生物化学：第2章 蛋白质结构与功能

第第 二二 章章蛋白质结构与功能蛋白质结构与功能Structure and Function of Protein一、什么是蛋白质？一、什么是蛋白质？ 蛋白质（蛋白质（Protein）是由许多氨基是由许多氨基酸（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二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分分布广分布广含量高含量高2. 蛋白质分解后的氨基酸可以供能蛋白质分解后的氨基酸可以供能3. 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1）生物催化剂（酶）生物催化剂（酶）2）代谢调节）代谢调节3）免疫保护）免疫保护4）物质的转运和储存）物质的转运和储存5）运动和支持作用）运动和支持作用6）参与细胞信号转导）参与细胞信号转导第第 一一 节节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein碳碳(C) 50% 55%氢氢(H) 6% 8%氧氧(O) 19% 24%氮氮(N) 13% 19%硫硫(S) 0% 4%还有少量的还有少量的磷磷(P)、铁、铁(Fe)、铜、铜(Cu)、锌、锌(Zn) 等等 组成蛋白质的元素：组成蛋白质的元素：l蛋白质元素组成特点：蛋白质元素组成特点：各种蛋白质含氮量很接近，平均为各种蛋白质含氮量很接近，平均为16故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 100g样品中蛋白质的含量（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6.25 1001/16%三聚氰胺三聚氰胺 (Melamine) 三鹿奶粉事件的元凶三鹿奶粉事件的元凶u是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，俗称蜜是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，俗称蜜 胺、蛋白精胺、蛋白精 u白色单斜棱晶体，不可燃，白色单斜棱晶体，不可燃， 无味，低毒无味，低毒 u长期大量摄入可导致膀胱、长期大量摄入可导致膀胱、 肾脏结石肾脏结石u可用于装饰面板、氨基塑可用于装饰面板、氨基塑 料、粘合剂、涂料等料、粘合剂、涂料等 三聚氰胺三聚氰胺 (Melamine) 三鹿奶粉事件的元凶三鹿奶粉事件的元凶u分子式：分子式：C3H6N6 u每增加每增加1%，会使通常以凯，会使通常以凯 氏定氮法测定的蛋白质虚氏定氮法测定的蛋白质虚 涨涨4% ,而花费却只有真实而花费却只有真实 蛋白原料的蛋白原料的1/5 u含氮量：含氮量：66.6%，是牛奶，是牛奶 的的151倍，是奶粉的倍，是奶粉的23倍倍一一 、氨基酸、氨基酸(amino acid，aa)蛋白质的基本构成单位蛋白质的基本构成单位自然界中的氨基酸有自然界中的氨基酸有300余种余种组成人体蛋白质的氨基酸仅有组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种种，除，除甘氨酸外均属甘氨酸外均属 L-氨基酸氨基酸COO-R 基 氨基氨基 羧基羧基 L-氨基酸结构通式氨基酸结构通式aH N3+HH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构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸种氨基酸(aa)的结构特点的结构特点:1.除甘氨酸外，除甘氨酸外，均为均为L-氨基酸、氨基酸、-C原子为手原子为手性性C，侧链，侧链R各不相同各不相同2. 除脯氨酸外，除脯氨酸外，-C原子上均连有一个氨基原子上均连有一个氨基（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类根据氨基酸侧链基团根据氨基酸侧链基团()的结构和理化性质，的结构和理化性质，将其分为将其分为5类：类：1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.不带电荷的极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸4.带负电荷的酸性氨基酸带负电荷的酸性氨基酸5.带正电荷的碱性氨基酸带正电荷的碱性氨基酸3.芳香族氨基酸芳香族氨基酸1. 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸甘氨酸甘氨酸(Gly)、丙氨酸、丙氨酸(Ala)、缬氨酸、缬氨酸(Val)、亮氨酸亮氨酸(Leu)、异亮氨酸、异亮氨酸(Ile)、脯氨酸、脯氨酸(Pro)和甲硫氨酸和甲硫氨酸(Met)2. 不带电荷的极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸R含有含有极性基团极性基团: 生理生理pH条件下不解离。条件下不解离。丝氨酸丝氨酸(Ser)半胱氨酸半胱氨酸(Cys)天冬酰胺天冬酰胺(Asn)谷氨酰胺谷氨酰胺(Gln)苏氨酸苏氨酸(Thr) 3. 芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：（侧链基团含有苯环的氨基酸）（侧链基团含有苯环的氨基酸）色氨酸色氨酸(Trp)、苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe) 酪氨酸酪氨酸(Tyr) 、4. 碱性氨基酸碱性氨基酸R有有NH2(NH3+)赖氨酸赖氨酸(Lys)、精氨酸、精氨酸(Arg)、组氨酸、组氨酸(His)带正电荷带正电荷精氨酸（精氨酸（Arg）组氨酸（组氨酸（His）CHCHCH2CHNH3+COO-NHNH+CHCNH2NH2+NHCH2CH2CH2CHNH3+COO-5. 酸性氨基酸酸性氨基酸R有有COOH(COO-)带负电荷带负电荷1. 两性解离及等电点两性解离及等电点（二）（二） 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质R CHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COOHRCHNH2COO-+ OH-+ H+ OH-+ H+pHpIpH=pI等电点等电点(pI)： 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离的溶液中，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。此时溶液的子，呈电中性。此时溶液的pH值值称为该氨基称为该氨基酸的酸的等电点等电点。pI=1/2（pK1+pK2）除碱性除碱性aa外，其余氨基酸等电点均小于外，其余氨基酸等电点均小于pH7+1-10等电兼性离子等电兼性离子阳离子阳离子阴离子阴离子COOHNH2 H+COO-R - C - HNH2 H+R - C - HCOO-NH2R - C - HpK1 2pK2 9pH=pI=5.5 K1+OH- K2+OH-+H+H+pHpIAA的带电状况取决于溶液的的带电状况取决于溶液的pH值值问题：问题：组氨酸在组氨酸在pH值为值为5.5的溶液中带？电荷的溶液中带？电荷 2. 紫外吸收性质紫外吸收性质Trp 、Tyr和和Phe在在280nm波长附近对紫波长附近对紫外光有最大吸收峰。外光有最大吸收峰。应用：快速测定蛋白应用：快速测定蛋白质含量。质含量。3. 茚三酮反应茚三酮反应脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应呈脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应呈黄色黄色 (440nm)应用：氨基酸定量分析应用：氨基酸定量分析天冬酰胺与茚三酮反应呈天冬酰胺与茚三酮反应呈棕色棕色 aa与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色的化合物，在的化合物，在570nm处有最大吸收峰。处有最大吸收峰。（一）（一） 肽与肽键肽与肽键二、肽（二、肽（peptide） 肽键（肽键（peptide bond）：）：由一个由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水缩合而形成的化学键。脱去一分子水缩合而形成的化学键。+HOCOCH2NH2HC苯丙氨酸苯丙氨酸肽键肽键COHOCH3HCCH2NH2HCNCOH二肽二肽苯丙氨酰丙氨酸苯丙氨酰丙氨酸COHOCH3NHHC丙氨酸丙氨酸HHOH肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。MetPhe二肽二肽LysMetPhe三肽三肽CysThrLysMetPhe五肽五肽寡肽寡肽(oligopeptide) 由由10个以内氨基酸连成的小肽个以内氨基酸连成的小肽多肽多肽(polypeptide) 由许多氨基酸连成的肽由许多氨基酸连成的肽多肽链（多肽链（polypeptide chain）是指是指许多氨基酸之许多氨基酸之 间以肽键连接而成的一种结构间以肽键连接而成的一种结构肽链不分支且有方向性肽链不分支且有方向性CysMet Phe LysSer Thr ValNH2COOH氨基末端氨基末端(-端端)羧基末端羧基末端(C -端端)读法：某氨酰某氨酰读法：某氨酰某氨酰某氨酸某氨酸多肽链有两端：多肽链有两端： N末端末端：多肽链中有自由氨基的一端：多肽链中有自由氨基的一端 C末端末端：多肽链中有自由羧基的一端：多肽链中有自由羧基的一端氨基酸残基氨基酸残基(amino acid residue)： 是指氨基酸在形成肽链时丢失了一分子是指氨基酸在形成肽链时丢失了一分子水，肽链中的氨基酸分子已不完整水，肽链中的氨基酸分子已不完整蛋白质与多肽的区别：蛋白质与多肽的区别：Peptide空间构象不稳定空间构象不稳定氨基酸残基数较少氨基酸残基数较少Protein空间构象相对稳定空间构象相对稳定 氨基酸残基数较多氨基酸残基数较多肽键中与肽键中与-相连的氧原子和氢原子呈相连的氧原子和氢原子呈反式反式构型构型（反式）（反式）（顺式）（顺式）CNOHCNOH空间结构中空间结构中肽键的特点：肽键的特点：C=N双键为双键为0.127nm因此，肽键具有因此，肽键具有部分双键部分双键性质，性质，不能自由旋转不能自由旋转肽键中键长为肽键中键长为0.132nmCN单键为单键为0.149nm，肽单元肽单元(peptide unit)： 组成肽键的组成肽键的4个原子个原子(C、N、O、H )和与和与之相邻的之相邻的2个个碳原子碳原子(C1 、 C 2)位于同一平位于同一平面，构成所谓的面，构成所谓的肽单元肽单元（二）天然存在的活性肽（二）天然存在的活性肽1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione，GSH)构成第一个肽键的羧基是构成第一个肽键的羧基是Glu的的羧基羧基由由Glu、Cys和和Gly组成的三肽组成的三肽GluCysGly(1)组成组成(2) 功能功能GSH是体内重要的还原剂是体内重要的还原剂 由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放促甲状腺素促甲状腺素(调节糖代谢调节糖代谢)2. 促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素(1) 组成组成pyro-GluHisPro-NH2(2) 功能功能焦谷氨酸焦谷氨酸组氨酸组氨酸脯氨酰胺脯氨酰胺第第 二二 节节蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构高级结构高级结构或空间结构空间结构一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构（primary structure）1.定义：定义：多肽链中多肽链中氨基酸残基的数目、氨基酸残基的数目、排列顺序及共价连接。排列顺序及共价连接。 2.主要的化学键：主要的化学键： 肽键肽键，有些蛋白质还包括，有些蛋白质还包括二硫键二硫键牛胰岛素牛胰岛素第一个被测定的一级结构第一个被测定的一级结构牛胰岛素原的一级结构牛胰岛素原的一级结构一级结构是蛋白一级结构是蛋白质质空间结构空间结构和和特特异生物学功能异生物学功能的的基础，各种蛋白基础，各种蛋白质的根本差异就质的根本差异就在于一级结构的在于一级结构的不同。不同。二、蛋白质二级结构二、蛋白质二级结构（secondary structure）1.定义：定义： 是指蛋白质分子中是指蛋白质分子中多肽链骨架原子多肽链骨架原子的局部空间排列的局部空间排列，不涉及到氨基酸残基，不涉及到氨基酸残基侧链的构象。侧链的构象。2.主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引的作用力或氮共价结合的氢原子相互吸引的作用力多肽链骨架原子：多肽链骨架原子：由由NCa aC序列重复排列而成序列重复排列而成蛋白质二级结构的主要类型蛋白质二级结构的主要类型-螺旋螺旋(a a -helix) -折叠折叠( -pleated sheet)-转角转角( -turn)无规卷曲无规卷曲(random coil) （一）（一）螺旋螺旋 (-helix)由肽键平面盘旋形成由肽键平面盘旋形成的右手螺旋状构象的右手螺旋状构象1.概念概念最常见、最丰富最常见、最丰富2.-螺旋的结构特征：螺旋的结构特征：(1)(1)以肽键平面为单以肽键平面为单位位, ,以以-碳原子为碳原子为转折盘旋形成转折盘旋形成右手螺右手螺旋旋(生物似乎偏好右手？生物似乎偏好右手？)左手和右手螺旋左手和右手螺旋NC(2) 每每3.6个氨基酸残基个氨基酸残基绕成一个螺圈绕成一个螺圈(360o),螺螺距为距为0.54nm,肽键平面肽键平面与中心轴平行与中心轴平行(3)(3)肽键的肽键的COCO和和NHNH 都形成都形成氢键氢键氢键的方向与中氢键的方向与中心轴大致平行心轴大致平行, ,是稳定螺旋的主是稳定螺旋的主要作用力要作用力(4)主链原子构成螺旋的主体主链原子构成螺旋的主体,侧侧链在其外部链在其外部（二）（二）-折叠折叠 (-pleated sheet) 1.概念：概念：是由两条或多条几乎完全伸展是由两条或多条几乎完全伸展的肽段平行排列，通过肽段间的氢键交的肽段平行排列，通过肽段间的氢键交联而形成的构象。联而形成的构象。 肽段的主链呈锯齿状折叠构象。肽段的主链呈锯齿状折叠构象。 在在 -折叠中，折叠中，a a-碳原子总是处于折碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的叠的角上，氨基酸的R基团处于基团处于锯齿的锯齿的上方或下方。上方或下方。 2.-折叠结构特点：折叠结构特点：(1) 相邻肽键平面的夹角为相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列；，呈锯齿状排列；侧链基团交错地分布在片层平面的两侧。侧链基团交错地分布在片层平面的两侧。(2) 25条肽段平行排列构成，肽段条肽段平行排列构成，肽段 之间可顺向平行之间可顺向平行(均从均从N-C)，也可反，也可反 向平行向平行 。（a）顺向平行式）顺向平行式（b）反向平行式）反向平行式(3)由氢键维持稳定，其方向与折叠的由氢键维持稳定，其方向与折叠的 长轴接近垂直长轴接近垂直（三）（三）-转角转角( -turn)肽链出现肽链出现180回折的转角处的结构回折的转角处的结构结构特征：结构特征：*第一个残基的第一个残基的C=O与第四个与第四个残基的残基的N-H形成形成氢键氢键*常见于球状蛋白常见于球状蛋白质分子表面质分子表面（四）无规卷曲（四）无规卷曲(random coil) 没有确定规律性的没有确定规律性的肽链构象肽链构象H2NCOOH 常见于球状蛋白质分子中，在其它常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级结构肽段之间起活节作用，有类型二级结构肽段之间起活节作用，有利于整条肽链盘曲折叠利于整条肽链盘曲折叠（五）超二级结构（五）超二级结构 在多肽链内顺序上相互邻近的在多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近，二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。构聚集体。钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 膜体膜体(motif)是具有特殊功能的超二级结构。是具有特殊功能的超二级结构。三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构（一）定义（一）定义 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。空间的排布位置。主要的化学键：主要的化学键：疏水作用疏水作用、盐键（离子键）、氢键、范德华力等、盐键（离子键）、氢键、范德华力等 三级结构不仅包括蛋白质分子主链的三级结构不仅包括蛋白质分子主链的构象，还包括侧链的构象。构象，还包括侧链的构象。疏水作用示意图疏水作用示意图疏水作用疏水作用由非极性由非极性基团受到基团受到水分子排水分子排斥相互聚斥相互聚集在一起集在一起的作用力的作用力离子键离子键由异性电荷间的静电吸引形成由异性电荷间的静电吸引形成氢键氢键负电性很强的原子（如氧或氮）和负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键引，这种作用力称为氢键（二）结构域（二）结构域(domain) 分子量较大的蛋白质，多肽链分子量较大的蛋白质，多肽链常可折叠成两个或多个结构较为紧常可折叠成两个或多个结构较为紧密且稳定的球状或纤维状的区域，密且稳定的球状或纤维状的区域，各行其功能，称为各行其功能，称为结构域。结构域。 它是多肽链在二级结构或超二级结构它是多肽链在二级结构或超二级结构(模体模体)的基础上形成三级结构的局部折叠区，有较为的基础上形成三级结构的局部折叠区，有较为独立的三维空间结构和功能。独立的三维空间结构和功能。 四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构 蛋白质分子由两条或两条以上肽蛋白质分子由两条或两条以上肽链组成，每条肽链都有其完整的三级链组成，每条肽链都有其完整的三级结构结构，称为蛋白质的称为蛋白质的亚基亚基。亚基亚基(subunit)： 指的是亚基间的空间排布、亚基指的是亚基间的空间排布、亚基间相互作用与接触部位的布局，不包间相互作用与接触部位的布局，不包括亚基本身的空间结构。括亚基本身的空间结构。蛋白质的四级结构：蛋白质的四级结构： 亚基间的结合力主要是亚基间的结合力主要是疏水作用疏水作用，其次是其次是离子键离子键和和氢键氢键 由一条肽链形成的蛋白质没有四由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。级结构。蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 含有四级结构的蛋白质，单独的亚含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构才具有生物学功能。四级结构才具有生物学功能。五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类1.根据蛋白质的分子组成：根据蛋白质的分子组成： 单纯蛋白和结合蛋白单纯蛋白和结合蛋白2.根据蛋白质形状和空间构象：根据蛋白质形状和空间构象： 纤维状蛋白和球状蛋白纤维状蛋白和球状蛋白3.根据蛋白功能：根据蛋白功能： 酶蛋白、调节蛋白、运转蛋白等酶蛋白、调节蛋白、运转蛋白等第第 三三 节节蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein（一）（一） 一级结构是空间结构的基础一级结构是空间结构的基础一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系顺序规定构象顺序规定构象构象：空间结构、三维结构构象：空间结构、三维结构天然状态天然状态有催化活性有催化活性非折叠状态非折叠状态SS被还原被还原无活性无活性天然状态天然状态SS恢复正确配对恢复正确配对活性恢复活性恢复牛胰牛胰RNA酶的变性与复性酶的变性与复性尿素尿素 -巯基乙醇巯基乙醇透析透析说明蛋白质一级结说明蛋白质一级结构是空间结构形成构是空间结构形成的基础，而只有具的基础，而只有具备了特定的空间结备了特定的空间结构的蛋白质才具有构的蛋白质才具有生物学活性生物学活性 一级结构相似的蛋白质功能相似，一级一级结构相似的蛋白质功能相似，一级结构不同的蛋白质功能不同。结构不同的蛋白质功能不同。ACTH（促肾上腺素皮质激素促肾上腺素皮质激素）、-MSH（促黑激素）促黑激素）和和-MSH一级结构比较一级结构比较 （二）一级结构是功能的基础（二）一级结构是功能的基础 蛋白质分子中起关键作用的氨基酸蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被替代，将严重影响空间残基缺失或被替代，将严重影响空间结构乃至生物学功能。结构乃至生物学功能。 这种由蛋白质分子发生变异所导这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为致的疾病，称为“分子病分子病”。（三）一级结构改变与分子病（三）一级结构改变与分子病镰状红细胞贫血的分子机制镰状红细胞贫血的分子机制 构象是蛋白质活性与功能的根本。构象是蛋白质活性与功能的根本。构象为构象为AA序列所规定，而后者又序列所规定，而后者又为基因所规定。为基因所规定。二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系构象决定功能构象决定功能（一）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构（一）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构肌红蛋白肌红蛋白(Mb)与血红蛋白与血红蛋白(Hb)的结构的结构 （二）血红蛋白构象变化与结合氧（二）血红蛋白构象变化与结合氧蛋白质的空间结构决定生物学功能蛋白质的空间结构决定生物学功能 肌红蛋白（肌红蛋白（1条多肽链）与血红蛋白（条多肽链）与血红蛋白（4个个亚基，具有完整的四级结构）空间结构有较大亚基，具有完整的四级结构）空间结构有较大差异，其功能也不相同。差异，其功能也不相同。 其结构特点是，都含有血红素（辅基），其结构特点是，都含有血红素（辅基），均具有与氧可逆地结合的能力。均具有与氧可逆地结合的能力。O2氧氧饱饱和和度度静脉血静脉血动脉血动脉血氧分压氧分压P50100% - HbMb血红蛋白与氧结合的血红蛋白与氧结合的正协同效应正协同效应 血红蛋白构象变化与结合氧的能力血红蛋白构象变化与结合氧的能力uMb只有三级结构，对氧的亲和力大，只有三级结构，对氧的亲和力大， 功能为储存氧功能为储存氧uHb有四个亚基，对氧的亲和力相对要有四个亚基，对氧的亲和力相对要 小，功能是在肺和肌肉组织间运输氧小，功能是在肺和肌肉组织间运输氧结论：空间结构不同的蛋白质，在体内发结论：空间结构不同的蛋白质，在体内发 挥不同的生理功能挥不同的生理功能协同效应（协同效应（cooperativity) 指一个亚基与其配体（指一个亚基与其配体（Hb中的配体中的配体为为O2）结合后，能影响蛋白质分子中另结合后，能影响蛋白质分子中另一个亚基与配体的结合能力。一个亚基与配体的结合能力。促进促进 正协同效应正协同效应抑制抑制 负协同效应负协同效应O2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链构象改变入卟啉环的小孔中，继而引起肽链构象改变 变构效应变构效应 蛋白质分子与其它小分子物质结合后构象蛋白质分子与其它小分子物质结合后构象发生改变发生改变, ,其功能也随之变化的现象其功能也随之变化的现象（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象病：蛋白质构象病： 若蛋白质的折叠发生错误，尽管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，严重时会生改变，仍可影响其功能，严重时会导致疾病发生。导致疾病发生。疯牛病疯牛病疯牛病是朊病毒蛋白构象疯牛病是朊病毒蛋白构象改变引起的人和动物神经改变引起的人和动物神经退行性病变，具传染性，退行性病变，具传染性，致死性。致死性。可能机制：可能机制：PrPC未知蛋白质未知蛋白质PrPSCPrPSC聚集淀粉聚集淀粉样纤维沉样纤维沉淀淀第第 四四 节节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质及其分离纯化及其分离纯化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein一一 、蛋白质的理化性质、蛋白质的理化性质（一）蛋白质的两性解离（一）蛋白质的两性解离 蛋白质两端的蛋白质两端的-NH2和和-COOH以及侧以及侧链中的某些基团均可以在一定的链中的某些基团均可以在一定的pH值条件值条件下解离为带正电或负电荷的基团。下解离为带正电或负电荷的基团。 蛋白质是两性电解质，在溶液中的带蛋白质是两性电解质，在溶液中的带电状况主要取决于溶液的电状况主要取决于溶液的pH值：值：PrCOOHNH3+PrCOO-NH3+PrCOO-NH2pH=pIpHpI+OH-+H+OH-+H+等电点等电点（pI）：）：在某一在某一pH值溶液中，蛋白质酸值溶液中，蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质分子性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质分子所带正负电荷相等，净电荷为零，此时溶液的所带正负电荷相等，净电荷为零，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点值称为蛋白质的等电点(pI)蛋白质分子颗粒大小蛋白质分子颗粒大小1100nm之间之间,属胶属胶体颗粒范围，体颗粒范围，蛋白质形成稳定胶体的原因：蛋白质形成稳定胶体的原因：u表面形成水化层表面形成水化层u表面同种电荷的斥力表面同种电荷的斥力（二）蛋白质的胶体性质（二）蛋白质的胶体性质在溶液中能形成稳定的胶体在溶液中能形成稳定的胶体+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不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒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（三）蛋白质的变性、沉淀与凝（三）蛋白质的变性、沉淀与凝固固1. 蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation) 在某些理化因素作用下，蛋白质的构在某些理化因素作用下，蛋白质的构象被破坏，造成其理化性质的改变和生物象被破坏，造成其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为活性的丧失，称为蛋白质的变性作用。蛋白质的变性作用。本质：本质： 破坏破坏次级键和二硫键次级键和二硫键，空间结构，空间结构被破坏，一级结构不被破坏。被破坏，一级结构不被破坏。常见的变性因素：常见的变性因素：强酸、强酸、强碱、有机溶剂、生物碱、强碱、有机溶剂、生物碱、尿素、胍、重金属尿素、胍、重金属化学因素：化学因素：物理因素：物理因素：热、热、紫外线、超声波、剧烈振荡紫外线、超声波、剧烈振荡 除去变性因素后，有的变性蛋白除去变性因素后，有的变性蛋白质又可恢复其天然构象和生物活性，质又可恢复其天然构象和生物活性，这一现象称为蛋白质的复性。这一现象称为蛋白质的复性。蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation)牛胰核糖核酸酶的变性与复性牛胰核糖核酸酶的变性与复性-巯基乙醇巯基乙醇尿素或盐酸胍尿素或盐酸胍透析透析有活性有活性无活性无活性 当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至蛋白质的构象时，蛋白质就会从溶液中析出，蛋白质的构象时，蛋白质就会从溶液中析出，这种现象称为蛋白质的沉淀。这种现象称为蛋白质的沉淀。2. 蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀3. 蛋白质的凝固蛋白质的凝固 变性蛋白质的絮状物被加热后，形成不易变性蛋白质的絮状物被加热后，形成不易溶于强酸和强碱的凝块。实际上是蛋白质变性溶于强酸和强碱的凝块。实际上是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果。后进一步发展的不可逆结果。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。沉淀，但并不变性。（四）蛋白质的紫外吸收（四）蛋白质的紫外吸收 由于蛋白质分子中含有共轭双由于蛋白质分子中含有共轭双键的键的Tyr和和Trp，因此在，因此在280nm波长波长处有特征性吸收峰。蛋白质的处有特征性吸收峰。蛋白质的A280与与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。质定量测定。（五）（五） 蛋白质的呈色效应蛋白质的呈色效应 茚三酮反应（茚三酮反应（ninhydrin reaction） 蛋白质经水解后产生的氨基酸也蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应可发生茚三酮反应 双缩脲反应（双缩脲反应（biuret rection） 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色因此双缩脲反应可检测蛋白质水解程度因此双缩脲反应可检测蛋白质水解程度本章小结本章小结 人体蛋白质人体蛋白质20种氨基酸的特点、分类、三字符种氨基酸的特点、分类、三字符 肽键和肽单元的特点肽键和肽单元的特点 蛋白质一、二、三、四级结构的含义及主要维蛋白质一、二、三、四级结构的含义及主要维持力持力 氨基酸和蛋白质的氨基酸和蛋白质的pI值的含义及应用值的含义及应用 蛋白质变性、复性的含义及本质蛋白质变性、复性的含义及本质 蛋白质蛋白质-螺旋的结构特点螺旋的结构特点 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 Protein amino acid isoelectric point(pI) motif domain subunit denaturation