生化2018蛋白质化学

1、微信微信: yinzx20031960年年 Peter Nowell发现慢性骨髓性白血发现慢性骨髓性白血病（病（CML）患者，）患者，22号染色体短。号染色体短。1973年，年，Janet Rowley发现发现9号与号与22号染色体易位。号染色体易位。1983年，发现基因融合。年，发现基因融合。9号上号上C-abl移至移至22号断号断裂点区（裂点区（bcr），形成），形成bcr/abl融合基因，编码融合基因，编码P210，增强酪氨酸激酶活性，改变了多种蛋白酪氨酸磷增强酪氨酸激酶活性，改变了多种蛋白酪氨酸磷酸化水平，扰乱信号途径，抑制凋亡。酸化水平，扰乱信号途径，抑制凋亡。 2001年格列卫上市

2、，年格列卫上市，CML 5年生存率从年生存率从30%提高到提高到89%。由许多氨基酸由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。 概述概述 组成组成 结构结构 结构与功能的关系结构与功能的关系 理化性质和分离纯化理化性质和分离纯化第一章 蛋白质的结构与功能功能信号传递信号传递一、元素一、元素:主要主要C、H、O、N和和S, 少量少量P, Fe, Cu, Zn, Mn, I, 。第二节 分子组成N含量：16%三聚氰胺三聚氰胺H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3CO

3、O-H 二、基本单位二、基本单位-氨基酸氨基酸 (一一)通式通式1.1.非极性非极性(二)分类2.2.极性不带电荷极性不带电荷3.3.碱性碱性 含含2个氨基；等电点高；在个氨基；等电点高；在pH7.0时，碱性时，碱性4.4.酸性酸性 含有含有2个羧基；等电点低；在个羧基；等电点低；在pH7.0时，酸性时，酸性水分子及与离子间的结合水分子及与离子间的结合蛋白质和蛋白质和DNA中的氢键中的氢键物质的引入改变水分子间的氢键网物质的引入改变水分子间的氢键网非极性和极性的分布非极性和极性的分布水层水层极性极性非极性非极性折叠的多肽链折叠的多肽链(三三) 特殊氨基酸特殊氨基酸pH=pI+OH-pHpI+H

4、+OH-+H+pH=2条肽链，叫亚基条肽链，叫亚基 (subunit)。经非共价键形。经非共价键形成的空间排布。成的空间排布。氢键和离子键。氢键和离子键。u通常单亚基没有功能通常单亚基没有功能血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构第四节第四节 结构与功能的关系结构与功能的关系 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-破坏氢键破坏氢键-破坏二硫键破坏二硫键 谷谷A（极性）（极性） 缬缬A（非极性）（非极性）(二二) 一级结构与分子病一级结构与分子病 非氧合非氧合链

5、有疏水口袋链有疏水口袋 突变产生缬氨酸与口突变产生缬氨酸与口袋相配。袋相配。 血红蛋白串联，形成血红蛋白串联，形成不溶纤维束，使细胞不溶纤维束，使细胞扭成镰刀形。扭成镰刀形。 分子病分子病白虎：神兽还是怪物白虎：神兽还是怪物SLC45A2的突变（的突变（A477V），丙氨酸变为缬氨酸。影响黄和红色素），丙氨酸变为缬氨酸。影响黄和红色素的合成，对黑色影响弱，未影响其它功能。的合成，对黑色影响弱，未影响其它功能。Cell,2013,23:1031u富富-螺旋变成富螺旋变成富-折叠，水溶性变差折叠，水溶性变差,聚集形成淀粉状聚集形成淀粉状纤维，沉淀在脑组织纤维，沉淀在脑组织, 造成损伤造成损伤传传

6、染染u人：库鲁病，脑软化病，克人：库鲁病，脑软化病，克-雅病雅病（CJD），变异型），变异型CJD(人类疯牛病），致人类疯牛病），致死性家族性失眠症。死性家族性失眠症。u动物：牛海绵状脑病（疯牛病），羊瘙动物：牛海绵状脑病（疯牛病），羊瘙痒症，貂传染性脑病，猫海绵状脑病痒症，貂传染性脑病，猫海绵状脑病1986-2014年年,177英国人和英国人和55其它国人食用感染牛肉感染变异型其它国人食用感染牛肉感染变异型CJD朊病毒病朊病毒病-淀粉样蛋淀粉样蛋白白2. 2. 阿尔茨海默症阿尔茨海默症3. 3. 帕金森病帕金森病突触核蛋白突触核蛋白(-synuclein(-synuclein）聚集于多巴胺神

7、经元，形成路易）聚集于多巴胺神经元，形成路易小体（小体（Lewy bodies Lewy bodies ）4.4.亨丁顿舞蹈病亨丁顿舞蹈病hdhd基因上（基因上（CAG)CAG)重复数增多，谷氨酰胺增多，不重复数增多，谷氨酰胺增多，不易溶，损坏脑细胞，特别与肌肉控制有关的细胞，易溶，损坏脑细胞，特别与肌肉控制有关的细胞，导致神经系统退化，动作失调，颤搐，能发展成导致神经系统退化，动作失调，颤搐，能发展成痴呆，甚至死亡。痴呆，甚至死亡。Hb:“S”形曲线形曲线氧促进与氧的结合氧促进与氧的结合2. 构象变化调节功能构象变化调节功能血红蛋白血红蛋白血红蛋白结合氧血红蛋白结合氧, 空间结构改变影响结合

8、空间结构改变影响结合Hb结合结合O2的别构效应的别构效应 O2协同效应协同效应: 蛋白质的一个亚基与其配体结合后，影响另一个亚蛋白质的一个亚基与其配体结合后，影响另一个亚基与配体结合能力。基与配体结合能力。 抑制与氧结合抑制与氧结合(1)BPG（ 2,3-二磷酸甘油酸）促进成二磷酸甘油酸）促进成T构象，氧亲和力低构象，氧亲和力低BPG与胎儿与胎儿HbF结合力弱，致结合力弱，致HbF与氧亲和力高，与氧亲和力高，利于氧从母亲外周血向胎儿外周血转运利于氧从母亲外周血向胎儿外周血转运.有有BPG左移左移无无BPG右移右移母体与胎儿母体与胎儿血液贮存血液贮存贮存时贮存时BPG丢失。丢失。因此血液贮存时加

9、葡萄糖、丙酮酸、二羟丙因此血液贮存时加葡萄糖、丙酮酸、二羟丙酮，腺嘌呤等。酮，腺嘌呤等。抑制与氧结合抑制与氧结合(2)代谢活跃（代谢活跃（pH和和CO2）-促进促进O2释放，给组织供氧释放，给组织供氧（Bohr效应）效应）血红蛋白变构在氧从肺运到组织时的作用血红蛋白变构在氧从肺运到组织时的作用肺部高氧利于形成肺部高氧利于形成R结构，结构，BPG一般不结合；在组织，氧浓度降一般不结合；在组织，氧浓度降低及玻尔效应利于形成低及玻尔效应利于形成T结构，而结构，而BPG利于稳定利于稳定T结构。结构。CO中毒中毒1. CO与血红蛋白亲和力高，但可逆。与血红蛋白亲和力高，但可逆。2. 每天每天1包烟，使包

10、烟，使CO结合血红蛋白提高结合血红蛋白提高2.5%，水烟更高。水烟更高。3. 汽车废气、炭炉自杀，或火灾引起汽车废气、炭炉自杀，或火灾引起CO急性中急性中毒。毒。4. 20%-50%血红素与血红素与CO结合，有头痛、头晕、结合，有头痛、头晕、恶心、晕厥；超过恶心、晕厥；超过70%致命。致命。三、蛋白质修饰可调节功能三、蛋白质修饰可调节功能酶的共价修饰酶的共价修饰组蛋白的修饰组蛋白的修饰74组蛋白带正电荷，与带负电的组蛋白带正电荷，与带负电的DNA结合，遮蔽结合，遮蔽DNA，妨碍转录。，妨碍转录。2. 组蛋白修饰组蛋白修饰乙酰化乙酰化: 负电荷增加负电荷增加, 与与DNA排斥增加排斥增加,结合疏

11、松结合疏松, 利于转录利于转录去乙酰化去乙酰化乙酰化乙酰化交配影响基因表达交配影响基因表达 交配：使催产素、加压素受体基因组蛋白乙酰化交配：使催产素、加压素受体基因组蛋白乙酰化, 表达上调表达上调,促进伙伴关系形成。促进伙伴关系形成。 促进乙酰化药物：使田鼠没有交配也形成伙伴偏促进乙酰化药物：使田鼠没有交配也形成伙伴偏好。好。背景背景: 草原田鼠交配后形成一夫一妻草原田鼠交配后形成一夫一妻,与催产与催产素、加压素、多巴胺和受体结合有关素、加压素、多巴胺和受体结合有关.金风玉露一相逢金风玉露一相逢,便胜却人间无数便胜却人间无数!用此类药物用此类药物,促进家庭和谐促进家庭和谐?“爱情药水爱情药水”

12、- 催产素香水催产素香水-Nature Neuroscience, 2013; doi:10.1038/nn.3420讨论：讨论：假如不同加压素受体基因型，表达水平假如不同加压素受体基因型，表达水平会不同。是否要知道某男生基因型？会不同。是否要知道某男生基因型？不同国家的相互信任水平不同国家的相互信任水平Zak, Scientific American, 2008,306(6), 88蛋白质糖基化蛋白质糖基化-不可逆不可逆糖尿病患者:糖化血红蛋白沉积于小动脉管壁，引起微血管病变.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小结：结构是功能的基础小结：结构是功能的基础u 牛核

13、糖核酸酶实验牛核糖核酸酶实验u 镰刀形红细胞贫血症镰刀形红细胞贫血症u 血红蛋白的变构效应血红蛋白的变构效应u 朊病毒朊病毒蛋白质功能蛋白质功能决定决定u一级结构是空间构象基础，关键氨一级结构是空间构象基础，关键氨基酸变化可致空间构象、功能改变。基酸变化可致空间构象、功能改变。u蛋白质一级结构不是决定空间构象蛋白质一级结构不是决定空间构象的唯一因素。的唯一因素。RCCH2NHRNOCHCOO-HRCC+H32NHRNOCHCOOHHRCC+H32NHRNOCHCOO-H酸性酸性碱性碱性PI（等电点）（等电点）第五节第五节 理化性质和分离纯化理化性质和分离纯化一、两性电离及分离方法一、两性电离及

14、分离方法 +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1. 等电点沉淀法等电点沉淀法不同的蛋白质电荷量不同，分子大小不同，速度也不同。不同的蛋白质电荷量不同，分子大小不同，速度也不同。等电聚焦（等电聚焦（isoelectric focusing,IEF）利用利用pH梯度介质分离等电点不同的蛋白质。梯度介质分离等电点不同的蛋白质。双向电泳（双向电泳（two d

15、imensional electrophoresis）IEFSDS-PAGE3.离子交换层析离子交换层析二二 高分子性质高分子性质+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酸酸碱碱酸酸碱碱1. 稳定的胶体溶液稳定的胶体溶液2. 透析与超滤透析与超滤人工肾人工肾血液透析图血液透析图磁力搅拌器磁力搅拌器待超滤的蛋白质溶液待超滤的蛋白质溶液加压的氮气加压的氮气超滤膜超滤膜超滤（超滤（ultrafiltration）3. 沉降与超速离心沉降与超速离心u 蛋白质有布朗运动不会沉降蛋白质有布朗运动不会沉降 u 超速离心可产生强大离心力，使

16、蛋白质克服布朗运动沉降超速离心可产生强大离心力，使蛋白质克服布朗运动沉降 超速离心超速离心4. 分子筛分子筛(凝胶过滤凝胶过滤)三三 沉淀沉淀(盐析盐析,重金属重金属,酸碱酸碱,有机溶剂有机溶剂)+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尿素，尿素，-巯巯基乙醇基乙醇去除尿素，去除尿素， -巯基乙醇巯基乙醇蛋白质变性蛋白质复性变性：某些因素作用下，其天然构象破坏变性：某些因素作用下，其天然构象破坏，理化性质改变，生物学活性丧失。，理化性质改变，生物学活性丧失。复性：变性蛋白质恢复天然构象，恢复复性：变性蛋白质恢复天然构象，恢