生物化学蛋白质的结构和功能省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

蛋白质结构与功效蛋白质结构与功效第1页n什么是蛋白质什么是蛋白质?n蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)经过肽经过肽键键(peptide bond)相连形成高分子含氮化合物相连形成高分子含氮化合物第2页蛋白质生物学主要性蛋白质生物学主要性1.1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体主要组成成份体主要组成成份分分布布广广：全全部部器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细胞各个部分都含有蛋白质。细胞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有有机机分分子子，占占人人体体干干重重4545，一一些些组组织织含含量量更更高高，比比如如脾脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达8080。第3页1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调整作用）代谢调整作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质转运和存放）物质转运和存放5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参加细胞间信息传递）参加细胞间信息传递2.2.蛋白质含有主要生物学功效蛋白质含有主要生物学功效3.3.氧化供能氧化供能第4页OUTLINEn第一节第一节 蛋白质分子组成蛋白质分子组成n第二节第二节 蛋白质分子结构蛋白质分子结构n第三节第三节 蛋白质结构与功效关系蛋白质结构与功效关系n第四节第四节 蛋白质理化性质蛋白质理化性质n第五节蛋白质分离纯化第五节蛋白质分离纯化第5页第一节第一节 蛋白质分子组成蛋白质分子组成n 组成蛋白质元素组成蛋白质元素q主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S。有些蛋白质含有少许磷或金属元素铁、铜、锌、锰、有些蛋白质含有少许磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。第6页蛋白质元素组成特点蛋白质元素组成特点q各种蛋白质含氮量很靠近，平均为各种蛋白质含氮量很靠近，平均为1616。q n因为体内含氮物质以蛋白质为主，所以，只要测定生物样因为体内含氮物质以蛋白质为主，所以，只要测定生物样品中含氮量，就能够依据以下公式推算出蛋白质大致含量：品中含氮量，就能够依据以下公式推算出蛋白质大致含量：100100克样品中蛋白质含量克样品中蛋白质含量 (g%)(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.25100 6.251001/16%第7页一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质基本单位组成蛋白质基本单位n存在自然界中氨基酸有存在自然界中氨基酸有300300余种，但组成人体余种，但组成人体蛋白质氨基酸仅有蛋白质氨基酸仅有2020种，且均属种，且均属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。第8页H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸通式氨基酸通式R第9页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.含芳香环氨基酸含芳香环氨基酸4.4.酸性氨基酸酸性氨基酸5.5.碱性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸分类（一）氨基酸分类*20*20种氨基酸英文名称、缩写符号及分类以下种氨基酸英文名称、缩写符号及分类以下:第10页1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）缬氨酸缬氨酸 （Val,V）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）亮氨酸亮氨酸 （Lue,L）异亮氨酸异亮氨酸 （Ile,I）第11页2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）第12页3.含芳香环氨基酸含芳香环氨基酸苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe,FPhe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trp,W）第13页4.酸性氨基酸酸性氨基酸5.碱性氨基酸碱性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）第14页非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸 GlyGly Ala Val Leu Ile Phe ProTrpTrp Ser Try Cys Ser Try Cys MetMet Asn Gln Thr Asn Gln ThrAsp GluAsp Glu Lys Arg HisLys Arg His 第15页杂环氨基酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）第16页芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）第17页含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）第18页几个特殊氨基酸几个特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）第19页 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH第20页n注：二十种氨基酸结构特点注：二十种氨基酸结构特点n支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸n含羟基氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含羟基氨基酸：丝氨酸、苏氨酸n含硫氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、含硫氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、n 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）n含苯环氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含苯环氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸n含胍基氨基酸：精氨酸含胍基氨基酸：精氨酸n含咪唑基氨基酸：组氨酸含咪唑基氨基酸：组氨酸n亚氨基酸：脯氨酸亚氨基酸：脯氨酸n含酰胺氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含酰胺氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺n含吲哚基氨基酸：色氨酸含吲哚基氨基酸：色氨酸n含含-氨基氨基酸：赖氨酸氨基氨基酸：赖氨酸第21页（二）氨基酸理化性质（二）氨基酸理化性质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，其解离程度取决氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液酸碱度。于所处溶液酸碱度。第22页CHRCOONH2pH=pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH3+H+OH-+H+OH-(pK1)(pK2)当当氨氨基基酸酸溶溶液液在在某某一一定定pHpH值值时时，使使某某特特定定氨氨基基酸酸分分子子上上所所带带正正负负电电荷荷相相等等，成成为为两两性性离离子子，在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动，此此时时溶溶液液pHpH值值即即为为该该氨氨基基酸酸等等电电点点(isoelctric point)isoelctric point)。第23页Titration Curve for Glutamic AcidpK1 carboxylic acid=2.2 pK2 R group=4.3 pK3 amino group=9.7 pI=(pK1+pK2)/2 =3.25第24页赖氨酸滴定曲线和等电点计算赖氨酸滴定曲线和等电点计算二氨基一羧基二氨基一羧基AAAA等等电点计算电点计算：pI=2pK2+pK3BpIpK3pK2pK1加入加入OH-mL数数pH第25页2.2.紫外吸收紫外吸收第26页3.3.茚三酮反应茚三酮反应 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紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm570nm处处。因因为为此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸含含量量存存在在正正比比关关系系，所所以以可可作作为为氨氨基基酸酸定定量量分分析析方方法法。（Pro)Pro)第27页+3H20茚三酮茚三酮(无色无色)NH3CO2 RCHO+还原性茚三酮还原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加热加热+2NH3+还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮第28页（三）蛋白质是由许多氨基酸残基组成（三）蛋白质是由许多氨基酸残基组成多肽链多肽链n*肽键肽键(peptide bond)(peptide bond)是由一个氨基酸是由一个氨基酸-羧基羧基与另一个氨基酸与另一个氨基酸-氨基脱水缩合而形成化学键氨基脱水缩合而形成化学键第29页+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第30页COHOCH3NH2HC+HOCOCH2NH2HC丙氨酸丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸COHOCH3HCCH2NH2HC肽键肽键NCOH二肽二肽丙苯氨丙氨酸丙苯氨丙氨酸第31页氨基酸借肽键相连而形成化合物称氨基酸借肽键相连而形成化合物称肽肽(peptide)MetPhe二肽二肽LysMetPhe三肽三肽CysThrLysMetPhe五肽五肽氨基末端氨基末端(端端)羧基末端羧基末端(C 端端)CysMetPheLysSerThrValNH2COOH*由由 十十 个个 以以 内内 氨氨 基基 酸酸 相相 连连 而而 成成 肽肽 称称 为为 寡寡 肽肽(oligopeptide)，由由更更多多氨氨基基酸酸相相连连形形成成肽肽称称多多肽肽(polypeptide)。其其形形状状为为一一条条没没有有分分支支长长链链,又又称称多多肽链或肽链肽链或肽链.第32页*肽链中氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。氨基末端氨基末端(端端)羧基末端羧基末端(C 端端)CysMetPheLysSerThrValNH2COOH50第33页N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第34页几个生物活性肽几个生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第35页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+解毒解毒,抗氧化抗氧化 第36页 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第37页高级高级结构结构第二节 蛋白质分子结构n一级结构一级结构(primary structure)(primary structure)n二级结构二级结构(secondary structure)(secondary structure)n三级结构三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)n四级结构四级结构(quaternary structure)(quaternary structure)第38页蛋蛋白白质质结结构构主主要要层层次次一级结构一级结构四级结构四级结构二级结构二级结构三级结构三级结构primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二级结构超二级结构结构域结构域 supersecondary structuresupersecondary structureStructure domanStructure doman第39页一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构n定义定义q蛋白质一级结构指多肽链中氨基酸排列次序。蛋白质一级结构指多肽链中氨基酸排列次序。n主要化学键主要化学键q肽键肽键，有些蛋白质还包含二硫键，有些蛋白质还包含二硫键第40页CysMet Phe LysSer Thr ValNH2COOH第41页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效基础。功效基础。胰岛素一级结构胰岛素一级结构第42页二、蛋白质二级结构二、蛋白质二级结构n蛋白质分子中某一段肽链局部空间结构，即该蛋白质分子中某一段肽链局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子相对空间位置，并不包括段肽链主链骨架原子相对空间位置，并不包括氨基酸残基侧链构象氨基酸残基侧链构象 n主要化学键：主要化学键：氢键氢键 第43页在肽键中，与相连氧原子和氢在肽键中，与相连氧原子和氢原子呈反式构型原子呈反式构型（反式）（反式）（顺式）（顺式）C CN NO OH HC CN NO OH H肽键特点：肽键特点：第44页肽键特点：肽键特点：CN单键为0.149nmC=N双键为0.127nm含有部分双键性质含有部分双键性质不能自由旋转不能自由旋转肽键中键长为肽键中键长为0.132nm0.132nmC CN NO OH H第45页肽键中和均不能自由旋转肽键中和均不能自由旋转肽键肽键(-CONH-)(-CONH-)中个原子中个原子个个碳原子碳原子(C(C)和和被约束在一个刚性平面（即肽键平面）上，被约束在一个刚性平面（即肽键平面）上，组成一个肽单元组成一个肽单元(peptide unit)(peptide unit)。第46页 蛋白质二级结构主要形式蛋白质二级结构主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-pleated sheet)-转角转角 (-turn)-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)第47页螺旋螺旋 (helix)helix)由肽键平面盘旋由肽键平面盘旋形成螺旋状构象形成螺旋状构象1.1.概念概念第48页2.2.螺旋结构特征螺旋结构特征(1)(1)以肽键平面为单位以肽键平面为单位,以以碳原子为转折盘旋形碳原子为转折盘旋形成成右手螺旋右手螺旋第49页(2)(2)每每3.63.6个氨基酸残基个氨基酸残基 绕成一个螺圈绕成一个螺圈(360(3600 0)螺距为螺距为0.54nm0.54nm每个氨基酸上升每个氨基酸上升0.15nm0.15nm肽键平面与中心轴肽键平面与中心轴平行平行第50页(3)(3)主链原子组成螺旋主体主链原子组成螺旋主体,侧链在侧链在其外部其外部第51页(4)(4)肽键肽键COCO和和NHNH 都形成都形成氢键氢键是稳定螺旋主要作是稳定螺旋主要作用力用力氢键方向与中心轴氢键方向与中心轴大致平行大致平行,第52页折叠折叠n肽键平面呈伸展锯齿状排列形成结构称肽键平面呈伸展锯齿状排列形成结构称折折叠叠n常为两条或两条以上伸展多肽链侧向聚集在一常为两条或两条以上伸展多肽链侧向聚集在一起形成扇面状故又称起形成扇面状故又称折叠片或折叠片或片层片层第53页n折叠结构特点折叠结构特点q相邻肽键平面夹角为相邻肽键平面夹角为1100 1100，呈锯齿状排列；侧链，呈锯齿状排列；侧链基团交织地分布在片层平面两侧。基团交织地分布在片层平面两侧。第54页n条肽段平行排列组成，肽段之间可顺向平行条肽段平行排列组成，肽段之间可顺向平行(均从均从N-C)N-C)，也可反向平行，也可反向平行 n由氢键维持稳定。其方向与折叠长轴靠近垂直。由氢键维持稳定。其方向与折叠长轴靠近垂直。第55页转角转角(turn)turn)n肽链出现肽链出现18001800回折转角处结构称为回折转角处结构称为转角转角n结构特征结构特征q常见于球状蛋白质分子表面第一个残基常见于球状蛋白质分子表面第一个残基C=OC=O与第四与第四个残基个残基N-HN-H形成氢键形成氢键.第56页无规卷曲无规卷曲(random coil)(random coil)n没有确定规律性肽键构象没有确定规律性肽键构象n常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级结常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级结构肽段之间起活节作用，有利于整条肽链盘波构肽段之间起活节作用，有利于整条肽链盘波折叠折叠H2NCOOH第57页无无规规则则卷卷曲曲示示意意图图无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C三级结构三级结构第58页氨基酸残基氨基酸残基侧链对侧链对二二级结级结构形成影响构形成影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础。一蛋白质二级结构是以一级结构为基础。一段肽链其氨基酸残基侧链适合形成段肽链其氨基酸残基侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折叠，它就会出现对应二级结构。折叠，它就会出现对应二级结构。第59页模体模体n在许多蛋白质分子中，可发觉二个或三个含有在许多蛋白质分子中，可发觉二个或三个含有二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个特殊空间构象，被称为模体特殊空间构象，被称为模体(motif)(motif)。第60页钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子模体合钙离子模体 锌指结构锌指结构 第61页1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -链链-迂回迂回回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构-迂回迂回第62页结构域结构域n在二级结构基础上，多肽深入卷波折叠成几个在二级结构基础上，多肽深入卷波折叠成几个相对独立、近似球形三维实体，再由两个或两相对独立、近似球形三维实体，再由两个或两个以上这么三维实体缔合成三级结构，这种相个以上这么三维实体缔合成三级结构，这种相对独立三维实体称为结构域对独立三维实体称为结构域纤连蛋白分子结构域纤连蛋白分子结构域 第63页卵溶菌酶三级结构中两个结构域卵溶菌酶三级结构中两个结构域-螺旋螺旋-转角转角-折叠折叠二硫键二硫键结构域结构域1结构域结构域2第64页三、蛋白质三级结构n整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。即整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。即肽链中全部原子在三维空间排布位置。肽链中全部原子在三维空间排布位置。n主要化学键主要化学键n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。第65页目目 录录第66页氢键氢键n负电性很强原子（如氧或氮）和与氧或氮共价负电性很强原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键。结合氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键。第67页疏水相互作用疏水相互作用n由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起作用力作用力第68页离子键离子键n 由异性电荷间静电吸引形成键。由异性电荷间静电吸引形成键。第69页 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第70页分子伴侣分子伴侣n分子伴侣分子伴侣(chaperon)(chaperon)经过提供一个保护环境从而加速经过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠整天然构象或形成四级结构蛋白质折叠整天然构象或形成四级结构n分子伴侣可逆地与未折叠肽段疏水部分结合随即松开，分子伴侣可逆地与未折叠肽段疏水部分结合随即松开，如此重复进行可预防错误聚集发生，使肽链正确折叠。如此重复进行可预防错误聚集发生，使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集肽段结合，使之解聚后，再分子伴侣也可与错误聚集肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。诱导其正确折叠。n分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键正确形成起分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键正确形成起了主要作用。了主要作用。第71页四、蛋白质四级结构四、蛋白质四级结构n有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一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三级结构，称为蛋白质亚基条多肽链都有完整三级结构，称为蛋白质亚基 (subunit)(subunit)。n亚基之间结协力主要是疏水作用，其次是氢键亚基之间结协力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。和离子键。第72页血红蛋白血红蛋白四级结构四级结构 第73页五、蛋白质分类五、蛋白质分类n(1)(1)依据蛋白质外形分类依据蛋白质外形分类n 按照蛋白质外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。按照蛋白质外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。n球状蛋白质：球状蛋白质：globular proteinglobular protein外形靠近球形或椭圆外形靠近球形或椭圆形，溶解性很好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这形，溶解性很好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。一类。n纤维状蛋白质：纤维状蛋白质：fibrous proteinfibrous protein分子类似纤维或细分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。蛋白质。第74页（2 2）按照蛋白质组成，能够分为简单蛋白）按照蛋白质组成，能够分为简单蛋白(simple protein)(simple protein)和结合蛋白和结合蛋白(conjugated(conjugated protein)protein)第75页简单蛋白简单蛋白n又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成肽氨基酸组成肽链，不含其它成份。链，不含其它成份。n1 1，清蛋白和球蛋白：，清蛋白和球蛋白：albumin and globulinalbumin and globulin广泛存在广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。溶于稀酸中。n2 2，谷蛋白，谷蛋白(glutelin)(glutelin)和醇溶谷蛋白和醇溶谷蛋白(prolamin)(prolamin)：植物：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70708080乙醇中。乙醇中。n3 3，精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。，精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。n4 4，硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织，硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。第76页结合蛋白结合蛋白n由简单蛋白与其它非蛋白成份结合而成，由简单蛋白与其它非蛋白成份结合而成，n色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。白、叶绿蛋白和细胞色素等。n糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中糖糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中糖蛋白等。蛋白等。n脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清如血清-，-脂蛋白等。脂蛋白等。n核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中核核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中核糖核蛋白等。糖核蛋白等。第77页第三节第三节 蛋白质结构与功效关系蛋白质结构与功效关系n一、蛋白质一级结构与功效关系一、蛋白质一级结构与功效关系 n（一）一级结构是空间构象基础（一）一级结构是空间构象基础 牛核糖核酸酶一牛核糖核酸酶一级结构级结构二二硫硫键键第78页 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79页前体与活性蛋白质一级结构关系前体与活性蛋白质一级结构关系 n由由108108个氨基酸残基组成前胰岛素原个氨基酸残基组成前胰岛素原(pre-proinsulin(pre-proinsulin），在合成），在合成时候完全没有活性，当切去时候完全没有活性，当切去N-N-端端2424个氨基酸信号肽，形成个氨基酸信号肽，形成8484个氨个氨基酸胰岛素原（基酸胰岛素原（proinsulinproinsulin），胰岛素原也没活性，在包装分泌），胰岛素原也没活性，在包装分泌时，时，A A、B B链之间链之间3333个氨基酸残基被切除，才形成含有活性胰岛素。个氨基酸残基被切除，才形成含有活性胰岛素。如图所表示如图所表示:第80页（二）一级结构相同蛋白质含有相同（二）一级结构相同蛋白质含有相同高级结构与功效高级结构与功效第81页（三）氨基酸序列提供主要生物进化信息第82页（四）主要蛋白质氨基酸序列改变可引发疾病n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)这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称为这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称为“分子病分子病”。第83页第84页第85页n所以，蛋白质一定结构执行一定功效。功效不所以，蛋白质一定结构执行一定功效。功效不一样蛋白质总是有着不一样序列；比较种属起一样蛋白质总是有着不一样序列；比较种属起源不一样而功效相同蛋白质一级结构，可能有源不一样而功效相同蛋白质一级结构，可能有一些差异，但与功效相关结构也总是相同。若一些差异，但与功效相关结构也总是相同。若一级结构改变，蛋白质功效可能发生很大改变。一级结构改变，蛋白质功效可能发生很大改变。第86页二、蛋白质功效依赖特定空间结构n（一）血红蛋白与肌红蛋白结构相同（一）血红蛋白与肌红蛋白结构相同第87页第88页肌红蛋白结构肌红蛋白结构第89页第90页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百百分分数数（称称百百分分饱和度饱和度）随）随O2浓度改变而改变。浓度改变而改变。（二）血红蛋白构象改变与影响与氧结合（二）血红蛋白构象改变与影响与氧结合第91页肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)氧解离曲线氧解离曲线第92页第93页第94页第95页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小小孔孔中中，继继而而引发肽链位置变动。引发肽链位置变动。第96页第97页肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)氧解离曲线氧解离曲线第98页协同效应协同效应(cooperativity)(cooperativity)n一个寡聚体蛋白质一个亚基与其配体结合后，能影响一个寡聚体蛋白质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现象，称为协此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力现象，称为协同效应。同效应。n假如是促进作用则称为正协同效应假如是促进作用则称为正协同效应 q(positive cooperativity)(positive cooperativity)n假如是抑制作用则称为负协同效应假如是抑制作用则称为负协同效应 q(negative cooperativity)(negative cooperativity)第99页变构效应变构效应(allosteric effect(allosteric effect）蛋蛋白白质质空空间间结结构构改改变变伴伴随随其其功功效效改改变变，称称为为变变构构效应效应。第100页（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 n蛋白质构象疾病：若蛋白质折叠发生错误，尽蛋白质构象疾病：若蛋白质折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质构象发生改变，管其一级结构不变，但蛋白质构象发生改变，仍可影响其功效，严重时可造成疾病发生。仍可影响其功效，严重时可造成疾病发生。第101页n蛋白质构象改变造成疾病机理：有些蛋白质错蛋白质构象改变造成疾病机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶淀粉误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀病理改变。淀粉样纤维沉淀病理改变。n这类疾病包含：人纹状体脊髓变性病、老年痴这类疾病包含：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102页疯牛病中蛋白质构象改变疯牛病中蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,(prion protein,PrP)PrP)引发一组人和动物神经退行性病变。引发一组人和动物神经退行性病变。正常正常PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPPrPc c。PrPPrPc c在某种未知蛋白质作用下可转变成全为在某种未知蛋白质作用下可转变成全为-折叠折叠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103页第四节第四节 蛋白质理化性质与分离纯化蛋白质理化性质与分离纯化n一、理化性质一、理化性质 n（一）蛋白质两性电离（一）蛋白质两性电离 n蛋白质分子除两端氨基和羧基可解离外，氨基酸残基蛋白质分子除两端氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中一些基团，在一定溶液侧链中一些基团，在一定溶液pHpH条件下都可解离成带条件下都可解离成带负电荷或正电荷基团。蛋白质等电点负电荷或正电荷基团。蛋白质等电点(isoelectric(isoelectric point,pI)point,pI)n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、负离子趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶子趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液液pHpH称为蛋白质等电点。称为蛋白质等电点。第104页第105页（二）蛋白质胶体性质（二）蛋白质胶体性质 n蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1 1万万至至100100万之巨，其分子直径可达万之巨，其分子直径可达1 1100nm100nm，为，为胶粒范围之内胶粒范围之内n蛋白质胶体稳定原因蛋白质胶体稳定原因q颗粒表面电荷颗粒表面电荷q水化膜水化膜第106页+带正电荷蛋白质带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质带负电荷蛋白质在等电点蛋白质在等电点蛋白质水化膜水化膜+带正电荷蛋白质带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质带负电荷蛋白质不稳定蛋白质颗粒不稳定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聚沉溶液中蛋白质聚沉第107页（三）蛋白质变性、沉淀和凝固（三）蛋白质变性、沉淀和凝固 n*蛋白质变性蛋白质变性(denaturation)(denaturation)n在一些物理和化学原因作用下，其特定空间构在一些物理和化学原因作用下，其特定空间构象被破坏，也即有序空间结构变成无序空间结象被破坏，也即有序空间结构变成无序空间结构，从而造成其理化性质改变和生物活性丧失。构，从而造成其理化性质改变和生物活性丧失。第108页 造成变性原因造成变性原因如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、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重金属离子及生物碱试剂等。变性本质变性本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质一级结构。白质一级结构。第109页 应用举例应用举例临床医学上，变性原因常被应用来消毒及临床医学上，变性原因常被应用来消毒及灭菌。灭菌。另外另外,预防蛋白质变性也是有效保留蛋白预防蛋白质变性也是有效保留蛋白质制剂（如疫苗等）必要条件。质制剂（如疫苗等）必要条件。第110页若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性原原因因后后，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构构象象和功效，称为和功效，称为复性复性(renaturation)(renaturation)。第111页 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112页*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。*蛋白质凝固作用蛋白质凝固作用(protein coagulation)(protein coagulation)蛋白质变性后絮状物加热可变成比较坚固凝蛋白质变性后絮状物加热可变成比较坚固凝块，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113页（四）蛋白质紫外吸收（四）蛋白质紫外吸收因因为为蛋蛋白白质质分分子子中中含含有有共共轭轭双双键键酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸，所所以以在在280nm280nm波波优优点点有有特特征征性性吸吸收收峰峰。蛋蛋白白质质ODOD280280与与其其浓浓度度呈呈正正比比关关系系，所所以以可可作作蛋蛋白质定量测定。白质定量测定。第114页（五）蛋白质呈色反应（五）蛋白质呈色反应茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生氨基酸也可发生茚三蛋白质经水解后产生氨基酸也可发生茚三酮反应。酮反应。双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)(biuret reaction)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，展现紫色或红色，此反应称为硫酸铜共热，展现紫色或红色，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。第115页（一）透析及超滤法（一）透析及超滤法*透析透析(dialysis)(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开方法。开方法。*超滤法超滤法 应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量超滤膜，到达浓缩蛋白质溶液目标。分子量超滤膜，到达浓缩蛋白质溶液目标。第五节蛋白质分离和纯化第五节蛋白质分离和纯化第116页第117页（二）使蛋白质沉淀方法（二）使蛋白质沉淀方法(1)(1)盐析法盐析法(salting outsalting out)向蛋白质溶液中加入大量中性盐使蛋白质沉淀向蛋白质溶液中加入大量中性盐使蛋白质沉淀称称 为盐析为盐析惯用中性盐：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等惯用中性盐：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等作用原理作用原理:盐离子与水亲和力极强，夺去蛋白质水盐离子与水亲和力极强，夺去蛋白质水化层，降低分子间静电斥力。化层，降低分子间静电斥力。特点：不破坏蛋白质构象，蛋白质不发生变性。特点：不破坏蛋白质构象，蛋白质不发生变性。第118页n(2)(2)有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法n 使蛋白质脱去水化层使蛋白质脱去水化层,又能降低溶液介电常又能降低溶液介电常数使蛋白质表面电荷降低，造成蛋白质分子聚数使蛋白质表面电荷降低，造成蛋白质分子聚集而沉淀。集而沉淀。惯用有机溶剂惯用有机溶剂:甲醇甲醇、乙醇乙醇、丙酮丙酮缺点：常会使蛋白质变性缺点：常会使蛋白质变性注意事项注意事项:必须在低温下操作，尽可能缩短处理时必须在低温下操作，尽可能缩短处理时间及时将蛋白质中残余有机溶剂除去间及时将蛋白质中残余有机溶剂除去第119页n(3)(3)重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法n 重金属离子如重金属离子如Cu2+Cu2+、Hg2+Hg2+、Ag2+Ag2+、Pb2+Pb2+等带等带有正电荷，能与蛋白质分子中带负电基团结合，有正电荷，能与蛋白质分子中带负电基团结合，生成不溶性重金属蛋白盐而沉淀生成不溶性重金属蛋白盐而沉淀。n若溶液若溶液pHpH大于蛋白质大于蛋白质pIpI，沉淀更易发生，沉淀更易发生n缺点：此法常使蛋白质变性失活。缺点：此法常使蛋白质变性失活。第120页n(4)(4)生物碱试剂和一些酸类沉淀法生物碱试剂和一些酸类沉淀法n 生生物物碱碱试试剂剂(如如鞣鞣酸酸、苦苦味味酸酸、钨钨酸酸等等)，一一些些酸酸类类(主主要要是是指指三三氯氯醋醋酸酸、磺磺酰酰水水杨杨酸酸和和硝硝酸酸等等)，与与带带正正电电蛋蛋白白质质 结结合合生生成成不不溶溶性性盐盐而而沉淀。沉淀。n缺点：常引发蛋白质变性缺点：常引发蛋白质变性n注意事项注意事项:反应溶液反应溶液pHpIpHpI，确保蛋白质以阳，确保蛋白质以阳离子形式存在离子形式存在 第121页（三）电泳（三）电泳n蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pIpI溶液中为带电颗粒，溶液中为带电颗粒，在电场中能向正极或负极移