中药类chapter3 protein

绪论绪论 教师教师: 高蓝高蓝Email: 参考书：王镜岩主编的生物化学（上下册）参考书：王镜岩主编的生物化学（上下册） 周爱儒主编的生物化学学习指南周爱儒主编的生物化学学习指南生物化学生物化学n生物化学生物化学： 是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，从分子水平探讨生命现象的本质。从分子水平探讨生命现象的本质。 Biochemistry is the application of chemistry to the study of biological processes at the cellular and molecular level. Biochemistry has become the foundation for understanding all biological processes. It has provided explanations for the causes of many diseases in humans, animals and plants.n研究内容研究内容： 研究生物体分子结构与功能，物质研究生物体分子结构与功能，物质代谢与调节，以及遗传信息传递的分子代谢与调节，以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。基础与调控规律。n方法方法： 化学、生物物理、生理、遗传、细胞化学、生物物理、生理、遗传、细胞和免疫等。和免疫等。n生物化学与分子生物学的关系生物化学与分子生物学的关系生物化学发展简史生物化学发展简史n18世纪世纪-20世纪初世纪初- 20世纪世纪50年代年代-至今至今n叙述生物化学阶段：化学组成叙述生物化学阶段：化学组成 脂、糖、氨基酸性质研究脂、糖、氨基酸性质研究 核酸的发现核酸的发现 化学合成了简单的多肽化学合成了简单的多肽 酵母发酵过程中的催化剂酵母发酵过程中的催化剂-酶酶v自然界自然界所有的所有的生命体生命体都由三都由三类物质类物质组成：组成：水、无水、无机物和机物和生物分生物分子（有子（有机化合机化合物）物）Organic compounds1.Four categories of organic compounds:a.Carbohydrates b.Lipidsc.Proteinsd.Nucleic Acids2.All formed and separated in similar waysa.Formation (Polymerization): Dehydration Synthesisb.Separation: HydrolysisHey Sugar, I sure am happy that youre a Carbohydrate like me.Awww, how sweet!Hurry up, Lipids! You should have more energy stored up than this!Does this bond structure make me look fat?Hi there! My name is Polly Peptide.Can you believe that each of your cells contains about 2 meters of me?PolymerizationnPolymerization (definition):nForming of large organic macromolecules by the joining of smaller repeating units called monomersDehydration SynthesisnDehydration Synthesis is the removal of a water molecule to form a new bond.HOHH2OHOHHHOShort PolymerMonomerDehydration removes a water molecule forming a new bond1231234HydrolysisHOHH2OHOHHHOShort PolymerMonomerHydrolysis adds a water molecule to break a bond1231234nPolymers are broken by adding water.nLiterally, “Water Splitting”n动态生物化学阶段：动态生物化学阶段： 营养（必需氨基酸，必需脂肪酸，维生素）营养（必需氨基酸，必需脂肪酸，维生素） 内分泌（激素）内分泌（激素） 酶学（酶结晶）酶学（酶结晶） 物质代谢（如糖代谢途径，脂肪酸氧化，尿物质代谢（如糖代谢途径，脂肪酸氧化，尿素素 合成，三羧酸循环合成，三羧酸循环）n分子生物学时期分子生物学时期 蛋白质与核酸（蛋白质蛋白质与核酸（蛋白质螺旋，胰岛素测序，螺旋，胰岛素测序，DNA双螺旋）双螺旋） 遗传学中心法则（遗传密码破译）遗传学中心法则（遗传密码破译） 物质代谢途径物质代谢途径(代谢调节代谢调节) 重组重组DNA技术技术 转基因动植物和基因剔除转基因动植物和基因剔除 基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗 核酶核酶 PCR技术技术 人类基因组计划（人类基因组计划（1990-2003） 发现和鉴定基因发现和鉴定基因-结构、功能与调控研究结构、功能与调控研究 蛋白质组学，转录物组，蛋白质组学，转录物组，RNA组学，组学， 代谢组学，糖组学代谢组学，糖组学生物信息学生物信息学n我国的贡献：我国的贡献： 公元前用曲造酒公元前用曲造酒 血液化学分析方面血液化学分析方面 蛋白质化学蛋白质化学 免疫化学免疫化学 人工合成牛胰岛素（人工合成牛胰岛素（1965） 酶学、蛋白质结构、生物膜结构与功能酶学、蛋白质结构、生物膜结构与功能 人类基因组计划人类基因组计划 第一个中国人基因组图谱第一个中国人基因组图谱“炎黄一号炎黄一号” 2007年年10月月11日日 中国承担的中国承担的3号染色体短臂的测序区域号染色体短臂的测序区域生化发展进程中的里程碑（重大事件、生化发展进程中的里程碑（重大事件、重要人物）重要人物） n英国化学家桑格尔英国化学家桑格尔( (F.SangerF.Sanger) )用用19451945年至年至19531953年的近十年时间，完年的近十年时间，完成了牛胰岛素的氨基酸组成了牛胰岛素的氨基酸组成结构的分析，这是第一成结构的分析，这是第一个蛋白质组成结构的分析。个蛋白质组成结构的分析。19771977年提出了末端终止法年提出了末端终止法测定核苷酸顺序。测定核苷酸顺序。 于于19581958年和年和19801980年获年获得诺贝尔化学奖。得诺贝尔化学奖。 1923年发现胰岛素年发现胰岛素F.G.F.G.班廷班廷 J.J.R.J.J.R.麦克劳德麦克劳德The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1923for the discovery of insulin b.1891d. 1941Frederick Grant Banting JohnJames Richard Macleod Toronto University Toronto Universityb. 1876d. 1935 班廷是加拿大安大略省西医学院的青年教师。班廷是加拿大安大略省西医学院的青年教师。 胰脏作为一种器官，兼有内外分泌两种功能，它的外分泌物胰脏作为一种器官，兼有内外分泌两种功能，它的外分泌物是胰液，含有分解各种营养物质的酶，如胰蛋白酶。胰脂肪酶、是胰液，含有分解各种营养物质的酶，如胰蛋白酶。胰脂肪酶、胰淀粉酶等；它的内分泌物是由岛状组织细胞（即胰岛）所分胰淀粉酶等；它的内分泌物是由岛状组织细胞（即胰岛）所分泌的，这些胰岛散布于胰脏的外分泌组织中。班延只知道胰脏泌的，这些胰岛散布于胰脏的外分泌组织中。班延只知道胰脏与糖尿病有关，切除动物的胰脏会引发糖尿病昏迷等症状，一与糖尿病有关，切除动物的胰脏会引发糖尿病昏迷等症状，一两周内动物必然死亡。两周内动物必然死亡。 但是由于胰液中的胰蛋白酶在提取液中破坏了但是由于胰液中的胰蛋白酶在提取液中破坏了“胰岛素胰岛素”，致，致使人们始终无法得见它的使人们始终无法得见它的“庐山真面目庐山真面目”。 阻塞胰脏通向十二指肠的导管，就有可能引起胰脏萎缩。阻塞胰脏通向十二指肠的导管，就有可能引起胰脏萎缩。 班延找到多伦多大学生理系的麦克劳德教授，以求得这位有班延找到多伦多大学生理系的麦克劳德教授，以求得这位有名的糖代谢权威的支持。名的糖代谢权威的支持。 n 1965 1965年年9 9月月1717日，人日，人工合成胰岛素在中国工合成胰岛素在中国首次。首次。这也是世界上这也是世界上第一个蛋白质的全合第一个蛋白质的全合成。成。这是我国科技人这是我国科技人员在奋力攀登世界科员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一础研究方面争得的一项世界冠军。这一成项世界冠军。这一成果促进了生命科学的果促进了生命科学的发展，开辟了人工合发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。成蛋白质的时代。 nH.AH.A. .克雷布斯（克雷布斯（1900198119001981）德裔英国生物化学家，德裔英国生物化学家，19301930年发现了哺乳动物体内尿素年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径。合成的途径。19371937年又提出年又提出了三羧酸循环理论，并解释了三羧酸循环理论，并解释了机体内所需能量的产生过了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、程和糖、脂肪、 蛋白质的相蛋白质的相互联系及相互转变机理。于互联系及相互转变机理。于19531953年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。 n19531953年沃森（年沃森（J.D.WatsonJ.D.Watson）和克里克（和克里克（F.H.C.CrickF.H.C.Crick）提出了提出了DNADNA双螺旋三维结双螺旋三维结构模型。这一模型的建立，构模型。这一模型的建立，揭开了生物遗传信息传递揭开了生物遗传信息传递的秘密，从遗传物质结构的秘密，从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性变化的角度解释了遗传性状突变的原因，并标志着状突变的原因，并标志着遗传学完成了由遗传学完成了由“经典经典”向向“分子分子”时代的过渡。时代的过渡。于于19621962年获奖。年获奖。 BornApril 6, 1928 (age 85)NationalityUnited StatesFieldsMolecular biologyn19821982年塞克年塞克（T.R.CechT.R.Cech）等在四）等在四膜虫中发现了具有催膜虫中发现了具有催化活性的化活性的RNARNA核酶。核酶。 nPaulPaul Berg( Berg(鲍尔鲍尔. .伯伯格格) )，将两种病毒的，将两种病毒的DNADNA连接起来，产生连接起来，产生了一种新的重组了一种新的重组DNADNA分子。标志着基因分子。标志着基因工程技术的诞生。工程技术的诞生。 获获19801980年诺贝尔年诺贝尔化学奖。化学奖。转基因动物转基因动物转基因植物转基因植物n19971997年英国年英国I.WilmutI.Wilmut伊伊恩恩维尔莫特维尔莫特等运用羊的体等运用羊的体细胞（乳腺细胞）克隆出了细胞（乳腺细胞）克隆出了羊羊克隆羊多莉。克隆羊多莉。 n多利羊生于多利羊生于1996年年7月月5日，于日，于1997年年2月月23日被介绍日被介绍给公众。给公众。n1998年产下一只小羊，年产下一只小羊，2003年年2月月14日因肺部感染而日因肺部感染而实施了安乐死，它也被作为世界上最尊贵，最重要，实施了安乐死，它也被作为世界上最尊贵，最重要，最具有代表性的一只羊而载入史册。最具有代表性的一只羊而载入史册。 世界首只人兽混种羊世界首只人兽混种羊 n20072007年美国内华达大学的年美国内华达大学的伊斯梅尔伊斯梅尔赞加尼教授领导赞加尼教授领导的研究小组的研究小组 n目前绵羊体内的人类细胞目前绵羊体内的人类细胞比例达到比例达到15%15%，动物细胞，动物细胞比例为比例为85%85%。 n从病人的骨髓中提取干细从病人的骨髓中提取干细胞，然后将其注入一只绵胞，然后将其注入一只绵羊的胚胎中羊的胚胎中 生物化学研究的主要内容生物化学研究的主要内容n1、生物分子的结构与功能、生物分子的结构与功能 分子结构、分子识别和分子的相互作用分子结构、分子识别和分子的相互作用n2、物质代谢及其调节、物质代谢及其调节 调节，细胞信号转导调节，细胞信号转导n3、基因信息传递及其调控、基因信息传递及其调控 DNA重组、转基因、基因剔除、新基因克隆、重组、转基因、基因剔除、新基因克隆、 人类基因组及功能基因组研究人类基因组及功能基因组研究 基因表达调控基因表达调控 生物化学与医学及中医药学的关系生物化学与医学及中医药学的关系n已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互联系的共同语言：联系的共同语言： 理论和技术在基础医学和临床医学中的应用理论和技术在基础医学和临床医学中的应用产生了分子遗传学、分子免疫学、分子微生物学、产生了分子遗传学、分子免疫学、分子微生物学、分子病理学和分子药理学等交叉学科。分子病理学和分子药理学等交叉学科。n为推动各学科发展作出了重要的贡献：为推动各学科发展作出了重要的贡献： 疾病预防、诊断和治疗，发病机制的研究疾病预防、诊断和治疗，发病机制的研究（疾病相关基因的克隆、基因芯片的应用和基因（疾病相关基因的克隆、基因芯片的应用和基因治疗）治疗）蛋白质化学蛋白质化学第三章第三章n什么是蛋白质什么是蛋白质? ?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(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。蛋白质蛋白质研究研究的的历史历史酶酶蛋白被分离并结晶蛋白被分离并结晶蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短肽。蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短肽。蛋白质的一级二级结构发现与测定。蛋白质的一级二级结构发现与测定。蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构20世纪世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究展开年代，功能基因组与蛋白质组研究展开蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的占人体干重的4545，某些组织含量更高，例，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。1. 蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用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3. 氧化供能氧化供能蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第一节第一节一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成 主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含钼，个别蛋白质还含有碘有碘 。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为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，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：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%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点二、蛋白质的结构单位二、蛋白质的结构单位 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余种，余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有但组成人体蛋白质的氨基酸仅有2020种，种，且均属且均属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。CHNH2COOHR CHNH2COOHR（一）氨基酸的结构（一）氨基酸的结构H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸（二）氨基酸（二）氨基酸的分类的分类非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸TyrP天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.59酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸n几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH35-羟赖氨酸羟赖氨酸4-羟脯氨酸羟脯氨酸1 1、紫外吸收性质、紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收苯丙氨酸苯丙氨酸（三）氨基酸的性质（三）氨基酸的性质2 2、茚三酮反应、茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝蓝紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm处。处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正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。比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。n两性解离及等电点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。处溶液的酸碱度。3、氨基酸具有两性解离的性质、氨基酸具有两性解离的性质CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+CHNH3+COO-R CHNH3+COO-RpH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+等电点等电点(isoelectric point, pI) n在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子的溶液中，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，和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等值称为该氨基酸的等电点。电点。三、蛋白质的辅基三、蛋白质的辅基n是指蛋白质所含的非氨基酸成分。是指蛋白质所含的非氨基酸成分。n单纯蛋白质单纯蛋白质n结合蛋白质结合蛋白质肽键和肽肽键和肽第二节第二节肽键肽键( (peptide bond) )是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的 - -羧基与另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氨基脱水缩合而形成的化学键。的化学键。氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide)一、肽键与肽平面一、肽键与肽平面二、肽二、肽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肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基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由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽称多肽(polypeptide)。多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。肽键连接而成的一种结构。参与肽键形成的参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位位于同一平面，于同一平面，C 1和和C 2在平面上所处的位置为反式在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元 (peptide unit) 。n肽键肽键C-N键长为键长为0.133nmnC-N单键长为单键长为0.149nmnC=N双键长为双键长为0.127nmN 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端：多肽链有两端：牛核糖核牛核糖核酸酶的一酸酶的一级结构级结构返回返回三、三、生物活性肽生物活性肽谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)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+ nGSH与与GSSG间的转换间的转换 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 第三节第三节n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括: 高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)n定义定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 bovine insulin 19531953年年 Frederick Frederick sangersanger测定测定 一级结构是蛋白质空一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学间构象和特异生物学功能功能的基础的基础，但不是决定蛋白但不是决定蛋白质空间构象和功能的质空间构象和功能的唯一唯一因素因素。二、二、蛋白质二级结构蛋白质二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间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间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。n定义定义: : n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折叠折叠 ( -pleated sheet) - -转角转角 ( -turn) 无规卷曲无规卷曲 (random coil) n蛋白质二级结构蛋白质二级结构（一）（一）-螺旋结构螺旋结构n螺旋的结构特点：螺旋的结构特点： (1)(1)多个肽键平面通过多个肽键平面通过碳原子旋转，相互之碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的间紧密盘曲成稳固的右手螺旋右手螺旋。 (2) (2)主链呈螺旋上升，主链呈螺旋上升，每每3.63.6个氨基酸残基上升个氨基酸残基上升一圈，相当于一圈，相当于0.54nm0.54nm。 (3) (3) 每一个氨基酸残基中的每一个氨基酸残基中的NHNH和前面相隔三个和前面相隔三个残基的残基的C CO O之间形成之间形成氢键，这是稳定氢键，这是稳定螺旋的螺旋的主要键。主要键。 (4) (4)肽链中氨基酸侧链肽链中氨基酸侧链R R，分布在螺旋外侧，其，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响形状、大小及电荷影响螺旋的形成。螺旋的形成。n两性两性-螺旋螺旋n角蛋白角蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 血纤维蛋白血纤维蛋白n影响因素影响因素(极性极性,侧链集团侧链集团,脯氨酸脯氨酸)（二）（二） - -折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构n折叠结构特点：折叠结构特点： （1 1）是肽链相当伸展的结构，）是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折肽链平面之间折叠成锯齿状叠成锯齿状，氨基酸残基的，氨基酸残基的R R侧链交替伸出在锯侧链交替伸出在锯齿的上方或下方。齿的上方或下方。 （2 2）依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链）依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的间的C CO O与与HNHN形成形成氢键，使构象稳定氢键，使构象稳定。 （3 3）两段肽链可以是）两段肽链可以是平行的，也可以是反平平行的，也可以是反平行行的。的。 （4 4）平行的）平行的片层结构中，两个残基的间片层结构中，两个残基的间距为距为0.65nm0.65nm；反平行的；反平行的片层结构，则间距为片层结构，则间距为0.7nm0.7nm。（三）（三） - -转角转角n转角结构特点：转角结构特点： 蛋白质分子中，肽链经常会出现蛋白质分子中，肽链经常会出现180180的回的回折折，在这种回折处的构象就是，在这种回折处的构象就是转角转角(turnturn或或bend)bend)。由。由四个氨基酸残基组成四个氨基酸残基组成。转角中，第一个氨基酸残基的转角中，第一个氨基酸残基的C CO O与第四与第四个残基的个残基的N N形成形成氢键，从而使结构稳定。氢键，从而使结构稳定。（五）（五）超二级结构超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具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，形成一有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个个有规则的二级结构组合，被称为有规则的二级结构组合，被称为超二级结构超二级结构。也也称为称为模体模体(motif) 。（四）无规卷曲（四）无规卷曲无规卷曲结构特点：无规卷曲结构特点： 没有没有确定规律性的部分肽链构象确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽，肽链中肽键平面不规则排列，属于松散的无规卷曲。键平面不规则排列，属于松散的无规卷曲。锌指锌指螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋三、蛋白质三级结构三、蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals等等,二硫二硫键。键。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:稳定蛋白质三维结构的几种键的键能稳定蛋白质三维结构的几种键的键能键键键能键能(kJ.mol-1)氢键范德华力疏水作用离子键二硫键13-304-812-2012-30210细胞色素细胞色素C 39%螺旋螺旋溶菌酶溶菌酶 40%螺旋螺旋12%折叠折叠牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶26%螺旋螺旋35%折叠折叠 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) 153个氨基酸残基个氨基酸残基-螺旋占螺旋占75%8段段-螺旋结构螺旋结构4.5nmx3.5nmx2.5nm（一）部分蛋白质的三级结构（一）部分蛋白质的三级结构（二）结构域（二）结构域分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域密的区域，并各行其功能，称为结构域 ( (domain) ) 。Lac阻遏蛋白是四聚体，这阻遏蛋白是四聚体，这是一个亚基结构。多肽链排是一个亚基结构。多肽链排列成四个结构域，红色区是列成四个结构域，红色区是DNA结合域。结合域。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、四、蛋白质四级结构蛋白质四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接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，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有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，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。由由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为结构相同，称之为同二聚体同二聚体(homodimer)，若亚基分子，若亚基分子结构不同，则称之为结构不同，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。 血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构五、维持蛋白质结构的化学键五、维持蛋白质结构的化学键蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第四节第四节（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构与功能的关系与功能的关系 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（二）蛋白质一级结构相似则其功能也一致（二）蛋白质一级结构相似则其功能也一致胰岛素胰岛素氨基酸残基序号氨基酸残基序号A8A9A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSerIleAla细胞色素细胞色素C中的保守氨基酸中的保守氨基酸人与其它生物细胞色素人与其它生物细胞色素C一级结构的差异一级结构的差异生物生物种类种类黑猩猩黑猩猩山羊山羊响尾蛇响尾蛇鲤鱼鲤鱼蜗牛蜗牛飞蛾飞蛾酵母酵母花椰菜花椰菜差异差异数目数目010141829314445一些广泛存在一些广泛存在于生物界的蛋白质于生物界的蛋白质如细胞色素如细胞色素(cytochrome C)，比较它们的一级结比较它们的一级结构，可以帮助了解构，可以帮助了解物种进化间的关系。物种进化间的关系。 （三）改变蛋白质的一级结构可以直接影响其功能（三）改变蛋白质的一级结构可以直接影响其功能n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-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”。镰刀状红细胞贫血镰刀状红细胞贫血由于这个氨基酸的取代，使血由于这个氨基酸的取代，使血红蛋白倾向于形成纤维状沉淀，红蛋白倾向于形成纤维状沉淀，由由14股股HbS组成。组成。二、二、蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系（一）构象决定性质和功能（一）构象决定性质和功能1、纤维状蛋白质、纤维状蛋白质2、球状蛋白质、球状蛋白质n肌红蛋白肌红蛋白/ /血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 （二）（二）变构改变活性变构改变活性血红蛋白血红蛋白NH3+COO- 2COO-NH3+ 1NH3+COO-2COO-NH3+1Asp His94 146Arg Asp141 126Lys40 Lys Asp Arg 40 126 141His Asp146 94脱氧脱氧Hb亚基间和亚基内的盐键亚基间和亚基内的盐键n变构效应变构效应(allosteric effect)蛋白质空间结构的改变伴随其功蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为能的变化，称为变构效应变构效应。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n协同效应协同效应( (cooperativity) )一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配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，称为与配体结合能力的现象，称为协同效应协同效应。 如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应( (negative cooperativity) )（三）蛋白质构象（三）蛋白质构象病病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生：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，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解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。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白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行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。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n疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变正常的：正常的：43%的的螺旋，螺旋， 3%的的折叠，折叠，病变的：病变的：PrPsc具有具有34%螺旋，螺旋，43%的的折叠。折叠。 第五节第五节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、一般性质一、一般性质（一）（一）紫外吸收特征紫外吸收特征由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收波长处有特征性吸收峰。蛋白质的峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。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蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。三酮反应。 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与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，此反应称为硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双双缩脲反应缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。程度。（二）呈色反应（二）呈色反应1. 茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)2. 双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)（三）（三）两性解离与等电点两性解离与等电点蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，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，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。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称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)（一）蛋白质溶液是胶体溶液（一）蛋白质溶液是胶体溶液蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至万至100万之巨，其分子的直径可达万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。 颗粒表面电荷颗粒表面电荷 水化膜水化膜n蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素:二、大分子特性二、大分子特性+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 蛋白质在离心场中的行为用蛋白质在离心场中的行为用沉降系数沉降系数(sedimentation coefficient, S)表示，沉表示，沉降系数与蛋白质的密度和形状相关降系数与蛋白质的密度和形状相关 。（二）沉降与沉降系数（二）沉降与沉降系数因为沉降系数因为沉降系数S大体上和分子量成正比大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。维状蛋白质不适用。蛋白质蛋白质分子量分子量S细胞色素细胞色素C（牛心）牛心）肌红蛋白（马心）肌红蛋白（马心）糜蛋白酶原（牛胰）糜蛋白酶原（牛胰）-乳球蛋白（羊奶）乳球蛋白（羊奶）血红蛋白（人）血红蛋白（人）血清白蛋白（人）血清白蛋白（人）过氧化氢酶（马肝）过氧化氢酶（马肝）脲酶（刀豆）脲酶（刀豆）纤维蛋白原纤维蛋白原1337016900232403710064500685002475004827003397001.172.042.542.904.504.6011.3018.607.60蛋白质的分子量和沉降系数蛋白质的分子量和沉降系数（三）变性与复性（三）变性与复性在某些物理和化学因素作用下，其特定的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。物活性的丧失。n蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)n造成变性的因素造成变性的因素: :如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、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重金属离子及生物碱试剂等 。 n变性的本质变性的本质: :破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。质的一级结构。n 应用举例应用举例: :临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外, , 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质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。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后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation) 。 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，无活性在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽在一定条件下，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。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，有时蛋白质发生沉变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。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。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。 n蛋白质沉淀蛋白质沉淀n蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)第六节第六节蛋白质的分离与鉴定蛋白质的分离与鉴定使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀时，必须在时，必须在04低温下进行，低温下进行，丙酮用量一般丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。也可用乙醇沉淀。 盐析盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 一、一、蛋白质沉淀蛋白质沉淀免疫沉淀法：免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。重金属离子沉淀蛋白质重金属离子沉淀蛋白质生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质 二、二、离心技术离心技术 差速离心法差速离心法 区带离心区带离心 等密度离心等密度离心三、电泳技术三、电泳技术蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pIpI的溶液中为带电的的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术术, , 称为称为电泳电泳(elctrophoresis) 。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。电泳等。 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子，常用于蛋白质分子量的测定。量的测定。等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。离蛋白质的电泳方法。双向凝胶电泳双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。是蛋白质组学研究的重要技术。n几种重要的蛋白质电泳几种重要的蛋白质电泳:四、四、层析技术层析技术待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。n层析层析(chromatography)分离蛋白质的原理分离蛋白质的原理离子交换层析：离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。性质不同进行分离。凝胶过滤凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析又称分子筛层析，利，利用各蛋白质分子大小不同分离。用各蛋白质分子大小不同分离。亲和层析亲和层析n蛋白质分离常用的层析方法蛋白质分离常用的层析方法阳离子交换层析阳离子交换层析应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。的目的。n透析透析(dialysis)n超滤法超滤法利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法物分开的方法。五、五、透析技术透析技术小结小结蛋白质平均含氮量蛋白质平均含氮量 氨基酸的结构通式；氨基酸的分类；若干种氨基氨基酸的结构通式；氨基酸的分类；若干种氨基酸的结构式；英文三字符。酸的结构式；英文三字符。 肽键；肽链中氨基酸残基、蛋白质肽键；肽链中氨基酸残基、蛋白质 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构概念，稳定力概念，稳定力 二级结构的概念二级结构的概念，稳定力，稳定力 ；肽单元；肽单元；二级结构的主要类型：二级结构的主要类型： - -螺旋的结构特点、螺旋的结构特点、 - -折叠的结构特点、折叠的结构特点、 - -转角、转角、无规卷曲。无规卷曲。蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构定义；稳定力定义；稳定力 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构定义；稳定力。定义；稳定力。蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的两性解离、蛋白质的胶体性质、蛋白质的变性、沉蛋白质的两性解离、蛋白质的胶体性质、蛋白质的变性、沉淀、蛋白质的紫外吸收、蛋白质的呈色反应。淀、蛋白质的紫外吸收、蛋白质的呈色反应。