旋螺旋(-helix)、-折疊折疊(-pleated sheet)1.右手螺旋螺旋，走向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向。右手螺旋螺旋，走向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向。2.氨基酸側(cè)鏈伸向

15、外側(cè)。氨基酸側(cè)鏈伸向外側(cè)。3.每每3.6個(gè)個(gè)aa上升一圈，螺距上升一圈，螺距0.54 nm。4.N-H和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成氫鍵氫鍵。氫鍵方向與螺旋長(zhǎng)軸平行。氫鍵方向與螺旋長(zhǎng)軸平行。5.有些有些 -螺旋螺旋具有兩性（疏水性和親水性）具有兩性（疏水性和親水性）1.鋸齒狀，鋸齒狀，C為轉(zhuǎn)點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)2. R基團(tuán)位于鋸齒結(jié)構(gòu)上下方基團(tuán)位于鋸齒結(jié)構(gòu)上下方3.兩條或者更多的兩條或者更多的折疊鏈間通折疊鏈間通過(guò)過(guò)氫鍵氫鍵相連相連4.不同鏈方向可以一致，可以不同鏈方向可以一致，可以相反相反概念概念肽鍵中的四個(gè)原子（肽鍵中的四個(gè)原子（-CO-NH-）和與之相鄰的兩個(gè)）和與之相鄰的兩個(gè)碳原

16、子（碳原子（C 1、 C 2）位于同一剛性平面內(nèi)）位于同一剛性平面內(nèi)1. 肽單元（肽單元（peptide unit） 在許多蛋白質(zhì)中，有兩個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，在許多蛋白質(zhì)中，有兩個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)。形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)。2. 模體（模體（motif） 3. 結(jié)構(gòu)域（結(jié)構(gòu)域（domain） 在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個(gè)或多個(gè)在空間上可明顯區(qū)別的局部在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個(gè)或多個(gè)在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能區(qū)

17、域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能第三節(jié)第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和生物功能的基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和生物功能的基礎(chǔ)，但一級(jí)結(jié)構(gòu)并非決定空間結(jié)構(gòu)的唯一因素?？盏患?jí)結(jié)構(gòu)并非決定空間結(jié)構(gòu)的唯一因素。空間結(jié)構(gòu)是生物活性的直接體現(xiàn)。間結(jié)構(gòu)是生物活性的直接體現(xiàn)。一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(一一)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)核糖核酸酶核糖核酸酶 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇天然狀天然狀態(tài)，有態(tài)，有催化活催化活性性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活

18、性(二二)一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能與功能一級(jí)結(jié)構(gòu)是生物功能的基礎(chǔ)：一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，功一級(jí)結(jié)構(gòu)是生物功能的基礎(chǔ)：一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，功能不同；一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，功能相似能不同；一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，功能相似催產(chǎn)素（催產(chǎn)素（oxytocin）加壓素（加壓素（vasopressin） C-Y-F-Q-N-C-P-R-G-NH2S SC-Y-I-Q-N-C-P-L-G-NH2S S舉例1異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸精氨酸精氨酸催產(chǎn)素催產(chǎn)素收縮子宮平滑肌，具有催產(chǎn)功能收縮子宮平滑肌，具有催產(chǎn)功能加壓素加壓素主要收縮血管平滑肌，同時(shí)具有升壓和抗利尿作用

19、主要收縮血管平滑肌，同時(shí)具有升壓和抗利尿作用有部分相同或類似的功能。有部分相同或類似的功能。加壓素也具有一定收縮子宮平滑肌的功能加壓素也具有一定收縮子宮平滑肌的功能某些脊椎動(dòng)物胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)部分氨基酸殘基差異某些脊椎動(dòng)物胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)部分氨基酸殘基差異 舉例舉例2 2 一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，功能相似一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，功能相似A( (三三) )氨基酸序列提供進(jìn)化信息氨基酸序列提供進(jìn)化信息正常紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞鐮形紅細(xì)胞鐮形紅細(xì)胞(四四)氨基酸序列改變可引起疾病氨基酸序列改變可引起疾病鐮刀形紅細(xì)胞貧血?。ㄧ牭缎渭t細(xì)胞貧血?。╯ickle cell anemia）N-val his leu thr pro glu

20、 glu C(146) HbSHbAN-val his leu thr pro val glu C(146) 1 2 1 2 1 2 2 1Hemoglobin AHemoglobin S纈氨酸纈氨酸分子?。ǚ肿硬。╩olecular disease） ：由于由于DNA分子突變，分子突變，使蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病。使蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病。（一）血紅蛋白與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似（一）血紅蛋白與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似 空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性：結(jié)構(gòu)相似，功能相似空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性：結(jié)構(gòu)相似，功能相似二、蛋白質(zhì)功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)MyoglobinHemoglobi

21、n亞基結(jié)合血紅素亞基結(jié)合血紅素血紅素血紅素4個(gè)亞基間有個(gè)亞基間有8對(duì)鹽鍵對(duì)鹽鍵血紅素的血紅素的Fe結(jié)合結(jié)合O2,;Fe與與組蛋白配位結(jié)合組蛋白配位結(jié)合 1 2 1 2肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線Hb與與Mb一樣能可一樣能可逆地與逆地與O2結(jié)合，結(jié)合， Hb與與O2結(jié)合后稱為氧合結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合氧合Hb占總占總Hb的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化影響其與氧結(jié)合（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化影響其與氧結(jié)合deoxy hemoglobin (T) oxy hemogl

22、obin (R)Hb與與O2結(jié)合存在構(gòu)象變化結(jié)合存在構(gòu)象變化Tense stateRelaxed stateO2與血紅素與血紅素Fe結(jié)合，引起結(jié)合，引起Fe進(jìn)入血紅素平面，拉動(dòng)組氨酸殘基，進(jìn)入血紅素平面，拉動(dòng)組氨酸殘基，從而拉動(dòng)從而拉動(dòng)helix，最終改變分子構(gòu)象，最終改變分子構(gòu)象T stateR state組氨酸組氨酸 1 subunit賴氨酸賴氨酸 2 subunit別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)一個(gè)一個(gè)O2與與Hb亞基結(jié)合引起亞基結(jié)合引起Hb分子構(gòu)象變化分子構(gòu)象變化寡聚體蛋白質(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

23、寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)(cooperativity) 。 別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)（變位效應(yīng)，（變位效應(yīng)，allosteric effect）：蛋白質(zhì)分子的特定部）：蛋白質(zhì)分子的特定部位與小分子化合物結(jié)合后，引起空間構(gòu)象改變，從而促使生物位與小分子化合物結(jié)合后，引起空間構(gòu)象改變，從而促使生物學(xué)活性變化的現(xiàn)象。學(xué)活性變化的現(xiàn)象。正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)(positive cooperativity)：促進(jìn)作用：促進(jìn)作用負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)：抑制作用：抑制作用（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變引起的疾病

24、（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變引起的疾病 阿爾茨海默病阿爾茨海默病 (Alzheimers disease) 瘋牛病瘋牛病 (Mad cow disease, or bovine spongiform encephalopathy or BSE) 亨汀頓舞蹈病亨汀頓舞蹈病 (Huntingtons disease)瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的神經(jīng)退行引起的神經(jīng)退行性病變。性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc轉(zhuǎn)變成大多為轉(zhuǎn)變成大多為-折疊的折疊的PrPsc，這種形式的蛋白對(duì)蛋白，這種形式的蛋白對(duì)蛋白酶不敏感，水

25、溶性差，可以相互聚集，最終形成淀粉樣纖維沉淀，酶不敏感，水溶性差，可以相互聚集，最終形成淀粉樣纖維沉淀，從而致病。從而致病。PrPcPrPScStanley Benjamin Prusiner1997, Nobel Prize in Physiology or Medicine蛋白聚集、沉淀，蛋白聚集、沉淀，引起細(xì)胞死亡引起細(xì)胞死亡PrPScPrPc1、一級(jí)結(jié)構(gòu)中的保守序列決定空間結(jié)構(gòu)、一級(jí)結(jié)構(gòu)中的保守序列決定空間結(jié)構(gòu)（1）不同蛋白質(zhì)之間的比較：相似結(jié)構(gòu)相似功能、不同結(jié)）不同蛋白質(zhì)之間的比較：相似結(jié)構(gòu)相似功能、不同結(jié)構(gòu)不同功能構(gòu)不同功能（2）同一蛋白質(zhì)不同狀態(tài)的比較：一級(jí)結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)）同一

26、蛋白質(zhì)不同狀態(tài)的比較：一級(jí)結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】蛋白變性與復(fù)性蛋白變性與復(fù)性（3）保守序列、保守氨基酸改變，功能改變；保守氨基酸）保守序列、保守氨基酸改變，功能改變；保守氨基酸不變，功能不變不變，功能不變【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】鐮刀形貧血鐮刀形貧血一級(jí)結(jié)構(gòu)是生物功能的基礎(chǔ)一級(jí)結(jié)構(gòu)是生物功能的基礎(chǔ)小結(jié)小結(jié) 血紅蛋白和肌紅蛋白與氧結(jié)合血紅蛋白和肌紅蛋白與氧結(jié)合 蛋白構(gòu)象疾病蛋白構(gòu)象疾病2. 2. 空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化 一、蛋白質(zhì)的兩性電離一、蛋白質(zhì)的兩性電離 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質(zhì)分

27、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)，在一定的溶液氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成時(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)溶液的荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。問(wèn)題：電泳后三種蛋白質(zhì)位置問(wèn)題：電泳后三種蛋白質(zhì)位置電泳凝膠電泳凝膠39正極正極負(fù)極負(fù)極蛋白

28、質(zhì)混合液，蛋白質(zhì)混合液，已知他們已知他們pIpI分分別為別為3.53.5，4.71,7.23,4.71,7.23,pH有一混合蛋白質(zhì)溶液，各種蛋白質(zhì)的有一混合蛋白質(zhì)溶液，各種蛋白質(zhì)的pI 為為4.6；5.0；5.3；6.7；7.3。電泳時(shí)欲使其中。電泳時(shí)欲使其中4種泳向正極，緩沖液的種泳向正極，緩沖液的pH 應(yīng)該是應(yīng)該是A. 5.0 B. 4.0 C. 6.0 D. 7.0 E. 8.0蛋白質(zhì)分子是大分子，分子量蛋白質(zhì)分子是大分子，分子量1萬(wàn)萬(wàn)-100萬(wàn)，萬(wàn)，分子的直徑分子的直徑1100 nm，膠粒范圍。，膠粒范圍。 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷顆粒表面電荷水化膜水化膜

29、二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) +帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸酸堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉變性變性（denaturation）：在某些理化因素作用下，蛋）：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的白質(zhì)的空間構(gòu)象空間構(gòu)象破壞，導(dǎo)致若干理化性質(zhì)和生物學(xué)性破壞，導(dǎo)致若干理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的改變。質(zhì)的改變。三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞引起變性三、蛋白質(zhì)空

30、間結(jié)構(gòu)破壞引起變性 變性因素：變性因素：1 1）物理因素：高溫、高壓、射線等）物理因素：高溫、高壓、射線等2 2）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等 變性后的表現(xiàn)：變性后的表現(xiàn)：1 1）生物學(xué)活性消失）生物學(xué)活性消失2 2）理化性質(zhì)改變：粘度上升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、）理化性質(zhì)改變：粘度上升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、結(jié)晶能力喪失。結(jié)晶能力喪失。復(fù)性（復(fù)性（renaturation）：蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性：蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)

31、性。功能，稱為復(fù)性。應(yīng)用應(yīng)用利用變性：酒精消毒，高壓滅菌利用變性：酒精消毒，高壓滅菌防止變性：低溫保存生物制品防止變性：低溫保存生物制品取代變性：乳品解毒取代變性：乳品解毒(用于急救重金屬中毒用于急救重金屬中毒)（1 1）沉淀：不穩(wěn)定蛋白質(zhì)從溶液中析出）沉淀：不穩(wěn)定蛋白質(zhì)從溶液中析出（2 2）結(jié)絮：變性蛋白質(zhì)的絮狀沉淀，沉淀可溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿）結(jié)絮：變性蛋白質(zhì)的絮狀沉淀，沉淀可溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿（3 3）凝固：沉淀結(jié)塊，凝塊不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿）凝固：沉淀結(jié)塊，凝塊不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿變性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定變性變性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定變性蛋白質(zhì)分子含有酪氨酸和色氨酸（共軛雙蛋白質(zhì)分

32、子含有酪氨酸和色氨酸（共軛雙鍵），在鍵），在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)白質(zhì)定量測(cè)定定量測(cè)定。四、蛋白質(zhì)紫外吸收四、蛋白質(zhì)紫外吸收第五節(jié)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離、純化與結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)的分離、純化與結(jié)構(gòu)分析 蛋白質(zhì)分離純化方法蛋白質(zhì)分離純化方法蛋白質(zhì)電荷多少分離蛋白質(zhì)電荷多少分離離子交換層析離子交換層析蛋白質(zhì)分子量大小分離蛋白質(zhì)分子量大小分離透析和超濾透析和超濾凝膠過(guò)濾層析凝膠過(guò)濾層析超速離心超速離心蛋白質(zhì)溶解度大小分離蛋白質(zhì)溶解度大小分離鹽析鹽析丙酮或乙醇沉淀丙酮或乙醇沉淀免疫沉淀免疫

33、沉淀聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳等電聚焦電泳等電聚焦電泳雙向電泳雙向電泳蛋白質(zhì)與配體親和力大小分離蛋白質(zhì)與配體親和力大小分離親和層析親和層析定量定量定量定量一、透析及超濾法一、透析及超濾法- -分子量分子量透析透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。小分子化合物分開的方法。超濾法超濾法 (ultrafiltration)應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過(guò)有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。的。二、鹽析、有機(jī)溶劑沉淀及免疫沉淀二、鹽析、

34、有機(jī)溶劑沉淀及免疫沉淀 丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑，可破壞蛋白質(zhì)的水化層，在丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑，可破壞蛋白質(zhì)的水化層，在0 044低溫下，使蛋白質(zhì)沉淀。環(huán)境溫度高等不良因低溫下，使蛋白質(zhì)沉淀。環(huán)境溫度高等不良因素影響下，有機(jī)溶劑可促使蛋白質(zhì)變性。素影響下，有機(jī)溶劑可促使蛋白質(zhì)變性。鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀?；け黄茐?，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。 免疫沉淀法免疫沉淀法：利用特異抗體識(shí)別相應(yīng)的抗原蛋白，并：利用特異抗體識(shí)

35、別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。分離獲得抗原蛋白。 蛋白質(zhì)在高于或低于其蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)蛋白質(zhì)在電在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù)場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù), 稱為電泳稱為電泳(elctrophoresis) 。三、電泳三、電泳- -電荷電荷聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳等電聚焦電泳等電聚焦電泳雙向電泳雙向電泳待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過(guò)一個(gè)固態(tài)待

36、分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過(guò)一個(gè)固態(tài)物質(zhì)（固定相）時(shí)，根據(jù)待分離蛋白質(zhì)的顆粒大物質(zhì)（固定相）時(shí)，根據(jù)待分離蛋白質(zhì)的顆粒大小、電荷多少及親和力等，使蛋白質(zhì)組分在兩相小、電荷多少及親和力等，使蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而分離蛋中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而分離蛋白質(zhì)。白質(zhì)。四、層析（四、層析（chromatography）1. 凝膠過(guò)濾（分子篩，凝膠過(guò)濾（分子篩，gel filtration；排阻色譜）：利用各蛋白；排阻色譜）：利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。質(zhì)分子大小不同分離。2. 離子交換：蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同。離子交換：蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同。陽(yáng)離子交換劑：

37、陽(yáng)離子交換劑：CM-纖維素纖維素陰離子交換劑：陰離子交換劑：DEAE-纖維素纖維素3. 親和層析：抗原親和層析：抗原-抗體，配體抗體，配體-受體，金屬離子，生物素等受體，金屬離子，生物素等五、超速離心（五、超速離心（ultracenttrifugation）分子量分子量超速離心法：根據(jù)蛋白質(zhì)的分子量與形狀分離。超速離心法：根據(jù)蛋白質(zhì)的分子量與形狀分離。蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)(sedimentation coefficient, S)表示，沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)表示，沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān) 。因?yàn)槌两迪禂?shù)因?yàn)槌两迪禂?shù)S大體上和分子量成正比關(guān)系，故可應(yīng)用超速大體上和分子量