蛋白质的结构与功能-生物化学与分子生物学课件.ppt

1、目目 录录生物化学课件生物化学课件张丕显目目 录录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第 一一 章章Structure and Function of Protein目目 录录一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连相连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。概述概述目目 录录二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各

2、个部分都含有蛋白质。细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蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的分子，占人体干重的45，某些组织含量更，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。目目 录录1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）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.氧化供能氧化供能目目 录录蛋蛋 白白

3、质质 的的 分分 子子 组组 成成The Molecular Component of Protein第第 一一 节节目目 录录一、一、组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素.主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铁、铜、锌、锰、钴、钼铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。目目 录录 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

4、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%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点目目 录录二、二、蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位-氨基酸氨基酸(一一)氨基酸的结构氨基酸的结构(通式通式)存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有体蛋白质的氨基酸仅有20种种(20-22)，且均属，且均属 L-氨氨基酸基酸（甘氨酸除外）如图示。（甘氨酸除外）如图示。目目 录录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸RC+NH3COO-H-氨基酸

5、目目 录录 C H RR:H AA;R:CH3 AAR:CH-OH AA CH3目目 录录1.非极性非极性疏水性疏水性氨基酸氨基酸2.极性氨基酸极性氨基酸3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸(二）氨基酸的分类二）氨基酸的分类*20 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:目目 录录甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯

6、丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性非极性疏水性疏水性氨基酸氨基酸目目 录录目目 录录色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine

7、 Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸目目 录录目目 录录天冬氨酸天冬氨酸 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 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸目目 录录目目 录录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目目 录录-OOC-CH-CH2

8、-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目目 录录1.1.两性解离及等电点两性解离及等电点(三三)氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质R CHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COOHRCHNH2COO-+OH+OH+H+H+OH+OH+H+H+pHpIpHpIpHpIpH=pIpH=pI目目 录录等电点等电点(pI

9、)(pI)氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等，分子氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等，分子所带的净电荷为零，此时溶液的所带的净电荷为零，此时溶液的pHpH值就称为该值就称为该氨基酸的等电点氨基酸的等电点除碱性氨基酸外，其余氨基酸等电点均小于除碱性氨基酸外，其余氨基酸等电点均小于7 7pIpI=1/2=1/2（pKpK1 1+pK+pK2 2）若一个若一个aaaa有有3 3个解离基因，则其个解离基因，则其pIpI为兼性离子为兼性离子两边两边pKpK的平均值的平均值目目 录录2.2.紫外吸收性质紫外吸收性质 色氨酸和酪氨酸在色氨酸和酪氨酸在280nm280nm波长附近对紫波长附近对紫外光有最大吸收

10、峰外光有最大吸收峰 据此可以通过测定蛋白质溶液据此可以通过测定蛋白质溶液280nm280nm的的吸光值快速测定其蛋白质含量吸光值快速测定其蛋白质含量目目 录录3.3.茚三酮反应茚三酮反应aaaa与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色的与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色的化合物，在化合物，在570nm570nm处有最大吸收。据此亦处有最大吸收。据此亦可用作可用作aaaa含量分析含量分析目目 录录*以肽键相连接以肽键相连接,肽键肽键(peptide bond)是由一是由一个氨基酸的个氨基酸的-羧基上的羟基羧基上的羟基与另一个氨与另一个氨基酸的基酸的-氨基上的氢原子氨基上的氢原子脱水缩合而形脱水缩合而形成的

11、化学键成的化学键,如图示如图示:三三.氨基酸在蛋白氨基酸在蛋白质中的连接方式质中的连接方式目目 录录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目目 录录 目目 录录*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化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两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*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

12、分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连由更多的氨基酸相连形成的肽称形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。目目 录录N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端*多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。目目 录录N末端

13、末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目目 录录.几种生物活性肽几种生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)目目 录录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+目目 录录 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及活性肽多肽类激素及活性肽目目 录录抗利尿素与催产素抗利尿素与催产素(9肽肽)、胰高血糖素、胰高血糖素（29肽）、肽）、脑啡肽脑啡肽（5肽）、肽）、降钙素降钙素（32肽）、肽）、ACTH（39肽）、肽）、胰岛素胰岛素（51肽）肽）

14、肌肽肌肽（2肽）、肽）、P物质（物质（10肽、属神经肽类）、肽、属神经肽类）、（31肽）肽）目目 录录蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of Protein 第第 二二 节节目目 录录蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 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)高级高级结构结构目目 录录.概念：概念：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的

15、一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构.主要的化学键主要的化学键(主键主键)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。或.提示提示：一级结构是蛋白质：一级结构是蛋白质空间构象和特异空间构象和特异生物学功能的基础生物学功能的基础。它由遗传密码决定它由遗传密码决定,其上有其上有酶切位点酶切位点,一级结构可测定一级结构可测定,并不同种属间有同并不同种属间有同源性源性.目目 录录目目 录录二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构指蛋白质分子空间的三维结构指蛋白质分子空间的三维结构,即立体即立体,空间的构象，在蛋白质分子中各元素围绕空间的构象

16、，在蛋白质分子中各元素围绕某些化学键进行旋转某些化学键进行旋转,从而形成各种空间排从而形成各种空间排布及相互关系布及相互关系(一一).).蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构1.1.肽键平面肽键平面(肽单元肽单元,肽平面肽平面,酰胺平面酰胺平面)是蛋白质的基本结构单位是蛋白质的基本结构单位.如图如图:目目 录录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位于同一平位于同一平面，此同一平面上的面，此同一平面上的6个原子个原子构成了所谓的构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。目目 录录 2.2.二级结构的概念与基本形式二级结构的概念与基本形式A.A.概念概念:一条多

17、肽链中局部原子一条多肽链中局部原子的空间排佈的空间排佈B.B.二级结构的基本形式二级结构的基本形式（1 1）-螺旋螺旋 (-helix)（2 2）-折叠折叠 (-pleated sheet)（3 3）-转角转角 (-turn)（4 4）不规则卷曲不规则卷曲 (random coil)-螺旋螺旋目目 录录目目 录录主链原子构成螺旋的主体主链原子构成螺旋的主体,侧链侧链在其外部在其外部目目 录录折叠折叠 肽键平面呈伸展的锯齿状排列肽键平面呈伸展的锯齿状排列,形成的结构称形成的结构称折叠。折叠。常为两条或两条以上伸展的多肽链侧常为两条或两条以上伸展的多肽链侧向聚集在一起形成扇面状，故又称向聚集在一起

18、形成扇面状，故又称折叠片或折叠片或片层片层目目 录录目目 录录转角转角(turn)turn)肽链出现肽链出现1801800 0回折的转角处结构回折的转角处结构称为称为转角转角结构特征结构特征*第一个残基的第一个残基的C=OC=O与第四个与第四个残基的残基的N-HN-H形成形成氢键氢键*常见于球状蛋常见于球状蛋白质分子表面白质分子表面目目 录录环或卷曲结构环或卷曲结构 ：无规卷曲是用来阐述没无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。有确定规律性的那部分肽链结构。:目目 录录.模体模体在许多蛋白质分子中，可发现二个或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，在空间上相互三个具

19、有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体模体(motif)。目目 录录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 目目 录录(二二)、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构氢键、氢键、离子键、疏水键离子键、疏水键等。等。2.主要的化学键主要的化学键（维系力）（维系力）一条多肽链中全部氨基酸残基一条多肽链中全部氨基酸残基(全部元素全部元素)的的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。包括排布位置。包括主链，側链主链，側链的全部内容的全部内容1.概念概

20、念 目目 录录目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)肌红蛋白为单肽链肌红蛋白为单肽链蛋白质，含蛋白质，含153个个氨基酸残基，它含氨基酸残基，它含有有8个个螺旋区，依螺旋区，依次称为次称为A到到H螺旋，螺旋，并含有并含有转角及环转角及环-卷曲等二级结构。卷曲等二级结构。目目 录录2.2.维系力维系力 亚基之间的结合力有亚基之间的结合力有疏水作用，疏水作用，以及氢键和离子键。以及氢键和离子键。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构(或蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚或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，称为基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的蛋白质的四级结构四级结

21、构。)1.1.概念概念 有些蛋白质分子含有二条或多条多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，称肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的四级结构为蛋白质的四级结构.而每条多肽链被称为而每条多肽链被称为亚基亚基 (subunit)。目目 录录血红蛋白目目 录录第三节第三节 蛋白质的分类蛋白质的分类1 1根据蛋白质的形状分为：根据蛋白质的形状分为：纤维蛋白质。纤维蛋白质。如丝蛋白、角蛋白等。如丝蛋白、角蛋白等。球蛋白。球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。如蛋清蛋白、酪蛋白等。2 2根据蛋白质的化学组成分为：根据蛋白质的化学组成分为：单纯蛋白质单纯蛋白质（其水解最终产

22、物是其水解最终产物是-氨基酸）。氨基酸）。结合蛋白质结合蛋白质（-氨基酸氨基酸 +非蛋白质（辅基）非蛋白质（辅基）。辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。辅基为血红素时称为血红素蛋白等。目目 录录第四节第四节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、一、蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与功能的关系 二、二、蛋白质的空间结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能的关系目目 录录.一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 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 牛核糖

23、核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键目目 录录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目目 录录ACTH ACTH 促肾上腺素皮质激素促肾上腺素皮质激素MSHMSH 促黑激素促黑激素一级结构不同的蛋白质功能不同一级结构不同的蛋白质功能不同目目 录录例：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

24、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”。目目 录录HbSHbS与与HbAHbA的区别的区别-亚基第亚基第6 6位氨基酸位氨基酸正常人：正常人：GluGlu患者：患者：ValVal目目 录录.肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构 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 目目 录录目目 录录Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合，Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占总占总Hb的百的百分数（称分数（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。.血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋

25、白的构象变化与结合氧 目目 录录肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线目目 录录*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体结合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与配体结合能后，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)目目 录

26、录目目 录录O2血红素与氧结血红素与氧结合后，铁原子半径合后，铁原子半径变小，就能进入卟变小，就能进入卟啉环的小孔中，继啉环的小孔中，继而引起肽链位置的而引起肽链位置的变动。变动。目目 录录变构效应变构效应(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。目目 录录 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，无活性目目 录录.蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的

27、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。目目 录录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

28、顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。目目 录录疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变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目目 录录第五节第五节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemi

29、cal Characters of Protein目目 录录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pHpH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。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)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

30、白质的等电点。一、蛋白质两性解离和等电点一、蛋白质两性解离和等电点目目 录录 NH3+NH3+目目 录录蛋白质等电点Protein pIPepsin 1.0Serum albumin 4.9Urease 5.0Hemoglobin 6.8Myoglobin 7.0Chymotrypsinogen 9.5Lysozyme 11.0目目 录录二二.蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质 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。*蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定

31、的因素颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜目目 录录+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合沉淀溶液中蛋白质的聚合沉淀目目 录录三三.蛋白质的变性、沉淀和凝固蛋白质的变性、沉淀和凝固 *蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)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

32、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。目目 录录 引起变性的因素引起变性的因素:物理、化学与生物学因素如物理、化学与生物学因素如如如加热、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。变性的本质变性的本质 破坏非共价键破坏非共价键（次级键）（次级键）和二硫键，和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。不改变蛋白质的一级结构。目目 录录变性蛋白质的特点:粘度增加，溶解度降低，易沉淀粘度增加，溶解度降低，易沉淀,易被易被

33、蛋白酶降解蛋白酶降解,丧失生物学活性丧失生物学活性.目目 录录 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。目目 录录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)。目目 录录 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

34、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，无活性目目 录录*蛋白质沉淀蛋白质沉淀在一定条件下，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。*蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)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

35、。目目 录录四、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与其与其浓度呈正比关系，因浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。（此可作蛋白质定量测定。（与与Trp Tyr有关）有关）目目 录录五、五、蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反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。双缩脲反应双缩脲反应(biuret re

36、action)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。目目 录录A、蛋白质的分离和纯化、蛋白质的分离和纯化（一）透析及超滤法（一）透析及超滤法*透析透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。开的方法。*超滤法超滤法 应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留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

37、蛋白质溶液的目的。分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。生物化学技术：生物化学技术：目目 录录&.透析透析目目 录录（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀 *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。除了丙酮以质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。外，也可用乙醇沉淀。*盐析盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面或氯化钠等加入蛋白质溶液，使

38、蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。沉淀。目目 录录*免疫沉淀法：免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗可获得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，可从蛋白质混合溶液中分复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。离获得抗原蛋白。目目 录录bindingwashelution免疫沉淀免疫沉淀抗体Protein A-agarose目目 录录（三）电泳（三）电泳蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其

39、pIpI的溶液中为带电的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种的颗粒，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通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术质的技术,称为称为电泳电泳(elctrophoresis)。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。胶电泳等。目目 录录几种重要的蛋白质电泳几种重要的蛋白质电泳*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，常用于蛋白质分子量的测定。分子量的测定。*等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳

40、方法。而分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是蛋白质组学研究的重要技术。术。目目 录录SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳目目 录录（四）层析（四）层析层析层析(chromatography)分离蛋白质的原理分离蛋白质的原理待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的固态物质（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，使待蛋白质颗粒大小、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，并以不分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

41、离蛋白质的目的同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。目目 录录蛋白质分离常用的层析方法蛋白质分离常用的层析方法*离子交换层析：离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。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，利利用用各各蛋白质分子大小不同分离。蛋白质分子大小不同分离。目目 录录目目 录录目目 录录（五）超速离心（五）超速离心*超速离心法超速离心法(ultracentrifugation)既可以既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。白质的分子量。*蛋

42、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)表示表示,沉降系沉降系数与蛋白质的密度和形状相关数与蛋白质的密度和形状相关。目目 录录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。目目 录录B、多肽链中氨基酸序列分析、多肽链中氨基酸序列分析分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成测定多肽链的氨基

43、末端与羧基末端为何种氨基酸残基测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基把肽链水解成片段，分别进行分析把肽链水解成片段，分别进行分析测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法降解法一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。基酸顺序的结果。目目 录录通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离

44、编码蛋白质的基因分离编码蛋白质的基因测定测定DNA序列序列排列出排列出mRNA序列序列目目 录录C、蛋白质空间结构测定、蛋白质空间结构测定*二级结构测定二级结构测定通常采用通常采用圆二色光谱圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。-螺旋的螺旋的CDCD峰有峰有222nm222nm处的负峰、处的负峰、208nm208nm处的处的负峰和负峰和198 nm198 nm处的正峰三个成分；而处的正峰三个成分；而-折叠的折叠的CDCD谱不很固定。谱不很固定。目目 录录*三级结构测定三级结构测定X射线衍射法射线衍射法(X

45、-ray diffraction)和核磁共和核磁共振技术振技术(nuclear magnetic resonance,NMR)是是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。目目 录录*用分子力学、分子动力学的方法，根据物理化用分子力学、分子动力学的方法，根据物理化学的基本原理，从理论上计算蛋白质分子的学的基本原理，从理论上计算蛋白质分子的空间结构。空间结构。根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构*通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找出一级结构与空间结构的关系，总结出规律，出一级结构与空间结构的关系，总结出规律，用于新的蛋白质空间结构的预测。用于新的蛋白质空间结构的预测。目目 录录练习题名词解释:等电点蛋白质一级结构