多肽与蛋白质

1、会计学1多肽与蛋白质多肽与蛋白质 1833年年，Payen和和Persoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。1864年年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶并将其制成结晶。19世纪末世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的证明蛋白质是由氨基酸组成的，并将氨基酸合成了多种短肽，并将氨基酸合成了多种短肽 。 1938年年，德国化学家，德国化学家Gerardus J. Mulder引用引用“Protein” 一词来描述蛋白质。一词来描述蛋白质。 第1页/共118页1951年年, Pauling采用采用X（射）线晶体衍射发现了蛋（射）线晶体衍射发现了蛋

2、白质的二级结构白质的二级结构-螺旋螺旋(-helix)。 1953年，年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定完成胰岛素一级序列测定。 1962年年，John Kendrew和和Max Perutz确定了血红蛋确定了血红蛋白的四级结构。白的四级结构。20世纪世纪90年代以后年代以后，后基因组计划。，后基因组计划。第2页/共118页第3页/共118页1. 蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分第4页/共118页1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和

3、存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2. 蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3. 氧化供能氧化供能第5页/共118页第一节第一节Primary Structure of Peptides and Proteins 第6页/共118页一一、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体第7页/共118页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+NH3COO-H第8页/共118页肽键是由一个氨基酸的肽键是由一个氨基酸的 -羧基与另一个氨羧基与另一个氨基酸的基酸的 -氨基脱水缩合而形

4、成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基酸通过氨基酸通过肽键肽键(peptide bond) 相互连接相互连接而形成多肽和蛋白质。而形成多肽和蛋白质。肽肽/蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键被称为被称为肽键肽键(peptide bond)，肽键是一种酰胺键，具，肽键是一种酰胺键，具有部分双键的性质。有部分双键的性质。 第9页/共118页* * 一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩合成二肽。合成二肽。 * * 二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽 * 一般

5、来说，由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称一般来说，由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称为为寡肽寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸组成的肽称为，而很多氨基酸组成的肽称为多多肽（肽（polypeptide）。）。通常，多肽分子质量通常，多肽分子质量10 kD；而而蛋白质蛋白质则是由一条或多条肽链组成的更大分子，则是由一条或多条肽链组成的更大分子，但两者两者经常通用。但两者两者经常通用。 肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，肽链中的氨基酸分子因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)。 第10页/共118页氨基末端（氨基末端（amino terminal）

6、或）或 N 末端末端：多肽链中有多肽链中有游离氨基的一端称游离氨基的一端称氨基末氨基末端端(amino terminal)或或N-端。端。羧基末端（羧基末端（carboxyl terminal）或）或C 末端：末端：多肽链中多肽链中有游离羧基的一端称为有游离羧基的一端称为羧基羧基末端末端(carboxyl terminal)或或C-端。端。 多肽链具有方向性：多肽链具有方向性：多肽链从氨基末端走向羧基末端。多肽链从氨基末端走向羧基末端。第11页/共118页N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第12页/共118页NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH

7、-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽是根据由肽是根据由N-端至端至C-端参与其组成的氨基酸残基命名的端参与其组成的氨基酸残基命名的 第13页/共118页谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)第14页/共118页GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+ NADP+ 第15页/共118页2.体内有许多激素属寡肽或多肽体内有许多激素属寡肽或多肽第16页/共118页3. 神经肽是脑内一类重要的肽神经肽是

8、脑内一类重要的肽 较早发现的有脑啡肽较早发现的有脑啡肽(5肽肽)、-内啡肽内啡肽(31肽肽)和和强啡肽强啡肽(17肽肽)等。等。 近年发现的孤啡肽近年发现的孤啡肽(17肽肽)，其一级结构类似于，其一级结构类似于强啡肽。强啡肽。 第17页/共118页二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂第18页/共118页 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。 100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%第19页/共118页1. 蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋

9、白蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类质两类： 单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein）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（conjugated protein）辅基辅基（prosthetic group）第20页/共118页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）血红素蛋白血红素蛋白血红素（铁卟啉）

10、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 第21页/共118页3. 蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两类白质两类 ，可分为：，可分为：纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质2. 蛋白质根据结构特点进行分类蛋白质根据结构特点进行分类 ，可分为：，可分为：超家族（超家族（supe

11、r family）家族（家族（family）亚家族（亚家族（subfamily）第22页/共118页( (二二) )蛋白质分子结构可区分为蛋白质分子结构可区分为4 4个层次个层次高级结构高级结构或或空间构象空间构象(conformation)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)第23页/共118页三、三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构质的一级结构肽键（主要化学键）肽键

12、（主要化学键）二硫键二硫键第24页/共118页一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础，的基础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。唯一因素。目目 录录第25页/共118页四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构质的二级结构第26页/共118页五、五、蛋白质一级结构比对可用于同源蛋白质一级结构比对可用于同源 蛋白质分析蛋白质分析蛋白质一级结构（氨基酸序列）比对常被用来预蛋白质一级结构（氨基酸序列）比对常被用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性。测蛋白质之间结构与功能的相似性。 序列比对方法

13、（序列比对方法（sequence-comparison method）关键在于将关键在于将2个序列准确地对齐，使之达到相同序列个序列准确地对齐，使之达到相同序列最大化，插入或删除序列最小化的目的，然后计算最大化，插入或删除序列最小化的目的，然后计算相同的氨基酸数。相同的氨基酸数。 同源蛋白质同源蛋白质仅指同一基因进化而来的蛋白质。仅指同一基因进化而来的蛋白质。 序列相似但非进化相关的序列相似但非进化相关的2个蛋白质的序列，常个蛋白质的序列，常被称为被称为相似（相似（analogy）序列）序列 。第27页/共118页 第二节第二节 肽、蛋白质的高级结构肽、蛋白质的高级结构Three Diment

14、ional Structure of Peptides and Proteins第28页/共118页蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构(secondary structure)是指组是指组成蛋白质的肽链的主链的空间结构，也就是肽链主成蛋白质的肽链的主链的空间结构，也就是肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。链的构象。一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质 的二级结构的二级结构 肽链主链骨架原子肽链主链骨架原子包括包括N（氨基氮）、（氨基氮）、C（-碳原子）和碳原子）和CO（羰基碳）（羰基碳）3个原子依

15、次重复排列。个原子依次重复排列。 第29页/共118页 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折叠折叠 ( -pleated sheet )-环环 -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) 维系二级结构的主要化学键：维系二级结构的主要化学键：氢键氢键第30页/共118页（一）（一）肽键是一个刚性的平面肽键是一个刚性的平面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位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在在平面上所处的位置为反式平面上所处的位置为反式(trans)构型，构型，此同一平面上的此同一平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成

16、了所谓的肽肽单元单元 (peptide unit) 。第31页/共118页（二）（二） - -螺旋螺旋是常见的蛋白质二级结构是常见的蛋白质二级结构第32页/共118页（三）（三） - -折叠折叠使多肽链形成片层结构使多肽链形成片层结构第33页/共118页（四）（四） -转角和无规卷曲转角和无规卷曲在蛋白质分子中在蛋白质分子中普遍存在普遍存在 - -转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。部分肽链结构。 第34页/共118页（五）模体（五）模体是蛋白质的超二级结构是蛋白质的超二级结构在许多蛋白质分子中，在许多蛋白质分子中，由几个具有二级结由几

17、个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，所构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，所形成的折叠模样，称为形成的折叠模样，称为超二级结构超二级结构（supersecondary structure），），又称又称折叠（折叠（fold）或或模体（模体（motif）。）。超二级结构形式有超二级结构形式有3 3种：种：， 第35页/共118页钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 第36页/共118页（六）（六）氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成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

18、肽链其氨基酸残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。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。或去稳定相应的二级结构的原因。 第37页/共118页一段肽链有多个一段肽链有多个谷氨酸或天冬氨酸残基谷氨酸或天冬氨酸残基相邻，则在相邻，则在pH7.0时，这些残时，这些残基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍-螺旋的形成。同样，多个碱性螺旋的形成。同样，多个碱性氨基酸残基在一肽段内，由于正电荷相斥，也妨碍氨基

19、酸残基在一肽段内，由于正电荷相斥，也妨碍-螺旋的形成。螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响-螺旋形成。螺旋形成。脯氨酸的结构不利于形成脯氨酸的结构不利于形成- -螺旋。螺旋。形成形成-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。彼此靠近。第38页/共118页（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布第39页/共118页 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C端端肌红蛋白（肌红蛋白（myoglobin）是一个单个肽链的球状蛋白质，由是一个单个肽

20、链的球状蛋白质，由153个氨基酸个氨基酸残基构成，含有残基构成，含有1个个血红素（血红素（heme）辅基。）辅基。 第40页/共118页( (二二) ) 维持三级结构稳定主要依靠非共价键维持三级结构稳定主要依靠非共价键第41页/共118页第42页/共118页纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 （三）（三）三级结构可含有功能各异的三级结构可含有功能各异的结构域结构域在二级结构或超二级结构的基础上，多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，多肽链可形成在三级结构层次上的局部折叠区，称为可形成在三级结构层次上的局部折叠区，称为结结构域构域(domain)。 第43页/共118页第44页/共118页

21、A. A. 全全- -结构域结构域 B. B. 平行或混合型平行或混合型 折叠片结构域折叠片结构域C. C. 全全-结构域结构域 D. D. 富含二硫键结构域富含二硫键结构域第45页/共118页（五）分子伴侣（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠参与蛋白质的折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。* * 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

22、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。折叠。 * * 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用。作用。 第46页/共118页目前已知参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为目前已知参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为3类：类：热激蛋白热激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆转变在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆转变性或聚集的蛋白质性或聚集的蛋白质 。伴侣蛋白伴侣蛋白(chape

23、ronin)：伴侣蛋白普遍存在于细菌、线粒体、叶绿体和真核生伴侣蛋白普遍存在于细菌、线粒体、叶绿体和真核生物，主要有物，主要有2个家族：个家族：Hsp60（在大肠杆菌中又称为（在大肠杆菌中又称为GroEL）和）和Hsp10。 核质蛋白核质蛋白(nucleoplasmin) 第47页/共118页伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 第48页/共118页各亚基间的结合力主要是氢键和离子键各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。 三、三、多亚基的蛋白质具有四级结构形式多亚基的蛋白质具有四级结构形式蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基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

24、作用，称为接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构。体内有许多蛋白质分子含有二条或多条多体内有许多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，称肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的为蛋白质的亚基亚基 (subunit)(subunit)。（一）具有四级结构形式的蛋白质由多亚基组成（一）具有四级结构形式的蛋白质由多亚基组成第49页/共118页血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构（二）（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起亚基通过亚基间的相互作用联系在一起由由2个亚基组成的蛋个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分白质四级结构中，若亚基分子结

25、构相同，称之为子结构相同，称之为同二聚同二聚体体(homodimer)，若亚基若亚基分子结构不同，则称之为分子结构不同，则称之为异异二聚体二聚体(heterodimer)。 第50页/共118页（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质生物体内许多蛋白质往往由多个生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。白质四级结构。 胰岛素受体：胰岛素受体：由由4个亚基组成个亚基组成(22) ，亚基与亚基与亚基形成单体亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体个单体形成二聚体(dimer)。 第

26、51页/共118页血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构第52页/共118页蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins第三节第三节第53页/共118页（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一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础的基础牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶的一级结构的一级结构二二硫硫键键第54页/共118页 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

27、态，无活性第55页/共118页（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能高级结构与功能 氨基酸残基序号氨基酸残基序号胰岛素胰岛素 A8 A9 A10 B30A8 A9 A10 B30 人人 Thr Ser Ile ThrThr Ser Ile Thr 牛牛 Ala Ser Val AlaAla Ser Val Ala 猪猪 Thr Ser Ile AlaThr Ser Ile Ala 羊羊 Ala Gly Val AlaAla Gly Val Ala 马马 Thr Gly Ile AlaThr Gly Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile A

28、laThr Ser Ile Ala第56页/共118页促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素和促黑激素(-MSH, -MSH)共有一段共有一段相同的氨基酸序列，因此，相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成，但作用较也可促进皮下黑色素生成，但作用较弱。弱。 第57页/共118页( (三三) )氨基酸序列提供氨基酸序列提供重要的生物化学信息重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素蛋白质如细胞色素(cytochrome C)，比较它们的一级结构，可，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系以帮助了解物种进化间的关系。 第5

29、8页/共118页（四）（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病例：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) 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”。第59页/共118页1. 肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基 二、蛋白质空间结构表现功能二、蛋白质空间结构表现功能血红素结构血红素结构 ( (一一)

30、 )血红蛋白构象改变引起功能变化血红蛋白构象改变引起功能变化第60页/共118页肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb) 肌红蛋白是一个只有三级结肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有构的单链蛋白质，有8 8段段 - -螺旋结构螺旋结构。血红素分子中的两个丙酸侧血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形式与肽链中的两个碱链以离子键形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的之肽链中的F F8 8组氨酸残基还与组氨酸残基还与FeFe2+2+形成配位结合，所以血红素辅基与形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。蛋白质部分稳定结合。 第61页

31、/共118页血红蛋白血红蛋白( (hemoglobin，Hb) )血红蛋白具有血红蛋白具有4个亚基组成个亚基组成的四级结构的四级结构。Hb各亚基的三级结构与各亚基的三级结构与Mb极为相似。极为相似。Hb亚基之间通过亚基之间通过8对盐键，使对盐键，使4个亚基紧密结合而个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。形成亲水的球状蛋白。 第62页/共118页第63页/共118页肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线第64页/共118页第65页/共118页第66页/共118页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

32、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。第67页/共118页第68页/共118页（二）蛋白质构象改变可导致（二）蛋白质构象改变可导致构象病构象病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病（Protein Conformational Diseases） ：若若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的折叠发生错误，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，严重时蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。可导致疾病发生。第69页/共118页蛋白质构象改变导致疾病的机制蛋白质构象改变导致疾病的机制：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常

33、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、疯牛病等。年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。第70页/共118页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。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下

34、可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-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疯牛病第71页/共118页三、蛋白质的化学修饰、相互作用可改变其功能三、蛋白质的化学修饰、相互作用可改变其功能最初基因表达的产物最初基因表达的产物蛋白质，并不一定为蛋白质，并不一定为具有生物学功能的成熟蛋白质，新生蛋白质通常还具有生物学功能的成熟蛋白质，新生蛋白质通常还需要进行蛋白质翻译后的化学修饰（第十八章）。需要进行蛋白质翻译后的化学修饰（第十八章）。 四、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系四、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系

35、 生物信息学（生物信息学（bioinformatics）是一门基于信息学）是一门基于信息学和计算的新兴交叉学科，应用计算机程序法将复杂的和计算的新兴交叉学科，应用计算机程序法将复杂的生物学数据进行整合与分析，从而阐明生命现象中难生物学数据进行整合与分析，从而阐明生命现象中难以解释的复杂分子机制。以解释的复杂分子机制。第72页/共118页第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质Chemical and Physical Properties of Proteins第73页/共118页 一、一、蛋白质具有两性电离性质蛋白质具有两性电离性质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

36、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pHpH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。当蛋白质溶液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，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 第74页/共118页 二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量

37、蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自可自1万至万至100万之间，其分子的直径可达万之间，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。 蛋白质胶体稳定的因素：蛋白质胶体稳定的因素：颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜第75页/共118页+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溶液中蛋白质的聚集和沉淀溶液中蛋白质的聚集和沉淀第76页/共1

38、18页三、很多因素可引起蛋白质变性三、很多因素可引起蛋白质变性在某些物理和化学因素作用下，其特定在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。变和生物活性的丧失。蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)第77页/共118页 造成变性的因素造成变性的因素 变性的本质变性的本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。白质的一级结构。如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强如加热、乙醇等有机溶剂、强酸

39、、强碱、重金属离子及生物碱试剂等碱、重金属离子及生物碱试剂等 。 第78页/共118页 应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外, , 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。制剂（如疫苗等）的必要条件。 第79页/共118页若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复性复性 。蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation) 第80页/共11

40、8页 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，无活性第81页/共118页在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。淀，但并不变性。 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

41、蛋白质沉淀蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 第82页/共118页四四、蛋白质在紫外光谱区有特征性、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性波长处有特征性吸收峰。蛋白质的吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。，因此可作蛋白质定量测定。第83页/共118页五、蛋白质呈色反应可用于溶液五、蛋白质呈色反应可用于溶液蛋白质测定蛋白质测定（一）蛋白质经水解后产生茚三酮反应（一）蛋白

42、质经水解后产生茚三酮反应第84页/共118页（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应第85页/共118页蛋白质的分离、纯化、鉴定蛋白质的分离、纯化、鉴定和结构分析和结构分析Isolation, Purification, Identificationand Structural Analysis of Proteins第五节第五节第86页/共118页一、一、透析及超滤法可清除蛋白质溶液透析及超滤法可清除蛋白质溶液中的小分子化合物中的小分子化合物利用透析袋把大分子蛋白质与小分子利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。化合物分开的方法。应用正压或离心力使蛋

43、白质溶液透过有应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。溶液的目的。超滤法超滤法 透析透析(dialysis)第87页/共118页二二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法常用的蛋白质沉淀方法使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀时，必须在时，必须在04低温下进低温下进行，丙酮用量一般行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。 盐析盐析(salt pr

44、ecipitation)是将硫酸铵、硫酸钠是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。沉淀。 第88页/共118页将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。 免疫沉淀法（免疫沉淀法（immunoprecipitat

45、ion）第89页/共118页三三、电泳是蛋白质分离与鉴定的常、电泳是蛋白质分离与鉴定的常用方法用方法蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术质的技术, 称为称为电泳电泳(elctrophoresis) 。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。胶电泳等。 第90页/共118页SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量，常用于蛋白质分子

46、量的测定。的测定。等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。蛋白质的电泳方法。双向凝胶电泳双向凝胶电泳，蛋白质组学研究的重要技术。，蛋白质组学研究的重要技术。几种重要的蛋白质电泳：几种重要的蛋白质电泳：第91页/共118页四四、应用相分配或亲和原理可将、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离蛋白质进行层析分离待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，

47、使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。层析层析(chromatography) 第92页/共118页离子交换层析：离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。性质不同进行分离。凝胶过滤凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析，又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。利用各蛋白质分子大小不同分离。蛋白质分离常用的层析方法蛋白质分离常用的层析方法第93页/共118页第94页/共118页第95页/共118页五五、利用蛋白质颗粒

48、沉降行为不同、利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离可进行超速离心分离超速离心法超速离心法(ultracentrifugation)既可以用既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。的分子量。 蛋白质在离心场中的行为用蛋白质在离心场中的行为用沉降系数沉降系数(sedimentation coefficient, S)表示表示,沉降系沉降系数与蛋白质的密度和形状相关数与蛋白质的密度和形状相关 。第96页/共118页因为沉降系数因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但，故可应用超速离

49、心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。质不适用。第97页/共118页第98页/共118页六、用化学或反向遗传学方法可分析或六、用化学或反向遗传学方法可分析或演绎多肽链的氨基酸序列演绎多肽链的氨基酸序列分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（离子交换层析）分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（离子交换层析）测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基把肽链水解成片段，分别进行分析把肽链水解成片段，分别进行分析测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Ed

50、man降解法降解法 一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。第99页/共118页化学法化学法溶解法溶解法二硝基氟苯法（二硝基氟苯法（DNP法）法） 肼解法肼解法二甲基氨基萘磺酰氯法（二甲基氨基萘磺酰氯法（Dansyl-氯法）还原成氨基醇法氯法）还原成氨基醇法亮氨酸氨肽酶法亮氨酸氨肽酶法细胞外氨肽酶法细胞外氨肽酶法羧肽酶羧肽酶A A法法羧肽酶羧肽酶B B法法羧肽酶羧肽酶C C法法氨基酸和肽的末端测定法氨基酸和肽的末端测定法

51、第100页/共118页通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列：通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列：按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因分离编码蛋白质的基因测定测定DNA序列序列排列出排列出mRNA序列序列第101页/共118页七、应用物理学、生物信息学原理可七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定或预测进行蛋白质空间结构测定或预测通常采用通常采用圆二色光谱圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。 -螺旋的螺旋的CD峰有峰有222nm处的负峰、

52、处的负峰、208nm处的处的负峰和负峰和198nm处的正峰处的正峰3个成分；而个成分；而 -折叠的折叠的CD谱不很固定。谱不很固定。 （一）圆二色光谱可估算蛋白质二级结构比例（一）圆二色光谱可估算蛋白质二级结构比例第102页/共118页X射线衍射法射线衍射法(X-ray diffraction)和核磁共振和核磁共振技术技术(nuclear magnetic resonance, NMR)是研究是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。蛋白质三维空间结构最准确的方法。 （二）（二）X射线衍射法和核磁共振技术用于射线衍射法和核磁共振技术用于 三维空间结构分析三维空间结构分析第103页/共118页* *

53、 用分子力学、分子动力学的方法，根据物理用分子力学、分子动力学的方法，根据物理化学的基本原理，从理论上计算蛋白质分化学的基本原理，从理论上计算蛋白质分子的空间结构。子的空间结构。 （三）根据蛋白质的氨基酸序列预测三维空间（三）根据蛋白质的氨基酸序列预测三维空间 结构结构* * 通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找出一级结构与空间结构的关系，总结出规出一级结构与空间结构的关系，总结出规律，用于新的蛋白质空间结构的预测。律，用于新的蛋白质空间结构的预测。第104页/共118页第六节第六节 血浆蛋白质血浆蛋白质 Plasma Proteins第105页/共11

54、8页一、采用电泳法可将血浆蛋白质分成一、采用电泳法可将血浆蛋白质分成若干组分若干组分 电泳法是分离、分析血浆蛋白质的主要方法。采用醋酸纤维素膜电泳，电泳法是分离、分析血浆蛋白质的主要方法。采用醋酸纤维素膜电泳，可将血浆蛋白质分为可将血浆蛋白质分为5个组分。个组分。 按泳动快慢依次为：清蛋白、按泳动快慢依次为：清蛋白、1-、2-、-和和-球蛋白（球蛋白（globulin）。而采）。而采用聚丙烯酰胺凝胶电泳用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)可将血浆蛋白分离出可将血浆蛋白分离出100种以上。种以上。 A 白蛋白白蛋白 1 2 血浆蛋白的电泳图血浆蛋白的电泳图第106页/共118页血浆蛋白质主要成分及功能血浆蛋白质主要成分及功能功功 能能血浆蛋白质血浆蛋白质抗蛋白酶抗蛋白酶抗凝乳蛋白酶、抗凝乳蛋白酶、1-抗胰蛋白酶、抗胰蛋白酶、2-巨球蛋白、抗凝血酶巨球蛋白、抗凝血酶血液凝固血液凝固各种凝血因子、纤维蛋白原各种凝血因子、纤维蛋白原酶酶血液中功能酶：如凝血因子、胆碱酯酶血液中功能酶：如凝血因子、胆碱酯酶组织细胞漏出的酶：如转氨酶组织细