生物化学蛋白质

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1、.第二章第二章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能一、概述一、概述 二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸解氨基酸解) )三、蛋白质的结构三、蛋白质的结构四、蛋白质结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系五、蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定五、蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定.了解蛋白质的元素组成；掌握蛋白质的基本结构单位氨基酸的基本结构；了解氨基酸的分类；了解稀有氨基酸和非蛋白质氨基酸；掌握氨基酸的各种理化性质；掌握肽键、肽链和蛋白质一级结构的概念，同时了解蛋白质一级结构的表示方法；掌握二肽及多肽的形成过程；了解蛋白质一级结构的测定方法。. 思考题思考题 1. 蛋白质分为

2、哪些类型？各行使何种功能？蛋白质分为哪些类型？各行使何种功能？ 2. 自然界存在的氨基酸种类、结构、性质？自然界存在的氨基酸种类、结构、性质？ 3. 肽键有何特点？对蛋白质构象的形成有何肽键有何特点？对蛋白质构象的形成有何影响？影响？ 4. 何谓蛋白质的一、二、三、四级结构？维何谓蛋白质的一、二、三、四级结构？维系蛋白质构象的作用力有哪些？系蛋白质构象的作用力有哪些？ 5. 何谓蛋白质的超二级结构和结构域？何谓蛋白质的超二级结构和结构域？ 6. 试述蛋白质一级结构和高级结构与功能的试述蛋白质一级结构和高级结构与功能的关系。关系。 7. 何谓蛋白质的变性作用与复性作用？何谓蛋白质的变性作用与复性

3、作用？.一、概述一、概述（一）蛋白质的生物学意义和元素组成（一）蛋白质的生物学意义和元素组成（二）蛋白质的分类（二）蛋白质的分类.（一）蛋白质的生物学意义和元素组成（一）蛋白质的生物学意义和元素组成 1. 蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 （1）蛋白质生物学功能的）蛋白质生物学功能的多样性多样性 酶的催化功能、控制生长和分化、代谢调节酶的催化功能、控制生长和分化、代谢调节功能、运动功能、运输作用、免疫保护作用、接功能、运动功能、运输作用、免疫保护作用、接受和传递信息、贮存营养功能、结构支持作用受和传递信息、贮存营养功能、结构支持作用。 （2）蛋白质生物学功能的）蛋白质生物学功能的复杂性复杂

4、性 某一功能的发挥往往受到多种因素的影响与某一功能的发挥往往受到多种因素的影响与调节。调节。.2. 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 一般含有：一般含有：碳碳（5055） 、氮氮（1518）、）、氧氧（2023）、）、氢氢（68）、）、硫硫（04）。）。 在某些蛋白质中，还含有一些在某些蛋白质中，还含有一些微量元素微量元素如：磷、铁、铜、钼、碘、锌等。如：磷、铁、铜、钼、碘、锌等。 蛋白质元素组成的一个特点：蛋白质元素组成的一个特点：各种蛋白各种蛋白质的氮含量比较恒定，平均值为质的氮含量比较恒定，平均值为16左右左右。 用用凯氏定氮法凯氏定氮法测定氮的含量，计算蛋白质测定氮的含量，计算蛋白质的

5、含量（由氮的含量乘以的含量（由氮的含量乘以6.256.25）出来。）出来。.（二）蛋白质的分类（二）蛋白质的分类 1.1.按蛋白质的构象分类按蛋白质的构象分类 2. 2.按蛋白质的功能分类按蛋白质的功能分类 3. 3.按蛋白质的组成和溶解性分类按蛋白质的组成和溶解性分类.1.1. 按蛋白质的构象分类按蛋白质的构象分类分为分为球状蛋白质球状蛋白质 和和纤维状蛋白质纤维状蛋白质。 球状蛋白质球状蛋白质 （globular globular protein protein） 血红蛋白、肌红血红蛋白、肌红 蛋白等。蛋白等。.纤维状蛋白质纤维状蛋白质（fibroue fibroue proteinpro

6、tein） 胶原蛋白、弹性胶原蛋白、弹性 蛋白、角蛋白、蛋白、角蛋白、丝心蛋白等。丝心蛋白等。.催化蛋白（酶）催化蛋白（酶）调节蛋白调节蛋白结构蛋白结构蛋白运输蛋白运输蛋白贮藏蛋白贮藏蛋白运动蛋白运动蛋白防御蛋白防御蛋白电子传递蛋白电子传递蛋白2.2.按蛋白质的功能分类按蛋白质的功能分类.3.3.按蛋白质的组成和溶解性分类按蛋白质的组成和溶解性分类单纯蛋白质单纯蛋白质（simple proteinsimple protein）结合蛋白质结合蛋白质（complex proteincomplex protein）.二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸 （一）氨基酸的结构（一

7、）氨基酸的结构（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类（三）氨基酸的性质（三）氨基酸的性质 .CHCOOHRNH2氨基酸的结构通式（一）（一） 氨基酸的结构氨基酸的结构蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位-氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式侧链侧链.COOHCH2CH2CN HCHH2脯氨酸脯氨酸亚氨基亚氨基.（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类 1 1. .编码氨基酸编码氨基酸 2. 2.非编码氨基酸非编码氨基酸 3.3.非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 氨基酸名称符号R 基化学结构等电点分类H3CH3CAla( alanine )CHCH3H3CCHCH3CH2H3CCHCH3CH2H3CCH2

8、NCH2CH2CH2SCH2H2CH2CCHNCOOHH缬氨酸缬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异亮氨酸异亮氨酸( valine )( leucine )( phenylalanine )( tryptophan )( methionine )( proline )( isoleucine )6.025.975.986.025.485.895.756.30非非极极性性氨氨基基酸酸（8种）种）丙氨酸丙氨酸1.1. 编码氨基酸编码氨基酸CH2HNCHCNHNH氨基酸名称符号R基化学结构等电点分类CH2CH2CH2CH2C

9、H2H3N+CH2CH2NHCNH2H2N+OOC-CH2CH2OOC-CH2His组氨酸赖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带正电荷极性氨基酸带负电荷极性氨基酸第21种氨基酸硒代半胱氨酸.2.2. 非编码氨基酸非编码氨基酸 没有相应的三联体遗传密码。没有相应的三联体遗传密码。由由编码氨基酸编码氨基酸经羟基化、甲基化、磷酸经羟基化、甲基化、磷酸化等修饰形成的衍生物。化等修饰形成的衍生物。 例如：胶原蛋白

10、和弹性蛋白中的例如：胶原蛋白和弹性蛋白中的 4-羟脯氨酸羟脯氨酸 、5-羟赖氨酸等羟赖氨酸等。.3.3.非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 在生物体内，还发现在生物体内，还发现150150多种不参与蛋多种不参与蛋白质组成的氨基酸。白质组成的氨基酸。 这些非蛋白质氨基酸多是这些非蛋白质氨基酸多是重要的代谢重要的代谢物前体或代谢中间产物物前体或代谢中间产物。. 1.1.氨基酸的两性解离及等电点氨基酸的两性解离及等电点 氨基酸是氨基酸是两性电解质两性电解质（ampholyteampholyte）CHCOOHRNH2（三）氨基酸的性质（三）氨基酸的性质.氨基酸两性解离氨基酸两性解离RCOOHCHNH2RCO

11、OCHNH3+-中性分子形式中性分子形式 两性离子形式两性离子形式.RCOOHCHNH3RCOO-CHNH3+RCOO-CHNH2+OH-H+. 对某种氨基酸来讲，当溶液在某一对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特定的特定的 pH pH 时，氨基酸所带净电荷为时，氨基酸所带净电荷为零（即正电荷数与负电荷数相等）零（即正电荷数与负电荷数相等） ，在电场中，既不向正极移动，也不向在电场中，既不向正极移动，也不向负极移动。这时，溶液的负极移动。这时，溶液的pH pH 称为该称为该氨基酸的等电点氨基酸的等电点(isoelectric (isoelectric point)point)，用，用pIpI表示。表

12、示。 两性解离物质所带静电荷为零时溶液的两性解离物质所带静电荷为零时溶液的pHpH。 氨基酸的等电点氨基酸的等电点. （1 1）不同氨基酸，由于）不同氨基酸，由于R R 基团结构的基团结构的不同，有不同的等电点。在一定实验条不同，有不同的等电点。在一定实验条件下，等电点是件下，等电点是氨基酸的特征常数氨基酸的特征常数。 （2 2）当氨基酸处于等电点状态时，其）当氨基酸处于等电点状态时，其溶解度最小溶解度最小，容易发生沉淀。，容易发生沉淀。 利用这一特性，可以从各种氨基酸的利用这一特性，可以从各种氨基酸的混合物溶液中，分离制取某种氨基酸混合物溶液中，分离制取某种氨基酸。 氨基酸等电点的作用氨基酸

13、等电点的作用. （1 1）氨基酸的构型）氨基酸的构型 除除甘氨酸以外甘氨酸以外，其余，其余 20 20 种氨基酸种氨基酸的的 CC都是不对称碳原子（手性）。都是不对称碳原子（手性）。CRCOOHNH2H2NCRCOOHHHL-型氨基酸 D-型氨基酸 2.2.氨基酸的光学活性与吸收光谱氨基酸的光学活性与吸收光谱.甘氨酸的结构式甘氨酸的结构式HNH2CCOOHH.参与蛋白质组成的氨基酸在参与蛋白质组成的氨基酸在可见光区都没可见光区都没有光吸收有光吸收；在在紫外光区紫外光区只只有色氨酸、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。其最大吸收波长有吸收光的能力。其最大吸收波长( ()分别

14、为分别为280280nmnm、275275nmnm、257257nmnm；是是利用紫外分光光度计，利用紫外分光光度计，在在280280nmnm波长处，波长处，测定蛋白质浓度的基础。测定蛋白质浓度的基础。 （2 2）吸收光谱）吸收光谱.三、蛋白质的结构三、蛋白质的结构（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构（二）蛋白质的三维结构（二）蛋白质的三维结构. 蛋白质结构层次蛋白质结构层次 .一级结构（一级结构（primary structureprimary structure）；）；二级结构（二级结构（secondary structuresecondary structure）；）；超二级结构

15、（超二级结构（supersecondary supersecondary structure structure）；）；结构域（结构域（structural domainstructural domain）；）；三级结构（三级结构（tertiary structuretertiary structure）；）；四级结构（四级结构（quarternary structurequarternary structure） 蛋白质结构层次蛋白质结构层次 . （一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构 概念：概念：多肽链上各种多肽链上各种氨基酸残基氨基酸残基的排列的排列顺序，即氨基酸序列称为蛋白质的一

16、级顺序，即氨基酸序列称为蛋白质的一级结构（结构（primary structureprimary structure）。）。（51Aa，5733 u）.1.1.肽和肽键肽和肽键 肽肽 由由氨基酸构成的线形聚合物氨基酸构成的线形聚合物称为肽称为肽（peptidepeptide）。）。二个氨基酸分子缩合二个氨基酸分子缩合而成的肽，称为二肽（而成的肽，称为二肽（dipeptidedipeptide）。NHCOCNHCOCOHHHR1R2H.肽键肽键（peptide bonepeptide bone）多肽链多肽链（polypeptide chainpolypeptide chain） HNCO氨基酸残

17、基CCONHHROCNHOCNHCC肽键肽单位肽链主链OCNHCCOCNHCOCNHCOCOHNH 肽键氮氧原子共振产生：肽键氮氧原子共振产生：（1 1）部分双键性质；（部分双键性质；（2 2）多肽主链酰）多肽主链酰胺平面；（胺平面；（3 3）CC处于顺式或反处于顺式或反式构型；（式构型；（4 4）二面角；（）二面角；（5 5）偶）偶极性（极性（N N末端，末端，C C末端）末端）。.氨基酸残基氨基酸残基（amino acid residueamino acid residue）RHHNOCC氨基酸残基HOH.蛋白质一级结构的表示法蛋白质一级结构的表示法肽键肽键H2NCOHCH3SCOOHNH

18、CCOHNHCCOHNHCCOHNHCHHCH2CHCH2OHCH2CH2中文氨基酸残基命名法：中文氨基酸残基命名法：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号表示法三字母符号表示法：TyrGlyGlyPheMetTyrGlyGlyPheMet单字母单字母符号表示法符号表示法：YGGFMYGGFM. 谷胱甘肽谷胱甘肽 脑啡肽（脑啡肽（5 5肽肽） 短杆菌肽短杆菌肽S S（1010肽肽） 肽类激素肽类激素3.天然活性肽天然活性肽.（二）蛋白质的三维结构（二）蛋白质的三维结构 蛋白蛋白 质的三维结构质的三维结构指的是指的是蛋白质分子蛋白质分子中全部原子和基团相

19、互间的立体关系，中全部原子和基团相互间的立体关系，包括全部原子和基团的排列、分布及肽包括全部原子和基团的排列、分布及肽链的走向。链的走向。又称为蛋白质的高级结构、又称为蛋白质的高级结构、空间结构或构象，可分为空间结构或构象，可分为二级二级、超二级超二级、结构域结构域、三级三级和和四级结构四级结构。.1 1. .蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构2.2.蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域3.3.蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构4 4. .蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构5 5. .稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力.蛋白质结构层次蛋白质结构层次 .1.1.基本知识基本知

20、识 （1 1）构型与构象）构型与构象 构型（构型（configurationconfiguration） 构象（构象（conformationconformation）19691969年，年，IUPACIUPAC （2 2）蛋白质的立体结构原理蛋白质的立体结构原理 肽单位与二面角肽单位与二面角 将多肽链的基本结构中，将多肽链的基本结构中，- -C C-CO-NH-C-CO-NH-C- -这一主链骨架的重复单位叫这一主链骨架的重复单位叫肽单位肽单位（PaulingPauling和和CoreyCorey在在19511951年根据年根据X-X-射线衍射结果，提出射线衍射结果，提出蛋白质蛋白质肽单位平

21、面原则肽单位平面原则 3 3）。.肽单位平面结构肽单位平面结构NHCOCNHCOC OHHHR1R2H氨基酸残基CCONHHROCNHOCNHCC肽键肽单位肽链主链OCNHCCOCNHCOCNHCOCOHNH.肽单位立体结构肽单位立体结构.二面角（二面角（dihedral angledihedral angle） 肽平面肽平面1 1 围绕围绕 CC2 2NN1 1 单键旋转，单键旋转，其旋转的角度用其旋转的角度用表示；表示； 肽平面肽平面2 2 也可也可以围绕以围绕 CC2 2CC2 2 单键旋转，其旋转单键旋转，其旋转的角度用的角度用表示。表示。 ( (右为正右为正, ,左为负左为负) )N

22、1C 2C2. 多肽链主链骨架的构象是由每个多肽链主链骨架的构象是由每个C C的成对的成对二面角二面角（，）所决定的。所决定的。 非键合原子间的最小接触距离非键合原子间的最小接触距离 在相邻的两个肽单位的构象中，非键合原在相邻的两个肽单位的构象中，非键合原子间的接近有无障碍，是否符合子间的接近有无障碍，是否符合标准接触距标准接触距离离，即能量是否达到最低即能量是否达到最低，也是肽链构象能也是肽链构象能否稳定存在的重要否稳定存在的重要立体化学原则立体化学原则。.2. 二级结构二级结构 概概 念念 指多肽链主链在一级结构的基础上，指多肽链主链在一级结构的基础上，某些肽段借助氢键进一步盘旋或折叠，某

23、些肽段借助氢键进一步盘旋或折叠，从而形成有规律的构象。从而形成有规律的构象。 主要类型主要类型 -螺旋、螺旋、-折叠片、折叠片、-转角、无规转角、无规卷曲。卷曲。.（1 1）-螺旋螺旋 即每个氨基酸残基（即每个氨基酸残基（n n）的的C CO O 与另一个氨与另一个氨基酸残基（基酸残基（n+4n+4）的的N NH H 形成氢键。形成氢键。 CHCO)3(NHCNOHR Pauling Pauling 和和CoreyCorey于于1951 1951 年提出蛋白质的年提出蛋白质的-螺旋螺旋（-helix-helix）结构模型结构模型。 羊毛等纤维状蛋白质中，球状蛋白中也广泛存在。它是蛋白质主链的一

24、种羊毛等纤维状蛋白质中，球状蛋白中也广泛存在。它是蛋白质主链的一种典型结构形式典型结构形式 .每隔每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈，每圈间距个氨基酸残基，螺旋上升一圈，每圈间距0.54nm.氢键环内包括氢键环内包括13个主链原子，因此称这种螺旋为个主链原子，因此称这种螺旋为3.613螺旋。螺旋。 . 电子显微镜下的人体头发电子显微镜下的人体头发.（2 2）-折叠折叠（a）Antiparallel-折叠：折叠：伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片层结构，存在于纤维蛋白，球状蛋白也有。层结构，存在于纤维蛋白，球状蛋白也有。 又称为又称为-折叠片（折叠片（-p

25、leated sheet-pleated sheet）。.反平行式较为稳定，例如在丝心蛋白中存在稳定反平行式较为稳定，例如在丝心蛋白中存在稳定的反平行的反平行折叠。折叠。 .（3 3）-转角转角 蛋白质分子中连接不同结构单位的蛋白质分子中连接不同结构单位的180180o o转弯结构称为转弯结构称为-转角转角（ -turn-turn）。由氨基酸残基（由氨基酸残基（n n）的的C CO O 与另一个氨基酸残与另一个氨基酸残基（基（n+3n+3）的的N NH H 形成氢键。形成氢键。 .（4 4）无规卷曲）无规卷曲 没有规律性的多肽主链骨架的构没有规律性的多肽主链骨架的构象，就是象，就是无规卷曲无规

26、卷曲（random coilrandom coil， 、角度角度 不定）；球蛋白分子不定）；球蛋白分子中，往往含有较多的无规卷曲；无中，往往含有较多的无规卷曲；无规卷曲规卷曲往往往往有利于多肽链形成灵活有利于多肽链形成灵活的、具有特异生物活性的构象。的、具有特异生物活性的构象。. （1 1）超二级结构）超二级结构 相邻的二级结构单元（主要是相邻的二级结构单元（主要是螺旋和螺旋和折叠）组合在一起，折叠）组合在一起，形成有规则的、空间上能够辨认的形成有规则的、空间上能够辨认的二级结构的组合体二级结构的组合体，充当三级结构，充当三级结构的 构 件 ， 称 为的 构 件 ， 称 为 超 二 级 结 构

27、超 二 级 结 构（supersecondary structuresupersecondary structure）。3. 3. 超二级结构和结构域超二级结构和结构域.常见的组合形式：常见的组合形式：、.（2 2）结构域）结构域 多肽链在二多肽链在二级结构或超二级结构或超二级结构的基础级结构的基础上，进一步卷上，进一步卷曲折叠成为相曲折叠成为相对独立、近似对独立、近似球形的三维实球形的三维实体称为体称为结构域结构域（structure structure domaindomain），是是三级结构的局三级结构的局部折叠区。部折叠区。IgG分子的12个结构域CH3CH2VL补体结合部位抗原结合部

28、位CLCH1LHVHSSSSSSSS. 结构域之间常常只有一段肽链相结构域之间常常只有一段肽链相连，形成所谓连，形成所谓“铰链区铰链区”（hinge hinge regionregion），），使结构域容易发生相对使结构域容易发生相对运 动 。 结 构 域 之 间 的 这 种运 动 。 结 构 域 之 间 的 这 种 柔 性柔 性（flexibilityflexibility）有利于如酶和抗体有利于如酶和抗体活性的发挥。活性的发挥。.4.4.三级结构三级结构 多肽链在二级多肽链在二级结构、超二级结结构、超二级结构和结构域的基构和结构域的基础上，础上，主链构象主链构象和侧链构象相互和侧链构象相互

29、作用作用，进一步盘，进一步盘曲折叠形成特定曲折叠形成特定的球状分子结构，的球状分子结构，称 作 三 级 结 构称 作 三 级 结 构（tertiary tertiary structure structure） 。 三级结构是指多三级结构是指多肽链中所有原子肽链中所有原子的空间排布。的空间排布。肌红蛋白肌红蛋白 myoglobin.5. 5. 四级结构四级结构 由两条或两条由两条或两条以上具有三级结以上具有三级结构的多肽链聚合构的多肽链聚合而成的特定三维而成的特定三维结构（构象）称结构（构象）称为蛋白质的四级为蛋白质的四级结构结构（quarter-quarter-n a r y s t r u

30、 c -n a r y s t r u c -tureture）。涉及亚涉及亚基的种类、数目基的种类、数目和亚基的空间排和亚基的空间排布，包括亚基间布，包括亚基间的接触位点和相的接触位点和相互作用关系，但互作用关系，但不包括亚基本身不包括亚基本身的构象。的构象。-亚基亚基（subunitsubunit） 血红蛋白血红蛋白 hemoglobin -亚基亚基 血红素血红素 （ haem）.烟草花叶病毒（烟草花叶病毒（TMV）示意图示意图 由由2 1302 130个相个相同亚基构成的同亚基构成的螺旋对称性柱螺旋对称性柱形蛋白质外壳，形蛋白质外壳，紧密排列于一紧密排列于一含有含有6 3906 390个

31、核个核苷酸的单链苷酸的单链RNARNA分子周围。解分子周围。解离的离的TMVTMV外壳亚外壳亚基和基和RNARNA，在合在合适的条件下能适的条件下能自装配自装配成完整成完整的的TMVTMV。.蛋白质结构层次蛋白质结构层次 .5 5. 稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力.四、蛋白质结构与功能的关系四、蛋白质结构与功能的关系 （一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系（二）蛋白质构象与功能的关系（二）蛋白质构象与功能的关系. 1. 一级结构变异与生物进化一级结构变异与生物进化 在不同生物体中行使相同或相似功能的在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质，称为蛋白质，称

32、为同功能蛋白质同功能蛋白质。 它们的氨基酸序列具有明显的相似性，它们的氨基酸序列具有明显的相似性，这种现象称为这种现象称为序列同源序列同源，有明显序列同源，有明显序列同源的蛋白质，也称的蛋白质，也称同源蛋白质同源蛋白质。 （一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系. （1 1）同源蛋白质完全相同的氨基酸残基，称）同源蛋白质完全相同的氨基酸残基，称不不变残基变残基，它们决定了蛋白质的，它们决定了蛋白质的空间结构与功能空间结构与功能。 （2 2）有相当大变化的氨基酸残基，称为）有相当大变化的氨基酸残基，称为可变残可变残基基，它们的差异体现了，它们的差异体现了种属特异性种属特异

33、性。 因此，对不同生物来源的因此，对不同生物来源的同功能蛋白质同功能蛋白质的一级的一级结构进行比较研究：结构进行比较研究：可以帮助我们了解哪些氨基可以帮助我们了解哪些氨基酸对其活性是重要的，哪些是不重要的；可为生酸对其活性是重要的，哪些是不重要的；可为生物进化提供新的可靠依据。物进化提供新的可靠依据。 同源蛋白质结构的种属差异与保守性同源蛋白质结构的种属差异与保守性.2.2.一级结构变异与分子病一级结构变异与分子病 （1 1）分子病）分子病 基因突变基因突变 AaAa变异变异 蛋白结构和功能改变引起的遗传病。蛋白结构和功能改变引起的遗传病。 （2 2）镰刀型红细胞贫血病）镰刀型红细胞贫血病 由

34、由HbHb分子分子亚基亚基N N末端序列的一级结构改变引起末端序列的一级结构改变引起HbHb表面电表面电荷和等电点变化，溶解度降低并出现不正常线形缔合。荷和等电点变化，溶解度降低并出现不正常线形缔合。HbSHbA -链N-末端序列ValHisLeuThrProLysGluGluValHisLeuThrProLysGluVal12345678.正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱？. 一级结构相似，可能会有相同的功能；一级结构有一级结构相似，可能会有相同的功能；一级结构有差异，功能会不同。如差异，功能会不同。如OXOX与与ADH:ADH:牛催产素牛催产素C

35、ys.Tyr.Ile.Gln.Asn.Cys. Pro. Leu.Gly-NH2Cys.Tyr.Phe.Gln.Asn.Cys.Pro.Arg.Gly-NH2.SS123456789SS 牛加压素牛加压素3. 多肽激素的一级结构与功能多肽激素的一级结构与功能（ADH）（OX） . 不同生物（哺乳动物、鸟类、鱼不同生物（哺乳动物、鸟类、鱼类）来源胰岛素分子一级结构，发类）来源胰岛素分子一级结构，发现组成的现组成的 5151 个氨基酸残基中，只个氨基酸残基中，只有有 2424 个氨基酸残基始终保持不变，个氨基酸残基始终保持不变，为不同生物所共有，为维持高级结为不同生物所共有，为维持高级结构和生物活

36、性所必需。构和生物活性所必需。4.不同生物来源的胰岛素一级结构比较不同生物来源的胰岛素一级结构比较.5.5.一级结构断裂与功能激活一级结构断裂与功能激活 有些蛋白质常以无活性的前体形式产有些蛋白质常以无活性的前体形式产生和贮存。在机体需要时，切去部分肽生和贮存。在机体需要时，切去部分肽段之后，才变成有活性的蛋白质。段之后，才变成有活性的蛋白质。如参如参与蛋白质消化的各种蛋白酶、参与血液与蛋白质消化的各种蛋白酶、参与血液凝固的凝血酶、凝血因子等。凝固的凝血酶、凝血因子等。 激活激活（activationactivation）：）：使前体蛋白质使前体蛋白质变成活性蛋白质的过程，称为激活变成活性蛋白

37、质的过程，称为激活。.（二）蛋白质构象与功能的关系（二）蛋白质构象与功能的关系1 1. .变构调节活性变构调节活性2 2. .变性丧失活性变性丧失活性 .血红蛋白血红蛋白 -亚基亚基-亚基亚基（ - subunit） 血红素血红素 （ haem）.血红蛋白的变构现象（变构时的亚基移动）血红蛋白的变构现象（变构时的亚基移动） . 血红蛋白和肌红蛋血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同，白的氧合曲线不同，前者是前者是 S S 形曲线，后形曲线，后者是双曲线。者是双曲线。 - -亚基可与氧结合，亚基可与氧结合，而而-亚基由于存在空亚基由于存在空间位阻，几乎不与氧间位阻，几乎不与氧结合。当结合。当-亚基与氧

38、亚基与氧结合后，发生三级结结合后，发生三级结构的变化，此变化使构的变化，此变化使相邻的相邻的-亚基发生三亚基发生三级结构的变化，与氧级结构的变化，与氧结合使血红蛋白结合结合使血红蛋白结合氧的能力在短时间内氧的能力在短时间内迅速上升，从，而使迅速上升，从，而使曲线程曲线程S S 形。形。氧饱和度（%）.（一）蛋白质的重要性质（一）蛋白质的重要性质（二）蛋白质分离纯化的原则与方法（二）蛋白质分离纯化的原则与方法五、蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定五、蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定.1 1. .蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点2 2. .蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性3 3.

39、 .蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 （一）蛋白质的重要性质（一）蛋白质的重要性质. 蛋白质的等电点（蛋白质的等电点（isoelectric pointisoelectric point） 当溶液在某个当溶液在某个pHpH时，使蛋白质分子所时，使蛋白质分子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净电荷为零，在直流电场中，既不向阳极电荷为零，在直流电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的移动，也不向阴极移动，此时溶液的pH pH 就是该蛋白质的等电点就是该蛋白质的等电点，用用pIpI表示。表示。 两性解离物质所带静电荷为零时溶液的两性解离物质所带静电荷为零时

40、溶液的pHpH。1.1.蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点. （1 1）蛋白质变性）蛋白质变性 天然蛋白质在变性因素作用之下，其天然蛋白质在变性因素作用之下，其一级结构保持不变，但其高级结构发生了一级结构保持不变，但其高级结构发生了异常的变化异常的变化，即由天然态（折叠态）变成，即由天然态（折叠态）变成了变性态（伸展态），从而了变性态（伸展态），从而引起生物功能引起生物功能的丧失，物理、化学性质也发生改变的丧失，物理、化学性质也发生改变，这，这种现象被称为种现象被称为变性（变性（denaturationdenaturation）。 2. 2. 蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性

41、. 引起变性因素：引起变性因素： 物理因素和化学因素。物理因素和化学因素。1.1.热（热（6060100 100 ）；）；2.2.pHpH；3.3.盐；盐；4.4.有有机溶剂；机溶剂；5.5.尿素与盐酸胍；尿素与盐酸胍；6.6.去垢剂等去垢剂等. 变性表现：变性表现：（1 1）物理性质的改变：）物理性质的改变：溶解度下降；（溶解度下降；（2 2）化学性质的改变：）化学性质的改变：易易被蛋白酶消化；（被蛋白酶消化；（3 3）生物功能的改变：生物功能的改变：酶丧失活性、激素蛋白丧失生理调节作酶丧失活性、激素蛋白丧失生理调节作用、抗体失去与抗原专一性结合能力。用、抗体失去与抗原专一性结合能力。 变性

42、机理：变性机理：破坏了蛋白质分子构象破坏了蛋白质分子构象中的次级键。中的次级键。使原来埋藏在分子内部的使原来埋藏在分子内部的疏水集团大量暴露出来，使分子表面水疏水集团大量暴露出来，使分子表面水化膜破坏，分子结合沉淀。化膜破坏，分子结合沉淀。. 以天然蛋白质作对照，测定蛋白质的以天然蛋白质作对照，测定蛋白质的物理变化，观察蛋白质的溶解度是否下物理变化，观察蛋白质的溶解度是否下降，是否凝集、沉淀等；降，是否凝集、沉淀等； 测定蛋白质化学性质的变化；测定蛋白质化学性质的变化； 测定蛋白质的比活性。测定蛋白质的比活性。蛋白质变性的鉴定方法蛋白质变性的鉴定方法. 蛋白质的变性有可逆变性和不可逆变蛋白质的

43、变性有可逆变性和不可逆变性之分。性之分。可逆变性可逆变性在除去变性因素之后，在除去变性因素之后，在适宜的条件下，变性的蛋白质可以从伸在适宜的条件下，变性的蛋白质可以从伸展态恢复到折叠态，并恢复全部的生物活展态恢复到折叠态，并恢复全部的生物活性的现象，称之为性的现象，称之为复性复性（renaturationrenaturation）。）。（2）复性）复性.3. 3. 蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 蛋白质分子结构中的自由蛋白质分子结构中的自由 一一NHNH2 2 、 一一COOH COOH 和肽键，以及某些氨基酸的侧和肽键，以及某些氨基酸的侧链基团，能够与某种化学试剂发生反应，链基团，能够与某

44、种化学试剂发生反应，产生有色物质产生有色物质 。.蛋白质的主要呈色反应蛋白质的主要呈色反应. 1.1.原则原则 2. 2.方法方法 （1 1）前处理）前处理 （2 2）沉淀分离）沉淀分离 （3 3）分离纯化）分离纯化 （4 4）质量鉴定）质量鉴定 （二）蛋白质分离纯化的原则与方法（二）蛋白质分离纯化的原则与方法. 思考题思考题 1. 蛋白质分为哪些类型？各行使何种功能？蛋白质分为哪些类型？各行使何种功能？ 2. 自然界存在的氨基酸种类、结构、性质？自然界存在的氨基酸种类、结构、性质？ 3. 肽键有何特点？对蛋白质构象的形成有何肽键有何特点？对蛋白质构象的形成有何影响？影响？ 4. 何谓蛋白质的一、二、三、四级结构？维何谓蛋白质的一、二、三、四级结构？维系蛋白质构象的作用力有哪些？系蛋白质构象的作用力有哪些？ 5. 何谓蛋白质的超二级结构和结构域？何谓蛋白质的超二级结构和结构域？ 6. 试述蛋白质一级结构和高级结构与功能的试述蛋白质一级结构和高级结构与功能的关系。关系。 7. 何谓蛋白质的变性作用与复性作用？何谓蛋白质的变性作用与复性作用？