生物化学-01蛋白质

1、第1章 蛋 白 质 化 学,蛋白质(protein)是由氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,概 述,一、蛋白质的定义,二、蛋白质的生物学重要性,1. 蛋白质是生物体重要组成成分,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. 蛋白质具有重要的生物学功能,（1）是生物机体的结构物质,（2）是生物的功能物质,1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作

2、用 6）参与细胞间信息传递,组成蛋白质的元素：,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 。,主要有C(5055%)、H(68%)、O(2030%)、N(1517.7%)和S(0.22.5%)。,三、蛋白质的组成,蛋白质元素组成的特点,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。（克式定氮法）,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 6.25100,1/16%,蛋白质的分子组成,两种类型 A. 单纯蛋白质：水解为 -氨基酸 B. 结合

3、蛋白质=单纯蛋白质+辅基,氨 基 酸 化 学,第 一 节,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）。,一、蛋白质氨基酸的结构与分类,1. 氨基酸的结构,2.常见氨基酸的分类,中性AA （1）按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA （2）按R基团的 疏水性R基团AA 电性质分 不带电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA,脂肪族A （3）按R基团的化学结构分 芳香族AA 杂环族AA,非极性R基团氨基酸,不带电荷极性R基团氨基酸,带电荷R基团氨基酸,甘氨酸 （Gly, G）,丙氨酸 （Ala, A）,缬氨酸 （Val, V）,亮氨酸 （

4、Lue, L）,异亮氨酸 （Ile, I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨酸 （Ser, S）,苏氨酸 （Thr, T）,半胱氨酸 （Cys, C）,甲硫氨酸 （Met, M）,酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,碱性氨基酸,赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,杂环氨基酸,组氨酸 （His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸 （Trg,W）,人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys) 缬氨酸(Val) 蛋氨酸(Met)

5、 色氨酸(Trp) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 酪氨酸(Tyr) 苯丙氨酸(Phe) 婴儿时期所需: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 早产儿所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸(Cys),3. 蛋白质中的稀有氨基酸,稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、N-甲基甘氨酸等。,羟脯氨酸,-羧基谷氨酸,二、非蛋白质氨基酸,非蛋白质氨基酸：以游离或结合状态存在于生物体内，不组成蛋白质的氨基酸。,鸟氨酸,高半胱氨酸,-丙氨酸,-氨基丁酸（GABA）,三、氨基酸的理化性质,1

6、. 一般物理性质,（1）溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能将氨基酸从其溶液中沉淀析出。（2） 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。（3）味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。,常见氨基酸均为无色结晶，其形状因构型而异。,2. 两性离解及等电点,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。,在不同pH值条件下，两性离子的状态也随之发生变化

7、,当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelectric point，pI)。,pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,氨基酸完全质子化时，可视为多元酸：,(K1),(K2),一氨基二羧基AA的解离（天冬氨酸为例）：,二氨基一羧基AA的解离（赖氨酸为例）：,Asp+ Asp Asp- Asp2-,Lys2+ Lys+ Lys Lys-,氨基酸等电点的计算,可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK值之和的二分之一。,3.

8、 氨基酸的光学性质,除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。,氨基酸的相对构型常用D和L表示。天然蛋白质中的氨基酸都是L构型的。,L型-氨基酸 D型-氨基酸,酪氨酸的max275nm，275=1.4103; 苯丙氨酸的max = 257nm 257=2.0102; 色氨酸的max280nm，280=5.6103;,4. 氨基酸的紫外吸收,（1）与茚三酮的反应（颜色反应）,脯氨酸不与茚三酮反应放氨，直接得到黄色化合物。,5. 氨基酸的化学性质,反应要点 A. 该反应由NH2与COOH共同参与 B. 茚三酮是强氧化剂 C. 该反应非

9、常灵敏，测定范围：0.550g/ml D. 脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质（不释放NH3） 应用： A.氨基酸定量分析（先用层析法分离） B.氨基酸自动分析仪： 用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定量，记录结果。, 与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应,DNFB：N端测试试剂（但灵敏度不及丹磺酰氯）,（2）桑格反应,DNP-氨基酸（黄色）,应用：鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸 虽然多肽侧链上的- NH2、酚羟基也能与DNFB反应，但其生成物，容易与 - DNP-氨基酸区分和分离。,首先由Sanger应用，确定了胰岛素的一级结构 A. 肽分子与DNFB反应，得DNP-肽; B.

10、水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游离氨基酸; C. 分离DNP-氨基酸; D. 层析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的种类、数目。,（3）Edman反应与苯异硫氰酸（PITC）反应,PTC-氨基酸,PTH衍生物,由Edman于1950年首先提出 为- NH2的反应 用于N末端分析，又称Edman降解法,Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。,少一个氨基酸的肽,（4） 酰基化反应,A. 与苄氧羰酰氯反应,Cbz引入和除去都较易发生，所以在多肽合成中常用于保护氨基。,B. 与5-

11、二甲氨基萘-1-磺酰氯（丹磺酰氯）反应,DNS-氨基酸,产物DNS-氨基酸能产生强烈的黄色荧光，可用层析法鉴定，灵敏度较高，常用于氨基酸的微量测定，也是多肽N端测试剂。,其他酰基如叔丁氧羰基(CH3)3C-O-CO 亦可发生酰化反应，作为氨基保护剂。,（5）羧基的性质, 成酯、成盐反应,氨基酸的羧基一旦成酯或成盐后，羧基的化学性质就被掩蔽，而氨基的性质就突显出来了（或称氨基被活化了），此法也用于保护羧基。, 活化酯的形成与对硝基苯酚作用,活化酯, 成酰氯反应 用于多肽合成中活化羧基, 叠氮反应 用于多肽合成中活化羧基,（6）个别氨基酸的反应,半胱氨酸,胱氨酸,二硫键对于维系蛋白质立体结构的稳定

12、有重要作用。, 形成肽键,肽,第 二 节,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大，从大约6000到1000000甚至更大。,一、肽和肽键的概念,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,1. 多肽,肽单位,肽键,肽的命名,2. 肽键,组成肽键的原子处于同一平面；CN键具有部分双键性质，不能自由旋转，大多

13、数时候为反式结构。,二、肽的理化性质,酸碱性质、重要化学反应类似于氨基酸性质。,双缩脲反应,双缩脲,双缩脲与碱性CuSO4作用，生成紫红色复合物。,凡分子中具有两个或两个以上酰胺基的化合物均可发生双缩脲反应，所以这是多肽和蛋白质特有的性质，而氨基酸没有，可作为肽或蛋白质的定性、定量测定。,三、天然存在的活性肽,1. 谷胱甘肽,谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,2. 促甲状腺素释放因子(TRH),蛋 白 质 的 分 子 结 构,第 三 节,一、蛋白质的一级结构,1. 蛋白质

14、一级结构的概念,蛋白质的一级结构包括组成蛋白质的多肽链数目，多肽链的氨基酸顺序，以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。,2. 蛋白质一级结构的测定,（1）测定蛋白质一级结构的准备工作, 样品纯度在97%以上； 测定蛋白质的相对分子质量； 测定肽链数目； 测定氨基酸组成。,（2）测定蛋白质一级结构的基本步骤, 末端分析（N端分析、C端分析）, 肽链的拆开与分离, 肽链的部分水解和肽段的分离纯化, 肽段的氨基酸序列测定 Edman降解法, 确定肽段在多肽链中的次序（片段重叠法）, 确定二硫键的位置 p.22,一级结构测定,基本策略：片段重叠法氨基酸顺序直测法,二硝基氟苯（DNFB）法 丹磺酰氯法:

15、在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。,C. 氨肽酶法：氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。根基不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最大。,蛋白质顺序测定基本策略,二、蛋白质的空间结构,1. 蛋白质的构象,（1）酰胺平面与-碳原子的二面角(和 ),二面角 两相邻酰胺平面之间，能以

16、共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角。,完全伸展的多肽主链构象,-碳原子,酰胺平面, =1800，=1800, =00，=00的多肽主链构象,酰胺平面, =00，=00,侧链,非键合原子接触半径,（2）多肽链折叠的空间限制,从理论上讲，两相邻酰胺平面围绕着多肽主链上C-N键和C-C键的旋转，可以形成无数种构象。然而实际上不是任意二面角（ ， ）所决定的肽链构象都是立体化学所允许的。如， 和均为0的构象就不存在。,二面角（ ， ）所决定的构象是否能存在，主要取决于两个相邻肽单位中非共价键合原子之间的接近有无阻碍。,（1） -螺旋,特征

17、： 1. 每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm; 2. 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部C=O 和N-H几乎都平行于螺旋轴; 3. 每个氨基酸残基的N-H与前面第四个氨基酸残基的C=O形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。,2. 蛋白质的二级结构,指蛋白质分子中多肽链自身的盘绕、折叠而形成的立体形象。,形成因素：与AA组成和排列顺序直接相关。 多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。,两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构。,

18、(2) -折叠,特征：,在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团交替分布在片层的上下两侧，并与棱角垂直。 -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。,(3) -转角,特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800 。甘氨酸和脯氨酸易形成-转角。,(4) 无规卷曲,泛指那些不能被归入明确二级结构的多肽段构象。这些区段大多数既不是卷曲

19、，也不是完全“无规”，这些构象也像其他二级结构那样是明确而稳定的结构。,细胞色素C的三级结构,无规则卷曲,3. 蛋白质的超二级结构和结构域,(1) 超二级结构（ supersecondary structure ）,蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个螺旋或折叠或转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构。 基本组合方式：； p. 29,超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域。,1. 由两股平行或反平行排列的螺旋相互缠绕而形成的左手卷曲螺旋，或称超螺旋。多肽链中一般存在七残基重复序列。,2.,最简单的单元是由两段平行-折叠股和一

20、段-螺旋组成的。-螺旋作为连接链，反平行地交叉在折-折叠片的一侧，而-股之间形成氢键，其疏水侧链面向-螺旋的疏水面，两者紧密接触；此外，无规则卷曲也可以作为连接链。此外，在超二级结构中，连接链绝大部分是由右手交叉的。,-链,单元中的右手交叉,发夹连接,右手交叉连接,左手交叉连接,Rossman折叠 (),最常见的组合是由3段平行-折叠股和2段-螺旋构 成的。相相当于2个单元组合在一起（ ）， 此结构称为Rossman折叠。,3. ,超二级结构的基本结构与反平行-折叠片类似。在球状蛋白质中，它是由一条多肽链的若干段折叠股反平行组合而成，2个-折叠股间通过-转角连接起来（d-e），最简单的结构为发

21、夹(d)，几个简单的发夹可以组合成更复杂的结构，如-曲折和希腊钥匙拓扑结构。-曲折是由连续的多个反平行的-折叠股通过紧凑的-转角连接而成（e）；希腊钥匙拓扑结构也是型超二级结构中常出现的一种折叠模体（f），有两种可能的回旋方向，但在蛋白质中一般只存在其中的一种。,1 2 3 4 5,5 2 3 4 1,回形拓扑结构,-迂回(曲折),(2) 结构域（structure domain）,在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立、近似球形的三维实体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域。 形成意义： 动力学上更为合理 蛋白质（酶）活性部位往往位

22、于结构域之间，使其更具柔性,结构域的特征：,结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。 结构域一般由100200 个氨基酸残基组成，但大小范围可达 40400 个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的。 结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上。 结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。 在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性。,卵溶菌酶

23、的三级结构中的两个结构域,-螺旋,-转角,-折叠,二硫键,结构域1,结构域2,3. 蛋白质的三级结构,蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，借助次级键维系使-螺旋、-折叠片、-转角等二级结构相互配置而形成特定的构象。,主要的次级键： 疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等,三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。,鲸肌红蛋白的三级结构,鲸肌红蛋白是由一条-螺旋链折叠、盘绕成一个近似球状的三级结构，分子大小约4.5nm3.5nm2.5nm，还含有一个血红素辅基。,4. 纤维状蛋白和球蛋白的三级结构特征,（1）纤维状蛋白质外形呈纤维状或细棒状

24、，分子是有规则的线性结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关。,主要类型： 不溶性（角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白）和可溶性（肌球蛋白和血纤蛋白原）两种。,三维结构特征： 一种纤维状蛋白往往只含一种二级结构元件，如-角蛋白含-螺旋，丝心蛋白含反平行-折叠片。,毛发横切面（B）和毛发-角蛋白（A）的结构,-角蛋白结构要点： 三股右手螺旋向左缠绕，拧成一根初原纤维的超螺旋结构； 初原纤维再排列成9+2的电缆式结构，称微原纤维；成百根微原纤维再结合成一个不规则的纤维束，称大原纤维，是毛发的结构元件； 初原纤维中每4个螺圈就有一个二硫键的交联，既可抵抗张力，又可作为外力除去后使纤维复原的恢复力。结构的稳定性

25、主要由二硫键保证。,丝心蛋白（-角蛋白）结构要点： 丝心蛋白是典型的反平行-折叠片； 反平行的-折叠片以平行的方式堆积成多层结构，形成丝心蛋白分子的片层结构； 片层结构使丝纤维具有很高的抗张强度，加之片层之间由非共价的范德华力维系，所以丝纤维具有柔软的特性；但由于-折叠的肽链已处于相当伸展状态，所以丝纤维不能拉伸。,堆积的-折叠片的三维结构,（2）球蛋白与三级结构,球蛋白的种类和数量远比纤维蛋白多得多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性也主要体现在球状蛋白质。,主要类型： 全-结构（血红蛋白）、/-结构（磷酸丙糖异构酶，乳酸脱氢酶，丙酮酸激酶等）、全-结构（Cu Zn-超氧化歧化酶，免疫球蛋白）

26、、小型富含金属或二硫键蛋白（胰岛素，铁氧还蛋白）。,A. 四螺旋束结构示意图,B. 蚯蚓血红蛋白的三级结构, -结构-平行-折叠片（桶）结构域, -结构-平行-折叠片（马鞍形扭曲片）结构域,A. Cu Zn-超氧化歧化酶,B. 免疫球蛋白VL（轻链可变区）结构域,反平行-折叠片结构域,富含二硫键蛋白质,富含金属蛋白质,二硫键,球状蛋白的三级结构特征： 含多种二级结构元件； 有明显的折叠层次； 是紧密的球状或椭球状实体， 装配密度一般为0.720.77 ； 分子表面有一空穴(活性部位)； 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。,蛋白质结构的主要层次,5. 蛋白质的四级结构,四级结构是指

27、由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华力。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。,四级缔合在结构和功能上有很多优越性：增强结构稳定性；提高遗传经济性和效率；使催化剂基团汇集在一起；具有协同性和别构效应。,亚基相互作用的方式,假设的单体 C2对称 C3对称,亚基相互作用的方式,C4对称 D2对称 D3对称,亚基相互作用的方式,四面体对称 八面体对称,亚基相互作用的方式,螺旋对称 二十面体对称,亚基相互作用的方式,前清蛋白二聚体,亚基相互作

28、用的方式,微管蛋白缔合成微管 人免疫缺陷病毒的结构,血红蛋白的四级结构要点为： 球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基； 两条链，两条链，22 链：141个残基； 链：146个残基 分子量65 000 含四个血红素辅基 亲水性侧链基团在分子表面，疏水性 基团在分子内部,6. 蛋白质分子中的次级键,a 氢键,对维系蛋白质三维结构起重要作用,b 盐键,c 疏水作用,在蛋白质三级结构的形成和稳定中起重要作用,d 范德华力,维持蛋白质分子构象的作用力a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范德华力 e.二硫键,多肽链,蛋白质结构与功能的关系,第 四 节,蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；而蛋白质

29、独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，而高级结构和其功能密切相关。,一、 一级结构与功能的关系,一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的功能,1. 一级结构是空间构象的基础,天然状态，有催化活性,尿素、 -巯基乙醇,去除尿素、 -巯基乙醇,非折叠状态，无活性,（1）同源蛋白,A. 同源蛋白有相似的一级结构，但存在种数差异。,B. 亲缘关系越近的生物种族同功能蛋白质的一级结构也非常相似。,如细胞色素c，在测定的60 个物种中，发现有 27 个位置上的氨基酸残基完全不变，是维持其构象中发挥特有功能所必要的部位，属于不变残基。,同源蛋白：是指在不同有机

30、体中实现同一功能的蛋白质。,2. 一级结构与功能的关系,不同生物与人的细胞色素c的AA差异数目,生物 与人不同的AA数目 黑猩猩 0 恒河猴 1 牛、猪、羊、狗 11 马 12 鸡、火鸡 13 响尾蛇 14 金枪鱼 21 小蝇 25 小麦 35 酵母 44,可变残基可能随着进化而变异，而且不同种属的细胞色素 c氨基酸差异数与种属之间的亲缘关系相关。亲缘关系相近者，氨基酸差异少，反之则多。,（2） 蛋白质一级结构的变异与分子病,实例：血红蛋白质异常病变镰刀型贫血病,-链N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-

31、Lys Hb-S（患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys,（3）一级结构的局部断裂与蛋白质的激活,体内的某些蛋白质分子初合成时，常带有抑制肽，呈无活性状态，称为蛋白质原。蛋白质原的部分肽链以特定的方式断裂后，才变为活性分子。 例：前胰岛素原是一个比成熟的胰岛素分子大一倍多的单链多肽，其N-末端有一段肽链，称为信号肽。 信号肽被切去，剩下的是胰岛素原。 胰岛素原比胰岛素分子多一段C肽，只有当C肽被切除后才成为有51个残基，分A、B两条链的胰岛素分子单体。,二、高级结构与功能的关系,高级结构决定蛋白质的功能,1 、蛋白质高级构象破坏，功能丧失 2 、蛋白质在表现生

32、物功能时，构象会发生一定变化（别构效应）,别构效应：又称变构效应，是指寡聚蛋白与配基结合，改变蛋白质构象，导致蛋白质生物活性改变的现象.它是细胞内最简单的调节方式。,例1：血红蛋白的别构效应： 一个亚基与氧结合后，引起该亚基构象改变 进而引起另三个亚基的构象改变 整个分子构象改变 与氧的结合能力增加,肌红蛋白与血红蛋白虽然一级结构差别很大，但是在三维结构上非常接近，特别是血红素周围的构象高度相似，这是它们在功能上相似的结构基础，即与氧结合。但肌红蛋白与血红蛋白的差别在于血红蛋白是别构蛋白而肌红蛋白没有别构效应，因此它们在氧合过程中的功能是不一样的。,肌红蛋白与血红蛋白的结构,肌红蛋白(Mb)和

33、血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,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。,例2：蛋白质构象改变与疾病,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理：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、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。,疯牛病中的蛋白质构象改变 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

34、行性病变。 正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病。,蛋 白 质 的 理 化 性 质,第 五 节,一、 蛋白质的两性电离和等电点,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。,* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 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。,二、 蛋白质的紫外吸收,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。,三、 蛋白质的胶体性质,由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。,由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。,* 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷 水化膜,水化膜,溶液中蛋白质的聚沉,四、 蛋白质的沉淀,蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。 改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质。 在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。,（1）可逆沉淀