第01章蛋白质的结构与功能2

1、蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第1 1章章Structure and Function of Proteinn什么是蛋白质什么是蛋白质? ?Proteins are polymers(多聚体多聚体) of amino acids.短的（短的（50个氨基酸）：蛋白质个氨基酸）：蛋白质 蛋白质的结构蛋白质的结构enzymes(酶酶), hormones(激素激素,荷尔蒙荷尔蒙), antibodies(抗体抗体), transporters(转运蛋白转运蛋白), muscle(肌肉肌肉), lens protein of eyes(眼睛晶状体眼睛晶状体), spider webs(蜘蛛网蜘

2、蛛网), rhinoceros horn(犀牛角犀牛角), antibiotics(抗生素抗生素), mushroom poisons(蘑菇毒素蘑菇毒素). Proteins have widely diverse forms and functions2030010万万1056Fireflies emit light catalyzed by luciferase（荧光素酶）（荧光素酶） with ATPA few examples on protein diversityErythrocytes（红细胞）（红细胞） contain a large amount of hemoglobins

3、（血红蛋白）（血红蛋白）, the oxygen-transporting protein.(b)The protein keratin （角蛋白）（角蛋白） is the chief structural components of hair, horn, wool, nails and feathers. 蛋白质的重要性蛋白质的重要性分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的 4545，某些组织含量更高

4、，例如脾、肺及横纹肌等高达，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达8080。作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递氧化供能氧化供能 蛋白质研究的历史蛋白质研究的历史18331833年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中分离到类年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中分离到类似胃蛋白酶的物质。似胃蛋白酶的物质。18641864年，血红蛋白被分离并结晶。年，血红蛋白被分离并结晶。1919世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短世纪末，证明蛋白质由氨基

5、酸组成，并合成了多种短肽。肽。2020世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛素一级结世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛素一级结构测定。构测定。标志着人类具备了分离高纯度蛋白的能力！ 标志着蛋白质化学本质的面纱被揭开 意味着蛋白质不是凌乱的麻团，而是有规律折叠2020世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，促进了蛋白质研究迅速发展；促进了蛋白质研究迅速发展；19621962年，确定了血红蛋白的四级结构。年，确定了血红蛋白的四级结构。2020世纪世纪9090年代，功能基因组与蛋白质组研究地年代，功能基因组与蛋白质组研究地展开。展开。标志着：结构生物学时代的来

6、临，人类第一次看清了蛋白质的模样 标志着从单个蛋白研究到群体蛋白质的研究飞跃蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。甲硫氨酸合成酶（甲甲硫氨酸合成酶（甲钴胺素是其辅酶）钴胺素是其辅酶）SOD固氮酶固氮酶 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。 由于体内的含氮

7、物质以蛋白质为主，因此，只要由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：出蛋白质的大致含量：半斤牛奶半斤牛奶中蛋白质的含量中蛋白质的含量 (g)= 每克牛奶含氮克数每克牛奶含氮克数 6.252501/16% 蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点 一、组成人体蛋白质的氨基酸种类与构型一、组成人体蛋白质的氨基酸种类与构型人是由人是由L-氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢D-氨基酸，因此大量食用氨基酸，因此大量食用D型型-氨基酸可能对机体代谢造成负担

8、。但氨基酸可能对机体代谢造成负担。但药物设计药物设计时常使用时常使用D型分子以减少降解。型分子以减少降解。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，余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且种，且均属均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。 2002年发现吡咯赖氨酸（第年发现吡咯赖氨酸（第22种）种） 1986年发现硒代半胱氨酸（第年发现硒代半胱氨酸（第21种）种）H L-氨基酸的通式氨基酸的通式C+NH3COO-HR-科学家发现科学家发现L-氨基酸可能与早期恒星的圆偏振光作用有关，氨基酸可能与早期恒星的圆偏振光作用有关，L-氨基酸可能

9、普遍存在于宇宙中。氨基酸可能普遍存在于宇宙中。 为什么地球上的氨基酸几乎都是为什么地球上的氨基酸几乎都是L-型的？型的？猎户座大星云（一（一 ）根据侧链结构和理化性质分：）根据侧链结构和理化性质分：甘氨酸（甘氨酸（Gly）、）、丙氨酸（丙氨酸（Ala）缬氨酸（）缬氨酸（Val）亮氨酸（亮氨酸（Leu） 异亮氨酸（异亮氨酸（Ile）脯氨酸（）脯氨酸（Pro）谷氨酸（谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（）、天冬氨酸（Asp）赖氨酸（赖氨酸（Lys）精氨酸（）精氨酸（Arg）组氨酸（）组氨酸（His） 二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类 1. 非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸3. 极性中性氨基酸极性中性氨

10、基酸2. 含芳香环的氨基酸含芳香环的氨基酸4. 酸性氨基酸酸性氨基酸5. 碱性氨基酸碱性氨基酸苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe）色氨酸（）色氨酸（Trp）酪氨酸（）酪氨酸（Tyr）丝氨酸（丝氨酸（Ser）、苏氨酸（）、苏氨酸（Thr）、半胱氨酸（）、半胱氨酸（Cys）、）、甲甲硫氨酸（硫氨酸（Met）、）、天冬酰胺（天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（）、谷氨酰胺（Gln）红色的有争议！红色的有争议！（二）根据侧链基团的极性分两大类（二）根据侧链基团的极性分两大类丙氨酸（丙氨酸（Ala）缬氨酸（）缬氨酸（Val）亮氨酸（）亮氨酸（Leu） 异异亮氨酸（亮氨酸（Ile）脯氨酸（）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（）

11、苯丙氨酸（Phe）色）色氨酸（氨酸（Trp）蛋氨酸（）蛋氨酸（Met）甘氨酸（甘氨酸（Gly） 丝氨酸（丝氨酸（Ser）苏氨酸（苏氨酸（Thr) 半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）酪氨酸（酪氨酸（Tyr） 天冬酰胺（天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln）赖氨酸（赖氨酸（Lys）精氨酸（）精氨酸（Arg）组氨酸（组氨酸（His）天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）谷氨酸（）谷氨酸（Glu）酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸（三）根据氨基酸分子的化学结构分（三）根据氨基酸分子的化学结构分4类类（四）从营养学的角度分两类（四）从营养学的角度分两类缬氨酸缬氨酸,异亮氨酸异亮氨酸,甲

12、硫氨酸甲硫氨酸,色氨酸色氨酸,苏氨酸苏氨酸,赖氨酸赖氨酸,苯丙氨酸苯丙氨酸, 亮氨酸亮氨酸 氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性 几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（唯一的亚氨基酸）（唯一的亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2朊蛋白、牙釉质中朊蛋白、牙釉质中心、抗冻蛋白心、抗冻蛋白 半胱氨酸与蛋白质的二硫键半胱氨酸与蛋白质的二硫键频率最高的频率最高的7 7种：天冬氨酸（种：天冬氨酸（AspAsp）、谷氨酸（）、谷氨酸（GluGlu）、丝）、丝氨酸（氨酸（SerSer）、苏氨酸（）、苏氨酸（ThrThr）、组氨酸（）、组氨酸（HisHis）、半胱

13、氨）、半胱氨酸（酸（CysCys）、赖氨酸（）、赖氨酸（LysLys）等，它们的侧链上分别含有）等，它们的侧链上分别含有羧基、羟基、咪唑基、巯基、氨基等极性基团，便于传羧基、羟基、咪唑基、巯基、氨基等极性基团，便于传递电子和基团。递电子和基团。 丝氨酸（丝氨酸（SerSer）、苏氨酸（）、苏氨酸（ThrThr）和）和 酪氨酸（酪氨酸（TyrTyr）酶的活性中心的氨基酸有：酶的活性中心的氨基酸有：酶的磷酸化调节常作用的氨基酸有：酶的磷酸化调节常作用的氨基酸有：三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是氨基酸是两性电解质两

14、性电解质，其解离程度取决于所处溶液，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。的酸碱度。 等电点等电点(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为的趋势及程度相等，成为兼性离子兼性离子，呈电中性。此时溶，呈电中性。此时溶液的液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质CHNH2COOHR CHNH2COOHR pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI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C

15、HNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+- 等电点的本质等电点的本质不同氨基酸的等电点不同氨基酸的等电点溶液溶液PH值与等电点的关系值与等电点的关系氨基酸的等电点与蛋白质的等电点氨基酸的等电点与蛋白质的等电点（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最的最大吸收峰在大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含有这大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液

16、定蛋白质溶液280nm的光的光吸收值是分析溶液中蛋白吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 紫外分光光度法苯丙氨酸苯丙氨酸 （三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨基酸与氨基酸与茚三酮茚三酮水合物共热，可生成水合物共热，可生成蓝紫色蓝紫色化化合物，其最大吸收峰在合物，其最大吸收峰在570nm处。处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为因此可作为氨基酸定量分析方法氨基酸定量分析方法。（亦可定性分析）。（亦可定性分析） 指纹

17、显色指纹显色四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链肽键肽键( (peptide bond) )是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的 - -羧基与羧基与另一个氨基酸的另一个氨基酸的 - -氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide) 短的（短的（50个氨基酸）：蛋白质个氨基酸）：蛋白质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)。多肽链多肽链/蛋白质的蛋白质的羧基端羧基端（C

18、端）和端）和氨基端氨基端（N端）端） 从一种毒性菇类中分离的剧毒物质，系从毒蕈类从一种毒性菇类中分离的剧毒物质，系从毒蕈类鬼笔鹅膏鬼笔鹅膏中得到的有毒的环中得到的有毒的环状七肽。对小鼠的致死剂量是状七肽。对小鼠的致死剂量是50微克微克，它同聚合的微丝结合后，它同聚合的微丝结合后, 抑制微丝的抑制微丝的解体解体。寡肽典例寡肽典例-鬼笔环肽（鬼笔环肽（phalloidin） 鬼笔鹅膏鬼笔鹅膏（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH过过氧化物酶氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶

19、NADPH+H+ NADP+ nGSH与与GSSG间的转换间的转换 氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽硒元素与谷胱甘肽过氧化物酶硒元素与谷胱甘肽过氧化物酶化疗患者化疗患者：包括用顺氯铵铂、环磷酰胺、阿霉素、红比霉素、博来霉素化疗，尤其是大剂量化疗时；放射治疗患者放射治疗患者；各种低氧血症各种低氧血症：如急性贫血，成人呼吸窘迫综合症，败血症等；肝脏疾病肝脏疾病：包括病毒性、药物毒性、酒精毒性（包括酒精性脂肪肝、酒精性肝纤维化、酒精性肝硬化、急性酒精性肝炎）及其他化学物质毒性引起的肝脏损害。亦可用于有机磷、胺基或硝基化合物中毒亦可用于有机磷、胺基或硝基化合物中毒的辅助治疗。解

20、药物毒性解药物毒性（如肿瘤化疗药物，抗结核药物，精神神经科药物，抗抑郁药物，扑热息痛等）。 解毒机制：解毒机制：保护巯基保护巯基 + 清除自由基清除自由基谷胱甘肽的美白作用谷胱甘肽的美白作用 谷胱甘肽过氧化物酶激活剂的筛选谷胱甘肽过氧化物酶激活剂的筛选 体内体内许多激素许多激素属寡肽或多肽属寡肽或多肽2 多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽垂体肽垂体肽VP（ADH） 加压素（抗利尿激素）加压素（抗利尿激素）9 肽肽OT 催产素催产素 9 肽肽ACTH 促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素 39肽肽-MSH -促黑素促黑素 13肽肽GH 生长激素生长激素 191肽肽下丘脑下丘脑释放激素释放激素CRH

21、 促皮质素释放激素促皮质素释放激素 41肽肽GHRH 生长激素释放激素生长激素释放激素 44肽肽SS 生长抑素生长抑素 14肽肽LHRH 促黄体生成素释放激素促黄体生成素释放激素 10肽肽TRH 促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素 3肽肽 神经肽神经肽(neuropeptide)脑啡肽脑啡肽，5肽肽-内啡肽内啡肽，31肽肽孤啡肽孤啡肽，17肽肽P物质物质，10肽肽神经肽神经肽Y当机体有伤痛刺激时，内源性阿片肽被释放出来以对抗疼痛。在内当机体有伤痛刺激时，内源性阿片肽被释放出来以对抗疼痛。在内腓肽的激发下，人的身心处于轻松愉悦的状态中，免疫系统实力得腓肽的激发下，人的身心处于轻松愉悦的状态中，

22、免疫系统实力得以强化，并能顺利入梦，消除失眠症。以强化，并能顺利入梦，消除失眠症。内腓肽也被称之为内腓肽也被称之为“快感荷尔蒙快感荷尔蒙”或者或者“年轻荷尔蒙年轻荷尔蒙”，意味这种，意味这种荷尔蒙可以帮助人保持年轻快乐的状态。荷尔蒙可以帮助人保持年轻快乐的状态。内腓肽内腓肽内啡肽是体内自己产生的一类内源性的具有类似吗啡作用的肽类物质。内啡肽是体内自己产生的一类内源性的具有类似吗啡作用的肽类物质。蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 第二节第二节n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括: 高级高级结构结构一级结构一级结构(prim

23、ary 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) 一级一级二级二级三级三级四级四级n定义定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构多肽链的局部主链构象

24、为蛋白质二级结构蛋白质分子中蛋白质分子中某一段肽链的某一段肽链的局部局部空间结构空间结构，即该段肽链即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空间位置，并不涉的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。及氨基酸残基侧链的构象。n定义定义: : n主要的化学键：主要的化学键：氢键氢键 N-HO， N-HN 骨架碳原子骨架碳原子氢键氢键（一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所处的位置为反式在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同构型，此

25、同一平面上的一平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元 (peptide unit) 。 - -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) （二）常见的蛋白质二级结构（二）常见的蛋白质二级结构 n - -螺旋螺旋如：毛发的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、血凝块中的纤维蛋白如：毛发的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、血凝块中的纤维蛋白 已知已知-螺旋是最稳定的一种主链构象，螺旋是最稳定的一种主链构象，坚韧度高坚韧度高的、的、具有保护性功能的蛋白质发毛、发、角、爪、甲的角蛋白几乎具

26、有保护性功能的蛋白质发毛、发、角、爪、甲的角蛋白几乎100%是是-螺旋。螺旋。（三）三） - -折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构 蚕丝蛋白蚕丝蛋白 酶类中的酶类中的-螺旋区很少，螺旋区很少，-折迭和无规卷曲较多，这有利于结构与折迭和无规卷曲较多，这有利于结构与功能的灵活改变功能的灵活改变（四）（四） - -转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在 - -转角转角无规卷曲无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。常含脯氨酸常含脯氨酸（五）模体（五）模体（motifmotif） 模体是蛋白质分子中具有

27、模体是蛋白质分子中具有特定空间构象特定空间构象和和特定功能特定功能的结构成分的结构成分 钙离子结合模体钙离子结合模体锌指结构锌指结构 （六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响（六）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。一段肽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基的侧链适合形成链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋或螺旋或-折叠，它就折叠，它就会出现相应的二级结构。会出现相应的二级结构。 受氨基酸残基的等电点，侧链大小、刚性等影响受氨基酸残基的等电点，侧链大小、刚性等影响三、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

28、成蛋白质三级结构折叠形成蛋白质三级结构疏水键、盐键（离子键）、氢键和疏水键、盐键（离子键）、氢键和 范德华力等。范德华力等。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置。即整的相对空间位置。即整条肽链中所有原子在三维空间的排布位置。条肽链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:（一）三级结构（一）三级结构 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) （二）结构域（二）结构域是三级结构层次上的独立功能区是三级结构层次上的独立功能区定义：分子量较大的蛋白质常可折叠成多个定义：分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧结构较为紧密密且稳定的区域，并且稳定的区域，并各

29、行其功能各行其功能，称为结构域，称为结构域 ( (domain) )。Calcineurin（钙（钙调蛋白磷酸酶）调蛋白磷酸酶） （三）分子伴侣（三）分子伴侣参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。叠。 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作分子伴侣在蛋白质分子折

30、叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。用。 分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象。叠成天然构象。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白质具有四级结构含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构蛋白质分子中各蛋白质分子中各亚基的空间排布亚基的空间排布及亚基及亚基接触部位接触部位的布局和相互作用的布局和相互作用，称为，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条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

31、结构，称为蛋白质的多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。 由由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为相同，称之为同二聚体同二聚体(homodimer)，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二聚体异二聚体(heterodimer)。 血红蛋白血红蛋白（四聚体）（四聚体） 链链 2个个链链 2个个哺乳动物的脂肪酸合成酶（哺乳动物的脂肪酸合成酶（p152）同二聚体同二聚体五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类n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 =

32、 = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质形状根据蛋白质形状:纤维状蛋白质（长轴与短轴比大于纤维状蛋白质（长轴与短轴比大于10）球状蛋白质（长轴与短轴比小于球状蛋白质（长轴与短轴比小于10） 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）（一） 一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础是高级结构与功能的基础 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（破巯基乙醇（破坏

33、高级结构）坏高级结构） 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，无活性证据：牛核糖核酸证据：牛核糖核酸酶变性复性实验酶变性复性实验（二）（二） 一级结构相似的蛋白质具相似的高级结构与功能一级结构相似的蛋白质具相似的高级结构与功能 不用哺乳动物的胰岛素一级结构中不用哺乳动物的胰岛素一级结构中仅有个别氨基酸仅有个别氨基酸有差别有差别，结构上表现出高度的相似性结构上表现出高度的相似性（都有（都有A、B两条两条链组成、且二硫键配对位置及空间构象也极像）；功链组成、且二硫键配对位置及空间构象也极像）；功能上，它们能上，它们都发挥调节糖代谢都发挥调节糖代谢的功能。的功能。（三）

34、（三） 氨基酸序列提供重要的生物进化信息氨基酸序列提供重要的生物进化信息细胞色素细胞色素C共共104个氨基酸个氨基酸细胞色素细胞色素C等一些等一些一些广泛存在于生物界一些广泛存在于生物界的蛋白质，比较它们的的蛋白质，比较它们的一级结构的差异，可以一级结构的差异，可以帮助了解物种进化间的帮助了解物种进化间的关系。关系。 （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)Hb 肽链肽链Hb 肽肽 链链N-val his leu thr pro val

35、glu C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”。血红蛋白水溶性变化血红蛋白水溶性变化-聚集成丝聚集成丝-红细胞变镰刀形红细胞变镰刀形二、二、蛋白质的功能依赖特定空间结构蛋白质的功能依赖特定空间结构神经氨酸酶神经氨酸酶（水解唾液酸，使病毒脱（水解唾液酸，使病毒脱离宿主细胞）离宿主细胞）n血红蛋白血红蛋白( (hemoglobin，Hb) )血红蛋白具有血红蛋白具有4个亚个亚基组成的四级结构，基组成的四级结构，每个每个亚基可结合亚基可结合1 1个血红素并携个血红素并携带带1 1分子氧分子氧。4个亚基紧密结合而个亚基紧密结合

36、而形成亲水的球状蛋白。形成亲水的球状蛋白。 肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线 协同效应：协同效应：指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力。如果是促进作用称为正协同效应；反之则为负协同效应。合能力。如果是促进作用称为正协同效应；反之则为负协同效应。Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合，Hb与与O2结合后称为氧合结合后称为氧合Hb。氧合氧合Hb占总占总Hb的百分数的百分数（称氧饱和度）（称氧饱和度）随随O2浓度变化而改变。浓度变化而改

37、变。 血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧的结合血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧的结合 别构效应别构效应一个氧分子与一个氧分子与Hb亚基结合后引起亚基构象变化，称为亚基结合后引起亚基构象变化，称为别构效应别构效应。小分子。小分子O2称为称为别构剂或效应剂别构剂或效应剂，Hb称为称为别构蛋白别构蛋白。别构效应还可发生在别构效应还可发生在酶与别构剂酶与别构剂结合时，或结合时，或配体与受体配体与受体的结合，具有普遍的结合，具有普遍的生物学意义！的生物学意义！定义：定义：一种配体结合到蛋白质分子后，导致蛋白质其他部位的空一种配体结合到蛋白质分子后，导致蛋白质其他部位的空间构象发生变化，这种效应称为别构

38、效应。间构象发生变化，这种效应称为别构效应。 具有别构效应的酶称为别构酶具有别构效应的酶称为别构酶例如：蟒蛇 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白质构象疾病：若蛋白质的蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误折叠发生错误，尽管其尽管其一级结构不变一级结构不变，但蛋白质的，但蛋白质的构象发生改变构象发生改变，仍，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。可影响其功能，严重时可导致疾病发生。发病机理：有些发病机理：有些蛋白质错误折叠蛋白质错误折叠后后相互聚集相互聚集，常形成抗，常形成抗蛋白水解酶的蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白，产生毒性而致病，表现为

39、蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、阿尔兹海默症这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、阿尔兹海默症(老年痴呆症老年痴呆症)、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。阿尔茨海默病阿尔茨海默病 (AD, 老年痴呆症老年痴呆症) 淀粉样蛋白级联学说淀粉样蛋白级联学说 该学说认为该学说认为AD患者可能是由于患者可能是由于淀粉样蛋白前体基因和早老素淀粉样蛋白前体基因和早老素基因等的突变，导致基因等的突变，导致淀粉样蛋白异常分泌和产生过多淀粉样蛋白异常分泌和产生过多，在脑，在脑组织内沉积，对周围的突触和神经元具有毒性作用，可破坏突组织内沉积，

40、对周围的突触和神经元具有毒性作用，可破坏突触膜，最终引起神经细胞死亡。触膜，最终引起神经细胞死亡。Tau蛋白学说蛋白学说 微管系统是神经细胞的骨架成分，参与多种细胞功能。微管是由微管蛋白和微微管系统是神经细胞的骨架成分，参与多种细胞功能。微管是由微管蛋白和微管相关蛋白组成，管相关蛋白组成，Tau蛋白是一种含量最高的微管相关蛋白。在蛋白是一种含量最高的微管相关蛋白。在AD患者脑内，患者脑内，Tau蛋白异常过度磷酸化蛋白异常过度磷酸化，并聚集成双螺旋丝形式，与微管蛋白的结合力降低，失，并聚集成双螺旋丝形式，与微管蛋白的结合力降低，失去了促进微管形成和维持微管稳定的作用。去了促进微管形成和维持微管稳

41、定的作用。异常磷酸化异常磷酸化Tau蛋白的病理性沉积，导致了神经原纤维缠结（蛋白的病理性沉积，导致了神经原纤维缠结（NFTs）的形成，而）的形成，而NFT可作为大脑早老化的标志。可作为大脑早老化的标志。中枢胆碱能损伤学说中枢胆碱能损伤学说疯牛病是由疯牛病是由朊病毒蛋白朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组引起的一组人和动物神经退行性病变。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在某种在某种未知蛋白质未知蛋白质的作用下可转变成全为的作用下可转变成全为-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 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