蛋白质的结构与功能 一、什么是蛋白质? 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。 二、蛋白质的生物学重要性 1. 蛋白质是生物 体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。 蛋 白 质 的 分 子 组 成The Molecular Component of Protein 一、 组成蛋白质的元素 .主要有C、H、O、N和S。        有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。  蛋白质元素组成的特点 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 二、蛋白质的基本单位-氨基酸(一)氨基酸的结构(通式)      存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种(20-22)，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）如图示。 . 几种生物活性肽  1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH) 蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein ?-折叠 不规则卷曲 环或卷曲结构  ：无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。  相对没有规律性的排布，但是其同样表现重要生物学功用。  C.二级结构的维系力:氢键 .蛋白质的四级结构 具有四级结构蛋白质 review .血红蛋白的构象变化与结合氧     Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。 * 协同效应(cooperativity)    一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。  如果是促进作用则称为正协同效应     (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应                                   (negative cooperativity) 变构效应(allosteric effect) 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。 蛋白质等电点 Protein                     pI Pepsin                                1.0 Serum albumin                   4.9 Urease                                5.0 Hemoglobin                        6.8 Myoglobin                          7.0 Chymotrypsinogen             9.5 Lysozyme                           11.0  变性蛋白质的特点:       粘度增加，溶解度降低，易沉淀,易被蛋白酶降解,丧失生物学活性.  &.透析 .肌红蛋白与血红蛋白的结构     (二)、蛋白质空间结构与功能的关系     目 录 肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线 O2 血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。  天然状态，有催化活性      尿素、  β-巯基乙醇   去除尿素、 β-巯基乙醇 非折叠状态，无活性 .蛋白质构象改变与疾病    蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。 蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。 这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。 疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。 PrPc α-螺旋 PrPsc β-折叠 正常 疯牛病 第三节 蛋白质的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Protein 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。  * 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)  当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。 一、蛋白质两性解离和等电点             Pr COOH NH3+  OH- H+ Pr NH3+ COO_    OH-  Pr    H+ NH2   COO   - 正离子 pH＜ pI 两性离子 pH﹦pI 负离子 pH ＞ pI 二.蛋白质的胶体性质     蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。  * 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷 水化膜 + + + + + + + 带正电荷的蛋白质 － － － － － － － － 带负电荷的蛋白质 在等电点的蛋白质 水化膜 + + + + + + + + 带正电荷的蛋白质 － － － － － － － － 带负电荷的蛋白质 不稳定的蛋白质颗粒 酸 碱 酸 碱 酸 碱 脱水作用 脱水作用 脱水作用 溶液中蛋白质的聚合沉淀 三.蛋白质的变性、沉淀和凝固     * 蛋白质的变性(denaturation) 在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。  引起变性的因素:物理、化学与生物学因素如 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。      变性的本质 ——  破坏非共价键（次级键）和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。 .提示：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。它由遗传密码决定,其上有酶切位点,一级结构可测定,并不同种属间有同源性. 目 录 二、蛋白质的空间结构 指蛋白质分子空间的三维结构,即立体,空间的构象，在蛋白质分子中各元素围绕某些化学键进行旋转,从而形成各种空间排布及相互关系 (一).蛋白质的二级结构 1.肽键平面(肽单元,肽平面,酰胺平面) 是蛋白质的基本结构单位.如图:  参与肽键的6个原子C?1、、C、O、N、H、C?2位于同一平面，，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。 肽键平面—形成二级结构的基础 有关对肽键平面的描述？  2.二级结构的概念与基本形式 A.概念:一条多肽链中局部原子的空间排佈 B.二级结构的基本形式 （1） ?-螺旋 ( ? -helix )   （2
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