生物化学和分子生物学人卫版教材全集省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

目录目录生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学第1页目录目录蛋白质结构与功效蛋白质结构与功效第一章第一章Structure and Function of Protein第2页目录目录n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质(protein)是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸(amino acids)经经过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形成高分子含氮化合物。形成高分子含氮化合物。第3页目录目录n蛋白质研究历史蛋白质研究历史18331833年年，PayenPayen和和PersozPersoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。18381838年年，荷兰科学家，荷兰科学家 G.J.MulderG.J.Mulder引入引入“protein”protein”（源自希腊字（源自希腊字proteiosproteios，意为，意为primaryprimary）一词）一词 18641864年年，Hoppe-SeylerHoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。其制成结晶。1919世纪末世纪末，FischerFischer证实蛋白质是由氨基酸组成，并证实蛋白质是由氨基酸组成，并将氨基酸合成了各种短肽将氨基酸合成了各种短肽 。第4页目录目录19511951年年,PaulingPauling采取采取X X（射）线晶体衍射发觉了蛋白（射）线晶体衍射发觉了蛋白质二级结构质二级结构-螺旋螺旋(-helix)(-helix)。19531953年年，Frederick SangerFrederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。19621962年年，John KendrewJohn Kendrew和和Max PerutzMax Perutz确定了血红蛋白确定了血红蛋白四级结构。四级结构。2020世纪世纪9090年代以后年代以后，伴随人类基因组计划实施，功，伴随人类基因组计划实施，功效基因组与蛋白质组计划展开效基因组与蛋白质组计划展开 ，使蛋白质，使蛋白质结构与功效研究到达新高峰结构与功效研究到达新高峰 。第5页目录目录蛋白质分子组成蛋白质分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节第6页目录目录n蛋白质生物学主要性蛋白质生物学主要性分分布布广广：全全部部器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞各个部分都含有蛋白质。胞各个部分都含有蛋白质。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生生物物大大分分子子，约约占占人人体体固固体体成成份份45%45%，而而在在细细胞胞中可达细胞干重中可达细胞干重70%70%以上。以上。1.蛋白质是生物体主要组成成份蛋白质是生物体主要组成成份第7页目录目录作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调整作用代谢调整作用免疫保护作用免疫保护作用物质转运和存放物质转运和存放运动与支持作用运动与支持作用参加细胞间信息传递参加细胞间信息传递2.蛋白质含有主要生物学功效蛋白质含有主要生物学功效3.氧化供能氧化供能第8页目录目录n组成蛋白质元素组成蛋白质元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。有些蛋白质含有少许磷或金属元素铁、有些蛋白质含有少许磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。第9页目录目录 各种蛋白质含氮量很靠近，平均为各种蛋白质含氮量很靠近，平均为16。因因为为体体内内含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，所所以以，只只要要测测定定生生物物样样品品中中含含氮氮量量，就就能能够够依依据据以以下下公式推算出蛋白质大致含量：公式推算出蛋白质大致含量：100克样品中蛋白质含量克样品中蛋白质含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%n蛋白质元素组成特点蛋白质元素组成特点第10页目录目录一、组成人体蛋白质一、组成人体蛋白质20种种L-氨基酸氨基酸 存存在在自自然然界界中中氨氨基基酸酸有有300300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸仅仅有有2020种种，且且均均属属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。第11页目录目录第12页目录目录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸通式氨基酸通式RC+NH3COO-H第13页目录目录 除除了了2020种种基基本本氨氨基基酸酸外外，近近年年发发觉觉硒硒代代半半胱胱氨氨酸酸在在一一些些情情况况下下也也可可用用于于合合成成蛋蛋白白质质。硒硒代代半半胱胱氨氨酸酸从从结结构构上上来来看看，硒硒原原子子替替换换了了半半胱胱氨氨酸酸分分子子中中硫硫原原子子。硒硒代代半半胱胱氨氨酸酸存存在在于于少少数数天天然然蛋蛋白白质质中中，包包含含过过氧氧化化物物酶酶和和电电子子传传递递链链中中还还原原酶酶等等。硒硒代代半半胱胱氨氨酸酸参参加加蛋蛋白白质质合合成成时时，并并不不是是由由当当前前已已知知密密码码子子编编码码，详详细细机机制制尚尚不不完完全清楚。全清楚。第14页目录目录体体内内也也存存在在若若干干不不参参加加蛋蛋白白质质合合成成但但含含有有主主要要生生理理作作用用L-L-氨氨基基酸酸，如如参参加加合合成成尿尿素素鸟鸟氨氨酸酸（ornithineornithine）、瓜瓜氨氨酸酸（citrullinecitrulline）和和精精氨氨酸酸代代琥珀酸（琥珀酸（argininosuccinateargininosuccinate）。）。第15页目录目录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、氨基酸二、氨基酸可依据侧链结构和理化可依据侧链结构和理化性质进行分类性质进行分类第16页目录目录(一一)侧链含烃链氨基酸属于非极性脂肪族氨侧链含烃链氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸基酸第17页目录目录(二二)侧链有极性但不带电荷氨基酸是极性中侧链有极性但不带电荷氨基酸是极性中性氨基酸性氨基酸甲硫氨酸第18页目录目录(三三)侧链含芳香基团氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团氨基酸是芳香族氨基酸第19页目录目录(四四)侧链含负性解离基团氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团氨基酸是酸性氨基酸第20页目录目录(五五)侧链含正性解离基团氨基酸属于碱性氨侧链含正性解离基团氨基酸属于碱性氨基酸基酸第21页目录目录n几个特殊氨基酸几个特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2第22页目录目录 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第23页目录目录在蛋白质翻译后修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸可在蛋白质翻译后修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸可分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。蛋白质分子中蛋白质分子中2020种氨基酸残基一些基团还可被甲种氨基酸残基一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。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，可改变蛋白质溶解度、稳定性、这些翻译后修饰，可改变蛋白质溶解度、稳定性、亚细胞定位和与其它细胞蛋白质相互作用性质等，亚细胞定位和与其它细胞蛋白质相互作用性质等，表达了蛋白质生物多样性一个方面。表达了蛋白质生物多样性一个方面。第24页目录目录三、三、20种氨基酸含有共同或特异理化性质种氨基酸含有共同或特异理化性质n两性解离及等电点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氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液酸碱度。处溶液酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此时溶液此时溶液pH值值称为该氨基酸称为该氨基酸等电点等电点。（一）氨基酸含有两性解离性质（一）氨基酸含有两性解离性质第25页目录目录pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸兼性离子氨基酸兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子第26页目录目录（二）含共轭双键氨基酸含有紫外吸收性质（二）含共轭双键氨基酸含有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸最色氨酸、酪氨酸最大吸收峰在大吸收峰在 280 nm 附附近。近。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280nm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快快速速简便方法。简便方法。芳香族氨基酸紫外吸收芳香族氨基酸紫外吸收第27页目录目录（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物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色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm处。处。因因为为此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸含含量量存存在在正正比比关系，所以可作为氨基酸定量分析方法。关系，所以可作为氨基酸定量分析方法。第28页目录目录四、氨基酸经过肽键连接而形成蛋白四、氨基酸经过肽键连接而形成蛋白质或活性肽质或活性肽肽肽键键(peptide bond)是是由由一一个个氨氨基基酸酸-羧羧基基与另一个氨基酸与另一个氨基酸-氨基脱水缩合而形成化学键。氨基脱水缩合而形成化学键。（一）（一）氨基酸经过肽键连接而形成肽氨基酸经过肽键连接而形成肽第29页目录目录+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第30页目录目录肽肽(peptide)是是由由氨氨基基酸酸经经过过肽肽键键缩缩合合而而形形成化合物。成化合物。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不全，被称为氨基酸残基全，被称为氨基酸残基(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肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide)，由由更更多多氨氨基基酸酸相相连连形形成成肽肽称称多多肽肽(polypeptide)。第31页目录目录N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基一端一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基一端一端n多肽链有两端：多肽链有两端：多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成一个结构。基酸之间以肽键连接而成一个结构。第32页N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第33页目录目录 蛋白质是由许多氨基酸残基组成、折叠蛋白质是由许多氨基酸残基组成、折叠成特定空间结构、并含有特定生物学功效多成特定空间结构、并含有特定生物学功效多肽。普通而论，蛋白质氨基酸残基数通常在肽。普通而论，蛋白质氨基酸残基数通常在50个以上，个以上，50个氨基酸残基以下则仍称为多个氨基酸残基以下则仍称为多肽。肽。第34页目录目录（二）（二）体内存在各种主要生物活性肽体内存在各种主要生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第35页目录目录GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间转换间转换 第36页目录目录 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第37页目录目录蛋白质分子结构蛋白质分子结构The Molecular Structure of Protein 第二节第二节第38页目录目录n蛋白质分子结构包含蛋白质分子结构包含:高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)第39页目录目录n定义定义:蛋白质一级结构指在蛋白质分子从蛋白质一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端端氨基酸排列次序氨基酸排列次序。一、一、氨基酸排列次序决定蛋白质氨基酸排列次序决定蛋白质一级结构一级结构n主要化学键主要化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包含二硫键。，有些蛋白质还包含二硫键。第40页目录目录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效功效基础基础，但不是决定蛋白质空间构象但不是决定蛋白质空间构象唯一原因唯一原因。第41页目录目录当当前前已已知知一一级级结结构构蛋蛋白白质质数数量量已已相相当当可可观观，而而且还以更加快速度增加。且还以更加快速度增加。国际互联网有若干主要蛋白质数据库，比如国际互联网有若干主要蛋白质数据库，比如nEMBL（European Molecular Biology Laboratory Data Library）nGenbank（Genetic Sequence Databank）nPIR（Protein Identification Resource Sequence Database）搜搜集集了了大大量量最最新新蛋蛋白白质质一一级级结结构构及及其其它它资资料料，为蛋白质结构与功效深入研究提供了便利。为蛋白质结构与功效深入研究提供了便利。第42页目录目录二、二、多肽链局部主链构象为蛋白质多肽链局部主链构象为蛋白质二级结构二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链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相相对对空空间间位位置，并不包括氨基酸残基侧链构象置，并不包括氨基酸残基侧链构象。n定义定义:n主要化学键主要化学键：氢键氢键 第43页目录目录 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)n蛋白质二级结构蛋白质二级结构n所谓肽链主链骨架原子即所谓肽链主链骨架原子即N N（氨基氮）、（氨基氮）、CC（-碳原子）和碳原子）和CoCo（羰基碳）（羰基碳）3 3个原子个原子依次重复排列。依次重复排列。第44页目录目录（一）参加肽键形成（一）参加肽键形成6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参加加肽肽键键6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一一平平面面上上6个原子组成了所谓个原子组成了所谓肽单元肽单元(peptide unit)。第45页目录目录第46页目录目录 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（二）（二）-螺旋结构是常见蛋白质二级结构螺旋结构是常见蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构第47页目录目录（二）（二）-螺旋结构是常见蛋白质二级结构螺旋结构是常见蛋白质二级结构第48页目录目录（三）（三）-折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构第49页目录目录第50页目录目录（四）（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性那部分无规卷曲是用来阐述没有确定规律性那部分肽链结构。肽链结构。第51页目录目录（五）（五）二级结构可组成蛋白质分子中二级结构可组成蛋白质分子中模体模体在许多蛋白质分子中，可发觉二个或三个含在许多蛋白质分子中，可发觉二个或三个含有二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个有二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个有规则二级结构组合，被称为有规则二级结构组合，被称为超二级结构超二级结构。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种：种：，。第52页目录目录二个或三个含有二级结构肽段，在空间上二个或三个含有二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个特殊空间构象，称为相互靠近，形成一个特殊空间构象，称为模体模体(motif)。模体是含有特殊功效超二级结构。模体是含有特殊功效超二级结构。第53页目录目录钙结合蛋白中结合钙结合蛋白中结合钙离子模体钙离子模体锌指结构锌指结构-螺旋螺旋-转角（或转角（或环）环）-螺旋模体螺旋模体链链-转角转角-链模体链模体链链-转角转角-螺旋螺旋-转角转角-链模体链模体n模体常见形式模体常见形式第54页目录目录（六）氨基酸残基（六）氨基酸残基侧链侧链影响二影响二级结级结构形成构形成蛋白质二级结构是以一级结构为基础。一蛋白质二级结构是以一级结构为基础。一段肽链其氨基酸残基侧链适合形成段肽链其氨基酸残基侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折折叠，它就会出现对应二级结构。叠，它就会出现对应二级结构。第55页目录目录三、三、多肽链在二级结构基础上深入折叠形多肽链在二级结构基础上深入折叠形成三级结构成三级结构疏水键、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主要化学键主要化学键:整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。即肽链中全部原子在三维空间排布位置。即肽链中全部原子在三维空间排布位置。n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置残基相对空间位置第56页目录目录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第57页目录目录第58页目录目录（二）结构域（二）结构域是三级结构层次上独立功效区是三级结构层次上独立功效区分子量较大蛋白质常可折叠成多个结构较为分子量较大蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定区域，并各行其功效，称为结构域紧密且稳定区域，并各行其功效，称为结构域 (domain)。大大多多数数结结构构域域含含有有序序列列上上连连续续100100至至200200个个氨氨基基酸酸残残基基，若若用用限限制制性性蛋蛋白白酶酶水水解解，含含多多个个结结构构域域蛋蛋白白质质常常分分解解出出独独立立结结构构域域，而而各各结结构构域域构构象象能能够够基基本本不不改改变变，并并保持其功效。保持其功效。超二级结构则不具备这种特点。超二级结构则不具备这种特点。所所以以，结结构构域域也也可可看看作作是是球球状状蛋蛋白白质质独独立立折折叠叠单单位位，有较为独立三维空间结构。有较为独立三维空间结构。第59页目录目录3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢酶亚基结脱氢酶亚基结构示意图构示意图 第60页目录目录（三）（三）蛋白质多肽链须折叠成正确空间构象蛋白质多肽链须折叠成正确空间构象分子伴侣分子伴侣(chaperon)经过提供一个保护环境从而经过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠整天然构象或形成四级结构。加速蛋白质折叠整天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段疏水部分结合随即分子伴侣可逆地与未折叠肽段疏水部分结合随即松开，如此重复进行可预防错误聚集发生，使肽松开，如此重复进行可预防错误聚集发生，使肽链正确折叠。链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集肽段结合，使之解聚后，分子伴侣也可与错误聚集肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。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正确形分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键正确形成起了主要作用。成起了主要作用。第61页目录目录亚基之间结合主要是氢键和离子键。亚基之间结合主要是氢键和离子键。四、四、含有二条以上多肽链蛋白质含含有二条以上多肽链蛋白质含有四级结构有四级结构蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触部位布局和相互作用，称为部位布局和相互作用，称为蛋白质四级结构蛋白质四级结构。许多功效性蛋白质分子含有许多功效性蛋白质分子含有2 2条或条或2 2条以上条以上多肽链。每一条多肽链都有完整三级结构，称多肽链。每一条多肽链都有完整三级结构，称为蛋白质为蛋白质亚基亚基 (subunit)。第62页目录目录由由2个个亚亚基基组组成成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)，若若亚亚基基分分子子结结构不一样，则称之为构不一样，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白四血红蛋白四级结构级结构第63页目录目录五、蛋白质分类五、蛋白质分类n依据蛋白质组成成份依据蛋白质组成成份:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分n依据蛋白质形状依据蛋白质形状:纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质第64页目录目录n蛋白质家族（蛋白质家族（protein family）:氨基酸序列相氨基酸序列相同而且空间结构与功效也十分相近蛋白质。同而且空间结构与功效也十分相近蛋白质。n属于同一蛋白质家族组员，称为属于同一蛋白质家族组员，称为同源蛋白质同源蛋白质（homologous protein）。n蛋蛋白白质质超超家家族族（superfamily）:2 2个个或或2 2个个以以上上蛋蛋白白质质家家族族之之间间，其其氨氨基基酸酸序序列列相相同同性性并并不不高高，但但含含有发挥相同作用同一模体结构。有发挥相同作用同一模体结构。第65页目录目录蛋白质结构与功效关系蛋白质结构与功效关系The Relation of Structure and Function of Protein第三节第三节第66页目录目录（一）一级结构是空间构象基础（一）一级结构是空间构象基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构是高级结构与功效基础与功效基础牛核糖核酸酶一牛核糖核酸酶一级结构级结构二二硫硫键键第67页目录目录 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，无活性第68页目录目录（二）一级结构相同蛋白质含有相同高级结构（二）一级结构相同蛋白质含有相同高级结构与功效与功效一级结构相同多肽或蛋白质，其空间构象以一级结构相同多肽或蛋白质，其空间构象以及功效也相同。及功效也相同。氨基酸残基序号氨基酸残基序号胰岛素胰岛素 A5 5 A6 6 A10 10 A3030 人人 Thr Ser Ile Thr 猪猪 Thr Ser Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile Ala 兔兔 Thr Gly Ile Ser 牛牛 Ala Gly Val Ala 羊羊 Ala Ser Val Ala 马马 Thr Ser Ile Ala第69页目录目录（三）（三）氨基酸序列提供主要生物进化信息氨基酸序列提供主要生物进化信息一些广泛存在于生一些广泛存在于生物界蛋白质如细胞色素物界蛋白质如细胞色素(cytochrome C)，比较，比较它们一级结构，能够帮它们一级结构，能够帮助了解物种进化间关系。助了解物种进化间关系。第70页目录目录（四）主要蛋白质氨基酸序列改变可引发疾病（四）主要蛋白质氨基酸序列改变可引发疾病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)这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称为为“分子病分子病”。第71页目录目录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、二、蛋白质功效依赖特定空间结构蛋白质功效依赖特定空间结构（一）（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相同血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相同第72页目录目录n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌肌红红蛋蛋白白是是一一个个只只有有三三级级结结构构单单链链蛋蛋白白质质，有有8 8段段-螺螺旋旋结构。结构。血血红红素素分分子子中中两两个个丙丙酸酸侧侧链链以以离离子子键键形形式式与与肽肽链链中中两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链上上正正电电荷荷相相连连，加加之之肽肽链链中中F8F8组组氨氨酸酸残残基基还还与与FeFe2+2+形形成成配配位位结结合合，所所以以血血红红素辅基与蛋白质部分稳定结合。素辅基与蛋白质部分稳定结合。第73页目录目录n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb)血血红红蛋蛋白白含含有有4个个亚亚基基组组成成四四级级结结构构，每每个个亚亚基基可可结结合合1 1个个血血红红素素并并携带携带1 1分子氧分子氧。Hb亚亚基基之之间间经经过过8对对盐盐键键，使使4个个亚亚基基紧紧密密结结合合而而形形成成亲亲水水球球状状蛋蛋白。白。第74页目录目录脱氧脱氧Hb亚基间和亚基内盐键亚基间和亚基内盐键 第75页目录目录Hb与与Mb一一样样能能可可逆逆地地与与O2结结合合，Hb与与O2 2结结合合后后称称为为氧氧合合Hb。氧氧合合Hb占占总总Hb百百分分数数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2 2浓度改变而改变。浓度改变而改变。（二）血红蛋白亚基构象改变可影响亚基（二）血红蛋白亚基构象改变可影响亚基与氧结合与氧结合第76页目录目录肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)氧解离曲线氧解离曲线第77页目录目录n协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质一个亚基与其配体结合一个寡聚体蛋白质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后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力现象，称为能力现象，称为协同效应协同效应。假如是促进作用则称为假如是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)假如是抑制作用则称为假如是抑制作用则称为负协同效应负协同效应(negative cooperativity)第78页目录目录第79页目录目录血血红红素素与与氧氧结结合合后后，铁铁原原子子半半径径变变小小，就就能能进进入卟啉环小孔中，继而引发肽链位置变动。入卟啉环小孔中，继而引发肽链位置变动。第80页目录目录n别构效应别构效应(allosteric effect)蛋蛋白白质质空空间间结结构构改改变变伴伴随随其其功功效效改改变变，称为称为别构效应别构效应。第81页目录目录（三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引发疾病可引发疾病蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质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，但但蛋蛋白白质质构构象象发发生生改改变变，仍仍可可影影响响其其功功效效，严严重重时时可可造造成成疾疾病发生。病发生。第82页目录目录蛋白质构象改变造成疾病机理蛋白质构象改变造成疾病机理：有些蛋白：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀病理改变。白质淀粉样纤维沉淀病理改变。这类疾病包含这类疾病包含：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。第83页目录目录疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引发一组人和动物神经退行性病变。引发一组人和动物神经退行性病变。正常正常PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质作用下可转变成全为在某种未知蛋白质作用下可转变成全为-折叠折叠PrPsc，从而致病。，从而致病。n疯牛病中蛋白质构象改变疯牛病中蛋白质构象改变第84页目录目录第四节第四节蛋白质理化性质蛋白质理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein第85页目录目录一、一、蛋白质含有两性电离性质蛋白质含有两性电离性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端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一一些些基基团团，在在一一定定溶溶液液pH条条件件下下都可解离成带负电荷或正电荷基团。都可解离成带负电荷或正电荷基团。当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷荷为零，此时溶液为零，此时溶液pH称为称为蛋白质等电点。蛋白质等电点。n蛋白质等电点蛋白质等电点(isoelectric point,pI)第86页目录目录二、蛋白质含有胶体性质二、蛋白质含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1万万至至100万万之之巨巨，其其分分子子直直径径可可达达1100nm，为为胶粒范围之内。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蛋白质胶体稳定原因蛋白质胶体稳定原因:第87页+带正电荷蛋白质带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质带负电荷蛋白质在等电点蛋白质在等电点蛋白质水化膜水化膜+带正电荷蛋白质带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质带负电荷蛋白质不稳定蛋白质颗粒不稳定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聚沉溶液中蛋白质聚沉第88页目录目录三、蛋白质空间结构破坏而引发变性三、蛋白质空间结构破坏而引发变性在在一一些些物物理理和和化化学学原原因因作作用用下下，其其特特定定空空间间构构象象被被破破坏坏，也也即即有有序序空空间间结结构构变变成成无无序序空空间间结结构构，从从而而造造成成其其理理化化性性质质改改变变和和生生物物活活性性丧失。丧失。n蛋白质变性蛋白质变性(denaturation)第89页目录目录n造成变性原因造成变性原因:如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、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变性本质变性本质: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，不改变蛋白质一级结构。质一级结构。第90页目录目录n 应用举例应用举例:临床医学上，变性原因常被应用来消毒及临床医学上，变性原因常被应用来消毒及灭菌。灭菌。另外另外,预防蛋白质变性也是有效保留蛋白质预防蛋白质变性也是有效保留蛋白质制剂（如疫苗等）必要条件。制剂（如疫苗等）必要条件。第91页目录目录若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性原原因因后后，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构构象象和功效，称为和功效，称为复性复性(renaturation)。第92页目录目录 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，无活性第93页目录目录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淀，但并不变性。但并不变性。蛋白质变性后絮状物加热可变成比较坚固凝蛋白质变性后絮状物加热可变成比较坚固凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。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蛋白质凝固作用蛋白质凝固作用(protein coagulation)第94页目录目录四、蛋白质四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰在紫外光谱区有特征性吸收峰因为蛋白质分子中含有共轭双键酪氨酸和因为蛋白质分子中含有共轭双键酪氨酸和色氨酸，所以在色氨酸，所以在280nm波优点有特征性吸收峰。波优点有特征性吸收峰。蛋白质蛋白质A280与其浓度呈正比关系，所以可作蛋与其浓度呈正比关系，所以可作蛋白质定量测定。白质定量测定。第95页目录目录蛋白质经水解后产生氨基酸也可发生茚三蛋白质经水解后产生氨基酸也可发生茚三酮反应。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，展现紫色或红色，此反应称为硫酸铜共热，展现紫色或红色，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五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量溶液含量1.茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)2.双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)第96页目录目录第五节第五节蛋白质分离纯化与结构分析蛋白质分离纯化与结构分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein第97页目录目录一、一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中小透析及超滤法可去除蛋白质溶液中小分子化合物分子化合物应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量超滤膜，到达浓缩蛋白质溶液目定截留分子量超滤膜，到达浓缩蛋白质溶液目标。标。n透析透析(dialysis)n超滤法超滤法利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开方法物分开方法。第98页目录目录二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是惯用二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是惯用蛋白质浓缩方法蛋白质浓缩方法使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀时，必须在时，必须在04低温下进行，低温下进行，丙酮用量普通丙酮用量普通10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应马上分离。除了丙酮以外，被丙酮沉淀后，应马上分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。也可用乙醇沉淀。盐析盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，造成蛋白质沉淀。被中和以及水化膜被破坏，造成蛋白质沉淀。第99页目录目录免疫沉淀法：免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可取得将某一纯化蛋白质免疫动物可取得抗该蛋白特异抗体。利用特异抗体识别对应抗原抗该蛋白特异抗体。利用特异抗体识别对应抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物性质，可从蛋白质蛋白，并形成抗原抗体复合物性质，可从蛋白质混合溶液中分离取得抗原蛋白。混合溶液中分离取得抗原蛋白。第100页目录目录三、利用荷电性质可电泳分离蛋白质三、利用荷电性质可电泳分离蛋白质蛋蛋白白质质在在高高于于或或低低于于其其pIpI溶溶液液中中为为带带电电颗颗粒粒，在在电电场场中中能能向向正正极极或或负负极极移移动动。这这种种经经过过蛋蛋白白质质在在电电场场中中泳泳动动而而到到达达分分离离各各种种蛋蛋白白质质技技术术,称称为为电电泳泳(elctrophoresis)。依依据据支支撑撑物物不不一一样样，可可分分为为薄薄膜膜电电泳泳、凝凝胶胶电泳等。电泳等。第101页目录目录SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，惯用于蛋白质分子，惯用于蛋白质分子量测定。量测定。等电聚焦电泳等电聚焦电泳，经过蛋白质等电点差异而分离，经过蛋白质等电点差异而分离蛋白质电泳方法。蛋白质电泳方法。双向凝胶电泳双向凝胶电泳是蛋白质组学研究主要技术。是蛋白质组学研究主要技术。n几个主要蛋白质电泳几个主要蛋白质电泳:第102页目录目录四、四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离进行层析分离待待分分离离蛋蛋白白质质溶溶液液（流流动动相相）经经过过一一个个固固态态物物质质（固固定定相相）时时，依依据据溶溶液液中中待待分分离离蛋蛋白白质质颗颗粒粒