蛋白质的空间结构精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质的空间结构第1页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质分子中的结构层次蛋白质分子中的结构层次一级结构一级结构二级结构二级结构超二级结构超二级结构结构域结构域三级结构三级结构亚基亚基 四级结构四级结构第2页，讲稿共115张，创作于星期三定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排氨基酸的排列顺序列顺序。一、蛋白质的一级一、蛋白质的一级(共价共价)结构结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括，有些蛋白质还包括二硫键二硫键。第3页，讲稿共115张，创作于星期三N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第4页，讲稿共115张，创作于星期三一级结构是蛋白

2、质一级结构是蛋白质空间构象和特异生空间构象和特异生物学功能物学功能的的基础基础。第5页，讲稿共115张，创作于星期三胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构 蛋白质的根本差异在于一级结构的不同蛋白质的根本差异在于一级结构的不同第6页，讲稿共115张，创作于星期三多肽链中氨基酸序列分析多肽链中氨基酸序列分析一级结构测定一级结构测定准备工作：准备工作：准备工作：准备工作：样品纯度样品纯度样品纯度样品纯度97%97%97%97%以上；以上；以上；以上；测定蛋白质的相对分子质量（允许误差测定蛋白质的相对分子质量（允许误差测定蛋白质的相对分子质量（允许误差测定蛋白质的相对分子质量（允许误差10%10%10%10

3、%左右）左右）测定肽的数目；测定肽的数目；测定肽的数目；测定肽的数目；测定氨基酸组成测定氨基酸组成测定氨基酸组成测定氨基酸组成第7页，讲稿共115张，创作于星期三 多肽链中氨基酸序列分析多肽链中氨基酸序列分析 分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（纯度分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（纯度97%97%以上）以上）测定多肽链的测定多肽链的氨基末端氨基末端与与羧基末端羧基末端为何种氨基酸残基为何种氨基酸残基 把肽链水解成片段，分别进行分析把肽链水解成片段，分别进行分析 测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用EdmanEdman降解法降解法一般需用一般需用数种水解法数种

4、水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过后经过组合排列对比组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序结果。，最终得出完整肽链中氨基酸顺序结果。第8页，讲稿共115张，创作于星期三胰蛋白酶：胰蛋白酶：水解水解赖氨酸赖氨酸和和精氨酸精氨酸的的羧基羧基形形成的肽键；成的肽键；糜蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）：糜蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）：水解芳香水解芳香族氨基酸族氨基酸【苯丙氨酸（苯丙氨酸（PhePhe）、酪氨酸（）、酪氨酸（TyrTyr）、色氨酸（）、色氨酸（TrpTrp）】等氨基酸残基的等氨基酸残基的羧基羧基形成的肽键。形成的肽键。胃蛋白酶：专一性较差，主要水解胃蛋白

5、酶：专一性较差，主要水解GluGlu、AspAsp或其他氨基酸的侧链。或其他氨基酸的侧链。第9页，讲稿共115张，创作于星期三则其氨基酸排列顺序为：则其氨基酸排列顺序为：ThrThr-Asn-Val-Lys-Ala-Trp-Gly-lys-Asn-Val-Lys-Ala-Trp-Gly-lys如测一个九肽如测一个九肽测得测得N N端氨基酸残基为端氨基酸残基为ThrThr又分别测得片段又分别测得片段:Ala-Ala-TrpAla-Ala-Trp-Gly-Lys-Gly-Lys Val-LysVal-Lys-Ala-Ala-TrpAla-Ala-TrpThrThr-Asn-Asn-Val-LysV

6、al-Lys第10页，讲稿共115张，创作于星期三例例例例1 1 1 1：某五肽先经酸水解再经碱水解，得到摩尔数相等的五种氨某五肽先经酸水解再经碱水解，得到摩尔数相等的五种氨某五肽先经酸水解再经碱水解，得到摩尔数相等的五种氨某五肽先经酸水解再经碱水解，得到摩尔数相等的五种氨基酸（基酸（基酸（基酸（AlaAlaAlaAla、CysCysCysCys、LysLysLysLys、PhePhePhePhe和和和和SerSerSerSer）混合物，用）混合物，用）混合物，用）混合物，用EdmanEdmanEdmanEdman分析法进行分析法进行分析法进行分析法进行N NN N端端端端分析，获得分析，获得

7、分析，获得分析，获得PHT-SerPHT-SerPHT-SerPHT-Ser；经胰蛋白酶水解可得到一种；经胰蛋白酶水解可得到一种；经胰蛋白酶水解可得到一种；经胰蛋白酶水解可得到一种N NN N端为端为端为端为CysCysCysCys的三肽的三肽的三肽的三肽和另一种和另一种和另一种和另一种N NN N端为端为端为端为SerSerSerSer的二肽；用胰糜蛋白酶水解上述三肽，得到的二肽；用胰糜蛋白酶水解上述三肽，得到的二肽；用胰糜蛋白酶水解上述三肽，得到的二肽；用胰糜蛋白酶水解上述三肽，得到AlaAlaAlaAla和另一个二肽。问该五肽的氨基酸顺序怎样？和另一个二肽。问该五肽的氨基酸顺序怎样？和另

8、一个二肽。问该五肽的氨基酸顺序怎样？和另一个二肽。问该五肽的氨基酸顺序怎样？解答：解答：解答：解答：1 1 1 1、是一个、是一个、是一个、是一个N N N N端为端为端为端为SerSerSerSer的五肽；的五肽；的五肽；的五肽；2 2 2 2、胰蛋白酶的水解部位是、胰蛋白酶的水解部位是、胰蛋白酶的水解部位是、胰蛋白酶的水解部位是LysLysLysLys或或或或ArgArgArgArg的羧基端肽键，因为得到一种的羧基端肽键，因为得到一种的羧基端肽键，因为得到一种的羧基端肽键，因为得到一种N N N N端为端为端为端为SerSerSerSer的二肽，因此第二位为的二肽，因此第二位为的二肽，因此

9、第二位为的二肽，因此第二位为LysLysLysLys；3 3 3 3、经胰蛋白酶水解可得到一种、经胰蛋白酶水解可得到一种、经胰蛋白酶水解可得到一种、经胰蛋白酶水解可得到一种N N N N端为端为端为端为CysCysCysCys的三肽，所以第三位为的三肽，所以第三位为的三肽，所以第三位为的三肽，所以第三位为CysCysCysCys；4 4 4 4、因为胰糜蛋白酶只水解芳香族氨基酸的羧基端肽键，水解上述、因为胰糜蛋白酶只水解芳香族氨基酸的羧基端肽键，水解上述、因为胰糜蛋白酶只水解芳香族氨基酸的羧基端肽键，水解上述、因为胰糜蛋白酶只水解芳香族氨基酸的羧基端肽键，水解上述三肽，得到三肽，得到三肽，得到

10、三肽，得到AlaAlaAlaAla和另一个二肽，所以三肽为：和另一个二肽，所以三肽为：和另一个二肽，所以三肽为：和另一个二肽，所以三肽为：Cys-Phe-AlaCys-Phe-AlaCys-Phe-AlaCys-Phe-Ala5 5 5 5、整个五肽的顺序为、整个五肽的顺序为、整个五肽的顺序为、整个五肽的顺序为Ser-Lys-Cys-Phe-AlaSer-Lys-Cys-Phe-AlaSer-Lys-Cys-Phe-AlaSer-Lys-Cys-Phe-Ala。第11页，讲稿共115张，创作于星期三例例例例2 2 2 2：当一种4肽与FDNB反应后,用5.7mol/L HCl水解得到DNP-V

11、al及3种其他氨基酸;当这4肽用胰蛋白酶水解时发现有两种碎片段，其中一片用LiBH4还原后再进行酸水解,水解液内有氨基乙醇和一种在有浓硫酸条件下能与已醛酸反应产生紫(红)色产物的氨基酸.试问这4肽的一级结构是由哪几种氨基酸。（LiBH4还原羧酸成为醇类，可使C-末端AA还原为相应的氨基醇。）1 1 1 1、分析：FDNB即2，4-二硝基氟苯，在弱碱性溶液中可与肽链N-末端的氨基酸生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。盐酸水解可以打开所有的肽链，使蛋白质或者多肽变为游离的氨基酸。LiBH4还原羧酸成为醇类，可使C-末端AA还原为相应的氨基醇。胰蛋白酶可专一性水解由碱性氨基酸（lys，Arg）

12、羧基端形成的肽键。第12页，讲稿共115张，创作于星期三解题：解题：（1 1）四肽与）四肽与FDNBFDNB反应后，用反应后，用5.7mol/LHCl5.7mol/LHCl水解得到水解得到DNP-ValDNP-Val，证明证明N N端为端为ValVal；（2 2）LiBHLiBH4 4还原后再水解，水解液中有氨基乙醇，还原后再水解，水解液中有氨基乙醇，GlyGly是氨基乙是氨基乙酸，证明肽的酸，证明肽的C C端为端为GlyGly；（3 3）水解液中有在浓）水解液中有在浓H H2 2SOSO4 4条件下能与乙醛酸反应产生紫红色产条件下能与乙醛酸反应产生紫红色产物的氨基酸，说明此氨基酸为物的氨基酸

13、，说明此氨基酸为TrpTrp；（4 4）根据胰蛋白酶的专一性，得知此肽键）根据胰蛋白酶的专一性，得知此肽键-COOH-COOH末端是末端是LysLys或者或者ArgArg；根据以上结果可知道四肽的顺序：根据以上结果可知道四肽的顺序：ValLysTrpGlyValLysTrpGly或者或者ValArgTrpGlyValArgTrpGly。第13页，讲稿共115张，创作于星期三二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。，并不

14、涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质多肽链本身的折叠盘绕方式。蛋白质多肽链本身的折叠盘绕方式。定义定义 主要的化学键：主要的化学键：氢键氢键、盐键、疏水键、范德华力盐键、疏水键、范德华力 第14页，讲稿共115张，创作于星期三（一）酰胺平面（一）酰胺平面参参参参与与与与形形形形成成成成肽肽肽肽键键键键的的的的4 4个个个个原原原原子子子子（C C、OO、N N、HH）和和和和与与与与之之之之相相相相连连连连的的的的2 2个个个个 -碳碳碳碳原原原原子子子子（C C 1 1、C C 2 2）共共共共处处处处于于于于同同同同一一一一平平平平面面面面上上上上，形形形形成成成成酰酰酰酰胺胺胺胺平平平平面面

15、面面，或或或或称称称称肽肽肽肽键键键键平平平平面面面面，肽肽肽肽平平平平面面面面，肽肽肽肽单单单单元元元元。C C 1 1和和和和C C 2 2在在在在平平平平面面面面上上上上所所所所处处处处的的的的位位位位置置置置为反式为反式为反式为反式(trans)(trans)构型。构型。构型。构型。第15页，讲稿共115张，创作于星期三它是蛋白质构象的它是蛋白质构象的基本结构单位基本结构单位第16页，讲稿共115张，创作于星期三 （二）蛋白质二级结构的主要形式（二）蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角转角转角 (-turn)-tu

16、rn)无规卷曲无规卷曲无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)第17页，讲稿共115张，创作于星期三1、-螺旋螺旋结构要点结构要点:从从N端为起点，多肽链主链围绕中心轴形成端为起点，多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋右手螺旋，侧链侧链伸向伸向螺旋外侧。螺旋外侧。第18页，讲稿共115张，创作于星期三 第19页，讲稿共115张，创作于星期三 多个肽键平面通过多个肽键平面通过多个肽键平面通过多个肽键平面通过-碳原子旋转，相互之间紧密盘碳原子旋转，相互之间紧密盘碳原子旋转，相互之间紧密盘碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的曲成稳固的曲成稳固的曲成稳固的右手右手右手右手螺旋

17、。螺旋。螺旋。螺旋。每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键氢键氢键氢键保保保保持螺旋稳定（持螺旋稳定（持螺旋稳定（持螺旋稳定（氢键是稳定螺旋的主要键），氢键与螺旋氢键与螺旋氢键与螺旋氢键与螺旋长轴基本平行。长轴基本平行。长轴基本平行。长轴基本平行。主链呈螺旋上升，主链呈螺旋上升，主链呈螺旋上升，主链呈螺旋上升，每个氨基酸残基沿轴上升每个氨基酸残基沿轴上升每个氨基酸残基沿轴上升每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm0.15nm0.15nm0.15nm，沿轴旋转沿轴旋转

18、沿轴旋转沿轴旋转1001001001000 0 0 0，每每每每3.63.63.63.6个氨基酸残基上升一圈个氨基酸残基上升一圈个氨基酸残基上升一圈个氨基酸残基上升一圈，相当于上，相当于上，相当于上，相当于上升高度升高度升高度升高度(螺距螺距螺距螺距)0.54nm0.54nm0.54nm0.54nm，螺旋的直径约为螺旋的直径约为螺旋的直径约为螺旋的直径约为0.5nm 0.5nm 0.5nm 0.5nm。螺旋的结构特点第20页，讲稿共115张，创作于星期三例题：一个螺旋片段含有180个氨基酸残基，该片段中有多少圈螺旋？计算该-螺旋片段的轴长。解答：180/3.6=50圈，500.54=27nm，

19、该片段中含有50圈螺旋，其轴长为27nm。例题：一个含有78个氨基酸残基的螺旋的轴长是多少？此多肽的螺旋完全伸展时多长？解答：780.15=11.7nm 螺旋每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，故该螺旋圈数为：783.6圈；螺旋的直径约为0.5nm，故每圈轴长为0.5nm。完全伸展的螺旋长度约为：0.5（783.6）34.01nm第21页，讲稿共115张，创作于星期三第22页，讲稿共115张，创作于星期三多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。侧链位于锯齿结构的上下方。2 2、-折叠折叠第23页，讲稿共115张，创作于

20、星期三-折叠折叠 -折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，两段以上的两段以上的-折叠结构平折叠结构平行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行，反平行结构更为稳行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行，反平行结构更为稳定定 。两链间的肽键之间形成两链间的肽键之间形成氢键氢键，以稳固，以稳固-折叠结构。氢键与螺折叠结构。氢键与螺旋长轴旋长轴垂直垂直。第24页，讲稿共115张，创作于星期三反平行反平行第25页，讲稿共115张，创作于星期三平行平行第26页，讲稿共115张，创作于星期三3、-转角转角蛋白质多肽链经常出

21、现蛋白质多肽链经常出现180180的回折，这种肽链回的回折，这种肽链回折处的称为折处的称为-转角（转角（-tern-tern）或）或-bend-bend，或称发夹结构，或称发夹结构（hairpin structurehairpin structure）。第27页，讲稿共115张，创作于星期三 一般由四个连续的氨基酸残基组成一般由四个连续的氨基酸残基组成，第一第一个氨基酸残基与第四个形成个氨基酸残基与第四个形成氢键氢键。第28页，讲稿共115张，创作于星期三4 4、环环环多存环多存在于球状蛋白质分子中，形状像在于球状蛋白质分子中，形状像“”，称为，称为环（环（looploop）。由由6-166-

22、16个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成第29页，讲稿共115张，创作于星期三5 5、无规卷曲（自由回转）、无规卷曲（自由回转）是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。酶的功能部位常位于这种构象区域酶的功能部位常位于这种构象区域H H2 2N NCOOHCOOH第30页，讲稿共115张，创作于星期三氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链的氨基酸残基的侧链适合形成链的氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折叠时，它折叠时，它就会出现相应

23、的二级结构。就会出现相应的二级结构。第31页，讲稿共115张，创作于星期三1 1、超二级结构、超二级结构（Supersecondary structure）在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。二级结构组合体。几种类型的超二级结构几种类型的超二级结构：（三）（三）二、三级过渡态二、三级过渡态 蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域第32页，讲稿共115张，创作于星期三2、结构域、结构域多肽链在超二级结构基础上进一

24、步绕曲折多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠成叠成较为紧密较为紧密较为紧密较为紧密的的近似球状近似球状或纤维状或纤维状或纤维状或纤维状、具有部分生物具有部分生物功能功能的结构，的结构，称为结构域称为结构域称为结构域称为结构域(domain)(domain)大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各各各各行使其功能行使其功能行

25、使其功能行使其功能，称为结构域，称为结构域，称为结构域，称为结构域(domain)(domain)。第33页，讲稿共115张，创作于星期三纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶第34页，讲稿共115张，创作于星期三三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构（二）主要的化学键（二）主要的化学键非共价键非共价键：疏水键疏水键疏水键疏水键:多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链避开水相自相粘附聚集在一起，形成空穴。避开水相自相粘附聚集在一起，形成空穴。避开水

26、相自相粘附聚集在一起，形成空穴。避开水相自相粘附聚集在一起，形成空穴。离子键（盐健）离子键（盐健）离子键（盐健）离子键（盐健）:由蛋白质中正、负电荷的侧链基团由蛋白质中正、负电荷的侧链基团由蛋白质中正、负电荷的侧链基团由蛋白质中正、负电荷的侧链基团相互接近，通过静电吸引而形成的基团之间的作用力。相互接近，通过静电吸引而形成的基团之间的作用力。相互接近，通过静电吸引而形成的基团之间的作用力。相互接近，通过静电吸引而形成的基团之间的作用力。氢键：氢键：氢键：氢键：范德华力等范德华力等（一）（一）定义：定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即肽链中所有原子在三

27、维空间的排布位置。间位置，即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。由一个或多个结构域组装而成的结构。由一个或多个结构域组装而成的结构。第35页，讲稿共115张，创作于星期三第36页，讲稿共115张，创作于星期三 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第37页，讲稿共115张，创作于星期三亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是氢键和离子键氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布、亚基间蛋白质分子中各亚基的空间排布、亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象，称为通过非共价键聚合而成的特定构象，称为蛋白质蛋白质的四级结构。的四级结构。由多条多肽链组成的蛋白

28、质，肽链间相互以由多条多肽链组成的蛋白质，肽链间相互以非共价键非共价键联结成一个联结成一个活性单位活性单位，这种肽链就称为该，这种肽链就称为该蛋白质的亚基蛋白质的亚基。第38页，讲稿共115张，创作于星期三血红蛋白（血红蛋白（Hb）的四级结构）的四级结构第39页，讲稿共115张，创作于星期三从一级结构到四级结构从一级结构到四级结构血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白第40页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列，蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列，维系蛋白维系蛋白质分子的一级结构的键：肽键、二硫键质分子的一级结构的键：肽键、二硫键蛋白质的二级结构是由蛋白质的二级结构是由蛋白质

29、的二级结构是由蛋白质的二级结构是由氢键氢键氢键氢键导致的肽链卷曲与折导致的肽链卷曲与折导致的肽链卷曲与折导致的肽链卷曲与折叠叠叠叠PrimaryPrimarystructurestructureSecondarySecondarystructurestructure第41页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质的三级结构是多肽链蛋白质的三级结构是多肽链自然自然形成的三维结构形成的三维结构形成的三维结构形成的三维结构蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列PolypeptidePolypeptide(singl

30、esubunit(singlesubunitoftransthyretin)oftransthyretin)Transthyretin,withfourTransthyretin,withfouridenticalpolypeptidesubunitsidenticalpolypeptidesubunitsTertiaryTertiarystructurestructureQuaternaryQuaternarystructurestructure第42页，讲稿共115张，创作于星期三维系蛋白质分子空间结构：维系蛋白质分子空间结构：疏水键疏水键 氢键氢键 范德华力范德华力 盐键（离子键）盐键（

31、离子键）第43页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第第 三三 节节第44页，讲稿共115张，创作于星期三（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键第45页，讲稿共115张，创作于星期三 天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第4

32、6页，讲稿共115张，创作于星期三（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)第47页，讲稿共115张，创作于星期三 这种由这种由蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序发生变异发生变异所导致的疾病，称为所导致的疾病，称为“分子病分子病”。正常红细胞正常红细胞镰刀形细胞镰刀形细胞第48页，讲稿共115张，

33、创作于星期三（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 目目 录录第49页，讲稿共115张，创作于星期三（二）血红蛋白的构象变化与结合氧（二）血红蛋白的构象变化与结合氧 Hb与与Mb一一样样能能可可逆逆地地与与O2结结合合，Hb与与O2结结合合后后称称为为氧氧合合Hb。氧氧合合Hb占占总总Hb的的百百分分数数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。第50页，讲稿共115张，创作于星期三肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线第51页，讲稿共115张

34、，创作于星期三*协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为称为协同效应协同效应。如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应 (negative cooperativity)第52页，讲稿共115张，创作于星期三第53页，讲稿共115张，创作于星期三O2血血红红素素与与氧氧结结合合后后

35、，铁铁原原子子半半径径变变小小，就就能能进进入入卟卟啉啉环环的的小小孔孔中中，继继而而引引起起肽链位置的变动。肽链位置的变动。第54页，讲稿共115张，创作于星期三变（别）构效应变（别）构效应(allosteric effect)某些蛋白质表现其生物学功能时，构象发生改变，从而改变了整个分子的性质，这种现象称为别构效应。第55页，讲稿共115张，创作于星期三(R)relaxed state(T)tense state 血液中血液中O2的的运输运输 (Hb R/T(Hb R/T态的互换态的互换)Lung氧分子Hemoglobin血红蛋白血红蛋白Myoglobin肌红蛋白肌红蛋白Muscle静脉静

36、脉动脉动脉环境氧浓度高时环境氧浓度高时Hb 快速吸收氧分子快速吸收氧分子环境氧浓度低时环境氧浓度低时Hb 迅速释放氧气迅速释放氧气任何一个亚基接受任何一个亚基接受O O2 2后，会增加其他亚基吸收后，会增加其他亚基吸收O O2 2的能力的能力释放氧气后释放氧气后Hb 变回变回 T state第56页，讲稿共115张，创作于星期三（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。仍可影响其功能，严

37、重时可导致疾病发生。第57页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第58页，讲稿共115张，创作于星期三疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒

38、蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起引起的一组人和动物神经退行性病变。的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折折叠的叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第59页，讲稿共115张，创作于星期三第四节第四节蛋白质的理化性质与分离纯化蛋白质的理化性质与分离纯化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationof

39、Protein第60页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质的两性离解和电泳现象蛋白质的两性离解和电泳现象蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用蛋白质的变性蛋白质的变性蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质第61页，讲稿共115张，创作于星期三1 1、蛋白质的两性解离和电泳现象、蛋白质的两性解离和电泳现象蛋白质分子蛋白质分子与多肽、氨基酸一样，与多肽、氨基酸一样，除两端的氨基除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链侧链中某些基团，中某些基团，在一定的溶液在一定的溶液pHpH条件下都可解离成带负电荷或正条件下都

40、可解离成带负电荷或正电荷的基团。电荷的基团。蛋白质的两性解离性质使其成为人体及动物体中的重要缓冲剂，蛋白质的两性解离性质使其成为人体及动物体中的重要缓冲剂，调节体液正常调节体液正常pH。蛋白质蛋白质第62页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pHpH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷荷为为零零，此此时时溶液的溶液的pHpH称为称为蛋白质的等电点蛋白质的等电点。在在等等电电点点时时，蛋蛋白白质质较较稳稳定定，其其溶溶

41、解解度度、导导电电性性、黏黏度度、渗渗透透压压等等皆皆最最小小（制制备备或或沉沉淀淀蛋蛋白白质质），在在电电场中不移动（分离蛋白质）场中不移动（分离蛋白质）。第63页，讲稿共115张，创作于星期三在不同的在不同的pH环境下，蛋白质的电化学性质不同。环境下，蛋白质的电化学性质不同。在等电点在等电点偏酸性偏酸性溶液中，蛋白质粒子带溶液中，蛋白质粒子带负电荷负电荷，在电场中向正极移动；在电场中向正极移动；在等电点在等电点偏碱性偏碱性溶液中，蛋白质粒子带溶液中，蛋白质粒子带正电荷正电荷，在电场中向负极移动。在电场中向负极移动。利利用用蛋蛋白白质质两两性性电电离离的的性性质质，可可通通过过电电泳泳、离离

42、子子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。第64页，讲稿共115张，创作于星期三电泳电泳蛋白质在等电蛋白质在等电点点pHpH条件下，条件下，不发生电泳现不发生电泳现象。象。利用蛋白质的利用蛋白质的电泳现象，可电泳现象，可以将蛋白质进以将蛋白质进行分离纯化。行分离纯化。第65页，讲稿共115张，创作于星期三例 题根据蛋白质等电点，指出下列蛋白质在所指定根据蛋白质等电点，指出下列蛋白质在所指定的的pHpH条件下，电泳时的泳动方向：条件下，电泳时的泳动方向：(1)(1)胃蛋白酶胃蛋白酶(pI(pI1.0)1.0)，在，在pHpH5.05.0；带负电，向正极泳动带负电

43、，向正极泳动 (2)(2)血清清蛋白血清清蛋白(pI(pI4.9)4.9)，在，在pHpH6.06.0；带负电，向正极泳动带负电，向正极泳动 (3)-(3)-脂蛋白脂蛋白(pI(pI5.8)5.8)，在，在pHpH5.05.0和和pHpH9.09.0；在在pHpH5.05.0时带正电，向负极泳动；在时带正电，向负极泳动；在pHpH9.09.0带负带负电，向正极泳动电，向正极泳动 第66页，讲稿共115张，创作于星期三2 2 蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物蛋白质属于生物大大分子，分子量可自分子，分子量可自1万至万至100万万之巨，其分子的直径可达之巨，其分子的直径可达1100nm

44、，为胶粒范围，为胶粒范围之内。因此之内。因此，它在水中能够形成胶体溶液。，它在水中能够形成胶体溶液。*蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜第67页，讲稿共115张，创作于星期三+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉第68页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质溶液具有胶体溶液的典

45、型性质，如丁达尔蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用可以应用透析法透析法将非蛋白的小分子杂质除去。将非蛋白的小分子杂质除去。第69页，讲稿共115张，创作于星期三3 3 蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用蛋白质胶体溶液的稳定性与蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所它的分子量大小、所带的电荷和水化作用带的电荷和水化作用有关。有关。改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质，改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质，在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出在适当的条件

46、下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。来。第70页，讲稿共115张，创作于星期三蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用根据蛋白质的亲水胶体性质，当其环境发生改根据蛋白质的亲水胶体性质，当其环境发生改变变（加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电（加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层）点状态或失去水化层）时，蛋白质的胶体溶液时，蛋白质的胶体溶液就不再稳定并将发生沉淀作用就不再稳定并将发生沉淀作用(Precipitation)。沉淀法具有部分纯化、浓缩特点。沉淀法具有部分纯化、浓缩特点。第71页，讲稿共115张，创作于星期三3 3 蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用（1 1）可逆沉淀：）可逆沉淀：在在

47、温和温和条件下，通过改变溶液的条件下，通过改变溶液的pHpH或电或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。蛋白质发蛋白质发生沉淀后，用透析等方法除去沉淀剂，可使蛋白质重新溶生沉淀后，用透析等方法除去沉淀剂，可使蛋白质重新溶于原来的溶液中。于原来的溶液中。在沉淀过程中，在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化结构和性质都没有发生变化，在适当的，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非非变性沉淀变性沉淀。第72页，讲稿共115张，创作于星期三因为蛋白质分子量大小不同、表面所代电荷不同、因为蛋白质分

48、子量大小不同、表面所代电荷不同、表面的亲水和疏水区域不同，所以可以通过可逆表面的亲水和疏水区域不同，所以可以通过可逆沉淀法将蛋白质分离出来。沉淀法将蛋白质分离出来。可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如如等电点沉淀法等电点沉淀法、盐析法盐析法和和有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法等。等。第73页，讲稿共115张，创作于星期三3 3 蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用（2 2）不可逆沉淀：）不可逆沉淀：在强烈沉淀条件下，在强烈沉淀条件下，蛋白质发蛋白质发生沉淀后生沉淀后不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也也破坏了蛋白质的结

49、构和性质破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水，淀不可能再重新溶解于水，不易再溶于强酸和强碱不易再溶于强酸和强碱不易再溶于强酸和强碱不易再溶于强酸和强碱中，中，中，中，不能用透析等方法除去沉淀剂后使蛋白质重不能用透析等方法除去沉淀剂后使蛋白质重新溶于原来的溶液中。新溶于原来的溶液中。由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所以又称为以又称为变性沉淀变性沉淀。如如加热沉淀加热沉淀、强酸碱沉淀强酸碱沉淀、重金属盐沉淀重金属盐沉淀和和生物碱生物碱沉淀沉淀等都属于不可逆沉淀。等都属于不可逆沉淀。第74页，讲稿共1

50、15张，创作于星期三使蛋白质沉淀的试剂：使蛋白质沉淀的试剂：1.1.高浓度中性盐：高浓度中性盐：（NHNH4 4)2 2SOSO4 4、NaNa2 2SOSO4 4、NaClNaCl 这这种种加加入入盐盐中中和和蛋蛋白白质质的的电电荷荷，使使蛋蛋白白质质沉沉淀淀析析出出的的现现象象称称为为盐盐析，用于蛋白质分离制备。析，用于蛋白质分离制备。2.2.有机溶剂有机溶剂 ：丙酮、乙醇：丙酮、乙醇 破坏蛋白质水膜破坏蛋白质水膜3.3.重金属盐：重金属盐：HgHg2+2+、AgAg+、PbPb+与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐4.4.生物碱试剂：生物碱试剂：苦味酸