蛋白质的结构与功能 PPT

蛋白质由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。概述组成结构结构与功能的关系理化性质和分离纯化蛋白质的结构与功能第一节概述1.生物重要组成物质(人体干重45%)2.多种功能一、元素:主要C、H、O、N和S,少量P,Fe,Cu,Zn,Mn,I,…。第二节分子组成N含量：16%三聚氰胺H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H二、基本单位--氨基酸

(一)通式1.非极性(二)分类2.极性不带电荷3.碱性

含2个氨基；等电点高；在pH7.0时，碱性4.酸性

含有2个羧基；等电点低；在pH7.0时，酸性水分子及与离子间的结合非极性和极性的分布1.游离：瓜氨酸，鸟氨酸，同型半胱氨酸、D-氨基酸等。2.

Pr中氨基酸的修饰：-OH,-CH3,-COCH3,-P,-COOH…..2.非编码20种+硒半胱氨酸（UGA有义表达），吡咯赖氨酸（UAG有义表达）1.编码(三)特殊氨基酸pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子K1K2(四)氨基酸理化性质等电点

(isoelectricpoint,pI)

：

在某一pH时，氨基酸呈电中性。此pH为该氨基酸等电点。2紫外吸收性质酪氨酸、色氨酸在280nm最大吸收峰3茚三酮反应三、肽键与多肽链(一)成肽反应什么时候发生？肽键肽二肽氨基酸残基N-末端C-末端CCH2NHRNOCHCOOHHR几个小名词(二)生物活性肽谷胱甘肽催产素（分娩，泌乳，信任，亲密）-自闭症治疗？加压素抗利尿激素胰高血糖素缓激肽促甲状腺激素释放因子胃泌素血管紧张素IIP物质脑啡肽氨基酸的排列顺序，及二硫键的位置。一、一级结构化学键:肽键（主要）;二硫键（次要）第二节蛋白质的分子结构肽链在空间中如何?为何会折叠?非共价键相互作用二、二级结构一段肽链的局部结构，即主链原子的相对位置。不涉及侧链。肽平面1.

-螺旋/

-helix2.

-折叠同向排列反向排列蛋白质和DNA中的氢键3.

-转角①形成180º回折。②含4个氨基酸，第1与第4形成氢键。③第2个常为Pro。4.无规卷曲

限制性内切核酸酶BamHI的三级结构

-转角

-折叠无规卷曲

-螺旋5.模体(motif)/超二级结构2-3个二级结构组合,与功能有关.螺旋-环-螺旋发卡希腊钥匙

基元Zincfinger结合DNA的模体6.结构域(domain)大蛋白质可分割成几个球状区域，分别有功能。肽链中所有原子在三维空间的排布位置。三、三级结构N端C端肌红蛋白二硫键疏水作用氢键离子键范德华力

维持三级结构的化学键四、四级结构有蛋白质有>=2条肽链，叫亚基(subunit)。经非共价键形成的空间排布。氢键和离子键。通常单亚基没有功能血红蛋白亚基间盐键血红蛋白的一、二、三、四级结构第四节结构与功能的关系一一级结构与功能二空间结构与功能三修饰可调节功能第四节蛋白质结构与功能的关系（一）一级结构决定空间构象牛核糖核酸酶一一级结构与功能

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-破坏氢键

-破坏二硫键正常细胞镰刀形细胞(二)一级结构与分子病镰刀形红细胞贫血病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)

谷A（极性）缬A（非极性）非氧合β链有疏水口袋突变产生缬氨酸与口袋相配。血红蛋白串联，形成不溶纤维束，使细胞扭成镰刀形。基因突变引起蛋白质发生变异导致疾病。分子病白虎：神兽还是怪物SLC45A2的突变（A477V），丙氨酸变为缬氨酸。影响黄和红色素的合成，对黑色影响弱，未影响其它功能。Cell,2013,23:1031二空间结构改变与功能1.蛋白质构象疾病：一级结构不变，构象改变，影响功能，严重时致病。朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起神经退行性病变。正常PrP异常PrP富α-螺旋变成富β-折叠，水溶性变差,聚集形成淀粉状纤维，沉淀在脑组织,造成损伤1.构象病可传染朊病毒病传染人：库鲁病，脑软化病，克-雅病（CJD），变异型CJD(人类疯牛病），致死性家族性失眠症。动物：牛海绵状脑病（疯牛病），羊瘙痒症，貂传染性脑病，猫海绵状脑病1986-2014年,177英国人和55其它国人食用感染牛肉感染变异型CJD朊病毒病β-淀粉样蛋白2.阿尔茨海默症3.帕金森病α突触核蛋白(α-synuclein）聚集于多巴胺神经元，形成路易小体（Lewybodies）4.亨丁顿舞蹈病hd基因上（CAG)重复数增多，谷氨酰胺增多，不易溶，损坏脑细胞，特别与肌肉控制有关的细胞，导致神经系统退化，动作失调，颤搐，能发展成痴呆，甚至死亡。Hb:“S”形曲线氧促进与氧的结合2.构象变化调节功能—血红蛋白血红蛋白结合氧,空间结构改变影响结合Hb结合O2的别构效应O2协同效应:蛋白质的一个亚基与其配体结合后，影响另一个亚基与配体结合能力。抑制与氧结合(1)BPG（

2,3-二磷酸甘油酸）促进成T构象，氧亲和力低BPG与胎儿HbF结合力弱，致HbF与氧亲和力高，利于氧从母亲外周血向胎儿外周血转运.有BPG左移无BPG右移血液贮存贮存时BPG丢失。因此血液贮存时加葡萄糖、丙酮酸、二羟丙酮，腺嘌呤等。抑制与氧结合(2)代谢活跃促进O2释放，给组织供氧（Bohr效应）CO中毒CO与血红蛋白亲和力高，但可逆。每天1包烟，使CO结合血红蛋白提高2.5%，水烟更高。汽车废气、炭炉自杀，或火灾引起CO急性中毒。20%-50%血红素与CO结合，有头痛、头晕、恶心、晕厥；超过70%致命。三、蛋白质修饰可调节功能酶的共价修饰组蛋白的修饰66组蛋白带正电荷，与带负电的DNA结合，遮蔽DNA，妨碍转录。2.组蛋白修饰乙酰化:负电荷增加,

与DNA排斥增加,结合疏松,

利于转录去乙酰化乙酰化交配影响基因表达交配：使催产素、加压素受体基因组蛋白乙酰化,表达上调,促进伙伴关系形成。促进乙酰化药物：使田鼠没有交配也形成伙伴偏好。背景:草原田鼠交配后形成一夫一妻,与催产素、加压素、多巴胺和受体结合有关.金风玉露一相逢,便胜却人间无数!用此类药物,促进家庭和谐?“爱情药水”催产素香水NatureNeuroscience,2013;doi:10.1038/nn.3420讨论：假如不同加压素受体基因型，表达水平会不同。是否要知道某男生基因型？不同国家的相互信任水平Zak,ScientificAmerican,2008,306(6),88蛋白质糖基化-不可逆糖尿病患者:糖化血红蛋白沉积于小动脉管壁，引起微血管病变.蛋白质空间构象蛋白质一级结构决定小结：结构是功能的基础

牛核糖核酸酶实验镰刀形红细胞贫血症血红蛋白的变构效应朊病毒蛋白质功能决定一级结构是空间构象基础，关键氨基酸变化可致空间构象、功能改变。蛋白质一级结构不是决定空间构象的唯一因素。酸性碱性PI（等电点）第五节理化性质和分离纯化一、两性电离及分离方法

+++++++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1.等电点沉淀法2.电泳(electrophoresis)

带电粒子在电场中移动不同的蛋白质电荷量不同，分子大小不同，速度也不同。SDS等电聚焦（isoelectricfocusing,IEF）

+(H2SO4)

(NaOH)pH3pH10

+(H2SO4)

(NaOH)pI4.55.16.07.98.1pH3pH10利用pH梯度电泳介质分离等电点不同的蛋白质。双向电泳（twodimensionalelectrophoresis）IEFSDS双向电泳图3.离子交换层析二高分子性质+++++++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酸碱酸碱1.稳定的胶体溶液2.透析与超滤人工肾血液透析图磁力搅拌器待超滤的蛋白质溶液加压的氮气超滤膜超滤（ultrafiltration）3.沉降与超速离心

蛋白质有布朗运动不会沉降超速离心可产生强大离心力，使蛋白质克服布朗运动沉降超速离心4.分子筛(凝胶过滤)三沉淀(盐析,重金属,酸碱,有机溶剂)+++++++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尿素，β-巯基乙醇去除尿素，β-巯基乙醇蛋白质变性蛋白质复性变性：某些因素作用下，其天然构象破坏，理化性质改变，生物学活性丧失。