生物化学绪论

Biochemistry生物化学绪论Biochemistry:Neuberg,1903Chemistryoflife运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化学原理来研究生命现象的学科。生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动的本质，以及致病机制和治疗原理。生物化学的内容1.叙述生化：组成与结构2.动态生化：代谢与调控3.功能生化：结构与功能参考书NelsonDL,LehningerPrinciplesofBiochemistryStryerL.,BiochemistryVoetandVoet,BiochemistrySimmonsWH,PrinciplesofMedicalBiochemistryHarper’sBiochemistry氨基酸第一章AminoAcids蛋白质的基本结构单体是氨基酸核酸的基本结构单体是核苷酸生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位组成的多聚体（polymer）；可形成聚合体的基本结构单位称为单体（monomer）。氨基酸的结构与功能TheStructureandFunctionofAminoAcids一、构成人体蛋白质氨基酸均为L--氨基酸虽然存在于自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-

-氨基酸（除甘氨酸外）。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R氨基酸分类按R-基团结构分按R-基团极性分中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸(1)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸二、氨基酸的侧链结构决定其功能包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和脯氨酸。此类氨基酸在水溶液中溶解度小。（一）氨基酸的差异在于侧链结构-R基团(2)中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。(3)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。TrpTyr(4)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。(5)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。氨基酸分类（五）几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）

半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH（二）-R基团赋予氨基酸不同的极性蛋白质中的L--氨基酸依据极性的分类类别主要氨基酸非极性脂肪族氨基酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基酸苯丙氨酸亚氨基酸脯氨酸极性中性氨基酸甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸碱性氨基酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸重要的L--氨基酸的主要功能特点名称结构与功能特点半胱氨酸氧化状态下，多肽链中不相邻的两个半胱氨酸通过二硫键相连，增强蛋白质结构的稳定性；巯基易与重金属离子结合天冬氨酸、谷氨酸携带强负电荷，常位于水溶性蛋白的表面；可结合带正电荷的分子或金属离子苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸侧链结构大且极性较弱或无极性，常位于水溶性蛋白的内部甘氨酸是唯一不存在不对称立体结构的氨基酸，有较大的旋转自由度，赋予多肽链更多的柔性；是最小的氨基酸，能够存在于空间致密的蛋白质中，如胶原组氨酸咪唑基团容易发生质子化，进而影响其所在的蛋白质构象，因此是许多蛋白质功能的调节机制异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸均含有较大的疏水侧链，其刚性结构特征及疏水相互作用都对蛋白折叠有重要的影响力，常作为水溶性蛋白的内部支撑结构赖氨酸、精氨酸有带正电荷的柔性侧链，常作为蛋白的亲水表面，且易于结合带有负电荷的其他分子，如DNA甲硫氨酸是多肽链生物合成的起始氨基酸；参与体内含硫化合物代谢及甲基化反应脯氨酸N原子在杂环中移动的自由度受到限制，常位于多肽链的转角处丝氨酸、苏氨酸侧链短，所含羟基常作为酶反应中的供氢体；亲水性强，位于水溶性蛋白表面（三）氨基酸-R基团直接影响多肽链结构（四）氨基酸的侧链可有其他化学基团修饰体内常见的蛋白质翻译后发生化学修饰的氨基酸残基常见的化学修饰种类发生修饰的主要氨基酸残基磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化丝氨酸、苏氨酸羟基化脯氨酸赖氨酸甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙酰化赖氨酸、丝氨酸硒化半胱氨酸三、氨基酸及其衍生物具有除形成多肽链外的多种重要功能组成蛋白质的氨基酸的其他功能及重要衍生物举例氨基酸名称重要功能及衍生物甘氨酸神经递质；参加体内嘌呤类、卟啉类和肌酸的合成谷氨酸神经递质；其-脱羧产物γ-氨基丁酸亦是重要的神经递质色氨酸转化生成重要的神经递质5–羟色胺精氨酸产生重要的信号物质一氧化氮（NO）；参加合成尿素的鸟氨酸循环甲硫氨酸为体内的毒物或药物甲基化代谢提供甲基，起到解毒的作用天冬氨酸神经递质；三羧酸循环中的重要成分；参加合成尿素的鸟氨酸循环酪氨酸黑色素组氨酸脱羧形成的组胺具有血管舒张作用，并参与多种变态反应非蛋白质组成氨基酸及其衍生物功能举例氨基酸名称功能瓜氨酸、鸟氨酸参加体内尿素合成同型半胱氨酸转甲基作用的产物β-丙氨酸泛酸（一种维生素）的成分之一L-肉毒碱化学结构为L-β-羟--三甲胺丁酸，参加脂质转运四、氨基酸的理化性质是其分离和鉴定的依据（一）氨基酸具有两性离子特征由于所有氨基酸都含有可解离的-氨基和-羧基，因此，氨基酸溶解在水中是一种偶极离子（dipolarion），又称两性离子（zwitterion）。其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。在某一pH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，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。等电点(isoelectricpoint,pI)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子氨基酸具有特征性的滴定曲线甘氨酸滴定曲线+NH3CH2COO-NH2CH2COO-+NH3CH2COOH+NH3CH2COO-（二）氨基酸的化学反应特性决定其体内功能

一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽，形成共价的肽键。通过连续的肽键，许多氨基酸即可聚合成多肽或蛋白质分子-氨基参与体内多种化学反应。氨基酸的-氨基能与醛类化合物生成弱碱，称为Schiff碱，这是体内氨基酸转氨基作用的中间代谢物体内氨基酸化学反应（三）可利用氨基酸理化特性对其进行定性定量分析氨基酸与茚三酮试剂发生呈色反应氨基酸与2，4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯基氨基酸氨基酸与亚硝酸反应生成氮气含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质薄层层析是鉴定氨基酸及其修饰的经典方法含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（四）氨基酸定量定性分析已进入自动化时代随着毛细管电泳（capillaryelectrophoresis，CE；液相层析（liquidchromatography,LC）自动化及质谱（massspectrometry，MS）技术的发展，目前氨基酸的检测分析可以在自动分析仪器中快速完成。多肽与蛋白质第二章PeptidesandProteins

1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。19世纪末，Fischer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

。1938年，德国化学家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一词来描述蛋白质。

1951年,Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。

1953年，FrederickSanger完成胰岛素一级序列测定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz确定了血红蛋白的四级结构。20世纪90年代以后，后基因组计划。什么是蛋白质?蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的高分子含氮化合物。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蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能肽和蛋白质的一级结构第一节PrimaryStructureofPeptidesandProteins

（一）氨基酸通过肽键相连形成肽/蛋白质、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基酸通过肽键(peptidebond)

相互连接而形成多肽和蛋白质。肽/蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键被称为肽键(peptidebond)，肽键是一种酰胺键，具有部分双键的性质。*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。

*二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽

……*一般来说，由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称为寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸组成的肽称为多肽（polypeptide）。通常，多肽分子质量<10kD；而蛋白质则是由一条或多条肽链组成的更大分子，但两者经常通用。

肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。

氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽链中有游离氨基的一端称氨基末端(aminoterminal)或N-端。羧基末端（carboxylterminal）或C末端：多肽链中有游离羧基的一端称为羧基末端(carboxylterminal)或C-端。

多肽链具有方向性：多肽链从氨基末端走向羧基末端。N末端C末端牛核糖核酸酶+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键肽是根据由N-端至C-端参与其组成的氨基酸残基命名的

（二）体内存在多种重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂

谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+2.体内有许多激素属寡肽或多肽3.神经肽是脑内一类重要的肽

在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽(neuropeptide)。较早发现的有脑啡肽(5肽)、β-内啡肽(31肽)和强啡肽(17肽)等。近年发现的孤啡肽(17肽)，其一级结构类似于强啡肽。组成蛋白质的元素：主要有C、H、O、N和S。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

。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。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出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点：(一)蛋白质的分子组成与结构特征是其分类的基础1.蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类：单纯蛋白质（simpleprotein）结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分（conjugatedprotein）辅基（prostheticgroup）分类辅基举例脂蛋白脂类血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核酸核糖体磷蛋白磷酸基团酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶金属蛋白铁铁蛋白锌乙醇脱氢酶钙钙调蛋白锰丙酮酸羧化酶铜细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基3.蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两类

，可分为：纤维状蛋白质球状蛋白质2.蛋白质根据结构特点进行分类

，可分为：超家族（superfamily）家族（family）亚家族（subfamily）(二)蛋白质分子结构可区分为4个层次高级结构或空间构象(conformation)一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构肽键（主要化学键）二硫键蛋白质一级结构(primarystructure)是指蛋白质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：O-C-N-0.132nmH-C=N-0.127nm-C-N-0.149nmCN键长比较:肽键性质：1，刚性，不可旋转2，反式排列3，处于同一平面上，与前后-C构成肽单元

牛胰岛素的空间结构二硫键四、蛋白质一级结构比对可用于同源蛋白质分析蛋白质一级结构（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。序列比对方法（sequence-comparisonmethod）关键在于将2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，然后计算相同的氨基酸数。同源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2个蛋白质的序列，常被称为相似（analogy）序列。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。？

第二节

肽、蛋白质的高级结构ThreeDimentionalStructureofPeptidesandProteins蛋白质的二级结构(secondarystructure)是指组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的构象。一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质

的二级结构

肽链主链骨架原子包括N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3个原子依次重复排列。

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)Ω-环

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：氢键（一）肽键是一个刚性的平面参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元

(peptideunit)

。（二）-螺旋是常见的蛋白质二级结构α-螺旋结构要点连续排列的肽单元平面旋转形成面螺旋右手螺旋酰胺平面与螺旋的长轴平行一个AA0.15nm,每3.6个为一圈(0.54nm)螺旋借助相邻两圈之-NHCO-稳定AA的侧链伸向螺旋外侧AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成α-螺旋常位于蛋白质分子表面，亲水性较好存在两性螺旋存在于血浆脂蛋白、多肽激素、蛋白激酶、肌红蛋白、血红蛋白等球状蛋白中毛发中的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、纤维蛋白几乎都是（三）-折叠使多肽链形成片层结构β-折叠较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列两个片段可以是平行或反平行AA间距平行0.65nm

反平行0.70nm只有片段间氢键,无片段内氢键AA的侧链伸向锯齿状结构的外侧小侧链的AA有利于β-折叠的生成蚕丝蛋白都是β-折叠（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在-转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。（五）模体是蛋白质的超二级结构在许多蛋白质分子中，由几个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，所形成的折叠模样，称为超二级结构（supersecondarystructure），又称折叠（fold）或模体（motif）。模体(motif)：数个至数十个AA组成的具有自身相对独立构象和功能的小区域，模体可构成结构域，也可独立存在。细胞色素C的αα结构细胞核抗原的βαβ结构

纤溶酶原的ββ结构超二级结构形式有3种：αα，βαβ，ββ

钙结合蛋白中结合钙离子的模体

锌指结构(zincfinger)α-螺旋-β转角（或环）-α-螺旋模体链-β转角-链模体链-β转角-α-螺旋-β转角-链模体模体常见的形式锌指结构zincfingerDNA结合蛋白β折叠-β折叠-α-螺旋模体（六）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。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或β-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或去稳定相应的二级结构的原因。一段肽链有多个谷氨酸或天冬氨酸残基相邻，则在pH7.0时，这些残基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍α-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α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响α-螺旋形成。脯氨酸的结构不利于形成α-螺旋。形成β-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。电性：同性相斥R性质：立体障碍Pro：亚氨基无氢，环改变走向二、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构蛋白质的三级结构(tertiarystructure)是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置，包括一级结构中相距甚远的肽段的空间位置关系。（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布

肌红蛋白(Mb)myoglobin153AA1HemeA~H八段α-螺旋无-S-S-键功能：储存O2(二)

维持三级结构稳定主要依靠非共价键蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、范德华力（VanderWaalsforce）、疏水作用（hydrophobicinteractin）和盐键（saltingbond）（又称离子键）等。a纤连蛋白分子的结构域（三）三级结构可含有功能各异的结构域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，称为结构域(domain)。

（四）根据结构域可对蛋白质进行分类：根据结构域可将球状蛋白质分为4类：反平行α螺旋结构域（全α-结构）平行或混合型β折叠片结构域（α，β-结构）反平行β折叠片结构域(全β-结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）A.全α-结构域B.平行或混合型β折叠片结构域C.全β-结构域D.富含二硫键结构域结构域(domain)3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD+3-磷酸甘油醛（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠分子伴侣(chaperon)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。*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。*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。*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。目前已知参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为3类：热激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆转变性或聚集的蛋白质。伴侣蛋白(chaperonin)：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2个家族：Hsp60（在大肠杆菌中又称为GroEL）和Hsp10。

核质蛋白(nucleoplasmin)

：是一种主要的细胞核可溶性蛋白质,在真核生物的生殖细胞及体细胞中广泛存在,体外研究表明,它与核小体装配及受精后精子染色质的解聚及鱼精蛋白的替代有关。伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。

三、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接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。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，称为蛋白质的亚基(subunit)。（一）具有四级结构形式的蛋白质由多亚基组成血红蛋白的四级结构（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。（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亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。胰岛素受体：由4个亚基组成(α2β2)，α亚基与β亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。

血红蛋白的一、二、三、四级结构一级结构：相邻AA间的共价结合二级结构：短距离AA之间的非共价连接三级结构：远距离AA之间的非共价连接四级结构：多亚基之间的非共价连接含有二条以上多肽链的蛋白质一定具有四级结构。只有一条多肽链的蛋白质肯定没有四级结构。多分子聚合物不属于四级结构蛋白质结构与功能的关系StructureandFunctionofProteins第三节（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的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能────────────────────────

氨基酸残基序号胰岛素───────────────

A8A9A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

牛AlaSerValAla

猪ThrSerIleAla

羊AlaGlyValAla

马ThrGlyIleAla

狗ThrSerIleAla────────────────────────促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成，但作用较弱。(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。（四）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N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链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，称为“分子病”。A.正常的血细胞，血红蛋白肽链中的第六个氨基酸是谷氨酸；B.镰形细胞，其血红蛋白的第六个氨基酸是缬氨酸第6个Glu位于亚基螺旋A，变成Val后形成了黏性位点“sticky”，正好位于蛋白质的表面。-亚基有一个与此“sticky”互补的位点，位于螺旋E/Floop之间。正电荷的Glu变成了疏水性的Valααααααααααααβ1β2β1β2β1β2β1β2β2β1β2β1EFloopVal621ααHbs互相黏在一起形成纤维状沉淀，扭曲并刺破红细胞。镰状红细胞可被困在小血管，既阻止氧气被运送到组织，又会导致严重的疼痛并伤害、损伤器官（如肝，肾，肺，心脏和脾脏）。严重情况下可能会导致死亡。HbS红血细胞的寿命不如正常红细胞，很易破坏，导致慢性贫血的发生。AllnormalcellsSickledcellspresent1.肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基

二、蛋白质空间结构表现功能血红素结构(一)血红蛋白构象改变引起功能变化肌红蛋白(myoglobin，Mb)

肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。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性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的F8组氨酸残基还与Fe2+形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构。Hb各亚基的三级结构与Mb极为相似。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。2.血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力

肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线Hb与Mb的氧饱和曲线氧合Hb(Mb)与pO2的关系

Hb：S状曲线

Mb：直角双曲线

S状曲线提供了一个灵敏可调的范围(低pO2)和一个平坦不可调的范围(高pO2)。意义：肺部pO2较高，在一定范围内变化时，不至于太大地影响氧饱和度。(80-100mmHg)组织pO2较低，略有变化，即可获得饱和度的变化，充分地获氧。(20-40mmHg)结构与功能的关系：一级结构决定构象空间构象决定功能：,

亚基与Mb的三级结构相似，都能结合O2。不同来源的Hb其三,四级结构相似,运输O2Hb：四亚基，运输O2Mb：单亚基，储存O2

X射线衍射图：Hb与HbO2构象不同定义：某些因素作用于蛋白质时，可结合至蛋白质的某一部位，而使此蛋白质构象发生改变，从而调节该蛋白质的活性。Hb：别构蛋白O2：别构效应剂别构效应具有普遍性别构效应(allostericeffect)协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应

(negativecooperativity)O2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。（二）蛋白质构象改变可导致构象病蛋白质构象疾病（ProteinConformationalDiseases）

：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，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机制：有些蛋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，表现为蛋白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、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病疯牛病老年痴呆症，又称阿尔茨海默病

(Alzheimer‘sdisease,AD)，是发生在老年期及老年前期的一种原发性退行性脑病，其特征性病理变化为大脑皮层萎缩，并伴有β-淀粉样蛋白沉积，神经原纤维缠结，记忆性神经元数目大量减少，形成脑部老年斑。第四节蛋白质的理化性质Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins

一、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，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条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pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)

二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之间，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。蛋白质胶体稳定的因素：颗粒表面电荷水化膜+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚集和沉淀三、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变和生物活性的丧失。蛋白质的变性(denaturation)

造成变性的因素

变性的本质——

破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。

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象和功能，称为复性。蛋白质的复性(renaturation)

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性在一定条件下，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。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和