第二章蛋白质3

第二章蛋白质化学protein第五节蛋白质结构与功能

的关系一、一级结构与功能的关系二、空间结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系（一）一级结构的种属差异与分子进化（二）一级结构的变异与分子病（一）一级结构的种属差异与分子进化1、几个概念：（1）同源蛋白质：指在不同的有机体中表现同一功能的蛋白质。（2）不变残基和可变残基：同源蛋白质的AA序列中许多位置的AA对于不同种属来说都相同称为不变残基。其他部位的残基对于不同种属有相当大的变化就称为可变残基。（3）顺序同源性：同源蛋白的AA序列中的这种相似性称为顺序同源性。根据细胞色素C的顺序种属差异建立起来的进化树不同生物与人的Cytc的AA差异数目生物与人不同的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（二）一级结构的变异与分子病由于基因突变导致蛋白质一级结构发生变异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失，甚至造成生理功能的变化而引起的疾病，称为分子病。如镰刀状细胞贫血病

1949年，Pauling应用电泳等技术发现，镰刀形红细胞贫血病是由于红细胞中的异常血红蛋白（HbS）所引起的。原因是什么？Glu

和Val分子的侧链在性质上有很大的不同。Glu

侧链带负电荷，而Val侧链是一个非极性基团，所以使得HbS分子表面的负电荷减少，这种变化使患者的血红蛋白容易发生聚集并形成杆状多聚体，这就是导致红细胞变形的原因。（三）一级结构与蛋白质前体激活胰岛素原：包含84个左右的氨基酸残基。胰岛素：包含51个氨基酸残基,有2条链组成。胰岛素原二、空间结构与功能的关系特定的构象，决定特定的功能。空间结构的变化，也会影响蛋白质的功能。例2血红蛋白变构紧密型（T型）不易与O2结合松弛型（R型）易与O2结合3空间构象并非生物活性的唯一影响因素【举例】低温下酶活性低，但并不影响构象；盐析时沉淀的酶无活性，但构象不变。第六节蛋白质的重要性质一、酸碱性质二、胶体性质三、沉淀性质四、变性与复性五、紫外吸收六、显色反应一、酸碱性质(一)两性解离性质蛋白质分子中除N-端的α-氨基和C-端的α-羧基外，还有许多可解离的侧链基团,如β-羧基、γ-羧基、ε-氨基、咪唑基、胍基、酚基、巯基等，因此也是两性电解质。pH=pI净电荷=0pH<pI净电荷为正pH>pI净电荷为负PrCOOHNH3++H++OH-+H++OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+当蛋白质在某一pH溶液中，酸性基团带的负电荷恰好等于碱性基团带的正电荷，蛋白质分子净电荷为零，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的pH值称为该蛋白的等电点(pI)。在等电点时，蛋白质的溶解度、黏度、渗透压、膨胀性和导电能力均为最小。（二）等电点（pI）

不同的蛋白质有不同的等电点，在等电点时，蛋白质最不稳定，溶解度最小。因此，可以利用蛋白质的等电点来分别沉淀不同的蛋白质，从而将不同的蛋白质分离开来。（三）电泳蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向电荷相反的电极移动，这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。电泳的方向与速度：

电荷的种类

电荷的多少

颗粒大小电泳技术已成为分析、分离蛋白质的重要手段之一SDS电泳垂直板电泳毛细管电泳水平板电泳圆盘电泳电泳支持物滤纸凝胶薄膜几种重要的蛋白质电泳*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳：常用于蛋白质分子量的测定。*等电聚焦电泳：通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。*双向凝胶电泳：是蛋白质组学研究的重要技术。二、胶体性质蛋白质为大分子，相对分子量大，在水溶液中形成直径1～100nm，属胶体范围。蛋白质水溶液为一稳定的亲水胶体溶液

因素：

(1)颗粒外围有水膜

(2)带电荷布朗运动丁达尔效应(光散射现象)电泳现象不能透过半透膜

利用其不能透过半透膜性质可进行蛋白质的分离、纯化等。----++++亲水胶体水膜等电点状态蛋白质带负电状态蛋白质带正电状态蛋白质脱水作用++++----OH-H+蛋白质沉淀OH-H+OH-H+三、沉淀性质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。沉淀方法类别:

1、高浓度中性盐（盐析、盐溶）2、有机溶剂沉淀3、重金属盐类沉淀4、生物碱试剂和某些酸类沉淀1.高浓度中性盐中性盐对碳氧血红蛋白的溶解度球蛋白通常不溶于纯水，而溶于稀中性盐溶液，其溶解度随稀盐浓度的增加而增大，此现象称为盐溶。加入高浓度的中性盐(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等)可破坏蛋白质的水化层，中和蛋白质的电荷，从而使蛋白质沉淀析出，此现象称为盐析。盐溶、盐析不同蛋白质析出时需要的盐浓度不同，调节盐浓度以使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出，这种方法称为分段盐析。

如血清中蛋白质+半饱和硫酸铵析出球蛋白

血清中蛋白质+饱和硫酸铵析出清蛋白可用分段盐析法分离蛋白质2、有机溶剂

丙酮、乙醇等有机溶剂可破坏蛋白质分子水化层，导致其沉淀析出。

（因为有机溶剂比蛋白质有更强的亲水作用，可作为脱水剂。）Hg2+、Ag+、Pb2+等重金属离子可与蛋白质中带负电荷的基团形成不易溶解的盐而沉淀，因此重金属盐均有毒，误食重金属盐时应及时服用大量生鸡蛋清或牛奶。为什么？进入胃内的蛋白质有的被消化，但大部分都以未消化的形式进入小肠。小肠液的pH值为7.0，此时蛋白质带负电荷，很容易与带正电荷的已进入小肠的重金属结合形成难消化的沉淀，而被排出体外。3、重金属盐

生物碱试剂是指能使生物碱沉淀的一类试剂，如：单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、鞣酸等。生物碱试剂以及某些酸（如三氯醋酸、水杨磺酸、硝酸等）在溶液pH小于蛋白质的等电点时，皆能沉淀蛋白质。4、生物碱试剂沉淀原理是：一般生物碱试剂皆为酸性物质，而蛋白质在酸性溶液中带正电荷，其正离子基团（如一NH3+）能与带负电荷的酸根相结合,变成为溶解度很小的蛋白盐。临床化验时，常用这类试剂（如磷钨酸或三氯醋酸）除去血液中干扰测定的蛋白质，或用苦味酸检验尿中的蛋白质。不可逆沉淀在强烈沉淀条件下，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、强酸