1、.BIOCHEMISTRY .蛋白質的結構與功能蛋白質的結構與功能第第1 1章章Structure and Function of Protein.n什么是蛋白質什么是蛋白質? ?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。.n蛋白質研究的歷史蛋白質研究的歷史18331833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中年，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。分離到類似胃蛋白酶的物質。18641864年，血紅蛋白被分離并結晶。年，血紅蛋白被分離并結晶。1919世紀末，證明蛋白質由氨基酸組成，并合成世

2、紀末，證明蛋白質由氨基酸組成，并合成了多種短肽。了多種短肽。2020世紀初，發(fā)現蛋白質的二級結構；完成胰島世紀初，發(fā)現蛋白質的二級結構；完成胰島素一級結構測定。素一級結構測定。.2020世紀中葉，各種蛋白質分析技術相繼建立，世紀中葉，各種蛋白質分析技術相繼建立，促進了蛋白質研究迅速發(fā)展；促進了蛋白質研究迅速發(fā)展；19621962年，確定了血紅蛋白的四級結構。年，確定了血紅蛋白的四級結構。2020世紀世紀9090年代，功能基因組與蛋白質組研究地年代，功能基因組與蛋白質組研究地展開。展開。.n蛋白質的生物學重要性蛋白質的生物學重要性分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞所有器官、組織都含

3、有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。的各個部分都含有蛋白質。含量高：含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，占人體干重的占人體干重的4545，某些組織含量更高，例如，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達脾、肺及橫紋肌等高達8080。1. 蛋白質是生物體重要組成成分蛋白質是生物體重要組成成分.作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調節(jié)作用代謝調節(jié)作用免疫保護作用免疫保護作用物質的轉運和存儲物質的轉運和存儲運動與支持作用運動與支持作用參與細胞間信息傳遞參與細胞間信息傳遞2. 蛋白質具有重要的生物學功能蛋白質具有重要的生物學功能3. 氧化供能氧化供能.蛋

4、白質的分子組成蛋白質的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié).n組成蛋白質的元素組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘 。. 各種蛋白質的含氮量很接近，平均為各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16。 由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量克樣品中蛋白質的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數每克樣品含氮克數 6.251001/16%n蛋白質元素組成的特點蛋白質元素組成的特點.

5、一、組成人體蛋白質的一、組成人體蛋白質的20種氨基酸種氨基酸均屬于均屬于L- -氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。.H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H.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二、氨基酸二、氨基酸可根據側鏈結構和理化性質可根據側鏈結構和理化性質進行分類進行分類.( (一一) )側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸氨基酸.

6、( (二二) )側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸中性氨基酸.( (三三) )側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸.( (四四) )側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸.( (五五) )側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸氨基酸.n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2. 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH

7、-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3.三、三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質種氨基酸具有共同或特異的理化性質n兩性解離及等電點兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。處溶液的酸堿度。 等電點等電點(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和的溶液

8、中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的中性。此時溶液的pH值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質（一）氨基酸具有兩性解離的性質.pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+.（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質（二）含共軛雙鍵的

9、氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多數蛋白質含大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收.（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍藍紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與

10、氨基酸的含量存在正由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。.四、蛋白質是由許多氨基酸殘基組成四、蛋白質是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈的多肽鏈肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個氨基酸的是由一個氨基酸的 - -羧基與另一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形成氨基脫水縮合而形成的化學鍵。的化學鍵。（一）（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽氨基酸通過肽鍵連接而形成肽 (peptide).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+-

11、HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽酸縮合則形成三肽肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個以內氨基酸相連而成的肽稱為寡肽由十個以內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，由更多的氨基酸相連形成的肽

12、稱多肽稱多肽(polypeptide)。.N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-羧基羧基的一端的一端n多肽鏈有兩端：多肽鏈有兩端：多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。.N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶.（二）（二）體內存在多種重要的生物活性肽體內存在多種重要的生物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH).GSH過氧過氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NA

13、DPH+H+ NADP+ nGSH與與GSSG間的轉換間的轉換 . 體內許多激素屬寡肽或多肽體內許多激素屬寡肽或多肽 神經肽神經肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經肽多肽類激素及神經肽.蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié).n蛋白質的分子結構包括蛋白質的分子結構包括: 高級高級結構結構一級結構一級結構(primary structure)二級結構二級結構(secondary structure)三級結構三級結構(tertiary structure)四級結構四級結構(quaternary structu

14、re).n定義定義:蛋白質的一級結構指在蛋白質分子從蛋白質的一級結構指在蛋白質分子從N-端至端至C-端的端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白質氨基酸的排列順序決定蛋白質的一級結構的一級結構n主要的化學鍵主要的化學鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。，有些蛋白質還包括二硫鍵。 .一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能功能的基礎的基礎，但不是決定蛋白質空間構象的但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素唯一因素。.二、二、多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質二級結構二級結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間蛋白質分子中

15、某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象 。n定義定義: : n主要的化學鍵主要的化學鍵：氫鍵氫鍵 .（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上個原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個原子個原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同構型，此同一平面上的一平面上的6個原子構成了所謂的個原子構成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。.

16、（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上個原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個原子個原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同構型，此同一平面上的一平面上的6個原子構成了所謂的個原子構成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。. - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉角轉角 ( -turn) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 (random coil) （二）（二）-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構螺旋結構是常

17、見的蛋白質二級結構n蛋白質二級結構蛋白質二級結構.n - -螺旋螺旋.（三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結構折疊使多肽鏈形成片層結構.（四）（四） - -轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在普遍存在 - -轉角轉角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。分肽鏈結構。.（五）模體（五）模體是具有特殊功能的超二級結構是具有特殊功能的超二級結構在許多蛋白質分子中，可發(fā)現二個或三個具在許多蛋白質分子中，可發(fā)現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個個有規(guī)則的二級結

18、構組合，被稱為有規(guī)則的二級結構組合，被稱為超二級結構超二級結構。二級結構組合形式有二級結構組合形式有3 3種：種：， 。.二個或三個具有二級結構的肽段，在空間二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，稱為上相互接近，形成一個特殊的空間構象，稱為模體模體(motif) 。模體是具有特殊功能的超二級結構。模體是具有特殊功能的超二級結構。.鈣結合蛋白中結合鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結構鋅指結構- -螺旋螺旋-轉角（或轉角（或環(huán)）環(huán)）-螺旋模體螺旋模體鏈鏈-轉角轉角- -鏈模體鏈模體鏈鏈-轉角轉角-螺旋螺旋-轉角轉角- -鏈模體鏈模體n模體常見的形式模體

19、常見的形式.（六）氨基酸殘基的側鏈對二級結構形成的影響（六）氨基酸殘基的側鏈對二級結構形成的影響蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會出現相應的二級結構。折疊，它就會出現相應的二級結構。 .三、三、在二級結構基礎上多肽鏈進一步折疊在二級結構基礎上多肽鏈進一步折疊形成蛋白質三級結構形成蛋白質三級結構疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。力等。n主要的化學鍵主要的化學鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。整條肽鏈中全部

20、氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級結構是指整條肽鏈中全部氨基酸（一）三級結構是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置殘基的相對空間位置. 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端.纖連蛋白分子的結構域纖連蛋白分子的結構域（二）結構域（二）結構域是三級結構層次上的局部折疊區(qū)是三級結構層次上的局部折疊區(qū)分子量較大的蛋白質常可折疊成多個結構較為緊分子量較大的蛋白質常可折疊成多個結構較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結構域密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結構域 ( (domain) ) 。.（三）分子伴侶（三）

21、分子伴侶參與蛋白質折疊參與蛋白質折疊分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構。加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。使肽鏈正確折疊。 分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結合，使之解聚分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。后，再誘導其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質分子折疊過程中二硫鍵的正確分子伴侶在蛋白質分子折疊過

22、程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 .伴侶蛋白在蛋白質折疊中的作用伴侶蛋白在蛋白質折疊中的作用.亞基之間的結合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質含有二條以上多肽鏈的蛋白質具有四級結構具有四級結構蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質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，稱為觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質的四級蛋白質的四級結構結構。有些蛋白質分子含有二條或多條多肽鏈，有些蛋白質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結構，稱為蛋白每一條多肽鏈都有完整的三級結構，稱為蛋白質的質的亞基亞基

23、 (subunit)。.由由2個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子結構相同，稱之為結構相同，稱之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結構不同，則稱之為結構不同，則稱之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的血紅蛋白的四級結構四級結構.五、蛋白質的分類五、蛋白質的分類n根據蛋白質組成成分根據蛋白質組成成分:單純蛋白質單純蛋白質結合蛋白質結合蛋白質 = = 蛋白質部分蛋白質部分 + + 非蛋白質部分非蛋白質部分n根據蛋白質形狀根據蛋白質形狀:纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質球狀蛋白質球狀蛋白質.六、蛋白質組學六、蛋白

24、質組學（一）蛋白質組學基本概念（一）蛋白質組學基本概念蛋白質組是指一種細胞或一種生物所表蛋白質組是指一種細胞或一種生物所表達的全部蛋白質，即達的全部蛋白質，即“一種基因組所表達的一種基因組所表達的全套蛋白質全套蛋白質”。 .（二）蛋白質組學研究技術平臺（二）蛋白質組學研究技術平臺 蛋白質組學是高通量，高效率的研究蛋白質組學是高通量，高效率的研究: :雙向電泳分離樣品蛋白質雙向電泳分離樣品蛋白質 蛋白質點的定位、切取蛋白質點的定位、切取 蛋白質點的質譜分析蛋白質點的質譜分析 （三）蛋白質組學研究的科學意義（三）蛋白質組學研究的科學意義.蛋白質結構與功能的關系蛋白質結構與功能的關系The Rela

25、tion of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié).（一）一級結構是空間構象的基礎（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構一、蛋白質一級結構是高級結構是高級結構與功能的基礎與功能的基礎牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級結構一級結構二二硫硫鍵鍵. 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性.（二）一級結構相似的蛋白質具有相似的高級（二）一級結構相似的蛋白質具有相似的高級結構與功能結構與功能胰島素氨基酸殘基序號A5A6A10B30人ThrSe

26、rIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla.（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化學信息氨基酸序列提供重要的生物化學信息一些廣泛存在于生一些廣泛存在于生物界的蛋白質如細胞色物界的蛋白質如細胞色素素(cytochrome C)，比，比較它們的一級結構，可較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間以幫助了解物種進化間的關系。的關系。 .（四）重要蛋白質的氨基酸序列改變可引起疾病（四）重要蛋白質的氨基酸序列改變可引起疾病n例：鐮刀形紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血N-val h

27、is leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為稱為“分子病分子病”。.n肌紅蛋白肌紅蛋白/ /血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基血紅素結構血紅素結構 二、二、蛋白質的功能依賴特定空間結構蛋白質的功能依賴特定空間結構（一）（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結構相似血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結構相似.n肌紅蛋白肌紅蛋白( (myoglobin，Mb) ) 肌紅蛋白是一個只有三級肌紅蛋白是一個只有三級結

28、構的單鏈蛋白質，有結構的單鏈蛋白質，有8 8段段-螺螺旋結構。旋結構。血紅素分子中的兩個丙酸血紅素分子中的兩個丙酸側鏈以離子鍵形式與肽鏈中的側鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側鏈上的正電兩個堿性氨基酸側鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的荷相連，加之肽鏈中的F8F8組氨組氨酸殘基還與酸殘基還與FeFe2+2+形成配位結合，形成配位結合，所以血紅素輔基與蛋白質部分所以血紅素輔基與蛋白質部分穩(wěn)定結合。穩(wěn)定結合。 .n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個亞個亞基組成的四級結構，基組成的四級結構，每每個亞基可結合個亞基可結合1 1個血紅素個血紅素并攜帶并攜

29、帶1 1分子氧分子氧。Hb亞基之間通過亞基之間通過8對鹽鍵，使對鹽鍵，使4個亞基緊密個亞基緊密結合而形成親水的球狀結合而形成親水的球狀蛋白。蛋白。 .Hb與Mb一樣能可逆地與O2結合， Hb與O2結合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基（二）血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基與氧結合與氧結合.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.n協(xié)同效應協(xié)同效應( (cooperativity) )一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現象，稱為協(xié)同

30、效應。 如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應 ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用則稱為負協(xié)同效應( (negative cooperativity) ).O2血紅素與氧結血紅素與氧結合后，鐵原子半徑合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的而引起肽鏈位置的變動。變動。.n變構效應變構效應(allosteric effect)蛋白質空間結構的改變伴隨其功能的變化，稱為變構效應。.（三）蛋白質構象改變（三）蛋白質構象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質構象疾病蛋白質構象疾病：若蛋白質的折疊發(fā)生：若蛋白質的折疊發(fā)生錯誤，盡

31、管其一級結構不變，但蛋白質的構錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生。.蛋白質構象改變導致疾病的機理蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病，表現酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病，表現為蛋白質淀粉樣纖維沉淀的病理改變。為蛋白質淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、

32、瘋牛病等。.瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經退行性病變。引起的一組人和動物神經退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病n瘋牛病中的蛋白質構象改變瘋牛病中的蛋白質構象改變.第四節(jié)第四節(jié)蛋白質的理化性質蛋白質的理化性質The Physical and Chemical Characters of Protein.一、

33、一、蛋白質具有兩性電離的性質蛋白質具有兩性電離的性質蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。 當蛋白質溶液處于某一當蛋白質溶液處于某一pH時，蛋白質解離成時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的荷為零，此時溶液的pH稱為稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點。n蛋白質的等電點蛋白質的等電點( isoelectric point,

34、 pI).二、蛋白質具有膠體性質二、蛋白質具有膠體性質蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至萬至100萬之巨，其分子的直徑可達萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，為膠粒范圍之內。為膠粒范圍之內。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜n蛋白質膠體穩(wěn)定的因素蛋白質膠體穩(wěn)定的因素:.+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質不穩(wěn)定的蛋白質顆粒不穩(wěn)定的蛋白質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

35、水作用溶液中蛋白質的聚沉溶液中蛋白質的聚沉.三、蛋白質空間結構破壞而引起變性三、蛋白質空間結構破壞而引起變性在某些物理和化學因素作用下，其特定的在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質改變和生序的空間結構，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。物活性的喪失。n蛋白質的變性蛋白質的變性(denaturation).n造成變性的因素造成變性的因素: :如如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等重金屬離子及生物堿試劑等 。 n變性的本質變

36、性的本質: :破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構。質的一級結構。.n 應用舉例應用舉例: :臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。滅菌。此外此外, , 防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑（如疫苗等）的必要條件。制劑（如疫苗等）的必要條件。 .若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為象和功能，稱為復性復性(renaturation) 。. 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化

37、活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性.在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發(fā)生沉變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發(fā)生沉淀，但并不變性。淀，但并不變性。 蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。 n蛋白質沉淀蛋白質沉淀n蛋白質的凝固作用蛋白質的凝

38、固作用(protein coagulation).四、蛋白質四、蛋白質在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收波長處有特征性吸收峰。蛋白質的峰。蛋白質的OD280與其濃度呈正比關系，因與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質定量測定。此可作蛋白質定量測定。.蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。三酮反應。 蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現紫色或紅色，此反應稱為

39、硫酸銅共熱，呈現紫色或紅色，此反應稱為雙雙縮脲反應縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解程度。程度。五、應用蛋白質呈色反應可測定蛋白質五、應用蛋白質呈色反應可測定蛋白質溶液含量溶液含量 茚三酮反應茚三酮反應(ninhydrin reaction)雙縮脲反應雙縮脲反應(biuret reaction).第五節(jié)第五節(jié)蛋白質的分離純化與結構分析蛋白質的分離純化與結構分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein.一、一、透析及超濾法可去除蛋白質溶液中的透析及超濾法可去除蛋白質溶液

40、中的小分子化合物小分子化合物應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質溶液定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質溶液的目的。的目的。n透析透析(dialysis)n超濾法超濾法利用透析袋把大分子蛋白質與小分子化合利用透析袋把大分子蛋白質與小分子化合物分開的方法物分開的方法。.二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質沉淀方法的蛋白質沉淀方法使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時，必須在時，必須在04低溫下進行，低溫下進行，丙酮用量一般丙酮用量一般10倍于蛋白質溶液體積。蛋白質倍于蛋白質溶液體積。蛋白質被丙酮沉

41、淀后，應立即分離。除了丙酮以外，被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。也可用乙醇沉淀。 鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面電荷氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質沉淀。被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質沉淀。 .免疫沉淀法：免疫沉淀法：將某一純化蛋白質免疫動物可獲得將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的性質，可從抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的

42、性質，可從蛋白質混合溶液中分離獲得抗原蛋白。蛋白質混合溶液中分離獲得抗原蛋白。 .三、利用荷電性質可用電泳法將三、利用荷電性質可用電泳法將蛋白質分離蛋白質分離蛋白質在高于或低于其蛋白質在高于或低于其pIpI的溶液中為帶電的的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技術術, , 稱為稱為電泳電泳(elctrophoresis) 。根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。電泳等。 .SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰

43、胺凝膠電泳，常用于蛋白質分子，常用于蛋白質分子量的測定。量的測定。等電聚焦電泳等電聚焦電泳，通過蛋白質等電點的差異而分，通過蛋白質等電點的差異而分離蛋白質的電泳方法。離蛋白質的電泳方法。雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳是蛋白質組學研究的重要技術。是蛋白質組學研究的重要技術。n幾種重要的蛋白質電泳幾種重要的蛋白質電泳:.四、四、應用相分配或親和原理可將蛋白質應用相分配或親和原理可將蛋白質進行層析分離進行層析分離待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固態(tài)物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋態(tài)物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋白質顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分白質

44、顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質組分在兩相中反復分配，并以不同離的蛋白質組分在兩相中反復分配，并以不同速度流經固定相而達到分離蛋白質的目的。速度流經固定相而達到分離蛋白質的目的。n層析層析(chromatography)分離蛋白質的原理分離蛋白質的原理.離子交換層析：離子交換層析：利用各蛋白質的電荷量及性利用各蛋白質的電荷量及性質不同進行分離。質不同進行分離。凝膠過濾凝膠過濾(gel filtration)又稱分子篩層析又稱分子篩層析，利，利用各蛋白質分子大小不同分離。用各蛋白質分子大小不同分離。n蛋白質分離常用的層析方法蛋白質分離常用的層析方法.五、五、利用蛋白質顆粒沉降行為不同利用蛋白質顆粒沉降行為不同可進行超速離心分離可進行超速離心分離 超速離心法超速離心法(ultracentrifugation)既可以既可以用來分離純化蛋白質也可以用作測定蛋用來分離純化蛋白質也可以用作測定蛋白質的分子量。白質的分子量。 蛋白質在離心場