第三章蛋白质结构

第三章蛋白质结构第1页，共40页，2023年，2月20日，星期一β-折叠β-转角无规则卷曲

空穴第2页，共40页，2023年，2月20日，星期一3、三级结构的特征：含多种二级结构单元；有明显的折叠层次；是紧密的球状或椭球状实体；分子表面有一空穴(活性部位)；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。实例：肌红蛋白第3页，共40页，2023年，2月20日，星期一4、肌红蛋白的结构与功能（1）肌红蛋白的功能：哺乳动物肌肉中储存氧并运输氧的蛋白。（2）肌红蛋白的结构特点：1963年，Kendrew

a.一条多肽链，153个氨基酸残基，一个血红素辅基，分子量17600道尔顿。

b.肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共折叠成8段长度不等的-螺旋体（A-H），最长的有23个氨基酸残基，最短的有7个氨基酸残基。拐弯处多由Pro、Ser、Ile、Thr等组成。

c.具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使肌红蛋白成为可溶性蛋白。第4页，共40页，2023年，2月20日，星期一肌红蛋白血红素辅基第5页，共40页，2023年，2月20日，星期一抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构第6页，共40页，2023年，2月20日，星期一5、煤气中毒的机制第7页，共40页，2023年，2月20日，星期一四、蛋白质的四级结构

四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的多肽链按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。其中每条多肽链称为亚基。通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连亚基单独存在时无生物学活性。一般来说具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白。1.定义第8页，共40页，2023年，2月20日，星期一2.维持蛋白质四级结构的主要作用力在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间主要是通过次级键彼此缔合在一起。疏水键是最主要的作用力。第9页，共40页，2023年，2月20日，星期一3.血红蛋白的结构与功能（1）血红蛋白的结构特点：a.是四个亚基的寡聚蛋白，574个AA残基，分子量65000b.是由相同的两条链和两条链组成四聚体22，成人的血红蛋白为22、胎儿的血红蛋白为22c.链由141AA残基组成，链由146AA残基组成。四条肽链的三级结构与肌红蛋白相似，各自内部有一个血红素辅基。（2）血红蛋白的功能：存在于动物血液的红细胞中，具有运输O2和CO2的功能；血红蛋白还能和H+结合，从而可以维持体内pH.第10页，共40页，2023年，2月20日，星期一血红蛋白四级结构血红素辅基第11页，共40页，2023年，2月20日，星期一一、蛋白质一级结构与功能的关系

1.同功蛋白质一级结构的种属差异性

细胞色素C是真核细胞线粒体内膜上一种含Fe的蛋白质，在生物氧化中起传递电子的作用。通过植物、动物和微生物等数百种生物的细胞色素C一级结构的研究表明：

（1）亲缘关系越近，AA顺序的同源性越大。（2）尽管不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞色素C功能密切相关的AA顺序却有共同之处，即保守顺序不变第五节蛋白质的分子结构与功能不同生物与人的细胞色素C相比较AA差异数目黑猩猩0鸡、火鸡13

牛猪羊10海龟15

狗驴11小麦35

粗糙链孢霉43酵母菌44第12页，共40页，2023年，2月20日，星期一生物与人不同的AA数目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、猪、羊、狗11马12鸡、火鸡13响尾蛇14海龟15金枪鱼21角饺23小蝇25蛾31小麦35粗早链孢霉43酵母44不同生物与人的Cytc的AA差异数目根据细胞色素C的顺序种属差异建立起来的进化树圆圈代表分歧点第13页，共40页，2023年，2月20日，星期一2.蛋白质一级结构的变异与分子病

分子病—指蛋白质分子中由于AA排列顺序与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病(基因突变造成的)。镰刀形贫血病：病因：血红蛋白AA顺序的细微变化-链N端氨基酸排列顺序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…镰刀形贫血病：病人体内血红蛋白的含量乃至红细胞的量都较正常人少，且红细胞的形状为新月形，即镰刀状。此种细胞壁薄，而且脆性大，极易涨破而发生溶血；再者，发生镰变的细胞粘滞加大，易栓塞血管；由于流速较慢，输氧机能降低，使脏器官供血出现障碍，从而引起头昏、胸闷而导致死亡。第14页，共40页，2023年，2月20日，星期一正常红细胞镰刀形红细胞正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图

谷氨酸在生理pH值下为带负电荷R基氨基酸，而缬氨酸却是一种非极性R基氨基酸，就使得HbS分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改变，溶解度降低，使之不正常地聚集成纤维状血红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状,输氧功能下降,细胞脆弱易溶血.镰刀型贫血病第15页，共40页，2023年，2月20日，星期一第16页，共40页，2023年，2月20日，星期一二、蛋白质的高级结构与功能的关系

如肌红蛋白与氧的结合第17页，共40页，2023年，2月20日，星期一

有些蛋白质分子在表现其生物功能时，构象必须发生一定的变化．第18页，共40页，2023年，2月20日，星期一一、两性解离性质及等电点二、蛋白质胶体性质三、蛋白质的沉淀四、蛋白质的变性与复性五、蛋白质的紫外吸收特性六、蛋白质呈色反应第六节蛋白质的重要性质第19页，共40页，2023年，2月20日，星期一一、蛋白质的两性离解和等电点

蛋白质的等电点：当溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中即不向阳极移动也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（pI）。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在外液pH低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动；在外液pH高于等电点的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质电泳—带电粒子在电场中移动的现象。第20页，共40页，2023年，2月20日，星期一电泳蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将不同带电性质和不同大小、形状的蛋白质分子进行分离纯化。根据蛋白质净电荷的差异来分离蛋白质的一种方法是电泳法。第21页，共40页，2023年，2月20日，星期一如：－NH3＋、－COO－、－OH、-SH、-CONH-等，它们都具有高度的亲水性，当与水接确时，极易吸附水分子，使蛋白质颗粒外围形成一层水化膜，将颗粒彼此隔开，不致因互相碰撞凝聚而沉淀。二.蛋白质胶体性质

由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成直径1-100nm之间的颗粒，已达到胶体颗粒范围的大小，因而具有胶体溶液的通性。

蛋白质的水溶液能形成稳定的亲水胶体的原因：

１、蛋白质多肽链上含有许多极性基团。

2、蛋白质是两性电解质，在非等电状态时，相同蛋白质颗粒带有同性电荷，与周围的反离子构成稳定的双电层。使蛋白质颗粒之间相互排斥，保持一定距离，不致互相凝聚而沉淀。蛋白质溶液由于具有水化层与双电层两方面的稳定因素，所以作为胶体系统是相对稳定的。第22页，共40页，2023年，2月20日，星期一蛋白质胶体性质的应用

由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。透析法：以半透膜提纯蛋白质的方法叫透析法半透膜：只允许溶剂小分子通过，而溶质大分子不能通过，如羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等第23页，共40页，2023年，2月20日，星期一第24页，共40页，2023年，2月20日，星期一三.蛋白质的沉淀

蛋白质在溶液中的稳定性是有条件的、相对的。如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。定义：蛋白质在溶液中靠水膜和电荷保持其稳定性，水膜和电荷一旦除去，蛋白质溶液的稳定性就被破坏，蛋白质就会从溶液中沉淀下来，此现象即为蛋白质的沉淀作用。第25页，共40页，2023年，2月20日，星期一（一）可逆沉淀定义：在温和条件下，通过改变溶液的pH或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性沉淀。可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等。第26页，共40页，2023年，2月20日，星期一1.

盐析

在蛋白质的水溶液中，加入大量高浓度的强电解质盐如硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等，可破坏蛋质分子表面的水化层，中和它们的电荷，因而使蛋白质沉淀析出，这种现象称为盐析。

而低浓度的盐溶液加入蛋白质溶液中，会导致蛋白质的溶解度增加，该现象称为盐溶。盐析的机理：

破坏蛋白质的水化膜，中和表面的净电荷。盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法不会使蛋白质产生变性。

各种蛋白质的亲水性及荷电性均有差别，因此不同蛋白质所需中性盐浓度也有不同，只要调节中性盐浓度，就可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分散沉淀析出，这种方法称为分段盐析。第27页，共40页，2023年，2月20日，星期一2.弱酸或弱碱沉淀法(等电点沉淀）

用弱酸或弱碱调节蛋白质溶液的pH处于等电点处，使蛋白质沉淀。弱酸或弱碱沉淀法机理：

破坏蛋白质表面净电荷。第28页，共40页，2023年，2月20日，星期一酸酸碱碱碱酸溶液中蛋白质的聚沉第29页，共40页，2023年，2月20日，星期一3.

有机溶剂沉淀法：

在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产生沉淀。有机溶剂沉淀法的机理：

破坏蛋白质的水化膜。注意：有机溶液沉淀蛋白质通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性。第30页，共40页，2023年，2月20日，星期一（二）不可逆沉淀定义：在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所以又称为变性沉淀。如加热沉淀（次级键）、强酸碱沉淀（影响电荷）、重金属盐沉淀（Hg2+、Pb2+

、Cu2+、Ag2+）和生物碱试剂或某些酸类沉淀等都属于不可逆沉淀。第31页，共40页，2023年，2月20日，星期一4.重金属盐沉淀(条件：pH稍大于pI为宜)

当pH稍大于pI时，蛋白质颗粒带负电荷这样就容易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀。重金属沉淀法的机理：重金属盐加入之后，与带负电的羧基结合。

第32页，共40页，2023年，2月20日，星期一5.加热变性沉淀法

几乎所有的蛋白质都因加热变性而凝固。少量盐促进蛋白质加热凝固。

当蛋白质处于等电点时，加热凝固最完全和最迅速.

如：煮鸡蛋酶的制备：超氧化物歧化酶的提取第33页，共40页，2023年，2月20日，星期一四、蛋白质的变性与复性

A、蛋白质的变性定义天然蛋白质因受物理、化学因素的影响，使蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化。但一级结构未遭破坏，这种现象称为蛋白质的变性。第34页，共40页，2023年，2月20日，星期一B、引起蛋白质变性的主要因素：1.物理因素：加热、高压、紫外线照射、X-射线、超声波、剧烈振荡和搅拌