蛋白质的结构与功能caiwb

蛋白质的结构与功能第一章StructureandFunctionofProtein第一篇生物分子结构和功能当前第1页\共有116页\编于星期六\11点什么是蛋白质?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。当前第2页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质研究的历史1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。1838年，荷兰科学家G.J.Mulder引入“protein”（源自希腊字proteios，意为primary）一词

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。当前第3页\共有116页\编于星期六\11点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，随着人类基因组计划实施，功能基因组与蛋白质组计划的展开，使蛋白质结构与功能的研究达到新的高峰。当前第4页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质的分子组成

TheMolecularComponentofProtein第一节当前第5页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质的生物学重要性分布广：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：蛋白质是生物体中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的45%，而在细胞中可达细胞干重的70%以上。1.蛋白质是生物体重要组成成分当前第6页\共有116页\编于星期六\11点作为生物催化剂（酶）代谢调节作用免疫保护作用物质的转运和存储运动与支持作用参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能当前第7页\共有116页\编于星期六\11点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。当前第8页\共有116页\编于星期六\11点

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当前第9页\共有116页\编于星期六\11点一、组成人体蛋白质的20种L--氨基酸

存在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-α-氨基酸（甘氨酸除外）。当前第10页\共有116页\编于星期六\11点当前第11页\共有116页\编于星期六\11点H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H当前第12页\共有116页\编于星期六\11点

除了20种基本的氨基酸外，近年发现硒代半胱氨酸在某些情况下也可用于合成蛋白质。硒代半胱氨酸从结构上来看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少数天然蛋白质中，包括过氧化物酶和电子传递链中的还原酶等。硒代半胱氨酸参与蛋白质合成时，并不是由目前已知的密码子编码，具体机制尚不完全清楚。当前第13页\共有116页\编于星期六\11点体内也存在若干不参与蛋白质合成但具有重要生理作用的L-α-氨基酸，如参与合成尿素的鸟氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。当前第14页\共有116页\编于星期六\11点非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类当前第15页\共有116页\编于星期六\11点(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸当前第16页\共有116页\编于星期六\11点(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸甲硫氨酸当前第17页\共有116页\编于星期六\11点(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸TrpTyr当前第18页\共有116页\编于星期六\11点(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸当前第19页\共有116页\编于星期六\11点(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸当前第20页\共有116页\编于星期六\11点几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2当前第21页\共有116页\编于星期六\11点半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3当前第22页\共有116页\编于星期六\11点在蛋白质翻译后的修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸可分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。蛋白质分子中20种氨基酸残基的某些基团还可被甲基化、甲酰化、乙酰化、异戊二烯化和磷酸化等。这些翻译后修饰，可改变蛋白质的溶解度、稳定性、亚细胞定位和与其他细胞蛋白质相互作用的性质等，体现了蛋白质生物多样性的一个方面。当前第23页\共有116页\编于星期六\11点三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点(isoelectricpoint,pI)

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。（一）氨基酸具有两性解离的性质当前第24页\共有116页\编于星期六\11点pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子当前第25页\共有116页\编于星期六\11点（二）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当前第26页\共有116页\编于星期六\11点（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物（氧化脱氨后，氨与茚三酮还原产物结合），其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的氨含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。当前第27页\共有116页\编于星期六\11点四、氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或活性肽肽键(peptidebond)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。（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽当前第28页\共有116页\编于星期六\11点+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键当前第29页\共有116页\编于星期六\11点肽(peptide)是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。当前第30页\共有116页\编于星期六\11点N末端：多肽链中有游离α-氨基的一端C末端：多肽链中有游离α-羧基的一端多肽链有两端：多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。当前第31页\共有116页\编于星期六\11点N末端C末端牛核糖核酸酶当前第32页\共有116页\编于星期六\11点

蛋白质是由许多氨基酸残基组成、折叠成特定的空间结构、并具有特定生物学功能的多肽。一般而论，蛋白质的氨基酸残基数通常在50个以上，50个氨基酸残基以下则仍称为多肽。当前第33页\共有116页\编于星期六\11点（二）体内存在多种重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)当前第34页\共有116页\编于星期六\11点GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+GSH与GSSG间的转换当前第35页\共有116页\编于星期六\11点

体内许多激素属寡肽或多肽

神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽当前第36页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节当前第37页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质的分子结构包括:

高级结构一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)空间结构又称构象（conformation），是指蛋白质中所有原子在三维空间的排布。当前第38页\共有116页\编于星期六\11点当前第39页\共有116页\编于星期六\11点定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构主要的化学键:肽键，有些蛋白质还包括二硫键。当前第40页\共有116页\编于星期六\11点第一个测序的蛋白质——牛胰岛素，是由英国化学家Sanger测序完成。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。当前第41页\共有116页\编于星期六\11点当前第42页\共有116页\编于星期六\11点目前已知一级结构的蛋白质数量已相当可观，并且还以更快的速度增加。国际互联网有若干重要的蛋白质数据库，例如EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataLibrary）Genbank（GeneticSequenceDatabank）PIR（ProteinIdentificationResourceSequenceDatabase）收集了大量最新的蛋白质一级结构及其他资料，为蛋白质结构与功能的深入研究提供了便利。当前第43页\共有116页\编于星期六\11点二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象

。定义:

主要的化学键：氢键

当前第44页\共有116页\编于星期六\11点

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

蛋白质二级结构所谓肽链主链骨架原子即N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和Co（羰基碳）3个原子依次重复排列。

当前第45页\共有116页\编于星期六\11点（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上参与肽键的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)

。当前第46页\共有116页\编于星期六\11点肽键（C-N）的键长为0.132nm，介于C-N单键（0.149nm）和C=N双键（0.127nm）之间肽键具有一定的双键性质，不能自由旋转。Ca分别与N和CO连接的都是单键，可以自由旋转。旋转的角度决定了相邻肽单元平面的相对空间位置。当前第47页\共有116页\编于星期六\11点

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构蛋白质二级结构当前第48页\共有116页\编于星期六\11点（二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构当前第49页\共有116页\编于星期六\11点当前第50页\共有116页\编于星期六\11点当前第51页\共有116页\编于星期六\11点是蛋白质二级结构的主要形式，由Pauling等提出的。肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，一般都是右手螺旋结构。螺旋是靠链内氢键维持的，每个氨基酸残基（第n个）的羰基氧与多肽链C端方向的第4个残基（第n+4个）的酰胺氮形成氢键。在典型的右手α-螺旋结构中，螺距为0.54nm，每一圈含有3.6个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升0.15nm。蛋白质表明存在的α-螺旋结构常具有两性特点，如血浆脂蛋白等。当前第52页\共有116页\编于星期六\11点（三）-折叠使多肽链形成片层结构当前第53页\共有116页\编于星期六\11点是蛋白质中的常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。每个肽单元以Ca为旋转点，依次折叠成锯齿状结构。折叠片的构象是通过一个肽键的羰基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持的。氢键几乎都垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽链反向排列）。最多见于蚕丝蛋白。当前第54页\共有116页\编于星期六\11点当前第55页\共有116页\编于星期六\11点（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在-转角：常发生于肽链进行180度回折的转角上，使肽链走向改变的一种非重复多肽区；常见的转角含有4个氨基酸残基；第1个氨基酸残基羰基氧与第4个残基的酰胺氮之间形成氢键；这两种转角中的第2个残基大都是脯氨酸。无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。当前第56页\共有116页\编于星期六\11点当前第57页\共有116页\编于星期六\11点（五）二级结构可组成蛋白质分子中的模体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，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。二级结构组合形式有3种：αα，βαβ，ββ。当前第58页\共有116页\编于星期六\11点二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体(motif)

。模体是具有特殊功能的超二级结构。当前第59页\共有116页\编于星期六\11点钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构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当前第60页\共有116页\编于星期六\11点（六）氨基酸残基的侧链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。侧链有多个酸性氨基酸或碱性氨基酸，都可以导致形成相同电荷，相互排斥，影响a-螺旋的形成含天冬氨酸、亮氨酸的侧链影响a-螺旋形成。侧链脯氨酸，不能形成氢键，不形成a-螺旋。当前第61页\共有116页\编于星期六\11点三、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成三级结构疏水键、离子键、氢键和范德华力等。主要的化学键: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。定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置当前第62页\共有116页\编于星期六\11点当前第63页\共有116页\编于星期六\11点

肌红蛋白(Mb)N端C端当前第64页\共有116页\编于星期六\11点（二）结构域是三级结构层次上的独立功能区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能，称为结构域(domain)。大多数结构域含有序列上连续的100至200个氨基酸残基，若用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能。超二级结构则不具备这种特点。因此，结构域也可看作是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构。当前第65页\共有116页\编于星期六\11点3-磷酸甘油醛脱氢酶亚基的结构示意图当前第66页\共有116页\编于星期六\11点（三）蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象分子伴侣(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。当前第67页\共有116页\编于星期六\11点亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构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。许多功能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。当前第68页\共有116页\编于星期六\11点由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)。血红蛋白的四级结构当前第69页\共有116页\编于星期六\11点五、蛋白质的分类根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分（辅基，共价键连接）根据蛋白质形状:纤维状蛋白质球状蛋白质(1)色素化合物（色蛋白，如：细胞色素C、血红蛋白等）(2)寡糖（糖蛋白，如：免疫球蛋白等）(3)脂类（脂蛋白，如：血浆脂蛋白）(4)磷酸（磷蛋白）(5)金属离子（金属蛋白，如：血浆铜蓝蛋白、SOD）(6)核酸（核蛋白，如：核糖体）当前第70页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质家族（proteinfamily）

:氨基酸序列相似而且空间结构与功能也十分相近的蛋白质。属于同一蛋白质家族的成员，称为同源蛋白质（homologousprotein）。

蛋白质超家族（superfamily）

:2个或2个以上的蛋白质家族之间，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有发挥相似作用的同一模体结构。当前第71页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节当前第72页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质一级结构的变化，可导致功能改变：不同的蛋白质有不同的一级结构；点突变或片段缺失与疾病发生。不同的物种具有相同功能的蛋白质往往具有相似的氨基酸序列，甚至于相同，如果蝇和人的泛素分子。但是，更普遍的情况是具有多态性（物种间和个体间）当前第73页\共有116页\编于星期六\11点（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当前第74页\共有116页\编于星期六\11点

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，无活性当前第75页\共有116页\编于星期六\11点（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能同源蛋白质：由同一基因进化而来的相关基因所表达的一类蛋白质。一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。────────────────────────

氨基酸残基序号胰岛素───────────────

A5A6A10A30────────────────────────

人ThrSerIleThr

猪ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

马ThrSerIleAla────────────────────────当前第76页\共有116页\编于星期六\11点（三）氨基酸序列提供重要的生物进化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。当前第77页\共有116页\编于星期六\11点当前第78页\共有116页\编于星期六\11点（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病例：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”。当前第79页\共有116页\编于星期六\11点肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基血红素结构二、蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似当前第80页\共有116页\编于星期六\11点肌红蛋白(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，全部为右手螺旋，各分为A、B、C、D、E、F、G、H，其余部分是五个无规卷曲，连接各个α-螺旋。分子内部是疏水的空穴，几乎所有疏水侧链都位于空穴周围，绝大多数亲水侧链分布在分子表面，在分子内侧只有两个组氨酸残基（E7、F8），并在活性部位起重要作用。

在分子外侧，极性和非极性残基都有。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。当前第81页\共有116页\编于星期六\11点血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基(α2β2，每个亚基的结构类似肌红蛋白)组成的四级结构，每个亚基可结合1个血红素并携带1分子氧。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。当前第82页\共有116页\编于星期六\11点脱氧Hb亚基间和亚基内的盐键当前第83页\共有116页\编于星期六\11点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。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合当前第84页\共有116页\编于星期六\11点肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线

Hb和Mb的氧解离曲线分别是S型曲线和直角双曲线。

由图可以看出：

Mb易于和氧结合，在氧分压很低时即可以结合氧气；容易达到饱和。

Hb在氧分压较低（静脉血，释放氧气供组织利用）时与氧的结合较难；

Hb在氧分压较高（动脉血，在肺结合氧气而运输）时与氧的结合较易；当前第85页\共有116页\编于星期六\11点协同效应(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)当前第86页\共有116页\编于星期六\11点Hb分子由于4个亚基间的相互作用，四聚体与氧刚开始结合时亲和力远低于肌红蛋白；分子中的α亚基对氧的亲和力比β亚基大，能首先与第一个氧分子结合，这可导致α亚基构象发生变化，并进而使相邻的β亚基构象也发生改变，增加了β亚基对氧的亲和力。实验测定：血红蛋白的第四个亚基与氧的亲和力比第一个亚基大200一300倍。当血红蛋白结合上第一个氧分子后，它与氧的结合能力由于变构作用会逐次增大，呈现S形结合曲线。而肌红蛋白仅有一条肽链，没有其他亚基的影响，与氧的亲和力较大，能迅速与氧结合，在很低的氧分压下即接近饱和。

当前第87页\共有116页\编于星期六\11点当前第88页\共有116页\编于星期六\11点氧进入α亚基的袋穴与Fe2+结合时，铁原子由高自旋状态变成低自旋状态，半径缩小13％，并向卟啉环方向移动，进入小央小孔当前第89页\共有116页\编于星期六\11点血红素与氧结合后，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。当前第90页\共有116页\编于星期六\11点别构效应(allostericeffect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为别构效应。当前第91页\共有116页\编于星期六\11点（三）蛋白质构象改变可引起疾病蛋白质构象疾病：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。当前第92页\共有116页\编于星期六\11点蛋白质构象改变导致疾病的机理：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、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。当前第93页\共有116页\编于星期六\11点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。疯牛病中的蛋白质构象改变当前第94页\共有116页\编于星期六\11点第四节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein当前第95页\共有116页\编于星期六\11点一、蛋白质具有两性电离的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。（1）解离后可带正离子的基团：

赖氨酸残基的ε-氨基；精氨酸残基的胍基；组氨酸残基的咪唑基

（2）解离后可带负离子的基团：

谷氨酸残基γ羧基；天冬氨酸残基的β羧基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)当前第96页\共有116页\编于星期六\11点二、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100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。颗粒表面电荷水化膜:表面有亲水基团，发生水合作用，水分子定向排列在蛋白质分子的周围，形成水化层，将蛋白质颗粒分开，不致相聚而沉淀蛋白质胶体稳定的因素:当前第97页\共有116页\编于星期六\11点+++++++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沉当前第98页\共有116页\编于星期六\11点三、蛋白质空间结构破坏而引起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（一般不涉及一级结构的改变），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)蛋白质变性后：

溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失、容易被蛋白酶水解、容易沉淀。当前第99页\共有116页\编于星期六\11点造成变性的因素:高温、高压、超声波、紫外线、x射线等。

使蛋白质变性的化学因素有：强酸、强碱、浓乙醇、重金属、尿素、去污剂等变性的本质:——破坏非共价键和二硫键，空间结构剧烈变化，不改变蛋白质的一级结构，不涉及肽键的断裂。

即蛋白质变性的实质是维系蛋白质空间结构的次级键破坏。

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。

当前第100页\共有116页\编于星期六\11点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(renaturation)。当前第101页\共有116页\编于星期六\11点

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，无活性当前第102页\共有116页\编于星期六\11点在一定条件下，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强碱中。

是不可逆性的蛋白质变性蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用(proteincoagulation)当前第103页\共有116页\编于星期六\11点四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰