蛋白质结构与功能

1、生物化学BiochemistryDept of Biochemistry & Molecular BiologyMJMUSep, 2015 人类学习的目的 人类的生存 人类的发展Obamas Speech at Middle School OpeningMy Education My Future二则新闻报道 参考消息网参考消息网8月月12日：英媒称，日：英媒称，BBC二台的纪录片二台的纪录片【我们的孩子坚强吗？中国式学校我们的孩子坚强吗？中国式学校】自自8月月4日播出第日播出第一集以来，引发了大量的关于中英两国教育的关注一集以来，引发了大量的关于中英两国教育的关注和讨论。纪录片讲述了和讨论。

2、纪录片讲述了5名中国教师在英国南部汉普名中国教师在英国南部汉普郡的博航特（郡的博航特（Bohunt）中学实施）中学实施4周中国式教学试周中国式教学试验的故事。验的故事。 个人发帖：澳洲悉尼大学商学院商学硕士课程有大个人发帖：澳洲悉尼大学商学院商学硕士课程有大批中国留学生学习，近日有批中国留学生学习，近日有1200多人参加该课程核多人参加该课程核心科目心科目“商业的批判性思维商业的批判性思维”考试，竟有考试，竟有300多名多名学生不合格，其中中国留学生占八成，引起关注。学生不合格，其中中国留学生占八成，引起关注。凤凰卫视 美国常青藤大学等：学生教育的探索与思考 通识教育（大学12年级） 专业教育

3、（大学34年级）为什么要学习？学什么？学什么？1. 知识知识 Knowledge 2. 思考思考 Critical Thinking3. 创新创新 Innovating 学习方式：1. 课本课本-授课：授课：理解理解-记忆记忆 （理解理解-思考思考-记忆）记忆）2. 图书馆图书馆-自学：理解自学：理解-思考思考-记忆记忆3. 网络网络-自学：自学：学习知识：结论性的认知创新：联想-类比逻辑思维：推理-总结Knowledge Innovating Critical Thinking 理解：归纳中心思想 一一. 解释（解释（Interpretation） 归纳（归纳（Categorizing），意

4、义解码（），意义解码（Decoding Significance），意义澄清（），意义澄清（Clarifying Meaning）二二. 分析（分析（Analysis） 观点检测（观点检测（Examining Ideas），论证确认（），论证确认（Identifying Arguments），论证分析（），论证分析（Analyzing Arguments） 三三. 评价（评价（Evaluation） 命题评估（命题评估（Assessing Claims），论证评估（），论证评估（Assessing Arguments） 四四. 推论（推论（Inference） 证据查证（证据查证（Queryi

5、ng Evidence），猜测替代方案（），猜测替代方案（Conjecturing Alternatives），导出结论（），导出结论（Drawing Conclusion） 五五. 阐释（阐释（Explanation） 说明结果（说明结果（Stating Results），过程判断（），过程判断（Justifying Procedures），展示论证（），展示论证（Presenting Arguments） 六六. 自我调整（自我调整（Self-Regulation） 自省（自省（Self-Examining），自我纠正（），自我纠正（Self-Correcting）生物化学之绪论生物化学，

6、是研究生物体内，是研究生物体内化学分子和和化学反应的的基础生命科学，从分子水平研究生命现象的本质。基础生命科学，从分子水平研究生命现象的本质。生物化学研究的方法，早期，采用化学，物理学，早期，采用化学，物理学，和数学的原理和方法；后来，融入生理学，细胞和数学的原理和方法；后来，融入生理学，细胞生物学，遗传学，和免疫学的理论和技术；近来，生物学，遗传学，和免疫学的理论和技术；近来，生物信息学的介入，使之与众多学科有广泛的联生物信息学的介入，使之与众多学科有广泛的联系与交叉。系与交叉。生物化学主要研究，生物体内的分子结构与功能，生物体内的分子结构与功能，物质代谢与调节，和遗传信息传递的分子基础和物

7、质代谢与调节，和遗传信息传递的分子基础和调控规律。调控规律。10一个自稳系统的生物化学模式一个自稳系统的生物化学模式组份：组成一个自稳系统的所有分子，如，一个个体，一个细胞，等。组份：组成一个自稳系统的所有分子，如，一个个体，一个细胞，等。结构：组成一个自稳系统的所有分子，相互间形成一个适当相互作用的结构：组成一个自稳系统的所有分子，相互间形成一个适当相互作用的关系，且，具有时关系，且，具有时- -空的反应顺序。空的反应顺序。功能：所有的分子能够相互作用，产生相应的效果。功能：所有的分子能够相互作用，产生相应的效果。对任何一个组份分子、结构或功能的改变，该自稳系统都将进行补偿与对任何一个组份分

8、子、结构或功能的改变，该自稳系统都将进行补偿与适应的调整来维持当下的自稳状态。若如不能，则，疾病发生。适应的调整来维持当下的自稳状态。若如不能，则，疾病发生。功能 组份 结构 自稳系统自稳系统Biochemistry Biochemistry Biochemistry 调节网络调节网络调节网络调节网络调节网络调节网络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l蛋白质蛋白质 Protein (酶酶 Enzyme)l脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 (DeoxyriboNucleic Acid)l核糖核酸核糖核酸 (RiboNucleic acid )脂肪酸脂肪酸 （Fatty acid）多

9、糖多糖 （Saccharide ）第一章第一章蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Protein Pro, Pr, P 蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几乎参与了生命活动的所有过程。乎参与了生命活动的所有过程。 含量：约占固体成分的近含量：约占固体成分的近1/2（45%） 种类：一个真核细胞含有的蛋白质达数千种，每种类：一个真核细胞含有的蛋白质达数千种，每一种均有其特定的结构与功能一种均有其特定的结构与功能分布广分布广第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成碳、氢、氧、碳、氢、氧、氮氮 、硫、硫 （ C C、H H、O O、N N、S S ） 以及磷

10、、以及磷、 铁、铁、 铜、铜、 锌、锌、 碘、碘、 硒硒元素组成元素组成: : 蛋白质平均含氮量（蛋白质平均含氮量（N%N%）：）：16%16% 蛋白质含量蛋白质含量= =含氮克数含氮克数6.256.25（凯氏定氮法）（凯氏定氮法）氨基酸通式氨基酸通式一、基本组成单位一、基本组成单位:氨基酸氨基酸 (Amino Acid, AA)参与构建蛋白质的基本氨基酸，只有参与构建蛋白质的基本氨基酸，只有2020种。种。l1. 20种种AA中除中除Pro外，与羧基相连外，与羧基相连的的-碳原子上都有一个氨基，因而称碳原子上都有一个氨基，因而称-氨基酸。l2. 不同的不同的-AA，其R侧链不同。氨基。氨基酸

11、酸R侧链（结构、大小与荷电性）对侧链（结构、大小与荷电性）对蛋白质空间结构和理化性质有重要影蛋白质空间结构和理化性质有重要影响。响。l3. 除除Gly的的R侧链为侧链为H原子外，其他原子外，其他AA的的-碳原子都是都是不对称碳原子，具，具有不同的构型，因而具有旋光性。有不同的构型，因而具有旋光性。组成人体蛋白质的氨基酸都为组成人体蛋白质的氨基酸都为L-AA（Gly, Pro除外）。除外）。氨基酸氨基酸C原子的手性特征，平面偏振光的旋转原子的手性特征，平面偏振光的旋转甘油醛甘油醛丙氨酸丙氨酸氨基酸的分类氨基酸的分类按侧链的结构和理化性质可分为：按侧链的结构和理化性质可分为： 非极性、疏水性非极性

12、、疏水性氨基酸氨基酸 极性、中性极性、中性氨基酸氨基酸 酸性酸性氨基酸氨基酸 碱性碱性氨基酸氨基酸支链氨基酸支链氨基酸亚氨基酸亚氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸吡咯烷环吡咯烷环-杂环氨基酸杂环氨基酸2. 极性中性氨基酸极性中性氨基酸含酰胺基氨基酸含酰胺基氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸吲哚环吲哚环-杂环氨基酸杂环氨基酸羟基氨基酸羟基氨基酸含硫氨基酸含硫氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸-胍基胍基咪唑基咪唑基杂环氨基酸杂环氨基酸 1968年美国年美国Dudrick，在研究人体营养学工作中，利用结，在研究人体营养学工作中，利用结晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。因

13、此晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。因此氨基酸营养输液是继氨基酸营养输液是继“疫苗疫苗”、“维生素维生素”、“抗生素抗生素”之之后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。我国氨基酸类药物的发展我国氨基酸类药物的发展1953年药典，年药典，1960年药典都为年药典都为0；1977年药典为年药典为4种；种；1985年药典为年药典为3种；种；1990年药典为年药典为5种；种；1995年药典为年药典为12种；种；1998年增补版药典为年增补版药典为26种；种；2000年药典原料药年药典原料药22种，制剂种，制剂4种。种。氨基酸的理化性质氨基酸的理化性

14、质1. 1. 两性解离及等电点两性解离及等电点 在某一溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的在某一溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，呈电中性，此时该溶液的趋势及程度相等，呈电中性，此时该溶液的pH值即值即为该氨基酸的为该氨基酸的等电点等电点 (Isoelectric point，pI )。 含有共轭双键的芳香族氨含有共轭双键的芳香族氨基酸基酸 Trp, Tyr 的最大吸收峰在的最大吸收峰在280nm波长附近。波长附近。2. 2. 紫外吸收性质紫外吸收性质 该蓝紫色化合物在该蓝紫色化合物在 570nm 波长处有最大吸收，可波长处有最大吸收，可用于氨基酸的定量分析。用于氨基酸的定量

15、分析。3. 3. 茚三酮反应茚三酮反应二、二、 肽与肽键肽与肽键 (Peptide, Peptide Bond)二肽二肽寡肽；多肽寡肽；多肽; 蛋白质。蛋白质。肽键肽键氨基酸残基氨基酸残基 (residue)(residue)The Pentapeptide 五肽五肽 Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu 三、生物活性肽三、生物活性肽 (Bioactive Peptide) -谷胱甘肽谷胱甘肽 （-Glutathione, GSH） 多肽类激素多肽类激素 如催产素、加压素、血管紧张素、促肾上腺皮质激如催产素、加压素、血管紧张素、促肾上腺皮质激素、促甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素等素、促

16、甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素等 神经肽（神经肽（neuropeptide） 如脑啡肽、如脑啡肽、 -内啡肽、强啡肽、孤啡肽、内啡肽、强啡肽、孤啡肽、P物质、神物质、神经肽经肽Y等等-谷胱甘肽（谷胱甘肽（-Glutathione, GSH）还原型还原型氧化型氧化型(1) (1) 体内重要的还原剂体内重要的还原剂 保护蛋白质和酶分子中的巯基免遭氧化，保护蛋白质和酶分子中的巯基免遭氧化，使蛋白质处于活性状态。使蛋白质处于活性状态。 (2) (2) 谷胱甘肽的巯基作用谷胱甘肽的巯基作用 可以与致癌剂或药物等结合可以与致癌剂或药物等结合, ,从而阻断从而阻断这些化合物与这些化合物与DNADNA、

17、RNARNA或蛋白质结合，保护机体免遭毒性损或蛋白质结合，保护机体免遭毒性损害。害。-肽键肽键二硫键，形成于二分子半胱氨酸的氧化二硫键，形成于二分子半胱氨酸的氧化促甲状腺素释放激素（促甲状腺素释放激素（3肽肽 焦焦Glu-His-Pro） 由下丘脑分泌，促进腺垂体分泌促甲状腺素由下丘脑分泌，促进腺垂体分泌促甲状腺素第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质是蛋白质是氨基酸氨基酸通过通过肽肽键键相连形成的具有三维相连形成的具有三维结构的生物大分子。结构的生物大分子。 一般将蛋白质分子的结一般将蛋白质分子的结构分为构分为四个层次四个层次来学习。来学习。Ribulose-1,5-bisp

18、hosphate carboxylase/oxygenase一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构 (Primary Structure) 蛋白质的蛋白质的一级结构一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残基就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序。主要化学键是的排列顺序。主要化学键是肽键肽键，有的还包含，有的还包含二硫键二硫键。 二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构(secondary structure) 蛋白质二级结构是指多肽链的主链骨架中若蛋白质二级结构是指多肽链的主链骨架中若肽单元肽单元，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键氢键为主要次级键而形成的有规则或无

19、规则为主要次级键而形成的有规则或无规则的构象，如的构象，如-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规卷转角和无规卷曲等曲等。蛋白质二级结构一般不涉及氨基酸残基侧链蛋白质二级结构一般不涉及氨基酸残基侧链的构象。的构象。二级结构的主要结构单位二级结构的主要结构单位肽单元（肽单元（Peptide Unit）二级结构的主要化学键二级结构的主要化学键 氢键氢键 (Hydrogen Bond)肽单元（肽单元（Peptide Unit）肽单元具有这样一些特性：肽单元具有这样一些特性： (1)早在早在1925年，年，Pauling等人就发现，等人就发现，肽键中的肽键中的C-N键长键长0.132nm，比相邻的，比

20、相邻的C-C单键单键(0.147nm)短，而较一般短，而较一般C=N双键双键(0.128nm)长。可见，肽键中长。可见，肽键中-C-N-键的性键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将其固定在一个质，因而不能旋转，这就将其固定在一个平面之内。平面之内。(2) 肽键的肽键的C及及N周围三个键角之周围三个键角之和均为和均为360，说明都处于一个说明都处于一个平面上，也就是平面上，也就是说说肽单元的六个肽单元的六个原子基本上同处原子基本上同处于一个平面，是于一个平面，是一个刚性平面，一个刚性平面，这就是肽键平面。这就是肽键平面。(3) (3

21、) 肽键中的肽键中的C-NC-N既然具有双键性质，就会有既然具有双键性质，就会有顺反不同的立体异构，已证实顺反不同的立体异构，已证实肽单元两个肽单元两个 - -碳原子呈反向分布。碳原子呈反向分布。Configuration of Geometric Isomer of Retinal Lehningers Biochemistry p17肽链中肽链中能能够旋转的只有够旋转的只有-碳原子所形碳原子所形成的单键，成的单键，此此单键的旋转决单键的旋转决定两个肽键平定两个肽键平面的位置关系，面的位置关系，于是于是肽平面成肽平面成为肽链盘曲折为肽链盘曲折叠的基本单位叠的基本单位。-螺旋螺旋 (-Heli

22、x)-折叠折叠(-Pleated Sheet)-转角转角 (Turn or -Bend)无规卷曲无规卷曲 (Random Coil) 肽单元上肽单元上C所连的所连的两个单键两个单键的旋转角度，的旋转角度，决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于肽决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于肽平面和氨基酸残基侧链平面和氨基酸残基侧链R基对多肽链构象的限基对多肽链构象的限制作用，二级结构只有以下几种主要形式：制作用，二级结构只有以下几种主要形式： 多个肽平多个肽平面通过面通过C的的旋转，相互之旋转，相互之间紧密盘曲成间紧密盘曲成稳固的右手螺稳固的右手螺旋。旋。-Helix 主链螺旋上主链螺旋上升，升，每每

23、3.6个氨个氨基酸残基上升基酸残基上升一 圈 ， 螺 距一 圈 ， 螺 距0.54nm。肽平肽平面和螺旋长轴面和螺旋长轴平行。平行。-Helix 相邻两圈螺旋之间相邻两圈螺旋之间借肽键中羰基氧借肽键中羰基氧 (CO)和亚氨基氢和亚氨基氢(NH)形成许形成许多链内多链内氢键氢键，即每一个，即每一个氨基酸残基中的亚氨基氨基酸残基中的亚氨基氢和前面相隔三个残基氢和前面相隔三个残基的羰基氧之间形成氢键，的羰基氧之间形成氢键，这这是稳定是稳定-螺旋的主要螺旋的主要化学键。化学键。-Helix 肽链中氨基酸残基侧链肽链中氨基酸残基侧链R R基，基，分布在螺旋外侧分布在螺旋外侧，其形状、大小，其形状、大小及

24、电荷均会影响及电荷均会影响- -螺旋的形成。螺旋的形成。-Helix 是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠成锯齿状成锯齿状，相邻肽平面间呈，相邻肽平面间呈110角。角。依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的羰基氧与亚氨基氢形成氢键，使构象稳定。的羰基氧与亚氨基氢形成氢键，使构象稳定。也就是说，也就是说，氢键是稳定氢键是稳定-折叠的主要化学键。折叠的主要化学键。-Pleated Sheet 两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前即前者两条链从者两条链从N端到端到C端是同方向的，后

25、者是反方向的。端是同方向的，后者是反方向的。-折叠结构的形式十分多样，正、反平行还可以相互交替。折叠结构的形式十分多样，正、反平行还可以相互交替。平行的平行的-折叠结构中，两个残基的间距为折叠结构中，两个残基的间距为0.65nm；反平；反平行的行的-折叠结构，则间距为折叠结构，则间距为0.7nm。氨基酸残基的侧链氨基酸残基的侧链R R基分布在片层的上方或基分布在片层的上方或下方下方。-转角转角 -Turn 蛋白质分子中，肽蛋白质分子中，肽链经常会出现链经常会出现180的回折，在这种回的回折，在这种回折角处的构象就是折角处的构象就是-转角转角(-turn)或称或称-折角折角(-bend)。-转转

26、角中，第一个氨基角中，第一个氨基酸残基的羰基氧与酸残基的羰基氧与第四个残基的亚氨第四个残基的亚氨基氢形成基氢形成氢键氢键，从，从而使结构稳定。而使结构稳定。氢键氢键Random Coil 无规则卷曲无规则卷曲无规卷曲泛指那些不能被归入明确的二级结构无规卷曲泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠或螺旋的多肽区段。如折叠或螺旋的多肽区段。实际上这些区段大多数既不是卷曲，也不是完实际上这些区段大多数既不是卷曲，也不是完全无规则的。这些全无规则的。这些“无规卷曲无规卷曲”也像其它二级也像其它二级结构那样是明确而稳定的结构，但是它们受氨结构那样是明确而稳定的结构，但是它们受氨基酸残基侧链基酸残基侧链R

27、R基相互作用的影响很大。基相互作用的影响很大。这类有序的非重复性的结构经常构成酶活性部这类有序的非重复性的结构经常构成酶活性部位和其它蛋白质特异的功能部位。位和其它蛋白质特异的功能部位。模体模体 Motif, 是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个成一个有规则的二级结构组合，被称为有规则的二级结构组合，被称为超二超二级结构。级结构。二级结构组合形式主要有二级结构组合形式主要有3种：种：， 。 许多蛋白质分子中可以有许多蛋白质

28、分子中可以有二个或三个二个或三个具有二级结构具有二级结构的的肽段肽段，在空间位置上相互接近，形成特殊的空间结构，在空间位置上相互接近，形成特殊的空间结构，称其为称其为“模体模体”（motifmotif）。）。模体是具有特殊功能的超二级结构模体是具有特殊功能的超二级结构三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构 (Tertiary Structure) 蛋白质的三级结构是指蛋白质的三级结构是指在二级结构的基础上在二级结构的基础上, ,进一步盘曲或折进一步盘曲或折迭而形成的迭而形成的。也就是整条多肽链中所有原。也就是整条多肽链中所有原子或基团在三维空间的排布位置。子或基团在三维空间的排布位置。 肌红

29、蛋白肌红蛋白 Myoglobin, Mb一条长为一条长为153个氨基个氨基酸的多肽链和一个血酸的多肽链和一个血红素辅基组成。共有红素辅基组成。共有8段段-螺旋结构螺旋结构(A-H）功能功能: 储存储存O2血红素的结构式血红素的结构式肌红蛋白结合氧示意图肌红蛋白结合氧示意图 蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，包括蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、疏水键以及范德华力等。此外，氢键、盐键、疏水键以及范德华力等。此外， 某些某些蛋白质中二硫键也起着重要的作用。蛋白质中二硫键也起着重要的作用。二硫键二硫键 结构域结构域(domain):大分子蛋白质三级大分子蛋白质三级结构常可

30、分割成一结构常可分割成一个或数个球状或纤个或数个球状或纤维状的区域，各自维状的区域，各自折叠得较为紧密，折叠得较为紧密，并且行使各自的功并且行使各自的功能。能。 帮助新生蛋白质的正帮助新生蛋白质的正确折叠、装配、跨膜运确折叠、装配、跨膜运输和转位，阻止蛋白质输和转位，阻止蛋白质的变性和聚集，参与错的变性和聚集，参与错误折叠的蛋白质的水解，误折叠的蛋白质的水解，抑制错误折叠的蛋白质抑制错误折叠的蛋白质的分泌。的分泌。分子伴侣分子伴侣（Chaperon）热休克蛋白热休克蛋白Heat shock proteins, HSPs四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构（Quaternary Struct

31、ure）亚基亚基(Subunit)：由一条多肽链缠绕形成的具有独立三级由一条多肽链缠绕形成的具有独立三级结构的蛋白质。结构的蛋白质。血红蛋白四级结构示意图血红蛋白四级结构示意图 主要稳定因素：主要稳定因素： 氢键、离子键氢键、离子键 由两个或两个以上由两个或两个以上亚基之亚基之间彼此以非共价键相互作用间彼此以非共价键相互作用形形成的更为复杂的空间构象，称成的更为复杂的空间构象，称为为蛋白质的四级结构。蛋白质的四级结构。蛋白质的结构蛋白质的结构按组成成分：按组成成分： 单纯蛋白（仅含氨基酸）单纯蛋白（仅含氨基酸）结合蛋白（单纯蛋白结合蛋白（单纯蛋白+ +辅基）辅基） 按形状分：按形状分：球蛋白球

32、蛋白纤维蛋白纤维蛋白五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质的一级结构与功能的关系一、蛋白质的一级结构与功能的关系 1. 1. 蛋白质一级结构是空间结构的基础蛋白质一级结构是空间结构的基础 蛋白质的一级结构决定蛋白质空间蛋白质的一级结构决定蛋白质空间结构，进而决定蛋白质的生物学功能。结构，进而决定蛋白质的生物学功能。Anfinsen经典实验经典实验变性变性复性复性核糖核酸酶核糖核酸酶2. 2. 相似的一级结构具有相似的生物学功能相似的一级结构具有相似的生物学功能B30各类来源的胰岛素分子中的差异的氨基酸残基各类来源的胰岛素分子中的差异

33、的氨基酸残基镰刀状红细胞性贫血：镰刀状红细胞性贫血：亚基亚基N端的端的第第6位氨基酸残基位氨基酸残基发生了改变发生了改变GluVal，这这种变异来源于基因上遗传信息的突变。种变异来源于基因上遗传信息的突变。正常正常 DNA TGT GGG CTT CTT TTT mRNA ACA CCC GAA GAA AAA HbA N端端 Ser Pro Glu Glu Lys异常异常 DNA TGT GGG CAT CTT TTT mRNA ACA CCC GUA GAA AAA HbS N端端 Ser Pro Val Glu Lys 分子病：蛋分子病：蛋白质分子发白质分子发生变异所导生变异所导致的疾病

34、致的疾病3. 3. 一级结构关键部位的改变影响其生物学活性一级结构关键部位的改变影响其生物学活性镰刀型红细胞镰刀型红细胞正常红细胞正常红细胞二、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 肌红蛋白肌红蛋白(Myoglobin, Mb)单体，单体，153AA血红蛋白（血红蛋白（Hemoglobin, Hb）四聚体，四聚体， 22 (22, 22): 141AA, (,): 146AAMb与与Hb氧饱和度曲线的差异特点氧饱和度曲线的差异特点氧饱和度氧饱和度 MbO2/(MbO2+Mb) x 100% Mb（单体）饱和度曲线为（单体）饱和度曲线为双曲线，双曲线，在很窄的氧分压改变的范围

35、内，在很窄的氧分压改变的范围内，Mb饱和度急剧波动。饱和度急剧波动。Hb饱和度曲线为饱和度曲线为S形曲线形曲线，Hb中中各个亚基与氧气的亲和力不一致。各个亚基与氧气的亲和力不一致。 当当Hb中第一个亚基与氧气结合后，中第一个亚基与氧气结合后，将促进其它后续亚基与氧气的结合。将促进其它后续亚基与氧气的结合。这是由于这是由于Hb的亚基发生的亚基发生变构效应变构效应的的缘故。其作用在于缘故。其作用在于使使Hb能够更有效能够更有效地在肺部结合氧气，而在各个组织地在肺部结合氧气，而在各个组织逐步释放、分配氧气。逐步释放、分配氧气。Hb变构效应变构效应也称也称别构效应别构效应 协同效应协同效应 一个亚基与

36、配体结一个亚基与配体结合后，影响另一亚基与合后，影响另一亚基与配体的结合能力。配体的结合能力。促进促进正协同效应正协同效应抑制抑制负协同效应负协同效应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。O2三、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错误，若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，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，严重时可导致疾病发生。仍可影响其功能，严重时可导

37、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沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋酶的淀粉样沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样沉淀的病理改变。白质淀粉样沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症（阿尔兹海默病）、亨停顿舞蹈病、年痴呆症（阿尔兹海默病）、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病等。蛋白质折叠病蛋白质折叠病疯牛病是由疯牛病是由朊病毒蛋白朊病毒蛋白(Prion protein, PrP)引起的具有传引起的具有传染性

38、、遗传性的神经退行性病变。染性、遗传性的神经退行性病变。 正常正常PrP水溶性强、对蛋白水溶性强、对蛋白酶敏感，含有多个酶敏感，含有多个-螺旋螺旋，称为，称为PrPC。 PrPC通过某种机制可转变通过某种机制可转变成成全为全为-折叠折叠的的PrP(称为称为PrPSC)。PrPSC水溶性差、对水溶性差、对蛋白酶蛋白酶耐受、热稳定、而且可以传染给耐受、热稳定、而且可以传染给其他个体，并致使其他个体中正其他个体，并致使其他个体中正常的常的PrPC通过某种机制重新折叠通过某种机制重新折叠成成PrPSC。而。而PrPSC可以相互聚集，可以相互聚集，形成淀粉样沉淀而致病。形成淀粉样沉淀而致病。PrPc-螺

39、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 蛋白质是由蛋白质是由氨基酸氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质组成的大分子化合物，其理化性质一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质 第四节第四节 蛋白质理化性质及其分离纯化蛋白质理化性质及其分离纯化一部分与氨基酸相似，一部分与氨基酸相似，如如两性电离及等电点、两性电离及等电点、紫外吸收、呈色反应紫外吸收、呈色反应等。等。也有一部分又不也有一部分又不同于氨基酸，如同于氨基酸，如高分子量、胶体高分子量、胶体性质、沉淀、变性质、沉淀、变性和凝固等。性和凝固等。（I）蛋白质两性电离及等电点）蛋白质两性电离

40、及等电点蛋白质的蛋白质的等电点等电点（pI） 在某一溶液中，蛋白质所带正负电荷在某一溶液中，蛋白质所带正负电荷相等，净电荷为零时，此时该溶液的相等，净电荷为零时，此时该溶液的pH值即为该值即为该蛋白质的等电点蛋白质的等电点 (Isoelectric Point，pI )。（II）蛋白质的胶体性质）蛋白质的胶体性质 蛋白质分子量颇大，可自一蛋白质分子量颇大，可自一万至百万之巨，故其分子的大万至百万之巨，故其分子的大小已达到胶粒小已达到胶粒1 1100nm100nm范围之范围之内。因此蛋白质溶液具有内。因此蛋白质溶液具有胶体胶体溶液溶液的性质。的性质。稳定该亲水胶体的因素是稳定该亲水胶体的因素是：

41、水化膜、颗粒表面电荷。水化膜、颗粒表面电荷。（III）蛋白质的变性）蛋白质的变性-吴宪最早提出吴宪最早提出 溶解度降低、溶液的粘滞度溶解度降低、溶液的粘滞度 增高、不容易结晶、易被酶增高、不容易结晶、易被酶消化。消化。 天然蛋白质在某些物理或化学因素的作用下，天然蛋白质在某些物理或化学因素的作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质的改其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质的改变和生物学活性的丧失，被称为蛋白质的变性变和生物学活性的丧失，被称为蛋白质的变性（Denaturation）。）。 蛋白质变性，主要是二硫键及非共价键的断裂，蛋白质变性，主要是二硫键及非共价键的断裂，不涉及蛋白质

42、一级结构氨基酸序列的改变。不涉及蛋白质一级结构氨基酸序列的改变。（IV）蛋白质的沉淀）蛋白质的沉淀 蛋白质变性后，疏水基团暴露，相互之间容易聚集而发生蛋白质变性后，疏水基团暴露，相互之间容易聚集而发生沉淀。值得注意的是，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。沉淀。值得注意的是，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。 引起蛋白质变性的因素：引起蛋白质变性的因素： 物理因素：物理因素：加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线 照射、超声波的作用等照射、超声波的作用等 化学因素：化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属盐、强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属盐、 生物碱试剂、表

43、面活性剂生物碱试剂、表面活性剂 ( (如如SDS) SDS) 等等蛋白质变性的应用：蛋白质变性的应用：利用利用: : 高温、高压灭菌高温、高压灭菌利用：利用：低温保存酶、疫苗等，防止蛋白质变性。低温保存酶、疫苗等，防止蛋白质变性。低温保存柜低温保存柜高压灭菌锅高压灭菌锅 变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象、理化性质及功能，如此变性的逆转变化原来的构象、理化性质及功能，如此变性的逆转变化称为复性（称为复性（Renaturation）。）。（V）蛋

44、白质的吸收光谱及几种呈色反应）蛋白质的吸收光谱及几种呈色反应1. 蛋白质的特征紫外吸收光波长蛋白质的特征紫外吸收光波长280nm （主要是（主要是Trp、Tyr的贡献）的贡献）2. 2. 呈色反应呈色反应常可用于蛋白质定量常可用于蛋白质定量双缩脲反应双缩脲反应(Biuret Reaction)两个或两个以上的肽键在碱性条件下与两个或两个以上的肽键在碱性条件下与Cu2+反应生成紫红色物质反应生成紫红色物质Folin-酚试剂反应酚试剂反应蛋白质分子中的蛋白质分子中的Tyr在碱性条件下与酚试剂生成蓝色化合物在碱性条件下与酚试剂生成蓝色化合物茚三酮反应茚三酮反应蛋白质分子中的游离氨基和羧基与茚三酮加热

45、生成蓝紫色化合物蛋白质分子中的游离氨基和羧基与茚三酮加热生成蓝紫色化合物盐析（盐析（Salt Precipitation）：中性盐：中性盐（硫酸铵等），分段盐析（硫酸铵等），分段盐析有机试剂沉淀有机试剂沉淀：乙醇、丙酮，低温：乙醇、丙酮，低温 免疫沉淀：免疫沉淀：抗原抗原-抗体抗体电泳电泳(Electrophoresis) :pI & Mw 透析透析（Dialysis）：）： 半透膜半透膜层析层析（Chromatography）：）：离子交换层析、亲和层离子交换层析、亲和层析、凝胶柱层析析、凝胶柱层析离心或超速离心离心或超速离心(Ultracentrifugation)：沉降系数沉降系数S盐析

46、盐析 将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等中性盐加入蛋将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等中性盐加入蛋白质溶液中，白质溶液中，中和蛋白质颗粒表面所带的电荷，中和蛋白质颗粒表面所带的电荷，破坏其水化膜破坏其水化膜，导致蛋白质在水溶液中的稳定，导致蛋白质在水溶液中的稳定因素被去除而沉淀。因素被去除而沉淀。电泳电泳 带电荷的蛋白质，能够在电场中向相反的带电荷的蛋白质，能够在电场中向相反的方向泳动，称为电泳。方向泳动，称为电泳。 由于各个蛋白质的分子量、电荷性质和电由于各个蛋白质的分子量、电荷性质和电荷数量的差异，它们在电场中的移动的速度荷数量的差异，它们在电场中的移动的速度不一，藉此电泳可以使蛋白质得到分离。不一，藉此

47、电泳可以使蛋白质得到分离。电泳（电泳（Electrophoresis）双向凝胶电泳技术双向凝胶电泳技术凝胶柱层析凝胶柱层析离子交换层析离子交换层析亲和层析亲和层析层析层析 （Chromatography ）凝胶柱层析凝胶柱层析离子交换层析离子交换层析亲和层析亲和层析 20种氨基酸中哪种分子量最小？l哪些氨基酸是支链氨基酸？哪些氨基酸是支链氨基酸？l哪些氨基酸是芳香族氨基酸？哪些氨基酸是芳香族氨基酸？l哪些氨基酸是杂环氨基酸？哪些氨基酸是杂环氨基酸？l哪些氨基酸是羟基氨基酸？哪些氨基酸是羟基氨基酸？l哪些氨基酸是含酰胺基氨基酸？哪些氨基酸是含酰胺基氨基酸？l哪些氨基酸是含硫氨基酸？哪些氨基酸是含硫氨基酸？l哪些氨基酸是酸性氨基酸？哪些氨基酸是酸性氨基酸？l哪些氨基酸是碱性氨基酸？哪些氨基酸是碱性氨基酸？l哪个氨基酸是亚氨基酸？哪个氨基酸是亚氨基酸？l哪些氨基酸是非极性、疏水性氨基酸？哪些氨基酸是非极性、疏水性氨基酸？l哪些氨基酸是极性、中性氨基酸？哪些氨基酸是极性、中性氨基酸？GlyVal, Leu, IlePhe, Tyr, TrpPro, His, TrpSer, Thr, TyrAs