2蛋白质2.pptx

甘油）（甘油）甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸（Ala,A）丝氨酸丝氨酸（Ser,S）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）二、二、蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构组组成成蛋蛋白白质质的的多多肽肽链链在在三三维维空空间间折折叠叠和盘曲，构成特有的空间结构，也称构象。和盘曲，构成特有的空间结构，也称构象。n定义定义:n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 （一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6 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，此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构构成成了了所所谓谓的的肽肽单单元元(peptide unit)。这这一一平平面面叫叫肽肽键键平平面面。该该平平面面两两端端的的-碳碳原原子子的的单单键可以旋转，造成整个蛋白质骨架的折叠和盘曲。键可以旋转，造成整个蛋白质骨架的折叠和盘曲。肽和肽键的形成肽和肽键的形成肽单位肽单位肽键肽键肽键平面肽键平面-C 肽单位（二）、蛋白质的二级结构（二）、蛋白质的二级结构()螺旋螺旋（helixhelix）()折叠折叠（-pleated sheet）()转角转角（-turn）()无规则卷曲无规则卷曲（nonregular coil）蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（secondary structuresecondary structure）指肽链）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元主要有以下类型：单元主要有以下类型：在在-螺旋中多肽链以肽螺旋中多肽链以肽键平面为单位，以键平面为单位，以-碳原子碳原子为转折；为转折；多肽链中的各个肽键平面多肽链中的各个肽键平面围绕同一轴旋转，形成螺旋围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为的距离即螺距为0.54nm,含含3.6个氨基酸残基个氨基酸残基.肽链内形成氢键，氢键的肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行取向几乎与轴平行。氨基酸残基的氨基酸残基的R R基团伸向基团伸向螺旋外侧。螺旋外侧。蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手-螺旋。螺旋。左手和右手螺旋左手和右手螺旋（1）-螺旋螺旋 （2）-折叠折叠 -折叠是由两条或多条几乎完全折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。叠构象。在在-折叠中，折叠中，-碳原子总是处于折叠碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，即角上并与棱角垂直，即R基团总是交错基团总是交错伸向锯齿状结构的上下方伸向锯齿状结构的上下方.-折叠结构的氢键主要是由两条肽折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。氢键与链的长轴接近同部分之间形成。氢键与链的长轴接近垂直。垂直。-折叠有两种类型。一种为平行式，折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的即所有肽链的N-端都在同一边。另一端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。相反。（三）、（三）在二级结构基础上多肽链进一步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折叠形成蛋白质三级结构疏水键、离子键（盐键）、氢键和疏水键、离子键（盐键）、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三级结构三级结构定义定义:肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端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含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构白质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)。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)。血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构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第三节第三节一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构与功是高级结构与功能的基础能的基础（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 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（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级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（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。正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞-链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人）（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患（患 者）者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血患者血红细胞合成了一种不正常的血红患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白（蛋白（Hb-SHb-S）；）；它与正常的血红蛋白它与正常的血红蛋白（Hb-AHb-A）的差别：）的差别：仅仅在于仅仅在于链的链的N-N-末端第末端第6 6位残基发生了位残基发生了变化；变化；（Hb-AHb-A）第）第6 6位残基是极性谷氨酸残基，位残基是极性谷氨酸残基，（Hb-SHb-S）中换成了非极性的缬氨酸残基；）中换成了非极性的缬氨酸残基；使血红蛋白细胞收缩成镰刀形，输氧能使血红蛋白细胞收缩成镰刀形，输氧能力下降，易发生溶血；力下降，易发生溶血；这说明了蛋白质分子结构与功能关系的这说明了蛋白质分子结构与功能关系的高度统一性；高度统一性；这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为病，称为“分子病分子病四）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 二、二、高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能1 1、蛋白质高级构象破坏，功能丧失蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：实例：核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性2 2、蛋蛋白白质质在在表表现现生生物物功功能能时时，构构象象发发生生一一定变化（定变化（变构效应变构效应）实例：实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能血红蛋白的变构效应和输氧功能核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用Native ribonucleaseDenative reduced ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercapotoethanolDialysis变性变性复性复性n n变构效应变构效应变构效应变构效应(allosteric effect)(allosteric effect)蛋蛋白白质质空空间间结结构构的的改改变变伴伴随随其其功功能能的的变变化化，称为称为变构效应变构效应。寡聚蛋白与配基结合，改变蛋白质构象，导寡聚蛋白与配基结合，改变蛋白质构象，导致蛋白质生物活性改变的现象致蛋白质生物活性改变的现象.它是细胞内最简它是细胞内最简单的调节方式单的调节方式.例：血红蛋白的别构效应例：血红蛋白的别构效应一个亚基与氧结合后，引起该亚基构象改变一个亚基与氧结合后，引起该亚基构象改变进而引起另三个亚基的构象改变进而引起另三个亚基的构象改变整个分子构象改变整个分子构象改变与氧的结合能力增加与氧的结合能力增加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。3、蛋白质构象改变、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。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、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。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在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-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(pI)。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)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，为为胶胶粒粒范范围围之之内内。可可溶溶性性蛋蛋白白质质分分子子表表面面分分布布着着大大量量极极性性氨氨基基酸酸残残基基，对对水水有有很很高高的的亲亲和和性性，通通过过水水合合作作用用在在蛋蛋白白质质颗颗粒粒外外面面形形成成一一层层水水化化膜膜，同同时时这这些些颗颗粒粒带带有有电荷电荷，因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体。，因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体。去去掉掉水水化化膜膜和和表表面面电电荷荷这这两两个个因因素素，蛋蛋白白质质就就极极易易聚集沉淀。聚集沉淀。+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)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。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。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)。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。凝固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。凝固是不可逆的变性。是不可逆的变性。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)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。嘌呤嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)n戊糖戊糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)复习思考题复习思考题名词解释名词解释l蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构l蛋白质的变性蛋白质的变性简答题简答题l说出蛋白质的基本组成单位及其结构特征。说出蛋白质的基本组成单位及其结构特征。l试举例说明蛋白质结构和功能的关系。试举例说明蛋白质结构和功能的关系。预习内容预习内容l核酸的分子结构与功能核酸的分子结构与功能The EndThank YouThank You