蛋白质结构课件

1、一、蛋白质的二级结构概念,蛋白质的二级结构是指多肽链本身的折叠和盘绕方式。,酰胺平面和两面角,第五节 蛋白质的二级结构,早在20世纪30年代，Pauling和Corey就开始有X-射线衍射方法研究了氨基酸和肽的结构，他们得到了重要的结论:,(1) 肽键的键长介于C-N单键和双键之间，具有部分双键的性质， 不能自由旋转。,(2) 肽键中的四个原子和它相邻的两个-碳原子处于同一平面，形 成了酰胺平面，也称肽键平面。,(3) 在酰胺平面中C=0与N-H呈反式。,多肽链的主链由许多酰胺平面组成，平面之间以碳原子相隔。而C-C键和C-N键是单键，可以自由旋转，其中C-C键旋转的角度称，C-N键旋转的角度

2、称。和这一对两面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置，也就决定了肽链的构象。 碳是两个相邻酰胺平面的连接点，酰胺平面虽然是刚性的，但酰胺平面之间的位置可以任意取向。,二、维持蛋白质构象的化学键,维持蛋白质 构象的化学键,氢键、离子键、疏水键、范德华引力,二硫键、配位键,a 离子键 b 氢键 c 疏水键 d 范德华引力,维持蛋白质构象的作用力：氢键、离子键、范德华力、疏水作用、二硫键,氢键（hydrogen bond） 氢键在稳定蛋白质的结构中起着极其重要的作用。多肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间形成的 氢键，是稳定蛋白质二级结构的主要作用力。此外，氢键还可以在侧链与侧链、侧链与介质水、主链肽基与侧链

3、或主链肽基与水之间形成。 XHY 大多数蛋白质所采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如螺旋，折叠片），与此同时保持大多数能成氢键的侧链处于蛋白质分子的表面将与水相互作用。,离子键 离子键又称盐键或盐桥，它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。 在生理pH下，蛋白质中的酸性氨基酸（Asp和Glu）的侧链可解离成负离子，碱性氨基酸（Lys、Arg和His）的侧链可解离成正离子。这些基团都分布在球状蛋白质分子表面，而与介质水分子发生电荷偶极之间的相互作用，形成排列有序的水化层，这对稳定蛋白质的构象有着一定的作用。,范德化引力（van der Waals force） 广义的范德

4、化力包括3种较弱的作用力：定向效应、诱导效应、分散效应。 定向效应（orientation effect）：发生在极性分子或极性基团之间。它是永久偶极间的静电相互作用，氢键可被认为属于这种范德化力。 诱导效应（induction effect）：发生在极性物质与非极性物质之间，这是永久偶极与由它诱导而来的诱导偶极之间的静电相互作用。 分散效应（dispersion effect）：是在多数情况下起主要作用的范德华力，它是非极性分子或基团间仅有的一种范德华力即狭义的范德华力，也称为London分散力，通常的范德华力就指这种作用力。,疏水作用（hydrophobicinteraction） 水介质

5、中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部。这一现象被称为疏水作用。疏水作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近。 二硫键 二硫键的形成对蛋白质的三维构象起稳定作用，在绝大多数情况下，二硫键在多肽链的转角附近形成的。,1、-螺旋,1950年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时，提出了-螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在-螺旋。,三、蛋白质二级结构和类型,（一）蛋白质二级结构类型, 蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升 一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm， 螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100。, 在同一肽

6、链内相邻的螺圈之间形成氢链。, -螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。,-螺旋结构的要点如下：,-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。,除了上面这种典型的-螺旋外，还有一些不典型的-螺旋，所以规定了有关螺旋的写法，用“nS”来表示，n为螺旋上升一圈氨基酸的残基数。S为氢键封闭环内的原子数，典型的-螺旋用3.613表示，非典型的-螺旋有3.010， 4.416（螺旋）等。,一些侧链基团虽然不参与螺旋，但他们可影响-螺旋的稳定性,2、 -折叠,也是pauling等人提出来的，它是与-螺旋完全不同的一种结构。, -折叠主链骨架以一定的

7、折叠形式 形成一个折叠的片层。碳原子位 于折叠线上。, 在两条相邻的肽链之间形成氢链。,在折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面，并交替地从平面上下二侧伸出。, -折叠有平行和反平行的两种形式:, 每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平 行的是0.35nm。,3、-转角 (-turn),自然界的蛋白质大多数是球状蛋白质,因此多肽链必须具有弯曲、回折和重新定向的能力,以便生成结实、球状的结构。 -转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180的回折，在回折角上的结构就称-转角，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的NH之间形成氢键。,4、无规卷曲

8、,无规卷曲（randon coil）或称卷曲（coil），它泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。 无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，但许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。,5、 环,这是最近发现普通存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构，这种结构的形状象希腊字，所以称环。 环这种结构总是出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水残基为主，这种结构与生物功能有关，另外在分子识别中可能起重要作用。,四、 纤维状蛋白质结构,角蛋白（keratin）：-角蛋白, -角蛋白 毛发角蛋白中，三股右手螺旋向左缠绕，拧成一根称为原纤维的超螺旋结构，直径为2nm，原纤维在排列成“9+2”的电缆式结构

9、，称微原纤维，直径为8nm。成百根微原纤维再结合成一不规则的纤维束，称大原纤维，直径为200nm。它们毛发的结构元件。,（1）角蛋白（keratin）,-角蛋白,（2）角蛋白，例如丝心蛋白（fibroin），这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。,丝心蛋白是典型的反平行折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象。侧链交替地分布在折叠片的两侧。 丝心蛋白分子取片层结构即反平行折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系,（3）胶原蛋白胶原蛋白或称胶原是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质。它也是结构蛋白质，能使腱、骨、软骨、牙、皮和血管等结缔组织具有机械强度。,皮肤胶原蛋白

10、（型）会有很高量的Gly（33%）和Pro（13%），以及3个不常见的氨基酸：4羟脯氨酸（9%），3羟脯氨酸（0.1%），5羟赖氨酸（0.6%）。这些不常见的氨基酸都是在胶原蛋白质多肽链合成后由通常的Pro和Lys修饰而成的。 胶原蛋白是一种右手超螺旋缆，其中每股链自身是一种左手螺旋。胶原蛋白多肽链很长的区段序列是由Glyxy氨基酸序列重复而成的。其中x、y是Gly之外的任何氨基酸残基，但x经常是Pro，y经常是Hyp（4羟脯氨酸）。,胶原纤维中的共价交联：醛醇缩合、生成羟赖氨酸正亮氨酸的衍生物。 随着年龄的增长，共价交联键越来越多，因此使得结缔组织中的胶原纤维越来越硬而脆，结果改变了肌键、韧

11、带和软骨的机械性能，使骨头变脆，眼球角膜透明度减小。,第六节 蛋白质的超二级结构和结构域,在蛋白质分子中特别是球状蛋白质分子中经常可以看到由若干相邻的二级结构元件（主要是螺旋和折叠片）组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多的、有规则的二级结构组合或二级结构串，在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构、标准折叠单位或折叠花式。 已知的超二级结构有3种基本的组合形式：、。,一、超二级结构,：是两个-螺旋互相缠绕， 形成一个左手超螺旋。,x：是两段平行的-折叠通过一段连接链x连接而形成的结构。如x为- 螺旋则为；最常见的为两个聚集体连在一起形成 结构，称Rossmann折叠。,Rossman

12、n折叠,如为-折叠，则为。,如x为无规卷曲，则为c。,-曲折（-meander）：,是三条或三条以上反平行的-折叠通过短链，如-转角相连。,-折叠筒（-sheat barrel）：,由多条-折叠链所构成的-折叠片，再卷成一个园筒状的结构。,结构域是 1970年Edelman提出的，它是指在较大的球状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。,最常见的结构域约含100200个氨基酸残基，少至40个左 右，多至400个以上。,结构域是球状蛋白质的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域的缔合。,二、结构域,对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和三

13、级结构往往是一个意思，也就是说是单结构域的。一般来说，大的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。,结构域有时也称功能域，功能域是指有功能的部分。功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域组成。,从动力学的角度来看，一条长的多肽链先折叠成几个相对独立的区域，再缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构更合理。,从功能的角度来看，酶蛋白的活性中心往往位于结构域之间，因为连接各个结构域的常常是一条松散的肽链，使结构域在空间上摆动比较自由，容易形成适合底物结合的空间。,第七节 蛋白质的三级结构,一个蛋白质的三级结构是指由二级结构元件构建成的总三维结构，包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关

14、系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。 蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，多肽链再进一步折叠盘绕成更复杂的空间结构，三级结构主要靠非共价键来维持。,从目前对球状蛋白质二、三级结构研究的资料来看，它们有一些共同的特点：,(1) 在球状蛋白质分子中,一条多肽链往往通过一部分-螺旋， 一部分-折叠，一部分-转角和无规卷曲等使肽链折叠 盘绕成近似球状的构象。,(2) 球状蛋白质的大多数极性侧链总是暴露在分子表面形成亲 水面，而大多数非极性侧链总是埋在分子内部形成疏水核。,(3) 球状蛋白质的表面往往有内陷的空穴，空穴周围有许多疏 水侧链，是疏水区，这空穴往往是酶的活性部位或蛋白质 的功能部位。,第

15、八节 蛋白质的亚基缔合与四级结构,四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基，亚基一般是一条多肽链。亚基有时也称单体，由两个亚基组成的称为二聚体蛋白，由4个亚基组成的称为四聚体蛋白。,由两个或两个以上亚基组成的蛋白质统称为寡聚蛋白质、多聚蛋白质或多亚基蛋白质。 蛋白质亚基之间紧密接触的界面存在极性相互作用和疏水相互作用。因此相互作用的表面具有极性基团和疏水基团的互补排列。亚基缔合的驱动力主要是疏水相互作用，亚基缔合的专一性则由相互作用的表面上的极性基团之间的氢键和离子键提供。,一般来说亚基不具有生物活性，即使有也很小，只有当这些亚基聚合成一个完整的蛋白质分子后，才具有生物活性。,亚基缔合分为相同

16、亚基之间和不同亚基之间的缔合。相同亚基之间的缔合分为同种缔合和异种缔合。 同种缔合：相互作用的表面是相同的，形成的结构一定是封闭的二聚体，并且具有一个2重对称轴。 异种缔合：相互作用的表面是不同的，异种缔合一定是开放末端的结构。,(1)增强结构稳定性 表面积与体积之比降低 (2)提高遗传经济性和效率 (3)使催化基团汇集在一起 形成完整的催化部位 (4)具有协同性和别构效应,四级缔合在结构和功能上的优越性,寡聚蛋白与别构效应 别构蛋白： 除了有活性部位（结合底物）外，还有别构部位（结合调节物）。有时活性部位和别构部位分属不同的亚基（活性亚基和调节亚基），活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通

17、过蛋白质构象的变化而相互作用。 别构效应： 别构蛋白的别构部位与效应物的结合改变了蛋白质的构象，从而对活性部位产生的影响。,同促效应（同位效应）： 一种配体的的结合对于其它部位结合同种配体的能力的影响，包括（正）协同效应和负协同效应。 同位效应一般是指活性部位之间的效应。 同位效应是别构效应的基础，别构效应可以看成是对同位效应的一种修饰 异促效应（异位效应）： 就是别构效应，别构部位与效应物的结合对活性部位的影响。, 正协同效性： 一种配基的结合促进后续配基的结合，S型配体结合曲线。 负协同效性： 一种配基的结合抑制后续配基的结合。 正效应物：促进活性部位与配基结合的别构效应物。 负效应物：抑

18、制活性部位与配基结合的别构效应物。,研究蛋白质构象的主要方法： X射线衍射晶体结构分析 紫外差光谱 荧光和荧光偏振 圆二色性 核磁共振,一 蛋白质一级结构与功能的关系（一）种属差异,同源蛋白质：在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质。 序列同源（性）：同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性。 不变残基、可变残基,第九节 蛋白质结构与功能的关系,对不同种属的细胞色素c的研究同样指出具有同种功能的蛋白质在结构上的相似性。 对100个种属的细胞色素c的一级结构进行了分析，发现亲缘关系越近，其结构越相似。 细胞色素c的氨基酸顺序分析资料已经用来核对各个物种之间的分类学关系，以及绘制进化树。 根据进化

19、树不仅可以研究从单细胞到多细胞的生物进化过程，还可以粗略估计各种生物的分化时间。,（二）分子病,蛋白质分子一级结构的改变有可能引起其生物功能的显著变化，甚至引起疾病。这种现象称为分子病。 镰刀型贫血病 这种病是由于病人血红蛋白链第六位谷氨酸突变为缬氨酸，这个氨基酸位于分子表面，在缺氧时引起血红蛋白线性凝集，使红细胞容易破裂，发生溶血。,（三）共价修饰,对蛋白质一级结构进行共价修饰，也可改变其功能。如在激素调节过程中，常发生可逆磷酸化，以改变酶的活性。,（四）一级结构的断裂,一级结构的断裂可引起蛋白质活性的巨大变化。如酶原的激活和凝血过程等。 凝血是一个十分复杂的过程。首先是凝血因子xii被血管

20、内皮损伤处带较多负电荷的胶原激活，然后通过一系列连续反应，激活凝血酶原，产生有活性的凝血酶。凝血酶从纤维蛋白中切除4个酸性肽段，减少分子中的负电荷，使其变成不溶性的纤维蛋白，纤维蛋白再彼此聚合成网状结构，最后形成血凝块，堵塞血管的破裂部位。,二、蛋白质的空间结构与功能,（一） 蛋白质的变性与复性 蛋白质的变性（denaturetion） 天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、 高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱 等的影响时，生物活性丧失，溶解度降低，不对称性增高以 及其它的物理化学常数发生改变，这种过程为蛋白质变性。 蛋白质变性过程中，往往发生下列现象： 生物活性的

21、丧失 一些侧链基团的暴露 一些物理化学性质的改变 生物化学性质的改变,我国生物化学家吴宪在20世纪30年代提出： 天然蛋白质分子因环境的种种关系，从有序而紧密的结构， 变为无序而松散的结构，这就是变性。 蛋白质的复性（renaturation） 当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构象，这一现象称为蛋白质的复性。,（二）蛋白质的一级结构决定高级结构,（三） 蛋白质高级结构与功能的关系 1、肌红蛋白的结构与功能： 肌红蛋白的三级结构 哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。 由一条多肽链（珠蛋白）和一个血红素辅基组成。球状分子，单结构域。 8段直的-螺旋组成，分别命名为A、B、CH，拐弯处是由18

22、个氨基酸组成的松散肽段（无规卷曲）。 4个Pro残基各自处在一个拐弯处，另外4个是Ser、Thr、Asn、Ile。 血红素辅基 ，扁平状，结合在肌红蛋白表面的一个洞穴内。,O2的结合改变肌红蛋白的构象,O2与肌红蛋白的结合,肌红蛋白的氧合曲线 解离平衡常数：,氧饱和度：,Y=0.5时，肌红蛋白的一半被饱和， PO2=K = P50=2torr 解离常数K也称为P50，即肌红蛋白一半被饱和时的氧压。,Hill曲线和Hill系数,P257 图6-7 Hill曲线,LogY/(1-Y)=0时的斜率称Hill系数（nH) 表示配体结合部位之间在结合配体时的同促效应。 肌红蛋白的nH=1,2、血红蛋白（

23、hemoglobin，Hb）的结构与功能 血红蛋白的亚基组成 脊椎动物的血红蛋白由4条多肽亚基组成，两个是一种亚基，两个是另一种亚基。每个亚基都有血红素和一个氧结合部位。 人体内有正常功能的血红蛋白,氧结合引起的血红蛋白构象变化1）氧合作用显著改变Hb的四级结构,2）血红素的微小移动导致血红蛋白构象的转换,氧合作用显著改变Hb的四级结构，血红素铁的微小移动导致血红蛋白构象的转换（从T态R态）,T态（tense state）紧张态,R态（relaxed state）松驰态。,3）氧合血红蛋白和去氧血红蛋白代表不同的构象态,T态和R态 作为T态的去氧血红蛋白有专一的氢键和盐桥起着稳定的作用,4）

24、血红蛋白的氧合曲线 四个亚基之间具有正协同效应，因此，它的氧合曲线 是S型曲线,别构效应是指含亚基的蛋白质分子由于一个亚基构象的改变而引起其余亚基以至整个分子构象、性质和功能发生变化。,血红蛋白P50=26 torr， 肺泡氧压：Po2 =100 torr ， Y=0.97 肌肉毛细血管：Po2 =20 torr， Y=0.25 释放氧： Y=0.970.25=0.72 肌红蛋白（无协同效应）：Y不足0.1,协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气。,nH=1,无协同性 nH1,正协同性 nH1,负协同性,血红素中的Fe2+与氧结合前后价数不变,疏水环境使Fe2+不易被氧化

25、，当结合O2时发生暂时性电子重排，氧被释放后铁扔处于亚铁态，能与另一O2分子结合。,血红蛋白是由两个-亚基和两个-亚基组成的四聚体（22），有稳定的四级结构，与氧的亲和力很弱，但当氧与血红蛋白分子中一个亚基的血红素辅基的铁结合后。即引起该亚基构象的改变，一个亚基构象的改变又会引起其余亚基的构象相继发生改变，亚基间的次级键被破坏，结果整个分子从紧密的构象变成比较松散的构象，易于与氧结合，使血红蛋白与氧结合的速度大大加快。,5）波耳（Bohr）效应,H+和CO2促进HbO2释放O2,当H+浓度增加（pH下降），Hb的氧饱和分数曲线向右移动，这种pH对血红蛋白对氧的亲和力的影响被称为Bohr效应。

26、Bohr效应具有重要的生理意义。,H+和CO2促进O2的释放（Bohr效应）,Bohr效应具有重要的生理意义。,6）BPG的别构效应 BPG是血红蛋白的负效应物。,BPG的别构效应 BPG（2,3-二磷酸甘油酸）通过与它的两个亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。 无BPG时，P50=1 torr， BPG=4.5mM时，P50=26 torr BPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部，PO2超过100torr，因此，即使没有BPG，血红蛋白也能被饱和，在组织中，PO2低，BPG降低血红蛋白的氧亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。 （1）高山适应和肺气肿的生理

27、补偿变化；BPG升高。 （2）血库储血时加入肌苷可BPG。,协同效应、波耳效应、别构效应使血红蛋白的输氧能力达到最高效率,3、 免疫球蛋白的结构与功能 1） 抗原与抗体 抗原是指进入异体机体后，能致敏淋巴细胞产生特异抗体，并能与抗体发生特异结合的物质（主要有蛋白质、核酸及其它高分子化合物）。 抗原性包括免疫原性和抗原特异性。 免疫原性是指诱导特异免疫反应的能力。 抗原特异性是指与抗体特异结合的能力。 抗原决定簇：抗原性由抗原分子表面特殊的化学基团决定（一级结构或空间结构），这种决定或控制抗原性的化学基团称抗原决定簇。,抗原决定簇的作用： 被免疫活性细胞识别，从而激活免疫活性细胞产生抗体。 与相

28、应抗体的Fab结合。 抗体是在对抗原刺激的免疫应答中，B淋巴细胞产生的一类糖蛋白，它是能与相应抗原特异性结合、产生免疫反应的球蛋白，称免疫球蛋白。 1964年，世界卫生组织举行专门会议，将具有抗体活性以及与抗体相关的球蛋白统称为免疫球蛋白(Ig)。 抗体具有两个特点： 高度特异性 多样性 几乎所有的外源蛋白都能诱导相应的特异性抗体，人体内任一时刻约有10000种抗体存在。,根据其重链恒定区抗原特异性的差异，可分为、和五类，相应的免疫球蛋白分子，分别被称为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。 根据各类Ig的轻链恒定区抗原性的不同，将Ig轻链分为、两型。,抗原抗体反应的条件： 抗原决定簇与抗体

29、结合部位构象互补。 二者各有对应的化学基团，通过作用力使二者结合（离子键、氢键 等）,2）基于抗体-抗原相互作用的生化分析方法： 酶联免疫吸附测定（ELASA） Western印迹(Western blot),单克隆抗体,MOV : MCB4.0 IMMUNOBLOTING,单克隆抗体和多克隆抗体的制备,脾,B淋巴细胞,融合,融合,淋巴细胞,骨髓瘤细胞,克隆1,克隆2,克隆3,克隆4,4、肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩,图9-6 肌纤维TEM照片,肌球蛋白是构成肌纤维的主要成分之一（粗丝）。由两个重链和4个轻链组成，重链形成一个双股螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分

30、子一端，球形的头部具有ATP酶活性部位和肌动蛋白结合部位,细丝：包括肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白复合体,肌肉收缩的机制：肌丝滑动模型,发现在肌收缩过程中，肌节几乎缩短50%，但是肌节的A带的长度并没有发生变化。肌节的缩短只是伴随着I带和H区的缩短，在整个收缩的肌纤维中，I带和H区几乎消失了。,两个英国研究小组的科学家们提出了滑动丝模型来解释肌收缩的这种现象。根据这一模型: 肌节的缩短并不是因纤丝的缩短而引起, 而是由纤丝互相滑动所致。细丝向肌节中央滑动, 肌丝滑进了A带之中导致重叠部分增加, 使得I带和H带的宽度缩小, 其结果是缩短了肌节，减少了肌纤维的长度。,滑动丝模型的分子基础是肌球蛋白

31、的头部同肌动蛋白细丝接触，产生细肌丝与粗肌丝之间的交联桥(crossbridges) 并进行滑动的结果。科学家很快发现在收缩时,每个肌球蛋白的头都向外伸出, 并与细肌丝紧紧地结合, 形成细肌丝与粗肌丝间的交联桥。,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲（微丝的负极），引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环,收缩的调节：肌钙蛋白C。,第十节蛋白质的重要性质,一、蛋白质的胶体性质,蛋白质溶液是一种分散系统（disperse system）。在这种分散系统中，蛋

32、白质分子颗粒是分散相（disperse phase），水是分散介质（disperse medium）。就其分散程度来说，蛋白质溶液属于胶体系统（colloidal system）。,分散相质点在胶体系统中保持稳定，需要具备3个条件： 分散相质点的大小在1100nm范围内。 分散相的质点带有同种电荷，互相排斥，不易聚集成大颗粒而沉淀。 分散相的质点能与溶剂形成溶剂化层。,由于蛋白质分子很大，在水中形成胶体溶液。蛋白质主要是指球状蛋白质有亲水面，它的亲水基团都在表面，因此与水有很大的亲和力，成为亲水胶体。,蛋白质的亲水胶体溶液是相当稳定的，一方面由于蛋白质表面的亲水基团如NH2、COOH、OH以及

33、CONH等，在水溶液中能与水分子其水化作用，使蛋白质分子表面形成一个 “水化层”。另一方面由于蛋白质在非等电点时带有同种电荷，与其周围的反离子构成稳定的双电层。,蛋白质溶液具有：丁达尔效应、布朗运动和不能通过半透膜等性质。,二、蛋白质的两性性质和等电点,1. 蛋白质分子的可解离基团,2. 等电点,在某一pH值时，蛋白质所带的正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，此时溶液的pH值就是蛋白质的等电点。,每种蛋白质都有它特有的等电点，这也是鉴别蛋白质的指标之一。,蛋白质的酸性氨基酸和碱性氨基酸含量与等电点的关系:,等电点和蛋白质分子中所含氨基酸的种类有关。,3. 等离子点,等离子点是蛋白质在不含任何

34、盐的纯水中，蛋白质所带净电荷为零时的溶液的pH值。等离子点是一个常数。 没有其他盐类干扰时，蛋白质分子供体基团解离出来的质子数与质子受体集团结合的质子数相等时的pH称为等离子点（isoionic point）。,四、蛋白质的沉淀作用,蛋白质在溶液中的稳定性是有条件的、相对的。（质点大小、电荷、水化作用） 蛋白质从溶液中析出的作用称为蛋白质的沉淀作用。 可逆沉淀作用：盐析与盐溶 蛋白质发生沉淀后，若用透析等方法除去使蛋白质沉淀的因素后，可使蛋白质恢复原来的溶解状态。 盐溶（salting in）：在稀盐溶液中，大多数蛋白质的溶解度增加，这种现象称为盐溶作用。 盐析（salting out）：当离

35、子强度增加到足够高时，如饱和或半饱和的程度，蛋白质可以从水溶液中沉淀出来，这种现象称为盐析作用。,不可逆沉淀作用 如重金属盐类，有机溶剂、生物碱试剂等都可使蛋白质发生沉淀，而且不能用透析等方法除去沉淀剂而使蛋白质重新溶解于原来的试剂中，这种沉淀作用称为不可逆的沉淀作用。 加热变性沉淀法,五、蛋白质的紫外吸收性质和呈色反应,因蛋白质分子中的酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸在280nm处具有最大吸收，且各种蛋白质的这三种氨基酸的含量差别不大，因此测定蛋白质溶液在280nm处的吸光度值是最常用的紫外吸收法。 呈色反应： 双缩脲反应、茚三酮反应、黄色反应、考马斯亮蓝G250反应,六、蛋白质的沉降作用,蛋白质分

36、子在溶液中受到强大的离心力作用时，如果蛋白质的密度大于溶液的密度，蛋白质分子就会沉降。沉降的速率与蛋白质分子大小和密度有关，而且与分子形状、溶液的密度和黏度有关。 沉降分析不仅可以提供关于蛋白质相对分子质量的数据，而且还可以作为鉴定蛋白质分子均一性的一种方法。 沉降系数（Sedimentation Coefficient）：当沉降界面以恒速移动时，单位离心场中的沉降速度。,沉降速度：指离心时，蛋白质分子在单位时间内下沉的距离。,t：时间（sec） x：下沉的距离（cm）,沉降常数（沉降系数）：当沉降界面以恒速移动时，单 位离心场中的沉降速度。,s：沉降常数 v：沉降速度（cm/sec）w：离心

37、机转头的角速度（弧度/sec） x：蛋白质界面中点离旋转中心的距离， 以cm计。,蛋白质的沉降系数常用S20W表示 沉降系数的标准条件定为20，溶剂为水。 蛋白质、核酸、核糖体和病毒等的沉降系数介于11013到2001013秒的范围。 为方便起见，把11013秒作为一个单位，称为斯维得贝格单位（Svedberg unit）或沉降系数单位，用S（大写）表示。,其中：R气体常数，R=8.314J/（molK） T绝对温度，K； S沉降系数，S； D扩散系数，在数值上等于当浓度梯度为1单位时，在1s内，通过1cm2面积而扩散的溶质量，g/（cm2s） 蛋白质的微分比容，当加入1g干物质于无限大体积的

38、溶剂中，溶液体积的增量； 溶剂的密度，g/ cm3,第十一节 蛋白质相对分子量的测定,根据化学组成测定最低相对分子质量,用化学分析方法测定蛋白质中的某一微量元素的含量，由此计算蛋白质的最低相对分子质量。 如肌红蛋白含0.335%的铁 Fe分子量 55.8 最小M Fe(%) = 0.335 =16700 (实为16900) 牛血清白蛋白含Trp0.58% 最低M=35200，实际为69000，含2个Trp,葡聚糖凝胶过滤法分析蛋白质分子量,葡聚糖凝胶过滤法分析蛋白质分子量,据pr的渗透压,用一半透膜将pr溶液与纯水隔开，当渗透达平衡时，测定其渗透压，计算分子量：,C：浓度（克/升） R：气体常数（0.082升/大气压/克分子/K开氏温度） T：绝对温度（开氏温度） ：以大气压表示的渗透压,SDS-PAGE测定相对分子质量,第十二节 蛋白质的分离纯化与鉴定,一、蛋白质分离纯化的基本原则,蛋白质纯化的总目标是增加制品的纯度（purity）和比活（specific activity），以增加单位蛋白质重量中所要蛋白质的含量或生物活性（