1、生物化學(xué)與分子生物學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)Department of Biochemistry and Molecular Biology, CMU緒緒 論論n生物化學(xué)，是研究生物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)生物化學(xué)，是研究生物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)生命科學(xué)，從分子水平探討生命反應(yīng)的基礎(chǔ)生命科學(xué)，從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)?，F(xiàn)象的本質(zhì)。n分子生物學(xué)，研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分分子生物學(xué)，研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控，子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控，揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性。揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性。生物化學(xué)生物化學(xué)人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組

2、計(jì)劃 HGP(human genome project)是由美國(guó)科是由美國(guó)科學(xué)家于學(xué)家于1985年率先提出，于年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)年正式啟動(dòng)的。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)的。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一價(jià)值達(dá)科學(xué)家共同參與了這一價(jià)值達(dá)30億美元的人億美元的人類(lèi)基因組計(jì)劃。與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波類(lèi)基因組計(jì)劃。與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱(chēng)為三大科學(xué)計(jì)劃。羅計(jì)劃并稱(chēng)為三大科學(xué)計(jì)劃。研究?jī)?nèi)容：遺傳圖譜，物理圖譜，序列圖譜，基因圖譜研究?jī)?nèi)容：遺傳圖譜，物理圖譜，序列圖譜，基因圖譜 研究人員曾經(jīng)預(yù)測(cè)人類(lèi)約有研究人員曾經(jīng)預(yù)測(cè)人類(lèi)約有710萬(wàn)個(gè)基因，萬(wàn)個(gè)基

3、因，但人類(lèi)基因總數(shù)實(shí)際在但人類(lèi)基因總數(shù)實(shí)際在2.6383萬(wàn)到萬(wàn)到3.9114萬(wàn)個(gè)之間，不超過(guò)萬(wàn)個(gè)之間，不超過(guò)40,000，只是線(xiàn)蟲(chóng)或果，只是線(xiàn)蟲(chóng)或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒(méi)有的基因蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒(méi)有的基因只有只有300個(gè)。個(gè)。蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)功能功能RNARNA組學(xué)組學(xué)代謝組學(xué)代謝組學(xué)糖組學(xué)糖組學(xué) 生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容n生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物分子的結(jié)構(gòu)與功能n物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)n基因信息傳遞及其調(diào)控基因信息傳遞及其調(diào)控第一章第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能Structure and Function of P

4、rotein 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是許多氨基酸是許多氨基酸(amino acid)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分相連形成的高分子含氮化合物。子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性n蛋白質(zhì)是生物體的基本組成部分蛋白質(zhì)是生物體的基本組成部分含量高含量高人體固體成分的人體固體成分的45%，細(xì)胞干重的，細(xì)胞干重的70%以上以上分布廣分布廣所有的器官組織都含有蛋白質(zhì)，細(xì)胞的各個(gè)部所有的器官組織都含有蛋白質(zhì)，細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)分都含有蛋白質(zhì)p種類(lèi)多種類(lèi)多蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性n蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功

5、能生物催化劑生物催化劑代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)免疫防護(hù)免疫防護(hù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持運(yùn)動(dòng)與支持細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞間信息傳遞n氧化供能氧化供能第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成主要元素主要元素C (5055%), H (67%), O (1924%), N (1319%), S (04%) 次要元素次要元素P, Fe, Cu, Zn, I, n體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)是蛋白質(zhì)體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)是蛋白質(zhì)n各種蛋白質(zhì)的平均含各種蛋白質(zhì)的平均含氮氮量為量為16% 100g樣品中蛋白質(zhì)的含量樣品中蛋白質(zhì)的含量 =每克樣品中含氮克數(shù)每克樣品中含氮克數(shù)6.2

6、5 1001/16%n三聚氰胺的含氮量為三聚氰胺的含氮量為66%左右。左右。n三聚氰胺的價(jià)格只有蛋白三聚氰胺的價(jià)格只有蛋白原料的原料的1/5。 n三聚氰胺作為一種白色結(jié)三聚氰胺作為一種白色結(jié)晶粉末，無(wú)特殊氣味，微晶粉末，無(wú)特殊氣味，微溶于冷水，溶于熱水，摻溶于冷水，溶于熱水，摻雜后不易被發(fā)現(xiàn)。雜后不易被發(fā)現(xiàn)。 一、氨基酸一、氨基酸n蛋白質(zhì)的基本組成單位蛋白質(zhì)的基本組成單位n組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種，且都種，且都是是L- -氨基酸氨基酸(甘氨酸甘氨酸除外除外)。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H( (一一) )氨基

7、酸的分類(lèi)氨基酸的分類(lèi)n根據(jù)側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分五類(lèi)根據(jù)側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分五類(lèi)：非極性脂肪族氨基酸：側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸非極性脂肪族氨基酸：側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸極性中性氨基酸：側(cè)鏈有極性但不帶電荷極性中性氨基酸：側(cè)鏈有極性但不帶電荷芳香族氨基酸：側(cè)鏈含芳香基團(tuán)芳香族氨基酸：側(cè)鏈含芳香基團(tuán)酸性氨基酸：側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)酸性氨基酸：側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)堿性氨基酸：側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)堿性氨基酸：側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸 極性中性氨基酸極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 堿性氨基酸堿性氨基酸n特殊氨基酸特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸(Pro)，環(huán)型結(jié)構(gòu)，屬于

8、亞氨基酸。，環(huán)型結(jié)構(gòu)，屬于亞氨基酸。脯氨酸在蛋白質(zhì)合成加工時(shí)可被羥基化修飾成脯氨酸在蛋白質(zhì)合成加工時(shí)可被羥基化修飾成羥脯氨酸。羥脯氨酸。甘氨酸甘氨酸(Gly)無(wú)旋光性、無(wú)無(wú)旋光性、無(wú)L-、D-型之分型之分CHH-OOC+H3N半胱氨酸半胱氨酸(Cys)+-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3胱氨酸胱氨酸-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3n習(xí)慣分類(lèi)法習(xí)慣分類(lèi)法：芳香族氨基酸芳香族氨基酸

9、: Trp, Tyr, Phe含羥基氨基酸含羥基氨基酸: Tyr, Thr, Ser含硫氨基酸含硫氨基酸: Cys, Met支鏈氨基酸支鏈氨基酸: Val, Leu, Ile雜環(huán)族氨基酸雜環(huán)族氨基酸: His, Trp雜環(huán)族亞氨基酸雜環(huán)族亞氨基酸: Pro二、肽二、肽(一一)肽肽(peptide) 肽鍵肽鍵(peptide bond)是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 -氨基脫水縮氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。合而形成的化學(xué)鍵。NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH肽鍵N

10、H2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 多肽鏈多肽鏈n二肽、三肽、五肽二肽、三肽、五肽n寡肽寡肽(oligopeptide)、多肽、多肽(polypeptide)n氨基末端氨基末端(amino terminal)，也叫，也叫N-端端n羧基末端羧基末端(carboxyl terminal)，也叫，也叫C-端端n氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)n多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)n多肽鏈從氨基末端走向羧基末端多肽鏈從氨基末端走向羧基末端n多肽與蛋白質(zhì)多肽與蛋白質(zhì)N末端末端C C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核

11、酸酶(二二)生物活性肽生物活性肽n谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)n谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽n谷氨酸的谷氨酸的 -羧基羧基形成肽鍵形成肽鍵n-SH為活性基團(tuán)為活性基團(tuán)n為酸性肽為酸性肽n是體內(nèi)重要是體內(nèi)重要的還原劑的還原劑GSH的生物學(xué)功能的生物學(xué)功能nGSH的巰基具有還原性，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或的巰基具有還原性，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀態(tài)。態(tài)。n還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的還原細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，使其變成，使其變成H2O。nGSH的巰基有嗜核特性，能與外源的嗜電子的巰基有嗜核

12、特性，能與外源的嗜電子毒物結(jié)合，阻斷這些化合物與毒物結(jié)合，阻斷這些化合物與DNA、RNA或或蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒物損害。蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒物損害。GSH過(guò)氧化物酶過(guò)氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 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)n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括： 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)(secondary 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)高級(jí)結(jié)

13、構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)或或空間構(gòu)象空間構(gòu)象一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)n定義：定義： 在蛋白質(zhì)分子中，從在蛋白質(zhì)分子中，從N-端至端至C-端的氨基酸排列順端的氨基酸排列順序。序。n主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵： 主要化學(xué)鍵是主要化學(xué)鍵是肽鍵肽鍵，蛋白質(zhì)分子中，蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的位置二硫鍵的位置也屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)的范疇。也屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)的范疇。牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)人胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)人胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)n定義：定義： 蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該蛋白質(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，并不涉及段肽鏈主鏈骨

14、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。氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。n主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 CNHH0.1320.1460.151CR20.124R1CHOn蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 -螺旋螺旋( -helix) -折疊折疊( -pleated sheet) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角( -turn)無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)規(guī)則卷曲(random coil)( (一一) )肽單元肽單元 參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原個(gè)原子子C 1，C，O，N，H，C 2位于同一位于同一平面，平面， C 1和和C 2在平面上所處的位在平面上所處的位置為反式構(gòu)型，此置為反式構(gòu)型，此同一平面上的同一平面上

15、的6個(gè)個(gè)原子構(gòu)成了所謂的原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元。CNHH0.1320.1460.151CR20.124R1CHO相鄰肽單元的旋轉(zhuǎn)性相鄰肽單元的旋轉(zhuǎn)性蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的模型蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的模型(二二) -螺旋螺旋( -helix)左手螺旋和右手螺旋左手螺旋和右手螺旋: :p多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋，側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。旋，側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。p每圈螺旋含每圈螺旋含3.6個(gè)氨基酸，螺個(gè)氨基酸，螺距為距為0.54nm。p每個(gè)肽鍵的羰基氧和第四個(gè)每個(gè)肽鍵的羰基氧和第四個(gè)肽鍵的氨基氫形成的氫鍵保肽鍵的氨基氫形成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與螺旋長(zhǎng)持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與螺旋長(zhǎng)

16、軸基本平行。軸基本平行。*Pro的的N上缺少上缺少H，不能形成，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在 -螺旋的螺旋的末端，它改變多肽鏈的方向末端，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋。并終止螺旋。 脯氨酸脯氨酸(Pro)(三三) -折疊折疊( -pleated sheet)(三三) -折疊折疊( -pleated sheet)n結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以C 為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈交替地位于鋸齒依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方狀結(jié)構(gòu)的上下方兩段以上兩段以上 -折疊結(jié)構(gòu)平行排列，可以順向平行，折疊結(jié)構(gòu)平行排

17、列，可以順向平行，也可以反向平行也可以反向平行每?jī)蓷l鏈之間的肽鍵形成氫鍵，從而維持每?jī)蓷l鏈之間的肽鍵形成氫鍵，從而維持 -折折疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定(四四) -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲n -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角( -turn)肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180回折回折通常含有通常含有4個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)殘基的羰個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)殘基的羰基氧與第四個(gè)殘基的氨基氫形成氫鍵基氧與第四個(gè)殘基的氨基氫形成氫鍵第二個(gè)氨基酸殘基通常為脯氨酸第二個(gè)氨基酸殘基通常為脯氨酸n無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲沒(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) N4CHCC3CHNHO=C2CHNC1CHNRRHOHRROHO( (五五) )模

18、體模體在蛋白質(zhì)分子中，在蛋白質(zhì)分子中，2個(gè)或個(gè)或2個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)有規(guī)則的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有構(gòu)組合形式有3種：種： 模體模體(motif)是蛋白質(zhì)分子具有特定空間構(gòu)象和特殊功能的結(jié)是蛋白質(zhì)分子具有特定空間構(gòu)象和特殊功能的結(jié)構(gòu)成分。其中一類(lèi)就是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)成分。其中一類(lèi)就是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。一些常見(jiàn)的模體：一些常見(jiàn)的模體：鋅指鋅指螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈

19、DNA結(jié)合蛋白的鋅指結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白的鋅指結(jié)構(gòu)模體模體鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體亮亮氨氨酸酸拉拉鏈鏈三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)n定義：定義： 整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。置。n穩(wěn)定因素：穩(wěn)定因素： 次級(jí)鍵次級(jí)鍵疏水作用疏水作用、離子鍵、離子鍵(鹽鍵鹽鍵)、氫鍵和、氫鍵和Van der Waals力力 共價(jià)鍵共價(jià)鍵二硫鍵也參與維持三級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵也參與維持三級(jí)結(jié)構(gòu)N 端端 C端端肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 分子量較

20、大的蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)?？烧郫B成分子量較大的蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，各行其功能，多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，各行其功能，稱(chēng)為稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)，它是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次它是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)域。上的局部折疊區(qū)域。3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脫氫酶亞基脫氫酶亞基n大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100100至至200200個(gè)個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本

21、不改變，并保持其功能n超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。n結(jié)構(gòu)域可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，結(jié)構(gòu)域可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域 四、四級(jí)結(jié)構(gòu)四、四級(jí)結(jié)構(gòu)n亞基亞基(subunit)： 許多功能性蛋白質(zhì)分子含有許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2條或條或2條以上多肽鏈。條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為亞基。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為亞基。n四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)： 亞基間以非共價(jià)鍵連接并呈特定的三維空間排布。亞基間以非共價(jià)鍵連接并呈特定的三維空間排布。蛋白質(zhì)分

22、子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的蛋白質(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(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。布局和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。n各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵。各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵。血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)( (一一) )蛋白質(zhì)的兩性電離性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性電離性質(zhì) 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外蛋白質(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)，在一定的溶氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液液pH條件

23、條件下可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的下可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)?；鶊F(tuán)。 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(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)溶液的子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH成為蛋白成為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。質(zhì)的等電點(diǎn)。PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性離子pH=pI陽(yáng)離子pHpIAmino acidpIM.W.Glycine5.9775Alanine6.00

24、89Valine5.96117Leucine5.98131Isoleucine6.02131Phenylalanine5.48165Proline6.30115tryptophan5.89204serine5.68105tyrosine5.66181Amino acidpIM.W.cystein5.07121methionine5.74149asparagine5.41132glutamine5.65146cystein5.60119a s p a r t i c acid2.97133g l u t a m i c acid3.22147Lysine9.74146Arginine10.761

25、74Histidine7.59155n人體大部分蛋白質(zhì)的人體大部分蛋白質(zhì)的pI 為為 5.0左右左右, 因此在生因此在生理理pH7.4環(huán)境下帶負(fù)電荷。環(huán)境下帶負(fù)電荷。 npI 7.4: 堿性蛋白質(zhì)，如魚(yú)精蛋白、組蛋白堿性蛋白質(zhì)，如魚(yú)精蛋白、組蛋白npI 7.4: 酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白酸性蛋白質(zhì)，如胃蛋白酶、絲蛋白 利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可以通過(guò)電泳、利用蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)，可以通過(guò)電泳、離子交換層析等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。離子交換層析等技術(shù)分離蛋白質(zhì)。( (二二) )蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)n蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可 自自1萬(wàn)至萬(wàn)至

26、100萬(wàn)萬(wàn)KD之間，其分子的直徑之間，其分子的直徑 可達(dá)可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。，為膠粒范圍之內(nèi)。n膠體性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電膠體性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電 泳現(xiàn)象、不能透過(guò)半透膜、具有吸附能力泳現(xiàn)象、不能透過(guò)半透膜、具有吸附能力維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定性的因素：維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定性的因素：n表面電荷表面電荷n水化膜水化膜-+-+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)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+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

27、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( (三三) )蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)(denaturation) 在某些物理和化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化分子的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱(chēng)為蛋白性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的變性。質(zhì)的變性。n變性的本質(zhì)：變性的本質(zhì)： 二硫鍵和非共價(jià)鍵的破壞二硫鍵和非共價(jià)鍵的破壞n蛋白質(zhì)變性后性質(zhì)的改變：蛋白質(zhì)變性后性質(zhì)的改變： 溶解度降低，粘性增加，結(jié)晶能力消失，溶解度降低，粘

28、性增加，結(jié)晶能力消失， 生物活性喪失，易被蛋白酶水解。生物活性喪失，易被蛋白酶水解。n導(dǎo)致變性的因素：導(dǎo)致變性的因素： 加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑子及生物堿試劑n臨床應(yīng)用：臨床應(yīng)用：變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑防止蛋白質(zhì)變性是有效保存蛋白質(zhì)制劑( (如疫苗如疫苗等等) )的必要條件。的必要條件。n蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)沉淀： 蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈暴露在外蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈暴露在外肽鏈融匯相互纏繞繼而聚集，因而從溶液肽鏈融匯相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為蛋白質(zhì)沉淀。中析出，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為蛋白質(zhì)沉淀。變性的蛋白質(zhì)易于發(fā)生沉淀變性