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1、ch.1蛋白质-3 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、一级结构与功能的关系n同种功能的蛋白质具有相似的一级结构;u 细胞色素cu 胰岛素n一级结构的改变会引起功能的变化。u 镰刀状细胞贫血症二、高级结构与功能的关系n相同功能的蛋白质,高级结构很相似;n高级结构决定生物学功能,功能与结构之间相适应。u朊病毒u肌红蛋白与血红蛋白三、一级结构与高级结构关系n一级结构决定高级结构,通过高级结构行使生物学功能;*即蛋白质的生物学功能起决于氨基酸排列顺序,分子
2、 伴侣(娘)在多肽链折叠中起作用。n蛋白质前体经激活之后才能形成正确的高级结构,成为有功能的活性蛋白。u前胰岛素原u凝血酶原第六节 蛋白质的重要理化性质一、两性解离和等电点 n在纯水中测得的等电点又称为蛋白质的等离子点等离子点,是蛋白质的特征常数。n等电点时等电点时,蛋白质的溶解度溶解度、粘度,渗透压、膨胀性和导电能力均为最小最小。(易沉淀析出,因为缺少电荷排斥作用)。n蛋白质在溶液中解离成带电颗粒,在电场中可以向电荷相反的电极移动,这种现象称为电泳电泳。电泳的方向与速度与起决于:电荷的电性与多少;颗粒的大小与形状。根据这一原理就可以从蛋白质混合液中将各种蛋白质分离开来,所以电泳技术已成为分析
3、、分离蛋白质的重要手段之一。二、胶体性质 n蛋白质水溶液为稳定的亲水胶体,其成因:直径在220nm;颗粒外面形成一层水化层水化层(表面极性AA对水亲合性);带电荷(在非等电点时,相同蛋白质颗粒带同种电荷,相互排斥)。n具有布朗运动、丁达尔效应、电泳现象、吸附现象以及不不能能透透过过半半透透膜膜等胶体溶液的性质。利用其不能透过半透膜性质,建立透析法可分离、纯化蛋白质。n当蛋白质溶液部分失水或达到一定浓度的蛋白质溶液冷却时可形成凝凝胶胶,如豆腐、奶酪、鱼汤冻、猪脚汤冻。胶凝作用的逆过程为胶溶作用,如为干凝胶的种子在发芽时大量吸水。三、变性与复性n变性:变性:在理化因素的影响下,天然蛋白质分子内部原
4、有的高级结构发生变化时,其理化性质和生物学功能都随之改变或丧失,但并未导致一级结构的变化,这种现象叫变性作用。变性实质为变性实质为分子中各种次级键被次级键被破坏破坏(有时包括二硫键),其空间构象从紧密有序状态变成松散无序状态,但不涉及一级结构破坏。n引发变性的因素u物理因素:加热、紫外线、X射线、超声波、剧烈振荡、搅拌或高压等。u化学因素:强酸、强碱、脲、胍、重金属盐、生物碱、有机溶剂等。n变性伴随的表现u功能上:生物活性丧失;u理化性质上:紫外吸收和粘度增大,溶解度、渗透压和扩散速度降低,易絮凝、不易结晶(可判断蛋白质是否为天然构象),疏水基团外露,侧链反应增强,对酶的作用敏感,易被水解。n
5、复性:复性:引起蛋白质变性的条件不很剧烈,其三维结构破坏不很严重的情况下,除去变性因素后,变性的蛋白质可缓慢恢复其天然构象,并恢复原有的理化性质和生物活性,这种现象称为复性。四、沉淀n沉淀:沉淀:蛋白质分子因脱水、失去电荷、变性或生成难溶盐而从溶液中沉淀析出的现象。n引发沉淀的因素u高高 浓浓 度度 中中 性性 盐盐:加 入 高 浓 度 的 中 性 盐(如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl),可破破坏坏蛋蛋白白质质的的水水化化层层,中中和和蛋蛋白白质质的的电电荷荷,从而使蛋白质沉淀析出,此现象称为盐盐析析,该方法不不会会使使蛋蛋白白质质产产生生变变性性,是最常用的蛋白质沉淀方法。球蛋白
6、通常不溶于纯水,而溶于稀中性盐溶液,其溶解度随稀盐浓度的增加而增大,这称为盐溶盐溶。u有有机机溶溶剂剂:在蛋白质溶液中加入能与水互溶的有机溶剂,如乙醇、丙酮等,可破破坏坏蛋蛋白白质质的的水水化化膜膜,使蛋白质沉淀。此法常在低低温温条条件件下下进进行行,否否则则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性产生变性。u重重金金属属盐盐:重金属盐可与蛋蛋白白质质中中带带负负电电的的基基团团结合结合使蛋白质沉淀,同时还会使之变性会使之变性。u生生物物碱碱试试剂剂:生物碱试剂一般为弱酸性物质,如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。蛋蛋白白质质在在酸酸性性条条件件下下带带正正电电,能能与与生生物物碱碱试试剂剂的
7、的酸酸根根离离子子结结合合而而产生沉淀。产生沉淀。u加加热热:几乎所有蛋白质都因加热变性而凝固;少少量量盐盐可可促促进进凝凝固固;当处于蛋白质等电点时,加热凝固迅速而完全。五、紫外吸收及显色反应 n蛋白质溶液在近紫外区280nm处有光吸收,主要是由带芳香环的氨基酸决定的。n显色反应u茚茚三三酮酮反反应应:多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色化合物。u双双缩缩脲脲反反应应:多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反应,随着肽键的数目越多,颜色依次为粉红、紫红、紫、蓝。u酚酚试试剂剂反反应应:多肽与蛋白质与酚试剂生成蓝色的化合物。第七节 蛋白质的分类一、按形状分n球状蛋白u例如:肌红蛋白、血红蛋白、各种蛋白酶类,
8、多为功能性蛋白。n纤维状蛋白:分子轴比大于10 u例如:不溶性(硬蛋白)的角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白;可溶性的肌球蛋白、纤维蛋白原等;多为结构性蛋白。*注注意意:微管、肌动蛋白细丝或鞭毛是球状蛋白质的长向聚集体,不属于纤维状蛋白质。二、按功能分n活性蛋白u例如:酶、激素蛋白、运输蛋白、贮存蛋白、运动蛋白、防御蛋白等。n非活性蛋白u例如:角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白等,多为结构性蛋白。三、按化学成份分n简单蛋白:水解产物只有氨基酸u按溶解性不同分:清、球、谷、醇溶、精、组、硬蛋白。n结合蛋白:还有非蛋白成份u按辅基成份不同分:核(脱氧核糖核蛋白/核糖体核蛋白)、糖(糖蛋白/黏蛋白)、脂、磷、色、黄
9、素、金属蛋白类。第八节 蛋白质的研究技术蛋白质分离提纯的一般原则n根据蛋白质的溶解度分离n根据电荷差异分离n根据分子大小分离n根据配体特性异性分离n选择性吸附分离n根据疏水性的差异练一练n在蛋白质和多肽分子中,只存在一种共价键。()n蛋白质的特异性功能主要取决于:A、各氨基酸的相对含量 B、氨基酸的种类 C、氨基酸的排列顺序 D、非氨基酸细胞色素cn细胞色素c(cytochrome c)是真核细胞线粒体内膜上的一种含铁蛋白质,它在生物氧化中起传递电子的作用。脊椎动物细胞色素c 由104个AA组成,分子量约为12500。现已测定了包括动物、植物、真菌在内的上百种生物种属细胞色素c 的一级结构,比
10、较结果表明,进化上亲缘关系越近,其序列同源性越大。u同同源源蛋蛋白白质质:不同物种中行使相同或相似功能的蛋白质,如脊椎动物中的氧转运血红蛋白。u序序列列同同源源性性:同源蛋白质的AA序列具有的明显相似性,这种相似性称为序列同源(性);具有明显序列同源的蛋白也称同源蛋白质。u不变残基不变残基、可变残基可变残基根据细胞色素c 序列的物种差异建立的进化树n在已分析的不同物种细胞色素c 的一级结构中,有一成串的 7080 位的不变残基,这可能是细胞色素c 与酶结合的部位;在14和17位还均含有一个Cys 残基,用于连接辅基血红素。胰岛素n绝大多数物种的胰岛素由51个AA组成,其中 20多个氨基酸残基位
11、置始终不变,特别是A、B链的6个Cys 高度保守,其余的多为具有非极性侧链的AA,对稳定蛋白质的空间结构也起重要作用。n可变残基对稳定蛋白质的空间结构作用不大,但对免疫反应起作用。n猪与人接近,而狗则与人不同,因此可用猪的胰岛素治疗人的糖尿病。同源蛋白具有共同的进化同源n以氧合血红素蛋白为例,肌肉的氧合血红素蛋白肌红蛋白,含有153个AA残基;红细胞氧转运蛋白,血红蛋白是一个22的四聚体。n肌红蛋白、血红蛋白链、血红蛋白链是珠蛋白,有很高的序列同源。人肌红蛋白和人-珠蛋白有38个AA残基相同,而人-珠蛋白与人-珠蛋白有64个AA残基相同。这种同源关系表明随机突变导致一级结构上AA的取代和分歧事
12、件的进化顺序。氧合血红蛋白的进化树镰刀状细胞贫血症n镰刀状细胞贫血症是一级结构改变引发蛋白功能改变的典型实例,也是最早被认识的分子病之一。现已发现300多种存在于人类群体中的血红蛋白遗传变体。n镰刀型贫血症是由于血红蛋白亚基亚基上的第6位AA由谷氨酸变成了缬氨酸,导致Hb结构和功能发生改变,运氧气的能力大大降低,并且红细胞呈现为镰刀状。n平衡多形现象:纯合子50%Hb镰刀化,患者夭折;杂合子1%Hb镰刀化,患者寿命虽不长,但可抵抗一种非洲的疟疾。Glu(极性带负电荷)极性带负电荷)正常正常 Hb A Val (非极性)非极性)异常异常 Hb S 血红细胞镰刀化成因n在一级结构上看,镰刀状细胞贫
13、血症是6 Glu 被替换成6 Val;从三级结构看由于6 位于分子表面,这一替换相当于给Hb S 分子表面安上了一个疏水疏水侧链,会显著降低去氧Hb的溶解度。粘粘性性突突起起2股股Hb连锁连锁14股股Hb连锁连锁直径直径21.5nm高级结构改变引发的病变n疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、白内障及某些肿瘤等都是“折叠病”。就是相关蛋白质的三维空间结构异常,这种异常是由于致病蛋白质分子通过分子间作用感染正常蛋白质而造成的。肌红蛋白的结构6493血红蛋白n血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分,它的主要功能是运输氧和二氧化碳。其血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合:无氧存在时与水结合,生成去氧血红蛋白(Hb);有氧存在时能够与氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。n血红蛋白的四个亚基之间存在大量离子键,使其构象呈紧张态,对氧的亲和力很低。第一个亚基与O2结合时,离子键的破坏较难,所需要的能量较多;当第一个亚基结合氧之后,可引起其构象从紧张态变成松弛态,使得后继破坏的离子键所需能量较少,这就是构象的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强,第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。血红蛋白亚基氧合前后构象变化0.039nm血红蛋白中的离子键血红蛋白的T态和R态
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