氨基酸多肽与蛋白质年制（精品PPT）

1、目目 录录氨基酸氨基酸、多肽与蛋白质多肽与蛋白质第四章Amino Acids，Peptides and Proteins目目 录录病例：老年痴呆症病例：老年痴呆症 蛋白质结构变化引起疾病蛋白质结构变化引起疾病记忆力明显减退，经常记忆力明显减退，经常忘记刚刚说过的话或做忘记刚刚说过的话或做过的事，对于熟悉的人过的事，对于熟悉的人或物品，不能回忆其名或物品，不能回忆其名称。语言不流畅，经常称。语言不流畅，经常间断，与人交流困难，间断，与人交流困难，睡眠欠佳，表情淡漠，睡眠欠佳，表情淡漠，反应迟钝。反应迟钝。目目 录录分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质； 细胞的各

2、个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：占人体干重的占人体干重的45， 某些组织某些组织,例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分(结构蛋白结构蛋白)Protein derives from Greek protos，meaning “first” or “foremost”.目目 录录1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支

3、持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递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(功能蛋白功能蛋白)3. 氧化供能氧化供能目目 录录什么是蛋白质什么是蛋白质? ? 蛋白质（蛋白质（protein）是由许多是由许多氨基酸氨基酸（amino acids）通过）通过肽键肽键（peptide bond） 相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。目目 录录氨基酸氨基酸第一节第一节Amino AcidsAmino Acids目目 录录一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的2020种氨基酸种氨基酸 均属于均属于L-L-氨基酸氨基酸自然界中氨基酸

4、自然界中氨基酸300余种，余种，人体蛋白质氨基酸人体蛋白质氨基酸20种，均属种，均属 L-氨基酸氨基酸（甘氨（甘氨酸除外）。酸除外）。 COOH COOH H2NCH HCNH2 R R L- L- -氨基酸氨基酸 D-D- -氨基酸氨基酸目目 录录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RC+NH3COO-H目目 录录二、二、2020种氨基酸的分类：种氨基酸的分类： 根据根据侧链结构侧链结构和和性质性质不同不同（一）非极性疏水性氨基（一）非极性疏水性氨基酸酸（二）极性中性氨基酸（二）极性中性氨基酸（三）芳香族氨基酸（三）芳香族氨基酸（四）酸性氨基酸（四）酸性氨基酸（五

5、）碱性氨基酸（五）碱性氨基酸目目 录录（一）非极性疏水性氨基酸：（一）非极性疏水性氨基酸：侧链是侧链是非极性非极性（疏水）的氨基酸（疏水）的氨基酸 订正订正P53P53目目 录录( (二二) )极性中性氨基酸极性中性氨基酸: : 侧链是侧链是极性、不带电荷极性、不带电荷的氨基酸的氨基酸 -OH-OH、-SH-SH、-CO-N-CO-N2 2H H目目 录录( (三三) )芳香族氨基酸：芳香族氨基酸： 侧链含侧链含芳香基团芳香基团的氨基酸的氨基酸 （苯基、酚基和吲哚（苯基、酚基和吲哚基）基）目目 录录( (四四) )酸性氨基酸：酸性氨基酸： 侧链含侧链含负性解离基团负性解离基团的氨基酸的氨基酸（

6、羧基）（羧基）目目 录录 ( (五五) )碱性氨基酸碱性氨基酸 侧链含侧链含正性解离基团正性解离基团氨基酸氨基酸 氨基、胍基和咪唑基氨基、胍基和咪唑基目目 录录几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CHCOO-目目 录录-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-C

7、H-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目目 录录三、三、氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质（一）（一）氨基酸具有两性解离性质氨基酸具有两性解离性质氨基酸氨基酸在不同在不同酸碱度溶液酸碱度溶液中解离成带不中解离成带不同电荷的离子同电荷的离子。在特定在特定pHpH溶液中，氨基酸解离成阳离子溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子程度相等的兼性离子，呈电中性。和阴离子程度相等的兼性离子，呈电中性。此时溶液的此时溶液的pHpH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。等电点等电点 （isoelectricisoelectric point point，pIpI）目目 录录pH=pIpHp

8、I -H+H+ -H+H+pH25%25%。分类分类序列相似程度序列相似程度相同蛋白相同蛋白95 %亚家族亚家族8095 %家族家族5080%超家族超家族2550%目目 录录（二）蛋白质的分子结构（二）蛋白质的分子结构 蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，分蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，分子量大，能折叠成一定的形状，形成具有空子量大，能折叠成一定的形状，形成具有空间结构的大分子。间结构的大分子。 蛋白质的分子结构：蛋白质的分子结构：蛋白质分子各蛋白质分子各原子原子的的空间排布和相互关系。空间排布和相互关系。目目 录录一级结构：一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。氨基酸的排列顺序，线性结构。

9、二级结构：二级结构：主链原子的空间排布。主链原子的空间排布。三级结构：三级结构：主链和侧链原子的空间排布。主链和侧链原子的空间排布。 一条多肽链所有原子的空间排布。一条多肽链所有原子的空间排布。四级结构：四级结构：多条多条肽链之间原子的空间排布。肽链之间原子的空间排布。 O O O O NH2-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C- R R R R19511951年年LinusLinus Pauling Pauling等提出蛋白质等提出蛋白质 螺旋结构螺旋结构19521952年丹麦科学家年丹麦科学家(Linderstrom(Linderstrom-Lang)-Lang)建议：建

10、议：目目 录录三、三、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 由氨基酸残基的排列顺序决定由氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质一级结构蛋白质一级结构 ：(primary structure)(primary structure) 指蛋白质分子，从指蛋白质分子，从N N端到端到C C端的氨基酸残基排端的氨基酸残基排列顺序。列顺序。形成一级结构的化学键：形成一级结构的化学键： 肽键（主要化学键）、二硫键肽键（主要化学键）、二硫键一级结构是蛋白质一级结构是蛋白质空间构象空间构象和特异生物学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唯一因素。但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。细胞的环境因素影响

11、蛋白质分子的空间构象。细胞的环境因素影响蛋白质分子的空间构象。目目 录录目目 录录蛋白质数据库蛋白质数据库GenebankGenebank：NCBINCBI网站：网站： National Center for Biotechnology InformationNational Center for Biotechnology Information / /目目 录录四、四、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 多肽链主链局部特殊构象多肽链主链局部特殊构象蛋白质二级结构：蛋白质二级结构：(seco

12、ndary structure(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局部空间结构；的局部空间结构； 即该段肽链即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空间位置，的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。主链骨架原子：主链骨架原子：N-H、C、C=O重复排列。重复排列。 O O O O NH2-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C-OH R R R R目目 录录（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平面）（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平面）键长：键长： CN：0.149 C=N：0.127 肽键

13、：肽键：0.132肽键具有部分双键性质肽键具有部分双键性质 O O CC NC CC = N+C H H目目 录录肽键平面：肽键平面：参与肽键的参与肽键的6 6个原子个原子C C 1 1、C C、O O、N N、H H、C C 2 2位于同一平面，位于同一平面，此一平面称之此一平面称之。肽单元：肽单元：肽键平面的肽键平面的6 6个原个原子构成的单元结构称之。子构成的单元结构称之。 C C 1 1和和C C 2 2在平面上所处在平面上所处的位置为反式构型。的位置为反式构型。目目 录录 H O R2 H H O R4 NH2CC = NCC = N CC = NCC R1 H H O R3 H H

14、 O目目 录录 -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）蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：维系二级结构的主要化学键： 氢键氢键肽键平面通过肽键平面通过C C 旋转或折叠旋转或折叠形成的主链形成的主链结构。结构。目目 录录1 1、 - -螺旋是常见的蛋白质二级结构螺旋是常见的蛋白质二级结构 - -螺旋：螺旋：多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过CC旋转，旋转， 形成一种螺旋的结构。形成一种螺旋的结构。目目 录录目目 录

15、录结构特点结构特点: :右手螺旋右手螺旋，R R基团伸向螺旋基团伸向螺旋的外侧。的外侧。旋转一圈旋转一圈: 3.6: 3.6个氨基酸残基，个氨基酸残基，螺距螺距0.54nm0.54nm。螺旋稳定因素螺旋稳定因素: : 每个肽链的每个肽链的C=O, C=O, 与第与第4 4个氨基酸残基个氨基酸残基的的N-HN-H形成氢键。形成氢键。两性特点：两性特点：每每隔隔3 34 4个个aaaa有有1 1个极性或非极性个极性或非极性aaaa，肽，肽链具有亲水性或疏水性。链具有亲水性或疏水性。目目 录录2 2、 - -折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构 - -折叠：折叠：多肽链肽键平面通过多肽链

16、肽键平面通过CC折叠，折叠， 形成一种伸展形的折纸状结构。形成一种伸展形的折纸状结构。目目 录录目目 录录结构特点：结构特点：折纸状折纸状结构结构：以：以C为转折点，为转折点，R基团在基团在 折纸状结构的上下方。折纸状结构的上下方。稳定因素：稳定因素：两条肽链或一条肽链两段之间两条肽链或一条肽链两段之间 的的C=O 与与N-H 形成氢键。形成氢键。两段肽链走向：两段肽链走向： 平行：平行：N端到端到C端同方向，肽链间距端同方向，肽链间距0.65nm； 反平行反平行: N端到端到C端不同方向端不同方向, 肽链间距肽链间距0.70nm。 蛋白质的二级结构主要以蛋白质的二级结构主要以螺旋和螺旋和 -

17、折叠为主，折叠为主，许多蛋白质既有许多蛋白质既有螺旋又有螺旋又有 -折叠。折叠。目目 录录3、 -转角转角 - -转角：转角：肽链肽链1801800 0回折，回折，回折回折角形成的结构。角形成的结构。4、无规卷曲：、无规卷曲：没有确定规律性的部分肽链结构。没有确定规律性的部分肽链结构。 结构特点：结构特点：4个氨基酸残基组成，第个氨基酸残基组成，第1个残基的个残基的C=0 与第与第4个残个残基的基的N-H形成氢键。形成氢键。第二个残基常为第二个残基常为Pro.Pro.目目 录录目目 录录（三）（三）模体是模体是蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构超二级结构：超二级结构：2 2个或个或2 2个以

18、上具有二级结构个以上具有二级结构的肽段相互接近、相互作用形成有规则的的肽段相互接近、相互作用形成有规则的二级结构组合，称为超二级结构。二级结构组合，称为超二级结构。常见的超二级结构：常见的超二级结构： 、 目目 录录模体模体(motif)(motif)： 具有具有特定特定潜在功能作用的超二级结构。潜在功能作用的超二级结构。 蛋白质分子中，二个或三个具有二级结蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，相互接近形成一个特殊的空间结构的肽段，相互接近形成一个特殊的空间结构，构，并发挥专一的功能并发挥专一的功能 。常见的模体结构：常见的模体结构： 螺旋螺旋- -环环- -螺旋螺旋锌指结构锌指结构亮氨

19、酸拉链结构亮氨酸拉链结构。目目 录录钙结合蛋白的模体钙结合蛋白的模体 （ 螺旋螺旋- -环环- -螺旋）螺旋） 在环在环( (无规卷曲无规卷曲) )中亲水侧中亲水侧链的氧原子通过氢键与链的氧原子通过氢键与CaCa2+2+结合。结合。目目 录录钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 DNADNA结合蛋白的模体结合蛋白的模体（锌指结构）（锌指结构） 1 1个个 螺旋，两个反平行螺旋，两个反平行 - -折折叠组成，形似手指。叠组成，形似手指。 N-N-末端末端1 1对对CysCys， C-C-末端末端1 1对对HisHis， 容纳结合一个容纳结合一个Zn2+Zn2

20、+。 螺旋能镶嵌于螺旋能镶嵌于DNADNA的大沟的大沟中，与中，与DNADNA结合。结合。目目 录录（四）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响（四）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响 R R基团电荷基团电荷影响影响 螺旋的形成：螺旋的形成： 酸或碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利酸或碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利 螺旋。螺旋。 R R基团大小基团大小影响影响 螺旋的形成：螺旋的形成： （PhePhe、TryTry、IleIle）集中的区域，不利）集中的区域，不利 螺旋。螺旋。 GlyGly，ProPro不能形成典型的不能形成典型的 螺旋。螺旋。 折叠的氨基酸折叠的氨基酸R R基团较小。基

21、团较小。目目 录录五、五、蛋白质三级结构：蛋白质三级结构：多肽链在二级结构多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成基础上进一步折叠形成（一）一）三级结构是指整条多肽链的空间分布三级结构是指整条多肽链的空间分布三级结构：三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 包括主链和侧链原子。包括主链和侧链原子。 具有功能作用的完整蛋白质分子。具有功能作用的完整蛋白质分子。主要化学键：主要化学键：非共价键非共价键疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van derVan der

22、Waals Waals力。力。以疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏。以疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏。目目 录录目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) 的三级结构的三级结构 N 端端 C端端MbMb的结构特点：的结构特点： 153个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成球状单链蛋白分子。球状单链蛋白分子。 8个个螺旋占螺旋占75%，间，间隔无规卷曲。隔无规卷曲。 含含1个血红素辅基个血红素辅基目目 录录（二）（二）三级结构可含有功能各异的三级结构可含有功能各异的结构域结构域磷酸甘油醛脱氢酶的磷酸甘油醛脱氢酶的NADNAD+ +结合结构域和催化结构域结合结构域和催化结构域结构域：结构域：蛋白质蛋白质

23、分子分子折叠形成，相对致密的，具折叠形成，相对致密的，具有一定功能作用的有一定功能作用的局部局部区域，称为结构域。区域，称为结构域。 结构域是蛋白质的活性部位，是结构域是蛋白质的活性部位，是蛋白质局部肽蛋白质局部肽链所有原子排布链所有原子排布。目目 录录纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 目目 录录( (四四) ) 根据结构域可对蛋白质进行分类根据结构域可对蛋白质进行分类根据结构域可将球状蛋白质分为根据结构域可将球状蛋白质分为4类：类：反平行反平行螺旋结构域（全螺旋结构域（全-结构）结构）平行或混合型平行或混合型折叠片结构域（折叠片结构域（，-结构）结构）反平行反平行折叠片结构域折叠片结

24、构域(全全-结构结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）目目 录录A. A. 全全- -结构域结构域 B. B. 平行或混合型平行或混合型 折叠片结构域折叠片结构域C. C. 全全-结构域结构域 D. D. 富含二硫键结构域富含二硫键结构域目目 录录（五）分子伴侣（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠参与蛋白质的折叠分子伴侣分子伴侣(chaperone)：能为其它能为其它蛋白质分子蛋白质分子提供合适提供合适 环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子。环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子。本质：本质：蛋白质：热休克蛋白、伴蛋白质：热休克蛋白、伴侣

25、分子、核质蛋白侣分子、核质蛋白。 作用：作用： 分子伴侣分子伴侣能能与未折叠肽段疏水部分与未折叠肽段疏水部分可逆反复可逆反复结合，结合，防止错误聚集发生，使肽链正确折叠。防止错误聚集发生，使肽链正确折叠。 分子伴侣分子伴侣能能与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。再诱导其正确折叠。 分子伴侣分子伴侣能使能使二硫键形成正确二硫键形成正确的配对的配对。 目目 录录伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 目目 录录六、六、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构四级结构：四级结构：两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链两条或两条以上具有独立三

26、级结构的多肽链之间的空间排布及相互接触部位的布局和相互作用。之间的空间排布及相互接触部位的布局和相互作用。亚基（亚基（subunit)subunit)：具有独立三级结构的多肽链。具有独立三级结构的多肽链。 （蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的（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。）布局和相互作用。）稳定因素：稳定因素：非共价键，疏水键为主。非共价键，疏水键为主。形式：形式：均一四级结构：相同亚基组成。均一四级结构：相同亚基组成。同聚体同聚体 非均一四级结构：不相同亚基组成。非均一四级结构：不相同亚基组成。异聚体异聚体目目 录录血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结

27、构（二）（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起亚基通过亚基间的相互作用联系在一起目目 录录（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质 胰岛素受体：胰岛素受体：4个亚基组成个亚基组成(22) ，亚基与亚基与亚基形成单亚基形成单体体(monomer)，2个单体形成二聚体个单体形成二聚体(dimer)。 目目 录录血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构目目 录录一级结构：一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。氨基酸的排列顺序，线性结构。二级结构：二级结构：主链原子的主链原子的局部局部空间排布。空间排布。 超二级结构超二级结构: :几个二级

28、结构的组合几个二级结构的组合 模体模体: :具有功能作用的超具有功能作用的超二级结构二级结构 结构域结构域: :局部局部主链和侧链原子的空间排布主链和侧链原子的空间排布三级结构：三级结构：主链和侧链原子的空间排布。主链和侧链原子的空间排布。 一条多肽链所有原子的空间排布。一条多肽链所有原子的空间排布。四级结构：四级结构：多条多条肽链之间原子的空间排布。肽链之间原子的空间排布。目目 录录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins第三节第三节目目 录录（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一、蛋白质一级结构

29、与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶的一级结构的一级结构二二硫硫键键目目 录录 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，无活性目目 录录（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能级结构与功能一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构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。（胰岛素）象以及功能也相似。（胰岛素） 目目 录录 氨基酸残基序号氨基酸残基序号 胰岛素胰岛素 A5 A6 A10 B30 A5 A6 A1

30、0 B30 人人 Thr Ser Ile ThrThr Ser Ile Thr 猪猪 ThrThr Ser Ile Ala Ser Ile Ala 狗狗 ThrThr Ser Ile Ala Ser Ile Ala 兔兔 Thr GlyThr Gly Ile Ser Ile Ser 牛牛 Ala GlyAla Gly Val Ala Val Ala 羊羊 Ala Ser Val AlaAla Ser Val Ala 马马 ThrThr Ser Ile Ala Ser Ile Ala哺乳动物胰岛素氨基酸序列的差异哺乳动物胰岛素氨基酸序列的差异目目 录录促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素(ACTH)

31、和促黑激素和促黑激素(-MSH, -MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也也可促进皮下黑色素生成但作用较弱。可促进皮下黑色素生成但作用较弱。 目目 录录( (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级结构与物种进化间存在关系。一级结构与物种进化间存在关系。 同源蛋白的同源蛋白的氨基酸氨基酸序列相似性程度与功能序列相似性程度与功能相关。相关。目目 录录细胞色素细胞色素c c一级结构与生物进化一级结构与生物进化物种进化越接近的生物，细胞色素一级结构越相似物种进化越接近的生物，细胞色素一级结构越相似目目 录录（四）（四）

32、重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病一级结构影响空间结构，影响蛋白质功能一级结构影响空间结构，影响蛋白质功能例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血: glu: GTA val: GAAN-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导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。HbSHbS 产生粘性位点，相互结合成纤维状沉淀。产生粘性位点，相互结合成纤维状沉淀。目目 录

33、录二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系（一）蛋白质（一）蛋白质功能需要功能需要完整完整的空间结构。的空间结构。 单亚基单亚基蛋白质蛋白质( (单聚体单聚体): ): 结构域没有完整的功能。结构域没有完整的功能。 多亚基蛋白质多亚基蛋白质( (寡聚体寡聚体): ): 三级结构三级结构没有完整没有完整功能。功能。（二）（二）空间结构改变空间结构改变(变构变构), 功能改变。功能改变。（三）空间结构破坏（三）空间结构破坏(变性变性), 功能丧失。功能丧失。目目 录录1. 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：铁卟啉化合物铁卟啉

34、化合物4 4个吡咯环，个吡咯环，4 4个甲炔基个甲炔基FeFe2 2+ + 形成形成 6 6个配位键：个配位键： 4N4N、组、组aaaa、O O2 22 2个个CHCH2 2CHCH2 2COOCOO- -与与aaaa连连接接( (一一) )血红蛋白构象血红蛋白构象与与功能功能目目 录录肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb) 单链蛋白质，单链蛋白质，8 8段段 - -螺旋结构。螺旋结构。血红素血红素2 2个个丙酸侧链丙酸侧链负电荷与肽链两个负电荷与肽链两个碱碱性氨基酸性氨基酸侧链的正电侧链的正电荷结合；荷结合；肽链肽链F8F8组氨酸组氨酸残基残基与与FeFe2+2+形成配位结合。形成配

35、位结合。目目 录录血红蛋白血红蛋白( (hemoglobin，Hb) )由由4 4个亚基组成个亚基组成。各亚基的三级结构与各亚基的三级结构与MbMb极为相似。极为相似。HbHb亚基之间通过亚基之间通过8 8对盐键对盐键，使，使4 4个亚基个亚基紧密结合。紧密结合。目目 录录氧合氧合Hb：Hb（Mb）与）与O2结合后的结合后的Hb （Mb） 。百分饱和度：百分饱和度：氧合氧合Hb(Mb)占总占总Hb(Mb)的百分数。的百分数。氧解离曲线：氧解离曲线：氧分压与氧百分数的关系曲线。氧分压与氧百分数的关系曲线。 2. 血红蛋白的构象变化与结合氧的功能血红蛋白的构象变化与结合氧的功能 目目 录录肌红蛋白

36、肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线Mb: 呈直角双曲线呈直角双曲线 MB易与易与O2结合结合 Hb: 呈呈S状曲线状曲线 O2分压低时：分压低时：Hb不易与不易与O2结合；结合； O2分压升高：逐渐分压升高：逐渐增强结合力。增强结合力。目目 录录 Hb4Hb4个亚基通过个亚基通过8 8对盐键结对盐键结合，形成紧密型（合，形成紧密型（T T态）结构，态）结构，T T态态HbHb与与O O2 2亲合力底。亲合力底。 当第当第1 1个亚基与个亚基与O O2 2结合，盐结合，盐键断裂，键断裂，HbHb转变为松弛型（转变为松弛型（R R态态) )，R R态亲合力提高态亲

37、合力提高目目 录录协同效应协同效应(cooperativity)(cooperativity) 一个多聚体蛋白质的一个亚基与配体结合，一个多聚体蛋白质的一个亚基与配体结合，能影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种能影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种现象称为现象称为协同效应协同效应。 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)HbHb的第一个亚基与的第一个亚基与O O2 2结合，结合，促进第二个亚基与促进第二个亚

38、基与O O2 2结合。结合。目目 录录O2血红素与血红素与O O2 2结结合后，合后，铁原子半径变铁原子半径变小，进入卟啉环的小，进入卟啉环的小孔中，小孔中，肽链位置变动肽链位置变动, ,影响其它亚基的构影响其它亚基的构象象, ,使其它亚基结合使其它亚基结合O O2 2能力增强。能力增强。目目 录录别构效应别构效应(allosteric effect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为的变化，称为别构效应（别构效应（变构效应）变构效应）。别构效应是协同效应的机制。别构效应是协同效应的机制。目目 录录（二）蛋白质构象改变与（二）蛋白质构象改变与构象病构象病蛋

39、白质构象疾病：蛋白质构象疾病： 蛋白质构象发生改变，影响蛋白质功能，蛋白质构象发生改变，影响蛋白质功能，所导致的疾病，称之。所导致的疾病，称之。 蛋白质的折叠发生错误，一级结构不变。蛋白质的折叠发生错误，一级结构不变。 人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。亨停顿舞蹈病、疯牛病等。目目 录录蛋白质构象改变导致疾病的机制：蛋白质构象改变导致疾病的机制： 蛋白质错误折叠后相互聚集，蛋白质错误折叠后相互聚集， 聚集蛋白抵抗蛋白水解酶，聚集蛋白抵抗蛋白水解酶， 产生淀粉样纤维沉淀，而致病。产生淀粉样纤维沉淀，而致病。病理改变病理改变：蛋白质淀粉样纤维沉

40、淀蛋白质淀粉样纤维沉淀老年痴呆症老年痴呆症目目 录录 疯牛病：疯牛病：由朊病毒蛋白由朊病毒蛋白(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。 朊病毒蛋白的分型：朊病毒蛋白的分型： 正常细胞型正常细胞型PrP：PrPc 异常致病型异常致病型PrP：PrPsc 朊病毒蛋白的特点：朊病毒蛋白的特点： 同一同一基因编码，氨基酸顺序和共价修饰相同。基因编码，氨基酸顺序和共价修饰相同。 PrPc：螺旋构成、螺旋构成、 蛋白酶敏感型蛋白酶敏感型 PrPsc：折叠构成、折叠构成、抗抗蛋白酶消化型。蛋白酶消化型。疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋

41、白质构象改变目目 录录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-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病 以外源或新生的以外源或新生的PrPsc为模板，使为模板，使PrPc转变为转变为PrPsc。 PrPsc经蛋白酶消化后剩下的核心部分分子量约经蛋白酶消化后剩下的核心部分分子量约2730KD(PrP2730)仍具感染性。仍具感染性。目目 录录第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质Chemical and Physical Properties of Proteins目目 录录 一、一、

42、蛋白质具有两性电离性质蛋白质具有两性电离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，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点蛋白质的等电点。蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)

43、目目 录录PHPI目目 录录利用电荷性质差异进行蛋白质分离利用电荷性质差异进行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的溶液中为带电的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这的颗粒，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种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术蛋白质的技术, 称为称为电泳电泳(elctrophoresis)(elctrophoresis) 。目目 录录SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳：聚丙烯酰胺凝胶电泳：常用于蛋白质分子常用于蛋白质分子量的测定。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

44、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：双向凝胶电泳：蛋白质组学研究的重要技术。蛋白质组学研究的重要技术。几种重要的蛋白质几种重要的蛋白质凝胶凝胶电泳：电泳：目目 录录 二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋白质分子量蛋白质分子量1 1万至万至100100万之间，分子万之间，分子的直径的直径1 1100nm100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。 蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素: :水化膜：水化膜：表面极性基团吸附表面极性基团吸附H2O分子。分子。颗粒表面电荷：颗粒表面电荷：静电斥力，静电斥力，使蛋白质颗粒使蛋白质颗粒不易聚集。不易聚集。 目

45、目 录录+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目 录录蛋白质沉淀：蛋白质沉淀：蛋白质胶体性质破坏，或疏水蛋白质胶体性质破坏，或疏水基团暴露，使蛋白质分子聚集，而从溶液基团暴露，使蛋白质分子聚集，而从溶液中析出的现象。中析出的现象。使蛋白质沉淀的因素：使蛋白质沉淀的因素： 中和电荷：中和电荷：pH=pIpH=pI 破

46、坏水化膜：破坏水化膜：脱水剂脱水剂 结构改变，疏水基团暴露。结构改变，疏水基团暴露。 破坏空间结构：蛋白质变性破坏空间结构：蛋白质变性目目 录录三、很多因素可引起蛋白质变性三、很多因素可引起蛋白质变性在物理和化学因素作用下，在物理和化学因素作用下，蛋白质蛋白质特特定定空间构象被破坏空间构象被破坏，即有序的空间结构即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其变成无序的空间结构，从而导致其理化理化性质改变和生物学活性的丧失性质改变和生物学活性的丧失。蛋白质变性蛋白质变性(denaturation)目目 录录引起引起变性的因素：变性的因素：加热、乙醇等有机溶剂、强加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、

47、重金属离子及生物碱试剂等酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 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， 不改变蛋白质的一级结构。不改变蛋白质的一级结构。 变性的结果：变性的结果： 理化性质改变：理化性质改变：溶解度降低，粘度提高。溶解度降低，粘度提高。 生物学功能丧失，生物学功能丧失，称为失活。称为失活。目目 录录应用举例应用举例: : 使蛋白质变性：使蛋白质变性：临床医学上，变性因临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。素常被应用来消毒及灭菌。 防止蛋白质变性：防止蛋白质变性：有效保存蛋白质制有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。剂（如疫苗等）的必要条件。 目

48、目 录录若蛋白质变性程度较轻，去除变性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因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为原有的构象和功能，称为复性复性 。蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation) 目目 录录 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，无活性目目 录录变性的蛋白质易于沉淀：变性的蛋白质易于沉淀：蛋白质变性能使疏水侧链暴露，水化膜蛋白质变性能使疏水侧链暴露，水化膜破坏，调节破坏，调节pHpH，蛋白质容易从溶液中沉淀。，蛋白质容易从溶

49、液中沉淀。沉淀的蛋白质并不都变性。沉淀的蛋白质并不都变性。 蛋白质变性与沉淀蛋白质变性与沉淀目目 录录四四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰、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，因此在氨酸和色氨酸，因此在280nm280nm波长处有特波长处有特征性吸收峰。蛋白质的征性吸收峰。蛋白质的ODOD280280与其浓度呈与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。正比关系，因此可作蛋白质定量测定。目目 录录五、蛋白质呈色反应五、蛋白质呈色反应（一）蛋白质经水解后产生茚三酮反应（一）蛋白质经水解后产生茚三酮反应蛋白质经水解后产生的

50、氨基酸也可发生蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction) 。目目 录录（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫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(biuret reaction) 。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。目目 录录蛋白质的分离、纯化与蛋白质的分离、纯化与序列分析序列分析Isolation, Purification and Seq

51、uencing of Proteins第五节第五节目目 录录一、一、透析及超滤法透析及超滤法: 清除蛋白质溶液中的小分子化合物。清除蛋白质溶液中的小分子化合物。二、二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀: 常用的蛋白质沉淀方法常用的蛋白质沉淀方法三、利用三、利用电荷性质电荷性质: 可可将蛋白质采用电泳法进行分离将蛋白质采用电泳法进行分离四、应用四、应用相分配或亲和原理相分配或亲和原理: 可将蛋白质进行层析分离可将蛋白质进行层析分离五、利用五、利用蛋白质颗粒沉降蛋白质颗粒沉降: 行为不同可进行超速离心分离行为不同可进行超速离心分离目目 录录六、六、用化学或反向遗传学方法可分析或演绎

52、用化学或反向遗传学方法可分析或演绎多肽链的氨基酸序列多肽链的氨基酸序列蛋白质氨基酸残基组成蛋白质氨基酸残基组成分析分析（离子交换层析）（离子交换层析）蛋白质氨基末端与羧基末端蛋白质氨基末端与羧基末端测定测定蛋白质蛋白质水解肽链片段水解肽链片段测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法降解法 一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。基酸顺序的结果。目目 录录化学法化学法溶解法溶解法二硝基氟苯法

53、（二硝基氟苯法（DNP法）法） 肼解法肼解法二甲基氨基萘磺酰氯法（二甲基氨基萘磺酰氯法（Dansyl-氯法）还原成氨基醇法氯法）还原成氨基醇法亮氨酸氨肽酶法亮氨酸氨肽酶法细胞外氨肽酶法细胞外氨肽酶法羧肽酶羧肽酶A A法法羧肽酶羧肽酶B B法法羧肽酶羧肽酶C C法法氨基酸和肽的末端测定法氨基酸和肽的末端测定法目目 录录通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列：通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列：按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列测定蛋白质末端氨基酸序列测定蛋白质末端氨基酸序列测定测定cDNA序列序列排列出排列出mRNA序列序列根据末端氨基酸序列设计根据末端氨基酸序

54、列设计RT-PCR引物引物RT-PCR扩增扩增cDNA目目 录录七、七、应用物理学、生物信息学原理可进行应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定或预测蛋白质空间结构测定或预测圆二色光谱圆二色光谱(circular dichroism，CD):测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。 -螺旋：螺旋：222nm、208nm处的负峰处的负峰 198nm处的正峰；处的正峰； - -折叠：折叠：CDCD谱不很固定谱不很固定。 二级结构测定二级结构测定目目 录录三级结构测定：三级结构测定：X射线衍射法射线衍射法(X-ray diffraction)核磁共振技术核磁

55、共振技术(nuclear magnetic resonance, NMR) 是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。 根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构：根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构： 几十万蛋白质序列几十万蛋白质序列 7000 7000 X射线衍射法、射线衍射法、NMR目目 录录同源模建同源模建：待研究的序列与已知结构的同源蛋白进待研究的序列与已知结构的同源蛋白进行序列比对，通过模建和能量优化计算，产生目标行序列比对，通过模建和能量优化计算，产生目标序列三维结构。序列相似性越高，预测的模型也越序列三维结构。序列相似性越高，预测的模型也越准

56、确。准确。折叠识别折叠识别：通过预测二级结构、预测折叠方式和参通过预测二级结构、预测折叠方式和参考其它蛋白的空间结构，从而产生目标序列的三维考其它蛋白的空间结构，从而产生目标序列的三维结构。结构。从无到有从无到有：根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，加上各种作用力力场信息，直接产生目标序列三维加上各种作用力力场信息，直接产生目标序列三维结构。结构。 根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构：根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构：目目 录录目的与要求目的与要求 掌握：掌握：氨基酸侧链的结构特点；蛋白质的分子氨基酸侧链的结构特点；蛋白质的分子组成、分子结构形式和特点、理化性质。组成、分子结构形式和特点、理化性质。熟悉：熟悉：蛋白质的一级结构、空间结构与蛋白质的一级结构、空间结构与 功能的关系；功能的关系；了解：了解：蛋白质的分离、纯化与序列分析技术。蛋白质的分离、纯化与序列分析技术。 （结合实验课学习）（结合实验课学习）目目 录录一、一、透析及超滤法可清除蛋白质溶液透析及超滤法可清除蛋白质溶液中的小分子化合物中的小分子化合