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1、第二章第二章 蛋白質的結構與功能蛋白質的結構與功能一、概述一、概述 二、蛋白質的基本組成單位二、蛋白質的基本組成單位氨基酸解氨基酸解)三、蛋白質的結構三、蛋白質的結構四、蛋白質結構與功能的關系四、蛋白質結構與功能的關系五、蛋白質的重要性質、分離純化與鑒定五、蛋白質的重要性質、分離純化與鑒定1學習資料了解蛋白質的元素組成；掌握蛋白質的基本結構單位氨基酸的基本結構；了解氨基酸的分類；了解稀有氨基酸和非蛋白質氨基酸；掌握氨基酸的各種理化性質；掌握肽鍵、肽鏈和蛋白質一級結構的概念，同時了解蛋白質一級結構的表示方法；掌握二肽及多肽的形成過程；了解蛋白質一級結構的測定方法。2學習資料 思考題思考題 1.蛋
2、白質分為哪些類型？各行使何種功能？蛋白質分為哪些類型？各行使何種功能？2.自然界存在的氨基酸種類、結構、性質？自然界存在的氨基酸種類、結構、性質？3.肽鍵有何特點？對蛋白質構象的形成有何肽鍵有何特點？對蛋白質構象的形成有何影響？影響？4.何謂蛋白質的一、二、三、四級結構？維何謂蛋白質的一、二、三、四級結構？維系蛋白質構象的作用力有哪些？系蛋白質構象的作用力有哪些？5.何謂蛋白質的超二級結構和結構域？何謂蛋白質的超二級結構和結構域？6.試述蛋白質一級結構和高級結構與功能的試述蛋白質一級結構和高級結構與功能的關系。關系。7.何謂蛋白質的變性作用與復性作用？何謂蛋白質的變性作用與復性作用？3學習資料
3、一、概述一、概述（一）蛋白質的生物學意義和元素組成（一）蛋白質的生物學意義和元素組成（二）蛋白質的分類（二）蛋白質的分類4學習資料（一）蛋白質的生物學意義和元素組成（一）蛋白質的生物學意義和元素組成 1.蛋白質的生物學意義蛋白質的生物學意義 （1）蛋白質生物學功能的）蛋白質生物學功能的多樣性多樣性 酶的催化功能、控制生長和分化、代謝調(diào)節(jié)酶的催化功能、控制生長和分化、代謝調(diào)節(jié)功能、運動功能、運輸作用、免疫保護作用、接功能、運動功能、運輸作用、免疫保護作用、接受和傳遞信息、貯存營養(yǎng)功能、結構支持作用受和傳遞信息、貯存營養(yǎng)功能、結構支持作用。（2）蛋白質生物學功能的）蛋白質生物學功能的復雜性復雜性
4、某一功能的發(fā)揮往往受到多種因素的影響與某一功能的發(fā)揮往往受到多種因素的影響與調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。5學習資料2.蛋白質的元素組成蛋白質的元素組成 一般含有：一般含有：碳碳（5055）、氮氮（1518）、）、氧氧（2023）、）、氫氫（68）、）、硫硫（04）。）。在某些蛋白質中，還含有一些在某些蛋白質中，還含有一些微量元素微量元素如：磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等。如：磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等。蛋白質元素組成的一個特點：蛋白質元素組成的一個特點：各種蛋白各種蛋白質的氮含量比較恒定，平均值為質的氮含量比較恒定，平均值為16左右左右。用用凱氏定氮法凱氏定氮法測定氮的含量，計算蛋白質測定氮的含量，計算蛋白質的含量（
5、由氮的含量乘以的含量（由氮的含量乘以6.256.25）出來。）出來。6學習資料（二）蛋白質的分類（二）蛋白質的分類 1.1.按蛋白質的構象分類按蛋白質的構象分類 2.2.按蛋白質的功能分類按蛋白質的功能分類 3.3.按蛋白質的組成和溶解性分類按蛋白質的組成和溶解性分類7學習資料1.1.按蛋白質的構象分類按蛋白質的構象分類分為分為球狀蛋白質球狀蛋白質 和和纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質。球狀蛋白質球狀蛋白質 （globular globular protein protein）血紅蛋白、肌紅血紅蛋白、肌紅 蛋白等。蛋白等。8學習資料纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質（fibroue fibroue protei
6、nprotein）膠原蛋白、彈性膠原蛋白、彈性 蛋白、角蛋白、蛋白、角蛋白、絲心蛋白等。絲心蛋白等。9學習資料催化蛋白（酶）催化蛋白（酶）調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白結構蛋白結構蛋白運輸?shù)鞍走\輸?shù)鞍踪A藏蛋白貯藏蛋白運動蛋白運動蛋白防御蛋白防御蛋白電子傳遞蛋白電子傳遞蛋白2.2.按蛋白質的功能分類按蛋白質的功能分類10學習資料3.3.按蛋白質的組成和溶解性分類按蛋白質的組成和溶解性分類單純蛋白質單純蛋白質（simple proteinsimple protein）結合蛋白質結合蛋白質（complex proteincomplex protein）11學習資料二、蛋白質的基本組成單位二、蛋白質的基本組成單位氨
7、基酸氨基酸（一）氨基酸的結構（一）氨基酸的結構（二）氨基酸的分類（二）氨基酸的分類（三）氨基酸的性質（三）氨基酸的性質 12學習資料CHCOOHRNH2氨基酸的結構通式（一）（一）氨基酸的結構氨基酸的結構蛋白質的基本結構單位蛋白質的基本結構單位-氨基酸的結構通式氨基酸的結構通式側鏈側鏈13學習資料COOHCH2CH2CN HCHH2脯氨酸脯氨酸亞氨基亞氨基14學習資料（二）氨基酸的分類（二）氨基酸的分類 1 1.編碼氨基酸編碼氨基酸 2.2.非編碼氨基酸非編碼氨基酸 3.3.非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸 15學習資料 氨基酸名稱符號R 基化學結構等電點分類H3CH3CAla(alanine)C
8、HCH3H3CCHCH3CH2H3CCHCH3CH2H3CCH2NCH2CH2CH2SCH2H2CH2CCHNCOOHH纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸蛋氨酸蛋氨酸脯氨酸脯氨酸ValProTrpMetLeuIlePhe異亮氨酸異亮氨酸(valine)(leucine)(phenylalanine)(tryptophan)(methionine)(proline)(isoleucine)6.025.975.986.025.485.895.756.30非非極極性性氨氨基基酸酸（8種）種）丙氨酸丙氨酸1.1.編碼氨基酸編碼氨基酸16學習資料17學習資料CH2HNCHCNHNH氨基
9、酸名稱符號R基化學結構等電點分類CH2CH2CH2CH2CH2H3N+CH2CH2NHCNH2H2N+OOC-CH2CH2OOC-CH2His組氨酸賴氨酸精氨酸天冬氨酸谷氨酸(histidine)(lysine)(arginine)(aspartic acid)(glutamic acid)LysArgAspGlu7.599.7410.762.973.22帶正電荷極性氨基酸帶負電荷極性氨基酸第21種氨基酸硒代半胱氨酸18學習資料2.2.非編碼氨基酸非編碼氨基酸 沒有相應的三聯(lián)體遺傳密碼。沒有相應的三聯(lián)體遺傳密碼。由由編碼氨基酸編碼氨基酸經(jīng)羥基化、甲基化、磷酸經(jīng)羥基化、甲基化、磷酸化等修飾形成的
10、衍生物?；刃揎椥纬傻难苌铩＠纾耗z原蛋白和彈性蛋白中的例如：膠原蛋白和彈性蛋白中的 4-羥脯氨酸羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等羥賴氨酸等。19學習資料3.3.非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸 在生物體內(nèi)，還發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)，還發(fā)現(xiàn)150150多種不參與蛋多種不參與蛋白質組成的氨基酸。白質組成的氨基酸。這些非蛋白質氨基酸多是這些非蛋白質氨基酸多是重要的代謝重要的代謝物前體或代謝中間產(chǎn)物物前體或代謝中間產(chǎn)物。20學習資料 1.1.氨基酸的兩性解離及等電點氨基酸的兩性解離及等電點 氨基酸是氨基酸是兩性電解質兩性電解質（ampholyteampholyte）CHCOOHRNH2（三）氨基酸的性質（三）氨基酸的
11、性質21學習資料氨基酸兩性解離氨基酸兩性解離RCOOHCHNH2RCOOCHNH3+-中性分子形式中性分子形式 兩性離子形兩性離子形式式22學習資料RCOOHCHNH3RCOO-CHNH3+RCOO-CHNH2+OH-H+23學習資料 對某種氨基酸來講，當溶液在某一對某種氨基酸來講，當溶液在某一特定的特定的 pH pH 時，氨基酸所帶凈電荷為時，氨基酸所帶凈電荷為零（即正電荷數(shù)與負電荷數(shù)相等）零（即正電荷數(shù)與負電荷數(shù)相等），在電場中，既不向正極移動，也不向在電場中，既不向正極移動，也不向負極移動。這時，溶液的負極移動。這時，溶液的pH pH 稱為該稱為該氨基酸的等電點氨基酸的等電點(isoel
12、ectric(isoelectric point)point)，用，用pIpI表示。表示。兩性解離物質所帶靜電荷為零時溶液的兩性解離物質所帶靜電荷為零時溶液的pHpH。氨基酸的等電點氨基酸的等電點24學習資料 （1 1）不同氨基酸，由于）不同氨基酸，由于R R 基團結構的基團結構的不同，有不同的等電點。在一定實驗條不同，有不同的等電點。在一定實驗條件下，等電點是件下，等電點是氨基酸的特征常數(shù)氨基酸的特征常數(shù)。（2 2）當氨基酸處于等電點狀態(tài)時，其）當氨基酸處于等電點狀態(tài)時，其溶解度最小溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。，容易發(fā)生沉淀。利用這一特性，可以從各種氨基酸的利用這一特性，可以從各種氨基酸的混合
13、物溶液中，分離制取某種氨基酸混合物溶液中，分離制取某種氨基酸。氨基酸等電點的作用氨基酸等電點的作用25學習資料 （1 1）氨基酸的構型）氨基酸的構型 除除甘氨酸以外甘氨酸以外，其余，其余 20 20 種氨基酸種氨基酸的的 CC都是不對稱碳原子（手性）。都是不對稱碳原子（手性）。CRCOOHNH2H2NCRCOOHHHL-型氨基酸 D-型氨基酸 2.2.氨基酸的光學活性與吸收光譜氨基酸的光學活性與吸收光譜26學習資料甘氨酸的結構式甘氨酸的結構式HNH2CCOOHH27學習資料參與蛋白質組成的氨基酸在參與蛋白質組成的氨基酸在可見光區(qū)都沒可見光區(qū)都沒有光吸收有光吸收；在在紫外光區(qū)紫外光區(qū)只只有色氨酸
14、、酪氨酸有色氨酸、酪氨酸和和苯丙氨苯丙氨酸酸有吸收光的能力。其最大吸收波長有吸收光的能力。其最大吸收波長()分別為分別為280280nmnm、275275nmnm、257257nmnm；是是利用紫外分光光度計，利用紫外分光光度計，在在280280nmnm波長處，波長處，測定蛋白質濃度的基礎。測定蛋白質濃度的基礎。（2 2）吸收光譜）吸收光譜28學習資料三、蛋白質的結構三、蛋白質的結構（一）蛋白質的一級結構（一）蛋白質的一級結構（二）蛋白質的三維結構（二）蛋白質的三維結構29學習資料 蛋白質結構層次蛋白質結構層次 30學習資料一級結構（一級結構（primary structureprimary
15、structure）；）；二級結構（二級結構（secondary structuresecondary structure）；）；超二級結構（超二級結構（supersecondary supersecondary structure structure）；）；結構域（結構域（structural domainstructural domain）；）；三級結構（三級結構（tertiary structuretertiary structure）；）；四級結構（四級結構（quarternary structurequarternary structure）蛋白質結構層次蛋白質結構層次 31學習資料
16、（一）蛋白質的一級結構（一）蛋白質的一級結構 概念：概念：多肽鏈上各種多肽鏈上各種氨基酸殘基氨基酸殘基的排列的排列順序，即氨基酸序列稱為蛋白質的一級順序，即氨基酸序列稱為蛋白質的一級結構（結構（primary structureprimary structure）。）。（51Aa，5733 u）32學習資料1.1.肽和肽鍵肽和肽鍵 肽肽 由由氨基酸構成的線形聚合物氨基酸構成的線形聚合物稱為肽稱為肽（peptidepeptide）。）。二個氨基酸分子縮合二個氨基酸分子縮合而成的肽，稱為二肽（而成的肽，稱為二肽（dipeptidedipeptide）。NHCOCNHCOCOHHHR1R2H33學習
17、資料34學習資料肽鍵肽鍵（peptide bonepeptide bone）多肽鏈多肽鏈（polypeptide chainpolypeptide chain）HNCO氨基酸殘基CCONHHROCNHOCNHCC肽鍵肽單位肽鏈主鏈OCNHCCOCNHCOCNHCOCOHNH 肽鍵氮氧原子共振產(chǎn)生：肽鍵氮氧原子共振產(chǎn)生：（1 1）部分雙鍵性質；（部分雙鍵性質；（2 2）多肽主鏈酰）多肽主鏈酰胺平面；（胺平面；（3 3）CC處于順式或反處于順式或反式構型；（式構型；（4 4）二面角；（）二面角；（5 5）偶）偶極性（極性（N N末端，末端，C C末端）末端）。35學習資料氨基酸殘基氨基酸殘基（am
18、ino acid residueamino acid residue）RHHNOCC氨基酸殘基HOH36學習資料蛋白質一級結構的表示法蛋白質一級結構的表示法肽鍵肽鍵H2NCOHCH3SCOOHNHCCOHNHCCOHNHCCOHNHCHHCH2CHCH2OHCH2CH2中文氨基酸殘基命名法：中文氨基酸殘基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙 氨酰甲硫氨酸氨酰甲硫氨酸三字母符號表示法三字母符號表示法：TyrGlyGlyPheMetTyrGlyGlyPheMet單字母單字母符號表示法符號表示法：YGGFMYGGFM37學習資料 谷胱甘肽谷胱甘肽 腦啡肽（腦啡肽（5 5肽肽）短桿菌肽
19、短桿菌肽S S（1010肽肽）肽類激素肽類激素3.天然活性肽天然活性肽38學習資料（二）蛋白質的三維結構（二）蛋白質的三維結構 蛋白蛋白 質的三維結構質的三維結構指的是指的是蛋白質分子蛋白質分子中全部原子和基團相互間的立體關系，中全部原子和基團相互間的立體關系，包括全部原子和基團的排列、分布及肽包括全部原子和基團的排列、分布及肽鏈的走向。鏈的走向。又稱為蛋白質的高級結構、又稱為蛋白質的高級結構、空間結構或構象，可分為空間結構或構象，可分為二級二級、超二級超二級、結構域結構域、三級三級和和四級結構四級結構。39學習資料1 1.蛋白質的二級結構蛋白質的二級結構2.2.蛋白質的超二級結構和結構域蛋白
20、質的超二級結構和結構域3.3.蛋白質的三級結構蛋白質的三級結構4 4.蛋白質的四級結構蛋白質的四級結構5 5.穩(wěn)定蛋白質構象的作用力穩(wěn)定蛋白質構象的作用力40學習資料蛋白質結構層次蛋白質結構層次 41學習資料1.1.基本知識基本知識 （1 1）構型與構象）構型與構象 構型（構型（configurationconfiguration）構象（構象（conformationconformation）19691969年，年，IUPACIUPAC （2 2）蛋白質的立體結構原理蛋白質的立體結構原理 肽單位與二面角肽單位與二面角 將多肽鏈的基本結構中，將多肽鏈的基本結構中，-C C-CO-NH-C-CO-
21、NH-C-這一主鏈骨架的重復單位叫這一主鏈骨架的重復單位叫肽單位肽單位（PaulingPauling和和CoreyCorey在在19511951年根據(jù)年根據(jù)X-X-射線衍射結果，提出射線衍射結果，提出蛋白質蛋白質肽單位平面原則肽單位平面原則 3 3）。42學習資料肽單位平面結構肽單位平面結構NHCOCNHCOC OHHHR1R2H氨基酸殘基CCONHHROCNHOCNHCC肽鍵肽單位肽鏈主鏈OCNHCCOCNHCOCNHCOCOHNH43學習資料肽單位立體結構肽單位立體結構44學習資料45學習資料二面角（二面角（dihedral angledihedral angle）肽平面肽平面1 1 圍繞
22、圍繞 CC2 2NN1 1 單鍵旋轉，單鍵旋轉，其旋轉的角度用其旋轉的角度用表示；表示；肽平面肽平面2 2 也可也可以圍繞以圍繞 CC2 2CC2 2 單鍵旋轉，其旋單鍵旋轉，其旋轉的角度用轉的角度用表表示。示。(右為正右為正,左為負左為負)N1C 2C246學習資料 多肽鏈主鏈骨架的構象是由每個多肽鏈主鏈骨架的構象是由每個C C的成對的成對二面角二面角（，）所決定的。所決定的。非鍵合原子間的最小接觸距離非鍵合原子間的最小接觸距離 在相鄰的兩個肽單位的構象中，非鍵合原在相鄰的兩個肽單位的構象中，非鍵合原子間的接近有無障礙，是否符合子間的接近有無障礙，是否符合標準接觸距標準接觸距離離，即能量是否
23、達到最低即能量是否達到最低，也是肽鏈構象能也是肽鏈構象能否穩(wěn)定存在的重要否穩(wěn)定存在的重要立體化學原則立體化學原則。47學習資料2.二級結構二級結構 概概 念念 指多肽鏈主鏈在一級結構的基礎上，指多肽鏈主鏈在一級結構的基礎上，某些肽段借助氫鍵進一步盤旋或折疊，某些肽段借助氫鍵進一步盤旋或折疊，從而形成有規(guī)律的構象。從而形成有規(guī)律的構象。主要類型主要類型 -螺旋、螺旋、-折疊片、折疊片、-轉角、無規(guī)轉角、無規(guī)卷曲。卷曲。48學習資料（1 1）-螺旋螺旋 即每個氨基酸殘基（即每個氨基酸殘基（n n）的的C CO O 與另一個氨與另一個氨基酸殘基（基酸殘基（n+4n+4）的的N NH H 形成氫鍵。形
24、成氫鍵。CHCO)3(NHCNOHR Pauling Pauling 和和CoreyCorey于于1951 1951 年提出蛋白質的年提出蛋白質的-螺旋螺旋（-helix-helix）結構模型結構模型。羊毛等纖維狀蛋白質中，球狀蛋白中也廣泛存在。它是蛋白質主鏈的一種羊毛等纖維狀蛋白質中，球狀蛋白中也廣泛存在。它是蛋白質主鏈的一種典型結構形式典型結構形式.49學習資料每隔每隔3.6個氨基酸殘基，螺旋上升一圈，每圈間距個氨基酸殘基，螺旋上升一圈，每圈間距0.54nm.氫鍵環(huán)內(nèi)包括氫鍵環(huán)內(nèi)包括13個主鏈原子，因此稱這種螺旋為個主鏈原子，因此稱這種螺旋為3.613螺旋。螺旋。50學習資料51學習資料5
25、2學習資料53學習資料 電子顯微鏡下的人體頭發(fā)電子顯微鏡下的人體頭發(fā)54學習資料（2 2）-折疊折疊（a）Antiparallel-折疊：折疊：伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結而成的鋸齒狀片伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結而成的鋸齒狀片層結構，存在于纖維蛋白，球狀蛋白也有。層結構，存在于纖維蛋白，球狀蛋白也有。又稱為又稱為-折疊片（折疊片（-pleated sheet-pleated sheet）。55學習資料反平行式較為穩(wěn)定，例如在絲心蛋白中存在穩(wěn)定反平行式較為穩(wěn)定，例如在絲心蛋白中存在穩(wěn)定的反平行的反平行折疊。折疊。56學習資料（3 3）-轉角轉角 蛋白質分子中連接不同結構單位的蛋白質分子中連接不同結構單位的
26、180180o o轉彎結構稱為轉彎結構稱為-轉角轉角（-turn-turn）。由氨基酸殘基（由氨基酸殘基（n n）的的C CO O 與另一個氨基酸殘與另一個氨基酸殘基（基（n+3n+3）的的N NH H 形成氫鍵。形成氫鍵。57學習資料（4 4）無規(guī)卷曲）無規(guī)卷曲 沒有規(guī)律性的多肽主鏈骨架的沒有規(guī)律性的多肽主鏈骨架的構象，就是構象，就是無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲（random random coilcoil，、角度角度 不定）；球蛋不定）；球蛋白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷曲；無規(guī)卷曲曲；無規(guī)卷曲往往往往有利于多肽鏈形有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活性的構成靈活的、具
27、有特異生物活性的構象。象。58學習資料 （1 1）超二級結構）超二級結構 相鄰的二級結構單元（主要是相鄰的二級結構單元（主要是螺旋和螺旋和折疊）組合在一起，折疊）組合在一起，形成有規(guī)則的、空間上能夠辨認的形成有規(guī)則的、空間上能夠辨認的二級結構的組合體二級結構的組合體，充當三級結構，充當三級結構的 構 件，稱 為的 構 件，稱 為 超 二 級 結 構超 二 級 結 構（supersecondary structuresupersecondary structure）。3.3.超二級結構和結構域超二級結構和結構域59學習資料常見的組合形式：常見的組合形式：、60學習資料（2 2）結構域）結構域 多
28、肽鏈在二多肽鏈在二級結構或超二級結構或超二級結構的基礎級結構的基礎上，進一步卷上，進一步卷曲折疊成為相曲折疊成為相對獨立、近似對獨立、近似球形的三維實球形的三維實體稱為體稱為結構域結構域（structure structure domaindomain），是是三級結構的局三級結構的局部折疊區(qū)。部折疊區(qū)。IgG分子的12個結構域CH3CH2VL補體結合部位抗原結合部位CLCH1LHVHSSSSSSSS61學習資料 結構域之間常常只有一段肽鏈結構域之間常常只有一段肽鏈相連，形成所謂相連，形成所謂“鉸鏈區(qū)鉸鏈區(qū)”（hinge hinge regionregion），），使結構域容易發(fā)生相對使結構域容
29、易發(fā)生相對運 動。結 構 域 之 間 的 這 種運 動。結 構 域 之 間 的 這 種 柔 性柔 性（flexibilityflexibility）有利于如酶和抗體有利于如酶和抗體活性的發(fā)揮。活性的發(fā)揮。62學習資料4.4.三級結構三級結構 多肽鏈在二級多肽鏈在二級結構、超二級結結構、超二級結構和結構域的基構和結構域的基礎上，礎上，主鏈構象主鏈構象和側鏈構象相互和側鏈構象相互作用作用，進一步盤，進一步盤曲折疊形成特定曲折疊形成特定的球狀分子結構，的球狀分子結構，稱 作 三 級 結 構稱 作 三 級 結 構（tertiary tertiary structure structure）。三級結構是
30、指多三級結構是指多肽鏈中所有原子肽鏈中所有原子的空間排布。的空間排布。肌紅蛋白肌紅蛋白 myoglobin63學習資料5.5.四級結構四級結構 由兩條或兩條由兩條或兩條以上具有三級結以上具有三級結構的多肽鏈聚合構的多肽鏈聚合而成的特定三維而成的特定三維結構（構象）稱結構（構象）稱為蛋白質的四級為蛋白質的四級結構結構（quarter-quarter-n a r y s t r u c-n a r y s t r u c-tureture）。涉及亞涉及亞基的種類、數(shù)目基的種類、數(shù)目和亞基的空間排和亞基的空間排布，包括亞基間布，包括亞基間的接觸位點和相的接觸位點和相互作用關系，但互作用關系，但不包括
31、亞基本身不包括亞基本身的構象。的構象。-亞基亞基（subunitsubunit）血紅蛋白血紅蛋白 hemoglobin-亞基亞基 血紅素血紅素（haem）64學習資料煙草花葉病毒（煙草花葉病毒（TMV）示意圖示意圖 由由2 1302 130個相個相同亞基構成的同亞基構成的螺旋對稱性柱螺旋對稱性柱形蛋白質外殼，形蛋白質外殼，緊密排列于一緊密排列于一含有含有6 3906 390個核個核苷酸的單鏈苷酸的單鏈RNARNA分子周圍。解分子周圍。解離的離的TMVTMV外殼亞外殼亞基和基和RNARNA，在合在合適的條件下能適的條件下能自裝配自裝配成完整成完整的的TMVTMV。65學習資料蛋白質結構層次蛋白質
32、結構層次 66學習資料5 5.穩(wěn)定蛋白質構象的作用力穩(wěn)定蛋白質構象的作用力67學習資料四、蛋白質結構與功能的關系四、蛋白質結構與功能的關系 （一）蛋白質一級結構與功能的關系（一）蛋白質一級結構與功能的關系（二）蛋白質構象與功能的關系（二）蛋白質構象與功能的關系68學習資料 1.一級結構變異與生物進化一級結構變異與生物進化 在不同生物體中行使相同或相似功能的在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質，稱為蛋白質，稱為同功能蛋白質同功能蛋白質。它們的氨基酸序列具有明顯的相似性，它們的氨基酸序列具有明顯的相似性，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為序列同源序列同源，有明顯序列同源，有明顯序列同源的蛋白質，也稱的蛋
33、白質，也稱同源蛋白質同源蛋白質。（一）蛋白質一級結構與功能的關系（一）蛋白質一級結構與功能的關系69學習資料 （1 1）同源蛋白質完全相同的氨基酸殘基，稱）同源蛋白質完全相同的氨基酸殘基，稱不不變殘基變殘基，它們決定了蛋白質的，它們決定了蛋白質的空間結構與功能空間結構與功能。（2 2）有相當大變化的氨基酸殘基，稱為）有相當大變化的氨基酸殘基，稱為可變殘可變殘基基，它們的差異體現(xiàn)了，它們的差異體現(xiàn)了種屬特異性種屬特異性。因此，對不同生物來源的因此，對不同生物來源的同功能蛋白質同功能蛋白質的一級的一級結構進行比較研究：結構進行比較研究：可以幫助我們了解哪些氨基可以幫助我們了解哪些氨基酸對其活性是重
34、要的，哪些是不重要的；可為生酸對其活性是重要的，哪些是不重要的；可為生物進化提供新的可靠依據(jù)。物進化提供新的可靠依據(jù)。同源蛋白質結構的種屬差異與保守性同源蛋白質結構的種屬差異與保守性70學習資料2.2.一級結構變異與分子病一級結構變異與分子病 （1 1）分子病）分子病 基因突變基因突變 AaAa變異變異 蛋白結構和功能改變引起的遺傳病。蛋白結構和功能改變引起的遺傳病。（2 2）鐮刀型紅細胞貧血病）鐮刀型紅細胞貧血病 由由HbHb分子分子亞基亞基N N末端序列的一級結構改變引起末端序列的一級結構改變引起HbHb表面電表面電荷和等電點變化，溶解度降低并出現(xiàn)不正常線形締合。荷和等電點變化，溶解度降低
35、并出現(xiàn)不正常線形締合。HbSHbA-鏈N-末端序列ValHisLeuThrProLysGluGluValHisLeuThrProLysGluVal1234567871學習資料正常紅細胞和鐮刀狀紅細胞的掃描電鏡圖譜正常紅細胞和鐮刀狀紅細胞的掃描電鏡圖譜？72學習資料 一級結構相似，可能會有相同的功能；一級結構有一級結構相似，可能會有相同的功能；一級結構有差異，功能會不同。如差異，功能會不同。如OXOX與與ADH:ADH:牛催產(chǎn)素牛催產(chǎn)素Cys.Tyr.Ile.Gln.Asn.Cys.Pro.Leu.Gly-NH2Cys.Tyr.Phe.Gln.Asn.Cys.Pro.Arg.Gly-NH2.SS
36、123456789SS 牛加壓素牛加壓素3.多肽激素的一級結構與功能多肽激素的一級結構與功能（ADH）（OX）73學習資料 不同生物（哺乳動物、鳥類、魚不同生物（哺乳動物、鳥類、魚類）來源胰島素分子一級結構，發(fā)類）來源胰島素分子一級結構，發(fā)現(xiàn)組成的現(xiàn)組成的 5151 個氨基酸殘基中，只個氨基酸殘基中，只有有 2424 個氨基酸殘基始終保持不變，個氨基酸殘基始終保持不變，為不同生物所共有，為維持高級結為不同生物所共有，為維持高級結構和生物活性所必需。構和生物活性所必需。4.不同生物來源的胰島素一級結構比較不同生物來源的胰島素一級結構比較74學習資料5.5.一級結構斷裂與功能激活一級結構斷裂與功能
37、激活 有些蛋白質常以無活性的前體形式產(chǎn)有些蛋白質常以無活性的前體形式產(chǎn)生和貯存。在機體需要時，切去部分肽生和貯存。在機體需要時，切去部分肽段之后，才變成有活性的蛋白質。段之后，才變成有活性的蛋白質。如參如參與蛋白質消化的各種蛋白酶、參與血液與蛋白質消化的各種蛋白酶、參與血液凝固的凝血酶、凝血因子等。凝固的凝血酶、凝血因子等。激活激活（activationactivation）：）：使前體蛋白質使前體蛋白質變成活性蛋白質的過程，稱為激活變成活性蛋白質的過程，稱為激活。75學習資料76學習資料（二）蛋白質構象與功能的關系（二）蛋白質構象與功能的關系1 1.變構調(diào)節(jié)活性變構調(diào)節(jié)活性2 2.變性喪失活
38、性變性喪失活性 77學習資料血紅蛋白血紅蛋白-亞基亞基-亞基亞基（-subunit）血紅素血紅素（haem）78學習資料血紅蛋白的變構現(xiàn)象（變構時的亞基移動）血紅蛋白的變構現(xiàn)象（變構時的亞基移動）79學習資料 血紅蛋白和肌紅蛋血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線不同，白的氧合曲線不同，前者是前者是 S S 形曲線，后形曲線，后者是雙曲線。者是雙曲線。-亞基可與氧結合，亞基可與氧結合，而而-亞基由于存在空亞基由于存在空間位阻，幾乎不與氧間位阻，幾乎不與氧結合。當結合。當-亞基與氧亞基與氧結合后，發(fā)生三級結結合后，發(fā)生三級結構的變化，此變化使構的變化，此變化使相鄰的相鄰的-亞基發(fā)生三亞基發(fā)生三級結構的變化
39、，與氧級結構的變化，與氧結合使血紅蛋白結合結合使血紅蛋白結合氧的能力在短時間內(nèi)氧的能力在短時間內(nèi)迅速上升，從，而使迅速上升，從，而使曲線程曲線程S S 形。形。氧飽和度（%）80學習資料（一）蛋白質的重要性質（一）蛋白質的重要性質（二）蛋白質分離純化的原則與方法（二）蛋白質分離純化的原則與方法五、蛋白質的重要性質、分離純化與鑒定五、蛋白質的重要性質、分離純化與鑒定81學習資料1 1.蛋白質的兩性解離與等電點蛋白質的兩性解離與等電點2 2.蛋白質的變性與復性蛋白質的變性與復性3 3.蛋白質的呈色反應蛋白質的呈色反應 （一）蛋白質的重要性質（一）蛋白質的重要性質82學習資料 蛋白質的等電點（蛋白質
40、的等電點（isoelectric pointisoelectric point）當溶液在某個當溶液在某個pHpH時，使蛋白質分子所時，使蛋白質分子所帶正電荷數(shù)與負電荷數(shù)恰好相等，即凈帶正電荷數(shù)與負電荷數(shù)恰好相等，即凈電荷為零，在直流電場中，既不向陽極電荷為零，在直流電場中，既不向陽極移動，也不向陰極移動，此時溶液的移動，也不向陰極移動，此時溶液的pH pH 就是該蛋白質的等電點就是該蛋白質的等電點，用用pIpI表示。表示。兩性解離物質所帶靜電荷為零時溶液的兩性解離物質所帶靜電荷為零時溶液的pHpH。1.1.蛋白質的兩性解離與等電點蛋白質的兩性解離與等電點83學習資料 （1 1）蛋白質變性）蛋白
41、質變性 天然蛋白質在變性因素作用之下，其天然蛋白質在變性因素作用之下，其一級結構保持不變，但其高級結構發(fā)生了一級結構保持不變，但其高級結構發(fā)生了異常的變化異常的變化，即由天然態(tài)（折疊態(tài)）變成，即由天然態(tài)（折疊態(tài)）變成了變性態(tài)（伸展態(tài)），從而了變性態(tài)（伸展態(tài)），從而引起生物功能引起生物功能的喪失，物理、化學性質也發(fā)生改變的喪失，物理、化學性質也發(fā)生改變，這，這種現(xiàn)象被稱為種現(xiàn)象被稱為變性（變性（denaturationdenaturation）。2.2.蛋白質的變性與復性蛋白質的變性與復性84學習資料 引起變性因素：引起變性因素：物理因素和化學因素。物理因素和化學因素。1.1.熱（熱（60601
42、00 100）；）；2.2.pHpH；3.3.鹽；鹽；4.4.有有機溶劑；機溶劑；5.5.尿素與鹽酸胍；尿素與鹽酸胍；6.6.去垢劑等去垢劑等85學習資料 變性表現(xiàn)：變性表現(xiàn)：（1 1）物理性質的改變：）物理性質的改變：溶解度下降；（溶解度下降；（2 2）化學性質的改變：）化學性質的改變：易易被蛋白酶消化；（被蛋白酶消化；（3 3）生物功能的改變：生物功能的改變：酶喪失活性、激素蛋白喪失生理調(diào)節(jié)作酶喪失活性、激素蛋白喪失生理調(diào)節(jié)作用、抗體失去與抗原專一性結合能力。用、抗體失去與抗原專一性結合能力。變性機理：變性機理：破壞了蛋白質分子構象破壞了蛋白質分子構象中的次級鍵。中的次級鍵。使原來埋藏在分
43、子內(nèi)部的使原來埋藏在分子內(nèi)部的疏水集團大量暴露出來，使分子表面水疏水集團大量暴露出來，使分子表面水化膜破壞，分子結合沉淀?；て茐?，分子結合沉淀。86學習資料 以天然蛋白質作對照，測定蛋白質的以天然蛋白質作對照，測定蛋白質的物理變化，觀察蛋白質的溶解度是否下物理變化，觀察蛋白質的溶解度是否下降，是否凝集、沉淀等；降，是否凝集、沉淀等；測定蛋白質化學性質的變化；測定蛋白質化學性質的變化；測定蛋白質的比活性。測定蛋白質的比活性。蛋白質變性的鑒定方法蛋白質變性的鑒定方法87學習資料 蛋白質的變性有可逆變性和不可逆變蛋白質的變性有可逆變性和不可逆變性之分。性之分?？赡孀冃钥赡孀冃栽诔プ冃砸蛩刂?，在
44、除去變性因素之后，在適宜的條件下，變性的蛋白質可以從在適宜的條件下，變性的蛋白質可以從伸展態(tài)恢復到折疊態(tài)，并恢復全部的生伸展態(tài)恢復到折疊態(tài)，并恢復全部的生物 活 性 的 現(xiàn) 象，稱 之 為物 活 性 的 現(xiàn) 象，稱 之 為 復 性復 性（renaturationrenaturation）。）。（2）復性）復性88學習資料3.3.蛋白質的呈色反應蛋白質的呈色反應 蛋白質分子結構中的自由蛋白質分子結構中的自由 一一NHNH2 2、一一COOH COOH 和肽鍵，以及某些氨基酸的側和肽鍵，以及某些氨基酸的側鏈基團，能夠與某種化學試劑發(fā)生反應，鏈基團，能夠與某種化學試劑發(fā)生反應，產(chǎn)生有色物質產(chǎn)生有色物
45、質 。89學習資料蛋白質的主要呈色反應蛋白質的主要呈色反應90學習資料 1.1.原則原則 2.2.方法方法 （1 1）前處理）前處理 （2 2）沉淀分離）沉淀分離 （3 3）分離純化）分離純化 （4 4）質量鑒定）質量鑒定 （二）蛋白質分離純化的原則與方法（二）蛋白質分離純化的原則與方法91學習資料 思考題思考題 1.蛋白質分為哪些類型？各行使何種功能？蛋白質分為哪些類型？各行使何種功能？2.自然界存在的氨基酸種類、結構、性質？自然界存在的氨基酸種類、結構、性質？3.肽鍵有何特點？對蛋白質構象的形成有何肽鍵有何特點？對蛋白質構象的形成有何影響？影響？4.何謂蛋白質的一、二、三、四級結構？維何謂蛋白質的一、二、三、四級結構？維系蛋白質構象的作用力有哪些？系蛋白質構象的作用力有哪些？5.何謂蛋白質的超二級結構和結構域？何謂蛋白質的超二級結構和結構域？6.試述蛋白質一級結構和高級結構與功能的試述蛋白質一級結構和高級結構與功能的關系。關系。7.何謂蛋白質的變性作用與復性作用？何謂蛋白質的變性作用與復性作用？92學習資料
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