附近大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，，所所以以 测测 定定 蛋蛋 白白 质质 溶溶 液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法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生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链肽肽键键( (peptide bond) )：：由由一一个个氨氨基基酸酸的的 - -羧羧基基与与另一个氨基酸的另一个氨基酸的 - -氨基氨基脱水缩合而形成的脱水缩合而形成的酰氨键酰氨键一）（一）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)(peptide) O O O O ‖ ‖ ‖ ‖ NHNH2 2- -CHCH- -C C━━OH HOH HN N━━ CH-CCH-C━━ OHOH ∣ ∣ ∣ ∣ R R1 1 R R2 2 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 +-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质蛋白质肽肽：氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物：氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物二肽：二肽：两分子氨基酸两分子氨基酸残基残基缩合形成缩合形成三肽：三肽：三分子氨基酸三分子氨基酸残基残基缩合形成，缩合形成，…………寡肽：寡肽：十个以内氨基酸相连，十个以内氨基酸相连，(oligopeptide)多肽：多肽：由更多的氨基酸相连，由更多的氨基酸相连，(polypeptide)蛋白质：蛋白质：51个氨基酸个氨基酸氨基酸残基氨基酸残基 (residue): (residue): 肽链中的氨基酸分子肽链中的氨基酸分子; ; 因为氨基酸脱水缩合使基团不全。
因为氨基酸脱水缩合使基团不全 O O O O O O ‖ ‖ ‖ ‖ ‖ ‖ NHNH2 2- -CHCH- -C C━━NH-CH-CNH-CH-C━━NH-CH-C-NH-CH-C-----------NH-CH-COOHNH-CH-COOH ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣∣ R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 多肽链多肽链 (polypeptide chain)：： 许多氨基酸通过肽键连接形成的链状结构。
许多氨基酸通过肽键连接形成的链状结构主链结构主链结构: : 氨基酸残基通过肽键连接而成的结构氨基酸残基通过肽键连接而成的结构侧链结构：侧链结构：氨基酸残基氨基酸残基 R R基团结构基团结构氨基末端（氨基末端（N N 末端）：末端）：多肽链中有多肽链中有自由自由氨基氨基的一端的一端羧基末端（羧基末端（C C 末端）：末端）：多肽链中有多肽链中有自由自由羧基羧基的一端的一端多肽链方向性：多肽链方向性：从氨基末端走向羧基末端从氨基末端走向羧基末端 O O O O O O ‖ ‖ ‖ ‖ ‖ ‖ NHNH2 2- -CHCH- -C C━━NH-CH-CNH-CH-C━━NH-CH-C-NH-CH-C-----------NH-CH-COOHNH-CH-COOH ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣∣ R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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+ GSHGSH功能：功能：GSHGSH的巯基具有还原性：的巯基具有还原性：保护蛋白质或酶分子的巯保护蛋白质或酶分子的巯基免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。
基免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态GSHGSH还原还原H H2 2O O2 2GSHGSH与致癌剂或药物结合与致癌剂或药物结合生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 第二节第二节生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质的分子结构：蛋白质的分子结构： 蛋白质分子各蛋白质分子各原子原子的的空间排布空间排布和和相互关系相互关系 蛋白质蛋白质分子量大，呈多肽链，折叠成一定形状，分子量大，呈多肽链，折叠成一定形状，具有空间结构具有空间结构 空间结构不同，功能不一样空间结构不同，功能不一样生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 一级结构：一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构氨基酸的排列顺序，线性结构二级结构：二级结构：主链原子的空间排布主链原子的空间排布三级结构：三级结构：主链和侧链原子的空间排布。
主链和侧链原子的空间排布 一条多肽链所有原子的空间排布一条多肽链所有原子的空间排布四级结构：四级结构：多条多条肽链之间原子的空间排布肽链之间原子的空间排布 O O O O ‖ ‖ ‖ ‖NH2-CH-C━━NH-CH-C━━NH-CH-C------NH-CH-C- ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ R 1 R2 R3 Rn19511951年年Linus PaulingLinus Pauling等提出蛋白质等提出蛋白质αα螺旋结构螺旋结构19521952年丹麦科学家年丹麦科学家(Linderstrom-Lang)(Linderstrom-Lang)建议：建议：生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 定义定义: : 蛋白质分子从蛋白质分子从N-N-端至端至C-C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。
一、一、氨基酸的排列顺序决定氨基酸的排列顺序决定蛋白质蛋白质的的一级结构一级结构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 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 一级结构：一级结构：是蛋白质空间是蛋白质空间结构结构和生物学和生物学功能功能的基础的基础不是决定蛋白质空间构象的不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素细胞环境细胞环境因素影响蛋白质分子空间构象因素影响蛋白质分子空间构象生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质数据库蛋白质数据库GenebankGenebank：：NCBINCBI网站：网站：National Center for Biotechnology InformationNational Center for Biotechnology Informationhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 二、二、多肽链的多肽链的局部主链构象局部主链构象为蛋白质为蛋白质二级结构二级结构(secondary structure)蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的主主链链空空间间结结构构，，即该段肽链即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子的相对空间位置。
的相对空间位置不涉及氨基酸残基侧链的构象不涉及氨基酸残基侧链的构象 主要的化学键主要的化学键：：氢键氢键 定义定义: :主链骨架原子主链骨架原子：：N-H、、Cα、、C=O重复排列重复排列 O O O O ‖ ‖ ‖ ‖ ‖NH2-CH-C━━NH-CH-C━━NH-CH-C------NH-CH-C-OH ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ R R R R生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 键长：键长： C–N：：0.149 C=N：：0.127 肽键：肽键：0.132肽键具有部分双键性质肽键具有部分双键性质 O O – ‖ ∣ ∣Cα–C –N–Cα → Cα–C = N+– Cα ∣ ∣ ∣ ∣ H H（一）参与肽键形成的（一）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生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 肽键平面：肽键平面：参与肽键的参与肽键的6 6个个原子原子C C 1 1、、C C、、O O、、N N、、H H、、C C 2 2位于同一平面，此一平面位于同一平面，此一平面称之称之。
肽单元：肽单元：肽键平面的肽键平面的6 6个原子个原子构成的单元结构称之构成的单元结构称之 C C 1 1和和C C 2 2在平面上所处在平面上所处的位置为反式构型的位置为反式构型生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 H O R2 H H O R4 H H ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣NH2–Cα–C = N–Cα–C = N –Cα–C = N–Cα–C = N –Cα–COOH ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ R1 H H O R3 H H O R5生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 Ø - -螺旋螺旋 ( -helix) Ø - -折叠折叠 ( -pleated sheet)Ø - -转角转角 ( -turn)Ø 无规卷曲无规卷曲 (random coil) 蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式：肽单元平面通过肽单元平面通过C C 旋转或折叠旋转或折叠形成的主链形成的主链结构。
结构维系二级结构的主要化学键维系二级结构的主要化学键：： 氢键氢键生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （二）（二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过Cα α旋转旋转，形成一种螺旋的结构形成一种螺旋的结构生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 结构特点结构特点: :右手螺旋右手螺旋，，R R基团伸向螺旋基团伸向螺旋的外侧螺旋稳定因素螺旋稳定因素: : 每个肽链的每个肽链的C=O, C=O, 与第与第4 4个氨基酸残基个氨基酸残基的的N-HN-H形成形成氢键氢键旋转一圈旋转一圈: 3.6个氨基酸残基，个氨基酸残基，螺距螺距0.54nm两性特点：两性特点：每每隔隔3 3～～4 4个个aaaa有有1 1个极性或非极性个极性或非极性aaaa，肽，肽链具有亲水性或疏水性链具有亲水性或疏水性生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （三）（三） - -折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构 - -折叠：折叠：多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过C Cαα折叠折叠，， 形成一种伸展形的形成一种伸展形的折纸状结构。
折纸状结构生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 结构特点：结构特点：折纸状结构折纸状结构：以：以Cα α为转折点，为转折点，R R基团在折纸状结构的基团在折纸状结构的上下方稳定因素稳定因素：： 两条肽链或一条肽链两段之间的两条肽链或一条肽链两段之间的C=O 与与N-H 形成形成氢键氢键两段肽链走向：两段肽链走向： 平行：平行：N端到端到C端同方向，肽链间距端同方向，肽链间距0.65nm；； 反平行反平行: N端到端到C端不同方向端不同方向, 肽链间距肽链间距0.70nm 蛋白质的二级结构主要以蛋白质的二级结构主要以α α螺旋和螺旋和 -折叠为主，许多蛋折叠为主，许多蛋白质既有白质既有α α螺旋又有螺旋又有 -折叠折叠生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 - -转角：转角：肽链肽链1801800 0回折，回折角形成的结构回折，回折角形成的结构4、无规卷曲：、无规卷曲：没有确定规律性的部分肽链结构没有确定规律性的部分肽链结构 结构特点：结构特点：4个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成，，第第1个个残残基基的的C=0 与与第第4个个残残基的基的N-H形成氢键。
形成氢键第二个残基常为第二个残基常为Pro.Pro.（四）（四） - -转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （五）模体（五）模体是具有特殊功能的是具有特殊功能的超二级结构超二级结构超二级结构：超二级结构：2 2个或个或3 3个具有二级结构的肽段，个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用形成在空间上相互接近、相互作用形成有规则的有规则的二级结构组合二级结构组合，称为超二级结构称为超二级结构常见的超二级结构：常见的超二级结构： αα αα 、、βαββαβ、、 ββ ββ生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 β-βLoop生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 模体模体(motif)(motif)：： 具有具有特殊特殊功能功能作用的超二级结构作用的超二级结构 蛋白质分子中，蛋白质分子中，2 2个或个或3 3个具有二级结构个具有二级结构的肽段，相互接近形成一个特殊的空间结构，的肽段，相互接近形成一个特殊的空间结构，并发挥专一的并发挥专一的功能功能 。
α-α-螺旋螺旋-β-β转角（或环）转角（或环）-α--α-螺旋模体螺旋模体链链-β-β转角转角- -链模体链模体链链-β-β转角转角-α--α-螺旋螺旋-β-β转角转角- -链模体链模体模体常见的形式模体常见的形式生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 钙结合蛋白的模体钙结合蛋白的模体 （（αα螺旋螺旋- -环环-α-α螺旋）螺旋） 在环在环( (无规卷曲无规卷曲) )中亲中亲水侧链的氧原子通过氢键水侧链的氧原子通过氢键与与CaCa2+2+结合生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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 锌指结构锌指结构 1 1个个αα螺旋，螺旋，2 2个反平行个反平行 - -折叠折叠组成形似手指的结构组成形似手指的结构 N- N-末端末端1 1对对CysCys，， C- C-末端末端1 1对对HisHis，， 容纳结合一个容纳结合一个Zn2+Zn2+ αα螺旋能镶嵌于螺旋能镶嵌于DNADNA的的大沟中，与大沟中，与DNADNA结合。
结合生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （六）氨基酸残基（六）氨基酸残基侧链对二二级结构形成的影响构形成的影响 R R基团电荷基团电荷影响影响αα螺旋的形成：螺旋的形成： 酸碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利酸碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利αα螺旋 R R基团大小基团大小影响影响αα螺旋的形成：螺旋的形成： （（PhePhe、、TryTry、、IleIle）集中的区域，不利）集中的区域，不利αα螺旋 Gly Gly，，ProPro不能形成典型的不能形成典型的αα螺旋 β β折叠的氨基酸折叠的氨基酸R R基团较小基团较小生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 三、三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构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力等以疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏以疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置即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。
肽链中所有原子在三维空间的排布位置 包括主链和侧链原子包括主链和侧链原子 具有功能作用的完整蛋白质分子具有功能作用的完整蛋白质分子n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置相对空间位置生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 • 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C端端MbMb的结构特点：的结构特点： 153 153个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成球状单链蛋白分子球状单链蛋白分子 8 8个个αα螺旋占螺旋占75%75%，间，间隔无规卷曲隔无规卷曲含含1个血红素辅基个血红素辅基生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （二）结构域（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区是三级结构层次上的局部折叠区结构域：结构域：蛋白质分子折叠形成的、相对致密的、蛋白质分子折叠形成的、相对致密的、具有一定功能作用的局部区域，称为结构域具有一定功能作用的局部区域，称为结构域 结构域是蛋白质的活性部位，是结构域是蛋白质的活性部位，是蛋白质局部蛋白质局部肽链所有原子排布肽链所有原子排布。
磷酸甘油醛脱氢酶的磷酸甘油醛脱氢酶的NADNAD+ +结合结构域和催化结构域结合结构域和催化结构域生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 分子伴侣分子伴侣(chaperone)(chaperone)：：能为其它蛋白质分子提供合适能为其它蛋白质分子提供合适 环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子本质：本质：热休克蛋白、伴热休克蛋白、伴侣分子、核质蛋白侣分子、核质蛋白 作用：作用： 分子伴侣能与未折叠肽段疏水部分可逆反复结分子伴侣能与未折叠肽段疏水部分可逆反复结合，使肽链正确折叠合，使肽链正确折叠 分子伴侣能与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，分子伴侣能与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠再诱导其正确折叠 分子伴侣能使二硫键形成正确的配对分子伴侣能使二硫键形成正确的配对 （三）分子伴侣参与蛋白质折叠（三）分子伴侣参与蛋白质折叠生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构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蛋白质的亚基蛋白质的亚基 (subunit) (subunit)：：含有二条含有二条或多条多肽链的或多条多肽链的蛋白质分子中，每条蛋白质分子中，每条具有完整具有完整三级结构的三级结构的多肽链，称为多肽链，称为亚基亚基生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构 均一四级结构：相同亚基组成均一四级结构：相同亚基组成同聚体同聚体非均一四级结构：不相同亚基组成非均一四级结构：不相同亚基组成异聚体异聚体生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 一级结构：一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构氨基酸的排列顺序，线性结构二级结构：二级结构：局部局部主链原子的空间排布。
主链原子的空间排布 （螺旋、折叠、转角、无规）（螺旋、折叠、转角、无规） 超二级结构：超二级结构：几个二级结构的组合几个二级结构的组合 模体：模体：具有功能作用的超具有功能作用的超二级结构二级结构结构域：结构域：局部局部主链和侧链原子的空间排布主链和侧链原子的空间排布三级结构：三级结构：主链和侧链主链和侧链所有所有原子的空间排布原子的空间排布 一条多肽链所有原子的空间排布一条多肽链所有原子的空间排布四级结构：四级结构：多条多条肽链之间原子的空间排布肽链之间原子的空间排布生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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第三节第三节生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （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、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础是高级结构与功能的基础牛核糖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生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 β-β-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、β-β-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能结构与功能胰岛素胰岛素氨基酸残基序号氨基酸残基序号A5A6A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSerIleAla生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 根据蛋白质结构与功能关系分类：根据蛋白质结构与功能关系分类： 序列相似、序列相似、结构相似（结构域、模体）、结构相似（结构域、模体）、功能相似功能相似 根据同源蛋白质序列相似程度分类根据同源蛋白质序列相似程度分类同源蛋白：同源蛋白：来自同一祖先（功能相似）的蛋白来自同一祖先（功能相似）的蛋白 质，氨基酸质，氨基酸序列序列相似程度相似程度>25%>25%。
分类分类序列相似程度序列相似程度相同蛋白相同蛋白95 %亚家族亚家族80～～95 %家族家族50～～80%超家族超家族25～～50%蛋白质的分类蛋白质的分类生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质形状根据蛋白质形状:纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息氨基酸序列提供重要的生物化学信息细胞色素细胞色素(cytochrome C)，，比较一级结构，比较一级结构，可以帮助了解物种进可以帮助了解物种进化间的关系化间的关系 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血 glu: GTA→ val:GAA N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)HbS β 肽链肽链HbA β 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”。
生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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1 1、、蛋白质蛋白质功能需要功能需要完整的空间结构完整的空间结构 单亚基单亚基蛋白质蛋白质( (单聚体单聚体): ): 结构域没有完整的功能结构域没有完整的功能 多亚基蛋白质多亚基蛋白质( (寡聚体寡聚体): ): 三级结构三级结构没有完整没有完整功能2、空间结构改变（变构）、空间结构改变（变构）, 功能改变功能改变3、空间结构破坏（变性）、空间结构破坏（变性）, 功能丧失功能丧失生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 n肌红蛋白（肌红蛋白（MbMb）） / /血红蛋白（血红蛋白（HbHb））血红素结构血红素结构: : 铁卟啉化合物铁卟啉化合物 4个吡咯环、个吡咯环、 4个甲炔基、个甲炔基、 2个丙酸基与个丙酸基与aa连接连接Fe2+ 6个配位键：个配位键： 4N、组、组aa、、O2（一）（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 肌红蛋白（肌红蛋白（Mb））一条肽链，含一条肽链，含1个血红素，个血红素，可结合可结合1个个O2血红蛋白（血红蛋白（Hb））4个亚基，亚基结构与个亚基，亚基结构与Mb相似相似含含4个血红素，各结合个血红素，各结合4个个O2亚基之间亚基之间8对盐键对盐键。
生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 氧合氧合Hb（（Mb）：）：与与O2结结合后的合后的Hb （（Mb）） 百分饱和度：百分饱和度：氧合氧合Hb(Mb)占总占总Hb(Mb)的百的百分数氧解离曲线：氧解离曲线：氧分压与氧氧分压与氧百分饱和度的关系曲线百分饱和度的关系曲线血红蛋白的构象变化与结合氧的功能血红蛋白的构象变化与结合氧的功能 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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Mb: 呈直角双曲线呈直角双曲线 MB易与易与O2结合结合 Hb: 呈呈S状曲线状曲线 O2分压低时：分压低时：Hb不易与不易与O2结合；结合； O2分压升高：逐渐分压升高：逐渐增强结合力增强结合力生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 紧密型（紧密型（T态）态）：： 盐键连接，亚基紧密结合，盐键连接，亚基紧密结合，O2亲合力低亲合力低松弛型（松弛型（R态）：态）： 盐键断裂，亚基松弛结合，盐键断裂，亚基松弛结合，O2亲合力高亲合力高二）血红蛋白亚基构象变化影响亚基与氧结合（二）血红蛋白亚基构象变化影响亚基与氧结合亚基之间亚基之间8对盐键对盐键，使，使Hb形成形成2种空间结构。
种空间结构生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 • 缺缺O2 时，时，Hb呈呈T态；态；• O2升高与升高与亚基结合，盐键断裂；亚基结合，盐键断裂；• Hb由由T态转变为态转变为R态；态；• R态态Hb与与O2亲合力提高亲合力提高生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 O2血红素与血红素与O2结合结合；；铁铁原原子子半半径径变变小小，，进进入卟啉环小孔中；入卟啉环小孔中；肽肽链链位位置置变变动动,影影响响亚亚基的构象；基的构象；盐盐键键断断裂裂，，T态态转转变变为为R态；态；亚基结合亚基结合O2能力增强能力增强生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 协同效应协同效应(cooperativity)(cooperativity) 一个多聚体蛋白质的一个亚基与配体结合，一个多聚体蛋白质的一个亚基与配体结合，能影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种能影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种现象称为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)Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合结合，，促进第二个亚基与促进第二个亚基与O2结合。
结合生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 别构效应别构效应(allosteric effect)蛋蛋白白质质空空间间结结构构（（构构象象））的的改改变变伴伴随随其其功能的变化，称为功能的变化，称为别构效应（变构效应）别构效应（变构效应）Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合结合，引起，引起HbHb的空间结的空间结构改变构改变，从，从T态变构为态变构为R态，态，O2结合力改变结合力改变生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引起疾病可引起疾病蛋白质构象疾病：蛋白质构象疾病： 蛋蛋白白质质构构象象发发生生改改变变，，影影响响蛋蛋白白质质功功能能，，所导致的疾病，称之所导致的疾病，称之 蛋白质的折叠发生错误，一级结构不变蛋白质的折叠发生错误，一级结构不变 人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等亨停顿舞蹈病、疯牛病等生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质构象改变导致疾病的机制：蛋白质构象改变导致疾病的机制： 蛋白质错误折叠后相互聚集，蛋白质错误折叠后相互聚集， 聚集蛋白抵抗蛋白水解酶，聚集蛋白抵抗蛋白水解酶， 产生淀粉样纤维沉淀，而致病。
产生淀粉样纤维沉淀，而致病病理改变病理改变：：蛋白质淀粉样纤维沉淀蛋白质淀粉样纤维沉淀生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 疯牛病：疯牛病：由朊病毒蛋白由朊病毒蛋白(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朊病毒蛋白的分型：朊病毒蛋白的分型： 正常细胞型正常细胞型PrP：：PrPc 异常致病型异常致病型PrP：：PrPsc朊病毒蛋白的特点：朊病毒蛋白的特点： 同一同一基因编码，氨基酸顺序和共价修饰相同基因编码，氨基酸顺序和共价修饰相同 PrPc：：α螺旋构成、螺旋构成、 蛋白酶敏感型蛋白酶敏感型 PrPsc：：β折叠构成、折叠构成、抗抗蛋白酶消化型蛋白酶消化型疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 在某种未知蛋白质的作用下，在某种未知蛋白质的作用下，PrPc转变成为转变成为β-折叠的折叠的PrPsc，从而致病从而致病PrPcα-螺旋螺旋PrPscβ-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病 以外源或新生的以外源或新生的PrPsc为模板，使为模板，使PrPc转变为转变为PrPsc。
PrPsc经蛋白酶消化后剩下的核心部分分子量约经蛋白酶消化后剩下的核心部分分子量约27—30KD(PrP27—30)仍具感染性仍具感染性生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 一、一、蛋白质两性电离的性质蛋白质两性电离的性质n蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，，在在一一定定的的溶溶液液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当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，，即即成成为为兼兼性性离离子子，，净净电电荷为零，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。
生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 PHPI生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 利用电荷性质差异进行蛋白质分离利用电荷性质差异进行蛋白质分离蛋蛋白白质质在在高高于于或或低低于于其其pI的的溶溶液液中中为为带带电电的的颗颗粒粒，，在在电电场场中中能能向向正正极极或或负负极极移移动动这这种种通通过过蛋蛋白白质质在在电电场场中中泳泳动动而而达达到到分分离离各各种种蛋蛋白白质质的的技技术术, 称称为为电电泳泳(elctrophoresis)(elctrophoresis) 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 二、蛋白质胶体性质二、蛋白质胶体性质蛋蛋白白质质分分子子量量1 1万万至至100100万万之之间间，，分分子子的直径的直径1 1～～100nm100nm，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的因素: :水化膜：水化膜：表面极性基团吸附表面极性基团吸附H2O分子颗粒表面电荷：颗粒表面电荷：静电斥力，静电斥力，使蛋白质颗粒使蛋白质颗粒不易聚集。
不易聚集 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 +++++++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生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 蛋白质沉淀：蛋白质沉淀：蛋白质胶体性质破坏，或疏水基蛋白质胶体性质破坏，或疏水基团暴露，使蛋白质分子聚集，而从溶液中析团暴露，使蛋白质分子聚集，而从溶液中析出的现象出的现象使蛋白质沉淀的因素：使蛋白质沉淀的因素： 中和电荷：中和电荷：pH=pI 破坏水化膜：破坏水化膜：脱水剂脱水剂 破坏空间结构：破坏空间结构：蛋白质变性蛋白质变性 结构改变，疏水基团暴露结构改变，疏水基团暴露 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 在物理和化学因素作用下，在物理和化学因素作用下，蛋白质蛋白质特定特定空间构象被破坏空间构象被破坏，，即有序的空间结即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其构变成无序的空间结构，从而导致其理理化性质改变和生物学活性的丧失化性质改变和生物学活性的丧失。
蛋白质变性蛋白质变性(denaturation)三、蛋白质空间结构破坏而引起变性三、蛋白质空间结构破坏而引起变性生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 引起变性的因素：引起变性的因素：加热、乙醇等有机溶剂、强加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 变性的本质：变性的本质：破坏非共价键和二硫键，破坏非共价键和二硫键， 不改变蛋白质的一级结构不改变蛋白质的一级结构 变性的结果：变性的结果： 理化性质改变：理化性质改变：溶解度降低，粘度提高溶解度降低，粘度提高 生物学功能丧失，生物学功能丧失，称为失活称为失活生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 应用举例应用举例: : 使蛋白质变性：使蛋白质变性：临床医学上，变性因临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌素常被应用来消毒及灭菌 防止蛋白质变性：防止蛋白质变性：有效保存蛋白质制有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件剂（如疫苗等）的必要条件 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，，去去除除变变性性因因素素后后，，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分恢恢复复其其原有的构象和功能，称为原有的构象和功能，称为复性复性 。
蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation) 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 β-β-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、β-β-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 变性的蛋白质易于沉淀：变性的蛋白质易于沉淀：疏水侧链暴露，水化膜破坏，疏水侧链暴露，水化膜破坏，调节调节pH，蛋白质容易从溶液中沉淀蛋白质容易从溶液中沉淀沉淀的蛋白质并不都变性沉淀的蛋白质并不都变性 蛋白质变性与沉淀蛋白质变性与沉淀生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 四、蛋白质四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰在紫外光谱区有特征性吸收峰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生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量溶液含量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)生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 六、蛋白质组学六、蛋白质组学（一）蛋白质组学基本概念（一）蛋白质组学基本概念蛋白质组蛋白质组（（proteome):proteome):是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即质，即““一个基因组所表达的全套蛋白质一个基因组所表达的全套蛋白质”” 蛋白表达谱蛋白表达谱蛋白质翻译后修饰谱蛋白质翻译后修饰谱生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 （二）蛋白质组学研究技术平台（二）蛋白质组学研究技术平台 蛋白质组学是高通量，高效率的研究蛋白质组学是高通量，高效率的研究: :Ø双向电泳双向电泳分离样品蛋白质分离样品蛋白质 Ø蛋白质点的定位、切取蛋白质点的定位、切取 Ø蛋白质点的蛋白质点的质谱分析质谱分析 （三）蛋白质组学研究的科学意义（三）蛋白质组学研究的科学意义反映蛋白质的表达和功能全貌。
反映蛋白质的表达和功能全貌比较蛋白质组学，寻找疾病特异性蛋白质分子比较蛋白质组学，寻找疾病特异性蛋白质分子生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 第五节第五节蛋白质的分离纯化与结构分析蛋白质的分离纯化与结构分析The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 一、一、透析及超滤法透析及超滤法: 清除蛋白质溶液中的小分子化合物清除蛋白质溶液中的小分子化合物二、二、蛋白质沉淀：蛋白质沉淀：丙酮沉淀、盐析、免疫沉淀丙酮沉淀、盐析、免疫沉淀三、三、电荷性质电荷性质: 电泳法电泳法四、四、相分配或亲和结合相分配或亲和结合: 层析方法层析方法五、五、蛋白质颗粒沉降蛋白质颗粒沉降: 超速离心分离超速离心分离生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 六、应用化学或反向遗传学方法六、应用化学或反向遗传学方法分析多肽链氨基酸序列分析多肽链氨基酸序列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。
基酸顺序的结果生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 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测定蛋白质末端氨基酸序列测定蛋白质末端氨基酸序列测定测定cDNA序列序列排列出排列出mRNA序列序列根据末端氨基酸序列设计根据末端氨基酸序列设计RT-PCR引物引物RT-PCR扩增扩增cDNA生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 七、应用物理学、生物信息学原理可进七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定行蛋白质空间结构测定二级结构测定：二级结构测定：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 - -螺螺旋旋的的CDCD峰峰：：222nm222nm负负峰峰、、208nm208nm负负峰峰、、198nm198nm正峰三个成分；正峰三个成分； 而而 - -折叠的折叠的CDCD谱不很固定谱不很固定 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 三级结构测定：三级结构测定：X射线衍射法射线衍射法(X-ray diffraction)核磁共振技术核磁共振技术(nuclear magnetic resonance, NMR) 是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。
是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法 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： 几十万蛋白质序列几十万蛋白质序列 7000 7000蛋白质空间结构：蛋白质空间结构：X射线衍射法、射线衍射法、NMR生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 Ø同源模建同源模建：：待研究序列与已知结构的待研究序列与已知结构的同源蛋白同源蛋白进行进行序列比对，通过模建和能量优化计算，产生序列比对，通过模建和能量优化计算，产生待研究待研究序列三维结构序列相似性越高，预测的模型也越序列三维结构序列相似性越高，预测的模型也越准确Ø折叠识别折叠识别：：通过预测二级结构、预测折叠方式和参通过预测二级结构、预测折叠方式和参考其它蛋白的空间结构，从而产生考其它蛋白的空间结构，从而产生待研究待研究序列的三序列的三维结构Ø从无到有从无到有：：根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，根据单个氨基酸形成二级结构的倾向，加上各种作用力力场信息，直接产生加上各种作用力力场信息，直接产生待研究待研究序列三序列三维结构 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：生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 目的与要求目的与要求 掌握：掌握：氨基酸侧链的结构特点；蛋白质的分子氨基酸侧链的结构特点；蛋白质的分子结构形式和特点、蛋白质的理化性质。
结构形式和特点、蛋白质的理化性质熟悉：熟悉：蛋白质的一级结构、空间结构与功能的蛋白质的一级结构、空间结构与功能的关系；关系；了解：了解：蛋白质的分离、纯化与序列分析技术蛋白质的分离、纯化与序列分析技术 （结合实验课学习）（结合实验课学习）生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 生物化学第01章蛋白质的结构与功能临床5年制第 。