第二章蛋白质的结构与功能.ppt

目录目录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第二章第二章目录目录n什么是蛋白质什么是蛋白质?是是由由氨氨基基酸酸为为单单位位组组成成的的一一类类重重要要的的生生物物大大分分子子，是是生命的物质基础。生命的物质基础。目录目录蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第一节第一节目录目录n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞胞的的各各个个部分都含有蛋白质。部分都含有蛋白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是生生物物体体中中含含量量最最丰丰富富的的生生物物大大分分子子，约约占占人人体体固固体体成成分分的的45%45%，而而在在细细胞胞中中可可达达细细胞胞干干重重的的70%70%以上。以上。1.1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递2.2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.3.氧化供能氧化供能目录目录一、组成蛋白质的元素一、组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有C(碳50%55%）、H(氢6%7%）、O(氧19%24%）、N(氮13%19%）和和S（硫04）。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。目录目录 各种蛋白质的含氮量很接近，各种蛋白质的含氮量很接近，平均为平均为1616。n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点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：100100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 (g(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.256.251001001/16%1/16%目录目录 三聚氰胺 三聚氰胺（C3H6N6），俗称密胺、蛋白精，是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，IUPAC命名为“1，3，5三嗪-2，4，6-三氨基”，常被用作化工原料。三聚氰胺性状为纯白色单斜晶体，几乎无味，微溶于水，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、甘油等，对身体有害。食品工业常用凯氏定氮法测定食品中氮，从而推算食品中蛋白质的含量。由于三聚氰胺中含非蛋白氮高，当三聚氰胺被掺入食品时，待测样品可被测得较高的氮的含量，从而推算出有较高的蛋白质含量。三聚氰胺进入人体后，发生取代反应，生成三聚氰酸，三聚氰酸和三聚氰胺形成大的网状结构，导致结石。2008年我国发生的“三鹿奶粉中毒事件”就是利用上述原理，用非蛋白氮冒充蛋白氮，以增加奶粉中蛋白质的被测含量，造成大量婴幼儿发生肾结石。小知识目录目录二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸 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，这20种氨基酸在遗传信息的传递中由核酸三联体密码子编码并决定其在特定多肽链中的排列顺序和数目。目录目录 构成蛋白质的氨基酸均属L-型（甘氨酸除外)，它们在结构上的共同特点是氨基(脯氨酸是亚氨基）连接在与羧基相连的-碳原子上，因此称为 L-氨基酸。氨基酸分子中的-碳原子为不对称碳原子(甘氨酸除外)。除氨基和羧基外，-碳原子还连有一个氢原子和一个侧链（R基团)。各种氨基酸的区别就在于R基团的不同。L-氨基酸的结构通式：（一）氨基酸的结构特点（一）氨基酸的结构特点H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+N H3C O O-H体体内内也也存存在在若若干干不不参参与与蛋蛋白白质质合合成成但但具具有有重重要要生生理理作作用用的的L-L-氨氨基基酸酸，如如参参与与合合成成尿尿素素的的 鸟鸟 氨氨 酸酸（ornithineornithine）、瓜瓜 氨氨 酸酸（citrullinecitrulline）和精氨酸代琥珀酸。）和精氨酸代琥珀酸。非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类(一一)非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸目录目录(二二)极性中性氨基酸极性中性氨基酸甲硫氨酸目录目录(三三)芳香族氨基酸芳香族氨基酸目录目录(四四)酸性氨基酸酸性氨基酸目录目录(五五)碱性氨基酸碱性氨基酸（三）几种特殊氨基酸（三）几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 脯氨酸应属亚氨基酸，N在环中移动的自由度受限制，但其亚氨基仍能与另一羧基形成肽键。脯氨酸在蛋白质合成加工时可被修饰成羟脯氨酸；半胱氨酸巯基失去质子的倾向较其它氨基酸为大，其极性最强；2个半胱氨酸通过脱氢后以二硫键相连接，形成胱氨酸。蛋白质分子中有不少半胱氨酸以胱氨酸形式存在。有些氨基酸是蛋白质合成后加工修饰而成，如甲基组氨酸、羟脯氨酸、羟赖氨酸等。有些游离存在的氨基酸，如鸟氨酸、瓜氨酸，同型半胱氨酸，虽不存在于蛋白质分子中，但与蛋白质的代谢有密切关系。半胱氨酸半胱氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-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-+NH3三三、氨基酸的重要理化性质氨基酸的重要理化性质（一）（一）两性解离性质和等电点两性解离性质和等电点 由于所有的氨基酸分子中都含有碱性的由于所有的氨基酸分子中都含有碱性的-氨基和酸性的氨基和酸性的-羧基，因此氨基酸是两性电解质，具有两性解离的特性。氨基羧基，因此氨基酸是两性电解质，具有两性解离的特性。氨基酸的解离方式取决于其所处溶液的酸的解离方式取决于其所处溶液的pHpH值。氨基和羧基的解离受溶液值。氨基和羧基的解离受溶液pHpH的影响。在的影响。在pHpHpIpI的溶液中的溶液中H H+浓度高，羧基的解离受抑制，氨基浓度高，羧基的解离受抑制，氨基酸带正电荷，在电场中向阴极移动。在酸带正电荷，在电场中向阴极移动。在pHpIpHpI的溶液中的溶液中H H+浓度低，氨浓度低，氨基解离受抑制，氨基酸带负电荷，在电场中向阳极移动。在一定的基解离受抑制，氨基酸带负电荷，在电场中向阳极移动。在一定的pHpH条件下，某种氨基酸酸性解离和碱性解离的趋势相等，所带的正条件下，某种氨基酸酸性解离和碱性解离的趋势相等，所带的正负电荷相等，称为兼性离子。此时溶液的负电荷相等，称为兼性离子。此时溶液的pHpH就称为该氨基酸的等电就称为该氨基酸的等电点（点（pIpI）。在兼性离子状态下，它所带正负电荷相等，净电荷为零，）。在兼性离子状态下，它所带正负电荷相等，净电荷为零，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动。在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动。pH=pH=pIpI+OH-pHpHpIpI+H+OH-+H+pHpHpIpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子（二）氨基酸的紫外吸收性质（二）氨基酸的紫外吸收性质芳香族氨基酸色氨酸、芳香族氨基酸色氨酸、酪氨酸分子中酪氨酸分子中含有共轭双键含有共轭双键，在在 280 nm280 nm 波长处波长处具有特征具有特征性吸收性吸收峰。峰。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法。快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收（三）氨基酸的呈色反应（三）氨基酸的呈色反应氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm570nm处。处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。系，因此可作为氨基酸定量分析方法。目录目录四、肽链中氨基酸的连接方式四、肽链中氨基酸的连接方式肽肽键键(peptide(peptide bond)bond)是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合合而而形成的酰胺键形成的酰胺键（COCONHNH）。（一）（一）肽键和肽肽键和肽+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键目录目录肽肽(peptide)(peptide)是是由由氨氨基基酸酸通通过过肽肽键键缩缩合合而而形成的化合物。形成的化合物。两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成成二二肽肽，三三分分子子氨氨基基酸缩合则形成三肽酸缩合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不全，被称为氨基酸残基不全，被称为氨基酸残基(residue)(residue)。由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide)(oligopeptide)，由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽称多肽肽称多肽(polypeptide)(polypeptide)。N N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端：多肽链有两端：多多肽肽链链(polypeptide(polypeptide chain)chain)是是指指许许多多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。N N末端末端C C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 蛋白质是由许多氨基酸残基组成、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，蛋白质的氨基酸残功能的多肽。一般而论，蛋白质的氨基酸残基数通常在基数通常在5050个以上，个以上，5050个氨基酸残基以下个氨基酸残基以下则仍称为多肽。则仍称为多肽。（二）（二）天然存在的活性肽 人体内存在许多具有重要生物学功能的肽，称为生物活性肽，有有的的仅仅三三肽肽，有有的的为为寡寡肽肽或或多多肽肽，在在代代谢谢调调节节、神神经经传传导导等等方方面面起起着着重重要要的的作作用用。随随着着生生物物技技术术的的发发展展，许许多多化化学学合合成成或或重重组组 DNADNA技技术术制制备备的的肽肽类类药药物物和和疫疫苗苗已已在在疾疾病病预预防防和和治治疗疗方方面面取取得得成效。成效。目录目录 1.谷胱甘肽(GSH)nGSHGSH与与GSSGGSSG间的转换间的转换 解解毒毒作作用用：与与毒毒物物或或药药物物结结合合，消消除除其其毒毒性性作作用；用；参与氧化还原反应参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与：作为重要的还原剂，参与体内多种氧化还原反应；体内多种氧化还原反应；保护巯基酶的活性保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团：使巯基酶的活性基团-SH-SH维持还原状态；维持还原状态；维持红细胞膜结构的稳定维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用胞膜结构的破坏作用。谷胱甘肽的生理功用：种类较多，生理功能各异。种类较多，生理功能各异。多肽类激素主要见于下丘脑及垂体分泌的激素，如多肽类激素主要见于下丘脑及垂体分泌的激素，如催产素催产素（9 9肽）、肽）、加压素加压素（9 9肽）、肽）、促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素（3939肽）、肽）、促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素（3 3肽）。肽）。神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽脑啡肽（5 5肽）、肽）、-内啡肽内啡肽（3131肽）、肽）、强啡肽强啡肽（1717肽）等。肽）等。2.2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽目录目录蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 第二节第二节目录目录n 蛋白质的分子结构可分为一级、二级、三蛋白质的分子结构可分为一级、二级、三级和四级。一级结构是蛋白质的基本结构，二级和四级。一级结构是蛋白质的基本结构，二级、三级、四级结构称为级、三级、四级结构称为空间结构或构象空间结构或构象。蛋。蛋白质的各种生物学功能和性质是由其结构所决白质的各种生物学功能和性质是由其结构所决定的定的。n定义定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-N-端至端至C-C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础的基础，但不是决定蛋白质空间构象的，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。二、蛋白质空间结构二、蛋白质空间结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 1.1.肽键平面肽键平面X射线衍射分析证明，多肽链中肽键（C-N）的键长为0.132nm，介 于 C-N单 键 长（0.149nm）和 C=N双 键 长（0.127nm）之间，有一定程度双键性能，不能自由旋转，可出现顺反异构现象。在肽键中与C-N相连的O和H为反式结构，这样使肽键中的C、O、N、H四个原子和与它们相邻的C处在同一平面内，这个平面称为肽键平面，又称肽单元。肽键两端的C-N和C-C单键可以自由旋转，旋转的角度决定了两个相邻肽键平面的相对空间位置。肽链的卷曲、折叠是由于肽键平面随C两侧单键的旋转而形成的目录目录THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二43可编辑目录目录目录目录 -螺旋和-折叠是蛋白质二级结构的主要形式；此外，-转角和无规卷曲也属于蛋白质二级结构的类型。2二级结构的基本形式 多肽链的主链沿长轴方向有规律地盘旋成螺旋状，螺旋走向为顺时针方向，称右手螺旋。每3.6个氨基酸残基盘绕一圈，螺距为0.54nm。氨基酸侧链伸向螺旋外侧，其基团大小、形状及电荷性质均影响-螺旋的形成。螺旋与螺旋之间通过肽键的N-H与第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与长轴基本平行，因此维系蛋白质二级结构的化学键是氢键（1）-螺旋：目录目录 在-折叠结构中，多肽链充分伸展，每个肽单元以C为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上下方。所形成的锯齿状结构一般比较短，只含58个氨基酸残基。两条以上的多肽链或一条多肽链中的若干肽段可互相靠拢，平行排列通过氢键相连，以维持-折叠结构的稳定。若两条肽链走向相同，即为顺向平行，反之则为逆向平行。(2)-折叠又称-片层 目录目录（3 3）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。范德华力等。n主要的化学键主要的化学键:蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指整条肽链所有原是指整条肽链所有原子的空间排布，它包括主链构象和侧链构象。子的空间排布，它包括主链构象和侧链构象。蛋白质的三级结构是在二级结构的基础上，由蛋白质的三级结构是在二级结构的基础上，由于侧链于侧链R R基团的相互作用，进一步盘曲折叠而形基团的相互作用，进一步盘曲折叠而形成的成的。肌肌红红蛋蛋白白是是由由153153个个氨氨基基酸酸残残基基构构成成的的单单个个肽肽链链的的蛋蛋白白质质，含含有有1 1个个血血红红素素辅辅基基。下下图图显显示示肌肌红红蛋蛋白白的的三三级级结结构构。肌肌红红蛋蛋白白分分子子中中-螺螺旋旋占占75%75%，构构成成A A至至H H 8 8个个螺螺旋旋区区，两两个个螺螺旋旋区区之之间间有有一一段段无无规规则则卷卷曲曲，脯脯氨氨酸酸位位于于转转角角处处。由由于于侧侧链链R R基基团团的的相相互互作作用用，多多肽肽链链缠缠绕绕，形形成成一一个个球球状状分分子子（4.5nm4.5nm3.5nm3.5nm2.5nm2.5nm），球球表表面面主要有亲水侧链，疏水侧链则位于分子内部。主要有亲水侧链，疏水侧链则位于分子内部。肌红蛋白肌红蛋白 (Mb)(Mb)N 端端 C端端结构域结构域分子量大的蛋白质在形成三级结构时，多肽链上相互邻近的二级结构紧密联系形成1个或数个发挥生物学功能的特定区域称之为“结构域”。这种“结构域”可以是酶的活性中心或是受体与配体结合的部位，大多呈裂缝、口袋、洞穴状等。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部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，称为位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。许多功能性蛋白质分子含有许多功能性蛋白质分子含有2 2条或条或2 2条以上多肽条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)(subunit)。由由2 2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称之之为为同同二二聚聚体体(homodimer)(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结构不同，则称之为结构不同，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)(heterodimer)。血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构目录目录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第三节第三节目录目录一、蛋白质一级结构与一、蛋白质一级结构与功能功能的关系的关系 如如核糖核酸酶是由核糖核酸酶是由124124个氨基酸残基组成的蛋白质，依靠分个氨基酸残基组成的蛋白质，依靠分子内子内4 4对二硫键（对二硫键（Cys26 Cys26 和和 Cys84,Cys40 Cys84,Cys40 和和 Cys95,Cys58 Cys95,Cys58 和和 Cys110Cys110，Cys65 Cys65 和和 Cys72 Cys72）及非共价键维持其空间结构。当有尿）及非共价键维持其空间结构。当有尿素和素和-巯基乙醇存在时，二硫键和非共价键断裂，空间结构破巯基乙醇存在时，二硫键和非共价键断裂，空间结构破坏，酶活性丧失。用透析的方法除去尿素和坏，酶活性丧失。用透析的方法除去尿素和-巯基乙醇后，由巯基乙醇后，由于一级结构并未破坏，多肽链可自动形成于一级结构并未破坏，多肽链可自动形成4 4对二硫键，核糖核酸对二硫键，核糖核酸酶折叠成其天然三级结构，并恢复原有的生物学酶折叠成其天然三级结构，并恢复原有的生物学功能。功能。（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性目录目录（二）二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能功能一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象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。以及功能也相似。氨基酸残基序号氨基酸残基序号胰岛素胰岛素 A5 A6 A10 A30A5 A6 A10 A30 人人 Thr Ser Thr Ser Ile ThrIle Thr 猪猪 Thr Ser Thr Ser Ile AlaIle Ala 狗狗 Thr Ser Thr Ser Ile AlaIle Ala 兔兔 Thr Gly Thr Gly Ile SerIle Ser 牛牛 Ala Gly Ala Gly Val AlaVal Ala 羊羊 Ala Ser Ala Ser Val AlaVal Ala 马马 Thr Ser Thr Ser Ile AlaIle Ala（三）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（三）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾子发生变异所导致的疾病，称为病，称为“分子病分子病”。n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 （二）空间结构与功能的关系（二）空间结构与功能的关系1.1.血红蛋白构象改变引起功能变化血红蛋白构象改变引起功能变化n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin(myoglobin，Mb)Mb)n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin(hemoglobin，Hb)Hb)目录目录 正常成人红细胞中的血红蛋白由两条链和两条链组成。血红蛋白有两种构象，即紧张态和松弛态。在血红蛋白未与氧结合时，其亚基间结合紧密为紧张态（tense state，T态），此时与氧的亲和力小。在组织中，血红蛋白呈T态，使血红蛋白释放出氧供组织利用。在肺血红蛋白各亚基间呈相对松弛状态即松弛态(relaxed state，R态)，此时与氧的亲和力大，当第一个亚基与氧结合后，就会促使第二、第三个亚基与氧结合，而前三个亚基与氧的结合，又大大促进了第四个亚基与氧结合，这样有利于血红蛋白在氧分压高的肺中迅速充分地与氧结合。这种小分子物质与大分子蛋白质结合，引起蛋白质分子构象及生物学功能变化的过程称为变构效应。引起变构效应的小分子物质称为变构效应剂。血红蛋白通过变构效应改变其分子构象，从而完成其运输O2和CO2的功能。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合2.2.蛋白质构象改变可导致构象病蛋白质构象改变可导致构象病蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，仍仍可可影影响响其其功功能能，严严重重时时可可导导致疾病发生。致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解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。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,(prion protein,PrP)PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPPrPc c。PrPPrPc c在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPPrPscsc，从而致病。，从而致病。n疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变目录目录第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、蛋白质具有两性电离的性质一、蛋白质具有两性电离的性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pHpH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pHpH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)(isoelectric point,pI)利用蛋白质两性解离的特性，可通过电泳将不同的蛋白质从混合物中分离出来。电泳是指带电粒子在电场中向电性相反的电极泳动的现象。不同的蛋白质所带电荷的性质、数量和分子的大小、形状不同，在电场中泳动的速度和方向则不一样。带电荷多，分子小的泳动较快；带电荷少，分子大的泳动较慢，从而达到分离蛋白质的目的。二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1 1万万至至100100万万之之巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1 1100nm100nm，为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜n蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素:+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质空间结构破坏而引起变性三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在在某某些些物物理理和和化化学学因因素素作作用用下下，其其特特定定的的空空间间构构象象被被破破坏坏，也也即即有有序序的的空空间间结结构构变变成成无无序序的的空空间间结结构构，从从而而导导致致其其理理化化性性质质改改变变和和生生物活性的丧失。物活性的丧失。n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)(denaturation)n造成变性的因素造成变性的因素:如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等重金属离子及生物碱试剂等。n变性的本质变性的本质:破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。质的一级结构。n 应用举例应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白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。质制剂（如疫苗等）的必要条件。若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分恢恢复复其其原原有有的的构构象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation)(renaturation)。天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性在在一一定定条条件件下下，蛋蛋白白疏疏水水侧侧链链暴暴露露在在外外，肽肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变变性性的的蛋蛋白白质质易易于于沉沉淀淀，有有时时蛋蛋白白质质发发生生沉沉淀，但并不变性。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。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。n蛋白质沉淀蛋白质沉淀n蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)(protein coagulation)四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm280nm波长处有特征性吸收峰。波长处有特征性吸收峰。蛋白质的蛋白质的A A280280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。白质定量测定。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。三酮反应。蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双双缩脲反应缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。程度。五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量1.1.茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)(ninhydrin reaction)2.2.双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)(biuret reaction)目录目录THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二84可编辑