生物化学第一蛋白质的结构与功能精选PPT.ppt

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1、关于生物化学第一蛋白质的结构与功能第1页，讲稿共121张，创作于星期二Protein Protein 来自希腊字母，意思是来自希腊字母，意思是“头等重头等重要的，原始的要的，原始的”蛋白质蛋白质 来源于对蛋清（清蛋白）的研究来源于对蛋清（清蛋白）的研究 分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的占人体干重的4545，某些组织含量更高，例如，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达脾、肺及横纹肌等高达8080。第2页，

2、讲稿共121张，创作于星期二 18331833年年 PayenPayen和和PersozPersoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。18641864年年 Hoppe-SeylerHoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。将其制成结晶。1919世纪末世纪末 FischerFischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，并证明蛋白质是由氨基酸组成的，并将氨基酸合成了多种短肽将氨基酸合成了多种短肽。19381938年年 德国化学家德国化学家Gerardus J.MulderGerardus J.Mulder引用引用“Protein”Protein”一词来描述蛋白质。

3、一词来描述蛋白质。大事记：大事记：第3页，讲稿共121张，创作于星期二19511951年年 PaulingPauling采用采用X X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构结构-螺旋螺旋(-helix)(-helix)。19531953年年 Frederick SangerFrederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。19621962年年 John Kendrew John Kendrew 和和 Max PerutzMax Perutz确定了血红蛋白的确定了血红蛋白的四级结构。四级结构。2020世纪世纪9090年代以后年代以后

4、 后基因组计划。后基因组计划。第4页，讲稿共121张，创作于星期二一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质(protein)(protein)是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸(amino(amino acids)acids)通通过过肽肽键键(peptide(peptide bond)bond)相相连形成的高分子含连形成的高分子含氮氮化合物。化合物。第5页，讲稿共121张，创作于星期二1 1）酶的生物催化作用）酶的生物催化作用二、二、蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能第6页，讲稿共121张，创作于星期二2 2）调控作用）调控作用参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等

5、参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等参与代谢调控：如激素或生长因子等参与代谢调控：如激素或生长因子等第7页，讲稿共121张，创作于星期二3 3）运动与支持）运动与支持机体的结构蛋白：机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等头发、骨骼、牙齿、肌肉等第8页，讲稿共121张，创作于星期二4 4）参与运输贮存的作用）参与运输贮存的作用血红蛋白血红蛋白 运输氧运输氧铜蓝蛋白铜蓝蛋白 运输铜运输铜铁蛋白铁蛋白 贮存铁贮存铁第9页，讲稿共121张，创作于星期二5 5）免疫保护作用）免疫保护作用抗原抗体反应抗原抗体反应凝血机制凝血机制第10页，讲稿共121张，创作于星期二6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息

6、传递信号传导中的受体、信息分子等信号传导中的受体、信息分子等7 7）氧化供能氧化供能第11页，讲稿共121张，创作于星期二蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 组组 成成The Molecular Component of Protein第第 一一 节节第12页，讲稿共121张，创作于星期二 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素 有有些些蛋蛋白白质质还还含含有有少少量量的的P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、SeSe、I I等等。C 50 55%H 6 7%O 19 24%N 13 19%S 0 4%主主要要元元素素组组成成第13页，讲稿共121张，创作于星期二 各种蛋白质的含氮量很接近

7、，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为1616。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点凯氏定氮法：凯氏定氮法：凯氏定氮法：凯氏定氮法：第14页，讲稿共121张，创作于星期二一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存存在在自自然然界界中中的的氨氨基

8、基酸酸有有300300余余种种，但但组组成人体蛋白质的基本氨基酸仅有成人体蛋白质的基本氨基酸仅有2020种种第15页，讲稿共121张，创作于星期二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R第16页，讲稿共121张，创作于星期二 基基本本氨氨基基酸酸中中，除除脯脯氨氨酸酸和和甘甘氨氨酸酸外其余均属于外其余均属于L-L-氨基酸氨基酸。例外：Pro Pro 亚氨基酸亚氨基酸Gly Gly 没有手性没有手性第17页，讲稿共121张，创作于星期二1.1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸3.3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.4.碱性氨基酸碱性氨基酸

9、（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类分类依据分类依据 ：R R侧链基团的结构及理侧链基团的结构及理 化性质的不同化性质的不同第18页，讲稿共121张，创作于星期二甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸第19页，讲稿共12

10、1张，创作于星期二色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸第20页，讲稿共121张，创作于星期二侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷。侧链基团在中性溶液中解离后带

11、负电荷。3.酸性氨基酸酸性氨基酸 Glu，Asp天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22第21页，讲稿共121张，创作于星期二4.碱性氨基酸碱性氨基酸 His，Arg，Lys侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。组氨酸组氨酸 His（H）7.59赖氨酸赖氨酸Lys（K）9.74精氨酸精氨酸 Arg（R）10.76第22页，讲稿共121张，创作于星期二另外：1 1、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修 饰的饰的修饰氨基酸修饰氨基酸 如：如：脯氨酸

12、脯氨酸 羟基化羟基化 成成 羟脯氨酸羟脯氨酸 赖氨酸赖氨酸 羟基化羟基化 成成 羟赖氨酸羟赖氨酸2 2、半胱氨酸半胱氨酸CysCys常以常以胱氨酸胱氨酸的形式存在的形式存在第23页，讲稿共121张，创作于星期二 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH第24页，讲稿共121张，创作于星期二（二）氨基酸的理化性质（二）氨基酸的理化性质1.1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。处溶液的酸碱度。+OH-+H+OH-+H+pHpI阴离子阴离子第25页，讲稿共121张，创作于星期二等电点等电点(isoel

13、ectric point,pI)(isoelectric point,pI)在在某某一一pHpH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pHpH值值称称为为该该氨氨基基酸酸的的等等电点电点。第26页，讲稿共121张，创作于星期二2.2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸色氨酸和和酪氨酪氨酸酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm280 nm 附近。附近。第27页，讲稿共121张，创作于星期二紫外分分光度法：紫外分分光度法：大多数蛋白质含有这大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，

14、所以测两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液定蛋白质溶液280nm280nm的光的光吸收值是分析溶液中蛋吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的白质含量的快速简便的方法。方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第28页，讲稿共121张，创作于星期二3 3显色反应显色反应 茚茚三三酮酮反反应应：氨氨基基酸酸可可与与茚茚三三酮酮缩缩合合产产生生蓝紫色化合物蓝紫色化合物，最大吸收峰在，最大吸收峰在570nm570nm。该该反反应应可可作作为为蛋蛋白白质质定定性性、定定量量分分析析的的基基础。础。第29页，讲稿共121张，创作于星期二二、肽二、肽（一）肽（一）肽(peptide)(peptide

15、)肽肽是由氨基酸通过是由氨基酸通过肽键肽键缩合而形缩合而形成的化合物。成的化合物。第30页，讲稿共121张，创作于星期二+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第31页，讲稿共121张，创作于星期二肽肽键键(peptide(peptide bond)bond)：是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合合而而形形成成的的化化学键，本质为学键，本质为酰胺键酰胺键。氨氨基基酸酸残残基基(residue)(residue):肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因为脱水缩合而基团不全，被称为因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。氨基酸残基。第3

16、2页，讲稿共121张，创作于星期二*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸，三分子氨基酸缩合则形成缩合则形成三肽三肽*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide)(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的由更多的氨基酸相连形成的肽称肽称多肽多肽(polypeptide)(polypeptide)。*多多肽肽链链(polypeptide(polypeptide chain)chain)是是指指许许多多氨氨基基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。第33页，讲稿共121张，创作于星

17、期二N N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有方向性：多肽链有方向性：Ala-Tyr-Asp-Gly Ala-Tyr-Asp-GlyN CN端C端第34页，讲稿共121张，创作于星期二N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第35页，讲稿共121张，创作于星期二（二）（二）几种生物活性肽几种生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第36页，讲稿共121张，创作于星期二GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H

18、+NADP+GSH 有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产生的过有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产生的过氧化氢氧化氢第37页，讲稿共121张，创作于星期二谷胱甘肽的生理功用：谷胱甘肽的生理功用：解毒作用：解毒作用：参与氧化还原反应：参与氧化还原反应：保护巯基酶的活性：保护巯基酶的活性：抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定：抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定：第38页，讲稿共121张，创作于星期二 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第39页，讲稿共121张，创作于星期二三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类 *根据蛋

19、白质组成成分根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质：单纯蛋白质：如，血清清蛋白如，血清清蛋白结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分 如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白等如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白等*根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质：纤维状蛋白质：多为多为结构蛋白结构蛋白，难溶于水，难溶于水球状蛋白质：球状蛋白质：多数具有多数具有生理活性，生理活性，多数可溶多数可溶 如酶、免疫球蛋白等等如酶、免疫球蛋白等等第40页，讲稿共121张，创作于星期二分类辅基举例脂蛋白脂类血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核

20、酸核糖体磷蛋白磷酸基团酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶金属蛋白铁铁蛋白锌乙醇脱氢酶钙钙调蛋白锰丙酮酸羧化酶铜细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 第41页，讲稿共121张，创作于星期二蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 第第 二二 节节第42页，讲稿共121张，创作于星期二蛋白质是由许多蛋白质是由许多氨基酸氨基酸单位通过单位通过肽键肽键连接起连接起来的，具有来的，具有特定分子结构特定分子结构的的高分子化合物高分子化合物。构象构象是由

21、于有机分子中是由于有机分子中单键单键的旋转所形成的。的旋转所形成的。蛋白质的构象通常由蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）非共价键（次级键）来来维系维系第43页，讲稿共121张，创作于星期二蛋白质的分子结构包括（人为划分）蛋白质的分子结构包括（人为划分）一级结构一级结构(primary structure)(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure

22、)(quaternary structure)高级高级结构结构第44页，讲稿共121张，创作于星期二定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。(包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构主要的维系键：主要的维系键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白一级结构是蛋白质空间构象和特异生质空间构象和特异生物学功能的基础。物学功能的基础。但但不是决定蛋白质空不是决定蛋白质空间构象的唯一因素间构象的唯一因素第45页，讲稿共121张，创作于星

23、期二三、蛋白质的二级结构三、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，并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。定义定义 主要的维系键主要的维系键：氢键氢键 第46页，讲稿共121张，创作于星期二 由由于于C=OC=O双双键键中中的的电电子子云云与与N N原原子子上上的的未未共共用用电电子子对对发发生生“电电子子共振共振”，使肽键具有，使肽键具有部分双键部分双键的性质，的性质，不能自由旋转不能自由旋转。蛋蛋白白质质立立体体结结构构原原则则第47页，讲稿共12

24、1张，创作于星期二肽肽键键平平面面由由于于肽肽键键具具有有部部分分双双键键的的性性质质，使使参参与与肽肽键键构构成成的的六六个个原原子子被被束束缚缚在在同同一一平平面面上上，这这一平面称为肽键平面或肽单元。一平面称为肽键平面或肽单元。（一）肽单元（一）肽单元第48页，讲稿共121张，创作于星期二l由于由于-碳原碳原子与其他原子之子与其他原子之间均形成间均形成单键单键，因此因此两相邻的两相邻的肽键平面可以肽键平面可以作相对旋转作相对旋转第49页，讲稿共121张，创作于星期二(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)-helix)-折叠折叠 (-ple

25、ated sheet)-pleated sheet)-转角转角 (-turn)-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)第50页，讲稿共121张，创作于星期二1.-螺旋螺旋：-螺旋是螺旋是多肽链的主多肽链的主链原子沿一链原子沿一中心轴盘绕中心轴盘绕所形成的有所形成的有规律的螺旋规律的螺旋构象构象第51页，讲稿共121张，创作于星期二 结构特征：结构特征：为一为一右手螺旋右手螺旋，侧链伸，侧链伸向螺旋向螺旋外侧外侧 螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.63.6个氨基个氨基酸残基酸残基,螺距螺距 0.54nm0.54nm；螺旋以螺旋以氢键氢键维系（氨基酸维系（氨基酸

26、的的N-HN-H和相邻第四个氨基酸的和相邻第四个氨基酸的羰基氧羰基氧C=OC=O之间。氢键方向与之间。氢键方向与螺旋轴基本平行）螺旋轴基本平行）第52页，讲稿共121张，创作于星期二2.2.-折叠折叠 -折叠是折叠是由若干肽段由若干肽段或肽链排列或肽链排列起来所形成起来所形成的扇面状片的扇面状片层构象层构象第53页，讲稿共121张，创作于星期二-折叠包括折叠包括平行式平行式和和反平行式反平行式两种类型两种类型第54页，讲稿共121张，创作于星期二结构特征：结构特征：由若干条肽段或肽链平行或反平由若干条肽段或肽链平行或反平 行排列组成行排列组成片状结构片状结构；主链骨架伸展呈主链骨架伸展呈锯齿状

27、锯齿状；涉及的肽段较短，一般为涉及的肽段较短，一般为5 51010个个 氨基酸残基；氨基酸残基；借相邻主链之间的借相邻主链之间的氢键氢键维系。维系。第55页，讲稿共121张，创作于星期二3.-转角转角 是多肽链是多肽链180180回折部分回折部分所形成的所形成的一种二级结构一种二级结构无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。4.4.无规卷曲无规卷曲第56页，讲稿共121张，创作于星期二（三）模体（三）模体(motif)(motif)在许多蛋白质分子中，在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空

28、间上相互结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体构象，被称为模体 钙结合蛋白中钙结合蛋白中结合钙离子的模体结合钙离子的模体第57页，讲稿共121张，创作于星期二螺旋折叠折叠螺旋折叠折叠2 2个个HisHis和和2 2个个Cys Cys 与与ZnZn离子结合离子结合螺旋区螺旋区 与与 DNA DNA 结合结合锌指结构锌指结构第58页，讲稿共121张，创作于星期二（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合

29、形成肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折折叠，它就会出现相应的二级结构。叠，它就会出现相应的二级结构。第59页，讲稿共121张，创作于星期二四、蛋白质的三级结构四、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。主要的维系键：主要的维系键：整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置。即的相对空间位置。即肽链中肽链中所有原子在三维空间的排布位置所有原子在三维空间的排布位置。（一）（一）定义定义 第60页，讲稿共121张，创作于星期二第61页，讲稿共121张，创作于星期二 肌红蛋白肌红蛋白

30、(Mb)N 端端 C端端 为单肽蛋白质，含为单肽蛋白质，含有有153个氨基酸，有个氨基酸，有8个螺旋区个螺旋区第62页，讲稿共121张，创作于星期二三级结构是蛋白质结构的基础三级结构是蛋白质结构的基础对于对于单一多肽链的蛋白质，单一多肽链的蛋白质，三级结构是三级结构是它的它的最高级结构，最高级结构，只有具有完整的三级只有具有完整的三级结构，才具有全部的结构，才具有全部的生物学功能生物学功能第63页，讲稿共121张，创作于星期二（二）结构域（二）结构域大分子蛋白质的三级结构常可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分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其区域

31、，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为功能，称为结构域结构域(domain)(domain)。第64页，讲稿共121张，创作于星期二（三）分子伴侣（三）分子伴侣(chaperon)(chaperon)分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构成天然构象或形成四级结构.*可逆地可逆地与未折叠肽段的疏水部分与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。叠。*可与可与错误聚集的肽段结合错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正，使

32、之解聚后，再诱导其正确折叠。确折叠。*在蛋白质分子在蛋白质分子折叠过程中折叠过程中二硫键的正确形成起了二硫键的正确形成起了重要的作用。重要的作用。第65页，讲稿共121张，创作于星期二伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 第66页，讲稿共121张，创作于星期二五、蛋白质的四级结构五、蛋白质的四级结构亚基亚基(subunit)(subunit)有些蛋白质分子含有二条有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质有完整的三级结构，称为蛋白质的的亚基亚基 。胰岛素受体：胰岛素受体：由由4 4个亚基组个亚基组成成(2 22

33、 2)，亚基与亚基与亚基形亚基形成单体成单体(monomer)(monomer)，2 2个单体形成个单体形成二聚体二聚体(dimer)(dimer)。第67页，讲稿共121张，创作于星期二亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水作用疏水作用，其次是，其次是氢氢键和离子键键和离子键。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。第68页，讲稿共121张，创作于星期二血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 第69页，讲稿共121张，创作于星期二血红蛋白的四个亚基紧密结合，血红蛋

34、白的四个亚基紧密结合，亚基之间的维系键是亚基之间的维系键是亚基之间的亚基之间的8 8 个盐键个盐键第70页，讲稿共121张，创作于星期二第71页，讲稿共121张，创作于星期二蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第第 三三 节节第72页，讲稿共121张，创作于星期二（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73页，讲稿共121张，创作于星期二 天然状态，

35、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74页，讲稿共121张，创作于星期二从细胞色素从细胞色素c c的一级结的一级结构看生物进化构看生物进化物种进化过程中越接物种进化过程中越接近的生物，细胞色素近的生物，细胞色素的一级结构越相似的一级结构越相似一级结构相似的多肽或蛋一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也白质，其空间构象以及功能也相似。相似。（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系第75页，讲稿共121张，创作于星期二例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val hi

36、s 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)由于单个氨基酸的变化引起血红蛋白的亲水性明显下降，从由于单个氨基酸的变化引起血红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状而发生聚集，使红细胞变为镰刀状 这种由蛋白质分子发生变异所导致的这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为疾病，称为“分子病分子病”。重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病第76页，讲稿共121张，创作于星期二二、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

37、 肌红蛋白肌红蛋白 MbMb血红蛋白血红蛋白 HbHb第77页，讲稿共121张，创作于星期二HbHb与与MbMb一一样样能能可可逆逆地地与与O O2 2结结合合，HbHb与与O O2 2结结合合后后称称为为氧氧合合HbHb。氧氧合合HbHb占占总总HbHb的的百百分分数数（称称百百分饱和度分饱和度）随）随O O2 2浓度变化而改变。浓度变化而改变。（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 第78页，讲稿共121张，创作于星期二肌红蛋白肌红蛋白(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79页，讲稿共121张，创作于星期二*协同效应协同效应(cooper

38、ativity)(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，称为象，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(positive cooperativity)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(negative cooperativity)cooperativity)第80页，讲稿共121张，创作于星期

39、二血红蛋白的四个亚基紧密结合，血红蛋白的四个亚基紧密结合，亚基之间的维系键是亚基之间的维系键是亚基之间的亚基之间的8 8 个盐键个盐键第81页，讲稿共121张，创作于星期二第82页，讲稿共121张，创作于星期二Hb Hb 未与未与O O2 2结合的时候，结合的时候，FeFe2+2+位于卟啉环平面外侧，与位于卟啉环平面外侧，与F8His F8His 连接，当第一个连接，当第一个 O O2 2与与 FeFe2+2+结合后，结合后，被拉到平面中，使得牵被拉到平面中，使得牵动动F8F8螺旋片段，导致亚基之间盐键断裂、结合变松弛，螺旋片段，导致亚基之间盐键断裂、结合变松弛，使使 易于与第二个亚基结合易于

40、与第二个亚基结合第83页，讲稿共121张，创作于星期二O2血血红红素素与与氧氧结结合合后后，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肽链链位位置置的的变动。变动。第84页，讲稿共121张，创作于星期二第85页，讲稿共121张，创作于星期二变构效应与协同效应变构效应与协同效应协同效应协同效应：一个亚基与其配体（一个亚基与其配体（O O2 2）结合后，可）结合后，可影响寡聚体中另一亚基与配体的结合能力的现影响寡聚体中另一亚基与配体的结合能力的现象称为协同效应象称为协同效应 起促进作用的，为起促进作用的，为正协同效应正协同效应 起抑制作用的，为起

41、抑制作用的，为负协同效应负协同效应别构效应：别构效应：由于小分子（由于小分子（O O2 2）与大分子（）与大分子（HbHb）亚）亚基结合，导致蛋白质分子构象改变及功能变化基结合，导致蛋白质分子构象改变及功能变化的现象称为的现象称为别构效应别构效应。小分子物质，称为小分子物质，称为 别构效应剂别构效应剂第86页，讲稿共121张，创作于星期二（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

42、其功能，严重时可导致疾病发生。第87页，讲稿共121张，创作于星期二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。质淀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88页，讲稿共121张，创作于星期二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

43、是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)(prion protein,PrP)引引起的一组人和动物神经退行性病变。起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPPrPc c。PrPPrPc c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-折叠的折叠的PrPPrPscsc，从而致病。，从而致病。PrPPrPc c-螺旋螺旋PrPPrPscsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第89页，讲稿共121张，创作于星期二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The Physic

44、al and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein第90页，讲稿共121张，创作于星期二（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 一、理化性质一、理化性质 蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件件下下都都可可解离成带负电荷或正电荷的基团。解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)(isoelectric point,pI

45、)第91页，讲稿共121张，创作于星期二当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pHpH时，蛋白质解离成正、负离时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的液的pHpH称为称为蛋白质的等电点蛋白质的等电点第92页，讲稿共121张，创作于星期二（二）蛋白质的胶体性质（二）蛋白质的胶体性质 蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1 1万万至至100100万万之之巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1 1100nm100nm，为为胶胶粒粒范围之内。范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素：蛋白质

46、胶体稳定的因素：颗粒表面电荷颗粒表面电荷(电荷层）电荷层）水化膜水化膜第93页，讲稿共121张，创作于星期二+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94页，讲稿共121张，创作于星期二（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 *蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)(denatura

47、tion)在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。第95页，讲稿共121张，创作于星期二 造成变性的因素造成变性的因素如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等离子及生物碱试剂等。变性的本质变性的本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋破坏非共价键和二硫键，不改变蛋 白质的一级结构。白质的一级结构。第96页，讲稿共121张

48、，创作于星期二 应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。（如疫苗等）的必要条件。第97页，讲稿共121张，创作于星期二变性蛋白质的性质改变：变性蛋白质的性质改变：物物理理性性质质：旋旋光光性性改改变变，溶溶解解度度下下降降，沉沉降降率率升升高高，粘度升高，光吸收度增加等；粘度升高，光吸收度增加等；化化学学性性质质：官官能能团团反反应应性性增增加加，易易被被蛋蛋白白酶酶水水解。解。生生物物学学性性质质：原原有有生生物物学学活活性性丧

49、丧失失，抗抗原原性性改改变。变。第98页，讲稿共121张，创作于星期二若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分恢恢复复其其原原有有的的构构象象和和功功能能，称为称为复性复性(renaturation)(renaturation)。第99页，讲稿共121张，创作于星期二 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 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100页，讲稿共121张，创作于星期二*蛋白质沉淀蛋白质沉淀在在一一定定条条件件下下，蛋蛋白白疏疏水水侧侧链

50、链暴暴露露在在外外，肽肽链链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变变性性的的蛋蛋白白质质易易于于沉沉淀淀，有有时时蛋蛋白白质质发发生生沉沉淀淀，但并不变性。但并不变性。*蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)(protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。第101页，讲稿共121张，创作于星期二（四）蛋白质的紫外吸收（四）蛋白质的紫外吸收由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中含