1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽

。1938年，德國(guó)化學(xué)家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一詞來(lái)描述蛋白質(zhì)。

1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶11951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)——α-螺旋(α-helix)。

1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級(jí)序列測(cè)定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代以后，后基因組計(jì)劃。1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋2什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸（aminoacids）通過(guò)肽鍵（peptidebond）相連形成的高分子含氮化合物。什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸（am3分布廣：所有器官、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)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白41）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能1）作為生物催化劑（酶）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.5肽和蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)第一節(jié)PrimaryStructureofPeptidesandProteins

肽和蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)第一節(jié)PrimaryStructure6（一）氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成肽/蛋白質(zhì)存在自然界中的氨基酸有300余種，組成體內(nèi)蛋白質(zhì)的氨基酸（aminoacid）有20種，均為L(zhǎng)-α-氨基酸（除甘氨酸外）。、肽和蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的多聚體（一）氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成肽/蛋白質(zhì)存在自然界中的氨基酸有7H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R8肽鍵是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。氨基酸通過(guò)肽鍵(peptidebond)

相互連接而形成多肽和蛋白質(zhì)。肽/蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過(guò)脫水生成的共價(jià)鍵被稱為肽鍵(peptidebond)，肽鍵是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵的性質(zhì)。肽鍵是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合9*一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。

*二肽通過(guò)肽鍵與另一分子氨基酸縮合生成三肽

……*一般來(lái)說(shuō)，由數(shù)個(gè)、十?dāng)?shù)個(gè)氨基酸組成的肽習(xí)慣稱為寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸組成的肽稱為多肽（polypeptide）。通常，多肽分子質(zhì)量<10kD；而蛋白質(zhì)則是由一條或多條肽鏈組成的更大分子，但兩者兩者經(jīng)常通用。

肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。

*一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。*10氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有游離氨基的一端稱氨基末端(aminoterminal)或N-端。羧基末端（carboxylterminal）或C

末端：多肽鏈中有游離羧基的一端稱為羧基末端(carboxylterminal)或C-端。

多肽鏈具有方向性：多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈11N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶12+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽是根據(jù)由N-端至C-端參與其組成的氨基酸殘基命名的

+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽是根據(jù)由N-端至C-端參與其組成13（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是體內(nèi)重要的還原劑

谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽是體內(nèi)重要的14GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS152.體內(nèi)有許多激素屬寡肽或多肽2.體內(nèi)有許多激素屬寡肽或多肽163.神經(jīng)肽是腦內(nèi)一類重要的肽

在神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程中起重要作用的肽類稱為神經(jīng)肽(neuropeptide)。較早發(fā)現(xiàn)的有腦啡肽(5肽)、β-內(nèi)啡肽(31肽)和強(qiáng)啡肽(17肽)等。近年發(fā)現(xiàn)的孤啡肽(17肽)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)類似于強(qiáng)啡肽。3.神經(jīng)肽是腦內(nèi)一類重要的肽在神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程中起重要作用的17組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘

。二、蛋白質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。二、蛋白質(zhì)的18

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物19(一)蛋白質(zhì)的分子組成與結(jié)構(gòu)特征是其分類的基礎(chǔ)1.蛋白質(zhì)根據(jù)分子組成分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)（simpleprotein）結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分（conjugatedprotein）輔基（prostheticgroup）(一)蛋白質(zhì)的分子組成與結(jié)構(gòu)特征是其分類的基礎(chǔ)1.蛋白質(zhì)根20分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核酸核糖體磷蛋白磷酸基團(tuán)酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細(xì)胞色素c黃素蛋白黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶金屬蛋白鐵鐵蛋白鋅乙醇脫氫酶鈣鈣調(diào)蛋白錳丙酮酸羧化酶銅細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等213.蛋白質(zhì)根據(jù)其形狀分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)兩類

，可分為：纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類

，可分為：超家族（superfamily）家族（family）亞家族（subfamily）3.蛋白質(zhì)根據(jù)其形狀分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)兩類，可22(二)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可區(qū)分為4個(gè)層次高級(jí)結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)(二)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可區(qū)分為4個(gè)層次高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(pri23三、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)肽鍵（主要化學(xué)鍵）二硫鍵蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)是指蛋白質(zhì)分子中，從N端到C端的氨基酸排列順序。形成一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：三、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)肽鍵（主要化學(xué)鍵24一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。目錄一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋25四、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指蛋白質(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

。四、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)(26五、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)比對(duì)可用于同源蛋白質(zhì)分析蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）比對(duì)常被用來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)之間結(jié)構(gòu)與功能的相似性。序列比對(duì)方法（sequence-comparisonmethod）關(guān)鍵在于將2個(gè)序列準(zhǔn)確地對(duì)齊，使之達(dá)到相同序列最大化，插入或刪除序列最小化的目的，然后計(jì)算相同的氨基酸數(shù)。同源蛋白質(zhì)僅指同一基因進(jìn)化而來(lái)的蛋白質(zhì)。

序列相似但非進(jìn)化相關(guān)的2個(gè)蛋白質(zhì)的序列，常被稱為相似（analogy）序列。五、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)比對(duì)可用于同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基27

第二節(jié)

肽、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)ThreeDimentionalStructureofPeptidesandProteins第二節(jié)

肽、蛋28蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指組成蛋白質(zhì)的肽鏈的主鏈的空間結(jié)構(gòu)，也就是肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。一、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)

的二級(jí)結(jié)構(gòu)

肽鏈主鏈骨架原子包括N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3個(gè)原子依次重復(fù)排列。

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是29

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)Ω-環(huán)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：氫鍵-螺旋(-helix)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形30（一）肽鍵是一個(gè)剛性的平面參與肽鍵的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)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（一）肽鍵是一個(gè)剛性的平面參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、31（二）-螺旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（二）-螺旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)32（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)33（四）-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。（四）-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷34（五）模體是蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(zhì)分子中，由幾個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用，所形成的折疊模樣，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure），又稱折疊（fold）或模體（motif）。超二級(jí)結(jié)構(gòu)形式有3種：αα，βαβ，ββ

（五）模體是蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(zhì)分子中，由幾個(gè)具有35鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構(gòu)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)36（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可穩(wěn)定或去穩(wěn)定相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的原因。（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以37一段肽鏈有多個(gè)谷氨酸或天冬氨酸殘基相鄰，則在pH7.0時(shí)，這些殘基的游離羧基都帶負(fù)電荷，彼此相斥，妨礙α-螺旋的形成。同樣，多個(gè)堿性氨基酸殘基在一肽段內(nèi)，由于正電荷相斥，也妨礙α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的側(cè)鏈很大，也會(huì)影響α-螺旋形成。脯氨酸的結(jié)構(gòu)不利于形成α-螺旋。形成β-折疊的肽段要求氨基酸殘基的側(cè)鏈較小，才能容許兩條肽段彼此靠近。一段肽鏈有多個(gè)谷氨酸或天冬氨酸殘基相鄰，則在pH7.0時(shí)，這38二、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)是指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，包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距甚遠(yuǎn)的肽段的空間位置關(guān)系。（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的空間分布二、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)39

肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白（myoglobin）是一個(gè)單個(gè)肽鏈的球狀蛋白質(zhì)，由153個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，含有1個(gè)血紅素（heme）輔基。肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白（myogl40(二)

維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱非共價(jià)鍵、次級(jí)鍵，主要有氫鍵、范德華力（VanderWaalsforce）、疏水作用（hydrophobicinteractin）和鹽鍵（saltingbond）（又稱離子鍵）等。(二)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成41多肽與蛋白質(zhì)課件42纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（三）三級(jí)結(jié)構(gòu)可含有功能各異的結(jié)構(gòu)域在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈可形成在三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。

纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（三）三級(jí)結(jié)構(gòu)可含有功能各異的結(jié)43（四）根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將球狀蛋白質(zhì)分為4類：反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域（全α-結(jié)構(gòu)）平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域（α，β-結(jié)構(gòu)）反平行β折疊片結(jié)構(gòu)域(全β-結(jié)構(gòu))富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)）（四）根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將球狀蛋白質(zhì)44A.全α-結(jié)構(gòu)域B.平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域C.全β-結(jié)構(gòu)域D.富含二硫鍵結(jié)構(gòu)域A.全α-結(jié)構(gòu)域B.平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)45（五）分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。*分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。*分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。（五）分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶(chaperon)通46目前已知參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶可分為3類：熱激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆轉(zhuǎn)變性或聚集的蛋白質(zhì)。伴侶蛋白(chaperonin)：伴侶蛋白普遍存在于細(xì)菌、線粒體、葉綠體和真核生物，主要有2個(gè)家族：Hsp60（在大腸桿菌中又稱為GroEL）和Hsp10。

核質(zhì)蛋白(nucleoplasmin)

目前已知參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶可分為3類：47伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用48各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。

三、多亞基的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式蛋白質(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)。體內(nèi)有許多蛋白質(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)。（一）具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式的蛋白質(zhì)由多亞基組成各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。三、多亞基的蛋白質(zhì)具有49血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)（二）亞基通過(guò)亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。

血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)（二）亞基通過(guò)亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由50（三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往往由多個(gè)亞基組成，亞基之間憑借次級(jí)鍵形成蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)。胰島素受體：由4個(gè)亞基組成(α2β2)，α亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個(gè)單體形成二聚體(dimer)。

（三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往51血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)52蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系StructureandFunctionofProteins第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系StructureandFunct53（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)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵（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)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與54

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊55（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)與功能────────────────────────

氨基酸殘基序號(hào)胰島素───────────────

A8A9A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

牛AlaSerValAla

豬ThrSerIleAla

羊AlaGlyValAla

馬ThrGlyIleAla

狗ThrSerIleAla────────────────────────（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)與功能─────56促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進(jìn)皮下黑色素生成，但作用較弱。促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-M57(三)氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。(三)氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的58（四）重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

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”。（四）重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧591.肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)功能血紅素結(jié)構(gòu)(一)血紅蛋白構(gòu)象改變引起功能變化1.肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基二、蛋白質(zhì)空60肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。肌紅蛋白(myoglobin，Mb)肌紅蛋白是61血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個(gè)亞基組62Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。2.血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力

Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合63肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線64協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)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，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)65多肽與蛋白質(zhì)課件66O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中67別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)68（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可導(dǎo)致構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病（ProteinConformationalDiseases）

：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可導(dǎo)致構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。≒rotei69蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，70瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)71三、蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、相互作用可改變其功能最初基因表達(dá)的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)，并不一定為具有生物學(xué)功能的成熟蛋白質(zhì)，新生蛋白質(zhì)通常還需要進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯后的化學(xué)修飾（第十八章）。四、生物信息學(xué)探討蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

生物信息學(xué)（bioinformatics）是一門(mén)基于信息學(xué)和計(jì)算的新興交叉學(xué)科，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序法將復(fù)雜的生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，從而闡明生命現(xiàn)象中難以解釋的復(fù)雜分子機(jī)制。三、蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、相互作用可改變其功能最初基因表達(dá)的產(chǎn)物72第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)73

一、蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，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)。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)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

一、蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的74

二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至100萬(wàn)之間，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素：顆粒表面電荷水化膜二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自75+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚集和沉淀+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白76三、很多因素可引起蛋白質(zhì)變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)三、很多因素可引起蛋白質(zhì)變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特77

造成變性的因素

變性的本質(zhì)——

破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。如加熱、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等。造成變性的因素變性的本質(zhì)——破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改78

應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

應(yīng)用舉例79若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，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)性。蛋白質(zhì)的復(fù)性(renaturation)

若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢80

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊81在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)

在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集82四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛83五、蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可用于溶液蛋白質(zhì)測(cè)定（一）蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生茚三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)。五、蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可用于溶液蛋白質(zhì)測(cè)定（一）蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)84（二）肽鏈中的肽鍵可與雙縮脲試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)。雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。（二）肽鏈中的肽鍵可與雙縮脲試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在85蛋白質(zhì)的分離、純化、鑒定和結(jié)構(gòu)分析Isolation,Purification,IdentificationandStructuralAnalysisofProteins第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離、純化、鑒定和結(jié)構(gòu)分析第五節(jié)86一、透析及超濾法可清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開(kāi)的方法。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)溶液的目的。超濾法

透析(dialysis)一、透析及超濾法可清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物利用透析袋把87二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉淀時(shí)，必須在0～4℃低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析(saltprecipitation)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化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉88將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識(shí)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)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。免疫沉淀法（immunoprecipitation）將某一純化蛋白質(zhì)免疫動(dòng)物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗89三、電泳是蛋白質(zhì)分離與鑒定的常用方法蛋白質(zhì)在高于或低于其pI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(elctrophoresis)

。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

三、電泳是蛋白質(zhì)分離與鑒定的常用方法蛋白質(zhì)在高于或低于其pI90SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定。等電聚焦電泳，通過(guò)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。雙向凝膠電泳，蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。幾種重要的蛋白質(zhì)電泳：SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定。幾種重91四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進(jìn)行層析分離待分離蛋白質(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)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質(zhì)組分在兩相中反復(fù)分配，并以不同速度流經(jīng)固定相而達(dá)到分離蛋白質(zhì)的目的。層析(chromatography)四、應(yīng)用相分配或親和原理可將蛋白質(zhì)進(jìn)行層析分離待分離蛋白質(zhì)溶92離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進(jìn)行分離。凝膠過(guò)濾(gelfiltration)又稱分子篩層析，利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。蛋白質(zhì)分離常用的層析方法離子交換層析：利用各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同進(jìn)行分離。蛋白質(zhì)93多肽與蛋白質(zhì)課件94多肽與蛋白質(zhì)課件95五、利用蛋白質(zhì)顆粒沉降行為不同可進(jìn)行超速離心分離超速離心法(ultracentrifugation)既可以用來(lái)分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測(cè)定蛋白質(zhì)的分子量。蛋白質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為用沉降系數(shù)(sedimentationcoefficient,S)表示,沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。五、利用蛋白質(zhì)顆粒沉降行為不同可進(jìn)行超速離心分離超速離心法(96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)用超速離心法測(cè)定蛋白質(zhì)分子量，但對(duì)分子形狀的高度不對(duì)稱的大多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)不適用。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)用超速離心法測(cè)97多肽與蛋白質(zhì)課件98六、用化學(xué)或反向遺傳學(xué)方法可分析或演繹多肽鏈的氨基酸序列分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成（離子交換層析）測(cè)定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進(jìn)行分析測(cè)定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數(shù)種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經(jīng)過(guò)組合排列對(duì)比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結(jié)果。六、用化學(xué)或反向遺傳學(xué)方法可分析或演繹多肽鏈的氨基酸序列分析99化學(xué)法溶解法二硝基氟苯法（DNP法）肼解法二甲基氨基萘磺酰氯法（Dansyl-氯法）還原成氨基醇法亮氨酸氨肽酶法細(xì)胞外氨肽酶法羧肽酶A法羧肽酶B法羧肽酶C法氨基酸和肽的末端測(cè)定法化學(xué)法溶解法二硝基氟苯法（DNP法）100通過(guò)核酸來(lái)推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列：按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測(cè)定DNA序列排列出mRNA序列通過(guò)核酸來(lái)推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列：按照三聯(lián)密碼的原則推演出101七、應(yīng)用物理學(xué)、生物信息學(xué)原理可進(jìn)行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定或預(yù)測(cè)通常采用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測(cè)定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。-螺旋的CD峰有222nm處的負(fù)峰、208nm處的負(fù)峰和198nm處的正峰3個(gè)成分；而-折疊的CD譜不很固定。（