生物化学教学课件：第01章蛋白质的结构与功能(改)

1、目录目录 第一章第一章 蛋白质的化学蛋白质的化学 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 蛋白质的分离纯化蛋白质的分离纯化( (不作要求不作要求) ) 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 目录目录 n什么是蛋白质什么是蛋白质? ? 蛋白质蛋白质(protein)(protein)是是 由许多氨基酸通过肽键由许多氨基酸通过肽键 相连形成的高分子含氮相连形成的高分子含氮 化合物。化合物。 目录目录 蛋白质的分子组成 The Molecular Component of Protein 第一节第一节 目录目录 n蛋白质的生物学重

2、要性蛋白质的生物学重要性 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 1 1）作为生物催化剂）作为生物催化剂酶类酶类 30003000种以上种以上 2 2）代谢调节作用）代谢调节作用 激素蛋白激素蛋白 3 3）免疫保护作用）免疫保护作用 抗体抗体 4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储血红蛋白、脂蛋白血红蛋白、脂蛋白 5 5）运动与支持作用）运动与支持作用肌蛋白肌蛋白 6 6）控制生长和分化作用）控制生长和分化作用核蛋白、组蛋白核蛋白、组蛋白 7) 7) 参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递跨膜蛋白跨膜蛋白 8) 8) 参与组成生物膜参与组成生物膜 2.2.蛋白质具有多样

3、性的生物学功能蛋白质具有多样性的生物学功能 3.3.氧化供能氧化供能 目录目录 n组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素 主要有主要有C、H、O、N和和 S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、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锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。 目录目录 各种蛋白质的各种蛋白质的含含N N量量很接近，平均为很接近，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 每克样品中蛋白质的含量每克样品中蛋白质的含量 (g (g % %) ) = = 每克样品含每克样品含N N克数克数 6.25 6.25 1/16%1/16% 目录目

4、录 一、蛋白质的基本组成单位一、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨存在自然界中的氨 基酸有基酸有300300余种，但组成余种，但组成 人体蛋白质的氨基酸仅人体蛋白质的氨基酸仅 有有2020种种，且均属，且均属 L-L- -氨氨 基酸基酸（甘氨酸除外甘氨酸除外）。）。 目录目录 目录目录 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 R C +NH3 COO- H 二十种氨基酸的不同之处二十种氨基酸的不同之处R侧链侧链 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

5、酸碱性氨基酸 二、氨基酸二、氨基酸可可根据根据R侧链侧链结构和理化性结构和理化性 质进行质进行分类分类 目录目录 ( (一一) )侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸 亚氨基亚氨基 目录目录 ( (二二) )侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸 （甲硫氨酸）（甲硫氨酸） Gln Met Cys 目录目录 ( (三三) )侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸 吲哚基吲哚基 Trp 目录目录 天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97 谷氨酸谷

6、氨酸 glutamic acid Glu E 3.22 赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74 精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76 组氨酸组氨酸 histidine His H 7.59 （四）（四） 酸性氨基酸酸性氨基酸 （五）（五） 碱性氨基酸碱性氨基酸 目目 录录 胍基胍基 咪唑基咪唑基 （两个羧基）（两个羧基） （两个以上氨基）（两个以上氨基） 目录目录 n几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 CH2 CHCOO- NH2+ CH2 CH2 CH2 CHCOO- NH2+ CH2 CH2 CH2 CHCOO NH CH2 CH2 CH2 CHCOOH NH CH2

7、 CH2 甘：无手性碳原子甘：无手性碳原子 脯：为环状亚氨基酸脯：为环状亚氨基酸 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 +NH3 S-CH2-CH-COO- +NH3 -OOC-CH-CH2-S +NH3 S-CH2-CH-COO- +NH3 -OOC-CH-CH2-SH +NH3 -OOC-CH-CH2-SH +NH3 HS-CH2-CH-COO- +NH3 HS-CH2-CH-COO- +NH3 目录目录 pH=pI +OH- pHpI +H+OH- +H+ pHpI 兼性离子兼性离子 CH NH3+ COO-R CH NH3+ C

8、OO-R 三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质 1. 两性解离两性解离 两性电解质，其解两性电解质，其解 离程度取决于所处离程度取决于所处 溶液的酸碱度。溶液的酸碱度。 CH NH 2 COOHR CH NH 2 COOHR 阳离子阳离子 CH COOHR NH 3 + CH COOHR NH 3 + 阴离子阴离子 CH NH 2 COO - R CH NH 2 COO - R 目录目录 2.芳香族氨基酸紫外吸收芳香族氨基酸紫外吸收 色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸 芳香族氨基酸的吸收光谱芳香族氨基酸的吸收光谱 多数蛋白含这两种多数蛋白含这两种 氨基酸残基，测定氨基酸残基，测定 蛋白溶液蛋白溶

9、液280nm光光 吸收值可快速简便吸收值可快速简便 分析蛋白含量。分析蛋白含量。 0 240 250 260 270 280 290 300 310 波波 长长 (nm) 光光 密密 度度 色氨酸色氨酸 酪氨酸酪氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 目录目录 3. 3. 茚三酮反应茚三酮反应 原理：氨基酸与茚三酮水合物原理：氨基酸与茚三酮水合物 共热，可生成蓝紫色化合物，共热，可生成蓝紫色化合物， 其最大吸收峰在其最大吸收峰在570nm570nm处。处。 应用：此法可以对氨基酸进行定量分析（吸收应用：此法可以对氨基酸进行定量分析（吸收 峰值与氨基酸的含量存在正比关系）。峰值与氨基酸的含量存在正比关系）。 目

10、录目录 NH2-CH-C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH2-CH-C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH-CH-C H OH O O H 甘甘氨氨酸酸 + -HOH 甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 肽键肽键 NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O （一）肽（一）肽（peptide) 肽键的形成肽键的形成 四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链 目录目录 H 3N CH R 1 C O N H CH R 2 C O N H NCH C O H Rn O 肽链的两个末端肽链的两个末端 氨基酸残基氨基

11、酸残基 肽键肽键 氨氨 基基 末末 端端 羧羧 基基 末末 端端 目录目录 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基，三分子氨基 酸缩合则形成酸缩合则形成三肽三肽 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不 全，被称为全，被称为氨基酸残基氨基酸残基 R基团在链的两侧，故称为基团在链的两侧，故称为R侧链侧链 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽 由更多的氨基酸相连形成的肽称由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽多肽 N 末端末端：多

12、肽链中有游离多肽链中有游离-氨基的一端氨基的一端 C 末端末端：多肽链中有游离多肽链中有游离-羧基的一端羧基的一端 n多肽链有两端多肽链有两端： 目录目录 （二）生物活性肽（二）生物活性肽 人体内具有特殊生物活性的肽类，如：人体内具有特殊生物活性的肽类，如： l谷胱甘肽谷胱甘肽（glutathione，GSH） 谷胱甘肽的结构谷胱甘肽的结构 谷胱甘肽参加的反应及功能谷胱甘肽参加的反应及功能 目录目录 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein 第二节第二节 目录目录 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结

13、构 高级结构高级结构/ /空间构象空间构象 蛋白质结构蛋白质结构 的四个层次的四个层次 基础结构基础结构 目录目录 一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(primary structure) 什么是？什么是？ 多肽链中从多肽链中从NC端端氨基酸氨基酸的的排列顺序排列顺序。 主要的化学键主要的化学键 肽键肽键 有些蛋白质还包括有些蛋白质还包括二硫键二硫键 目录目录 l一级结构的阐明具有重要意义：一级结构的阐明具有重要意义： l一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功 能的能的基础基础，但不是但不是决定蛋白质空间构象的决定蛋白质空间构象的唯唯 一因素一因素。

14、 目录目录 目前已知一级结构的蛋白质数量已相当可观，目前已知一级结构的蛋白质数量已相当可观， 并且还以更快的速度增加。并且还以更快的速度增加。 国际互联网有若干重要的蛋白质数据库，例如国际互联网有若干重要的蛋白质数据库，例如 nEMBL（European Molecular Biology Laboratory Data Library） nGenbank （Genetic Sequence Databank） nPIR（Protein Identification Resource Sequence Database） 收集了大量最新的蛋白质一级结构及其他资收集了大量最新的蛋白质一级结构及其

15、他资 料，为蛋白质结构与功能的深入研究提供了便料，为蛋白质结构与功能的深入研究提供了便 利。利。 目录目录 二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构(secondary structure) 蛋白质分子中蛋白质分子中某一段肽链某一段肽链的的局部局部空间结空间结 构，即该段肽链构，即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空的相对空 间位置，不涉及间位置，不涉及R侧链的构象侧链的构象 。 (关键词关键词:主链主链、肽段肽段、局部局部) 什么是？什么是？ 二级结构的主要化学键二级结构的主要化学键氢键氢键 二级结构的基本单位二级结构的基本单位 肽单元肽单元 目录目录 （一）二级结构的基础（一）二级结构

16、的基础肽单元肽单元(peptide unit) l对肽单元的说明：对肽单元的说明： 肽键肽键反式构型反式构型 肽键肽键键长键长 0.132nm 0.149 nm 0.127 nm 部分双键性质部分双键性质,不能自由旋转不能自由旋转。 参与组成肽键的参与组成肽键的C 1、C、O、N、 H、C 2 6个原子在同一平面个原子在同一平面,称称 为为肽键平面肽键平面。 目录目录 目录目录 蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式： -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 )

17、 目录目录 外观：外观：右手螺旋右手螺旋（顺）（顺） -螺旋结构要点：螺旋结构要点： 1、 -螺旋螺旋 ( -helix ) 螺距螺距：3.6个氨基酸个氨基酸、0.54nm 稳定因素稳定因素：氢键氢键 R基团基团的位置：的位置：螺旋外侧螺旋外侧， R基团影响基团影响 -螺旋的形成螺旋的形成 目录目录 肽段肽段折纸状折纸状、锯齿状，、锯齿状，相对伸展相对伸展。 -折叠结构要点：折叠结构要点： 2、 -折叠折叠 ( -pleated sheet ) 几个肽段几个肽段顺向平行顺向平行、反向平行反向平行 维持因素：维持因素：氢键氢键。 R基团基团的位置：锯齿的上下方（的位置：锯齿的上下方（外侧外侧）。

18、）。 目录目录 4 4个个氨基酸残基氨基酸残基 第二个常为脯氨酸第二个常为脯氨酸 180180 回折回折 氢键维持氢键维持 3. -转角转角 4. 无规卷曲无规卷曲 无规卷曲无规卷曲是用来阐述没有确定规律性是用来阐述没有确定规律性 的那部分肽链结构。的那部分肽链结构。 目录目录 二个或二个以上二级结构二个或二个以上二级结构 空间上空间上靠靠近近 特殊的构象特殊的构象 特殊的特殊的功能功能 （五）（五）模体（模体（motifmotif）或超二级结构）或超二级结构 l定义定义 l举例举例 目录目录 （六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响 蛋白质二级结构

19、是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。 一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋螺旋 或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。 目录目录 酸性或碱性酸性或碱性AA集中的区域集中的区域（同种电荷的相斥）；（同种电荷的相斥）； 脯氨酸脯氨酸，不利于，不利于-螺旋形成（亚氨基酸）；螺旋形成（亚氨基酸）； 较大的较大的R侧链集中侧链集中，不利于，不利于-螺旋形成螺旋形成 （空间位阻效应）。（空间位阻效应）。 影响影响-螺旋稳定的因素：螺旋稳定的因素： 目录目录 三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构(terti

20、ary structure) 疏水键疏水键、离子键、氢键、离子键、氢键、 范德华力等。范德华力等。 整条整条肽链肽链 全部全部氨基酸氨基酸 所有所有原子原子 （一）什么是（一）什么是? 主要靠主要靠次级键次级键： 三维空间的位置排布三维空间的位置排布 此外还有共价键：二硫键此外还有共价键：二硫键 目录目录 N 端端 C 端端 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) 目录目录 S S S S 30k 40k 20k 75k 60k 35k 30k H2N-COOH A H2N-COOH B 肝素肝素 纤维蛋白纤维蛋白 肌动蛋白肌动蛋白 细胞细胞胶原蛋白胶原蛋白 纤维纤维 蛋白蛋白 肝素肝素 纤维蛋白纤维蛋白

21、 （二）结构域（二）结构域(domain) 纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 举例举例 结构域：结构域：三级结构中分割成折叠较为紧密的三级结构中分割成折叠较为紧密的 区域，各行使其功能区域，各行使其功能。 目录目录 分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋 白质折叠成天然构象或形成四级结构。白质折叠成天然构象或形成四级结构。 1.能可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松能可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松 开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽 链正确折叠。链正确折叠。 2.可与错误聚集的肽段结合，使

22、之解聚后，再诱导可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导 其正确折叠。其正确折叠。 3. 在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起 了重要的作用。了重要的作用。 具体作用：具体作用： （三）分子伴侣（三）分子伴侣(chaperon) 目录目录 四级结构四级结构 亚基亚基 (subunit) 维持因素维持因素 2或或2条以上条以上多肽链，以多肽链，以 非共价键非共价键相连，链与链相连，链与链 之间的空间布局。之间的空间布局。 四级结构中每条具有完整四级结构中每条具有完整 三级结构的多肽链三级结构的多肽链 次级键次级键：氢键、离子键：氢键、离子键 无共价键

23、无共价键 四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构(quaternary structure) 目录目录 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结构 定义定义 化学键化学键 蛋蛋 白白 质质 结结 构构 层层 次次 比比 较较 备注备注 目录目录 五、蛋白质的分类 n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分: : 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根据蛋白质形状根据蛋白质形状: : 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 球状蛋白质球状蛋白质 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 The R

24、elation of Structure and Function of Protein 第三节第三节 一级结构决定空间结构一级结构决定空间结构 空间结构决定生物学功能空间结构决定生物学功能 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 （一）一级结构是空间结构的基础（一）一级结构是空间结构的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 目录目录 （二）相似结构具有相似的高级结构与功能（二）相似结构具有相似的高级结构与功能 胰岛素胰岛素 氨基酸残基序号氨

25、基酸残基序号 A5A6A10B30 人人ThrSerIleThr 猪猪ThrSerIleAla 狗狗ThrSerIleAla 兔兔ThrGlyIleSer 牛牛AlaGlyValAla 羊羊AlaSerValAla 马马ThrSerIleAla 目录目录 （三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息氨基酸序列提供重要的生物化学信息 一些广泛存在于生一些广泛存在于生 物界的蛋白质如细胞色物界的蛋白质如细胞色 素素C C，比较它们的一级，比较它们的一级 结构，可以帮助了解物结构，可以帮助了解物 种进化间的关系。种进化间的关系。 目录目录 （四）关键结构改变可引起疾病（四）关键结构改变可引起疾病 n

26、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) 这种由基因突变引起蛋白质分子发生变异所这种由基因突变引起蛋白质分子发生变异所 导致的疾病，称为导致的疾病，称为“分子病分子病”。 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、蛋白质的功能依赖特定空间结构二、蛋白质的功能依赖特定空间结构 （一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似 目

27、录目录 n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb) 肌红蛋白是一个只有三级肌红蛋白是一个只有三级 结构的单链蛋白质，有结构的单链蛋白质，有8段段-螺螺 旋结构。旋结构。 血红素分子中的两个丙酸血红素分子中的两个丙酸 侧链以离子键形式与肽链中的侧链以离子键形式与肽链中的 两个碱性氨基酸侧链上的正电两个碱性氨基酸侧链上的正电 荷相连，加之肽链中的荷相连，加之肽链中的F8组氨组氨 酸残基还与酸残基还与Fe2+形成配位结合，形成配位结合， 所以血红素辅基与蛋白质部分所以血红素辅基与蛋白质部分 稳定结合。稳定结合。 目录目录 n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb) 血红蛋白具有血红蛋白具有

28、4个亚个亚 基组成的四级结构，每基组成的四级结构，每 个亚基可结合个亚基可结合1个血红素个血红素 并携带并携带1分子氧。分子氧。 Hb亚基之间通过亚基之间通过8 对盐键，使对盐键，使4个亚基紧密个亚基紧密 结合而形成亲水的球状结合而形成亲水的球状 蛋白。蛋白。 目录目录 Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合， Hb与与O2 结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占总占总Hb的百分数的百分数 （称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。 （二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基 与氧结合与氧结合 目录目录 M

29、b和和Hb的氧解离曲的氧解离曲 线线 百分饱和度：百分饱和度： 20 40 60 80 10020 40 60 80 100 氧分压氧分压mmHgmmHg 动脉血动脉血 静脉血静脉血 氧合氧合HbHb占总占总HbHb的百分数的百分数 P P50 50 MbMb HbHb 氧氧 饱饱 和和 度度 % 100 80 60 40 20 目录目录 n协同效应协同效应(cooperativity) 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结一个寡聚体蛋白质的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 合能力的现象，称为合能力的现象，称为协同效应协同效应

30、。 如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应 (negative cooperativity) 目录目录 O2 血红素与氧结血红素与氧结 合后，铁原子半径合后，铁原子半径 变小，就能进入卟变小，就能进入卟 啉环的小孔中，继啉环的小孔中，继 而引起肽链位置的而引起肽链位置的 变动。变动。 目录目录 目录目录 n变构效应变构效应(allosteric(allosteric effect) effect) 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的蛋白质空间结构的改变伴随其功能的

31、 变化，称为变化，称为变构效应变构效应。 目录目录 （三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引起疾病可引起疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生若蛋白质的折叠发生 错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构 象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导 致疾病发生。致疾病发生。 目录目录 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：有些蛋白质有些蛋白质 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，表现为蛋白质淀粉样纤维

32、沉淀的沉淀，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。如病理改变。如:困扰欧洲经济和人们健康安全的疯牛病困扰欧洲经济和人们健康安全的疯牛病,就就 是一种叫朊病毒是一种叫朊病毒(prion)的蛋白质分子的蛋白质分子,研究发现了朊病毒研究发现了朊病毒 通过一种可怕的拉链结构通过一种可怕的拉链结构,会把蛋白质会把蛋白质“拉链拉链”内的水挤内的水挤 出来而脱水变成干燥的纤维状。蛋白质就在这种朊病毒的出来而脱水变成干燥的纤维状。蛋白质就在这种朊病毒的 侵害下逐渐纤维化侵害下逐渐纤维化,原来的神经细胞组织也就形成了空泡原来的神经细胞组织也就形成了空泡 和纤维相杂的结构和纤维相杂的结构,导致了

33、患者大脑组织的海绵样病变导致了患者大脑组织的海绵样病变 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。 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PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。 PrPc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PrPsc，从而致病。，从而致病。 PrPc -螺旋螺旋 PrPsc -折叠折叠 正

34、常正常 疯牛病疯牛病 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 The Physical and Chemical Characters of Protein 目录目录 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 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外， 氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH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。 当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时

35、，蛋白质解离成 正、负离子的趋势相等，即成为正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子兼性离子，净电净电 荷为零荷为零，此时溶液的此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。 n蛋白质的蛋白质的等电点等电点( isoelectric point, pI) 目录目录 二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1 万至万至100万之巨，其分子的直径可达万之巨，其分子的直径可达1100nm， 为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。 表面同种电荷表面同种电荷 水化膜水化膜 n蛋白质胶体的蛋白质胶体的稳定因素稳定因素: 目录目录

36、+ + + + + + + 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 目录目录 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 在某些物理和化学因素作用下，其特定的在某些物理和化学因素作用下，其特定的 空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和空间构象被破坏，从

37、而导致其理化性质改变和 生物活性的丧失。生物活性的丧失。 n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)(denaturation) 目录目录 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破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白不改变蛋白 质的一级结构。质的一级结构。 目录目录 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

38、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。 目录目录 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素 后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构 象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation) 。 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 目录目录 蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称 为为

39、沉淀（沉淀（precipitation） Whats precipitation of protein? 变性后的蛋白质由于变性后的蛋白质由于 疏水基团的暴露而易疏水基团的暴露而易 于沉淀，但沉淀的蛋于沉淀，但沉淀的蛋 白质不一定都是变性白质不一定都是变性 后的蛋白质。后的蛋白质。 目录目录 加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为凝固凝固 （coagulation） 因此，凝固的蛋白质一定发生变性。因此，凝固的蛋白质一定发生变性。 Whats coagulation of protein? 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

40、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波长处有特征性吸收 峰。蛋白质的峰。蛋白质的A A280 280与其浓度呈正比关系，因此 与其浓度呈正比关系，因此 可作蛋白质定量测定。可作蛋白质定量测定。 目录目录 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，此反应称为双硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双 缩脲反应，双缩脲反应可用来检测

41、蛋白质水解缩脲反应，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 1.1.茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin(ninhydrin reaction) reaction) 2.2. 双缩脲反应双缩脲反应(biuret(biuret reaction) reaction) 目录目录 反应名称反应名称试试 剂剂颜色颜色反应有关基团反应有关基团有此反应的有此反应的 蛋白质或氨蛋白质或氨 基酸基酸 双缩脲反应NaOH、CuSO2紫色或粉 红色 二个以上肽键所有蛋白质 米伦反应H g N O 3 、 H g (

42、N O 3 ) 2 及 HNO3混合物 红色 Tyr 黄色反应 浓HNO3及NH3 黄色、橘 色 Tyr、Phe 乙醛酸反应 (Hopking-Cole反 应) 乙醛酸试剂及 浓H2SO4 紫色 Trp 坂口反应 (Sakaguchi反应) -萘酚、NaClO红色胍基Arg 酚试剂反应 (Folin-Cioculteu 反应) 碱性CuSO4及磷 钨酸-钼酸 蓝色酚基、吲哚基Tyr 茚三酮反应茚三酮蓝色自由氨基及羧基-氨基酸 OH N 目录目录 第五节第五节 蛋白质的分离纯化与结构分析蛋白质的分离纯化与结构分析 The Separation and Purification and Struc

43、ture Analysis of Protein 目录目录 一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的 小分子化合物小分子化合物 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 定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液 的目的。的目的。 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 物分开的方法物分开的方法。 目录目录 透析工作图透析工作图 半透膜原理半透膜原理 目录目录 二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用二、丙酮沉淀、盐析

44、及免疫沉淀是常用 的蛋白质沉淀方法的蛋白质沉淀方法 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， 丙酮用量一般丙酮用量一般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，应立即分离。除了丙酮以外，被丙酮沉淀后，应立即分离。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，使蛋白质表面电或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，导致蛋白质沉淀。荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 目录目录 免疫沉淀法：

45、免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获将某一纯化蛋白质免疫动物可获 得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相 应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质， 可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。 目录目录 三、利用荷电性质可用电泳法将三、利用荷电性质可用电泳法将 蛋白质分离蛋白质分离 蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的的溶液中为带电的 颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过 蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技 术术, 称为称为电泳电泳(elctrophoresis) 。 根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶 电泳等。电泳等。 目录目录 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分，常用于蛋白质分 子量的测定。子量的测定。 等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分，通过蛋白质等电点的差异而分 离蛋白质的电泳方法。离蛋白质的电泳方法。 双向凝胶电泳双向凝