生物化学与分子生物学：第2章 多肽与蛋白质 7年制2版

1、目目 录录 生物大分子生物大分子：由基本：由基本结构单位结构单位按一定按一定顺顺序和连接序和连接方式所形成的多聚体。方式所形成的多聚体。 蛋白质：氨基酸蛋白质：氨基酸 核酸：核酸： 核苷酸核苷酸 糖复合物：单糖糖复合物：单糖 目目 录录多肽与蛋白质多肽与蛋白质第二章第二章Polypeptides and Proteins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

2、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 proteios，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 录录老年

3、痴呆症老年痴呆症 镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血病例病例目目 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 录录第一节第一节 肽、肽、蛋白质蛋白质的一级结构的一级结构 Primary Structure of peptides and Proteins目目 录录主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、锌、铁、铜、锌、锰、钴锰、钴、钼、钼，个别蛋白质

4、还含有，个别蛋白质还含有碘碘 。一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成目目 录录 蛋白质的含氮量平均为蛋白质的含氮量平均为1616。 100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点：目目 录录二、二、蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位目目 录录（一）蛋白质由氨基酸通过肽键连接形成链状结构（一）蛋白质由氨基酸通过肽键连接形成链状结构三、蛋白质的基本结构特点三、蛋白质的基本结构特点氨基酸通过肽键连结形成肽

5、和蛋白质氨基酸通过肽键连结形成肽和蛋白质目目 录录NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO目目 录录2. 肽和蛋白质肽和蛋白质 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNH-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHNH-CH-COOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn目目 录录目目 录录主链结构主链结构: : 氨基酸残基通过

6、肽键连接而成的结构。氨基酸残基通过肽键连接而成的结构。侧链结构：侧链结构：氨基酸残基的氨基酸残基的R R基团结构。基团结构。目目 录录 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNH-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHNH-CH-COOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn目目 录录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目目 录录（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽是体内重要的还原剂 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)目目

7、 录录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+ GSHGSH的巯基的巯基具有还原性：具有还原性：保护蛋白质或酶分子的巯基保护蛋白质或酶分子的巯基免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。GSHGSH与致癌剂或药物结合与致癌剂或药物结合目目 录录2. 寡肽或多肽激素寡肽或多肽激素目目 录录3. 神经肽神经肽在神经传导过程中起重要作用的肽类称为在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽神经肽(neuropeptide)。脑啡肽脑啡肽(5肽肽)、-内啡肽内啡肽(31肽肽)和和强啡肽强啡肽(17肽肽)等。

8、等。 孤啡肽孤啡肽(17肽肽)，其一级结构类似于强啡肽。，其一级结构类似于强啡肽。 目目 录录 蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，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，形成具分子量大，能折叠成一定的形状，形成具有空间结构的大分子。有空间结构的大分子。 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNH-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHNH-CH-COOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn目目 录录（三）蛋白质分子结构的四个层次（三）蛋白质分子结构的四个层次1952年丹麦科学家年丹麦科学家Li

9、nderstrom-Lang建议建议目目 录录（一）概念：（一）概念： 蛋白质分子中从蛋白质分子中从N N端到端到C C端的氨基酸残基端的氨基酸残基排列顺序排列顺序。四、蛋白质一级结构四、蛋白质一级结构 （primary structure） 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（二）蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础（二）

10、蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础目目 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 / /（三）一级结构比对用于同源蛋白质分析（三）一级结构比对用于同源蛋白质分析序列比对方法：序列比对方法：将将2个序列准确地对齐，使之达到相个序列准确地对齐，使之达到相同序列

11、最大化，插入或删除序列（不同序列）最小同序列最大化，插入或删除序列（不同序列）最小化，然后计算相同的氨基酸数。化，然后计算相同的氨基酸数。目目 录录根据同源蛋白质序列相似程度分类根据同源蛋白质序列相似程度分类同源蛋白：同源蛋白：同一基因进化（功能相似）而来的同一基因进化（功能相似）而来的 蛋白质，氨基酸蛋白质，氨基酸序列序列相似程度相似程度25%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（四）蛋白质分类：（四）蛋白质分类：1. 组成分类：组成分类：单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein

12、）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（conjugated protein）辅基辅基（prosthetic group）2.2.家族分类：家族分类： 根据蛋白质一级结构特点，氨基酸同源分析。根据蛋白质一级结构特点，氨基酸同源分析。3.3.空间空间结构分类：结构分类： 模体、结构域、亚基分类。模体、结构域、亚基分类。4.4.形状分类形状分类目目 录录分类分类辅基辅基举例举例脂蛋白脂蛋白脂类脂类血浆脂蛋白（血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖链糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖体核

13、糖体磷蛋白磷蛋白磷酸基团磷酸基团酪蛋白（酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素蛋白黄素核苷酸（黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶金属蛋白金属蛋白铁铁铁蛋白铁蛋白锌锌乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶钙钙钙调蛋白钙调蛋白锰锰丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶铜铜细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 目目 录录第二节第二节 肽、蛋白质的高级结构肽、蛋白质的高级结构Three Dimentional Structure of Peptides and Proteins目目 录录目目 录录（一）

14、（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平面）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：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 录录目目 录录目目 录录 H O R2 H H O R4 H H NH2CC = NCC = N CC = NCC = N CCOOH R1 H H O R3 H H O R5目目 录录 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折叠折叠 ( -pleated sheet ) -转角转角 ( -turn ) -环（环（ -loop）：）：无规卷曲无规卷曲 ( rand

15、om 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 录录目目 录录目目 录录 - -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 录录结构特点结构特点: : 以肽键平面为单位以肽键平面为单位,右手螺旋右手螺旋； 每螺旋圈每螺旋圈3.6个氨基酸残基，螺距个氨基酸残基，螺距0.54n

16、m ； 氢键氢键保持螺旋结构的稳定，氢键保持螺旋结构的稳定，氢键的方向与螺旋长轴基本平行；的方向与螺旋长轴基本平行； 氨基酸氨基酸侧链侧链伸向螺旋外侧，并影伸向螺旋外侧，并影响响螺旋的形成和稳定。螺旋的形成和稳定。两性特点：两性特点：每每隔隔3 34 4个个aaaa有有1 1个极性个极性或非极性或非极性aaaa，肽链具有亲水性或疏，肽链具有亲水性或疏水性。水性。目目 录录2 2、 - -折叠折叠 - -折叠：折叠：多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过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 录录特征：特征：多肽链较多肽链较伸展伸展，呈锯齿状，氨基

17、酸残，呈锯齿状，氨基酸残基基侧链侧链交替地位于锯齿状结构的上交替地位于锯齿状结构的上下方；下方；两条以上肽链或一条肽链内的若干肽两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段，两条肽链走向可相同，也可相段，两条肽链走向可相同，也可相反。反。 平行：平行：N N端到端到C C端同方向，肽链间距端同方向，肽链间距0.65nm0.65nm； 反平行反平行: : N N端到端到C C端不同方向端不同方向, , 肽链间肽链间距距0.70nm0.70nm。氢键氢键稳固稳固折叠结构。折叠结构。 目目 录录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 -折叠为主，折叠为主，许许多蛋白质既有多蛋白质既有螺旋又有

18、螺旋又有 -折叠。折叠。目目 录录3、 -转角（转角（ -turn） - -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 4个氨基酸残基个氨基酸残基组成组成氢键维系稳定氢键维系稳定( (第第1 1个残基个残基的的C=0 C=0 与第与第4 4个残基的个残基的N-HN-H形成氢键形成氢键) )第二个残基常为第二个残基常为脯氨酸脯氨酸 目目 录录4 4、 - -环（环（omega loopomega loop）：）： 出现在出现在螺旋或螺旋或 -折叠之间折叠之间的结构。比的结构。比 -转角的氨基酸转角的氨基酸多，规律性不很明确。多，规律性不很明确。5、

19、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。 目目 录录（三）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响（三）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。基团较小。目目 录录（四

20、）（四） 模体模体(motif)在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，具有段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，具有特殊功能，称为特殊功能，称为模体模体。在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，有规则的二级结构组合，被称为被称为超二级结构超二级结构。超二级结构超二级结构模体模体目目 录录-Loop目目 录录钙结合蛋白的模体钙结合蛋白的模体 （ 螺旋螺旋-

21、-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。常见的模体结构常见的模体结构目目 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+。 螺旋能镶嵌于螺旋能镶嵌于DNADNA的大沟的大沟中，

22、与中，与DNADNA结合。结合。目目 录录亮氨酸拉链模体亮氨酸拉链模体（leucine zippers，LZ）“两性两性” 螺旋螺旋，隔，隔6 6个个aaaa，1 1个个LeuLeu， LeuLeu侧链位侧链位 螺旋螺旋一侧，亲水侧链位另一侧。一侧，亲水侧链位另一侧。两条两条 螺旋平行螺旋平行，LeuLeu像拉像拉链样紧密交错结合，形成链样紧密交错结合，形成二聚体，称为二聚体，称为“拉链拉链”结结构。构。目目 录录（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

23、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。多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成目目 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 录录主要化学键：主要化学键：非共价键非共价键疏水键、离子键疏水

24、键、离子键( (盐键盐键) )、氢键和、氢键和 Van derVan der WaalsWaals力。力。以以疏水键疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏。为主要作用，不牢固，易被破坏。（二）（二）维持三级结构稳定主要依靠非共价键维持三级结构稳定主要依靠非共价键目目 录录目目 录录（三）（三）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+ +结合结构域结合结构域和和催化结构域催化结构域结构域：结构域：蛋白质蛋白质分子分子折叠形成相对致密的，具有折叠形成相对致密的，具有一定功能作用的一定功能作用的局部局部区域，称为结构域。区域，称为结构

25、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

26、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（四）分子伴侣（四）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，使之环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子。折叠成具有天然构象蛋白质的分子。参与蛋白质折叠的分子伴侣：参与蛋白质折叠的分子伴侣： 热休克蛋白、伴热休克蛋白、伴侣分子、核质蛋白侣分子、核质蛋白。目目 录录目目 录录目目 录录由由4 4个亚基组成个亚基组成。各亚各亚基的三级结构与基的三级结构与MbMb极为相似。极为相似。每个亚基结合一个血

27、红素。每个亚基结合一个血红素。HbHb亚基之间通过亚基之间通过8 8对盐对盐键键，使，使4 4个亚基紧密结合。个亚基紧密结合。血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构目目 录录 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体亚基形成单体(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 录录目目 录录目目 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

28、级结构: :几个二级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。 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 录录第三节第三节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目目 录录1、一级结构是空间构象的基础、一级结构是空间构象的基础一、蛋白

29、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2 2、一级结构相似的蛋白质具有相似的高级、一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能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。象以及功能也相似。差异的氨基酸不影响结构和功能，无关突差异的氨基酸不影响结构和功能，无关突变。变。目目 录录胰岛素胰岛素氨基酸残基序

30、号氨基酸残基序号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)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3 3、氨基酸序列提供重要的生物化学信息、氨基酸序列提供重

31、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序列相似性程度与功能相关。能相关。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细胞色素细胞色素c c一级结构：一级结构：人与黑猩猩：相同；人与黑猩猩：相同；人与猕猴：人与猕猴：TyrTyr102102：ArgArg102102；人与酵母：差人与酵母：差51aa51aa；灰鲸与猪：差灰鲸与猪：差2aa2aa目目 录录4 4、重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病

32、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”。目目 录录目目 录录二、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1 1、蛋白质、蛋白质功能需要功能需要完整完整的空

33、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): ): 三级结构没有完整的生理功能。三级结构没有完整的生理功能。2 2、空间结构改变空间结构改变(变构变构), 功能改变。功能改变。3、空间结构破坏、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(Mb)/血红蛋白血红蛋白(Hb)的结构的结构 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化合物: :4 4个吡咯环，个吡咯环，4 4个甲炔基个甲炔基2 2个个CHCH2

34、2CHCH2 2COO-COO-与与aaaa连接连接FeFe2 2+ + 形成形成 6 6个配位键个配位键： 4N4N、组、组aaaa、O O2 2（三）血红蛋白构象（三）血红蛋白构象与与功能功能目目 录录目目 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。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。形成配位结合。目目 录录目目 录录血红蛋白血红蛋白( (hemoglobin，Hb) )4个亚基组成个亚基组成。亚基亚基三级结构与三级结构与Mb相似。相似。Hb亚基之间通过亚基之间通过8对离子键对离子键，紧

35、密结合。，紧密结合。目目 录录氧合氧合Hb：Hb(Mb)与与O2结结合后的合后的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：氧分压与氧氧分压与氧百分数的关系曲线百分数的关系曲线。2. 血红蛋白亚基构象变化影响结合血红蛋白亚基构象变化影响结合氧能力氧能力氧氧百百分分饱饱和和度度氧分压氧分压肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的的氧解离曲线氧解离曲线目目 录录肌红蛋白肌红蛋白(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:

36、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。氧氧百百分分饱饱和和度度氧分压氧分压目目 录录紧密型（紧密型（T态）态）： 盐键连接，亚基紧密结合，盐键连接，亚基紧密结合，O2亲合力低。亲合力低。松弛型（松弛型（R态）：态）： 盐键断裂，亚基松弛结合，盐键断裂，亚基松弛结合，O2亲合力高。亲合力高。目目 录录目目 录录目目 录录 亚基与亚基与O2结合，盐键断裂；结合，盐键断裂； Hb逐渐从逐渐从T态转变为态转变为R态；态； 与与O2亲合力逐渐提高。亲合力逐渐提高。Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合，结合

37、，促进第二个亚基与促进第二个亚基与O2结合。结合。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，能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，这种现象影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种现象称为称为协同效应协同效应。 正协同效应正协同效应(positive cooperativity)负协同效应负协同效应(negative cooperativity)Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合，结合，促进第二个亚基与促进第二个亚基与O2结合。结合。目目 录录O2血红素与血红素与O2

38、结合结合后，后，铁原子半径变小，铁原子半径变小，进入卟啉环的小孔中，进入卟啉环的小孔中，肽链位置变动肽链位置变动,影影响其它亚基的构象响其它亚基的构象,使使其它亚基结合其它亚基结合O2能力能力增强。增强。目目 录录目目 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）。协同效应是由于蛋白质的协同效应是由于蛋白质的别构效应别构效应引起的。引起的。目目 录录血红蛋白构象血红蛋白构象与与功能功能构象：构象：T T型、型、R R型型功能：功能：T T型：型：O O2

39、2亲和力低；亲和力低； R R型：型：O O2 2亲和力高。亲和力高。变构效应：变构效应：O O2 2结合结合T T型型HbHb的亚基，肽链移位，的亚基，肽链移位，盐键断裂，盐键断裂，T T型转变为型转变为R R型。型。协同效应：协同效应：O O2 2结合第一个亚基，引起结合第一个亚基，引起O O2 2与第与第二个亚基结合亲和力增强。二个亚基结合亲和力增强。目目 录录四、蛋白质构象改变与四、蛋白质构象改变与构象病构象病蛋白质构象疾病：蛋白质构象疾病： 蛋白质构象发生改变，影响蛋白质功能，所蛋白质构象发生改变，影响蛋白质功能，所导致的疾病。导致的疾病。 人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、人纹状体脊

40、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

41、型PrP：PrPc 异常致病型异常致病型PrP：PrPsc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目目 录录五、蛋白质的化学修饰、相互作用可改变其功能五、蛋白质的化学修饰、相互作用可改变其功能蛋白质翻译后的化学修饰蛋白质翻译后的化学修饰磷酸化、甲基化、乙酰化等修饰。磷酸化、甲基化、乙酰化等修饰。目目 录录六、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系六、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系 生物信息

42、学生物信息学应用计算机程序，解释复杂应用计算机程序，解释复杂分子机制。分子机制。 1. “序列相似性序列相似性”评分评分 2. 预测二级结构：超二级结构、模体。预测二级结构：超二级结构、模体。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、蛋一、蛋白质具有两性电离性质白质具有两性电离性质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

43、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) 目目 录录PHPI目目 录录 二、蛋白质胶体性质二、蛋白质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，使蛋白质颗粒不使蛋白质颗粒不易聚集。易聚集。 目目 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

44、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 录录三、蛋白质变性三、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(denaturat

45、ion)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、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，变性临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。因素常被应用来消毒及灭菌。 防止蛋白质变

46、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：变性：空间构象破坏空间构象破坏 疏水侧链暴露，水化膜破坏。疏水侧链暴

47、露，水化膜破坏。 变性蛋白易沉淀，功能丧失。变性蛋白易沉淀，功能丧失。沉淀：沉淀：水化膜破坏，空间构象无变化水化膜破坏，空间构象无变化 沉淀蛋白可以不变性，功能不变。沉淀蛋白可以不变性，功能不变。蛋白质变性与沉淀蛋白质变性与沉淀杀菌时：杀菌时：变性，变性，破坏功能破坏功能提取时：提取时：沉淀，沉淀，保全功能保全功能目目 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。征性吸收峰。目目 录录第六节第六节血浆蛋白质血

48、浆蛋白质 Plasma Proteins目目 录录血浆：血浆：血液经抗凝处理后，分离出的血液液体成血液经抗凝处理后，分离出的血液液体成 分。其中含有纤维蛋白原分。其中含有纤维蛋白原。血清：血清：血液凝固后，分离出的血液液体成分。血液凝固后，分离出的血液液体成分。 即除去纤维蛋白的血浆即除去纤维蛋白的血浆。血浆蛋白：血浆蛋白：血浆中的蛋白质血浆中的蛋白质 血浆中的主要固体成分。血浆中的主要固体成分。 人血浆总蛋白：人血浆总蛋白：6080 g/L目目 录录一、血浆蛋白质分成若干组分一、血浆蛋白质分成若干组分电泳法：电泳法：醋酸纤维素膜电泳：醋酸纤维素膜电泳：分为分为5个组分。个组分。 泳动快慢：清蛋白泳动快慢：清蛋白 球蛋白：球蛋白：1、2、聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)：100种以上。种以上。 血清蛋白电泳图血清蛋白电泳图 清蛋