蛋白质(生物技术)

2、β-折叠(β-pleated sheet)
多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；
侧链交错位于锯齿状结构的上下方；
氢键维系：氢键的方向垂直长轴；
可有顺平行片层和反平行片层结构。 3、其它 （1）肽链主链出现的180°回折部分称β-转角。 （2）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽 链构象称为无规卷曲。
蛋白质一级结构是空间结构和生物 功能的基础，一级结构决定空间结 构；但一级结构并非决定空间结构 的唯一因素。空间结构是生物活性 的直接体现。
刘新文，蛋白质化学
一、一级结构与功能的关系
1、一级结构中的保守序列决定空间结构 （1）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、 不同结构不同功能 （2）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空 间结构 【经典举例】酶原激活、分子病、蛋白变性与复性 （3）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守 氨基酸不变，功能不变 【经典举例】分子病
【经典举例】镰形细胞贫血症：编码珠蛋白β链的
结构基因第六个密码子由CTT→CAT，相应的多
肽序列中N端的第六个氨基酸由Glu→Vla；其空
间结构发生相应改变，在表面形成互补区，使蛋 白质分子之间彼此聚合，促使红细胞在低氧压下 变形成镰形，丧失运输氧的生物活性。
刘新文，蛋白质化学
4、蛋白构象疾病：疯牛病，由于朊病毒蛋白 （PrP）构象改变导致蛋白质聚集，形成抗蛋白 水解酶的淀粉样纤维沉淀。
蛋白质化学
刘新文，蛋白质化学
第一节 蛋白质（protein） 的生物学功能
刘新文，蛋白质化学
刘新文，蛋白质化学
2、蛋白质的重要生物学功能
其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白
3、氧化供能
刘新文，蛋白质化学
第二节 蛋白质的分子组成
刘新文，蛋白质化学
一、元素组成
1、主要元素：碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白 质还含有少量磷和金属元素。
1、按照组成分类：单纯蛋白、结合蛋白 单纯蛋白：只有氨基酸组分 结合蛋白：氨基酸组分＋其他组分（辅基） 2、按照生物功能分类：酶、调节蛋白、转运蛋白、
运动蛋白、防御蛋白、营养蛋白、储存蛋白、结构蛋白、 毒蛋白，等
3、根据形状分类 纤维蛋白 球状蛋白
刘新文，蛋白质化学
第四节 蛋白质结构与功能的关系
变性环境 温和复性
变性蛋白
（具有正确的一级结构但无 高级结构，无生物活性）
温和复性
去除部分变性剂
非天然蛋白
（具有正确的一级结构和错误 的高级结构，无生物活性）
【经典举例】Rnase
刘新文，蛋白质化学
2、前体蛋白与活性蛋白的转变
前体蛋白
（一级结构冗余，高 级结构错误，因此无 生物活性）
适合环境 （切除冗余及 其它变化）
活性蛋白
（具有正确的一级结 构和高级结构，因此 具有生物活性）
【经典举例】酶原激活：胃蛋白酶原切除N端42
个氨基酸后形成活性中心及其他空间构象，转变
为具水解蛋白质活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切 除N端6个氨基酸后形成活性中心及其他正确构象， 转变为具有水解活性的胰蛋白酶。
刘新文，蛋白质化学
3、分子病（molecular disease）：由于基因结 构改变，蛋白质一级结构中的关键氨基酸发生改 变，从而导致蛋白质功能障碍，出现相应的临床 症状，这类遗传性疾病称为分子病。
2、特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含
氮量为16%。 3、定氮法测定蛋白质含量： 蛋白质含量＝6.25×样品含氮量
刘新文，蛋白质化学
二、结构单位——氨基酸（amino acid）
1、蛋白质的结构单位
刘新文，蛋白质化学
5、成肽反应：
刘新文，蛋白质化学
第三节 蛋白质的分子结构
刘新文，蛋白质化学
•与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，
辅助二硫键的正确形成；
•引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的
结构； •可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。
刘新文，蛋白质化学
二、空间结构与功能的关系
空间结构中的特定区域体现生物活性 1、空间结构体现生物特异性 2、空间结构体现生物活性
3、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调
线呈“S”型。
多种空间构象，多种活性状态
刘新文，蛋白质化学
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4、空间构象并非生物活性的唯一影响因素
刘新文，蛋白质化学
2、肽分类、命名
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2、肽分类、命名
3、生物活性肽： 谷胱甘肽 神经肽：脑啡肽、内啡肽、强啡肽、P物质、Y肽 肽类激素：催产素、加压素等
其他：生长因子；短杆菌S；甜味肽等
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1、透析、超滤 根据性质：分子大小
2、盐析（salting out）
根据性质：蛋白质的沉淀 作用机理：中性盐中和表面电荷，破坏水化层 影响因素：表面电荷、水化层、溶剂性质
刘新文，蛋白质化学
3、电泳：
根据性质：蛋白质的两性解离
作用机理：异性电荷互相吸引
影响因素：电荷种类及数量、分子大小及形状、 溶液离子强度及pH等 4、层析 （1）离子交换层析：电荷、分子量、分子形状 （2）亲和层析：生物特性
（1）沉淀：不稳定蛋白质从溶液中析出 （2）结絮：变性蛋白质的絮状沉淀，沉淀可溶于强 酸、强碱
（3）凝固：沉淀结块，凝块不溶于强酸、强碱
Fra Baidu bibliotek
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5、变性(denaturation)、复性(renaturation)
（1）变性：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间
结构被破坏，从而导致其理化性质改变、生物活性丧 失的现象称为变性。变性不涉及一级结构的变化。 理化性质的变化：紫外吸收、化学活性及粘度上升，
一、蛋白质的基本结构形式
1、连接方式：肽键
肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基与
另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。 （…CONH…） 肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原子 和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。
（CαCONHCα）
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1、α-螺旋(α-helix)
右手螺旋：3.6个AA/圈，螺距0.54nm；
氢键维系：链内氢键（AA1…AA4），平行长轴；
侧链伸出螺旋
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2、β-折叠(β-pleated sheet)
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影响二级结构形成的因素
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次 级 键 介 导 蛋 白 质 高 级 结 构 形 成
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四、超二级结构、域结构
1、超二级结构( supersecondary structure )
（1）基序或模序（motifs or modules，模体符） 在许多蛋白质中，有两个或三个具有二级结构的肽段 在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为
亚基(subunit)：寡聚蛋白中的单条独立的多肽
链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时 一般无生物学活性。亚基之间以非共价键联系， 亚基可以相同或不同。 亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主
要）、盐键、氢键、范德华力
亚基可以相同或不同
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七、蛋白质的分类
一级结构是空间结构及生物活性的基础…..特异 一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键
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三、二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空 间排列，不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架 原子的相对空间位置，主要有α-螺旋、β-折叠、β-转 角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为氢键。
长度缩短：球形、椭球形、杆状，等 多数同时含有α-螺旋和β-折叠 氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表 面，少数内部）、带电（表面） 次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键
功能区：表面或特定部位
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六、四级结构
寡聚蛋白中亚基的立体排布及相互作用。
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一、理化性质
1、两性解离与等电点：同“氨基酸两性解离”
2、紫外吸收：最大吸收波长＝280nm
3、胶体性质：不能透过半透膜 4、沉淀、凝固
蛋白质在溶液中维持稳定的因素： 表面电荷、水化层（溶剂化层） 变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性
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独特的空间构象，与分子整体以共价键相连，并承
担特定的生物学功能。 结构域与分子整体以共价键相连
具有相对独立的空间构象和生物学功能
同一蛋白质中的结构域可以相同或不同，不同 蛋白质中的结构域也可能相同或不同
刘新文，蛋白质化学
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五、三级结构
蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子 的整体空间排布，包括主链和侧链。三级结构的形 成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。
【举例】低温下酶活性低，但并不影响构象；盐
析时沉淀的酶无活性，但构象不变。
5、蛋白构象疾病：错误构象相互聚集，形成抗 蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。 老年痴呆 疯牛病
亨汀顿舞蹈病
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1、蛋白质的变性与复性
天然蛋白
（具有正确的一级结 构和高级结构，因此 具有生物活性）
节特性
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别构效应（别位效应、变位效应，allosteric
effect）：蛋白质分子的特定部位（调节部位）与
小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发
生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构 效应。包括正协同、负协同效应 【经典举例】血红蛋白（Hb）：由α2β2四聚体组 成，每个亚基含有1个血红素辅基；Hb的氧解离曲
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2、一级结构并非影响空间结构的唯一因素 分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侣)： 在蛋白质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进 入细胞器的转位过程中起关键作用的一类蛋白质。
正常动物PrPc
（二级结构多为α 螺旋、 对蛋白酶敏感、水溶性）
致病蛋白PrPsc
未知蛋白 （二级结构及 其它变化）
（一级结构相同，但二 级结构全为β折叠，抗蛋 白酶、水溶性差、蛋白 聚集成淀粉样沉淀）
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第五节 蛋白质的理化性质 及分离纯化
刘新文，蛋白质化学
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4、蛋白质的基本结构形式：
多肽链 (…NHCHCONHCHCO…)
多肽链的方向性：从N末端指向C末端。
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二、蛋白质的一级结构 (primary structure)
一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺
序；主要靠肽键维系。
二～四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间构 象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。 一级结构体现生物信息：20n ………….多样
模序。有的将这种规则的二级结构的聚集体称为超二
级结构，它们可直接作为三级结构的“建筑块”或域 结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。 （2）类型：αα、ββ、αβα、锌指结构、亮氨酸拉链
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2、域结构（domain，结构域） 域结构是在较大的蛋白质分子中所形成的两个或 多个在空间上可明显区别的局部区域。结构域具有
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二、蛋白质的分离纯化
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二、蛋白质的分离纯化
易被蛋白酶水解；溶解度下降、结晶能力丧失。
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（2）复性
（3）应用
①利用变性： 酒精消毒 高压灭菌 血虑液制备
②防止变性：低温保存生物制品
③取代变性：乳品解毒(用于急救重金属中毒)
6、呈色反应：双缩尿反应，等 双缩尿反应可检测蛋白质的水解程度
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