生物化学课件：第一章 蛋白质的结构与功能

BIOCHEMSITRYANDMOLECULARBIOLOGY

2014FALLSEMESTER

byDepartmentofBiochemistryandMolecularBiology,

SchoolofBasicMedicalSciencesReferenceBooks绪论

生物化学（Biochemistry）在分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节及其在生命活动中的作用。生物化学是医学生必修的基础医学课程，为学习其它基础医学和临床医学课程、在分子水平上认识病因和发病机理、诊断和防止疾病奠定扎实的基础。当今生物化学越来越多的成为生命科学的共同语言，它已成为生命科学领域的前沿学科。

NanometersMicrometersMillimetersMeters0.1nm1nm10nm100nm1μm10μm100μm1mm10mm100mm1mC-CbondGlucoseHemoglobinMitochondrionBacteriumRedbloodcellBumblebeeNewbornhumanLevel4:thecellanditsorganellesLevel3:supramolecularcomplexesLevel2:MacromoleculesLevel1:MonomericunitsChemicalcompositionofthebody

人体的主要化学组成

分子Molecule含量（%）水60.0可溶性无机盐0.7不溶性无机盐5.5蛋白质16.0三脂酰甘油（脂肪）13.0膜脂2.5糖类1.5核酸0.2PARTI:STRUCTUREANDCATALYSIS生物分子的结构与功能AminoAcids,Peptides,andProteinsEnzymesCarbohydratesandGlycobiologyNucleotidesandNucleicAcidsLipidsPARTII:BIOENERGETICSANDMETABOLISM物质和能量代谢Glycolysis,gluconeogenesis,ThecitricacidcycleFattyacidcatabolismAminoacidoxidationandtheproductionofureaOxidativephosphorylationLipidbiosynthesisBiosynthesisofaminoacids,nucleotidesandrelatedmoleculesHormonalregulationandintegrationofmammalianmetabolismPARTIII:INFORMATIONPATHWAY遗传信息物质和分子生物学GenesandchromosomeRegulationofgeneexpressionContents18世纪中至20世纪初:主要研究生物体的化学组成脂、糖类和氨基酸的性质核酸的发现酶的发现一、19世纪末以前是叙述生物化学阶段HistoryofBiochemistry路易斯·巴斯德（LouisPasteur）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵，即蔗糖发酵生成乙醇和二氧化碳。爱德华.布希纳(EduavdBuchner)无意之间发现了酵母提取液的发酵现象生机论1899古代自生论1860’s詹姆斯·萨姆奈(JamesB.Sumner)第一个成功地制备了尿素酶（urease）结晶。1926酶酶的化学本质是蛋白质20世纪初至中叶:营养研究、物质代谢，例如蛋白质生物合成蛋白质晶体结构解析:X-raydiffractionassay物质代谢途径的发现：糖代谢的酶促反应过程脂肪酸的β氧化、尿素合成途径和三羧酸循环二、20世纪上半叶是动态生物化学阶段Cori夫妇发现乳酸循环1930’s1940’sCori夫妇发现糖原分解过程的关键分子葡萄糖-1-磷酸汉斯·克雷勃斯(HansA.Krebs)和库尔特·汉瑟雷特(KurtHenseleit)发现了尿素循环(ureacycle)反应途径Krebs又揭示了三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle)机制(诺贝尔奖，1953)。193719321929年，CyrusH.Fiske、YellapragadaSubbarow和KarlLohman分别发现了腺苷三磷酸(ATP)。1941年，师从麦耶霍夫的FritzLipmann(诺贝尔奖，1953)提出生物能过程中的ATP循环学说。1948年，EugeneKennedy和AlbertLehninger证明，催化三羧酸循环反应的酶都分布在线粒体(mitochondrion)，线粒体内膜分布有电子传递体，可进行氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)反应。物质代谢与能量代谢偶联分子生物学定义

从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学

，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。三、20世纪50年代生物化学发展进入分子生物学时期LinusPauling（诺贝尔奖，1954）和RobertB.Corey采用X射线衍射（X-raydiffraction）技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构形式α-螺旋（α-helix）1951

Watson和Crick提出DNA双螺旋模型DoubleHelixmodel1953Boyer获得第一个重组DNA分子分子生物学时代19722013运用CRISPR/Cas9系统获得基因靶向修饰食蟹猴

第一章蛋白质的结构与功能

PROTEINSTRUCTUREANDFUNCTIONZengxiaLI李增霞lizengxia@本章主要内容1.1TheMolecularComponentofProtein

蛋白质的分子组成

1.2HierarchicalStructureofProteins

蛋白质的结构（分四个层次）1.3

RelationshipbetweenProteinStructureandFunction

蛋白质的结构与功能的关系1.4Purifying,Detecting,andCharacterizingProteins

蛋白质的纯化、检测和鉴定蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体的重要组成成分分布广：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。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。2.蛋白质在生命活动中的重要作用（workingmolecule）蛋白质的生物学重要性

生物催化作用：酶运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白调节作用：如胰岛素、生长激素运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白能量转换蛋白：如细胞色素基因调节蛋白：如阻遏蛋白蛋白质的生物学重要性3.氧化供能:

在一些特殊情况下，可以通过氨基酸代谢途径进入三羧酸循环（例如：消耗性疾病）在安徽阜阳的农村，有一件怪事。从2003年开始，那里的100多名婴儿，陆续患上了一种怪病。本来出生健康的孩子，在喂养期间，开始四肢变的短小，身体瘦弱，尤其是婴儿的脑袋显得偏大。当地人把这些孩子称为“大头娃娃”。组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N和S（地球生命主要是碳生命，所以碳含量高达50％或以上）。

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

。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。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：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素的组成特点将有机化合物与硫酸共热使其中的氮转化为硫酸铵。在这一步中，经常会向混合物中加入硫酸钾来提高中间产物的沸点（从337℃到373℃）。样本的分解过程的终点很好判断，因为这时混合物会变得无色且透明（开始时很暗）。在得到的溶液中加入少量氢氧化钠，然后蒸馏。这一步会将铵盐转化成氨。而总氨量（由样本的含氮量直接决定）会由反滴定法确定：冷凝管的末端会浸在硼酸溶液中。氨会和酸反应，而过量的酸则会在甲基橙的指示下用碳酸钠滴定。滴定所得的结果乘以特定的转换因子就可以得到结果。凯式定氮法第一节：氨基酸

SECTION1:AMINOACID一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L--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，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。除了组成蛋白质的20种氨基酸外，体内还存在一些不参与蛋白质组成的氨基酸及其衍生物，如γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid)为谷氨酸α-脱羧的产物，是传递神经冲动的神经递质；瓜氨酸（L-citruline)和鸟氨酸（L-ornithine)是参与鸟氨酸循环的中间物。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00缬氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

异亮氨酸

isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非极性疏水性氨基酸Nonpolar,aliphatic色氨酸

tryptophanTryW

5.89丝氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

甲硫氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

苏氨酸

threonineThrT5.602.极性中性氨基酸Polar,uncharged含非极性侧链基团含极性侧链基团Ser,SThr,TCys,CMet,M

Asn,NGln,QGly,GAla,AVal,VLeu,LPro,P

Ile,I含芳香基团

Phe,F;Tyr,Y;Trp,W天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22赖氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76组氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸Negativelycharged

4.碱性氨基酸Postivelycharged含碱性侧链基团（带正电荷）

含酸性侧链基团（带负电荷）

Lys,K;Arg,R;His,HAsp,D;Glu,E几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）

半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质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处溶液的酸碱度。

等电点(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质pH=pI-H-pH>pI+H+-H-+H+pH<pI(acid)氨基酸的兼性离子Neutralform

阳离子Postivelycharged

阴离子NegativelychargedK1K2K1=氨基酸具有特征性的滴定曲线甘氨酸滴定曲线在低pH时甘氨酸的酸-碱基团全都质子化,用NaOH滴定过程中甘氨酸逐步失去二个质子.Netcharge+10-1-2PI＝（2.19+4.25）/2＝3.22等电点的应用------电泳

电泳：带电颗粒在电场中移动的现象称为电泳应用------氨基酸的分离与分析氨基酸不同（pI不同，大小不同），在电场中泳动速度不同,

因此可以通过电泳将氨基酸彼此分开当pH=pI时，氨基酸呈兼性离子，在电场中不移动当pH>pI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动当pH<pI时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移动（二）紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（三）

茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。四、一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽

(peptide)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键在多肽晶体的x-射线研究中，鲍林和克里发现，肽键的长度（1.32Å）介于C-N单键（1.49Å）和C=N双键（1.27Å）之间。他们还发现，肽键具有平面性（所有四个原子连接的C-N小组在同一平面上），而且两个Cα处于反式肽键PeptideBond第二节：多肽和蛋白质

SECTION2:POLYPEPTIDESANDPROTEINS(一）肽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二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……*

肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链的两端*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。N末端C末端牛核糖核酸酶（二）几种生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+

体内许多激素属寡肽或多肽

神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽蛋白质的分子结构包括

一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构定义:蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构(PrimaryStructure)主要的化学键:肽键，有些蛋白质还包括二硫键。Adescriptionofallcovalentbonds(mainlypeptidebondsanddisulfidebonds)linkingaminoacidresiduesinapolypeptidechainisitsPrimaryStructure牛胰岛素一级结构：氨基酸序列Primarystructureofbovineinsulin桑格在1955年将胰岛素的氨基酸序列完整地定序出来，同时证明蛋白质具有明确构造。他利用自己新发现的桑格试剂[3]，也就是2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene）将胰岛素降解成小片段，并与专门水解蛋白质的胰蛋白酶混合在一起。再将一部分混合物的样本置放于滤纸的一面，并利用一种色层分析方法来做进一步的实验，首先他将一种溶剂从单一方向通过滤纸，同时又让电流以相反向通过。由于不同的蛋白质片段有不同的溶解度与电荷，因此在电泳后，这些片段最后会各自停留在不同的位置，产生特定的图案。桑格将此图案称为“指纹”；不同的蛋白质拥有不同的图案，成为可供辨识且可重现的特征。之后桑格又将小片段从新组合成氨基酸长链，进而推导出完整的胰岛素结构。因此得出结论，认为胰岛素具有特定的氨基酸序列。这项研究使他单独获得了1958年的诺贝尔化学奖。（一）一级结构是空间构象的基础蛋白质一级结构与高级结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能胰岛素氨基酸残基序号A8A9A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla马ThrSerIleAla（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链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，称为“分子病”。hemoglobin6:GAA(Glu)->GTA(Val)思考题：

丙氨酸的滴定曲线显示其有两个可解离基团羧基和氨基，其pKa值分别为2.34和9.69。二聚，三聚和多聚丙氨酸的滴定曲线也显示它们有两个可解离基团，它们的pKa值如下表所示：(1)写出Ala-Ala-Ala的结构式，并标明其pKa值。(2)解释为什么pK1的数值随着丙氨酸的聚合度的增加而增加？(3)解释为什么pK2的数值随着丙氨酸的聚合度的增加而下降？二、蛋白质的二级结构（SecondaryStructure)

蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象

。定义

主要的化学键：

氢键

Secondarystructurereferstoparticularlystablearrangementsofaminoacidresiduesgivingrisetorecurringstructuralpatterns在多肽晶体的x-射线研究中，鲍林和克里发现，肽键的长度（1.32Å）介于C-N单键（1.49Å）和C=N双键（1.27Å）之间。他们还发现，肽键具有平面性（所有四个原子连接的C-N小组在同一平面上），而且两个Cα处于反式肽键PeptideBond（一）肽单元PeptideUnit是一个刚性（rigid）的平面参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)

。肽单位平面与二面角

肽平面（peptideplane）：肽链主链的肽键C-N具有部分双键的性质，因而不能自由的旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面上，此平面称为肽单位平面，又称酰胺平面。通常是反式的。（二）α-螺旋(Theα-helixisacommonproteinsecondarystructure)是在蛋白中最常见的一种二级结构构象，为右手螺旋。每圈螺旋3.6个氨基酸残基,螺距为0.54nm，跨越13个原子。主链内部形成H-键，螺旋的每个肽键的N-H和氨基端（后面）的第4个羰基氧形成H-键，氢键方向与螺旋长轴基本平衡。侧链基团R在螺旋外侧。φ=-57ψ=-47典型蛋白：毛发的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、血凝块中的纤维蛋白（三）-折叠（Theconformationorganizespolypeptidechainsintosheets)-折叠

(sheet)的特点多肽链充分伸展，各肽键平面之间折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替位于锯齿状结构的上下方两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，它们之间靠链间肽键（--C=O）氧与亚氨基（--NH）氢形成维系平行排列的两条肽链走向（N-端到C-端的方向）可相同，也可相反）平行φ=-119oψ=+113o

反平行

φ=-139oψ=+135o

典型蛋白：蚕丝蛋白（四）-转角turnsarecommoninproteins

180度的转角，常连接2段相邻的β-折叠片段含4个氨基酸残基第一个氨基酸残基的肽键（--C=O）氧和地四个氨基酸残基的NH2形成氢键Gly和Pro氨基酸残基

常见于β-转角-转角：（五）模体motif（也叫做超二级结构Supersecondarystructure)在许多蛋白质分子中，可发现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，被称为模体(motif)。是二个或多个二级结构的折叠方式（foldingpattern),有时是非常简单的结构，比如β-α-βloop，βhairpin等钙结合蛋白中结合钙离子的模体

锌指结构锌指结构zincfingermotif由1个α-螺旋和2个反平行的-折叠共3个肽段组成,形似手指,

能够结合锌离子锌指具有结合DNA的功能.

锌指模体结构锌指模体存在于类固醇激素受体超家族和一些转录因子中，属DNA结合蛋白。锌指模体约由30个氨基酸残基组成。4个半胱氨酸残基或2个半胱氨酸残基和2个组氨酸残基与1个锌离子配价结合。锌指模体的-螺旋部分是与DNA结合的部位。Zn组氨酸残基半胱氨酸残基-折叠-折叠-螺旋ZnYKCGERSFVEKSALSRHQRVHKNCLZn（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-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因若一段肽链有多个酸性氨基酸残基相邻，则在pH7.0时这些残基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍α-螺旋的形成。同样，多个碱性氨基酸残基在一肽段内，由于正电荷相斥，也妨碍α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响α-螺旋形成。脯氨酸的结构不利于形成α-螺旋。形成β-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。三、蛋白质的三级结构(ProteinTertiaryStructure)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。多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布

肌红蛋白(myoglobin,Mb)N端C端(二)

维持三级结构稳定主要依靠非共价键蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键主要有氢键、VanderWaals力、疏水作用、和离子键等。非共价键相互作用的物理本质1.氢键本质是静电引力，比范德华力键能要强得多。蛋白质中至少50%的内部极性基团参与形成氢键。2.范德华力本质是静电引力,非特异弱相互作用.取向力诱导力色散力3.离子键两个带正负相反电荷基团之间的相互作用.作用力比氢键和范德华力要强.4.疏水相互作用水分子为减少疏水基团对水分子之间形成的氢键网的破坏作用而将肽链上的疏水基团挤压在一起,避开水相.这种熵驱动力在肽链自发折叠过程中起重要作用.（三）结构域Domain由β-折叠、α-螺旋形成的结构域

丙酮酸激酶的一个结构域免疫球蛋白的一个结构域

大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain),它们之间常由舒展的肽键连接。Domain:一个典型的结构域都具有一种特殊的功能，例如可以结合小分子等。结构域一般由几个超二级结构单位组成的。结构域的大小变化很大，范围从25到300个氨基酸残基，平均约为100个残基。右图a为迂回含有通过发夹环连接的反平行链。图b是一种/式的折叠桶，它是由重复的单位组成的，折叠桶的核心通常都是疏水结合部位或反应部位。迂回/折叠桶分子伴侣Chaperon分子伴侣(chaperon)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。分子伴侣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，使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，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的正确形成起了重要的作用。Chaperoninsinproteinfolding伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构(ProteinQuaternaryStructure)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，称为蛋白质的四级结构。某些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。血红蛋白的四级结构

由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。

（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。

胰岛素受体：由4个亚基组成(α2β2)，α亚基与β亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。

蛋白质结构与功能的关系StructureandFunctionofProteins第三节（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能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。────────────────────────

氨基酸残基序号胰岛素───────────────

A8A9A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

猪ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

马ThrSerIleAla────────────────────────促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成但作用较弱。(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素c(cytochromec)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。从细胞色素c的一级结构看生物进化物种进化过程中越接近的生物，细胞色素的一级结构越相似（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链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，称为“分子病”。1.肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基

二、蛋白质空间结构表现功能血红素结构(一)血红蛋白构象改变引起功能变化肌红蛋白(myoglobin，Mb)

肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。血红素分子中的两个丙酸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荷相连，加之肽链中的F8组氨酸残基还与Fe2+形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构。Hb各亚基的三级结构与Mb极为相似。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。一分子肌红蛋白Mb可结合1分子O2,

一分子血红蛋白Hb可结合4分子O22.血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力

肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线协同效应(cooperativity)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能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应

(negativecooperativity)TensestateRelaxedstateO2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。别构效应(allostericeffect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为别构效应。（二）蛋白质构象改变可导致构象病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机制：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。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病疯牛病第四节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein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，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条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pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)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1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。颗粒表面电荷水化膜蛋白质胶体稳定的因素:+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉三、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，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。蛋白质的变性(denaturation)造成变性的因素: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。

变性的本质:——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。

应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。

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象和功能，称为复性(renaturation)。

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用(proteincoagulation)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和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。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，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量茚三酮反应(ninhydrinreaction)双缩脲反应(biuretreaction)第五节蛋白质的分离纯化