1、緒 論,什么是生物化學(xué)？,生物化學(xué)（biochemistry） 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現(xiàn)象的本質(zhì)。 研究方法：早期主要采用化學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)的原理和方法，隨著研究的發(fā)展融入了生理學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等的理論和技術(shù)。,一、生物化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史,（一）敘述生物化學(xué)階段(初期階段) （ 18 世紀(jì)中葉 -20 世紀(jì)初）,主要研究生物體的化學(xué)組成,對(duì)糖、脂類和氨基酸的性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 發(fā)現(xiàn)了核酸 從血液中分離出了血紅蛋白 化學(xué)合成了簡(jiǎn)單的多肽 發(fā)現(xiàn)了可溶性催化劑，奠定了酶學(xué)基礎(chǔ),（二）動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段(蓬勃發(fā)展階段) （ 20 世紀(jì)初-20 世紀(jì)后半葉）

2、,發(fā)現(xiàn)多種激素,確定生物體內(nèi)主要物質(zhì)的代謝途徑,酶學(xué)研究進(jìn)一步深入,（三） 分子生物學(xué)時(shí)期 （ 20 世紀(jì)后半葉-至今）,在營(yíng)養(yǎng)學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、酶學(xué)、物質(zhì)代謝等方面都取得了很大的進(jìn)展。例如,Watson和Crick于1953年提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型, 是進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)期的標(biāo)志。,分子生物學(xué)時(shí)期的重大事件,重組DNA技術(shù)的建立、應(yīng)用、發(fā)展 核酶的發(fā)現(xiàn) 技術(shù)的發(fā)明,分子生物學(xué)時(shí)期的偉大創(chuàng)舉,人類基因組計(jì)劃,日常生活中的“生化現(xiàn)象”,1.雞蛋要煮熟了吃 2.子女和父母長(zhǎng)的很像 3.通過(guò)谷丙轉(zhuǎn)氨酶的活性可以作為判斷肝臟疾病的指標(biāo) 4.有的人喝酒之后會(huì)出現(xiàn)面部發(fā)紅的現(xiàn)象,二、當(dāng)代生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容

3、,（一）理論 .生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能 蛋白質(zhì)、核酸、酶 物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 糖類、脂類、蛋白質(zhì)；核苷酸、生物氧化 3.基因信息傳遞及其調(diào)控 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯； 基因表達(dá)調(diào)控； 基因重組與基因工程 4.有關(guān)專題 肝膽生化、血液生化,（二）實(shí)驗(yàn),生物化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性基礎(chǔ)學(xué)科。每一項(xiàng)重要理論的提出，都源于實(shí)驗(yàn)，又回過(guò)來(lái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)將設(shè)想上升為理論，理論又在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)向?qū)嶒?yàn)提出新的要求。二者相輔相成，共同促進(jìn)了整個(gè)學(xué)科的發(fā)展。,三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué),*生物化學(xué)技術(shù)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的重要手段 ，與醫(yī)藥衛(wèi)生各學(xué)科關(guān)系密切。 如生理學(xué)、病理學(xué)、組織學(xué)、微生物與免疫學(xué)、藥理學(xué)、毒理學(xué)等 *生物化學(xué)理論與技術(shù)

4、加快了臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展 ，它涉及疾病的診斷、治療及預(yù)防，對(duì)疾病發(fā)病機(jī)制的研究也需要從分子水平加以探討,四、生物化學(xué)的特點(diǎn),概念模糊，理論抽象， 代謝繁雜，內(nèi)容枯燥。,五、如何學(xué)好生物化學(xué),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能,第1章,Structure and Function of Protein,什么是蛋白質(zhì)?,蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。,蛋白質(zhì)研究的歷史,1833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。 1864年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。 19世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多

5、種短肽。 20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。,20世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展； 1962年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。 20世紀(jì)90年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究地展開(kāi)。,蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性,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。,1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分,作為生物催化劑（酶） 代謝調(diào)節(jié)作用 免疫保護(hù)作用 物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ) 運(yùn)動(dòng)與支持作用 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,

6、3. 氧化供能,所以,蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ),沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命.,蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein,第一節(jié),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 。,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) 6.25100,1/16%,蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn),一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于L-氨

7、基酸,存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,非極性脂肪族氨基酸 極性中性氨基酸 芳香族氨基酸 酸性氨基酸 堿性氨基酸,二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類,(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸,(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸,(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,賴氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine

8、 Arg R 10.76,組氨酸 histidine His H 7.59,（四）側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸,（五）側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸是堿性氨基酸,目 錄,其它分類方法: 酸堿:天冬谷酸，賴組精堿 芳香族:色、酪、苯丙 含硫 :半胱氨酸、蛋氨酸 支鏈：亮、異亮、纈 酰胺：天冬酰胺、谷氨酰胺 R含羥基：蘇、絲、酪 縮寫相近：色Trp、酪Tyr、蘇Thr 營(yíng)養(yǎng)必需氨基酸：色賴苯丙蛋，蘇亮異亮纈 生酮：亮、賴；生糖：芳香族+蘇、亮；生酮兼生糖：余,幾種特殊氨基酸,脯氨酸（亞氨基酸）,注意點(diǎn)： 為亞氨基酸，此氨基仍能與另一羧基形成肽鍵 亞氨基的N在環(huán)中，移動(dòng)的自由度受限制，當(dāng)脯氨酸

9、處于多肽鏈中時(shí)，往往形成轉(zhuǎn)角 可被修飾為羥脯氨酸, 半胱氨酸,胱氨酸,三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì),兩性解離及等電點(diǎn),氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。,等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。,（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì),pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性離子,陽(yáng)離子,陰離子,（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì),色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)

10、定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物,氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。 由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。,四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈,肽鍵(peptide bond)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。本質(zhì)是酰胺鍵。,（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽 (peptide),+,甘氨酰甘氨酸,肽鍵,肽是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。,兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子

11、氨基酸縮合則形成三肽,肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。,由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。,N 末端：多肽鏈中有游離-氨基的一端 C 末端：多肽鏈中有游離-羧基的一端,多肽鏈有兩端：,多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),GSH過(guò)氧化物酶,GSH還原酶,NADPH+H+,NADP+,GSH與

12、GSSG間的轉(zhuǎn)換,谷胱甘肽的作用,1、還原性:保護(hù)蛋白質(zhì)分子中的巰基，維持細(xì)胞膜完整性及酶分子的活性； 2、保護(hù)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)； 3、解毒：噬核特性，與嗜電子毒物結(jié)合。,體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽,神經(jīng)肽(neuropeptide),2.多肽類激素及神經(jīng)肽,蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein,第二節(jié),蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:,一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure) 二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure) 三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure) 四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure),定義: 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指

13、在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。,一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(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。,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。,二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì) 二級(jí)結(jié)構(gòu),主要的化學(xué)鍵：氫鍵,（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上,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 (peptide unit) 。,肽單元 (peptide unit),蛋白質(zhì)的主鏈骨架是由一系列剛性的肽平面所組

14、成。肽鍵兩端的-碳原子所形成的單鍵可自由旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)決定了兩個(gè)肽平面的相對(duì)關(guān)系，從而使多肽鏈折疊、盤曲成高級(jí)結(jié)構(gòu)。,-螺旋 ( -helix) -折疊 (-pleated sheet) -轉(zhuǎn)角 (-turn) 無(wú)規(guī)卷曲 (random coil),（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),-螺旋,基本特點(diǎn) a、單鏈、右手螺旋 b、氨基酸殘基側(cè)鏈位于螺旋的外側(cè) c、每一螺旋由3.6氨基酸殘基組成 螺距0.54nm d、相鄰2圈螺旋間1個(gè)肽鍵的C=O 與氨基酸殘基第4個(gè)肽鍵的N-H形成氫鍵 e、氫鍵方向與螺旋縱軸平行，鏈內(nèi)氫鍵是螺旋穩(wěn)定的主要因素,（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu),基

15、本特征 a、肽鍵平面充分伸展, 折疊成鋸齒狀， b、氨基酸殘基側(cè)鏈交替位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方 c、維系依靠肽鏈間的氫鍵，氫鍵的方向與肽鏈長(zhǎng)軸垂直 d、肽鏈的N末端在同一側(cè)-順向平行， 反之為反向平行。,（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)。,基本特征 a、肽鏈出現(xiàn)1800轉(zhuǎn)回折的“U”結(jié)構(gòu) b、由第1個(gè)氨基酸殘基的C=O 與第4個(gè)氨基酸殘基的N-H形成氫鍵,（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu),在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(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)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。,二級(jí)結(jié)構(gòu)組合

16、形式有3種：， 。,二個(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，稱為模體(motif) 。,模體是具有特殊功能的超二級(jí)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),-螺旋-轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-螺旋模體 鏈-轉(zhuǎn)角-鏈模體 鏈-轉(zhuǎn)角-螺旋-轉(zhuǎn)角-鏈模體,模體常見(jiàn)的形式,（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響,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-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 影響因素: 側(cè)鏈基團(tuán)過(guò)大,產(chǎn)生位阻效應(yīng) 連續(xù)多個(gè)同性氨基酸出現(xiàn) 脯氨酸其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 甘氨酸的存在,三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu),

17、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。,定義:,（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置,肌紅蛋白 (Mb),纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域,（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū),分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域 (domain) 。,（三）分子伴侶參與蛋白質(zhì)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

18、，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。,伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用,亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。,四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(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)。,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),注意: 在具有四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中，

19、亞基單獨(dú)存在無(wú)活性 不是所有的蛋白質(zhì)都具有四級(jí)結(jié)構(gòu) 有些蛋白質(zhì)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)也有生物活性,五、蛋白質(zhì)的分類,根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:,根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:,六、蛋白質(zhì)組學(xué),（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念,蛋白質(zhì)組是指一種細(xì)胞或一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即“一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”。,（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺(tái),蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究:,雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取 蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析,（三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 The Relation of Structure and Function of Protein,第三節(jié),（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基

20、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),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(wú)活性,（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,（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(cytochrome C)，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。,（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病,例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血,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”。,肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基,血紅素結(jié)構(gòu),二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu),（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似,肌紅蛋白(myo

21、globin，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-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。,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)，每個(gè)亞基可結(jié)合1個(gè)血紅素并攜帶1分子氧。 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。,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。,（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影

22、響亞基與氧結(jié)合,肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線,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) (positive cooperativity) 如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng) (negative cooperativity),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)。,變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect),蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。,（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病,蛋白質(zhì)構(gòu)

23、象疾病：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。,蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：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、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。,瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, 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-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-折疊的PrPsc，從而致病。,瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變,第四節(jié),蛋白質(zhì)的理化性

24、質(zhì) The Physical and Chemical Characters of Protein,一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(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)( isoelectric point, pI),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)之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。,顆粒表面電荷 水化膜,蛋白質(zhì)膠

25、體穩(wěn)定的因素:,水化膜,帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì),溶液中蛋白質(zhì)的聚沉,三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性,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),造成變性的因素: 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 。,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。,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(renaturation)

26、。,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(wú)活性,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(protein coagulation),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。,蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚

27、三酮反應(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)，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。,五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)溶液含量,茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction),雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction),第五節(jié),蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein,一、透析及超濾法可去除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物,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。,透析(dialysi

28、s),超濾法,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。,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04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(salt precipitation)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。,免疫沉淀法：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。,三、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分

29、離,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。,SDS-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。 雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。,幾種重要的蛋白質(zhì)電泳:,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)分離