生物化學課件：Chapter 3 蛋白質的結構與功能

生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的結構與功能蛋白質的結構與功能第第 三三 章章Structure and Function of Protein生物化學生物化學 Biochemistry第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質的生物學功能與分類蛋白質的生物學功能與分類第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質的分子組成蛋白質的分子組成第三節(jié)第三節(jié) 肽肽第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質結構與功能的關系蛋白質結構與功能的關系第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質的理化性質與分離純化蛋白質的理化性質與分離純化內容提要：內容提要：生物化學生物化學 Biochemistry蛋蛋 白白 質質(protein)是是 由由 許許 多多 氨氨 基基 酸酸(amino acids)通通過過肽肽鍵鍵(peptide bond)相相連連形形成成的的高高分分子含氮化合物子含氮化合物。蛋蛋白白質質是是生生命命活活動動的的物物質質基基礎礎，是是含含量量最最豐豐富的生物大分子，具有多種生物學功能。富的生物大分子，具有多種生物學功能。生物化學生物化學 Biochemistry第第 一一 節(jié)節(jié)蛋白質的生物學功能蛋白質的生物學功能與分類與分類生物化學生物化學 Biochemistry1.作為生物催化劑作為生物催化劑酶酶2.細胞組織構成細胞組織構成結構蛋白如微管蛋白、膜蛋白等結構蛋白如微管蛋白、膜蛋白等3.激素功能激素功能胰島素、促甲腎上腺素等胰島素、促甲腎上腺素等4.運動功能運動功能肌動蛋白、纖毛蛋白等肌動蛋白、纖毛蛋白等5.防御功能防御功能抗體、干擾素等抗體、干擾素等6.運輸功能運輸功能血紅蛋白結合運輸氧血紅蛋白結合運輸氧7.信息傳遞信息傳遞膜上的受體蛋白膜上的受體蛋白8.調節(jié)作用調節(jié)作用轉錄因子、細胞周期蛋白等轉錄因子、細胞周期蛋白等9.儲存功能儲存功能種子貯藏蛋白、血漿白蛋白種子貯藏蛋白、血漿白蛋白10.糖蛋白糖蛋白肌體保護、載體、信號識別肌體保護、載體、信號識別一、蛋白質的生物學功能一、蛋白質的生物學功能生物化學生物化學 Biochemistry二、蛋白質的分類二、蛋白質的分類 結合蛋白質結合蛋白質 =蛋白質部分蛋白質部分 +非蛋白質部分（輔基）非蛋白質部分（輔基）*根據蛋白質組成成分根據蛋白質組成成分 簡單蛋白質（水解產生氨基酸）簡單蛋白質（水解產生氨基酸）*根據蛋白質形狀根據蛋白質形狀 纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質球狀蛋白質（含量多）球狀蛋白質（含量多）難溶于水難溶于水多數可溶于水多數可溶于水生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的分子組成The Molecular Component of Protein第第 二二 節(jié)節(jié)生物化學生物化學 Biochemistry一一、蛋白質的元素組成蛋白質的元素組成主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白質含有少量有些蛋白質含有少量P或金屬元素或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn、Mo，個別蛋白質還含有，個別蛋白質還含有 I。生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的含氮量平均為蛋白質的含氮量平均為16，可用于蛋，可用于蛋白質定量。白質定量。通過樣品含氮量計算蛋白質含量的公式：通過樣品含氮量計算蛋白質含量的公式：蛋白質含量蛋白質含量(g)=含氮量含氮量(g)6.25 蛋白質元素組成的特點蛋白質元素組成的特點生物化學生物化學 Biochemistry二、氨基酸（二、氨基酸（amino acidamino acid，AAAA）蛋白質的基本組成單位蛋白質的基本組成單位在在各各種種生生物物體體中中已已發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的的氨氨基基酸酸有有200余余種種，但但組組成成人人體體蛋蛋白白質質的的氨氨基基酸酸僅有僅有20種，稱為蛋白質氨基酸。種，稱為蛋白質氨基酸。生物化學生物化學 Biochemistry氨基酸的結構通式氨基酸的結構通式生物化學生物化學 Biochemistry 除脯氨酸是一種除脯氨酸是一種亞氨基酸外，其余亞氨基酸外，其余的都是的都是氨基酸。氨基酸。脯氨酸脯氨酸的的結結構式構式亞氨基亞氨基生物化學生物化學 Biochemistry 氨基酸的氨基酸的結結構通式構通式（L-L-氨基酸）氨基酸）除甘氨酸外，其它除甘氨酸外，其它蛋白質氨基酸都是蛋白質氨基酸都是L-氨基酸。氨基酸。生物化學生物化學 Biochemistry 氨基酸中與羧基直接相連的碳原子上有個氨基，這個碳氨基酸中與羧基直接相連的碳原子上有個氨基，這個碳原子上連的基團或原子都不一樣，稱原子上連的基團或原子都不一樣，稱手性碳原子手性碳原子，當一束，當一束偏振光通過它們時，光的偏振方向將被旋轉，根據旋轉的偏振光通過它們時，光的偏振方向將被旋轉，根據旋轉的方向分為左旋和右旋即方向分為左旋和右旋即L L型和型和D D型。型。生物化學生物化學 BiochemistryH甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式R生物化學生物化學 Biochemistry（一）氨基酸的分類（一）氨基酸的分類 根據側鏈基團性質根據側鏈基團性質1.非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸2.極性中性氨基酸極性中性氨基酸3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.堿性氨基酸堿性氨基酸極性極性氨基酸氨基酸生物化學生物化學 Biochemistry1.非極性疏水性氨基酸（非極性疏水性氨基酸（8種）種）側鏈側鏈R R基團極性很小，多為烴基，具有疏水性。基團極性很小，多為烴基，具有疏水性。生物化學生物化學 Biochemistry2.極性中性氨基酸（極性中性氨基酸（7種）種）側鏈含有側鏈含有-OH-OH、-SH-SH或或-CONH-CONH2 2等極性基團，具有等極性基團，具有親水性，但在水溶液中不電離。親水性，但在水溶液中不電離。介于極性和介于極性和非極性之間非極性之間生物化學生物化學 Biochemistry3.酸性氨基酸（酸性氨基酸（2種）種）側鏈含有側鏈含有-COOH-COOH，能夠解離出，能夠解離出H H+，具有酸性。，具有酸性。生物化學生物化學 Biochemistry4.堿性氨基酸（堿性氨基酸（3種）種）側鏈有易接受側鏈有易接受H H+的基團而具有堿性，這些基團包括：的基團而具有堿性，這些基團包括：-NH-NH2 2、胍基、咪唑基。、胍基、咪唑基。胍基胍基咪唑基咪唑基生物化學生物化學 Biochemistry幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸Gly：無手性碳原子。：無手性碳原子。Pro：為環(huán)狀亞氨基酸。：為環(huán)狀亞氨基酸。Cys：可形成二硫鍵。：可形成二硫鍵。生物化學生物化學 Biochemistry習慣分類方法習慣分類方法1.芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Trp（色）、（色）、Tyr（酪）、（酪）、Phe（苯丙）（苯丙）2.含羥基氨基酸：含羥基氨基酸：Ser（絲）、（絲）、Thr（蘇）、（蘇）、Tyr（酪）（酪）3.含硫氨基酸：含硫氨基酸：Cys（半胱）、（半胱）、Met（蛋）（蛋）4.雜環(huán)族氨基酸：雜環(huán)族氨基酸：His（組）（組）5.雜環(huán)族亞氨基酸：雜環(huán)族亞氨基酸：Pro（脯）（脯）6.支鏈氨基酸：支鏈氨基酸：Val（纈）、（纈）、Leu（亮）、（亮）、Ile（異亮）（異亮）生物化學生物化學 Biochemistry2.稀有蛋白質氨基酸稀有蛋白質氨基酸沒有遺傳密碼，由常見的蛋白質氨基酸滲入多肽鏈沒有遺傳密碼，由常見的蛋白質氨基酸滲入多肽鏈后經酶促修飾形成。后經酶促修飾形成。生物化學生物化學 Biochemistry3.3.非蛋白質氨基酸：非蛋白質氨基酸：以游離或結合的形式存在于生物界，但以游離或結合的形式存在于生物界，但不是構成蛋白質的成分，即不是構成蛋白質的成分，即蛋白質中不存在蛋白質中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸，是代謝途的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸，是代謝途徑中產生的。徑中產生的。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry（二）氨基酸的理化性質（二）氨基酸的理化性質3.兩性解離及等電點兩性解離及等電點2.紫外吸收紫外吸收 4.呈色反應呈色反應 1.氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性生物化學生物化學 Biochemistry1、氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性常見常見-氨基酸均為無色結晶，在水中的溶解度差別很大，氨基酸均為無色結晶，在水中的溶解度差別很大，能溶解于稀酸或稀堿中，但一般不能溶解于有機溶劑能溶解于稀酸或稀堿中，但一般不能溶解于有機溶劑（脯氨酸和羥脯氨酸溶于乙醇或乙醚），故通常用乙醇（脯氨酸和羥脯氨酸溶于乙醇或乙醚），故通常用乙醇把氨基酸從其溶液中沉淀析出。把氨基酸從其溶液中沉淀析出。氨基酸的味感與其立體構型有關。氨基酸的味感與其立體構型有關。D-D-型氨基酸多數帶有型氨基酸多數帶有甜味，甜味最強的是甜味，甜味最強的是D-D-色氨酸，甜度可達蔗糖的色氨酸，甜度可達蔗糖的4040倍；倍；L-L-型氨基酸有甜、苦、酸、鮮等型氨基酸有甜、苦、酸、鮮等4 4種不同味感，其中谷氨種不同味感，其中谷氨酸單鈉鹽是味精的主要成分。酸單鈉鹽是味精的主要成分。生物化學生物化學 Biochemistry2.氨基酸的氨基酸的紫外吸收紫外吸收在紫外光區(qū)，色氨酸（在紫外光區(qū)，色氨酸（TrpTrp）、酪氨酸（）、酪氨酸（TyrTyr）和苯）和苯丙氨酸（丙氨酸（PhePhe）有光吸收，其最大吸收波長分別為）有光吸收，其最大吸收波長分別為280nm280nm、275nm275nm和和257nm257nm。絕大多數蛋白質中都含有這些氨基酸，所以絕大多數蛋白質中都含有這些氨基酸，所以蛋白質蛋白質也有紫外吸收能力，一般最大光吸收波長為也有紫外吸收能力，一般最大光吸收波長為280nm280nm。利用紫外吸收法可以方便、快速地測定這三種氨基利用紫外吸收法可以方便、快速地測定這三種氨基酸的含量；也可用這種方法粗略測定樣品中蛋白質酸的含量；也可用這種方法粗略測定樣品中蛋白質的含量。的含量。生物化學生物化學 Biochemistry色色酪酪苯丙苯丙生物化學生物化學 Biochemistry3.兩性解離及等電點兩性解離及等電點 氨基酸分子既含有酸性的氨基酸分子既含有酸性的-COOH-COOH，又含有堿性的，又含有堿性的-NH-NH2 2，前者能提供，前者能提供H H+變成變成-COO-COO-，后者能接受，后者能接受H H+變變成成-NH-NH3 3+。在某一在某一pHpH值的溶液中，氨基酸解離成的陽離子值的溶液中，氨基酸解離成的陽離子和陰離子的趨勢和程度相等，氨基酸帶有等量的和陰離子的趨勢和程度相等，氨基酸帶有等量的正負電荷，即靜電荷為零，此時溶液的正負電荷，即靜電荷為零，此時溶液的pHpH值成為值成為該該氨基酸的等電點（氨基酸的等電點（isoelectric pointisoelectric point，pIpI）。等電點是氨基酸的特征常數。等電點是氨基酸的特征常數。生物化學生物化學 Biochemistry pH=pI pH=pI時，靜電荷為零，時，靜電荷為零，RR+=R=R-；pHpIpHpIpHpI時，靜電荷為時，靜電荷為“-”。(pK1)(pK2)生物化學生物化學 Biochemistry 氨基酸等電點的計算：氨基酸等電點的計算：側側鏈鏈不不含含解解離離基基團團的的中中性性氨氨基基酸酸，其其等等電電點點是是它它的的pKpK1 1和和pKpK2 2的算術平均值：的算術平均值：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2)/2 同同樣樣，對對于于側側鏈鏈含含有有可可解解離離基基團團的的氨氨基基酸酸，其其pIpI值值也也決決定定于于兩性離子兩邊的兩性離子兩邊的pKpK值的算術平均值值的算術平均值。酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pKR-COOR-COO-)/2)/2 堿性氨基酸：堿性氨基酸：pI=(pKpI=(pK2 2+pK+pKR-NH2 R-NH2)/2)/2 對于對于堿性氨基酸堿性氨基酸，只需要將最大的兩個值相加，只需要將最大的兩個值相加/2/2對于對于酸性氨基酸酸性氨基酸，只需要將只需要將最小的兩個值相加，只需要將只需要將最小的兩個值相加/2/2 氨基酸氨基酸pKpK1 1(COOHCOOH）pKpK2 2(NHNH2 2）pKpKR R(R(R基團）基團）pIpI甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸脯氨酸脯氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸絲氨酸絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸賴氨酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸2.342.342.342.342.322.322.362.362.362.361.991.991.831.832.382.382.202.202.212.212.112.111.961.962.282.282.022.022.172.171.881.882.192.192.182.182.172.171.821.829.69.69.699.699.629.629.609.609.689.6810.9610.969.139.139.399.399.119.119.159.159.629.628.188.189.219.218.808.809.139.139.609.609.679.678.958.959.049.049.179.1710.0710.0713.6013.6013.6013.6010.2810.283.653.654.254.2510.5310.5312.4812.486.006.005.975.976.026.025.975.975.985.986.026.026.486.485.485.485.595.595.665.665.685.685.875.875.075.075.745.745.415.415.655.652.772.773.223.229.749.7410.7610.767.597.594.氨基酸的呈色反應氨基酸的呈色反應（1）茚三酮反應）茚三酮反應生物化學生物化學 Biochemistry（2）Sanger反應反應生物化學生物化學 Biochemistry（3）與異硫氰酸苯酯反應）與異硫氰酸苯酯反應生物化學生物化學 Biochemistry第三節(jié)第三節(jié) 肽肽一、基本概念一、基本概念肽肽(peptide)：一分子氨基酸的一分子氨基酸的-羧基與另一羧基與另一分子氨基酸的分子氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合氨基脫水縮合而成的化合物叫做肽。物叫做肽。肽鍵肽鍵(peptide bond)：是由一個氨基酸的是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形氨基脫水縮合而形成的化學鍵。成的化學鍵。生物化學生物化學 Biochemistry肽肽肽鍵中的肽鍵中的C-NC-N鍵具有鍵具有部分雙鍵部分雙鍵的性質，的性質，不能自由不能自由旋轉旋轉，且肽鍵中的羰基氧和亞氨基氫呈，且肽鍵中的羰基氧和亞氨基氫呈反式排反式排布布，即分居于鏈的兩側。，即分居于鏈的兩側。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry二肽、寡肽、多肽：二肽、寡肽、多肽：由由2 2個氨基酸通過肽鍵相連個氨基酸通過肽鍵相連形成的肽叫做二肽（形成的肽叫做二肽（dipeptidedipeptide）；由此類推，由）；由此類推，由3 3個、個、4 4個、個、5 5個氨基酸通過肽鍵相連形成的肽叫做三個氨基酸通過肽鍵相連形成的肽叫做三肽、四肽、五肽。通常把含幾個至十幾個氨基酸殘肽、四肽、五肽。通常把含幾個至十幾個氨基酸殘基的肽鏈統(tǒng)稱為寡肽（基的肽鏈統(tǒng)稱為寡肽（oligopeptideoligopeptide），更長的肽），更長的肽鏈稱為多肽（鏈稱為多肽（polypeptidepolypeptide），把含），把含5050個以上氨基酸個以上氨基酸殘基的多肽鏈稱為蛋白質（殘基的多肽鏈稱為蛋白質（proteinprotein）。但寡肽、多）。但寡肽、多肽、蛋白質之間很難劃定嚴格界限。肽、蛋白質之間很難劃定嚴格界限。肽鍵數目肽鍵數目=氨基酸數目氨基酸數目-1-1。氨基酸殘基（氨基酸殘基（amino acid residue）：）：由于由于參加肽鍵的形成，肽鏈中的氨基酸已經不再具有完參加肽鍵的形成，肽鏈中的氨基酸已經不再具有完整的氨基或羧基，因此稱為氨基酸殘基。整的氨基或羧基，因此稱為氨基酸殘基。生物化學生物化學 Biochemistry主鏈與側鏈：主鏈與側鏈：多肽鏈中的肽鍵通過多肽鏈中的肽鍵通過-碳原子連接而成碳原子連接而成的線性結構稱為多肽鏈的主鏈；而多肽鏈中所有氨基的線性結構稱為多肽鏈的主鏈；而多肽鏈中所有氨基酸殘基的酸殘基的R R基則稱為多肽鏈的側鏈?；鶆t稱為多肽鏈的側鏈。氨基端和羧基端：氨基端和羧基端：一條多肽鏈的主鏈通常在一端含有一一條多肽鏈的主鏈通常在一端含有一個個游離的末端氨基游離的末端氨基，稱為氨基端（，稱為氨基端（amino terminalamino terminal）或）或N N端；在另一端含有一個端；在另一端含有一個游離的末端羧基游離的末端羧基，稱為羧基端，稱為羧基端（carboxyl terminalcarboxyl terminal）或）或C C端。習慣上端。習慣上N N端寫在左側，端寫在左側，C C端寫在右側。端寫在右側。生物化學生物化學 Biochemistry肽平面：肽平面：多肽鏈或蛋白分子中，組成肽鍵的多肽鏈或蛋白分子中，組成肽鍵的C C、O O、N N、H 4H 4個原子與相鄰的個原子與相鄰的2 2個個C C原子共處一個平面，稱為肽平原子共處一個平面，稱為肽平面（面（peptide planepeptide plane）。因肽平面是多肽鏈主鏈的重復）。因肽平面是多肽鏈主鏈的重復單位，故肽平面又被稱為肽單位（單位，故肽平面又被稱為肽單位（peptide unitpeptide unit）。）。生物化學生物化學 Biochemistry肽平面肽平面肽平面肽平面生物化學生物化學 Biochemistry二面角：二面角：位于相鄰兩個肽平面連接處的位于相鄰兩個肽平面連接處的CC，C-NC-N和和C-CC-C均為單鍵，可自由旋轉。一個肽平面圍繞均為單鍵，可自由旋轉。一個肽平面圍繞C-CC-C旋旋轉，旋轉角度稱轉，旋轉角度稱；另一個肽平面圍繞；另一個肽平面圍繞C-NC-N旋轉，旋轉旋轉，旋轉角度稱角度稱。這兩個轉角決定了相鄰兩個肽平面在空間的。這兩個轉角決定了相鄰兩個肽平面在空間的位置，將這兩個轉角稱為二面角。位置，將這兩個轉角稱為二面角。在多肽鏈中，由于受在多肽鏈中，由于受R R側鏈的影響及肽平面本身幾何特征的限側鏈的影響及肽平面本身幾何特征的限制，多肽鏈中的每個制，多肽鏈中的每個CC的二面角的二面角和和的組合都是有限的，的組合都是有限的，因而多肽鏈實際可能形成的空間構象也是有限的，天然多肽因而多肽鏈實際可能形成的空間構象也是有限的，天然多肽與蛋白分子往往只存在一種或少數幾種穩(wěn)定的構象。與蛋白分子往往只存在一種或少數幾種穩(wěn)定的構象。生物化學生物化學 Biochemistry二、二、幾種生物活性肽幾種生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)結構結構:生物化學生物化學 Biochemistry谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽三肽谷氨酸的谷氨酸的-羧基羧基形成肽鍵形成肽鍵SH為活性基團為活性基團是體內重要的是體內重要的還原劑還原劑生物化學生物化學 BiochemistryNADPH+H+GSH過氧過氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADP+主要功能主要功能:1.1.作為還原劑，保護體內蛋白質或酶的巰基免遭氧化；作為還原劑，保護體內蛋白質或酶的巰基免遭氧化；2.2.作為還原劑，清除體內的作為還原劑，清除體內的H H2 2O O2 2；3.GSH3.GSH的巰基具有親核特性，保護核酸和蛋白免遭毒物損害。的巰基具有親核特性，保護核酸和蛋白免遭毒物損害。生物化學生物化學 Biochemistry肽類激素：如肽類激素：如促甲狀腺素釋放促甲狀腺素釋放激素（激素（TRH）神經肽神經肽(neuropeptide)：在神經傳導過程中起信號在神經傳導過程中起信號傳導作用的肽類，如腦啡肽傳導作用的肽類，如腦啡肽(5(5肽肽)、強啡肽、強啡肽(17(17肽肽)、內啡肽、內啡肽(31(31肽肽)等與痛覺有關。等與痛覺有關。2.肽類激素及神經肽肽類激素及神經肽生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的分子結構The Molecular Structure of Protein 第第 四四 節(jié)節(jié)生物化學生物化學 Biochemistry 構型與構象構型與構象 構型（構型（configurationconfiguration）：）：指在立體異構體中取指在立體異構體中取代原子或基團在空間的取向。兩種構型間的轉變需要代原子或基團在空間的取向。兩種構型間的轉變需要共價鍵的斷裂和重組共價鍵的斷裂和重組。COOH COOHH2N C H H C NH2 R R 構象（構象（conformationconformation）:指指取代原子或基團當單取代原子或基團當單鍵旋轉時可能形成的不同立體結構。這種空間位置的鍵旋轉時可能形成的不同立體結構。這種空間位置的改變改變不涉及共價鍵的斷裂不涉及共價鍵的斷裂。生物化學生物化學 Biochemistry一、蛋白質的分子結構包括：一、蛋白質的分子結構包括：一級結構一級結構(primary structure)二級結構二級結構(secondary structure)三級結構三級結構(tertiary structure)四級結構四級結構(quaternary structure)高級結構高級結構生物化學生物化學 Biochemistry定義：定義：蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。排列順序。二、蛋白質的一級結構二、蛋白質的一級結構主要化學鍵：主要化學鍵：肽鍵肽鍵二硫鍵二硫鍵的位置屬于一級結構研究范疇。的位置屬于一級結構研究范疇。一級結構是蛋白質空間構象和特異生一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。物學功能的基礎。胰島素的一級結構胰島素的一級結構3021生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry1 1）樣品分離、純化，均一性鑒定）樣品分離、純化，均一性鑒定2 2）測定蛋白質分子量及氨基酸組分）測定蛋白質分子量及氨基酸組分3 3）測定肽鏈的）測定肽鏈的N N端和端和C C端氨基酸端氨基酸4 4）用兩種以上專一性的肽鏈內切酶裂解成小肽）用兩種以上專一性的肽鏈內切酶裂解成小肽5 5）用層析、電泳法分離所得小肽）用層析、電泳法分離所得小肽6 6）用）用EdmanEdman方法測定每一小肽順序方法測定每一小肽順序7 7）拼版出多肽序列）拼版出多肽序列 蛋白質一級結構測定程序蛋白質一級結構測定程序生物化學生物化學 Biochemistry三、蛋白質的二級結構三、蛋白質的二級結構蛋蛋白白質質分分子子中中肽肽單單元元（肽肽平平面面）的的卷卷曲曲折折疊疊所所形形成成的的某某一一段段肽肽鏈鏈的的局局部部空空間間結結構構，即即該該段段肽肽鏈鏈主主鏈鏈骨骨架架原原子子的的相相對對空空間間位位置置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象。（一）定義：（一）定義：穩(wěn)定因素穩(wěn)定因素：氫鍵氫鍵 生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry （二）蛋白質二級結構的主要形式（二）蛋白質二級結構的主要形式 -螺旋螺旋(-helix)-折疊折疊(-sheet)-轉角轉角(-turn)無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲(random coil)1.-螺旋（螺旋（-helix）結構要點結構要點:多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋右手螺旋，側鏈側鏈伸向螺旋外側。伸向螺旋外側。生物化學生物化學 Biochemistry 每圈螺旋含每圈螺旋含3.63.6個氨基酸個氨基酸，螺距為螺距為0.54nm0.54nm。因此，相鄰兩。因此，相鄰兩個個AAAA殘基的夾角為殘基的夾角為100100，上升，上升0.15nm0.15nm。生物化學生物化學 Biochemistry 多肽鏈主鏈上每個氨基多肽鏈主鏈上每個氨基酸殘基的酸殘基的C=OC=O與前面與前面第第3 3個個氨基酸殘基的氨基酸殘基的N-HN-H形成的形成的氫氫鍵鍵保持螺旋穩(wěn)定。保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與氫鍵與螺旋長軸基本平行螺旋長軸基本平行。氫鍵。氫鍵封閉環(huán)內包含封閉環(huán)內包含1313個原子。個原子。生物化學生物化學 Biochemistry R R基側鏈位于螺旋的外側，可基側鏈位于螺旋的外側，可以減少空間位阻效應；但以減少空間位阻效應；但螺旋的螺旋的形成和穩(wěn)定性仍受形成和穩(wěn)定性仍受R R基側鏈的影響基側鏈的影響。如：如：-螺旋遇到螺旋遇到ProPro會中斷，因為會中斷，因為ProPro是是-亞氨基酸，空間位阻大，亞氨基酸，空間位阻大，且亞氨基形成肽鍵后沒有且亞氨基形成肽鍵后沒有H H用來形用來形成氫鍵，以維持螺旋穩(wěn)定；而成氫鍵，以維持螺旋穩(wěn)定；而AlaAla易存在于易存在于-螺旋中。螺旋中。生物化學生物化學 Biochemistry -螺旋分為左手螺旋分為左手-螺旋螺旋和右手和右手-螺旋。天然蛋白螺旋。天然蛋白分子中的分子中的-螺旋絕大多數螺旋絕大多數是是右手右手-螺旋螺旋，不過在嗜，不過在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)存在一熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)存在一個左手個左手-螺旋。螺旋。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry-螺旋是蛋白質中螺旋是蛋白質中最常見的一種構象，最常見的一種構象，是在毛發(fā)的是在毛發(fā)的-角蛋白角蛋白中發(fā)現(xiàn)的，因此叫做中發(fā)現(xiàn)的，因此叫做-螺旋。螺旋。生物化學生物化學 Biochemistry2.2.-折疊（折疊（-sheet-sheet）-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的多折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵進行交聯(lián)而肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵進行交聯(lián)而形成的，或一條肽鏈內的不同肽段間靠形成的，或一條肽鏈內的不同肽段間靠氫鍵氫鍵而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構象。而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構象。生物化學生物化學 Biochemistry-折疊的結構特點：折疊的結構特點：-折疊結構的折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所幾乎所有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。接近垂直。-折疊有兩種類型：一種為平行式，即所有肽鏈折疊有兩種類型：一種為平行式，即所有肽鏈的的N-N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。反平行式的兩條肽鏈的方向相反。反平行式的-折疊在蛋白折疊在蛋白質中存在更普遍。質中存在更普遍。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry3.3.-轉角（轉角（-turn-turn）肽鏈內形成肽鏈內形成180180 回折。回折。含含4 4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基羰基個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基羰基氧與第四個氨基酸殘基的亞氨基氫形成氫鍵。氧與第四個氨基酸殘基的亞氨基氫形成氫鍵。-轉角中常存在轉角中常存在GlyGly和和ProPro。生物化學生物化學 Biochemistry-轉角：轉角：生物化學生物化學 Biochemistry 4.4.無規(guī)卷曲（無規(guī)卷曲（random coilrandom coil）除了除了-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉角這三種有轉角這三種有規(guī)則的二級結構外，在球蛋白分子的多肽鏈規(guī)則的二級結構外，在球蛋白分子的多肽鏈主鏈骨架中還存在一些無確定規(guī)律性的盤曲，主鏈骨架中還存在一些無確定規(guī)律性的盤曲，稱為無規(guī)卷曲。無規(guī)卷曲中的大多數二面角稱為無規(guī)卷曲。無規(guī)卷曲中的大多數二面角（，）都不相同，因而表現(xiàn)出多種構象，）都不相同，因而表現(xiàn)出多種構象，有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活性的球狀蛋白分子結構。性的球狀蛋白分子結構。生物化學生物化學 Biochemistry 影響二級結構形成的因素影響二級結構形成的因素氨基酸側鏈所帶電荷氨基酸側鏈所帶電荷、大小及形狀。、大小及形狀。影響影響-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：-折疊形成條件：折疊形成條件：要求氨基酸側鏈較小。要求氨基酸側鏈較小。生物化學生物化學 Biochemistry四、超二級結構與結構域四、超二級結構與結構域蛋白質分子中，二個或三個具有二蛋白質分子中，二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個具有特殊功能的空間構象，被稱成一個具有特殊功能的空間構象，被稱為為超二級結構超二級結構或者或者模體模體(motif)(motif)。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry螺旋環(huán)螺旋螺旋環(huán)螺旋 鋅指鋅指生物化學生物化學 Biochemistry纖連蛋白分子的結構域纖連蛋白分子的結構域 結構域結構域(domain)大分子蛋白質的三級結構?？煞指畛梢粋€或大分子蛋白質的三級結構?？煞指畛梢粋€或數個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各數個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結構域。屬于超二級結構。行其功能，稱為結構域。屬于超二級結構。生物化學生物化學 Biochemistry免疫球蛋白免疫球蛋白 生物化學生物化學 Biochemistry五、蛋白質的三級結構五、蛋白質的三級結構是指多肽鏈在二級結構、超二級結構、是指多肽鏈在二級結構、超二級結構、結構域的基礎上，進一步盤繞、折疊形結構域的基礎上，進一步盤繞、折疊形成的成的包括主鏈和側鏈構象包括主鏈和側鏈構象在內的特征三在內的特征三維結構。維結構。即所有原子空間位置。即所有原子空間位置。定義定義 生物化學生物化學 Biochemistry疏水鍵：疏水鍵：指疏水基團之間的相互作用力；是疏水基團指疏水基團之間的相互作用力；是疏水基團或疏水側鏈為避開水分子而相互靠近聚集形成的作用或疏水側鏈為避開水分子而相互靠近聚集形成的作用力。是力。是維持蛋白質三級結構最主要的作用力維持蛋白質三級結構最主要的作用力。離子鍵：離子鍵：又稱鹽鍵，是正負離子之間的靜電引力。又稱鹽鍵，是正負離子之間的靜電引力。范德華力：范德華力：實質是靜電引力，包括取向力、誘導力實質是靜電引力，包括取向力、誘導力和色散力。和色散力。氫鍵：氫鍵：主鏈和側鏈之間的氫鍵也可以維持蛋白質的三主鏈和側鏈之間的氫鍵也可以維持蛋白質的三級結構。級結構。二硫鍵：二硫鍵：多肽鏈內或不同鏈間兩個多肽鏈內或不同鏈間兩個CysCys殘基的巰基在殘基的巰基在氧化條件下形成二硫鍵，二硫鍵是很強的共價鍵。氧化條件下形成二硫鍵，二硫鍵是很強的共價鍵。維持三級結構穩(wěn)定的因素：維持三級結構穩(wěn)定的因素：生物化學生物化學 Biochemistry（2 2）肌紅蛋白的結構特點：）肌紅蛋白的結構特點：a.a.一條多肽鏈，一條多肽鏈，153153個氨基酸殘基，一個血紅素輔基。個氨基酸殘基，一個血紅素輔基。b.b.肌紅蛋白的整個肽鏈共折疊成肌紅蛋白的整個肽鏈共折疊成8 8段長短不等的段長短不等的-螺螺旋（旋（A-HA-H），最長的有），最長的有2323個氨基酸個氨基酸殘基，殘基，最短的有最短的有7 7個個氨基酸氨基酸殘基。拐彎處及殘基。拐彎處及C C、N N末端由無規(guī)卷曲組成。末端由無規(guī)卷曲組成。c.c.具有極性側鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而帶具有極性側鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而帶非極性側鏈的氨基酸殘基多分布于分子內部，使非極性側鏈的氨基酸殘基多分布于分子內部，使肌紅肌紅蛋白成為可溶性蛋白。蛋白成為可溶性蛋白。（1 1）肌紅蛋白（）肌紅蛋白（MbMb）的功能：哺乳動物）的功能：哺乳動物肌肉中儲存氧的蛋白。肌肉中儲存氧的蛋白。肌紅蛋白的結構與功能肌紅蛋白的結構與功能血紅素輔基血紅素輔基生物化學生物化學 Biochemistry 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)N 端端 C端端生物化學生物化學 Biochemistry六、蛋白質的四級結構六、蛋白質的四級結構 由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈（由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈（亞基亞基）通過通過非共價鍵非共價鍵在一起所形成的空間構象，稱為蛋白在一起所形成的空間構象，稱為蛋白質的質的四級結構四級結構。蛋白質分子中每條具有獨立三級結構的多肽鏈，蛋白質分子中每條具有獨立三級結構的多肽鏈，稱為稱為亞基亞基(subunit)(subunit)。三級結構中只有一條多肽鏈，不能稱為亞基；而三級結構中只有一條多肽鏈，不能稱為亞基；而四級結構中有多條多肽鏈組成，每條多肽鏈稱為亞四級結構中有多條多肽鏈組成，每條多肽鏈稱為亞基。基。概念：概念：生物化學生物化學 Biochemistry 具有四級結構的蛋白質，其亞基組成可以是相具有四級結構的蛋白質，其亞基組成可以是相同的，也可以是不同的；同的，也可以是不同的；單個亞基并沒有活性單個亞基并沒有活性，只有所有亞基在一起時，才具備生物學功能。只有所有亞基在一起時，才具備生物學功能。血紅蛋白由兩個血紅蛋白由兩個亞基和兩個亞基和兩個亞基組成，每個亞基組成，每個亞基均有與肌紅蛋白相似的三級結構，但不具生亞基均有與肌紅蛋白相似的三級結構，但不具生理活性，只有這四個亞基組成的四聚體（具有了理活性，只有這四個亞基組成的四聚體（具有了四級結構）才有生理活性。四級結構）才有生理活性。生物化學生物化學 Biochemistry*維持蛋白質四級結構的作用力與三級結維持蛋白質四級結構的作用力與三級結構相同，仍是構相同，仍是疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范德華力德華力等。等。*有些蛋白質（如胰島素）由兩條或多條有些蛋白質（如胰島素）由兩條或多條多肽鏈組成，但是肽鏈間通過多肽鏈組成，但是肽鏈間通過二硫鍵（共二硫鍵（共價鍵）價鍵）相連，這些蛋白質不具備四級結構。相連，這些蛋白質不具備四級結構。生物化學生物化學 Biochemistry3021生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的四級結構中蛋白質的四級結構中各亞基的空間排各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用布及亞基接觸部位的布局和相互作用是由是由分子伴侶分子伴侶參與完成的。參與完成的。生物化學生物化學 Biochemistry分子伴侶分子伴侶 (chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構的一類蛋白質。成天然構象或形成四級結構的一類蛋白質。*可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，如此重復進行可使肽鏈正確折疊。如此重復進行可使肽鏈正確折疊。*與錯誤聚集的肽段結合，誘導其正確折疊。與錯誤聚集的肽段結合，誘導其正確折疊。*對蛋白質分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。對蛋白質分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。作用：作用：血紅蛋白（血紅蛋白（HbHb）的結構與功能）的結構與功能（1 1）血紅蛋白的功能：）血紅蛋白的功能：存在動物血液的紅細胞中，存在動物血液的紅細胞中，具有運輸具有運輸O O2 2和和COCO2 2的功能。的功能。（2 2）血紅蛋白的結構特點：）血紅蛋白的結構特點：a.a.是四個亞基的寡聚蛋白，是四個亞基的寡聚蛋白，574574個個AAAA殘基，分子量殘基，分子量65KD65KD。b.b.血紅蛋白由兩個血紅蛋白由兩個亞基和兩個亞基和兩個亞基組成，亞基組成，鏈由鏈由141AA141AA殘基、殘基、鏈由鏈由146AA146AA殘基組成，它們三級結構殘基組成，它們三級結構與肌紅蛋白（與肌紅蛋白（MbMb）相似，各自內部有一個血紅素）相似，各自內部有一個血紅素輔基（輔基（運輸運輸O O2 2的活性部位的活性部位）。）。生物化學生物化學 Biochemistry血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）的四級結構）的四級結構141 aa146 aa生物化學生物化學 Biochemistry肌紅蛋白與肌紅蛋白與血紅蛋白血紅蛋白 鏈鏈三級結構比較三級結構比較生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質結構與功能的關系The Relation of Structure and Function of Protein第第 五五 節(jié)節(jié)生物化學生物化學 Biochemistry“物質的結構決定功能，物質結構發(fā)生改物質的結構決定功能，物質結構發(fā)生改變功能也會受到影響變功能也會受到影響”“一級結構是空間結構的基礎，空間結構一級結構是空間結構的基礎，空間結構改變，功能改變改變，功能改變”生物化學生物化學 Biochemistry一、蛋白質一級結構與功能的關系一、蛋白質一級結構與功能的關系例：鐮刀形紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血N-Val His Leu Thr Pro Glu Glu C(146)HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽鏈肽鏈N-Val His Leu Thr Pro Val Glu C(146)血紅蛋白血紅蛋白 一級結構是空間結構和功能的基礎。一級結構是空間結構和功能的基礎。生物化學生物化學 BiochemistryGluGlu（谷）的（谷）的R R側鏈是帶負電荷的親水基團，側鏈是帶負電荷的親水基團，而而ValVal（纈）的（纈）的R R側鏈是不帶電荷的疏水基團。側鏈是不帶電荷的疏水基團。鏈的第鏈的第6 6位位AAAA位于血紅蛋白分子表面，導位于血紅蛋白分子表面，導致疏水側鏈間相互作用，易于聚集形成纖維致疏水側鏈間相互作用，易于聚集形成纖維狀沉淀，使去氧血紅蛋白分子溶解度降低，狀沉淀，使去氧血紅蛋白分子溶解度降低，進而是圓盤狀的紅細胞變成鐮刀形，導致運進而是圓盤狀的紅細胞變成鐮刀形，導致運輸氧的能力下降，細胞脆性增大，易于破裂、輸氧的能力下降，細胞脆性增大，易于破裂、溶血，病情嚴重可導致死亡。溶血，病情嚴重可導致死亡。生物化學生物化學 Biochemistry 由于由于基因突變基因突變導致合成失去正常功能的蛋白導致合成失去正常功能的蛋白質或喪失合成蛋白質的能力從而引起的疾病，稱質或喪失合成蛋白質的能力從而引起的疾病，稱為為“分子病分子病”（molecular diseasemolecular disease）。）。生物化學生物化學 Biochemistry牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級結構一級結構二二硫硫鍵鍵生物化學生物化學 Biochemistry一級結構的種屬差異與分子進化一級結構的種屬差異與分子進化 細胞色素細胞色素C C是真核細胞線粒體內膜上一是真核細胞線粒體內膜上一種含種含F(xiàn)eFe的蛋白質，在生物氧化中起傳遞電的蛋白質，在生物氧化中起傳遞電子的作用。通過植物、動物和微生物等數子的作用。通過植物、動物和微生物等數百種生物的細胞色素百種生物的細胞色素C C一級結構的研究表一級結構的研究表明：明：（1 1）親緣關系越近，）親緣關系越近，AAAA序列的同源性越大。序列的同源性越大。不同生物與人的細胞色素不同生物與人的細胞色素C C相比較相比較AAAA差異數目差異數目 黑猩猩黑猩猩 0 0 雞、火雞雞、火雞 1313 牛豬羊牛豬羊 10 10 海龜海龜 1515 狗驢狗驢 11 11 小麥小麥 3535 粗糙鏈孢霉粗糙鏈孢霉43 43 酵母菌酵母菌 4444 （2 2）盡盡管管不不同同生生物物間間親親緣緣關關系系差差別別很很大大，但但與與細細胞胞色色素素C C功功能能密密切切相相關關的的AAAA序序列列卻卻有有共同之處，即共同之處，即保守序列保守序列不變。不變。生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry（一）蛋白質的變性與復性（一）蛋白質的變性與復性 1.蛋白質的變性概念、表現(xiàn)及及機理蛋白質的變性概念、表現(xiàn)及及機理 在某些物理和化學因素作用下，蛋白質分子的在某些物理和化學因素作用下，蛋白質分子的特定空特定空間構象被破壞間構象被破壞，從而導致其，從而導致其理化性質改變理化性質改變和和生物活性喪失生物活性喪失的過程叫做變性（的過程叫做變性（denaturationdenaturation）。）。二、蛋白質空間結構與功能的關系二、蛋白質空間結構與功能的關系 造成變性的因素：造成變性的因素：如加熱、有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生如加熱、有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等物堿試劑等。生物化學生物化學 Biochemistry 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化學生物化學 Biochemistry 變性的本質：變性的本質：破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構質的一級結構。蛋白質變性后的性質改變：蛋白質變性后的性質改變：溶解度降低、粘度增加、結晶能力消失、溶解度降低、粘度增加、結晶能力消失、生物活性喪失生物活性喪失及易受蛋白酶水解。及易受蛋白酶水解。生物化學生物化學 Biochemistry 應用舉例應用舉例臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌（細菌、病毒的蛋白變性）。滅菌（細菌、病毒的蛋白變性）。吃熟食易于消化，熟食的蛋白變性后易被吃熟食易于消化，熟食的蛋白變性后易被蛋白水解酶水解。蛋白水解酶水解。防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑（如疫苗等）的必要條件。（如疫苗等）的必要條件。生物化學生物化學 Biochemistry若若蛋蛋白白質質變變性性程程度度較較輕輕，去去除除變變性性因因素素后后，蛋蛋白白質質仍仍可可恢恢復復或或部部分分恢恢復復其其原原有有的的構構象和功能，稱為象和功能，稱為復性復性。并并非非所所有有變變性性的的蛋蛋白白都都可可以以復復性性，實實踐踐中中大大多多數數變變性性的的蛋蛋白白根根本本無無法法復復性性，稱稱為為不不可逆變性（如煮熟的雞蛋）?？赡孀冃裕ㄈ缰笫斓碾u蛋）。復性復性(renaturation)生物化學生物化學 Biochemistry（二）變構效應（二）變構效應(allosteric effect)凡凡蛋蛋白白質質（或或亞亞基基）因因與與某某小小分分子子物物質質相相互互作作用用而而發(fā)發(fā)生生構構象象變變化化，導導致致蛋蛋白白質質（或或亞亞基基）功能的變化，稱為蛋白質的功能的變化，稱為蛋白質的變構效應變構效應。生物化學生物化學 Biochemistry1.1.肌紅蛋白與血紅蛋白的結構肌紅蛋白與血紅蛋白的結構 生物化學生物化學 BiochemistryHbHb與與MbMb一一樣樣能能可可逆逆地地與與O O2 2結結合合，HbHb與與O O2 2結結合合后稱為后稱為氧合氧合HbHb。去去氧氧血血紅紅蛋蛋白白對對氧氧氣氣的的親親和和力力較較低低，一一旦旦氧氧與與其其中中的的一一個個亞亞基基（亞亞基基）結結合合，該該亞亞基基的的構構象象發(fā)發(fā)生生改改變變，繼繼而而引引起起相相鄰鄰的的亞亞基基構構象象發(fā)發(fā)生生改改變變，消消除除亞亞基基的的氧氧結結合合部部位位的的空空間間位位阻阻，更易與氧結合。更易與氧結合。實實驗驗證證明明，第第4 4個個亞亞基基與與氧氧的的親親和和力力比比第第1 1個亞基高個亞基高200-300200-300倍。倍。2.血紅蛋白的構象變化與結合氧血紅蛋白的構象變化與結合氧 生物化學生物化學 Biochemistry肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線變構效應變構效應生物化學生物化學 Biochemistry*協(xié)同效應協(xié)同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現(xiàn)象，稱為力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應協(xié)同效應。促進作用稱為促進作用稱為正協(xié)同效應正協(xié)同效應 (positive cooperativity)抑制作用稱為抑制作用稱為負協(xié)同效應負協(xié)同效應(negative cooperativity)生物化學生物化學 Biochemistry肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線正協(xié)同效應正協(xié)同效應生物化學生物化學 Biochemistry應用：應用：血紅蛋白在體內可以參與血紅蛋白在體內可以參與O O2 2的運輸與釋的運輸與釋放；血紅蛋白與放；血紅蛋白與COCO同樣具有很高的親和同樣具有很高的親和力，與力，與COCO結合后無法再結合運輸結合后無法再結合運輸O O2 2，從，從而導致任何動物中毒（煤氣中毒原理）。而導致任何動物中毒（煤氣中毒原理）。生物化學生物化學 Biochemistry第第 六六 節(jié)節(jié)蛋白質的理化性質與分離純化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein生物化學生物化學 Biochemistry一、一、蛋白質的兩性電離蛋白質的兩性電離 蛋蛋白白質質分分子子除除兩兩端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解離離外外，氨氨基基酸酸殘殘基基側側鏈鏈中中某某些些基基團團，在在一一定定的的溶溶液液pHpH條條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質的等電點蛋白質的等電點(isoelectric point,pI)當當蛋蛋白白質質溶溶液液處處于于某某一一pHpH時時，蛋蛋白白質質解解離離成成正正、負負離離子子的的趨趨勢勢相相等等，即即成成為為兼兼性性離離子子，凈凈電電荷為零，此時溶液的荷為零，此時溶液的pHpH稱為稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點。利利用用蛋蛋白白質質兩兩性性解解離離的的性性質質，可可通通過過電電泳泳、離子交換層析、等電聚焦等技術分離蛋白質。離子交換層析、等電聚焦等技術分離蛋白質。生物化學生物化學 Biochemistry二、蛋白質的膠體性質與沉淀二、蛋白質的膠體性質與沉淀 蛋蛋白白質質屬屬于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1 1萬萬至至100100萬萬之之巨巨，其其分分子子的的直直徑徑可可達達1 1100 100 nmnm，為膠粒范圍之內。，為膠粒范圍之內。*蛋白質膠體穩(wěn)定的因素蛋白質膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷顆粒表面電荷水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質不穩(wěn)定的蛋白質顆粒不穩(wěn)定的蛋白質顆粒酸酸堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉溶液中蛋白質的聚沉（一）蛋白質的（一）蛋白質的膠體性質膠體性質（二）（二）蛋白質沉淀蛋白質沉淀(precipitation)在在一一定定條條件件下下，蛋蛋白白疏疏水水側側鏈鏈暴暴露露在在外外，肽肽鏈相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變變性性的的蛋蛋白白質質易易于于沉沉淀淀，有有時時蛋蛋白白質質發(fā)發(fā)生生沉沉淀，但并不變性淀，但并不變性。*蛋白質的凝固作用蛋白質的凝固作用(protein coagulation)蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不