生物化学-第01章-蛋白质的结构与功能.ppt

目录目录目录目录课程联系人及课程简介张英张英Tel:54237663,13162590873E-mail:本课程网站本课程网站：http:/课程进度表：课程进度表：http:/ 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能核酸的结构与功能目录目录二、二、生物化学的重要性生物化学的重要性重要性在于生物化学的应用性重要性在于生物化学的应用性生物学的普通语言生物学的普通语言世界语言世界语言 It is an international language,a language for all of time,and a language that explains where we came from,what we are,and where the physical world allow us to go.-ArthurKornberg基础医学的关键学科基础医学的关键学科目录目录三、三、生物化学的学习方法生物化学的学习方法1.代谢通路与酶相联系代谢通路与酶相联系2.前后内容对照学前后内容对照学3.整体内容贯穿起来再复习整体内容贯穿起来再复习三难：三难：体内参与反应的物质多，记忆难体内参与反应的物质多，记忆难代谢反应途径多，功能各异，入门难代谢反应途径多，功能各异，入门难大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难目录目录四四.参考书参考书1.HarpersBiochemistry2.StryerL:Biochemistry3.Lehninger:Biochemistry4.DevlinTMTextbookofBiochemistryWithClinicalCorrelation.目录目录目录目录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第1 1章章Structure and Function of Protein目录目录n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质(protein)是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸(amino acids)通通过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。目录目录n蛋白质研究的历史蛋白质研究的历史18331833年年，从从麦麦芽芽中中分分离离淀淀粉粉酶酶；随随后后从从胃胃液液中中分离到类似胃蛋白酶的物质。分离到类似胃蛋白酶的物质。18641864年，血红蛋白被分离并结晶。年，血红蛋白被分离并结晶。1919世世纪纪末末，证证明明蛋蛋白白质质由由氨氨基基酸酸组组成成，并并合合成成了多种短肽。了多种短肽。2020世世纪纪初初，发发现现蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构；完完成成胰胰岛岛素一级结构测定。素一级结构测定。目录目录2020世世纪纪中中叶叶，各各种种蛋蛋白白质质分分析析技技术术相相继继建建立立，促促进了蛋白质研究迅速发展；进了蛋白质研究迅速发展；19621962年，确定了血红蛋白的四级结构。年，确定了血红蛋白的四级结构。2020世纪世纪9090年代，年代，功能基因组功能基因组与与蛋白质组蛋白质组研究展开。研究展开。功能基因组学（功能基因组学（Functional genomicsFunctional genomics）：又称为）：又称为后基因组学（后基因组学（PostgenomicsPostgenomics），在基因组静态的），在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。学功能学研究。蛋白质组学（蛋白质组学（ProteomicsProteomics）：蛋白质的定位、结）：蛋白质的定位、结构与功能、相互作用以及特定时空的表达情况构与功能、相互作用以及特定时空的表达情况等等。等等。目录目录n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细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。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的4545，某某些些组组织织含含量量更更高高，例例如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分目录目录作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递2.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3.氧化供能氧化供能目录目录目录目录蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节目录目录n组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。目录目录 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：下公式推算出蛋白质的大致含量：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%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点目录目录一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种氨基酸种氨基酸均属于均属于L-氨基酸氨基酸 存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有2020种种，且且均均属属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。目录目录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目录目录非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极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碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质可根据侧链结构和理化性质进行分类进行分类目录目录(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸目录目录(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸目录目录(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸TrpTyr目录目录(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸目录目录(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸目录目录n几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2目录目录 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-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目录目录三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n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。等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH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，呈呈电电中性。此时溶液的中性。此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质目录目录pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子阳离子阳离子阴离子阴离子目录目录（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、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。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以 测测 定定 蛋蛋 白白 质质 溶溶 液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法。快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收目录目录（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm处。处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。目录目录四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链的多肽链肽肽键键(peptide 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学键。化学键。（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)目录目录+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键目录目录肽肽是是由由氨氨基基酸酸通通过过肽肽键键缩缩合合而而形形成成的的化化合物。合物。两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成成二二肽肽，三三分分子子氨氨基基酸缩合则形成三肽酸缩合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不全，被称为氨基酸残基不全，被称为氨基酸残基(residue)。由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide)，由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽肽称多肽称多肽(polypeptide)。目录目录N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端：多肽链有两端：多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。目录目录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目录目录（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)目录目录GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间的转换间的转换 目录目录 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.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽目录目录目录目录蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein第二节第二节目录目录n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)目录目录目录目录n定义定义:蛋白质分子从蛋白质分子从N-端至端至C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构的一级结构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包，有些蛋白质还包括二硫键。括二硫键。目录目录一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础的基础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。目录目录二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构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侧链的构象基侧链的构象。n定义定义:n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 目录目录（一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一平面上的一平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。目录目录（一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一平面上的一平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。目录目录 O-C-N-0.132nm H-C=N-0.127nm-C-N-0.149nmCN键长比较键长比较:肽键性质：肽键性质：1，刚性，不可旋转，刚性，不可旋转2，反式排列，反式排列3，处于同一平面上，与前后，处于同一平面上，与前后-C构成构成肽单元肽单元 目录目录 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（二）（二）-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构目录目录n-螺旋螺旋目录目录-螺旋螺旋连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋右手螺旋右手螺旋酰胺平面与螺旋的中心轴平行酰胺平面与螺旋的中心轴平行一个一个AA0.15nm,每每3.6个为一圈个为一圈(0.54nm)螺旋借助相邻两圈之间螺旋借助相邻两圈之间-NH-CO-稳定稳定AA的侧链伸向螺旋外侧的侧链伸向螺旋外侧AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成的大小和电荷可以影响螺旋的形成目录目录（三）（三）-折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构目录目录-折叠折叠目录目录-折叠折叠较为伸展较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列酰胺平面以锯齿状排列两个片段可以是平行或反平行两个片段可以是平行或反平行AA间距间距平行平行0.65nm反平行反平行0.70nm只有片段间氢键只有片段间氢键,无片段内氢键无片段内氢键AA的侧链伸向锯齿状结构的外侧的侧链伸向锯齿状结构的外侧小侧链的小侧链的AA有利于有利于-折叠的生成折叠的生成目录目录（四）（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角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。目录目录（五）模体（五）模体是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个个有规则的二级结构组合，被称为有规则的二级结构组合，被称为超二级结构超二级结构。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种：种：，。目录目录二个或三个具有二级结构的肽段，在空间二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体模体(motif)。模体是具有特殊功能的超二级结构。模体是具有特殊功能的超二级结构。具有相对独立的构象和功能的片段具有相对独立的构象和功能的片段目录目录钙结合蛋白中结合钙结合蛋白中结合钙离子的模体钙离子的模体锌指结构锌指结构-螺旋螺旋-转角（或转角（或环）环）-螺旋模体螺旋模体链链-转角转角-链模体链模体链链-转角转角-螺旋螺旋-转角转角-链模体链模体n模体常见的形式模体常见的形式目录目录超二级结构举例：超二级结构举例：细胞色素细胞色素C的的结构结构细胞核抗原的细胞核抗原的结构结构纤溶酶原的纤溶酶原的结构结构 目录目录钙结合蛋白中结合钙离子的模体钙结合蛋白中结合钙离子的模体EFhand-螺旋螺旋-转角（或环）转角（或环）-螺旋模体螺旋模体目录目录锌指结构锌指结构zincfingerDNA结合蛋白结合蛋白-螺旋螺旋-折叠折叠-折叠模体折叠模体目录目录（六）氨基酸残基的（六）氨基酸残基的侧链对侧链对二二级结级结构形成的影响构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。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形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋螺旋或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。电性：同性相斥电性：同性相斥R R性质：立体障碍性质：立体障碍ProPro：亚氨基无氢，环改变走向：亚氨基无氢，环改变走向目录目录三、三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构形成蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。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维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置残基的相对空间位置目录目录目录目录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)myoglobin153AA1HemeAH八段八段-螺旋螺旋无无-S-S-键键功能：储存功能：储存O2目录目录牛胰岛素的空间结构牛胰岛素的空间结构目录目录纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域（二）结构域（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域密的区域，并各行其功能，称为结构域 (domain)。目录目录结构域结构域 (domain)3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶NAD+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛目录目录（三）分子伴侣（三）分子伴侣参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而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。加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。后，再诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。目录目录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目录目录亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构具有四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接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，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。目录目录由由2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称之之为为同同二二聚聚体体(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结构不同，则称之为结构不同，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白（血红蛋白（HB）的四级结构）的四级结构N 端端C端端肌红蛋白肌红蛋白(Mb)三级结构三级结构 目录目录含有二条以上多肽链的蛋白质一定具有四级结含有二条以上多肽链的蛋白质一定具有四级结构。构。亚基之间的结合主要是亚基之间的结合主要是氢键氢键和和离子键离子键（非（非共价键）共价键）只有一条多肽链的蛋白质肯定没有四级结构。只有一条多肽链的蛋白质肯定没有四级结构。多分子聚合物多分子聚合物不属于四级结构不属于四级结构目录目录血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构一级结构：相邻一级结构：相邻AA间的共价结合间的共价结合二级结构：短距离二级结构：短距离AA之间的非共价连接之间的非共价连接三级结构：远距离三级结构：远距离AA之间的非共价连接之间的非共价连接四级结构：多肽链之间的非共价连接四级结构：多肽链之间的非共价连接目录目录五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类n根据蛋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n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球状蛋白质球状蛋白质目录目录目录目录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第三节第三节目录目录（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、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构是高级结构与功能的基础与功能的基础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目录目录 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，无活性目录目录（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能结构与功能胰岛素胰岛素氨基酸残基序号氨基酸残基序号A5A6A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSerIleAla目录目录（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色物界的蛋白质如细胞色素素(cytochrome C)，比，比较它们的一级结构，可较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间以帮助了解物种进化间的关系。的关系。目录目录（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-valhisleuthrproglugluC(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-valhisleuthrprovalgluC(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。目录目录A.正常的血细胞，血红蛋白肽链中的第六个氨基酸是谷氨酸；正常的血细胞，血红蛋白肽链中的第六个氨基酸是谷氨酸；B.镰形细胞，其血红蛋白的第六个氨基酸是缬氨酸镰形细胞，其血红蛋白的第六个氨基酸是缬氨酸 目录目录n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 二、二、蛋白质的功能依赖特定空间结构蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白的构象相似血红蛋白亚基与肌红蛋白的构象相似目录目录n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌肌红红蛋蛋白白是是一一个个只只有有三三级级结结构构的的单单链链蛋蛋白白质质，有有8 8段段-螺螺旋结构。旋结构。血血红红素素分分子子中中的的两两个个丙丙酸酸侧侧链链以以离离子子键键形形式式与与肽肽链链中中的的两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的正正电电荷荷相相连连，加加之之肽肽链链中中的的F8F8组组氨氨酸酸残残基基还还与与FeFe2+2+形形成成配配位位结结合合，所所以以血血红红素素辅辅基基与与蛋蛋白白质质部部分分稳定结合。稳定结合。目录目录n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb)血血红红蛋蛋白白具具有有4个个亚亚基基组组成成的的四四级级结结构构，每每个个亚亚基基可可结结合合1 1个个血血红红素素并携带并携带1 1分子氧分子氧。Hb亚亚基基之之间间通通过过8对对盐盐键键，使使4个个亚亚基基紧紧密密结结合合而而形形成成亲亲水水的的球球状状蛋白。蛋白。目录目录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 2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 2浓度变化而改变。浓度变化而改变。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合与氧结合目录目录肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线目录目录Hb与与Mb的氧饱和曲线的氧饱和曲线氧合氧合Hb(Mb)与与pO2的关系的关系Hb：S状曲线状曲线Mb：直角双曲线：直角双曲线S状曲线提供了一个灵敏可调的范围状曲线提供了一个灵敏可调的范围(低低pO2)和和一个平坦不可调的范围一个平坦不可调的范围(高高pO2)。目录目录意义：意义：肺部肺部pO2较高，在一定范围内变化时，不至于较高，在一定范围内变化时，不至于太大地影响氧饱和度。太大地影响氧饱和度。(80-100)组织组织pO2较低，略有变较低，略有变化，即可获得饱和度化，即可获得饱和度的变化，充分地获氧。的变化，充分地获氧。(20-40mmHg)目录目录一级结构决定构象，空间构象决定功能一级结构决定构象，空间构象决定功能相似的结构具有相似的功能相似的结构具有相似的功能结构改变可导致功能改变或丧失结构改变可导致功能改变或丧失,亚基与亚基与Mb的三级结构相似，结合的三级结构相似，结合O2。不同来源的不同来源的Hb其三其三,四级结构相似四级结构相似,运输运输O2Hb：四亚基，运输：四亚基，运输O2Mb：单亚基，储存：单亚基，储存O2蛋白质结构与功能的关系目录目录n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后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为合能力的现象，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 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)目录目录目录目录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。目录目录n变构效应变构效应(allosteric effect)一一些些效效应应剂剂可可与与某某些些蛋蛋白白质质分分子子特特定定部部位位可可逆逆地地结结合合，而而使使其其构构象象改改变变，从从而而改改变变生物活性生物活性，称变构效应。，称变构效应。蛋蛋白白质质空空间间结结构构的的改改变变伴伴随随其其功功能能的的变变化，称为化，称为变构效应变构效应。目录目录（三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引起疾病可引起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，仍仍可可影影响响其其功功能能，严严重重时时可可导导致疾病发生。致疾病发生。目录目录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：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白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的病理改变。为蛋白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：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。目录目录疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起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在某种在某种蛋白质蛋白质的作用下可转变成全为的作用下可转变成全为-折叠的折叠的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n疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变目录目录老年痴呆症，又称阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)是发生在老年期及老年前期的一种原发性退行性脑病，其特征性病理变化为大脑皮层萎缩，并伴有-淀粉样蛋白沉积，神经原纤维缠结，记忆性神经元数目大量减少，以及老年斑的形成。目录目录目录目录第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein目录目录一、一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质具有两性电离的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pH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH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，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)目录目录二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有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1万万至至100万万之之巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜n蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素:目录目录+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目录目录三、蛋白质空间结构破坏而引起变性三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在在某某些些物物理理和和化化学学因因素素作作用用下下，其其特特定定的的空空间间构构象象被被破破坏坏，也也即即有有序序的的空空间间结结构构变变成成无无序序的的空空间间结结构构，从从而而导导致致其其理理化化性性质质改改变变和和生生物活性的丧失。物活性的丧失。n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)目录目录n造成变性的因素造成变性的因素:如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、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重金属离子及生物碱试剂等。n变性的本质变性的本质:破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。质的一级结构。目录目录n 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临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质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。制剂（如疫苗等）的必要条件。目录目录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和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation)。目录目录 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，无活性目录目录在在一一定定条条件件下下，蛋蛋白白疏疏水水侧侧链链暴暴露露在在外外，肽肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。链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，但并不变性。淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固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。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。n蛋白质沉淀蛋白质沉淀n蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)目录目录四、蛋白质四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收波长处有特征性吸收峰。蛋白质的峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。此可作蛋白质定量测定。目录目录蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。三酮反应。蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双双缩脲反应缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。程度。五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量溶液含量1.茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)2.双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)目录目录要点氨基酸氨基酸L-三字符号三字符号分类分类等电点等电点测定基础测定基础蛋白质蛋白质肽键、寡肽、多肽肽键、寡肽、多肽四层次结构四层次结构模体、结构域模体、结构域结构与功能的关系结构与功能的关系等电点等电点测定基础测定基础目录目录思考题试举例说明蛋白质的结构与其功能之间的关系。试举例说明蛋白质的结构与其功能之间的关系。