蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的多樣性,山西大學(xué)生物技術(shù)研究所 李玉英,Diversity of Structure and Function of Protein,問題討論： 1.你能夠說出多少種富含蛋白質(zhì)的食品？2.為什么有些食品中要添加某些氨基酸？3.你知道蛋白質(zhì)在生命活動中的主要作用有哪些？,當(dāng)你購買某些食品時,包裝上常附有食品成分說明.你會發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)是許多食品的重要成分,有時還會添加某些氨基酸的食品.,一、什么

2、是蛋白質(zhì)?,蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。,,二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性,1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。,,(1) 構(gòu)成細胞和生物體的重要物質(zhì)（結(jié)構(gòu)蛋白）例：肌

3、肉的收縮蛋白，生物膜系統(tǒng)中的蛋白，頭發(fā)，蛛絲和蠶絲等 圖,2. 蛋白質(zhì)功能的多樣性,,The protein keratin is the chief structural components of hair, scales, horn, wool, nails and feathers.,(2) 參與生物體內(nèi)的各種生理功能（功能蛋白）,催化功能：如細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)離不開酶的催化。而絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 圖免疫功能：有些蛋白質(zhì)有免

4、疫功能。 如抗體，纖維蛋白，凝血酶，蛇毒，細菌毒素， 植物毒蛋白,,Chymotrypsin with its active site,Fireflies emit light catalyzed by luciferase with ATP,血紅蛋白： 運輸氧 血漿脂蛋白：運輸各種脂類運鐵蛋白： 運輸鐵離子清 蛋 白： 與多種微溶物質(zhì)結(jié)合形成 復(fù)合物后運輸,運輸功能：,,肌紅蛋

5、白和血紅蛋白,Erythrocytes contain a large amount of hemoglobins, the oxygen-transporting protein.,能量和營養(yǎng)物質(zhì)的貯存,植物種子和動物卵：鐵蛋白,運動功能,肌肉收縮和細胞的游動：actin and myosin微管蛋白：Tubulin 動力蛋白：dynein,傳遞神經(jīng)沖動,視紫紅質(zhì) Rhodopsin ，乙酰膽堿 Acetylcholine,

6、Acetylcholine and its receptor,參與物質(zhì)代謝調(diào)控：蛋白激酶A,蛋白激酶C,磷酸化酶a,鈣調(diào)蛋白,G蛋白,腺苷酸環(huán)化酶等。參與生理功能調(diào)控：多種生長因子，如表皮生長因子等蛋白質(zhì)類激素，如胰島素等。參與基因調(diào)控： 組蛋白、非組蛋白、阻遏蛋白、基因激活蛋白等。,調(diào)控功能：,,其他功能,抗凍蛋白：南極魚 防衛(wèi)和開發(fā)作用的一些蛋白 ：溶血蛋白和神經(jīng)毒蛋白 特殊的熱穩(wěn)定蛋白 ：Taq 酶,總之，一切生命活動

7、都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者,三. 蛋白質(zhì)的分子組成（The molecule composition of protein）,元素組成：,有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘 。,,各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。,由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：,100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )=

8、 每克樣品含氮克數(shù)× 6.25×100,1/16%,? 蛋白質(zhì)元素組成的特點,,Ⅰ. 氨基酸 —— 組成蛋白質(zhì)的基本單位,存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,,非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸,（一）氨基酸的分類,* 20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:,,甘氨酸 glycine G

9、ly G 5.97,丙氨酸 alanine Ala A 6.00,纈氨酸 valine Val V 5.96,亮氨酸 leucine Leu L 5.98,異亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02,苯丙氨酸 phenyla

10、lanine Phe F 5.48,脯氨酸 proline Pro P 6.30,,非極性疏水性氨基酸,色氨酸 tryptophan Try W 5.89,絲氨酸 serine Ser S 5.68,酪氨酸 tyrosine Try Y 5

11、.66,半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07,蛋氨酸 methionine Met M 5.74,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,蘇氨酸 threonine Thr T

12、 5.60,2. 極性中性氨基酸,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,賴氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine Arg R 10.76,組氨酸 hist

13、idine His H 7.59,3. 酸性氨基酸,4. 堿性氨基酸,側(cè)鏈基團在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷的氨基酸。,側(cè)鏈基團在中性溶液中解離后帶正電荷的氨基酸。,幾種特殊氨基酸,脯氨酸（亞氨基酸）,,? 半胱氨酸,胱氨酸,（二）氨基酸的理化性質(zhì),1. 兩性解離及等電點,氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。,等電點(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶

14、液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。,,pH=pI,pH>pI,pH<pI,氨基酸的兼性離子,陽離子,陰離子,2. 紫外吸收,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,,3. 茚三酮反應(yīng),氨基酸與茚三酮水

15、合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。,,4.氨基酸的用途,1.精氨酸：能降低肝臟機能嚴(yán)重障礙所致的高氨血癥，對預(yù)防和推遲肝昏迷的到來有一定效果；2.天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。3.半胱氨酸：能促進毛發(fā)的生長，可用于治療脫發(fā)；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；4.組氨酸：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，

16、心功能不全等疾病的治療。,（一）、在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,,（二）、食品工業(yè)上的應(yīng)用,1.營養(yǎng)強化劑（復(fù)合氨基酸口服液、注射液）；2.谷氨酸鈉－味精；3.天冬氨酸鈉：可用于清涼飲料，能增加清涼感并使香味濃厚爽口；4.天冬氨酰苯丙氨酸甲酯： ——甜味素APM,,Ⅱ、肽(peptide),* 肽鍵(peptide bond)是由一個氨基酸的?-羧基與另一個氨基酸的?-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。,

17、1. 肽鍵：,,+,,,甘氨酰甘氨酸,肽鍵,* 肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。,* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……,* 肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。,* 由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。,N 末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C 末端：多肽鏈中有自由羧基的一端

18、,多肽鏈有兩端,凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以上，且具有特定空間結(jié)構(gòu)的肽稱蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以下，且無特定空間結(jié)構(gòu)者稱多肽。,,四肽的結(jié)構(gòu),N末端,C末端,牛核糖核酸酶,2. 幾種生物活性肽,(一). 谷胱甘肽(glutathione, GSH),,GSH過氧化物酶,GSH還原酶,NADPH+H+,NADP+,還原型谷胱甘肽,氧化型谷胱甘肽,抗氧化，保護含巰基膜蛋白及巰基酶。,合成部位：下丘腦 化學(xué)本質(zhì)：三肽（見下頁圖）

19、生理功能： 　 a.促進腺垂體分泌促甲狀腺素，后者促進甲狀腺細胞增生、合成并分泌甲狀腺激素　　b.可促進生乳素、催產(chǎn)素和降壓素的分泌　　c.可影響大腦的機能，如抗抑郁、改變睡眠覺醒和行為,（二）.促甲狀腺素釋放激素(TRH),,（三）.抗菌肽  L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val ?

20、 ? L-Orn L-Orn ? ? L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu  短桿菌肽S(環(huán)十肽)細菌分泌的多肽，含有D-Phe和鳥氨酸（Ornithine, 縮寫

21、為 Orn）。,,（四）. α-促黑素(α-MSH）,分泌：腺垂體 本質(zhì)：13 肽,生理功能： 能促進皮膚黑色素的合成 在兩棲類和某些魚類還可使黑色素細胞內(nèi)聚集的黑色素 分散布滿細胞及其突起，使皮膚變深。,,,神經(jīng)肽：在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的肽類。 腦啡肽、-內(nèi)啡肽、強啡肽、孤啡肽,（五）.神經(jīng)肽,Met-腦啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-CO

22、O- Leu-腦啡肽 ＋H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-,,Ⅲ、 蛋白質(zhì)的分類,1. 依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類球狀蛋白質(zhì)（ globular protein ）：纖維狀蛋白質(zhì)（ fibrous protein ）：,,球蛋白(globular proteins),外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。(多見于血漿中的白蛋白、球蛋白、血紅蛋白和酶

23、等),,纖維狀蛋白質(zhì)（ fibrous protein ）,分子類似纖維或細棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)(角蛋白、膠原蛋白、肌凝蛋白、纖維蛋白等),,2. 依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類,簡單蛋白(simple protein)和結(jié)合蛋白(conjugated protein) 。（1） 簡單蛋白又稱為單純蛋白質(zhì)：清蛋白和球蛋白（ albumin and globulin ）谷蛋白(glutelin)

24、和醇溶谷蛋白(prolamin)精蛋白和組蛋白：硬蛋白：,,（2） 結(jié)合蛋白,色蛋白：如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。糖蛋白：如細胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：如血清?-，?-脂蛋白等。核蛋白：如細胞核中的核糖核蛋白等。,,Ⅳ.蛋 白 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu)The Molecular Structure of Protein,,定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。,1、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋

25、白質(zhì)還包括二硫鍵。,,,,,,目 錄,The amino acid sequence of the two chains of bovine insulin, which are joined by disulfide cross-linkages. The A chain is identical in human, pig, dog, rabbit, and sperm whale insulins. The B chains of

26、 the cow, pig, dog, goat, and horse are identical.,2、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu),,指一條或數(shù)條多肽鏈上所有原子和基團在三維空間上的排布，即構(gòu)象（conformation）或空間結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)由明顯的結(jié)構(gòu)層次。 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。,,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次,,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，但具有明顯的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)（多肽鏈上的氨基酸排列順序）

27、二級結(jié)構(gòu)（多肽鏈主鏈骨架的局部空間結(jié)構(gòu)）超二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)單位的集合體）結(jié)構(gòu)域（多肽鏈上可以明顯區(qū)分的球狀區(qū)域）三級結(jié)構(gòu)（多肽鏈上所有原子和基團的空間排布）四級結(jié)構(gòu)（由球狀亞基或分子締合而成的集合體）,蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)層次,,（1）非共價鍵 氫鍵 離子鍵 范德華力 疏水作用（2） S-S鍵,維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中重要的化學(xué)鍵,蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),主要的化學(xué)鍵： 氫鍵,,蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)

28、的主要形式,?-螺旋 ( ? -helix ) ?-折疊 ( ?-pleated sheet ) ?-轉(zhuǎn)角 ( ?-turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ),（二） ?-螺旋,（三）?-折疊,（四）?-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲,?-轉(zhuǎn)角,無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。,,（五）模體,在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體(moti

29、f)。,,鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體,鋅指結(jié)構(gòu),（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響,蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成?-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。,蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）：指一條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上，進一步盤繞、折疊而成的具有特定肽鏈走向的緊密球狀結(jié)構(gòu), 或者說三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中所有原子和基團在三維空間

30、的排布。,（一） 定義,,,,肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)及其結(jié)合的血紅素亞基,（二） 結(jié)構(gòu)域,,,結(jié)構(gòu)域（domain）：在較大的蛋白質(zhì)分子里，多肽鏈的空間折疊常常形成兩個或多個近似球狀的三維實體，它們之間連接松散。,,由β-折疊、 α-螺旋形成的結(jié)構(gòu)域,丙酮酸激酶的一個結(jié)構(gòu)域,免疫球蛋白的一個結(jié)構(gòu)域,,,,,抗體分子中結(jié)構(gòu)域示意圖,重鏈,輕鏈,亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。,蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布

31、及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。,有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。,血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu),,蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),,,從一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu),血紅蛋白,蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列,蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu),

32、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列,Polypeptide(single subunitof transthyretin),Transthyretin, with fouridentical polypeptide subunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein

33、,,（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ),一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,,,,氨基酸組成變化改變其功能,,一級結(jié)構(gòu)改變引起分子病,基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的下降或喪失，就會產(chǎn)生疾病，這種病稱為分子病（molecular disease）。,最早從分子水平證明的先天性遺傳病——鐮刀形紅細胞貧血癥(sickle-cell anemia)。,鐮刀形紅細胞,正常血細胞,hemoglobin ?6: GAA(Glu)

34、 -> GTA(Val),,,,分子進化,,細胞色素c 是由104個氨基酸組成的蛋白質(zhì)。比較50種不同的生物，發(fā)現(xiàn)由35個是保守的。凡與人類親緣關(guān)系越遠的生物，其氨基酸順序與人類的差異越大。,從細胞色素c的一級結(jié)構(gòu)看生物進化,,,,蛋白質(zhì)前體的激活,,,一些蛋白質(zhì)或酶在細胞中首先合成(翻譯)的是其前體,在成為有功能的蛋白質(zhì)或酶之前需要激活. 例如,胰島素(insulin ).的前體是胰島素原(proinsulin)

35、,要在切除C肽之后才轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘囊葝u素,胰島素原的一級結(jié)構(gòu),,,,蛋白質(zhì)的正確折疊與分子伴侶,,,多肽鏈的特定空間結(jié)構(gòu)是其功能的保證。肽鏈的正確折疊或者亞基的裝配常常需要由一些蛋白質(zhì)，例如熱激蛋白（Heat shock protein , Hsp）和某些酶的幫助，并且消耗ATP。但是，這樣的蛋白質(zhì)與酶并不加入到最終的折疊產(chǎn)物或裝配復(fù)合物中。它們被稱為分子伴侶（molecular chaperone）。,分子伴侶,分子伴侶(chaper

36、on)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。,* 分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。,* 分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。,* 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。,蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病,蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)

37、重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。,蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。,這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。,瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用

38、下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。,,,,,,瘋牛病病牛的海綿樣腦組織,瘋牛病(BSE)可能是由于朊蛋白（Pron protein，PrP）的錯誤折疊引起的,肌紅蛋白（myoglobin）,是由一條肽鏈和一個血紅素輔基組成的結(jié)合蛋白，是肌肉內(nèi)儲存氧的蛋白質(zhì)，它的氧飽和曲線為雙曲線型。,血紅蛋白（hemoglobin）,,,是由含有血紅素輔基的4個亞基組成的寡聚蛋白。血紅蛋白負(fù)責(zé)將氧由肺運輸?shù)酵庵芙M織，它的氧飽和曲線為S型。,

39、肌紅蛋白和血紅蛋白,,,Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合， Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。,血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧,,,,,,,血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線,與肌紅蛋白相比，血紅蛋白的多個亞基之間的相互作用使其與氧的結(jié)合能力總體上削弱了（氧合曲線右移,由雙曲線轉(zhuǎn)變成S形曲線），但是賦予了其新的能力—— 可以容易地將其結(jié)合的氧從氧分壓高的組織（肺泡）向氧分壓低的組織

40、（肌肉）輸送和轉(zhuǎn)移。,* 協(xié)同效應(yīng)(cooperativity),一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進作用則稱為正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng) (negative cooperativity),,,血紅素與氧結(jié)合后，鐵原

41、子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。,,,,蛋白質(zhì)的變構(gòu)與血紅蛋白的輸氧功能,,,變構(gòu)作用（Allosteric effect ）是指效應(yīng)劑（變構(gòu)劑）作用于多亞基的蛋白質(zhì)或酶的某個亞基后，導(dǎo)致其構(gòu)象改變，繼而引起其他亞基構(gòu)象的改變，結(jié)果是蛋白質(zhì)或酶的生物活性的變化?？赡苁亲儤?gòu)激活，也可能是變構(gòu)抑制。血紅蛋白中的4個亞基與氧分子的親和性不同。氧分子與血紅蛋白的一個亞基結(jié)合后，引起其構(gòu)象發(fā)生改變，這種變化在亞基之間

42、傳遞，從而改變了其他亞基與氧的結(jié)合能力。（郵票模型）,,,,,,氧合可以引發(fā)維系血紅蛋白4個亞基的8對離子鍵相繼斷開，從比較緊湊的T構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^松弛的R構(gòu)象。,煤氣中毒的機制,一氧化碳（CO）也能與血紅素Fe原子結(jié)合。由于CO與血紅蛋白結(jié)合的能力是O2的200倍，因此，人體吸入少量的CO即可完全抑制血紅蛋白與O2的結(jié)合，從而造成缺氧死亡。急救方法是盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含O2的環(huán)境中（如新鮮空氣、純氧氣或高壓氧氣），使與血紅素結(jié)合的CO

43、被O2置換出來。,,蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein,（一）蛋白質(zhì)的兩性電離,一、理化性質(zhì),蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團。,* 蛋白質(zhì)的等電點( isoelectric point, pI) 當(dāng)

44、蛋白質(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。,（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì),蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。,* 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜,水化膜,溶液中蛋白質(zhì)的聚沉,（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固,* 蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特

45、定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。,造成變性的因素如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等 。,應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。,若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation) 。,天然狀態(tài)，

46、有催化活性,尿素、 β-巰基乙醇,,去除尿素、β-巰基乙醇,非折疊狀態(tài)，無活性,,蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定,1.測定多肽鏈的數(shù)目（N-末端分析法）；2.斷裂二硫鍵，拆分多肽鏈；3.分析每一條多肽鏈的氨基酸組成；4.測定多肽鏈的N-末端和C-末端氨基酸；5.裂解多肽鏈成較小的片段，并分離各個小片段；6.測定各小肽段的氨基酸序列；7.重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)；8.確定二硫鍵的位置。,The amino acid sequenc

47、e of short polypeptide chains can be determined by chemical methods.,Sanger worked out the first amino acid sequence of a peptide (bovine insulin) in 1953.He accomplished this by using 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene(1- 氟-2

48、，4-硝基苯）to react with the N-terminal residues of cleaved short peptides. 100 g of insulin were consumed over ten years to determine the sequence. The peptide chains were cut into 150 fragments of different lengths. He wa

49、s awarded the Nobel Prize in 1958 in chemistry for this breakthrough invention.,測定肽鏈氨基酸序列的其他方法,1.酶解法：原理：利用肽鏈外切酶或稱外肽酶（exopeptidase），如氨肽酶和羧肽酶，從肽鏈的N-末端或C-末端向內(nèi)逐個地水解，測定被釋放的氨基酸，即可確定肽鏈的氨基酸序列。2.質(zhì)譜法（MS）： 串聯(lián)質(zhì)譜法是近年來發(fā)展的方法，其

50、特點是快速，簡便、靈敏度高、所需樣品少。其缺點是目前還限于測定較短的肽鏈，一般不超過15個氨基酸。再者儀器設(shè)備價格較高。3.根據(jù)DNA的序列推定法： 根據(jù)中心法則，核酸的線性核苷酸序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列。,通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列,按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列,分離編碼蛋白質(zhì)的基因,測定DNA序列,排列出mRNA序列,,,,蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫,Thousands of sequences have b

51、een revealed and stored in computerized databases . for example: PIR(Protein Information Resource ), (USA); EMBL(European Molecular Biology Laboratory Data Bank); Gen Bank(Gene Sequence Data Bank).2. The ami

52、no acid sequences of proteins provide important biochemical information (application of bioinformatic tools). A newly revealed amino acid sequence (of well studied or unknown proteins) is usually compared with a l