生物化学--蛋白质的分子结构--课件

第四节 蛋白质的分子结构1ppt课件一级结构一级结构 初级结构（共价结构）二级结构二级结构 高级结构（空间结构）三级结构三级结构四级结构四级结构 在二级结构和三级结构之间还有另一些层次，如超二级结构和结构域。一一.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构2ppt课件蛋蛋白白质质结结构构的的主主要要层层次次一级结构一级结构四级结构四级结构二级结构二级结构二级结构二级结构三级结构三级结构primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernaryquariernary structure structure超二级结构超二级结构结构域结构域 supersecondary supersecondary structure structureStructure Structure domandoman3ppt课件 蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的一一一一级级级级结结结结构构构构（primary primary primary primary structurestructurestructurestructure）是是是是指指指指蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质多多多多肽肽肽肽链链链链中中中中氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸的的的的排排排排列列列列顺顺顺顺序序序序,或或或或称称称称氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸序序序序列列列列。而而而而蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的化化化化学学学学结结结结构构构构包包包包括括括括肽肽肽肽链链链链数数数数目目目目、端端端端基基基基组组组组成成成成、氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸序序序序列列列列和和和和二二二二硫硫硫硫键键键键的的的的位位位位置置置置，又又又又称称称称共共共共价价价价结结结结构构构构。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的一一一一级级级级结结结结构构构构是是是是最最最最基基基基本本本本的的的的结结结结构构构构，它它它它决决决决定定定定着着着着蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质高高高高级结构。级结构。级结构。级结构。一一.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构4ppt课件 以以胰胰岛岛素素为为例例，胰胰岛岛素素是是动动物物胰胰脏脏中中胰胰岛岛细细胞胞分分泌泌的的一一种种分分子子量量较较小小的的激激素素蛋蛋白白，它它的的主主要要功功能是降低体内血糖含量。临床上用来治疗糖尿病。能是降低体内血糖含量。临床上用来治疗糖尿病。5ppt课件 最先由最先由SangerSanger于于19531953年完成测定胰岛素一级结构年完成测定胰岛素一级结构.6ppt课件 20 世纪世纪50 年代末，美国学者年代末，美国学者Moore 等人完成牛等人完成牛胰核糖核酸酶全序分析。该酶由一条含胰核糖核酸酶全序分析。该酶由一条含124 个氨基个氨基酸残基的多肽链组成，分子内含有酸残基的多肽链组成，分子内含有4 个链内二硫键，个链内二硫键，分子量为分子量为12600，是水解核糖核酸分子中磷酸二酯，是水解核糖核酸分子中磷酸二酯键的一种酶。键的一种酶。7ppt课件8ppt课件二、蛋白质的构象和维持构象的作用力2.1 2.1 2.1 2.1 构型与构象构型与构象构型与构象构型与构象 构构型型（configuration）是是指指不不对对称称碳碳原原子子上上相相连连的各原子或取代基团的空间排布（的各原子或取代基团的空间排布（D-D-构型、构型、L-L-构型构型）。）。构型的改变伴随着共价键的断裂和重新形成。构型的改变伴随着共价键的断裂和重新形成。9ppt课件 构构构构象象象象（conformationconformation）是是是是指指指指相相相相同同同同构构构构型型型型的的的的化化化化合合合合物物物物中中中中，与与与与碳碳碳碳原原原原子子子子相相相相连连连连的的的的各各各各原原原原子子子子或或或或取取取取代代代代基基基基团团团团在在在在单单单单键键键键旋旋旋旋转转转转时时时时形形形形成成成成的相对空间排布。的相对空间排布。的相对空间排布。的相对空间排布。构象的改变不需要共价键的断裂和重新形成。构象的改变不需要共价键的断裂和重新形成。构象的改变不需要共价键的断裂和重新形成。构象的改变不需要共价键的断裂和重新形成。10ppt课件2.22.22.22.2维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力 氢氢氢氢 键键键键 范德华力范德华力范德华力范德华力 疏水作用疏水作用疏水作用疏水作用 盐盐盐盐 键键键键 二二二二 硫硫硫硫 键键键键 配配配配 位位位位 键键键键11ppt课件维持蛋白质分子构象的作用力维持蛋白质分子构象的作用力a.盐键盐键 b.氢键氢键 c.疏水键疏水键 d.范得华力范得华力 e.二硫键二硫键12ppt课件 蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（secondary structuresecondary structure）指）指）指）指肽链主肽链主肽链主肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，盘旋折叠而形成的局部空间结构，盘旋折叠而形成的局部空间结构，盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单是蛋白质结构的构象单是蛋白质结构的构象单是蛋白质结构的构象单元主要有以下类型：元主要有以下类型：元主要有以下类型：元主要有以下类型：三、蛋白质的二级结构的概念三、蛋白质的二级结构的概念3.1 3.1 二级结构的概念二级结构的概念天然蛋白质包括天然蛋白质包括-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角、转角、无规则卷曲无规则卷曲等等二级结构。二级结构。13ppt课件 X-X-射射线线衍衍射射技技术术研研究究表表明明，肽肽键键C-NC-N键键介介于于单单键键和和双双键键之之间间，具具有有部部分分双双键键性性质质，不不能能自自由由旋旋转转，其其中中绝大多数都形成刚性的酰胺平面结构。绝大多数都形成刚性的酰胺平面结构。3.2 3.2 蛋白质的构象蛋白质的构象14ppt课件v虽是单键却有虽是单键却有双键双键性质性质v周边六个原子在周边六个原子在同一平面同一平面上上v前后两个前后两个a a-carbon-carbon在对角在对角(trans)(trans)CNCHaNCOCa0.123n0.123nmm0.133n0.133nmm0.153n0.153nmm0.145n0.145nmmC-N0.145nm(C-N0.145nm(正常正常正常正常)C=N0.133nmC=N0.133nmC=N0.125nm(C=N0.125nm(正常正常正常正常)15ppt课件肽单位的构象具有三个显著的特征肽单位的构象具有三个显著的特征：1 1肽单位是一个肽单位是一个刚性的刚性的平面结构平面结构.2 2肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反相反的位置的位置.3 3CC和亚氨基和亚氨基N N 及及CC与羰基与羰基C C 之间的键是之间的键是单键单键，可以自，可以自 由旋转由旋转.16ppt课件完全伸展的多肽主链构象完全伸展的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主链构象的多肽主链构象酰胺平面酰胺平面=00，=00侧链侧链非键合原子非键合原子非键合原子非键合原子接触半径接触半径接触半径接触半径17ppt课件 因因此此，从从理理论论上上讲讲，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质中中中中的的的的所所所所有有有有C C C C-C C C C单单单单键键键键和和和和C C C C-N-N-N-N单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。单键都能自由旋转而形成无数变化的构象。但但但但事事事事实实实实上上上上，一一一一个个个个天天天天然然然然蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质多多多多态态态态链链链链在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。主要原因：主要原因：主要原因：主要原因：18ppt课件1.1.这是因为主链上由这是因为主链上由这是因为主链上由这是因为主链上由1/31/31/31/3具有部分双键性质的具有部分双键性质的具有部分双键性质的具有部分双键性质的C-NC-NC-NC-N 键，键，键，键，不能自由旋转不能自由旋转不能自由旋转不能自由旋转。2.2.2.2.此外主链上由很多此外主链上由很多此外主链上由很多此外主链上由很多R R R R侧链，其大小及电荷情况各异。侧链，其大小及电荷情况各异。侧链，其大小及电荷情况各异。侧链，其大小及电荷情况各异。3.3.3.3.它它它它们们们们在在在在单单单单链链链链旋旋旋旋转转转转时时时时产产产产生生生生空空空空间间间间位位位位阻阻阻阻和和和和静静静静电电电电效效效效应应应应，制制制制约约约约着着着着大量的构象形成。大量的构象形成。大量的构象形成。大量的构象形成。19ppt课件可将肽链的主链看成是由被可将肽链的主链看成是由被可将肽链的主链看成是由被可将肽链的主链看成是由被C C 隔开的许多平隔开的许多平隔开的许多平隔开的许多平面组成的。面组成的。面组成的。面组成的。20ppt课件1.-螺旋螺旋(-helix)2.-折叠折叠(-pleated sheet)3.-转角转角(-turn)4.无规卷曲无规卷曲(nonregular coil)3.3 二级结构单元的种类二级结构单元的种类21ppt课件1 1）肽肽链链中中的的酰酰胺胺平平面面绕绕C C相相继继旋旋转转一一定定角角度度形形成成-螺螺旋旋，并并盘盘绕绕前前进进。每每隔隔3.63.6个个氨氨基基酸酸残残基基，螺螺旋旋上上升升一一圈圈；每每圈圈间间距距0.54nm0.54nm，即即每每个个氨氨基基酸酸残残基基沿沿螺螺旋旋中中心心轴上升轴上升0.15nm0.15nm，旋转，旋转100100。-螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.1.-螺旋螺旋(-helix)-helix)22ppt课件23ppt课件2 2）螺螺旋旋体体中中所所有有氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链都都伸伸向外侧；向外侧；肽肽链链上上所所有有的的肽肽键键都都参参与与氢氢键键的的形形成成，链链中中的的全全部部C=OC=O和和N-HN-H几几乎乎都都平平行行于于螺螺旋旋轴轴,氢键几乎平行于中心轴氢键几乎平行于中心轴;-螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.1.1.1.-螺旋螺旋螺旋螺旋(-helix)-helix)-helix)-helix)24ppt课件3 3）绝大多数天然蛋白质都是）绝大多数天然蛋白质都是右手螺右手螺旋旋。每个氨基酸残基的。每个氨基酸残基的N-HN-H都与前面都与前面第四个残基第四个残基C=OC=O形成氢键。形成氢键。-螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.1.-螺旋螺旋(-helix)-helix)25ppt课件4 4）*-螺旋遇到螺旋遇到Pro就会被中断而就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。*带相同电荷的氨基酸残基连续出现带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，不能形成键内氢键，在肽链上时，不能形成键内氢键，螺旋的稳定性降低。螺旋的稳定性降低。侧链在侧链在-螺旋结构中的作用：螺旋结构中的作用：1.1.-螺旋螺旋(-helix)-helix)脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸COOHCOOHC CHHNHNHCHCH2 2CHCH2 2CHCH2 226ppt课件2 2 2 2、折叠（折叠（折叠（折叠（-pleated sheet-pleated sheet-pleated sheet-pleated sheet）特特征征：两两条条或或多多条条伸伸展展的的多多肽肽链链（或或一一条条多多肽肽链链的的若若干干肽肽段段）侧侧向向集集聚聚，通通过过相相邻邻肽肽链链主主链链上上的的N-HN-H与与C=OC=O之之间间有有规规则则的的氢氢键键，形形成成锯锯齿齿状状片片层层结结构构，即即折折叠叠片片。侧侧链链基基团团与与CC间间的的键键几几乎乎垂垂直直于于折折叠叠平平面面，R R基基团团交交替替地地分分布布于于片片层平面两侧。层平面两侧。类别类别：平行平行 反平行反平行27ppt课件28ppt课件2 2、-折叠折叠折叠折叠(-pleatedsheet)-pleatedsheet)维持维持-折叠结构稳定性的力折叠结构稳定性的力 氢键。氢键。由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在链与链之间形成的。间形成，即氢键是在链与链之间形成的。29ppt课件2、-折叠(-pleated sheet)（a）平行式）平行式（b）反平行式）反平行式N N端在同一端。氨基酸端在同一端。氨基酸之间沿轴相距之间沿轴相距0.325nm0.325nmN N端不在同一端。氨端不在同一端。氨基酸之间沿轴相距基酸之间沿轴相距0.35nm0.35nm30ppt课件 3 3、转角（转角（-turn-turn）特特征征：多多肽肽链链中中氨氨基基酸酸残残基基n n的的羰羰基基上上 的的 氧氧 与与 残残 基基（n+3n+3）的的氮氮原原上上的的氢氢之之间间形形成成氢氢键键，肽键回折肽键回折1801800 0。-转角都在转角都在转角都在转角都在蛋白质分子的表蛋白质分子的表蛋白质分子的表蛋白质分子的表面。面。面。面。31ppt课件32ppt课件 无无规规卷卷曲曲常常出出现现在在a-a-螺螺旋旋与与a-a-螺螺旋旋、a-a-螺螺旋旋与与-折折叠叠、-折折叠叠与与-折折叠叠之之间间。它它是形成蛋白质三级结构所必需的。是形成蛋白质三级结构所必需的。又又称称自自由由卷卷曲曲，是是指指没没有有一一定定规规律律的的松松散散肽肽链链结结构构。酶酶的的功功能能部部位位常常常常处处于于这这种构象区域。种构象区域。4、无规则卷曲（non-regular coil）33ppt课件无无规规则则卷卷曲曲示示意意图图无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C的三级结构的三级结构34ppt课件四、四、蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个螺旋或螺旋或折叠或折叠或转角）组合在一起，形成有规则的、在空间转角）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基本组合方式：；()超二级结构超二级结构的定义（的定义（supersecondarysupersecondary structure structure）4.1 4.1 超二级结构超二级结构35ppt课件（2）类型-由两股或三股右手螺旋缭绕而成的左手螺旋由两股或三股右手螺旋缭绕而成的左手螺旋-由两股由两股 折叠片，中间加入折叠片，中间加入 螺旋而形成的片螺旋而形成的片层结构层结构-由三条或更多的反平行式由三条或更多的反平行式-链通过链通过-转角转角或其它的肽段连接而成的结构或其它的肽段连接而成的结构36ppt课件A A；BB XX ；CC ；DD -曲折；曲折；曲折；曲折；E.E.回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构 37ppt课件在在二二级级结结构构的的基基础础上上，多多肽肽链链进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠成成几几个个相相对对独独立立、近近似似球球形形的的三三维维实实体体，再再由由两两个个或或两两个个以以上上这这样样的的三三维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。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：形成意义：动力学上更为合理动力学上更为合理 蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更 具柔性具柔性4.2 4.2 结构域结构域（structure domainstructure domain）（1 1）结构域的定义）结构域的定义38ppt课件卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域-螺旋螺旋-转角转角-折叠折叠二硫键二硫键结构域结构域1结构域结构域239ppt课件（2）特点）特点A结构域之间有一段肽链相连结构域之间有一段肽链相连铰链区铰链区B各个结构域可以相似或不相同各个结构域可以相似或不相同C结构域一般为酶活性中心结构域一般为酶活性中心40ppt课件五、五、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 多多多多肽肽肽肽链链链链在在在在二二二二级级级级结结结结构构构构的的的的基基基基础础础础上上上上，通通通通过过过过侧侧侧侧链链链链基基基基团团团团的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用进进进进一一一一步步步步卷卷卷卷曲曲曲曲折折折折叠叠叠叠，借借借借助助助助次次次次级级级级键键键键维维维维系系系系使使使使螺螺螺螺旋旋旋旋、折折折折叠叠叠叠片片片片、转转转转角角角角等等等等二二二二级级级级结结结结构构构构相相相相互互互互配配配配置置置置而而而而形形形形成成成成特特特特定定定定的的的的构构构构象象象象。三三三三级级级级结结结结构构构构的的的的形形形形成成成成使使使使肽肽肽肽链链链链中中中中所所所所有有有有的的的的原原原原子子子子都都都都达达达达到到到到空空空空间间间间上的重新排布。上的重新排布。上的重新排布。上的重新排布。实例：实例：实例：实例：肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白 核糖核酸酶核糖核酸酶核糖核酸酶核糖核酸酶(一一)三级结构的定义三级结构的定义41ppt课件肌肌红红蛋蛋白白三三级级结结构构153153个氨基酸残基个氨基酸残基42ppt课件核糖核酸酶三级结构示意图核糖核酸酶三级结构示意图NHis12CHis119Lys41124124个氨基酸残基个氨基酸残基ABC43ppt课件（二）蛋白质的三级的结构特怔（二）蛋白质的三级的结构特怔 具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，内部有时只能容纳几个水分子。内部有时只能容纳几个水分子。卵溶菌酶（卵溶菌酶（卵溶菌酶（卵溶菌酶（egg egg lysozymelysozyme）的三级）的三级）的三级）的三级结构结构结构结构 44ppt课件分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心。白质的活性中心。大多数非极性侧链埋在分子内部，形成大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核疏水核；而极性侧链在分子表面，形成而极性侧链在分子表面，形成亲水面亲水面。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含有有 螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规卷曲四种二级转角和无规卷曲四种二级结构结构 45ppt课件（三）维持三级结构的作用力（三）维持三级结构的作用力二硫键二硫键 共价键共价键 疏水作用疏水作用非共价键（次级键）非共价键（次级键）氢键氢键 离子键离子键范德华力范德华力46ppt课件 四级结构四级结构四级结构四级结构（quaternary structurequaternary structure）：）：）：）：由两条或两由两条或两由两条或两由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为亚基亚基亚基亚基。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多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肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。组成。六、蛋白质的四级结构六、蛋白质的四级结构（一）四级结构的定义（一）四级结构的定义（一）四级结构的定义（一）四级结构的定义47ppt课件六、蛋白质的四级结构六、蛋白质的四级结构 实例：实例：血红蛋白血红蛋白 血血红红蛋蛋白白由由四四条条多多肽肽链链形形成成，是是一一种种寡寡聚聚蛋蛋白白质质。这这四四条条链链主主要要通通过过非非共共价价键键相相互互作作用用缔缔合合在在一一起起。血血红红蛋蛋白白分分子子上上有有四四个个氧氧的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构48ppt课件血红蛋白四级结构血红蛋白四级结构14114649ppt课件烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装50ppt课件(二二)维持四级结构的作用力维持四级结构的作用力v 疏水作用疏水作用v 氢键氢键v 离子键离子键v 范德华力范德华力 51ppt课件 多肽链的主链首先折叠成一系列多肽链的主链首先折叠成一系列二级结构二级结构（构象单元），相邻的构象单元随即组合成（构象单元），相邻的构象单元随即组合成规则的规则的超二级结构超二级结构，若干超二级结构进一步，若干超二级结构进一步盘旋产生盘旋产生结构域结构域，两个或多个结构域形成具，两个或多个结构域形成具有独立有独立三级结构三级结构的单位或亚基，最后，若干的单位或亚基，最后，若干亚基组装成具有特定亚基组装成具有特定四级结构四级结构的寡聚体。的寡聚体。球状蛋白质三维结构的形成：球状蛋白质三维结构的形成：52ppt课件SummarySummary53ppt课件第五节第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系蛋白质的分子结构与功能的关系54ppt课件一、一、蛋白质蛋白质一级结构与功能一级结构与功能二、二、蛋白质蛋白质高级构象与功能高级构象与功能蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的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；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋基础；而蛋白质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，高级结构和其功能密切相关。构，高级结构和其功能密切相关。55ppt课件一级结构决定高级结构，也决定蛋白一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的功能质的功能1 1、蛋白质一级结构的种属差异与分子进化、蛋白质一级结构的种属差异与分子进化 实例：实例：细胞色素细胞色素l有有些些蛋蛋白白质质存存在在于于不不同同的的生生物物体体中中，但但具具有有相相同同的的生生物物学学功功能能，这这些些蛋蛋白质被称为白质被称为同功能蛋白质或同源蛋白质同功能蛋白质或同源蛋白质同功能蛋白质或同源蛋白质同功能蛋白质或同源蛋白质。l同同源源蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸序序列列中中有有许许多多位位置置的的氨氨基基酸酸残残基基对对所所有有已已研研究究过过的的物种来说都是相同的，因此称为物种来说都是相同的，因此称为不变残基不变残基 （invariant residue invariant residue）；）；l但但其其他他位位置置的的氨氨基基酸酸残残基基对对不不同同物物种种有有相相当当大大的的变变化化，因因而而称称为为可可变变残残基基（variable residue variable residue）。）。l同源蛋白质中氨基酸序列的相似性称为同源蛋白质中氨基酸序列的相似性称为顺序同源性顺序同源性。一、一、蛋白质蛋白质一级结构与功能一级结构与功能56ppt课件不不同同生生物物来来源源的的细细胞胞色色素素c c中中不不变变的的AAAA残残基基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血红素血红素细胞色素细胞色素c分子的空间结构分子的空间结构不变不变的的AAAA残基残基 35 35个不变的个不变的AAAA残基，是残基，是CytCyt C C 的生物功的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与“识别识别”并结合细胞色素还原酶和氧化酶。并结合细胞色素还原酶和氧化酶。57ppt课件不同生物与人的不同生物与人的CytcCytc的的AAAA差异数目差异数目生物生物与人不同的与人不同的AAAA数目数目黑猩猩黑猩猩0恒河猴恒河猴1兔兔9袋鼠袋鼠10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗11马马12鸡、火鸡鸡、火鸡13响尾蛇响尾蛇14海龟海龟15金枪鱼金枪鱼21角饺角饺23小蝇小蝇25蛾蛾31小麦小麦35粗早链孢霉粗早链孢霉43酵母酵母4458ppt课件2 2、蛋白质一级结构的变异与分子病、蛋白质一级结构的变异与分子病实例：实例：血红蛋白质异常病变血红蛋白质异常病变镰刀型贫血镰刀型贫血病 由于基因突变导致蛋白质一级结构发生变由于基因突变导致蛋白质一级结构发生变异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失，甚异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失，甚至造成生理功能的变化而引起的疾病，称至造成生理功能的变化而引起的疾病，称分分子病。子病。59ppt课件正常红细胞与正常红细胞与镰刀形红细胞镰刀形红细胞的扫描电镜图的扫描电镜图镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞-链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序12345678Hb-A（正常人）（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHb-S（患（患者）者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys60ppt课件二、二、蛋白质蛋白质高级构象与功能高级构象与功能61ppt课件 高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能1 1、蛋白质高级构象破坏，功能丧失蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：实例：核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性2 2、蛋蛋白白质质在在表表现现生生物物功功能能时时，构构象象发发生生一定变化（一定变化（变构效应变构效应）实例：实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能血红蛋白的变构效应和输氧功能62ppt课件核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性变性复性复性63ppt课件别构效应别构效应：一些蛋白质由于受某些因素的影：一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间结构发生变化，响，其一级结构不变而空间结构发生变化，导致其生物功能的改变，称为蛋白质的变构导致其生物功能的改变，称为蛋白质的变构现象或别构现象。变构现象是蛋白质表现其现象或别构现象。变构现象是蛋白质表现其生物功能的一种普遍而十分重要的现象，也生物功能的一种普遍而十分重要的现象，也是调节蛋白质生物功能的极为有效的方式。是调节蛋白质生物功能的极为有效的方式。一个亚基的变构作用，促进另一亚基变构的一个亚基的变构作用，促进另一亚基变构的现象，称为亚基间的现象，称为亚基间的协同效应。协同效应。64ppt课件血红蛋白输氧功能和构象变化血红蛋白输氧功能和构象变化O2HbHb-O2O2血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛细活动肌肉毛细血管中的血管中的PO2020406080100肺泡中的肺泡中的PO2肌红蛋白肌红蛋白血红蛋白血红蛋白氧分压氧分压氧分压氧分压氧氧氧氧饱饱饱饱和和和和度度度度13.33kPa2.67kPa65ppt课件第六节蛋白质的重要性质第六节蛋白质的重要性质一、一、两性解离性质及等电点两性解离性质及等电点二、二、蛋白质胶体性质蛋白质胶体性质三、三、蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀四、四、蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性五、五、蛋白质的紫外吸收特性蛋白质的紫外吸收特性六、六、蛋白质呈色反应蛋白质呈色反应66ppt课件 一、蛋白质两性解离性质和等电点一、蛋白质两性解离性质和等电点pH=pI净电荷净电荷=0pHpI净电荷为负净电荷为负PrCOOHNH3+H+OH-+H+OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+当当当当蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质溶溶溶溶液液液液在在在在某某某某一一一一定定定定pHpH值值值值时时时时，使使使使某某某某特特特特定定定定蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子上上上上所所所所带带带带正正正正负负负负电电电电荷荷荷荷相相相相等等等等，成成成成为为为为两两两两性性性性离离离离子子子子，在在在在电电电电场场场场中中中中既既既既不不不不向向向向阳阳阳阳极极极极也也也也不不不不向向向向阴阴阴阴极极极极移移移移动动动动，此此此此时时时时溶溶溶溶液的液的液的液的pHpH值即为该蛋白质的等电点值即为该蛋白质的等电点值即为该蛋白质的等电点值即为该蛋白质的等电点（isoelectricisoelectricpointpoint，pIpI）。）。）。）。67ppt课件 由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以都有其由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以都有其由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以都有其由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以都有其特定的等电点，在同一特定的等电点，在同一特定的等电点，在同一特定的等电点，在同一pH pH pH pH 条件下所带净电荷不同。条件下所带净电荷不同。条件下所带净电荷不同。条件下所带净电荷不同。如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点偏碱偏碱偏碱偏碱，如果，如果，如果，如果酸性氨基酸较多，等电点酸性氨基酸较多，等电点酸性氨基酸较多，等电点酸性氨基酸较多，等电点偏酸偏酸偏酸偏酸。酸碱氨基酸比例相近。酸碱氨基酸比例相近。酸碱氨基酸比例相近。酸碱氨基酸比例相近的蛋白质其等电点大多为中性偏酸，约在的蛋白质其等电点大多为中性偏酸，约在的蛋白质其等电点大多为中性偏酸，约在的蛋白质其等电点大多为中性偏酸，约在5.05.05.05.0左右。左右。左右。左右。由于各种蛋白质的等电点不同，所以在同一由于各种蛋白质的等电点不同，所以在同一由于各种蛋白质的等电点不同，所以在同一由于各种蛋白质的等电点不同，所以在同一pH pH pH pH 溶溶溶溶液中带电荷不同，在电场中移动的方向和速度也各不液中带电荷不同，在电场中移动的方向和速度也各不液中带电荷不同，在电场中移动的方向和速度也各不液中带电荷不同，在电场中移动的方向和速度也各不相同，根据此原理就可利用相同，根据此原理就可利用相同，根据此原理就可利用相同，根据此原理就可利用电泳的方法电泳的方法电泳的方法电泳的方法将混合的各种将混合的各种将混合的各种将混合的各种蛋白质分离开。蛋白质分离开。蛋白质分离开。蛋白质分离开。68ppt课件 二、二、蛋白质胶体性质蛋白质胶体性质 由由由由于于于于蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子量量量量很很很很大大大大，在在在在水水水水溶溶溶溶液液液液中中中中形形形形成成成成1-1-1-1-100nm100nm100nm100nm的的的的颗颗颗颗粒粒粒粒，因因因因而而而而具具具具有有有有胶胶胶胶体体体体溶溶溶溶液液液液的的的的特特特特征征征征。可可可可溶溶溶溶性性性性蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子表表表表面面面面分分分分布布布布着着着着大大大大量量量量极极极极性性性性氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸残残残残基基基基，对对对对水水水水有有有有很很很很高高高高的的的的亲亲亲亲和和和和性性性性，通通通通过过过过水水水水合合合合作作作作用用用用在在在在蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质颗颗颗颗粒粒粒粒外外外外面面面面形形形形成成成成一一一一层层层层水水水水化化化化层层层层，同同同同时时时时这这这这些些些些颗颗颗颗粒粒粒粒带带带带有有有有电电电电荷荷荷荷，因因因因而而而而蛋蛋蛋蛋白白白白质溶液是相当稳定的亲水胶体。质溶液是相当稳定的亲水胶体。质溶液是相当稳定的亲水胶体。质溶液是相当稳定的亲水胶体。69ppt课件蛋白质之所以能以稳定的胶体存在主要是由于：蛋白质分子大小已达到胶体质点范围蛋白质分子大小已达到胶体质点范围（颗粒直径在（颗粒直径在1 1100nm 100nm 之间），具有较大表面积。之间），具有较大表面积。蛋白质分子表面有许多极性基团，这些基团与水有高度蛋白质分子表面有许多极性基团，这些基团与水有高度亲和性，很容易吸附水分子。亲和性，很容易吸附水分子。实验证明，每实验证明，每1g 1g 蛋白质大约可蛋白质大约可结合结合0.30.30.5g 0.5g 的水，从而使蛋白质颗粒外面形成一层水膜。的水，从而使蛋白质颗粒外面形成一层水膜。蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，即在酸性溶蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，即在酸性溶液中带有正电荷，在碱性溶液中带有负电荷。液中带有正电荷，在碱性溶液中带有负电荷。由于同性电荷由于同性电荷互相排斥，所以使蛋白质颗粒互相排斥，不会聚集沉淀。互相排斥，所以使蛋白质颗粒互相排斥，不会聚集沉淀。70ppt课件 蛋白质胶体性质的应用蛋白质胶体性质的应用 透析法透析法:利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被子杂质的蛋白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。透析出，大分子蛋白质留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为这种方法称为透析透析（dialysisdialysis）。）。盐析法盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为种现象称为盐析盐析（salting outsalting out）。）。71ppt课件 另外，当在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋另外，当在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋另外，当在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋另外，当在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋白质溶解度会增加，这种现象称为白质溶解度会增加，这种现象称为白质溶解度会增加，这种现象称为白质溶解度会增加，这种现象称为盐溶盐溶盐溶盐溶（salting insalting in），），），），这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质颗粒带同种电荷而相互排斥，并且与水分子的作用加强，颗粒带同种电荷而相互排斥，并且与水分子的作用加强，颗粒带同种电荷而相互排斥，并且与水分子的作用加强，颗粒带同种电荷而相互排斥，并且与水分子的作用加强，从而溶解度增加。从而溶解度增加。从而溶解度增加。从而溶解度增加。72ppt课件三、蛋白质的沉淀三、蛋白质的沉淀 如如果果加加入入适适当当的的试试剂剂使使蛋蛋白白质质分分子子处处于于等等电电点点状状态态或或失失去去水水化化层层（消消除除相相同同电电荷荷，除除去去水水膜膜），蛋蛋白白质质胶胶体体溶溶液液就就不再稳定并将产生沉淀。不再稳定并将产生沉淀。沉淀方法类别沉淀方法类别:1 1、高浓度中性盐（盐析）、高浓度中性盐（盐析）2 2、有机溶剂沉淀（丙酮、乙醇等）、有机溶剂沉淀（丙酮、乙醇等）3 3、重金属盐类沉淀（、重金属盐类沉淀（Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+）4 4、生物碱试剂和某些酸类沉淀、生物碱试剂和某些酸类沉淀 5 5、加热变性沉淀、加热变性沉淀73ppt课件 四、四、蛋白质变性与复性蛋白质变性与复性 蛋蛋白白质质因因受受某某些些物物理理或或化化学学因因素素的的影影响响，分分子子的的空空间间构构象象被被破破坏坏，从从而而导导致致其其理理化化性性质质发发生生改改变变并并失失去去原原有有的的生生物物学学活活性性的的现现象象称称为为蛋蛋白白质质的的变变性性作作用用（denaturationdenaturation）。变变性性作作用用并并不不引引起起蛋蛋白白质质一一级级结结构构的的破破坏坏，而而是是二二级级结结构构以以上上的的高高级级结结构构的的破破坏坏，变变性性后后的的蛋蛋白白质质称称为为变变性性蛋白。蛋白。表表征征：生生物物活活性性丧丧失失；物物理理性性质质（溶溶解解度度、粘粘度度、扩扩散散系系数数、光光谱谱特特性性等等）和化学性质（化学反应，被酶解性）改变和化学性质（化学反应，被酶解性）改变 应用应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老 蛋蛋白白质质的的变变性性作作用用如如果果不不过过于于剧剧烈烈，则则是是一一种种可可逆逆过过程程，变变性性蛋蛋白白质质通通常常在在除除去去变变性性因因素素后后，可可缓缓慢慢地地重重新新自自发发折折叠叠成成原原来来的的构构象象，恢恢复复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性复性复性复性（renaturationrenaturation）。）。74ppt课件五、蛋白质主要呈色反应五、蛋白质主要呈色反应 双缩脲反应双缩脲反应 酚试剂反应酚试剂反应 蛋白质定量、定性蛋白质定量、定性 茚三酮反应茚三酮反应 测定常用方法测定常用方法 75ppt课件双缩脲反应蛋白质在碱性溶液中也蛋白质在碱性溶液中也能与硫酸铜发生相同反应，能与硫酸铜发生相同反应，产生红紫色络合物产生红紫色络合物红紫色络合物红紫色络合物(硷性溶液硷性溶液)Cu2+76ppt课件蛋白质的紫外吸收光谱蛋白质的紫外吸收光谱 蛋蛋白白质质在在远远紫紫外外光光区区（200-230nm200-230nm）有有较较大大的的吸吸收收，在在280nm280nm有有一一特特征征吸吸收收峰峰，可可利利用用这这一一特特性性对对蛋蛋白白质质进进行行定性定量鉴定。定性定量鉴定。蛋白质质量浓度蛋白质质量浓度/（mg/ml）=1.55A1cm-0.76A1cm280260测定范围：测定范围：0.10.5mg/ml77ppt课件