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1、第一章 蛋白质化学,主要内容：介绍蛋白质的构件单位氨基酸的结构、分类、性质；肽的概念、结构；重点讨论蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互关系。,目录,第一节 蛋白质通论 第二节 蛋白质的基本构件单位氨基酸 第三节 蛋白质的一级结构和肽 第四节 蛋白质的三维结构 第五节 蛋白质的结构与功能的关系 第六节 蛋白质的重要性质,第一节 蛋白质通论,一、蛋白质的元素组成与分类 二、蛋白质的大小和分子量 三、蛋白质的构象及结构的组织层次 四、蛋白质功能的多样性,蛋白质主要元素组成：C、H、O、N、S 及 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。,蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测蛋白质含

2、量的理论依据： 蛋白质含量蛋白质含N量6.25,三聚氰胺 C3H6N6,凯氏定氮法,蛋白质是一种含氮的有机化合物，食品中的蛋白质经硫酸和催化剂分解后，产生的氨能够与硫酸结合，生成硫酸氨，再经过碱化蒸馏后，氨即成为游离状态，游离氨经硼酸吸引，再以硫酸或盐酸的标准溶液进行滴定，根据酸的消耗量再乘以换算系数，就可以推算出食品中的蛋白含量。,蛋白质的分类,结合蛋白质,根据组成分类,简单蛋白质,简单蛋白质分类,HMG14是组蛋白还是非组蛋白？high-mobility-group,结合蛋白质分类,A抗原糖链末端为N-乙酰半乳糖，而B抗原糖链末端为半乳糖,蛋白质结构的主要层次,一级结构,四级结构,二级结构

3、,三级结构,primary structure,secondary structure,Tertiary structure,quariernary structure,蛋白质分子的构象示意图,蛋白质的主要生理功能,蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：,催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 ,第二节 蛋白质的基本构件单位氨基酸,一、常见的蛋白质氨基

4、酸的结构通式 二、二十种常见的蛋白质氨基酸分类及结构 三、不常见的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸 四、氨基酸的性质 五、蛋白质的水解,-氨基酸的通式,生物体内的氨基酸类别,蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。,第21和22种氨基酸,硒代半胱氨酸 UGA 吡咯赖氨酸 UAG,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号,据R基团化学结构分类,脂肪族A （中性、含羟基或巯基、酸性、碱

5、性）,芳香族A(Phe、Tyr、Trp),杂环(His、Pro),据R基团极性分类,极性R基团AA,非极性R基团AA（种）,不带电荷（种）,据氨基、羧基数分类,一氨基一羧基,一氨基二羧基(Glu、Asp),二氨基一羧基(Lys、His、Arg),人的必需氨基酸 Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His,带电荷：正电荷（种）负电荷（种）,非极性R基团氨基酸,不带电荷极性R基团氨基酸,带电荷R基团氨基酸,甘氨酸 （Gly,G）,丙氨酸 （Ala,A）,缬氨酸 （Val,V）,亮氨酸 （Lue,L）,异亮氨酸 （Ile,I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨

6、基酸,丝氨酸 （Ser,S）,苏氨酸 （Thr,T）,半胱氨酸 （Cys,C）,甲硫氨酸 （Met,M）,酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,碱性氨基酸,赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,组氨酸 （His,H）,杂 环氨基酸,杂环氨基酸,组氨酸 （His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸 （Trg,W）,氨基酸的性质,(1)酸碱性质和等电点 (2)光学活性和光谱性质 (3)重要化学反应 与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sa

7、nger反应）:用于蛋白质N-端测定. 与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应）：用于蛋白N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。 与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定 成肽反应：氨基酸合成肽的反应基础,氨基酸的两性解离性质及等电点（pI）,pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,(pK1),(pK2),当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐酸盐（A+）,等电点甘氨酸（A

8、）,甘氨酸钠（A-）,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,B,氨基酸光学活性和光谱性质,1、旋光性：除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。 2、紫外吸收光谱：参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（max）分别为280、275、和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。 3、核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）波谱：原子核带有正电荷，只要自旋量

9、子数不等于零，其行为就象饶轴自旋的小磁体，因而能与外加磁场相互作用，产生核磁共振。例如3H、13C、2H、14H、32P的核都属于这一类。,TryTyrPhe的 紫外吸收光谱,摩尔吸收系数,波长,氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应 （sanger反应）,DNFB（dinitrofiuorobenzene）,DNP-AA(黄色),+,+ HF,氨基酸,氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应 （Edman反应）,PITC（phenylisothiocyanate）,+,苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) （phenylisothiohydantion-AA）,氨基酸与茚三酮反应,+,茚三酮

10、(无色),紫色化合物,氨基酸的成肽反应,甘氨酸,甘氨酸,二酮吡嗪,蛋白质的水解,根据水解程度 完全水解 氨基酸混合物 不完全水解 大小不等的肽和氨基酸,根据水解方法 酸水解：多数氨基酸稳定，不引起消旋作用；Trp完全被破坏，羟基氨基酸部分分解，Gln和Asn的酰胺基被水解下来。 碱水解： Trp稳定；多数氨基酸被不同程度破坏，且产生消旋现象，Arg脱氨。 酶水解：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸，但需多种酶协同作用。,第三节 蛋白质的共价结构,一、蛋白质中氨基酸的连接 方式和一级结构 二、肽键的结构和性质 三、肽的物理和化学性质 四、天然存在的活性肽 五、蛋白质一级结构测定,肽(peptide)

11、是氨基酸的线性聚合物，因此也常称肽链( peptide chain)。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的大分子，蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构。,蛋白质中氨基酸的连接方式,肽单位,肽键,多肽链结构示意图,蛋白质的一级结构,多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构(primary structure)。这是蛋白质最基本的结构，它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。,例：牛胰岛素的一级结构,肽单位,肽基的C、O和N原子间的共振相互作用,共振产生的重要结果：限制绕肽键的自由旋转 形成酰胺平面 产生键的平均化 肽键呈反式构型,sp2,sp2

12、,sp2,sp3,共振杂化体,天然存在的活性肽,类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽(glutathione) 短杆菌肽 抗生素 促甲状腺素释放因子（TRH） -天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯（甜味剂）,谷胱甘肽,谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。,促甲状腺素释放因子 （TRH）,短杆菌肽S,-天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯,NH2 CH C NH CH C ,蛋白质顺序测定基本方法路线,基本策略： 片段重叠法氨基酸顺序直测法 基本步骤： (1) 测定蛋白质分子中多肽链数目； (2)拆分蛋白质的多肽链，断开多肽链内二硫键； (3)分析每一条多

13、肽链的氨基酸组成； (4)鉴定多肽链N末端、C末端氨基酸残基； (5)裂解多肽链成较小的片段； (6)测定各肽段的氨基酸顺序； (7)片段重叠法重建完整多肽链一级结构； (8)确定半胱氨酸残基间形成二硫键交联桥的位置。,蛋白质一级结构测定,二硫键的断裂,多肽N、C-末端氨基酸的测定,N端 Sanger法（二硝基氟苯反应） DNS法（丹磺酰氯反应） Edman法（苯异硫氰酸脂PITC反应） 氨肽酶法 C端 肼解法 还原法 羧肽酶法,IPTG(异丙基硫代-D-半乳糖苷) ？,Edman化学降解法,1、偶联反应,2、环化反应,ATZ（噻唑啉酮苯胺）,少一个氨基酸残基的肽,3、转化反应,PTH-氨基酸

14、 （苯乙内酰硫尿氨基酸）,ATZ(噻唑啉酮苯胺),丹磺酰氯(dansyl chlorid) 末端分析（DNS法）,多肽,多肽,DNS-氨基酸,氨基酸混合物,+,-HCl,水解,多肽链的部分裂解,酶解法：如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶 葡萄球菌V8蛋白酶Glu 化学法：如溴化氰法 羟胺法,溴化氰断裂法,消化道内几种蛋白酶的专一性,（Phe.Tyr.Trp）,（Arg.Lys）,（脂肪族）,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,弹性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,（Phe. Trp）,氨基酸序列测定,基本方法： Sanger法 Edman降解法 DNS-Edman测序法 蛋白质顺序仪测序,片段重叠法确定肽段

15、在多肽链中顺序示意,所得资料： 氨基末端残基 H 羧基末端残基 S 第一套肽段 第二套肽段 OUS SEO PS WTOU EOVE VERL RLA APS HOWT HO,借助重叠肽确定肽段次序：,末端残基 H S 末端肽段 HOWT APS 第一套肽段 HOWT OUS EOVE RLA PS 第二套肽段 HO WTOU SEO VERL APS 推断全顺序 HOWTOUSEO VERLAPS,对角线电泳示意图,第四节 蛋白质的三维结构,一、 研究蛋白质构象的方法 二、多肽主链折叠的空间限制 三、R基团间的相互作用及稳定 蛋白质三维构象的作用力 四、 二级结构与超二级结构 五、 纤维蛋白

16、质的结构 六、球状蛋白质的三级结构和结构域 七、 亚基缔合和四级结构,X-射线衍射晶体结构分析示意图,R基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力 a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键,多肽链,酰胺平面与-碳原子的二面角（ 和 ）,二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角。,完全伸展的多肽主链构象,-碳原子,酰胺平面,=1800，=1800,=00，=00的多肽主链构象,酰胺平面,=00，=00,侧链,非键合原子接触半径,可允许的和值：Ramachandran构象图,四、蛋白质的二级

17、结构,() 螺旋（helix） () 折叠（-pleated sheet） () 转角（-turn） () 无规则卷曲（nonregular coil）,蛋白质的二级结构（secondary structure）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元主要有以下类型：,特征：1、 每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm; 2 、 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部C=0 和N-H几乎都平行于螺旋轴; 3、每个氨基酸残基的N-H与前面第四个氨基酸残基的C=0形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成

18、。 4、二面角-57 -48,螺旋（helix）,形成因素：与组成和排列顺序直接相关。 多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。,折叠（-pleated sheet）,特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即折叠片。 类别：平行 反平行,转角（-turn）,特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800 。,无规则卷曲示意图,无规则卷曲,细胞色素C的三级结构,超二级结构 (super-secondary s

19、tructure),在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元（即螺旋、折叠片和转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，称超二级结构。,类型：卷曲的卷曲 -螺旋； 单元； X单元； -迂回；回形拓扑结构 一些已知功能的超二级结构: 螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix，HTH） 锌指（Zine Finger,ZF） 亮氨酸拉链（leucine zipper,LZ） 螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH） EF手（EF-hand）,超二级结构类型,1 2 3 4 5,5 2 3 4 1

20、,-链, -迂回,回形拓扑结构,回形拓扑结构, -迂回,螺旋区-回折-螺旋识别特定的DNA碱基序列,COOH,NH2,识别螺旋,同源异形域（homeodomain）,锌指（Zine Finger）基元,亮氨酸拉链（leucine zipper）基元,（亮氨酸拉链蛋白结合在一个回文的靶DNA序列上的模式图）,回文的靶DNA序列,亮氨酸拉链蛋白,螺旋区-环-螺旋（HLH）和DNA的相互作用,HLH同源二聚体,螺旋,螺旋,环,EF手图象(钙调蛋白的钙结合位点的螺旋区-泡区-螺旋区结构),Ca2+,E helix,F helix,E,F,结构域 (structure domail),类型： -螺旋域；

21、 -折叠域； +域； /域；无规则卷曲+-回折域；无规则卷曲+ -螺旋结构域,结构域运动： 结构域本身都是紧密装配的，结构域之间通过松散的肽键形成牢固而又柔韧的连接，为域间较大幅度的相对运动提供了可能，这种结构调整与其整体功能的行使密切相关。,对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构，这种相对独立的三维实体称结构域。现在,结构域的概念有三种不同而又相互联系的涵义:即独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。,卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域,-螺旋,-转角,-折叠,二硫键,结构域1,结构域2,蚯蚓血红蛋白中四个-螺旋组成的结构域,免疫球蛋白

22、VL -折叠结构域,两个铁原子, /结构域,丙酮酸激酶结构域4,木瓜蛋白酶结构域1,无规则卷曲+ -螺旋结构域,无规则卷曲+-回折结构域,乳酸脱氢酶结构域1,+结构域,3-P-甘油醛脱氢酶结构域2,木瓜蛋白酶结构域2,超二级结构类型, , ,平行-折叠的结构比较（a） -园桶形排布，（b）马蹄形排布,毛发横切面和毛发-角蛋白的结构,原纤维,细胞,-螺旋,角质层（鳞状细胞）,微纤维,微纤维,大纤维,A.堆积的-折叠片的三维结构,丝心蛋白(fibroin)结构,B.交替层中的Ala(或Ser)残基和Gly残基侧链(H原子)的连锁,原胶原蛋白分子中的 单链（左手螺旋）,一股原胶原蛋白分子,胶原纤维,

23、原胶原蛋白的头,胶原纤维(collagen fibril)中原胶原蛋白分子的排列,六、 球状蛋白质与三级结构,三级结构（ tertiary structure ）是指球状蛋白质的多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。,-螺旋,特征： 含多种二级结构单元； 有明显的折叠层次； 是紧密的球状或椭球状实体； 分子表面有一空穴(活性部位)； 疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面。 实例：肌红蛋白，核糖核酸酶,抹香鲸肌红蛋白（

24、Myoglobin）的三级结构,核糖核酸酶三级结构示意图,七、亚基缔合与四级结构,四级结构(quarternary structure)指由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式缔合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范得华力。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。对称性是四级结构蛋白质最重要的性质之一。 四级缔合在结构和功能上有很多优越性：增强结构稳定性；提高遗传经济性和效率；使催化剂基团汇集在一起；具有协同性和别构效应。 实例：血红蛋白 烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构 人免疫缺陷

25、病毒（HIV-1）结构的面图剖,四级结构中相同单体亚基的几种可能对称排列,假设的单体,C2对称,C3对称,C4对称,D2对称,D3对称,四级结构中相同单体亚基的几种可能对称排列（续前）,T对称,八面体对称,螺旋对称,二十面体对称,血红蛋白四级结构,烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装,人免疫缺陷病毒（HIV-1）结构的面图剖,单链RNA,寄主蛋白质,被膜（脂双层）,反转录酶,gp120,gp41,第五节 蛋白质的分子结构与功能,一、同源细胞色素c的种属差异与分子进化 二、一级结构的局部断裂与蛋白质的激活 二肌红蛋白和血红蛋白的结构与功能 三免疫球蛋白的结构与功能,蛋白质复杂的组成和结构是其多

26、种多样生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。,一、细胞色素c的分子进化,1、细胞色素c的氨基酸序列的种属差异和分子进化 2、细胞色素c的三级结构的活性部位的保守性,生物 与人不同的AA数目 黑猩猩 0 恒河猴 1 兔 9 袋鼠 10 牛、猪、羊、狗 11 马 12 鸡、火鸡 13 响尾蛇 14 海龟 15 金枪鱼 21 角饺 23 小蝇 25 蛾 31 小麦 35 粗早链孢霉 43 酵母 44,不同生物与人的Cytc的AA差异数目,根据细胞色素 C的顺序种属差异建立起来的进化树,不同生物来源

27、的细胞色素c中不变的AA残基,35个不变的AA残基，是Cyt C 的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合细胞色素还原酶和氧化酶。,猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图,二、肌红蛋白（Myoglobin）和血红蛋白（Hemoglobin）的结构与功能,1Mb和Hb的结构特点及辅基血红素 2Mb和Hb的氧合曲线 及比较 3. Mb的储氧功能和Hb的输氧功能 4Hb的变构效应与O2的运输 5. 异常血红蛋白与分子病,Hb的变构效应与O2的运输,（1）Hb的变构效应 氧合作用显著改变Hb的四级结构 血红素铁的微小移动导致Hb构象的转换 （2）

28、BPG对血红蛋白氧亲和力的影响 （2.3-二磷酸甘油酸） DAG二酰基甘油 （3）H+、CO2对Hb氧亲和力的影响 (Bohr效应) (4) 结语,异常血红蛋白与分子病,(1)分子病是遗传的 (2) 镰刀状红细胞贫血病 (3) 其他血红蛋白病,肌红蛋白分子和血红蛋白的-亚基,myoglobin, chain hemoglobin,血红蛋白的结构模型,Mb和Hb的辅基血红素,血红素(heme),Mb的氧合曲线,令: 氧饱和度,（1）,将（2）带入（1）式，得：,Y 对 Po2 作图得 氧合曲线,可推得：,Hb的氧合曲线,（1）,将（2）带入（1）式，得：,Y 对 Po2 作图得氧合曲线,求得：,

29、令: 氧饱和度,Myoglobin,Hemoglobin,Mb和Hb的氧合曲线比较,血红蛋白和肌红蛋白的Hill曲线,肌红蛋白的Hill曲线,斜率=1,-logK,logPO2,log,血红蛋白的Hill曲线,Hb的输氧功能,Mb的储氧功能,脱氧血红蛋白亚 基间的交联键,氧合血红蛋白结构模型,血红蛋白四级结构的滑动变化,血红蛋白四级结构的旋转变化,氧合过程中血红素铁原子的变化,氧合过程中铁原子位移引发的构象改变,O2,F8 Histidine,空间排斥,Feme,Fe2+移动时，拖动HisF8残基,并进而引起螺旋F和拐弯EF和FG的位移。这些移动传递到亚基的界面，引发构象的重调，导致四级结构的

30、改变。（TR）,EF,FG,DPG在脱氧Hb中的结合位点,DBG binding site,DPG对Hb的变构效应物功能,No DBG,With DBG,波 尔 效 应,Hb + H+ + CO2,H+ Hb + O2 CO2,在肌肉中 pH7.2 （脱氧）,在肺部 pH7.6 （氧合）,pH对Hb与氧亲和力的影响,pH对Hb与氧亲和力的影响,结 语,氧的S形曲线结合，波尔效应以及BPG效应物的调节使得血红蛋白的输氧能力达到最高效应。同时由于能在较窄的氧分压范围内完成输氧功能，因此使肌体的氧水平不致有很大的起伏。此外血红蛋白使肌体内的pH也维持在一个较稳定的水平。 血红蛋白的别构效应充分地反映

31、了它的生物学适应性、结构与功能的高度统一性。,正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图,-链N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys,镰刀形红细胞,正常红细胞,血红蛋白S线性缔合的分子基础,脱氧HbS聚集成纤维状结构,6条脱氧HbS纤维状缠绕成长管状结构,EF-拐弯,Val 6,人血红蛋白中氨基酸的置换情况举例,不正常的 -链 不正常的 -链 残 基 不正常Hb命名 在HbA中的 不正常Hb 残 基 不正常Hb命名 在Hb

32、A中的 不正常Hb 顺序号 残基（正常） 中的残基 顺序号 残基（正常） 中的残基 16 I Lys Asp 6 C Glu Lys 30 G 檀香山 6 S Glu Val G新加坡 Glu Gly 7 G圣约翰 Glu Gly G香港 26 E Glu Lys 57 诺福克 Gly Asp 63 M萨斯卡通 His Tyr 58 波士顿 His Tyr M爱牟利 His Tyr 68 G菲利普 Asp Lys 63 苏黎克 His Arg G布里斯托尔 Asp Lys 67 M密尔瓦斯 Lys Glu 116 O印尼 Glu Lys 121 D劳庶普 Glu Glu,四级结构突变的Hb,血

33、红蛋白多肽链接触区氨基酸残基发生置换，如发生在22接触区，则造成变构效应的丧失，可影响整个分子对氧的亲和力以及血红素之间的相互作用，出现异常的氧亲和力。由于与氧的亲和力增高，对于在组织中的氧释放不利，常代偿性的出现红细胞增多症。,三、免疫系统和免疫球蛋白功能,免疫(immunity)是人类和脊椎动物最重要的防御机制，免疫系统能在分子水平上识别“自我”和“非我”，然后破坏那些被鉴定为非我的实体。在生理水平上免疫系统对入侵的反应或应答（respone）是多种类型的蛋白质、分子和细胞之间的一套复杂而协同的相互作用，然而在个别蛋白质水平上免疫反应是配体与蛋白质可逆结合的一个生化系统。,1抗原、抗体和免

34、疫球蛋白的概念 2免疫球蛋白的类别 3免疫球蛋白结构和免疫系统 4多克隆抗体和单克隆抗体,抗原、抗体和免疫球蛋白,当外源物性物质，如蛋白质、毒素、糖蛋白、脂蛋白、核酸、多糖、颗粒（细菌、细胞、病毒）进入人或动物体内时，机体的免疫系统便产生相应的免疫球蛋白（immune globin），并以之结合，以消除异物的毒害。此反应称为免疫反应，此异物便是抗原(antigen) ，此球蛋白便是抗体(antibody) 。 抗体的特点：高度特异性；多样性,人免疫球蛋白的分类,免疫球蛋白IgG的一级结构,IgG结构,IgM的一级结构,IgG的空间结构,IgG与抗原形成 的交联晶格,H链兰色，L链黄色，E绿色（

35、分子中一个Glu为红色）,溶菌酶与抗体 Fab片段结合模型,B细胞和T细胞上抗原的膜受体,B细胞,TH细胞,TC细胞,CD4,CD8,T细胞受体,T细胞受体,受体 （膜结合抗体）,细胞膜,细胞膜,MHC蛋白质分子图解,MHC-蛋白,内侧,1,结合抗原肽的裂隙,结合抗原肽的裂隙,2 - 微球蛋白,2,3,2,1,1,2,内侧,外侧,外侧,质膜,质膜,MHC-蛋白,抗原呈递细胞上的MHC蛋白-抗原肽复合物与T细胞上的T-细胞受体的相互作用,MHC-蛋白,MHC-蛋白,抗原呈递细胞,CD8或CD4,抗原肽,T细胞受体,（巨噬细胞、B细胞或靶细胞）,CD3蛋白复合体,T细胞,多克隆抗体和单克隆抗体,如

36、果给动物注射抗原,虽然抗原与各种抗体产生细胞的亲和性有所不同,但是还是有大量抗体产生细胞将与之结合,结果血液中出现的抗体源于数种不同的细胞克隆，这些抗体就是多克隆抗体（polyclonal antibodies）。如果可以分离到抗体产生细胞的单克隆，然后使所有的抗体均来自同样的克隆，这样制备的抗体称为单克隆抗体（monoclonal antibodies）。 由于单抗细胞的寿命有限，严重限制了单抗的常规制备。1975年，Milsetein和Kohler创建了不受限制地大量制备针对特异抗原的单抗技术，将可产生专一性抗体的B淋巴细胞与具有无限繁殖能力的恶性淋巴瘤细胞（骨髓瘤细胞）融合，融合体称为杂

37、交瘤，它既可以永久地培养，又可分泌大量的均一的抗体。由于用这个技术产生的抗体具有很高的专一性，现已成为研究的常用工具。,第六节 蛋白质的重要性质,一、 两性解离性质及等电点 二、 蛋白质胶体性质 三、 蛋白质的沉淀 四、 蛋白质的变性与复性 五、 蛋白质的紫外吸收特性 六、 蛋白质呈色反应,蛋白质两性解离性质和等电点,当蛋白质溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点 （isoelectric point，pI）,蛋白质胶体性质,由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成1-100nm的颗粒，因而具

38、有胶体溶液的特征。可溶性蛋白质分子表面分布着大量极性氨基酸残基，对水有很高的亲和性，通过水合作用在蛋白质颗粒外面形成一层水化层，同时这些颗粒带有电荷，因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体。,蛋白质胶体性质的应用 透析法:利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（dialysis）。 盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（salting ou

39、t）。,蛋白质的沉淀,如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。 沉淀方法类别: 1、高浓度中性盐（盐析、盐溶） 2、酸硷（等电点沉淀） 3、有机溶剂沉淀 4、重金属盐类沉淀 5、生物碱试剂和某些酸类沉淀 6、加热变性沉淀,蛋白质变性与复性, 蛋白质各自所特有的高级结构，是表现其物理性质和化学特性以及生物学功能的基础。当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturati

40、on）。 表征：生物活性丧失；物理性质（溶解度、粘度、扩散系数、光谱特性等）和化学性质（化学反应，被酶解性）改变 应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。,核糖核酸酶变性与复性作用,Native ribonuclease,Denative reduced ribonuclease,Native ribonuclease,变性,复性,蛋白质的紫外吸收光谱,蛋白质在远紫外光区（200-230nm）有较大的吸

41、收，在280nm有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。,测定范围：0.10.5mg/ml,蛋白质主要呈色反应,双缩脲反应 蛋白质定量、定性 茚三酮反应 测定常用方法,双缩脲反应,蛋白质在碱性溶液中也能与硫酸铜发生相同反应，产生红紫色络合物,红紫色络合物,(硷性溶液),Cu2+,问答题和计算题,1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？ 2、试比较Gly、Pro与其它常见氨基酸结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？ 3、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。 4、为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？ 5、什麽是蛋白质的变性？

42、变性的机制是什麽？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。 6、已知某蛋白质的多肽链的一些节段是-螺旋，而另一些节段是-折叠。该蛋白质的分子量为240 000，其分子长5.0610-5,求分子中-螺旋和-折叠的百分率。(蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为120) 名词解释 等电点（pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域 蛋白质变性与复性 分子病 肽,NCBI,PUBMED PubMed是因特网上使用最广泛的免费MEDLINE,是美国国家医学图书馆(NLM)所属的国家生物技术信息中心(NCBI)于2000年4月开发的,基于WEB的生物医学信息检索系

43、统,它是NCBI Entrez整个数据库查询系统中的一个。PubMed界面提供与综合分子生物学数据库的链接，其内容包括：DNA与蛋白质序列，基因图数据，3D蛋白构象，人类孟德尔遗传在线，也包含着与提供期刊全文的出版商网址的链接等。 PubMed系统的特征工具栏提供辅助检索功能、侧栏提供其它检索如期刊数据库检索、主题词数据库检索和特征文献检索。提供原文获取服务免费提供题录和文摘，可与提供原文的网址链接，提供检索词自动转换匹配，操作简便、快捷。 BLAST BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似性比较的分析工具。BLAST程序能迅速与公开数据库进行相似性序列比较。BLAST结果中的得分是对一种对相似性的统计说明。,