1、1第一篇 生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物分子：蛋白質(zhì)、核酸、脂類、糖類人體物質(zhì)組成 生物大分子水（55-67%)蛋白質(zhì)（15-18%)脂（10-15%)糖（1-2%)核酸第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部生化與分子生物學(xué)系王海英21. 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)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)在生命活動(dòng)中的重要性2、蛋白質(zhì)的重要生物學(xué)功能3、氧化供能1）生物催化劑：酶2）代謝調(diào)節(jié)作用：激素 ，受體，G蛋白，等3）防御作用：免疫球蛋白 ，等4）物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)：血紅蛋

2、白 ，等5）運(yùn)動(dòng)與支持：肌動(dòng)蛋白，等6）營養(yǎng)和和存儲(chǔ)：酪蛋白，卵清蛋白，等7）結(jié)構(gòu)蛋白 ：膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋白 ，等8）其他：毒蛋白，甜味劑，等1.蛋白質(zhì)的分子組成 2.蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 3.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 4.蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì) 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成一、元素組成：碳 50-55氫 6-8氧 20-23氮 15-17硫 0-3其他 微 量 其中 N含量16蛋白質(zhì)含量氮含量/16氮含量6.25蛋白質(zhì)含量？凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)1、主要元素：碳、氫、氧、氮和硫，有些蛋白質(zhì)還含有少量磷和金屬元素。2、特點(diǎn)：各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均含氮量為16%。3、定氮法測(cè)定蛋

3、白質(zhì)含量： 蛋白質(zhì)含量6.25樣品含氮量 1/16%小結(jié)二、結(jié)構(gòu)單位氨基酸（amino acid）20種L-氨基酸（甘氨酸，脯氨酸除外） 蛋白質(zhì) 肽 氨基酸 水解水解酸/堿/酶氫原子氨基羧基側(cè)鏈基團(tuán)-碳原子氨基酸的基本結(jié)構(gòu)異構(gòu)現(xiàn)象是有機(jī)化學(xué)中存在著的極為普遍的現(xiàn)象。其異構(gòu)現(xiàn)象可歸納如下： 構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳鏈異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)位置異構(gòu)互變異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)順反異構(gòu)對(duì)映非對(duì)映異構(gòu)同分異構(gòu)單鍵旋轉(zhuǎn)異構(gòu)叔胺翻轉(zhuǎn)異構(gòu)左右手互為鏡象井岡山風(fēng)景桂林風(fēng)情Louis Pasteur 1848年得到的酒石酸鹽晶體H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R非極性疏水性氨基酸2. 極性中性氨基酸3. 酸性氨基酸4. 堿性

4、氨基酸 脯氨酸（亞氨基酸）幾種特殊氨基酸 半胱氨酸 +胱氨酸二硫鍵-HH蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：L氨基酸 氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外 L氨基酸：甘氨酸（無不對(duì)稱C）除外 氨基酸結(jié)構(gòu)通式：RCH(NH2)COOH 常見氨基酸種類：20種。小結(jié)氨基酸分類：按其側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分類非極性、疏水氨基酸(非極性R基氨基酸)： Val, Leu, Ile（支鏈）；Met（含硫）；Phe , Trp （芳香族）；Pro（亞氨基）；Ala（脂肪烴 ）極性、中性氨基酸(不帶電荷的極性R基氨基酸) ： Ser, Thr（含羥基）；Tyr（芳香族）；Cys（含硫）；Gln, Asn（含酰氨） ；Gly（無旋光異

5、構(gòu)） 酸性氨基酸（含有兩個(gè)羧基）： Glu（含羧基）、Asp（含羧基） 堿性氨基酸（含有兩個(gè)以上氨基）： Arg（胍基）、His（咪唑基）、Lys（氨基）含硫氨基酸：Met、Cys芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp(zwitterion)pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽離子陰離子三、氨基酸的理化性質(zhì)1、兩性解離氨基酸的等電點(diǎn)pH pI正電荷 兩性離子 負(fù)電荷負(fù)極移動(dòng)（電場中） 不移動(dòng) 正極移動(dòng)等電點(diǎn)（isoelectric point, pI）：在某一pH溶液中中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢(shì)相等，所帶凈電荷為零，在電場中不泳動(dòng)。此時(shí)，氨基酸所

6、處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。pI值決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。等電點(diǎn)計(jì)算22223RNHRCOOHNH2COOHpKpKpIpKpKpIpKpKpI+=+=+=-aaaa堿性酸性中性2、紫外吸收：Trp、Tyr和Phe在280nm波長附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm3、顯色反應(yīng)：茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰為570nm，可用于氨基酸定量分析。例外：Pro黃色；Asn棕色等電點(diǎn)（isoelectric point, pI）：在某一pH環(huán)境中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢(shì)相等，所帶凈電荷為零，在電場中不泳動(dòng)。

7、此時(shí)，氨基酸所處環(huán)境的pH值稱為該種氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。等電點(diǎn)計(jì)算：兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。帶電狀態(tài)判定： pI-pH （正數(shù)帶正電，負(fù)數(shù)帶負(fù)電） PIPH0 帶正電 PIPH =0 不帶電 紫外吸收：Tr p、Tyr和Phe在280nm波長附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm小結(jié)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：多肽鏈（一）氨基酸通過肽鍵連接構(gòu)成多肽 1、肽鍵(peptide bond) ： 一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基之間脫水縮合形成的鍵稱為肽鍵(共價(jià)鍵)。 所形成的化合物稱為肽(peptide)肽鍵二肽312. 肽：氨基酸之間縮合，并以肽鍵相連 寡肽（氨基酸

8、殘基 aa 10）肽鏈的兩端： 氨基末端（amino terminal, N-端） 羧基末端（carboxyl terminal, C-端） 肽鏈方向：N端 C端肽鍵具部分雙鍵性，不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵中的四個(gè)原子（-CO-NH-）和與之相鄰的兩個(gè)碳原子（C1、 C2）位于同一剛性平面內(nèi)，稱為肽單元 。肽鍵上H與O的方向幾乎總是相反，稱反式肽單元（trans-peptide unit），該構(gòu)型更穩(wěn)定。CNHHHORRCNHHHORR3.肽鍵平面* 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)。4、生物活性肽：谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH過

9、氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶NADPH+H+ NADP+ 1、連接方式：肽鍵肽鍵(peptide bond)：一個(gè)氨基酸的羧基與另一氨基酸的氨基縮水而成的酰胺鍵稱為肽鍵。（CONH）肽平面(peptide unit)：由肽鍵中的四個(gè)原子（-CO-NH-）和與之相鄰的兩個(gè)碳原子共同構(gòu)成的剛性平面（CCONHC）。2、生物活性肽：谷胱甘肽：Glu-Cys-Gly，Glu以羧基形成肽鍵 3、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)形式：多肽鏈多肽鏈 (NHCHCONHCHCO)多肽鏈的方向性：從N末端指向C末端。小結(jié)第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)

10、(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) (primary structure) 多肽鏈中氨基酸的排列順序。 5 10 15 20 25 30 1 A A S X D X S L V E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A 31 T T R X D D X D S A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A 61 G S F L A I V M G G G D L E

11、V I L I X L A G Y Q E S S I X A 91 S R S L A A S M X T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S121 X E F S S X A G S V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I151 T X Q A X A F S L A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X181 X X V A D I X D S H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G211 S G V N A A Y

12、 W C D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X241 V C C X Q D S F R K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X271 A X K T F E K N S X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q301 X H X X X A X D F X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D331 L R X X X D L F X G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L36

13、1 I A A Y A F R L V V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X391 G S X R D Y S G F S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S421 K P I X I T P A I D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A451 X X S A X X A酵母己糖激酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)N末端C末端牛核糖核酸酶二硫鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的多肽鏈中氨基酸的排列順序一級(jí)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物信息：20n .多樣一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)及生物活性的基礎(chǔ).特異一級(jí)結(jié)構(gòu)的連接鍵：肽

14、鍵（主要）、二硫鍵小結(jié)二、二級(jí)結(jié)構(gòu)（一）指多肽鏈中主鏈原子在局部空間的排列，不包括氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象-螺旋 (- helix) -轉(zhuǎn)角(- turn)無規(guī)則卷曲（random coil）（二）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本形式 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式： -螺旋 -片層（-折疊） - 轉(zhuǎn)角 無規(guī)則卷曲-折疊 (- pleated sheet)45（1）多肽鏈以肽鍵平面為單位,盤曲成一個(gè)右手螺旋(順時(shí)針方向）-螺旋 （-Helix ）特點(diǎn) 46（2）每個(gè)螺旋有3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm。（3）肽鍵平面與螺旋長軸平行，兩圈螺旋之間形成氫鍵，穩(wěn)定螺旋。（4）肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R分布在螺旋外側(cè)。特點(diǎn)

15、2、-折疊(-pleated sheet)存在于纖維狀蛋白質(zhì)（ -角蛋白：蠶絲、蜘蛛絲中絲心蛋白）和球蛋白中。482. -片層（ -折疊， -pleated sheets ）-片層是由若干肽段或肽鏈排列起來所形成的扇面狀片層構(gòu)象，特征：主鏈骨架伸展呈鋸齒狀49 可以由一條多肽鏈折返形成；也可以由兩條以上多肽鏈順向或反向平行排列而成N端N端C端C端肽鏈同向N端N端N端C端C端C端肽鏈反向50 借相鄰主鏈之間的氫鍵維系，氫鍵方向與折疊長軸垂直-片層N端N端C端C端51 肽鍵中氨基酸側(cè)鏈R伸出在片層上下RRRRRRRR523、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角常發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上，無規(guī)卷曲：指沒

16、有確定性規(guī)律的肽鏈結(jié)構(gòu)。1、-螺旋(-helix)右手螺旋：3.6個(gè)AA/圈，螺距0.54nm；氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（AA1AA4），平行長軸；側(cè)鏈伸出螺旋蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指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，也就是該肽段主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的力量為氫鍵。小結(jié)2、-折疊(-pleated sheet)多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；側(cè)鏈交錯(cuò)位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方；氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；可有順平行片層和反平行片層結(jié)構(gòu)。四、超二級(jí)結(jié)構(gòu)( supersecondary structure ) 蛋白質(zhì)分子中，2個(gè)或

17、2個(gè)以上的具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合。 三種形式： -螺旋組合（） -折疊組合（） -螺旋-折疊組合（）模體 （motif ） 由二個(gè)或多個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間相互接近形成的一個(gè)特殊空間構(gòu)象，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) 1、基序或模序（motifs or modules）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，稱為模序。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)，它們可直接作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的“建筑塊”或域結(jié)構(gòu)的組成單位，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)。類型：、鋅指結(jié)構(gòu)、亮

18、氨酸拉鏈小結(jié)五、三級(jí)結(jié)構(gòu)與域結(jié)構(gòu) 指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間 位置，即一條多肽鏈的整體構(gòu)象。次級(jí)鍵介導(dǎo)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)形成疏水作用62三級(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度大大縮短， 呈棒狀、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；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；4、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)域二硫鍵（共價(jià)鍵）也參與維系三級(jí)結(jié)構(gòu)2、結(jié)構(gòu)域（domain，結(jié)構(gòu)域）蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)上，1個(gè)或數(shù)個(gè)折疊緊密、并有一定功能的球狀或纖維狀的結(jié)構(gòu)區(qū)域。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

19、。三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成使得在序列中相隔較遠(yuǎn)的氨基酸側(cè)鏈相互靠近。 長度縮短：球形、橢球形、桿狀等多數(shù)同時(shí)含有-螺旋和-折疊氨基酸位置由側(cè)鏈極性決定：非極性（內(nèi)）、極性（表面，少數(shù)內(nèi)部）、帶電（表面）次級(jí)鍵維系：疏水鍵、鹽鍵、氫鍵、范德華力、二硫鍵功能區(qū)：表面或特定部位小結(jié)結(jié)構(gòu)域（domain）：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)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。結(jié)構(gòu)域與分子整體以共價(jià)鍵相連具有相對(duì)獨(dú)立的空間構(gòu)象和生物學(xué)功能同一蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域可以相同或不同，不同蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域也可能相同或不同六、四級(jí)結(jié)構(gòu)二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)

20、立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，彼此借次級(jí)鍵相連，成為一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級(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，亞基可以相同，亦可以不同。單獨(dú)亞基，無生物學(xué)功能，二個(gè)以上亞基聚合成為有完整四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)， 才有生物學(xué)功能。血紅蛋白四聚體血紅蛋白結(jié)構(gòu)與亞基間連接亞基(subunit)：寡聚蛋白中的單條獨(dú)立的多肽鏈，具有獨(dú)立的一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，單獨(dú)存在時(shí)一般無生物學(xué)活性。亞基之間以非共價(jià)鍵聯(lián)系，亞基可以相同或不同。亞基之間以非共價(jià)鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力亞基可以相同或不同小結(jié)六、蛋白組學(xué) proteomics (1995 M.Wilkins)定義：以細(xì)胞內(nèi)全部蛋

21、白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式為研究對(duì)象技術(shù)平臺(tái)： 雙向電泳 蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取 蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析研究意義第四節(jié)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)，一級(jí)結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)；但一級(jí)結(jié)構(gòu)并非決定空間結(jié)構(gòu)的唯一因素?？臻g結(jié)構(gòu)是生物活性的直接體現(xiàn)。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)人 V E T S I S L Y Q N F V N Q S H E A Y G E R T P K T 馬 - - - G - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A豬 - - - - -

22、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A牛 - - A - V - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T羊 - - A G V - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A天竺鼠 - D A G T * R H - S - - S R - N - T S Q D D I - - D鯨 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A雞 - - H N T - - - - - A A - - - - - - - - - - S

23、- - A3 4 8 9 10 12 13 14 15 18 1 2 3 4 9 10 13 14 16 20 21 22 27 28 29 30 A 鏈 B 鏈 741、相似結(jié)構(gòu)表現(xiàn)相似功能胰島素：不同種屬動(dòng)物的胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)相似 （表12）75抗利尿激素H2N半胱酪苯丙谷天冬半胱脯精甘催產(chǎn)素H2N半胱酪異亮谷天冬半胱脯亮甘抗利尿激素促進(jìn)血管平滑肌收縮催產(chǎn)素促進(jìn)子宮平滑肌收縮2、不同結(jié)構(gòu)具有不同功能76鐮刀型紅細(xì)胞貧血：1944年首先被發(fā)現(xiàn)并被稱為分子病。正常的紅細(xì)胞異常的紅細(xì)胞3.一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，功能改變-分子病。77 正常：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys

24、- （谷氨酸） CAT 病人：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys- （纈氨酸）Hb 鏈鐮刀型紅細(xì)胞貧血病因：CTTPolymerization of HbS正常紅細(xì)胞鐮形紅細(xì)胞一級(jí)結(jié)構(gòu)是生物功能的基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)冗余，喪失功能一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，功能可能改變 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)，無活性一級(jí)結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)娜芤涵h(huán)境分子伴侶（chaperone）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶，肽基脯氨酸順-反異構(gòu)酶影響多肽鏈折疊的因素圖解：助人為樂的分子伴侶太太很快出現(xiàn)在需要她盡力而為的場所（新生肽鏈的折疊，越膜，應(yīng)激反應(yīng)等情況），她主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)她應(yīng)該幫助

25、的正在成長的新生肽姑娘（識(shí)別折疊中間物），熱情地伸出友誼之手（相互作用和結(jié)合），并發(fā)出警戒之言“不！不！別往哪兒走！”，防止她們誤入歧途掉進(jìn)不可自拔的死亡深淵（防止錯(cuò)誤的相互作用導(dǎo)致的無效折疊和不可逆聚集），從而幫助她們沿著朝向正確目標(biāo)的光明大道前進(jìn)（有利于有效折疊成功能蛋白的正確折疊途徑）。新生肽姑娘健康地成長（正確折疊）。折疊好的蛋白質(zhì)小姐愉快地，昂首闊步地準(zhǔn)備去做自己的貢獻(xiàn)（折疊成特定的空間構(gòu)象并獲得生物活性的功能蛋白 )分子伴侶幫助新生肽鏈正確折疊 生物名稱 不同氨基酸數(shù) 生物名稱 不同氨基酸數(shù)黑猩猩 0 恒河猴 1豬、牛、羊 10 馬 12雞 13 海龜 15金槍魚 21 小蠅 25

26、小麥 35 酵母 44不同生物和人的細(xì)胞色素c 中氨基酸組成的差異一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，功能可能不變 狗人猴 馬騾 鯨 兔豬袋鼠企鵝雞 鴨響尾蛇龜蒼蠅 蛾脈孢菌屬念珠菌屬面包酵母菌小麥牛 蛙金槍魚動(dòng) 物爬行動(dòng)物兩棲動(dòng)物魚哺乳動(dòng)物鳥昆 蟲植 物脊椎動(dòng)物從細(xì)胞色素C的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化人 V E T S I S L Y Q N F V N Q S H E A Y G E R T P K T 馬 - - - G - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A豬 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A牛 - -

27、 A - V - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T羊 - - A G V - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A天竺鼠 - D A G T * R H - S - - S R - N - T S Q D D I - - D鯨 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A雞 - - H N T - - - - - A A - - - - - - - - - - S - - A3 4 8 9 10 12 13 14 15 18 1 2 3 4 9 10 1

28、3 14 16 20 21 22 27 28 29 30 A 鏈 B 鏈 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 “-” 為與人相同；* 為芳香族氨基酸；未列出的為相同序列 1、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)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)【經(jīng)典舉例】酶原激活、分子病、蛋白變性與復(fù)性（3）保守序列、保守氨基酸改變，功能改變；保守氨基酸不變，功能不變【經(jīng)典舉例】分子病小結(jié)2、一級(jí)結(jié)構(gòu)并非影響空間結(jié)構(gòu)的唯一因素分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侶)：在蛋白質(zhì)加工、折疊形成特定空間構(gòu)象及穿

29、膜進(jìn)入細(xì)胞器的轉(zhuǎn)位過程中起關(guān)鍵作用的一類特殊分子。與未折疊的肽段（疏水部分）進(jìn)行可逆的結(jié)合，輔助二硫鍵的正確形成；引導(dǎo)肽鏈的正確折疊并集合多條肽鏈成為較大的結(jié)構(gòu)；可以解聚錯(cuò)誤聚合的肽段，防止錯(cuò)誤發(fā)生。肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) 二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性：結(jié)構(gòu)相似，功能相似肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線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。空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性：結(jié)構(gòu)改變，功能改變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，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。一個(gè)寡聚體

30、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)(cooperativity) 。 正協(xié)同效應(yīng)(positive cooperativity)：促進(jìn)作用負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity)：抑制作用別構(gòu)效應(yīng)（變位效應(yīng)，allosteric effect）：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，從而促使生物學(xué)活性變化的現(xiàn)象。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變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

31、可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的PrPsc，從而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折疊正常瘋牛病朊病毒致病過程中的構(gòu)象變化示意圖1、空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物特異性2、空間結(jié)構(gòu)體現(xiàn)生物活性3、空間結(jié)構(gòu)的靈活性，體現(xiàn)了生物活性的可調(diào)節(jié)特性空間結(jié)構(gòu)中的特定區(qū)域體現(xiàn)生物活性小結(jié)別構(gòu)效應(yīng)（別位效應(yīng)、變位效應(yīng)，allosteric effect）：蛋白質(zhì)分子的特定部位（調(diào)節(jié)部位）與小分子化合物（效應(yīng)物）結(jié)合后，引起空間構(gòu)象發(fā)生改變，從而促使生物學(xué)活性變化的現(xiàn)象稱為變構(gòu)效應(yīng)。包括正協(xié)同、負(fù)協(xié)同效應(yīng)【經(jīng)典舉例】血紅蛋白（Hb）：由22四聚體組成，每個(gè)亞基含有1個(gè)血紅素輔基；Hb的氧解離曲線呈“S”型。多種空間構(gòu)象，多種活性狀態(tài)4、

32、空間構(gòu)象并非生物活性的唯一影響因素【舉例】低溫下酶活性低，但并不影響構(gòu)象；鹽析時(shí)沉淀的酶無活性，但構(gòu)象不變。 5、蛋白構(gòu)象疾?。哄e(cuò)誤構(gòu)象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病。老年癡呆瘋牛病亨汀頓舞蹈病1、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性去除部分變性劑溫和復(fù)性溫和復(fù)性天然蛋白（具有正確的一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)，因此具有生物活性）變性蛋白（具有正確的一級(jí)結(jié)構(gòu)但無高級(jí)結(jié)構(gòu)，無生物活性）變性環(huán)境非天然蛋白（具有正確的一級(jí)結(jié)構(gòu)和錯(cuò)誤的高級(jí)結(jié)構(gòu)，無生物活性）【經(jīng)典舉例】Rnase小結(jié)2、前體蛋白與活性蛋白的轉(zhuǎn)變 （切除冗余及其它變化）前體蛋白（一級(jí)結(jié)構(gòu)冗余，高級(jí)結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，因此無生物活性）活性蛋白（具有

33、正確的一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)，因此具有生物活性）適合環(huán)境【經(jīng)典舉例】酶原激活：胃蛋白酶原切除N端42個(gè)氨基酸后形成活性中心及其他空間構(gòu)象，轉(zhuǎn)變?yōu)榫咚獾鞍踪|(zhì)活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除N端6個(gè)氨基酸后形成活性中心及其他正確構(gòu)象，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴饣钚缘囊鹊鞍酌浮?、分子?。╩olecular disease）：由于基因結(jié)構(gòu)改變，蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵氨基酸發(fā)生改變，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能障礙，出現(xiàn)相應(yīng)的臨床癥狀，這類遺傳性疾病稱為分子病?！窘?jīng)典舉例】鐮形細(xì)胞貧血癥：編碼珠蛋白鏈的結(jié)構(gòu)基因第六個(gè)密碼子由CTTCAT，相應(yīng)的多肽序列中N端的第六個(gè)氨基酸由GluVla；其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，在表面形成互補(bǔ)區(qū)

34、，使蛋白質(zhì)分子之間彼此聚合，促使紅細(xì)胞在低氧壓下變形成鐮形，喪失運(yùn)輸氧的生物活性。4、蛋白構(gòu)象疾?。函偱２?，由于朊病毒蛋白（PrP）構(gòu)象改變導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀。（二級(jí)結(jié)構(gòu)及其它變化）正常動(dòng)物PrPc （二級(jí)結(jié)構(gòu)多為螺旋、對(duì)蛋白酶敏感、水溶性）致病蛋白PrPsc（一級(jí)結(jié)構(gòu)相同，但二級(jí)結(jié)構(gòu)全為折疊，抗蛋白酶、水溶性差、蛋白聚集成淀粉樣沉淀）未知蛋白第五節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化 1、蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(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)。 * 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoel

35、ectric point, pI) 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)。2、蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(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。3、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，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+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

36、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)的聚沉4、變性（Denaturation）、結(jié)絮和凝固概念：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象破壞，導(dǎo)致若干理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的改變。變性因素：1）物理因素：高溫、高壓、射線等2）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等 變性后的表現(xiàn)：1）生物學(xué)活性消失2）理化性質(zhì)改變變性的意義：高溫、高壓、紫外線殺菌；防止酶制劑失活，等5、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)（1）茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。（2）雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)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

37、紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。1、兩性解離與等電點(diǎn)：同“氨基酸兩性解離”2、紫外吸收：最大吸收波長280nm 3、膠體性質(zhì)：不能透過半透膜4、沉淀、凝固蛋白質(zhì)在溶液中維持穩(wěn)定的因素： 表面電荷、水化層（溶劑化層）變性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定變性（1）沉淀：不穩(wěn)定蛋白質(zhì)從溶液中析出（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（3）凝固：沉淀結(jié)塊，凝塊不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿小結(jié)（1）變性：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變、生物活性喪失的現(xiàn)象稱為變性。變性不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。理化性質(zhì)的變化：紫外吸收、化學(xué)活性及粘度上

38、升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、結(jié)晶能力喪失。5、變性(denaturation)、復(fù)性(renaturation)（2）復(fù)性（3）應(yīng)用利用變性：酒精消毒，高壓滅菌，血慮液制備防止變性：低溫保存生物制品取代變性：乳品解毒(用于急救重金屬中毒)6、呈色反應(yīng)：雙縮尿反應(yīng)，等雙縮尿反應(yīng)可檢測(cè)蛋白質(zhì)的水解程度二、蛋白質(zhì)的分離純化1、透析及超濾法* 透析(dialysis)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。* 超濾法 應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過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。2、鹽析、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04低

39、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。*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：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。 3、電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動(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)支撐物不同，分為薄膜電泳、凝膠電泳等幾種重要的蛋白質(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。*等電聚焦電泳，通過蛋白質(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)。4、層析(chromatography)或色譜法待分離蛋白質(zhì)溶液（流動(dòng)相）經(jīng)過一個(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)固定相而分離蛋白質(zhì)。凝膠過濾（分子篩，gel filtration；排阻色譜）：利用各蛋白質(zhì)分子大小不同分離。離子交換：蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同。陽離子交換劑：CM-纖維素陰離子交換劑：DEAE-纖維素親和層析：抗原-抗體，配體