生物化学课件：第一章 蛋白质结构基础

第一章

蛋白质结构基础蛋白质占干重人体中（中年人）

人体45%水55%

细菌50%~80%蛋白质19%

真菌14%~52%脂肪19%

酵母菌14%~50%糖类＜1%

白地菌50%无机盐7%蛋白质是生物体内必不可少的重要成分

蛋白质功能生物催化调节功能运输功能运动功能可作为机体的结构成分具有防御和保护功能可作为生物体发育和生长的营养物质是人体必需的营养物质蛋白质分类根据形状、结构和溶解度等的不同，可将自然界中的蛋白质分为三类。纤维状蛋白质：呈细棒或纤维状，在生物体内主要起结构作用。胶原蛋白、弹性蛋白等。球状蛋白质：在生物体内种类最多、最重要、最多样化，在水溶液中溶解性好。膜蛋白：与细胞内的各种膜系统结合而存在，不溶于水，分为膜内蛋白和膜锚定蛋白。蛋白质

Protein第一节前言

1、元素的组成：

蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。一、蛋白质的组成单位——氨基酸这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50%；氢7%；氧23%；氮16%；硫0—3%；其他微量蛋白质占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量。★蛋白质含量的测定：凯氏定氮法

(测定氮的经典方法)

优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；缺点：易将无机氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质中,不

精确。一般样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g蛋白质）；

※蛋白质含量=氮的量×100/16×6.25凯氏定氮法原理：

蛋白质是含氮的有机化合物。

含氮有机物与硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量。（1）有机氮在强热和CuSO4，浓H2SO4

作用下，硝化生成(NH4)2SO4反应式为：

2NH2+H2S04+2H＝(NH4)2SO4

（其中CuSO4做催化剂）（2）在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3

，收集于H3BO3

溶液中反应式为:

(NH4)2SO4+2NaOH＝2NH3+2H2O+Na2SO4

2NH3+4H3BO3＝(NH4)2B4O7+5H2O（3）用已知浓度的H2SO4（或HCl）标准溶液滴定，根据HCl消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，既得蛋白质的含量反应式为：

(NH4)2B4O7+H2SO4+5H2O＝(NH4)2SO4+4H3BO3

(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O＝2NH4Cl+4H3BO3

三聚氰胺三聚氰胺（Melamine）（化学式：C3H6N6），俗称密胺、蛋白精，IUPAC命名为“1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基”，是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，被用作化工原料。它是白色单斜晶体，几乎无味，微溶于水（3.1g/L常温），可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等，不溶于丙酮、醚类、对身体有害，不可用于食品加工或食品添加物。

“三鹿问题奶粉”二十种天然常见氨基酸名称三字母缩写单字母缩写甘氨酸GlyG丙氨酸AlaA缬氨酸ValV亮氨酸LeuL异亮氨酸IleI脯氨酸ProP苯丙氨酸PheF酪氨酸TyrY色氨酸TrpW丝氨酸SerS苏氨酸ThrT半胱氨酸CysC蛋氨酸MetM天冬酰胺AsnN谷氨酰胺GlnQ天冬氨酸AspD谷氨酸GluE赖氨酸LysK精氨酸ArgR组氨酸HisH2、组成单位——氨基酸化学结构R-CH(NH2)-COOH含有氨基的羧酸R代表氨基酸之间相异的部分，叫

R

基，又称为侧链。

酪氨酸分子

A、除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。-氨基酸可变部分不变部分脯氨酸的侧链R-基与主链N原子共价结合，形成一个环状的亚氨基酸。CH2CH2CH2CHCOO-NH2+B、天然氨基酸具有单一构型

构型是一个分子中各原子的特定空间排布，当一种构型改变为另一种构型时必须有共价键的断裂和重新形成，最基本的构型是L-型和D-型。除了甘氨酸外，其余具有光学异构体，从蛋白质水解得到的α--氨基酸均为L--型氨基酸。

C、氨基酸的优势构象构象（conformation）是组成分子的原子或基团绕C-C单键旋转而形成的不同空间排布。一种构象转变为另一种构象，不会有共价键的断裂与形成。“交错构象”（staggedconformation）是能量上最有利的排布。缬氨酸二、蛋白质氨基酸的分类按R基的化学结构进行分类脂肪族：中性---甘、丙、缬、亮、异亮氨酸酸性---天冬、谷、天冬酰胺、谷氨酰胺碱性氨基酸—赖、精氨酸含羟基或巯基—丝、苏、半胱、甲硫氨酸芳香族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸杂环族氨基酸：组氨酸、脯氨酸按R基的极性性质进行分类非极性R基氨基酸（疏水）：丙、缬、亮、异亮、甲硫、脯、苯丙、色氨酸不带电荷的极性R基氨基酸：丝、苏、半胱、组、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺带电荷的极性R基氨基酸：赖、精、组氨酸天冬、谷氨酸氨基酸的旋光性除甘氨酸外，都具有旋光性。酪氨酸（Tyr、278nm）、色氨酸(Trp、279)和苯丙氨酸(Phe、259)能够吸收紫外光——共轭双键氨基酸的光吸收三、氨基酸的理化性质

第二节肽（peptide)

二肽肽：即氨基酸的线性聚合物，也称为肽链，蛋白质就是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成的分子。1、肽键：氨基酸残基：肽链中的氨基酸由于参加肽链的形成，损失了α-NH2上的H和α-COOH上的-OH，称为氨基酸残基，例：-HN-CH-CO-氨基酸之间脱水后形成的键为肽键，也为酰胺键

<12个氨基酸，直接称三肽、四肽等12≤AA<20个氨基酸，称寡肽≥20个氨基酸，称多肽2、多肽链：通过肽键将多个氨基酸连接在一起。连接氨基酸的共价键除肽键以外，还有二硫键。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。3、多肽链的构象：肽单位：

由于部分双键性质，肽键连接的基团处于同一平面，具有确定的键长和键角，肽键是一种酰胺键，连接的基团即是酰胺基，由4个原子构成-CO-NH-，这样的结构成为肽单位。多肽链的构象肽单位之间是通过两个共价单键C-Cα和Cα-N连接，由于这两个单键都自由旋转，而肽单位是不能旋转的刚性平面基团，所以肽单位绕着这两个单键的旋转就可以形成多肽链主链的不同构象。扭角：固定两个单键中的一个，旋转另一个单键，就可使两个相邻的肽单位或肽平面形成一定的角度称扭角或双面角，范围正负180度。第三节蛋白质的结构蛋白质与多肽并无严格的界线通常是将分子量在6000D以上的多肽称为蛋白质。蛋白质的空间结构

也叫三维构象，高级结构或立体结构

定义：指蛋白质分子中所有原子在三维空间排列分布和肽链的走向。又称为蛋白质的构象。

为研究方便，分四层次探讨一级结构二级结构三级结构四级结构一级结构（线性结构）蛋白质的一级结构(primarystructure)指它的蛋白质多肽链中各个氨基酸残基的排列顺序首

N端（“H”）

末

C端（“OH”）

其中的氨基酸

称

氨基酸残基

—NH—CO—)R蛋白质的一级结构(Primarystructure)包括:多肽链的氨基酸顺序和数目，以及多肽链内或链间二硫键disulfidebond的数目和位置。

二硫键：由肽链中相应部位上两个半胱氨酸残基脱氢连接而成的。

由A（21个AA，11种），B（30AA，16种）组成，并通过Cys连结两对-S-S-；A链第6和11的Cys通过-S-S-连接成链内小环；我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。

二硫键维持蛋白质一级结构的作用力是:

肽键、二硫键（都属于共价键）二硫键H2

半胱氨酸

半胱氨酸

胱氨酸二级结构(secondarystructure)二级结构：一段连续的肽单位借助氢键排列成具有周期性结构的构象。是多肽链主链局部区域的规则结构，不涉及侧链构象和与多肽链其它部分的关系。蛋白质多肽链本身的折叠与盘绕方式,包括：α—螺旋、β—折叠片、回折（β—转角）环肽链自由回转等(a)理想的右α螺旋；(b)右α螺旋；(c)左α螺旋。天然蛋白质大部分为右手螺旋；1.α-螺旋(α-helix)

O…

…..…（氢键）……H—C—（NH—CH—CO）3—N—R

氢键:由同一条肽链内每3个氨基酸残基的两个肽键衍生而来，即每个氨基酸残基的N－H与前面每隔3个氨基酸残基的C==O形成的。

每圈由3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm，一个氢键闭合含13个原子。稳定α-螺旋的因素α-螺旋具有极性：所有氢键都沿螺旋轴指向同一方向α-螺旋的中心没有空腔

-helix不稳定的因素：1R基团带同种电荷：pH=7时，多聚Lys或多聚Glu；2R基团较大时造成空间位阻，如Ile；3多肽链中有Pro或HO-Pro，α—helix中断，产生‘结节’,它改变多肽链的方向，并终止螺旋。2.β-折叠(β-pleatedsheet)β-折叠是多肽链的折叠形式，由两条或多条几乎完全伸展的肽链通过链间的氢键交联而形成的;肽链的主链呈锯齿状折叠构象;平行肽链间以氢键从侧面连接的构象。平行式反平行式β转角(β-turn)

作用力——同样是肽键衍生来的氢键但由于只有这一个氢键，只形成β—转角结构。

O

……（氢键）………H—C—（NH—CH—CO）2—N—R3.回折结构就是使所连接的肽键发生180度的反向弯曲在

-转角部分，由四个氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个比较稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。该结构中经常存在脯氨酸和甘氨酸。γ转角：3个AA残基构成的转角，在γ转角中，肽链的转变没有了中间的缓冲，回折的角度更加的锐利。

发夹：通过一段短环链，将两条相邻

链连接在一起，就像个弯曲的发夹；

凸起：在两个连续型氢键之间的一个凸起的区域。其它类型的回折结构实质上是多出来的一个AA残基

β凸起（βbugle）α螺旋β折叠片β转角自由回转4.环肽链：当稳定的α螺旋和

折叠组合成的蛋白质完整三维结构时必须有环肽链的连接。它常常是蛋白质中有重要功能的结构域。——没有一定规律的松散的肽链结构作用力弱这些区段受侧链相互作用的影响很大，能不断的运动，而且经常是酶的活性部位和其他蛋白质特异的功能部位。5.自由回转、无规则卷曲(randomcoil)无规卷曲没有确定规律性

无规则卷曲细胞色素C的三级结构维持蛋白质二级结构的作用力是？

氢键纤维状蛋白只有二级结构，例如毛发与肌肉蛋白超二级结构和结构域超二级结构(supersecondarystructure)：1973年，Rossman正式提出超二级结构的概念。是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体，通常有βαβ，βββ，αα，ββ。结构域(domain)：是在超二级结构基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球状的结构。在空间上彼此分隔，各自具有部分生物功能的结构。

1、

复绕α-螺旋（αα结构）由两股或三股右手α-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋。存在于α-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白原中。2、

βxβ结构两段平行式的β-折叠通过一段连接链（x结构）连接而形成的超二级结构。①βcβx为无规卷曲②βαβx为α-螺旋，最常见的是βαβαβ，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。3、

β曲折（β-meander）由三条（以上）相邻的反平行式的β-折叠链通过紧凑的β-转角连接而形成的超二级结构。

4、

回形拓扑结构（希腊钥匙）5、

β-折叠桶由多条β-折叠股构成的β-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上β折叠可以是平行的或反平行的，一般由5-15条β-折叠股组成。超氧化物歧化酶的β-折叠筒由8条β-折叠股组成。筒中心由疏水氨基酸残基组成。6、

α-螺旋-β转角-α-螺旋两个α-螺旋通过一个β转角连接在一起。λ噬菌体的λ阻遏蛋白含此结构四结构域在二级/超二级结构基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立的、近似球形的三维实体。结构域存在的原因：1、局域分别折叠比整条肽链折叠在动力学上更为合理2、结构域之间由肽链连接，有利于结构的调整

结构域是球状蛋白的折叠单位较小的蛋白质分子或亚基往往是单结构域的。结构域一般有１００－２００氨基酸残基。结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。结构域间的裂缝，常是酶的活性部位，也是反应物的出入口1、全α－结构（反平行α螺旋）蛋白质类型：

2、α，β－结构蛋白质（平行或混合型β折叠片）3、全β－结构（反平行β折叠片）蛋白质反平行β桶4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质

小于100残基的蛋白质/结构域往往不规则

只有很少量二级结构，但富含金属或二硫键鲸肌红蛋白的三级结构1957年由JohnKendrew用X射线晶体分析法测定的有三维结构1）由一条多肽链（153个Aa残基）和一个血红素组成。2）多肽链主链主链骨架折叠、盘绕成A,B,C,D,E,F,G,H8个肽段3）8个肽段均为α-螺旋结构，两段之间的拐角处形成无规卷曲4）亲水氨基酸分布于分子的外表面，Mb溶于水5）疏水氨基酸包埋于分子内部，形成疏水空穴，血红素辅基位于其中三级结构（Tertiarystructure)定义：多肽链上的所有原子，包括主链和残基的侧链，在三维空间上的分布。三级结构的稳定靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键及范德华力等。疏水键对维持蛋白质的三级结构起着重要的意义。举例：鲸的肌红蛋白肌红蛋白存在于肌肉中，心肌中含量特别丰富。抹香鲸肌红蛋白三级结构于1960年由Kendrew用X线衍射法阐明，这是世界上第一个被描述的蛋白质三级结构。由于三级结构与蛋白质的生物学功能直接相关，而且三级结构的分析工作难度很高，所以这项工作获得学术界的高度评价。

肌红蛋白的本质和功能

本质：肌红蛋白=一条多肽链+一个辅基多肽链：由153个氨基酸残基组成

辅基：亚铁血红素辅基

功能：在肌肉中有运输氧和储氧功能肌红蛋白的三级结构

形状：呈紧密球形

内部存在一口袋形空穴，血红素居于此空穴中，Fe2+居于环中。

多肽链中氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部,亲水侧链多位于分子表面,因此其水溶性较好。肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构四级结构（Quatermary

structre)1、定义：由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚合而成特定构象的蛋白质分子叫蛋白质的四级结构。其中每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基，由亚基构成的蛋白质为寡聚蛋白。

2、血红蛋白四级结构内容：亚基的数目——4种类——2亚基的立体分布——球形亚基的相互作用——次级键血红蛋白亚基单独没有生物功能四亚基两两相同，分别称为α1、α2、β1、β2。血红蛋白四级结构每条链都以非共价键与一个血红素辅基相连

卟啉铁三、维系蛋白质的结构的作用力一级结构：肽键、二硫键（都属于共价键）二级结构：氢键（主链上—C=O—和N—H之间形成）三、四级结构：二硫键、次级键（氢键、疏水键、离子键、范德华力、配位键）键能肽键

二硫键离子键

氢键疏水键

范德华力

90kcal/mol3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol这四种键能远小于共价键，称次级键提问：次级键微弱但却是维持蛋白质高级结构中主要的作用力,原因何在?数量巨大1.通过末端分析确定蛋白质分子由几条肽链构成。2.将每条肽链分开，并分离提纯。3.拆开肽链内部的二硫键。4分析每一条肽链氨基酸组成和比例。5.进行肽链N末端和C末端的鉴定。6.肽链用酶促或化学的部分水解方法降解成一套大小不等的肽段，并将各个肽段分离出来。7.测定每个肽段的氨基酸顺序。8.从第二步得到的肽链样品再用另一种部分水解方法水解成另一套肽段，其断裂点与第3步不同。分离肽段并测序。比较两套肽段的氨基酸顺序，根据其重叠部分拼凑出整个肽链的氨基酸顺序。

9.测定原来的多肽链中二硫键和酰胺基的位置。蛋白质多肽链氨基酸的测定1.末端分析

（1）N末端丹磺酰氯法2,4-二硝基氟苯异硫氰酸苯酯现在已经有全自动的氨基酸顺序分析仪，可测定含20个以上氨基酸的肽段的氨基酸顺序。缺点是不如丹磺酰氯灵敏，可与之结合使用。

（2）C末端肼解法羧肽酶法第四节蛋白质分子结构与功能关系一、蛋白质的一级结构与功能的关系（一）同源蛋白质：指不同的有机体中实现同一功能的蛋白质。例如：胰岛素、细胞色素C蛋白质的进化构建系统进化树不同哺乳动物中的胰岛素,发现它们都是由51个氨基酸组成.其中有24个氨基酸始终保持不变,6个半胱氨酸残基的位置始终不变,这说明不同来源的胰岛素中A,B链之间都有共同的连接方式.三对-S-S-对维持高级结构起着重要作用,其它一些不变的氨基酸绝大多数都是非极性氨基酸.这些非极性氨基酸对维持胰岛素分子的高级结构起着稳定作用.从而可知:不同来源的胰岛素,其空间结构大致相同,可变的氨基酸部分不影响胰岛素的活性.

细胞色素C是从人到酵母菌中都存在的一种蛋白质。细胞色素C由140个氨基酸构成。把各种生物的细胞色素C的氨基酸成分和人的相比较，可以看到亲缘关系愈近的生物的细胞色素C和人的愈相近似。生物进化过程中细胞色素C的进化速率最低，也就是说细胞色素C是最保守的蛋白质。例：人和猕猴的共同祖先生活在4000～5000万年以前，而到现在这样长的时间内,细胞色素C中只有一个氨基酸发生了变化。而人和酵母菌在进化史上相去甚远，则其细胞色素C也相差越远，氨基酸分析结果可以为生物的亲缘关系的研究提供更多的资料。（二）、一级结构的变化引起功能的变化血红蛋白的一级结构变化而引起镰刀型贫血病。镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息。正常细胞镰刀形细胞它是最早认识的一种分子病。流行于非洲，死亡率极高，大部分患者童年时就夭折，活过童年的寿命也不长，它是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构的突变。正常型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys---β链

谷氨酸镰刀型

---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys---β链

缬氨酸谷氨酸（极性）缬氨酸（非极性）

由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。在非洲疟疾流行的地区，发现镰刀型细胞杂合基因型个体对疟疾的感染率，比正常人低得多。机理：镰刀型细胞杂合基因型在人体本身并不表现明显的临床贫血症状，而对寄生在红血球里的疟原虫却是致死的，红血球内轻微缺氧就足以中断疟原虫形成分生孢子，终归于死亡。因此，在疟疾流行的地区，不利的镰刀型细胞基因突变可转变为有利于防止疟疾的流行。这一实例，也说明基因突变的有害性是相对的，在一定外界条件下，有害的突变基因可以转化为有利。

肌红蛋白血红蛋白α血红蛋白β氨基酸序列大不相同，功能相似（载氧），结构相似（一）蛋白质执行其生物功能需要相应的空间结构例：核糖核酸酶

二、蛋白质空间结构与功能的关系：核糖核酸酶是由124个氨基酸残基组成的一条多肽链，分子中8个半胱氨酸的巯基构成四对二硫键。形成具有一定空间构象的球状蛋白质。用变性剂和还原剂β-巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏二硫键和次级键，使其空间结构被破坏。但肽键不受影响，一级结构仍保持完整，酶变性失去活性。如用透析方法除去尿素和β-巯基乙醇后，核糖核酸酶又从无序的多肽链卷曲折叠成天然酶的空间结构，酶从变性状态复性，酶的活性又恢复至原来水平。这充分证明，只要其一级结构未被破坏，就可能恢复原来的三级结构，功能依然存在，所以多肽链中氨基酸的排列顺序是蛋白质空间结构的基础。

功能恢复功能丧失天然构象无规线团8N尿素、巯基乙醇氧化、透析天然构象无规线团天然构象是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白，含153个AA，相对分子量为16700。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白。其多肽链先折叠成8段长度为7-23个AA残基的α-螺旋；血红素是原卟啉Ⅸ与Fe的络合物—铁原卟啉Ⅸ，在Mb中，其非共价结合在肌红蛋白的疏水空穴中，与肽链中93位AA的His结合，这对Mb天然构象的形成与稳定起到了显著的效应。例：肌红蛋白myoglobin,Mb（二）变构效应（别构效应）外因通过改变蛋白质构象引起蛋白质功能变化的现象。例如：以血红蛋白的载氧气过程说明蛋白质构象发生变化与功能的关系

定义：蛋白质在表达功能的过程中构象发生变化的现象。

血红素分子式未结合O2时，Hb的α1/β1和α2/β2呈对角排列，结构较为紧密，称为紧张态(tensestate,T态)，T态Hb与O2的亲和力小。随着O2的结合，4个亚基羧基末端之间的盐键断裂，其二级、三级和四级结构也发生变化，使α1/β1和α2/β2的长轴形成15°的夹角，结构显得相对松弛，称为松弛态(relaxedstate,R态)。

BPG:二磷酸甘油酸

血中氧分子的运送：(R)relaxedstate（氧合血红蛋白）(T)tensestate（脱氧血红蛋白构象）Myoglobin(肌红蛋白)当血液流经肺时，O2从肺泡扩散入血液，使血中PO2升高，促使O2与Hb氧合，形成HbO2；当血液流经组织时，组织处PO2低，O2从血液扩散入组织，使血液中PO2降低，从而导致HbO2解离，释放出O2而成为去氧血红蛋白（Hb）。(R)relaxedstate(T)tensestate

血中氧分子的运送：Lung氧分子HemoglobinMyoglobinMuscle静脉动脉环境氧高时Hb

快速吸收氧分子环境氧低时Hb

迅速释放氧分子释放氧分子后Hb

变回

Tstate任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力（三）蛋白质间的相互作用与特殊结构抗原与抗体的相互识别抗体：IgA、IgD、IgE、IgG、IgMIgG重链和轻链N末端结构域是可变结构域，它决定了结合抗原的特异性14-3-3结构域最初发现于脑组织的一类高丰度酸性蛋白，分子量约30000，参与调解信号转导、程序化死亡及细胞周期，有多种亚型F-box结构域含有42-48个AA，常是E3泛素连接酶的分子伴侣14-3-3结构域--含磷酸丝氨酸残基多肽cytoplasmF-box结构域细胞周期蛋白泛素连接酶E3复合体的底物识别亚单位指趾发育（四）参与Pr与DNA分子间相互作用的结构域螺旋-转角-螺旋（HTH）锌指结构锌离子与Cys及其它疏水氨基酸连接，构成锌指区亮氨酸拉链螺旋-环-螺旋（HLH）通常约含40-50个AA残基SPXX序列Ser-Pro-X-X在DNA结合蛋白中出现的频率很高螺旋-转角-螺旋（HTH）

HTH是转录因子中的结构域，常结合在DNA上。该结构域是由60个氨基酸组成，三个α-螺旋由短的loop连接。N-末端的两个螺旋反向平行，C-末端的螺旋，与前面两个螺旋垂直，并且将前面两个连接起来，这第三个螺旋可以与DNA相互作用。锌指结构

蛋白质Zif268的锌指结构由两个反向平行的β折叠片层与一个α-螺旋共同构成的锌指，以及由两个相互平行或垂直的α-螺旋构成的锌指。锌离子与半胱氨酸及其他疏水氨基酸连接，构成锌指区。锌离子对于稳定该结构域的构象起到关键作用，每个锌指的侧链都与DNA的磷酸基和碱基形成氢键。亮氨酸拉链由平行的卷曲α螺旋构成，当来自同一个或不同多肽链的两个α螺旋的疏水面通过亮氨酸侧链的疏水作用互相缠绕，相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。肽链上每隔6个残基就有1个疏水的Leu残基，导致Leu残基都集中在α-螺旋的同一侧。在亮氨酸拉链式蛋白中，两个亮氨酸拉链作用形成一个“Y”形结构，其中，拉链构成茎，并不与DNA结合，两个碱性区分叉对称形成臂，与DNA结合。螺旋-环-螺旋

HLH结构常含有约40～50个aa，2个α-螺旋既亲水又亲脂，由10～24个aa的环状结构相连，同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能。依靠两个α-螺旋间的疏水作用可形成同（或异）二聚体。与HLH相邻的较短的富含碱性氨基酸区段决定了HLH与DNA的结合。SPXX序列

Ser（Thr）-Pro-X-X在DNA结合蛋白中的出现频率很高，往往存在于HTH基序或锌指结构域的侧面。组蛋白H1和H2B的N端和C端都含有SPXX序列，与DNA双螺旋小沟中的富含AT的序列结合。（五）蛋白质的变性-功能丧失1、

定义：

天然蛋白质因受到物理和化学的因素影响，使蛋白质严格的空间结构受到破坏，（但不包括肽键的裂解），从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变，这种现象称为蛋白质变性作用。

变性的蛋白质恢复其天然活性的现象称为复性。

盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出提问：原因？蛋白质分子表面的疏水区域，聚集了许多水分子，盐浓度高时，这些水分子被盐抽出，暴露出的疏水区域相互结合，沉淀。盐析（（NH4）2SO4）在蛋白质溶液中加入大量的中性盐以破坏蛋白质的胶体稳定性而使其析出，这种方法称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等。各种蛋白质盐析时所需的盐浓度及pH不同，故可用于对混和蛋白质组分的分离。例如用半饱和的硫酸铵来沉淀出血清中的球蛋白，饱和硫酸铵可以使血清中的白蛋白、球蛋白都沉淀出来，盐析沉淀的蛋白质，经透析除盐，仍保证蛋白质的活性。调节蛋白质溶液的pH至等电点后，再用盐析法则蛋白质沉淀的效果更好。

引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类。物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等。化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、十二烷基磺酸钠(SDS)等。在临床医学上，变性因素常被应用于消毒及灭菌。热力消毒灭菌高温能使微生物的蛋白质和酶变性或凝固（结构改变导致功能丧失),反之注意防止蛋白质变性就能有效地保存蛋白质制剂。2、变性的本质二、三、四级空间结构被破坏，变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键以及二硫键。但一级结构完好（一级结构破坏-降解）溶解度下降，蛋白质的组成成分和分子量不变

3、变性蛋白的特征

（1）生物活性的丧失——最主要标志（2）理化性质的改变：

溶解度下降，易沉淀溶液粘度增大和扩散速度降低易被蛋白质水解，旋光度、紫外、红外吸光光谱改变等溶解度明显下降，易沉淀：球状蛋白质变性后，空间结构破坏，多肽链伸展，形成随机卷曲的无规线团，隐藏在分子内部的疏水基团暴露，肽链伸展并相互缠绕聚集，原有的亲水性丧失，溶解度下降。变性蛋白质因疏水基团暴露，易沉淀。溶液粘度增大,扩散速度降低：粘度和扩散速度与分子量大小和分子结构的不对称程度相关，分子量愈大、不对称程度愈大的蛋白质，粘度愈大，扩散速度愈小。蛋白质变性后，原来有秩序的空间结构转变为无秩序松散的伸展状态,分子的不对称程度加大,因而溶液的粘度亦增大，扩散速度下降。蛋白质的复性当变性因素除去后，变性蛋白重新恢复到天然构象，这一现象称为蛋白质的复性或再折叠(renaturation)。促进蛋白质复性的溶质（辅助因子）聚乙二醇、环糊精、精氨酸、脯氨酸、表面活性剂和去垢剂，精氨酸最常用。液相色谱（LC）是最有效的纯化蛋白质的方法。第五节多肽链的折叠问题蛋白质在体内形成的两个阶段：

遗传密码介导的氨基酸多肽链的合成多肽链折叠为有特定功能的蛋白质多肽链合成中遗传信息的表达步骤蛋白质的去折叠或变性NativestatefoldedDenaturedstateunfoldedunfoldingrefolding变性过程的两种不同理论高度协同的、爆炸式的发生1、两态模型牛胰核糖核酸酶的变性“自组装学说”NDAnfinsen2、序变模型orNIDNI1I2DDDNAreplicationDNATranscriptionReverseTranscriptionTranslationRNARNAreplicationPolypeptide“SecondTranslation”Protein(active)?第二遗传密码第一遗传密码：核苷酸三联体密码核苷酸序列到无结构信息的多肽链序列氨基酸的顺序与蛋白质三维结构之间存在对应关系特点，人们把这种对应关系称之为第二遗传密码或折叠密码（foldingcode）。一、第二遗传密码第二遗传密码具有的特点：1.简并性：生物功能不同或相同的蛋白质氨基酸序列，有相同的整体三维结构。2.多义性：相同的氨基酸序列不同条件下决定不同的三维结构。3.全局性和复杂性：肽链上相距很远的残基在空间上彼此靠近而相互作用。新生肽链合成过程中，后形成的肽链可影响已形成肽链的构象从而造成对分子整体的影响。蛋白质一级结构生成三级结构的折叠过程是非常复杂的，包括多肽链中两个氨基酸残基的接触，螺旋-环链的转变，二级结构的初步形成，疏水塌缩，侧链的簇集，折叠中间体的形成等。蛋白质折叠是一个序变的过程，在蛋白质折叠过程中形成的稳定存在的半折叠状态，也称中间态或熔球态。二、帮助折叠的蛋白质和酶

帮助蛋白质正确折叠的因子有两类：分子伴侣和折叠酶，分子伴侣帮助正确折叠，阻止和修正不正确的折叠。折叠酶催化与折叠直接有关的化学反应，限制蛋白质的折叠速率。分子伴侣(molecularchaperone)：

1993年，Ellis提出其定义：一类相互之间有关系的蛋白，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份。是进化上十分保守的蛋白质家族，广泛存在于多种生物体内，其主要作用是与新生肽或部分折叠的蛋白质的疏水表面结合，阻止新生肽链内或分子间的错误折叠，通过结合与释放帮助新生肽正确折叠，但其机制并不是酶促反应，不能加速蛋白折叠进程。分子伴侣分子伴侣的几个特征：

1、分子伴侣对靶蛋白没有高度专一性，同一分子伴侣可以促进多种氨基酸序列完全不同的多肽链折叠成为空间结构、性质和功能都不相关的蛋白质；2、它的催化效率很低。行使功能需要水解ATP，以改变其构象，释放底物，进行再循环；3、它和肽链折叠的关系，是阻止错误折叠，而不是加快正确折叠速度；4、多能性（帮助蛋白质跨膜转运，调节转录和复制，组装细胞骨架）；5.进化保守性。现已鉴定出的分子伴侣主要属于三类蛋白质家族：伴侣素60家族（chaperonin-60,Cpn）：它们以依赖ATP的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。应激蛋白70家族(Stress-70family)：又称为热休克蛋白70家族（Hsp70family），是一类高度保守的ATP酶，广泛地存在于原核和真核细胞中在细胞应急和非应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头折叠（denovoproteinfolding)、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要的作用。应激蛋白90家族(Stress-90family)：即热休克蛋白90家族。目前，研究最多的是E.coli的热激蛋白Hsp60和Hsp10。折叠酶在蛋白质折叠过程中帮助二硫键正确形成和配对的折叠酶二硫键形成酶（Dsb）主要存在于细菌内膜间隙和外膜，催化二硫键形成二硫键异构酶（PDI）存在于内质网管腔内，含量多，具有非特异的多肽结合能力，是一个特殊的多功能蛋白，其折叠活性由异构酶和分子伴侣两种活性共同组成催化脯氨酸残基cis-trans异构化的酶催化蛋白质中反式肽基脯氨酰键异构成顺式构型三、蛋白质的去折叠或变性NativestatefoldedDenaturedstateunfoldedunfoldingrefolding绝大多数的小蛋白质的去折叠与再折叠是可逆的枯草杆