生物化学与分子生物学：蛋白质结构与功能

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1、第一篇第一篇 生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室生物大分子生物大分子？v特点：特点：分子量较大（分子量较大（5000），结构复杂），结构复杂v定义：定义：由一定的由一定的基本结构单位基本结构单位按一定的顺序和方按一定的顺序和方式连接而成的式连接而成的多聚体多聚体v种类：种类：蛋白质、核酸、聚糖、聚脂蛋白质、核酸、聚糖、聚脂第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and Function of Protein什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein，Pr)是由许多是由许多氨基酸氨基酸通通过过

2、肽键肽键相连形成的高分子含相连形成的高分子含氮氮化合物。化合物。早在早在1938年瑞典科学家年瑞典科学家J.J.Berzelius就就预见到蛋白质在生命科学中的重要性，他预见到蛋白质在生命科学中的重要性，他建议命名蛋白质为建议命名蛋白质为Protein。Protein源自希源自希腊字腊字Proteios，意为，意为第一、最初、首要第一、最初、首要，可，可见蛋白质的重要性。见蛋白质的重要性。蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础含量多：含量多：湿重：约占体重的湿重：约占体重的1722%；干重：人体总固体重量（干重）的干重：人体总固体重量（干重）的45%种类多：种类多：一个大肠杆菌：

3、一个大肠杆菌：3000种种 一个真核细胞：数千种一个真核细胞：数千种 人体内蛋白质：人体内蛋白质：10万种（？万种（？2万？）万？）生物界：约生物界：约1百亿种百亿种分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；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细胞的各个部分都含有蛋白质1）作为生物催化剂）作为生物催化剂:酶酶2）代谢调节作用）代谢调节作用:激素、生长因子激素、生长因子3）免疫保护作用）免疫保护作用:免疫球蛋白免疫球蛋白4）物质的转运和存储）物质的转运和存储:血红蛋白、血浆脂蛋白血红蛋白、血浆脂蛋白5）运动与支持作用）运动与支持作用:肌肉蛋白肌肉蛋白6）参与细胞间信息传递）参

4、与细胞间信息传递:G蛋白蛋白u特殊生物学功能特殊生物学功能u氧化供能氧化供能u参与构成各种细胞及组织参与构成各种细胞及组织功能多：功能多：蛋白质是生命活动的执行者蛋白质是生命活动的执行者蛋白质结构与功能蛋白质结构与功能 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成1 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构2 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系3 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质4 蛋白质的分离纯化与结构分析蛋白质的分离纯化与结构分析5The Molecular Components of Protein第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、一、蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成主要有主要有C

5、、H、O、N和和S,其次有少量的其次有少量的P,Fe,Cu,Zn,Mn,I,。各种蛋白质的各种蛋白质的含氮量很接近含氮量很接近，平均为，平均为16 含氮量的测定含氮量的测定:凯氏定氮法凯氏定氮法 蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点100g Pr含氮含氮16gPr克数克数=样品中含氮克数样品中含氮克数6.251g氮氮=6.25g Pr原理原理 消化：消化：含氮的有机物含氮的有机物(除硝基外除硝基外)与浓硫酸共热与浓硫酸共热时，其中的碳、氢二元素被氧化成二氧化碳和水，而时，其中的碳、氢二元素被氧化成二氧化碳和水，而氮则转变成氨；氨进一步与过量的硫酸作用，生成硫氮则转变成氨；氨进一步与过量的硫

6、酸作用，生成硫酸铵；酸铵；蒸馏：蒸馏：加强碱碱化，可使消化液中的硫加强碱碱化，可使消化液中的硫酸铵分解，放出氨；酸铵分解，放出氨；吸收：吸收：可用水蒸汽将产生可用水蒸汽将产生的氨蒸馏到过量的硼酸标准溶液中，硼酸吸收氨后使的氨蒸馏到过量的硼酸标准溶液中，硼酸吸收氨后使溶液中的氢离子浓度降低；溶液中的氢离子浓度降低；滴定：滴定：用标准无机用标准无机酸滴定硼酸溶液，直至恢复溶液中原来的氢离子浓度酸滴定硼酸溶液，直至恢复溶液中原来的氢离子浓度为止，最后根据所用标准酸的摩尔数（相当于待测物为止，最后根据所用标准酸的摩尔数（相当于待测物中氮原子的摩尔数）计算出待测物中的总氮量。中氮原子的摩尔数）计算出待测

7、物中的总氮量。以甘氨酸为例的凯氏定氮法反应过程：以甘氨酸为例的凯氏定氮法反应过程：消化消化：为使消化过程快速彻底地进行，通常需要加入硫酸钾为使消化过程快速彻底地进行，通常需要加入硫酸钾或硫酸钠以提高反应液的沸点，并加入硫酸铜作为催化剂。或硫酸钠以提高反应液的沸点，并加入硫酸铜作为催化剂。CH2NH2COOH+3H2SO4 2CO2+3SO2+4H2O+NH3 2NH3+H2SO4(NH4)2SO4 蒸馏：蒸馏：(NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O+2NH3 吸收：吸收：NH3+HBO2 NH4BO2 （H3BO3 HBO2 +H2O）滴定：滴定：NH4BO2+HCl HBO2

8、+NH4Cl凯氏定氮仪凯氏定氮仪三聚氰胺三聚氰胺(C3H6N6)（含氨量（含氨量 66%）2008年年“中国奶制品污染事件中国奶制品污染事件”二、氨基酸二、氨基酸(amino acids,aa)组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但参与余种，但参与蛋白质合成的氨基酸仅有蛋白质合成的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属L-氨基氨基酸酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。D-丙氨酸H+N H3C O O-C H3D-甘油醛HO HC H OC H2O HL-丙氨酸L-甘油醛H3N+HC O O-C H3C HOC H2O HHH OH甘氨酸甘氨

9、酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H1.碳原子上都有一个碳原子上都有一个-氨基和一个氨基和一个-羧基羧基 它们都属于它们都属于-氨基酸氨基酸。2.除除甘氨酸甘氨酸外外,碳原子均为碳原子均为手性碳原子手性碳原子 每一种每一种aa有两种构型：有两种构型：D-型和型和L-型。型。组成天然蛋白质的组成天然蛋白质的20种种aa，都属，都属L-型型aa。参与蛋白质合成的参与蛋白质合成的20种种aa的共同特点的共同特点:1.非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸 (6种种)2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸 (6种种)3.芳香族氨基酸芳香族氨基酸 (3种种)4.酸性氨基酸酸性氨

10、基酸 (2种种)5.碱性氨基酸碱性氨基酸 (3种种)三、氨基酸的分类三、氨基酸的分类（按侧链）（按侧链）(一一)非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸(二二)极性中性氨基酸极性中性氨基酸(三三)芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯基苯基吲哚基吲哚基酚基酚基tyrtrp(四四)酸性氨基酸酸性氨基酸(五五)碱性氨基酸碱性氨基酸咪唑基咪唑基胍基胍基 20种氨基酸的名称及缩写代号种氨基酸的名称及缩写代号根据侧链根据侧链R基团的结构基团的结构根据侧链根据侧链R基团的酸碱性基团的酸碱性酸性酸性aa碱性碱性aa中性中性aa脂肪族脂肪族aa芳香族芳香族aa杂环杂环aa杂环亚杂环亚aa其他分类方法其他分类方法几种特殊氨基酸

11、几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸唯一亚氨基酸唯一亚氨基酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2甘氨酸甘氨酸唯一非唯一非L-氨基酸氨基酸H-CHCOO-+NH3含硫氨基酸：含硫氨基酸：蛋氨酸蛋氨酸(又名又名甲硫氨酸甲硫氨酸）、半胱氨酸）、半胱氨酸含巯基的氨基酸：含巯基的氨基酸：半胱氨酸半胱氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸1.不存在不存在Pr分子中，常以游离形式存在的氨基酸，分子中，常以游离形式存在的氨基酸，如如瓜氨酸，鸟氨酸，同型半胱氨酸瓜氨酸，鸟氨酸，同型半

12、胱氨酸等等2.没有遗传密码却出现在没有遗传密码却出现在Pr分子中的氨基酸，分子中的氨基酸，羟脯羟脯氨酸，羟赖氨酸，胱氨酸氨酸，羟赖氨酸，胱氨酸等等非编码氨基酸非编码氨基酸定义：定义：参与参与Pr合成的合成的20种氨基酸种氨基酸,又称又称标准氨基酸标准氨基酸 特点：特点：有各自的遗传密码有各自的遗传密码；无种属特异性；无种属特异性 编码氨基酸编码氨基酸-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3+胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-C

13、H2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质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，其解离方式取决氨基酸是两性电解质，其解离方式取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)氨基酸分子所带氨基酸分子所带正、负电荷相等正、负电荷相等时，时，溶液的溶液的pH值称为该氨基酸的值称为该氨基酸的等电点等电点。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpICHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH

14、2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+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氨基酸等电点（氨基酸等电点（PI）的计算）的计算中性氨基酸：中性氨基酸：pI=1/2（pK1+pK2)酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=1/2（pK1+pK2)碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=1/2（pK2+pK3)等于兼性离子两边等于兼性离子两边pK值的平均值值的平均值CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+H+H+K1K2A0A+A-中性氨基酸

15、中性氨基酸pI计算计算pI=1/2（pK1+pK2）+H+H+H+K1K2K3A+A0A-A2-OHOHN+OOCHCCCH2HHHO-OHN+OOCHCCCH2HHHO-O-NOOCHCCCH2HHO-O-N+OOCHCCCH2HHH2.093.869.82pI=(2.09+3.86)/2=2.97酸性氨基酸酸性氨基酸pI计算计算pI=1/2（pK1+pK2)COCHNH3+NH3+CH2CH2CH2CH2OHCOCHNH3+NH3+CH2CH2CH2CH2O-COCHNH2NH3+CH2CH2CH2CH2O-COCHNH2NH2CH2CH2CH2CH2O-K1K2K3A2+A+A0A-+H

16、+H+H+2.188.9510.53pI=(8.95+10.53)/2=9.74碱性氨基酸碱性氨基酸pI计算计算pI=1/2（pK2+pK3)两性解离及等电点应用：两性解离及等电点应用：1.电泳分离氨基酸电泳分离氨基酸2.离子交换树脂分离氨基酸离子交换树脂分离氨基酸例：有一混合氨基酸溶液，各种氨基酸的例：有一混合氨基酸溶液，各种氨基酸的pI为为4.6；5.0；5.3；6.7；7.3。电泳时欲使其中。电泳时欲使其中4种泳向正极，种泳向正极，缓冲液的缓冲液的pH应该是：应该是：vA 4.2 vB.5.2 vC.6.2 vD.7.2 vE.8.22.紫外吸收紫外吸收芳香族芳香族aa分子中分子中有有共

17、轭双键共轭双键而对紫外而对紫外光有吸收作用，最大光有吸收作用，最大吸收峰在吸收峰在 280 nm 附近附近，且光吸收强度与且光吸收强度与aa浓浓度成正比。度成正比。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收苯丙氨酸苯丙氨酸应用：应用：Pr的定量测定的定量测定3.茚三酮反应茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色蓝紫色化合物化合物，其最大吸收峰在，其最大吸收峰在570nm处。处。应用：应用：法医学上，用于采集犯罪现场留下来的指纹法医学上，用于采集犯罪现场留下来的指纹氨基酸的用途氨基酸的用途1.精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇精氨酸：对治疗高氨

18、血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；有效果；2.天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。心脏病、肝病、糖尿病等。3.半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；4.组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。心功能不全等疾病的治疗。2、食品工业上的应用、食品工业上的应用1.营养强化剂；营养强化剂；2.谷氨酸钠：谷氨酸钠：味精的主要成分味精的主要成分3.天冬氨

19、酸钠：可用于清凉饮料，能增加清天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；凉感并使香味浓厚爽口；4.天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：别名:甜味素、阿斯巴甜 五、肽五、肽(peptide)*肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧基羧基与另一个氨基酸的与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的氨基脱水缩合而形成的酰胺键。酰胺键。（一）肽（一）肽NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH

20、2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽 三分子氨基酸缩合则形成三分子氨基酸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)。由十个以上更多的氨基酸相连形成的肽称由十个以上更多的氨基酸相连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。*多肽是链状化合物，故又称多肽是链状化合物，故又称多肽链多肽链(polypeptide chain)*多多肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，肽链中的氨基酸分子

21、因为脱水缩合而基团不全，被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。N 端（氨基末端）：端（氨基末端）：多肽链中有多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 端（羧基末端）：端（羧基末端）：多肽链中有多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端多肽链有方向性：多肽链有方向性：N 端端 C 端端N端端C端端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶书写：书写：可用略号，可用略号，N端写于左侧，用端写于左侧，用H-或或H2N-做做标记，标记，C端于右侧用端于右侧用-COOH或或-OH表示。表示。命名：命名：简单命名简单命名,甘异缬甘异缬肽肽 详细命名为详细命名为酰酰酰酰酸。酸。肽链中氨基酸残

22、基顺序的书写及命名肽链中氨基酸残基顺序的书写及命名蛋白质和多肽两词没有严格的界限，蛋白质和多肽两词没有严格的界限，它们都是氨基它们都是氨基酸的多聚物，许多场合常常混为一谈。酸的多聚物，许多场合常常混为一谈。通常把由通常把由39个个aa残基残基组成的促肾上腺皮质激素组成的促肾上腺皮质激素（ACTH）作为多肽，而把）作为多肽，而把51个个aa残基残基的胰岛素归的胰岛素归属属Pr，这就是习惯上的多肽与，这就是习惯上的多肽与Pr的分界线。的分界线。多肽和蛋白质的关系多肽和蛋白质的关系（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)-羧基羧基GSH过氧过氧

23、化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+GSH与与GSSG（氧化型谷胱甘肽）（氧化型谷胱甘肽）间的转换间的转换 GSH的功能的功能保护功能：保护功能：GSH的巯基具有还原性，是细胞内重要的还原剂，可保护结构蛋白或功能蛋白中的-SH不被氧化，从而保护蛋白质的生物学活性解毒功能：解毒功能：-SH本身负电性强，亲核性大。故可与亲电子的毒物如致癌剂和药物结合，从而避免这些毒物和DNA、RNA、Pr结合，保证DNA、RNA、Pr功能不受影响。抗氧化作用：抗氧化作用：还原细胞内产生的H2O2，避免细胞受损 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或

24、多肽 神经肽：神经肽：脑啡肽、内啡肽脑啡肽、内啡肽2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽 小小 结结v 蛋白质的生物重要性蛋白质的生物重要性v 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成:C、H、O、N（16%）、S 凯氏定氮法测蛋白质含量凯氏定氮法测蛋白质含量v 组成蛋白质的基本单位是组成蛋白质的基本单位是20种种L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）（甘氨酸除外）v 氨基酸的分类（氨基酸的分类（5类类）:结构、结构、三字符号三字符号v 氨基酸的性质：氨基酸的性质：两性解离与两性解离与等电点等电点、紫外吸收（紫外吸收（280nm）、茚三酮反应、茚三酮反应v 肽及相关的概念肽及相关的概念 氨基酸残基氨基酸残基

25、v 生物活性肽：生物活性肽：GSH更正：主编“李安”应为“李凌”！The Molecular Structure of Protein 第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质的分子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)高级结构高级结构空间构象空间构象构象与构型有何差别？构象与构型有何差别？v构象（构象（conformation):即空间构象或立体结构，指即空间构象或立体结构

26、，指分子中原子或基团在三维空间的取向和定位，也就分子中原子或基团在三维空间的取向和定位，也就是三维结构。是三维结构。构象的改变不涉及共价键的改变构象的改变不涉及共价键的改变，也，也没有光学活性的改变。没有光学活性的改变。v构型（构型（configuration)：指原子在分子中呈光学不对指原子在分子中呈光学不对称排布的一种立体结构。构型有两种，即称排布的一种立体结构。构型有两种，即D型和型和L型，型，只有分子的共价键断裂，才能使一种构型变成另一只有分子的共价键断裂，才能使一种构型变成另一种构型。种构型。肽键肽键二硫键二硫键氢键氢键盐键盐键疏水键疏水键范德华力范德华力主主 键键包括包括共价键共价

27、键非共价键非共价键（次级键次级键）蛋白质分子中的化学键蛋白质分子中的化学键 副副 键键（van de waals）d稳定蛋白质构象的化学键稳定蛋白质构象的化学键d d 范德华力范德华力氢氢 键键疏水键疏水键范德华力范德华力离子键离子键二硫键二硫键稳定蛋白质构象的化学键稳定蛋白质构象的化学键定义定义:蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从N-端至端至C-端的排列顺序。端的排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构v蛋白质的一级结构是由遗传信息来决定的蛋白质的一级结构是由遗传信息来决定的u 1953年年Sanger阐明了其一级结构阐明了其一级结构胰岛素胰岛素维

28、持蛋白质一级结构的主要化学键维持蛋白质一级结构的主要化学键:主要是主要是肽键肽键，另外还有，另外还有二硫键二硫键二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中蛋白质分子中某一段肽链某一段肽链的局部空间的局部空间结构，即该段肽链结构，即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义定义 特点特点：1.局部或某一段肽链局部或某一段肽链2.主链构象（主链构象（-N-C-C-N-C-C-)3.不含侧链（不含侧链（R）的构象）的构象*主链骨架：主链骨架：NCC NCC NCC*侧链：侧链：肽链中肽链中aa残基中的残基中

29、的R基团基团v 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -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)v 主要的化学键：主要的化学键：氢键氢键（一）肽单元（一）肽单元肽键肽键-CO-NH-中的四个原子中的四个原子和它相邻的两个和它相邻的两个-碳原子位碳原子位于同一平面，构成了所谓的于同一平面，构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)，也称为酰胺平面或肽键平面。酰胺平面或肽键平面。1、肽单元中的、肽单元中的N-C键具有部分键具有部分双键双键性质，不能性质，不能自由旋转。自由旋转。2、肽键

30、中的、肽键中的N-C键具有双键性质，就会有顺反键具有双键性质，就会有顺反不同的立体异构，已证实为不同的立体异构，已证实为反式构型反式构型。3、C-C 和和N-C 是单键，可自由旋转，也正由是单键，可自由旋转，也正由于这两个单键的自由旋转角度，决定了相邻肽单于这两个单键的自由旋转角度，决定了相邻肽单元之间的相对空间位置。元之间的相对空间位置。肽单元的主要内容肽单元的主要内容-螺旋：螺旋：多肽链的主链多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所原子沿一中心轴盘绕所形成的右手螺旋结构。形成的右手螺旋结构。左手螺旋左手螺旋 右手螺旋右手螺旋 （二）（二）-螺旋（螺旋（-helix）L Pauling（190119

31、94）The Nobel Prize in Chemistry(1954),“for his research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances”The Nobel Peace Prize(1962)路透社在报道鲍林逝世的消息路透社在报道鲍林逝世的消息时却说时却说,他是他是“20世纪最受尊敬世纪最受尊敬和最受嘲弄的科学家之一和最受嘲弄的科学家之一”特点：特点：（1）右手螺旋）右手螺旋（2）3.6残基残

32、基/螺旋螺旋 螺距螺距0.54nm0.54nm（3）维持键：氢键）维持键：氢键（4）R基在螺旋外侧基在螺旋外侧-螺旋结构螺旋结构角蛋白角蛋白 Keratinv广泛存在于动物的广泛存在于动物的毛发毛发、甲、角、鳞和羽等，角蛋白中主、甲、角、鳞和羽等，角蛋白中主要的是要的是-角蛋白。角蛋白。v-角蛋白主要由角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条三条右手右手-螺旋肽链形成一个原纤维螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链之间有，原纤维的肽链之间有二二硫键硫键交联以维持其稳定性。交联以维持其稳定性。卷发的生化原理卷发的生化原理（三）（三）-折叠折叠（-pleated

33、 sheet）两段或两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢两段或两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连进而形成较伸展的片层结构。键相连进而形成较伸展的片层结构。肽键平面折叠成肽键平面折叠成锯齿状（折纸状），锯齿状（折纸状），R基交错位于齿状结基交错位于齿状结构上下方构上下方 氢键氢键维持稳定，与主链长轴垂直维持稳定，与主链长轴垂直 两条以上肽链并列时，两条以上肽链并列时，-折叠有折叠有特点：特点：顺向顺向反向反向平行平行-折折叠叠：平行式和反平行式：平行式和反平行式-折叠结构折叠结构v丝蛋白是典型的反平行丝蛋白是典型的反平行式折叠，多肽链呈锯齿式折叠，多肽链呈锯齿状折叠构象。状折叠构象。丝蛋白丝

34、蛋白(fibroin)-螺旋和螺旋和-折叠结构比较折叠结构比较区别点区别点 -螺旋螺旋 -折叠折叠形形 状状氢氢 键键R基团基团延伸性延伸性举举 例例-螺旋和螺旋和-折叠结构比较折叠结构比较区别点区别点 -螺旋螺旋 -折叠折叠形形 状状 螺旋状螺旋状 锯齿状锯齿状氢氢 键键 链内，与长轴平行链内，与长轴平行 链间，与长轴垂直链间，与长轴垂直R基团基团 较大较大 较小较小延伸性延伸性 较大较大 较小较小举举 例例 毛发角蛋白毛发角蛋白 蚕丝蛋白蚕丝蛋白（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲-转角：转角：是多肽链是多肽链180回回折部分所形成的一种二级折部分所形成的一种二级结构。结构。无规卷曲

35、：无规卷曲：是用来阐述没有确定规律性的那部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。无规卷曲结构无规卷曲结构serine proteinase inhibitorsea anemone toxinEGF-like domaininsulincomplement C-module domainsnake toxin 限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶BamHI的三级结构的三级结构-转角转角-折叠折叠无规卷曲无规卷曲-螺旋螺旋 氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响氨基酸残基的侧链对二级结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

36、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。1）氨基酸侧链所带的）氨基酸侧链所带的电荷电荷 同性相斥，异性相吸；同性相斥，异性相吸；2）侧链的）侧链的大小大小：侧链大不易形成；：侧链大不易形成；3）侧链的）侧链的形状形状：脯氨酸不能形成：脯氨酸不能形成1、影响、影响-螺旋形成的因素螺旋形成的因素：2、影响、影响-折叠形成的因素：折叠形成的因素：要求要求侧链较小侧链较小（五）超二级结构、模体和结构域（五）超二级结构、模体和结构域在许多蛋白质分子中，可发现在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个二个或三个具具有二级结

37、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有规则的二级结构组合，被称为，被称为超二级结构超二级结构。1.超二级结构超二级结构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，上相互接近，形成一个特殊的空间构象，形成一个特殊的空间构象，称为称为模体模体(motif)，也译为模序或基序。模体是具有模体是具有特殊功能特殊功能的超二级结构的超二级结构2.模体模体(motif)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模体常见的形式模体常见的形式Zinc finger是一种常出现在是

38、一种常出现在DNA结结合蛋白中的一种结构。合蛋白中的一种结构。由一个含有大约由一个含有大约30个氨个氨基酸的环和一个与环上基酸的环和一个与环上的的4个个Cys或或2个个Cys和和2个个His配位的配位的Zn2+构成，构成，形成的结构像手指状。形成的结构像手指状。纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 结构域是位于超二级结构和三级结构间的一个结构域是位于超二级结构和三级结构间的一个层次，通常都是几个超二级结构单元的组合，层次，通常都是几个超二级结构单元的组合，各有各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。3.结构域结构域(domain)三、蛋白质的三级结

39、构三、蛋白质的三级结构整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中位置。即肽链中所有原子所有原子在三维空间的排布在三维空间的排布位置。位置。定义定义 N 端端 C端端肌红蛋白肌红蛋白（myoglobin,Mb）肌红蛋白肌红蛋白（myoglobin,Mb）存在部位：存在部位：心肌、骨骼肌心肌、骨骼肌功能：功能：为肌细胞转运和贮存氧为肌细胞转运和贮存氧组成组成：153aa的单肽链血红素的单肽链血红素结构：结构：球状蛋白球状蛋白 疏疏 水水 键：数量最多键：数量最多 盐盐 键键 氢氢 键键 范德华力范德华力 此外，某些此外，某些Pr还有还有二硫键二硫键参与稳定三

40、级结构参与稳定三级结构维持三级结构的化学键维持三级结构的化学键主要靠次级键主要靠次级键二硫键二硫键四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的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)。亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是氢键和离子键氢键和离子键由多个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分

41、由多个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为子结构相同，称之为同聚体同聚体，若亚基分子结构不同，若亚基分子结构不同，则称之为则称之为异聚体异聚体。含有四级结构的蛋白质，含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般单独的亚基一般没有生物学功能，没有生物学功能，只有完整的四级结构才有生只有完整的四级结构才有生物学功能。物学功能。由一条肽链形成的由一条肽链形成的Pr只有一、二和三级结只有一、二和三级结构，构，由两条或两条以上多肽链形成的由两条或两条以上多肽链形成的Pr才可能才可能有四级结构。有四级结构。没有四级结构的蛋白质：没有四级结构的蛋白质：1）只含一条多肽链的）只含一条多肽链的Pr，如

42、肌红蛋白。，如肌红蛋白。2）虽含几条多肽链但借助共价键相连的）虽含几条多肽链但借助共价键相连的Pr，如如胰岛素胰岛素。血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构蛋白质结构要点蛋白质结构要点定义定义化学键化学键类型类型一级一级多肽链中氨基酸排列多肽链中氨基酸排列顺序顺序肽键肽键二硫键二硫键二级二级某一段肽链的局部空某一段肽链的局部空间结构间结构氢键氢键 -螺旋螺旋 -折叠折叠 -转角转角 无规卷曲无规卷曲三级三级整条肽链中全部原子整条肽链中全部原子的空间位置的空间位置次级键次级键四级四级各亚基的空间排布及各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局亚基接触部位的布局和相互作用和相互作用

43、次级键次级键蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次 一级结构一级结构（肽链结构，指多肽链中的氨基酸排列顺序）（肽链结构，指多肽链中的氨基酸排列顺序）二级结构二级结构（多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构）（多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构）超二级结构（模体）超二级结构（模体）（相邻二级结构的聚集体）（相邻二级结构的聚集体）结构域结构域（在空间上可明显区分的相对独立的区域性结构）（在空间上可明显区分的相对独立的区域性结构）三级结构三级结构（蛋白质中所有原子在空间的相对位置）（蛋白质中所有原子在空间的相对位置）四级结构四级结构（亚基聚合体）（亚基聚合体）五

44、、蛋白质的分类五、蛋白质的分类 *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*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：难溶于水，如胶原蛋白：难溶于水，如胶原蛋白球状蛋白质球状蛋白质：溶于水，如酶、免疫球蛋白：溶于水，如酶、免疫球蛋白辅基辅基分类分类辅基辅基举例举例脂蛋白脂蛋白脂类脂类血浆脂蛋白（血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖链糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖体核糖体磷蛋白磷蛋白磷酸基团磷酸基团酪蛋白（酪蛋白（casein

45、）血红素蛋白血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素蛋白黄素核苷酸（黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶金属蛋白金属蛋白铁铁铁蛋白铁蛋白锌锌乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶钙钙钙调蛋白钙调蛋白锰锰丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶铜铜细胞色素氧化酶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 Protein Structure-function Relationships第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系（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、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础一、蛋白质一级

46、结构是高级结构与功能的基础 举例：举例：牛核糖核酸酶的变性复性实验牛核糖核酸酶的变性复性实验二硫键二硫键 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1）破坏非共价键（特别是氢键）的试剂：尿素，）破坏非共价键（特别是氢键）的试剂：尿素，盐酸胍。盐酸胍。2）破坏（还原）二硫键的试剂：）破坏（还原）二硫键的试剂：-巯基乙醇，巯基乙醇，巯基乙酸、过甲酸、二硫苏糖醇，二硫赤藓糖巯基乙酸、过甲酸、二硫苏糖醇，二硫赤藓糖醇。醇。破坏蛋白质高级结构的试剂破坏蛋白质高级结构的试剂 一级结构是蛋白质空间构象和

47、特异生物学功一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯不是决定蛋白质空间构象的唯一因素一因素。分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣(chaperon)是一类是一类能介导蛋白质进行能介导蛋白质进行正确折叠的蛋白质正确折叠的蛋白质。*可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合，防止错误折叠。可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合，防止错误折叠。*与错误聚集的肽段结合，诱导其正确折叠。与错误聚集的肽段结合，诱导其正确折叠。*对蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起重要的对蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起重要的作用。作用。伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠

48、中的作用分分 子子 伴伴 侣侣v 是一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象。原核真核均有，类型多种，分多个家族，作用时需ATP供能。v 不同分子伴侣功能不尽相同：促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠或组装。防止新生多肽链或待组装的蛋白亚基非正常聚集，避免形成无功能的结构（非正确折叠或组装的大分子结构对细胞通常是有害的）帮助修复非正确折叠的蛋白质 参与蛋白质跨膜转运 辅助蛋白质的降解人体内分子伴侣人体内分子伴侣v主要见于内质网，包括：主要见于内质网，包括：General chaperones:BiP,GRP94,GRP170.Lectin（凝集素）（凝集素）chaperones:calnexin（

49、钙联（钙联结蛋白结蛋白）and calreticulin（钙网织蛋白）（钙网织蛋白）Non-classical molecular chaperones:HSP47 and ERp29 Folding chaperones:Protein disulfide isomerase(PDI)Peptidyl prolyl cis-trans-isomerase(PPI)ERp57 原核分子伴侣原核分子伴侣vHsp60(GroEL/GroES complex in E.coli)vHsp70(DnaK in E.coli)vHsp90(HtpG in E.coli)vHsp100(Clp famil

50、y in E.coli)大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70HSP70反应循环反应循环伴侣素的主要作用：伴侣素的主要作用：为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境象的微环境。伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程（一（一)一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系2.2.一级结构相似，其功能也相似一级结构相似，其功能也相似（二）一级结构是功能的基础（二）一级结构是功能的基础 1.1.一级结构不同，生物学功能各异一级结构不同，生物学功能各异如：血红蛋白与胰岛素如：血红蛋白与胰岛素3.3.一级结构中非一级

51、结构中非“关键关键”部分改变，功能不变部分改变，功能不变如：胰岛素如：胰岛素如：镰刀形贫血如：镰刀形贫血4.4.一级结构中一级结构中“关键关键”部分改变，生物活性也改变，部分改变，生物活性也改变，引起疾病引起疾病如：细胞色素如：细胞色素C同源性比较同源性比较胰岛素胰岛素氨基酸残基差异部分氨基酸残基差异部分A5A6A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSerIleAla 由同一基因进化而来，具有相似结构相由同一基因进化而来，具有相似结构相似功能的

52、一类蛋白质，称为似功能的一类蛋白质，称为同源蛋白质。同源蛋白质。u组成：一条肽链（含组成：一条肽链（含104个氨基酸残基）个氨基酸残基）+铁卟啉铁卟啉u作用：传递电子，即作用：传递电子，即Fe3+e-Fe2+u目前已测定了近百种生物的细胞色素目前已测定了近百种生物的细胞色素C的氨基酸顺序，的氨基酸顺序，发现由于种属遗传差异，其一级结构有较大的不同。发现由于种属遗传差异，其一级结构有较大的不同。u但有但有35个不变个不变aa残基残基，对维持细胞色素，对维持细胞色素C的分子构象和的分子构象和传递电子的功能是必需的。传递电子的功能是必需的。细胞色素细胞色素C研究氨基酸序研究氨基酸序列可以阐明生命进列

53、可以阐明生命进化史，化史，氨基酸序列氨基酸序列的相似性越大，物的相似性越大，物种之间的进化关系种之间的进化关系越近。越近。几种生物和人的细胞色素几种生物和人的细胞色素C C的的氨基酸组成的差异氨基酸组成的差异3838向日葵向日葵2727果蝇果蝇1212马马1 1猕猴猕猴0 0黑猩猩黑猩猩与组成人的细胞色素与组成人的细胞色素C C的的氨基酸的差别氨基酸的差别生物名称生物名称镰刀形贫血镰刀形贫血（Sickle-cell of anemia）正常细胞正常细胞镰刀形细胞镰刀形细胞v镰刀状贫血镰刀状贫血血液中大血液中大量出现镰刀红细胞，其量出现镰刀红细胞，其携带氧的功能只有正常携带氧的功能只有正常红细胞

54、的一半，患者常红细胞的一半，患者常因此缺氧窒息。因此缺氧窒息。镰刀形贫血镰刀形贫血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”。由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质蛋白质由球状变为镰刀形由球状变为镰刀形，与氧

55、结合功能丧失，与氧结合功能丧失，可以可以致病人窒息甚至死亡。致病人窒息甚至死亡。谷谷A（极性）（极性）缬缬A（非极性）（非极性）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 蛋白质的空间构象是其功能活性的基础蛋白质的空间构象是其功能活性的基础（一）（一）构象在，功能在构象在，功能在 核糖核酸酶变性复性实验核糖核酸酶变性复性实验（二）构象改变，功能变化：（二）构象改变，功能变化：血红蛋白的变构效应血红蛋白的变构效应（三）（三）构象改变引起疾病：构象改变引起疾病：疯牛病疯牛病 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

56、基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性核糖核酸酶变性复性实验核糖核酸酶变性复性实验（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 v 肌红蛋白（肌红蛋白（MbMyoglobin）v 血红蛋白（血红蛋白（HbHemoglobin）v 共性共性u储氧和供氧储氧和供氧u均为球状蛋白质均为球状蛋白质u均含均含血红素辅基血红素辅基血红素结构血红素结构Fe 离子离子六个六个配位键：配位键：u4个与吡咯环上的个与吡咯环上的N相连；相连；u1个与个与F螺旋段螺旋段His的咪唑基的咪唑基相连；相连；u1个与个与O2结合结合血红素辅基的结构及其氧合部位血红素辅基的结构及其氧合部位1.肌红蛋白肌红

57、蛋白(Mb)v 本质：本质：结合结合Pr：1条多肽链（条多肽链（153个个aa残基）残基）v 分子量：分子量：16，700v 功能：功能：在肌肉中结合氧和储存氧在肌肉中结合氧和储存氧v 结构：结构：呈紧密球形，水溶性好呈紧密球形，水溶性好v 多肽链分为多肽链分为8个个-螺旋区：螺旋区：AH2.血红蛋白血红蛋白(Hb)v组成组成：Hb(成年）成年）4条多肽链条多肽链4分子血红素分子血红素Hb亚基之间通过亚基之间通过8对对盐键盐键，使使4个亚基紧密结合而形个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。成亲水的球状蛋白。2:14122:1462血红蛋白亚基间盐键示意图血红蛋白亚基间盐键示意图Hb与与Mb一样能

58、可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合，Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占总占总Hb的百分数的百分数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2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 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Mb:直角双曲线直角双曲线Hb:“S”形曲线形曲线*协同效应协同效应(cooperativity)蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此蛋白质分子中另一个亚基与配体结合能力的现此蛋白质分子中另一个亚基与配体结合能力的现象

59、，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 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)紧张态（紧张态（tense state）难与难与O2结合结合松弛态（松弛态（relaxed state）易与易与O2结合结合O2血红素与氧结血红素与氧结合后，铁原子半径合后，铁原子半径变小，就能进入卟变小，就能进入卟啉环的小孔中，继啉环的小孔中，继而引起肽链位置的而引起肽链位置的变动。变动。变构效应变构效应(allosteric effect)

60、在生物体内，当在生物体内，当某种物质某种物质特异地与蛋白质分特异地与蛋白质分子的某个部位结合，触发该蛋白质的子的某个部位结合，触发该蛋白质的构象发生一构象发生一定变化定变化，从而导致其，从而导致其功能活性的变化功能活性的变化，这种现象，这种现象称为蛋白质的称为蛋白质的变构效应变构效应，又称别构效应。，又称别构效应。（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病：蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生

61、。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、亨丁顿舞蹈病、年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病疯牛病等。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。

62、正常的正常的PrP富含富含-螺旋螺旋，称为，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成为在某种未知蛋白质的作用下可转变成为富含富含-折叠折叠的的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疯牛病疯牛病(Mad cow disease)正常正常PrP异常异常PrP疯牛病简介v 1985年在英国发现，因其可致牛年在英国发现，因其可致牛出现异常神经系统症状，富于攻出现异常神经系统症状，富于攻击性而取名击性而取名“疯牛病疯牛病”；v 尸检脑组织进行病理检查，发现尸检脑组织进行病理检查，发现类似于羊瘙痒病的海绵状病变，类似于羊瘙痒病的海绵状病变

63、，命名：牛海绵状脑病命名：牛海绵状脑病（bovine spongiform encephalopathy,BSE)v 疯牛病属于传染性海绵状脑病中疯牛病属于传染性海绵状脑病中的一种。的一种。蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 小结小结蛋白质空间构象蛋白质空间构象蛋白质一级结构蛋白质一级结构决定决定结构是功能的基础结构是功能的基础举例举例:牛核糖核酸酶的变性、复性实验牛核糖核酸酶的变性、复性实验蛋白质功能蛋白质功能决定决定举例举例:血红蛋白的变构效应血红蛋白的变构效应第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters

64、of Protein 具有氨基酸性质具有氨基酸性质 两性电离两性电离 紫外吸收性质紫外吸收性质 呈色反应呈色反应 具有生物大分子特性具有生物大分子特性 胶体性质胶体性质 沉淀、变性和凝固等沉淀、变性和凝固等一、理化性质一、理化性质 （一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液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。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)当蛋白质溶液

65、处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电净电荷为零荷为零，此时溶液的，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。称为蛋白质的等电点。PrNH3+COOHPrNH3+COO-PrNH2COO-OH-H+OH-H+兼性离子pH=pI阳离子pHpIpH=pIpHpIpHpI兼性离子兼性离子 人体蛋白质，人体蛋白质，pI 5.0在人体体液在人体体液pH7.4的环境下，的环境下，带负电荷带负电荷（二）蛋白质的紫外吸收（二）蛋白质的紫外吸收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

66、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，因此可作此可作蛋白质定量测定蛋白质定量测定。（三）蛋白质的呈色反应（三）蛋白质的呈色反应茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三蛋白质经水解后产生的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)蛋白质和多肽分子中蛋白质和多肽分子中肽键肽键在稀碱溶液中与在稀碱溶液中与硫酸铜共热，生成紫红色的蛋白质硫酸铜共热，生成紫红色的蛋白质-Cu2+复合物，复合物，此反应称为双缩脲反应。此反应称为双缩脲反应。在双缩脲反应的基础上，生成的蛋白质在双缩脲反应的基础上，生成的蛋白质-Cu2+复合物中所含的复合物中所含的酪氨酸酚基酪氨酸酚基与与Folin-酚试剂酚试剂(磷钼酸和磷钨酸化合物磷钼酸和磷钨酸化合物)反应，生产蓝色的化合反应，生产蓝色的化合物物(钼蓝和钨蓝的混合物钼蓝和钨蓝的混合物)。3.Folin 酚试剂法酚试剂法(Lowrys法法)反应反应 试剂