1、.。第二章第二章 蛋白質蛋白質(Protein)(Protein).一、氨基酸二、肽三、蛋白質的分子結構四、蛋白質結構與功能的關系五、蛋白質的重要性質六、蛋白質的分類七、蛋白質的分離提純及應用. 概概 述述一、蛋白質的定義一、蛋白質的定義 蛋白質：是一切生物體中普遍存在的，由天然氨基酸通過肽鍵連接而成的生物大分子；其種類繁多，各具有一定的相對分子質量，復雜的分子結構和特定的生物功能；是表達生物遺傳性狀的一類主要物質。 二、蛋白質在生命中的重要性二、蛋白質在生命中的重要性 早在1878年，思格斯就在反杜林論中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質上就在于這些蛋白體的化學組成部分的不斷的

2、自我更新?！?可以看出，第一，蛋白體是生命的物質基礎；第二，生命是物質運動的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝?，F代生物化學的實踐完全證實并發展了恩格斯的論斷. 1.蛋白質是生物體內必不可少的重要成分蛋白質是生物體內必不可少的重要成分 蛋白質占干重 人體中（中年人） 人體 45% 水55% 細菌 50%80% 蛋白質19% 真菌 14%52% 脂肪19% 酵母菌 14%50% 糖類1% 白地菌50% 無機鹽7% 2.蛋白質是一種生物功能的主要體現者蛋白質是一種生物功能的主要體現者 （1）酶的催化作用 （2）結構組分 （3）調節作用(多肽

3、類激素) （4）運輸功能 （5）運動功能 (6）免疫保護作用(干擾素) （7）接受、傳遞信息的受體 （8）參與基因表達的調控 （10）貯藏功能 （11）毒蛋白等3.外源蛋白質有營養功能，可作為生產加工的對象外源蛋白質有營養功能，可作為生產加工的對象.三、蛋白質的組成三、蛋白質的組成1.元素組成元素組成 蛋白質是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質中的組成百分比約為： 碳 50 氫 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量. 蛋白質中的氮占生物組織中所有含氮物質的絕大部分。因此，可以將生物組織

4、的含氮量近似地看作蛋白質的含氮量。由于大多數蛋白質的含氮量接近于16%，所以，可以根據生物樣品中的含氮量來計算蛋白質的大概含量蛋白質含量的測定：蛋白質含量的測定： 凱氏定氮法凱氏定氮法 (測定氮的經典方法) 優點：對原料無選擇性，儀器簡單，方法也簡單； 缺點：易將無機氮(如核酸中的氮)都歸入蛋白質中,不精確。 一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數100/16=6.25，即為蛋白質換算系數，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g 蛋白質）；故： 蛋白質含量=氮的量6.25. 除了上法外，還有 紫外比色法紫外比色法 雙縮脲法雙縮脲法 Folin酚酚 考馬斯亮蘭考馬斯亮蘭G250比色

5、法比色法（條件：蛋白質必須是可溶的） 2.化學組成化學組成（兩種類型） 單純蛋白質：水解為 -氨基酸 結合蛋白質=單純蛋白質+輔基 . 第一節第一節 氨基酸化學氨基酸化學一、氨基酸的結構與分類一、氨基酸的結構與分類1.氨基酸的結構氨基酸的結構 氨基酸是蛋白質水解的最終產物，是組成蛋白質的基本單位。從蛋白質水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸外，這些天然氨基酸在結構上的共同特點為：與羧基相鄰的-碳原子上都有一個氨基，因而稱為-氨基酸 COOHH2N CH -碳原子基團 R R基團-氨基酸基本結構通式. -氨基酸的通式氨基酸的通式 .2.生物體內的氨基酸類別生物體內的氨基酸類別 蛋白質氨基酸

6、蛋白質氨基酸： 蛋白質中常見的蛋白質中常見的20種氨基酸種氨基酸 稀有的蛋白質氨基酸稀有的蛋白質氨基酸：蛋白質組成中，除上述蛋白質組成中，除上述20種常見氨基酸外，從少數蛋白質中還分離出一些稀有種常見氨基酸外，從少數蛋白質中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應常見氨基酸的衍生物。如氨基酸，它們都是相應常見氨基酸的衍生物。如4-羥羥脯氨酸、脯氨酸、5-羥賴氨酸等。羥賴氨酸等。 非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸：生物體內呈游離或結合態的氨生物體內呈游離或結合態的氨基酸?；?。. 構成蛋白質的構成蛋白質的20種氨基酸種氨基酸.二十種常見蛋白質氨基酸的分類、結構及三字符號二十種常見蛋白質氨基酸的分類、結構

7、及三字符號據營養據營養學分類學分類 必需必需非必需非必需據據R基團化基團化學結構分類學結構分類 脂肪族脂肪族A A（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)雜環雜環(His(His、Pro)Pro)據據R基團基團極性分類極性分類極性極性R基團基團AA非極性非極性R基團基團AA（種）（種）不帶電荷不帶電荷（種）（種）帶電荷：正電荷帶電荷：正電荷（種）負電荷（種）（種）負電荷（種）據氨基、羧據氨基、羧基數分類基數分類一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)二氨基一羧基

8、二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis.非極性非極性R基團氨基酸基團氨基酸.不帶電荷極性不帶電荷極性R基團氨基酸基團氨基酸.帶電荷帶電荷R基團氨基酸基團氨基酸.甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）纈氨酸纈氨酸 （Val,V）亮氨酸亮氨酸 （Lue,L）異亮氨酸異亮氨酸 （Ile,I）中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸蘇氨酸 （Th

9、r,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）.酸性氨基酸及酰胺酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）.堿性氨基酸堿性氨基酸賴氨酸賴氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）組氨酸組氨酸 （His,H）雜環雜環.雜環氨基酸雜環氨基酸組氨酸組氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）.芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）. NHHOCOOH4-羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2C

10、HCOOHOHNH25-羥基賴氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基賴氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 在少數蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質氨基酸的結構如下. 二二.氨基酸的重要理化性質氨基酸的重要理化性質1.一般物理性質一般物理性質 常見氨基酸均為無色結晶,其形狀因構型而異溶解性：溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。通

11、常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。 (2) 熔點：熔點：氨基酸的熔點極高，一般在200以上。(3) 味感：味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。旋光性：旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)光吸收：光吸收：構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區都沒有光吸收，但在遠紫外區(97%以上）；B.知道蛋白質的分子量；C.知道蛋白質由幾個亞基組成；D.測定蛋白質的氨基酸組成；并根據分子量計算每種氨基酸的個數。E.測定水解液中的氨量，計算酰胺的含量。測定蛋白質的一

12、級結構的要求測定蛋白質的一級結構的要求 .二、 蛋白質的構象和維持構象的作用力1 構型與構象 構型：立體異構體分子中取代原子或基團在空間的取向，如幾何異構體和光學異構體。構型互變需要共價鍵的斷裂。 構象：取代基團當單鍵旋轉時形成不同的立體結構這種空間位置的改變不涉及共價鍵的斷裂。.2 維持蛋白質構象的作用力 蛋白質天然構象的穩定性主要是靠一系列弱作用力維持的，這些弱作用力主要有氫鍵、鹽鍵、疏水作用、范德華力，此外還有共價二硫鍵、酯鍵和配位鍵。. 1氫鍵 多發生在多肽鏈中負電性很強的氮原子或氧原子與NH或OH的氫原子之間。另一方面，水分子的氫原于和羥基基團也能和多肽鏈的有關原子或基團形成氫鍵，蛋

13、白質表面的側鏈通常傾向于形成這類氫鍵。2范德華力 一般是指范德華吸引力。3疏水作用 疏水作用實際上不是疏水基團之間相互吸引，主要是介質水分子對疏水基團的推斥所致，或者說是由于疏水基團為了避開水分子而被迫靠近。4鹽鍵 又稱離子鍵，蛋白質分子中的某些氨基酸，其側鏈是帶電荷基團，它們之間可以形成離子鍵。 5二硫鍵 多肽鏈內或不同鏈間的兩個Cys殘基的巰基，在氧化條件下形成二硫鍵。 6配位鍵 兩個原子之間由單方面提供共用電子對形成的共價鍵稱為配位鍵。.維持蛋白質分子構象的作用力維持蛋白質分子構象的作用力a.鹽鍵鹽鍵 b.氫鍵氫鍵 c.疏水鍵疏水鍵 d.范得華力范得華力 e.二硫鍵二硫鍵多肽鏈多肽鏈.三

14、三.蛋白質的二級結構蛋白質的二級結構 蛋白質的二級(Secondary)結構是指.（1 1）肽單元）肽單元 (peptide unit) 參與組成肽鍵的參與組成肽鍵的6個原子位于同一平面，個原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質構又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質構象的基本結構單位。象的基本結構單位。.肽單元肽單元RCCCOORNCN肽單元肽單元HHHH.完全伸展的多肽主鏈構象完全伸展的多肽主鏈構象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主鏈構象的多肽主鏈構象酰胺平面酰胺平面=00，=00側鏈側鏈非鍵合原子非鍵合原子接觸半徑接觸半徑. （2 2）蛋

15、白質二級結構的主要形式）蛋白質二級結構的主要形式 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折疊折疊 ( -pleated sheet ) -轉角轉角 ( -turn ) 無規卷曲無規卷曲 ( random coil ) . -螺旋螺旋: 多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右右(或左或左)手螺旋，側鏈手螺旋，側鏈伸向螺旋外側。伸向螺旋外側。 每圈螺旋含每圈螺旋含3.6個氨基酸個氨基酸，螺距為，螺距為0.54nm。 每個肽鍵的亞氨氫和第四個肽鍵的羰基氧形每個肽鍵的亞氨氫和第四個肽鍵的羰基氧形成的氫鍵保持螺旋穩定。成的氫鍵保持螺旋穩定。氫鍵氫鍵與螺旋長軸基本平與螺旋長軸基本平行。行。. -

16、 -折疊折疊多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸多肽鏈充分伸展，相鄰肽單元之間折疊成鋸齒狀結構，側鏈位于鋸齒結構的上下方。齒狀結構，側鏈位于鋸齒結構的上下方。 兩段以上的兩段以上的 -折疊結構平行排列折疊結構平行排列 ，兩鏈間可，兩鏈間可順向平行，也可反向平行順向平行，也可反向平行 。兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩固兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩固 -折疊折疊結構。氫鍵與螺旋長軸垂直。結構。氫鍵與螺旋長軸垂直。 . - -轉角和無規卷曲轉角和無規卷曲 - -轉角轉角：無規卷曲無規卷曲：沒有確定規律性的肽鏈結構。：沒有確定規律性的肽鏈結構。 肽鏈內形成肽鏈內形成180180回折。回折。 含含4

17、 4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與第四個形成氫鍵。第四個形成氫鍵。 第二個氨基酸殘基常為第二個氨基酸殘基常為ProPro。型型 -轉角的轉角的第三個殘基總是第三個殘基總是Gly. - -轉角：轉角：.無無規規則則卷卷曲曲示示意意圖圖無規則卷曲無規則卷曲細胞色素細胞色素C的三級結構的三級結構.1超二級結構和結構域超二級結構和結構域（）超二級結構（）超二級結構蛋白質中相鄰的二級結構蛋白質中相鄰的二級結構單位（即單個單位（即單個螺旋或螺旋或折疊或折疊或轉角）組合在一起轉角）組合在一起，彼此相互作用，形成有規則，彼此相互作用，形成有規則的、在空間上能辯認的二級結的、在

18、空間上能辯認的二級結構組合體稱為蛋白質的超二級構組合體稱為蛋白質的超二級結構結構基本組合方式：基本組合方式：；超二級結構在結構層次超二級結構在結構層次上高于二級結構，但沒有聚集上高于二級結構，但沒有聚集成具有功能的結構域成具有功能的結構域 四、蛋白質的三級結構四、蛋白質的三級結構.（）結構域（）結構域 在二級結構的基礎上，多肽進一步卷曲折疊成幾個相對在二級結構的基礎上，多肽進一步卷曲折疊成幾個相對獨立、近似球形的三維實體，再由兩個或兩個以上這樣的三獨立、近似球形的三維實體，再由兩個或兩個以上這樣的三維實體締合成三級結構，這種相對獨立的三維實體稱為結構維實體締合成三級結構，這種相對獨立的三維實體

19、稱為結構域。域。 形成意義：形成意義： 動力學上更為合理動力學上更為合理 蛋白質（酶）活性部位往往位于結構域之間，使其更具蛋白質（酶）活性部位往往位于結構域之間，使其更具柔性柔性 結構域與功能域的關系：結構域與功能域的關系： 有時一個結構域就是蛋白質的功能域，但不總是包含一個但通常是多個結構域.結構域結構域Triose phosphate isomerase.卵溶菌酶的三級結構中的兩個結構域卵溶菌酶的三級結構中的兩個結構域 -螺旋螺旋 -轉角轉角 -折疊折疊二硫鍵二硫鍵結構域結構域1結構域結構域2.2 2、 蛋白質的三級結構蛋白質的三級結構 多肽鍵在二級結構的基礎上，通過側鏈基團的相互多肽鍵在

20、二級結構的基礎上，通過側鏈基團的相互作用進一步卷曲折疊，借助次級鍵維系使作用進一步卷曲折疊，借助次級鍵維系使螺旋、螺旋、折疊片、折疊片、轉角等二級結構相互配置而轉角等二級結構相互配置而形成特定的構象形成特定的構象。三級結構的形成使肽鏈中所有的原子都達到空間上的。三級結構的形成使肽鏈中所有的原子都達到空間上的重新排布。重新排布。 實例：實例：肌紅蛋白肌紅蛋白 核糖核酸酶核糖核酸酶.核糖核酸酶三級結構示意圖核糖核酸酶三級結構示意圖 N His12CHis119Lys41. 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端.五、蛋白質的四級結構五、蛋白質的四級結構四級結構是指由相同或不同的稱作亞基（四級

21、結構是指由相同或不同的稱作亞基（subunitsubunit）的亞單位按照一定排布方式聚合而成的蛋白質結構，維持的亞單位按照一定排布方式聚合而成的蛋白質結構，維持四級結構穩定的作用力是疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范得華四級結構穩定的作用力是疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范得華力。亞基本身都具有球狀三級結構，一般只包含一條多肽力。亞基本身都具有球狀三級結構，一般只包含一條多肽鏈，也有的由二條或二條以上由二硫鍵連接的肽鏈組成。鏈，也有的由二條或二條以上由二硫鍵連接的肽鏈組成。 實例：實例：血紅蛋白血紅蛋白 煙草花葉病毒的外殼蛋白四級結構煙草花葉病毒的外殼蛋白四級結構.煙草花葉病毒外殼蛋白四級結構的自我組裝煙草花

22、葉病毒外殼蛋白四級結構的自我組裝.血紅蛋白血紅蛋白的四級結構的四級結構 .維系蛋白質分子的一級結構：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質分子的二級結構：氫鍵維系蛋白質分子的三級結構：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質分子的四級結構：范德華力、鹽鍵 a鹽鍵（離子鍵 ） b氫鍵 c疏水相互作用力 d 范德華力 e二硫鍵 f 酯鍵.氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數量大疏水相互作用力對維持三級結構特別重要鹽鍵數量小二硫鍵對穩定蛋白質構象很重要，二硫鍵越多，蛋白質分子構象越穩定離子鍵離子鍵氫鍵氫鍵范德華力范德華力疏水相互作用力疏水相互作用力.第四節第四節 蛋白

23、質的分子結構與功能的關系蛋白質的分子結構與功能的關系一、一、 蛋白質蛋白質一級結構與功能一級結構與功能二、二、 蛋白質蛋白質高級構象與功能高級構象與功能 蛋白質復雜的組成和結構是其多種多樣生物學功能的蛋白質復雜的組成和結構是其多種多樣生物學功能的基礎；而蛋白質獨特的性質和功能則是其結構的反映。蛋基礎；而蛋白質獨特的性質和功能則是其結構的反映。蛋白質一級結構包含了其分子的所有信息，并決定其高級結白質一級結構包含了其分子的所有信息，并決定其高級結構，高級結構和其功能密切相關。構，高級結構和其功能密切相關。 .一級結構決定高級結構，一級結構決定高級結構，也決定蛋白質的功能也決定蛋白質的功能1 1、蛋

24、白質一級結構的種屬差異與同源性、蛋白質一級結構的種屬差異與同源性 實例：細胞色素實例：細胞色素2 2、蛋白質一級結構的變異與分子病、蛋白質一級結構的變異與分子病 實例：血紅蛋白質異常病變實例：血紅蛋白質異常病變鐮刀型貧血鐮刀型貧血病3 3、蛋白質前體的激活與一級結構、蛋白質前體的激活與一級結構 實例：胰島素原的激活實例：胰島素原的激活.不同生物與人的不同生物與人的CytcCytc的的AAAA差異數目差異數目生物生物 與人不同的與人不同的AAAA數目數目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、豬、羊、狗牛、豬、羊、狗 11馬馬 12雞、火雞雞、火雞 13響尾蛇響尾蛇 14海龜海

25、龜 15金槍魚金槍魚 21角餃角餃 23小蠅小蠅 25蛾蛾 31小麥小麥 35粗早鏈孢霉粗早鏈孢霉 43酵母酵母 44 .不不同同生生物物來來源源的的細細胞胞色色素素c c中中不不變變的的AAAA殘殘基基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素血紅素細胞色素細胞色素c c分子的空間結構分子的空間結構不變不

26、變的的AAAA殘基殘基 35個不變的個不變的AA殘基，是殘基，是Cyt C 的生物功能所不的生物功能所不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構象；有的可缺少的。其中有的可能參加維持分子構象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別識別”并結合并結合細胞色素還原酶和氧化酶。細胞色素還原酶和氧化酶。.正常紅細胞與正常紅細胞與鐮刀形紅細胞鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖的掃描電鏡圖鐮刀形紅鐮刀形紅細胞細胞正常紅正常紅細胞細胞 -鏈鏈N端氨基酸排列順序端氨基酸排列順序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人）（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Gl

27、u-Lys Hb-S（患（患 者）者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys. 這種由蛋白質分子發生變異所導致的疾病，這種由蛋白質分子發生變異所導致的疾病，稱為稱為“分子病分子病”。.豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖 . 高級構象決定蛋白質的功能高級構象決定蛋白質的功能1 1 、蛋白質高級構象破壞，功能喪失、蛋白質高級構象破壞，功能喪失 實例：核糖核酸酶的變性與復性實例：核糖核酸酶的變性與復性2 2 、蛋白質在表現生物功能時，構象發生、蛋白質在表現生物功能時，構象發生一定變化一定變化（變構效應變構效應） 實例：血紅蛋白的變構效應和輸氧功

28、能實例：血紅蛋白的變構效應和輸氧功能.核糖核酸酶變性與復性作用核糖核酸酶變性與復性作用Native ribonucleaseDenative reduced ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercapotoethanolDialysis變性變性復性復性.血紅蛋白輸氧功能和構象變化血紅蛋白輸氧功能和構象變化O2HbHb- O2O2血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線活動肌肉毛細活動肌肉毛細血管中的血管中的PO20 20 40 60 80 100肺泡中的肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin.瘋牛病瘋牛病

29、瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動物神經退行性病變。引起的一組人和動物神經退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在在某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為某種未知蛋白質的作用下可轉變成全為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病. 第五節第五節 蛋白質的重要性質蛋白質的重要性質一一.蛋白質的分子大小蛋白質的分子大小蛋白質是分子量很大的生物分子，相對分子質量大于10 000.最高可達40 000 000（煙草花葉病毒） 蛋白質相對分子

30、質量的測定方法蛋白質相對分子質量的測定方法1.根據化學成分測定最小相對分子質量根據化學成分測定最小相對分子質量 此法首先利用化學分析方法測定蛋白質分子中某一特殊成分的百分含量，然后，假定蛋白質分子中該成分只有一個，據其百分含量可計算出最低相對分子質量： 最小相對分子質量（已知成分的相對分子、原子質量）/已知成分的百分含量 如果蛋白質分子中所含已知成分不是一個單位，則真實相對分子質量等于最小相對分子質量的倍數。.2. 超離心法超離心法 在60 00080 000r/min的高速離心力作用下，蛋白質分子會沿旋轉中心向外周方向移動，用光學方法測定界面移動的速度即為蛋白質的離心沉降速度，蛋白質的沉降速

31、度與分子大小和形狀有關。 沉降系數是溶質顆粒在單位離心場中的沉降速度，用S表示。 一個S單位，為110-13秒 相對分子質量越大，S值越大 蛋白質的沉降系數：1200S 由沉降系數S可根據斯維得貝格Svedberg方程計算蛋白質分子的相對分子質量： M=RST/D1i R：氣體常數 T：絕對溫度 D：擴散系數 ：溶劑的密度.3.凝膠過濾法凝膠過濾法 凝膠過濾所用介質為凝膠珠，其內部為多孔網狀結構一定型號的凝膠網孔大小一定，只允許相應大小的分子進入凝膠顆粒內部，大分子則被排阻在外。洗脫時大分子隨洗脫液從顆粒間隙流下來，洗脫液體積小；小分子在顆粒網狀結構中穿來穿去，歷程長，后洗脫下來，洗脫體積大。

32、 測定蛋白質分子量一般用葡聚糖，商品名：Sephadex 測得幾種標準蛋白質的洗脫體積Ve 以相對分子質量對數（logM）對Ve作圖，得標準曲線 再測出未知樣品洗脫體積Ve 從標準曲線上可查出樣品蛋白質的相對分子質量.4.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法聚丙烯酰胺凝膠電泳法SDS:十二烷基硫酸鈉，變性劑普通蛋白質電泳的泳動速率取決于荷質比（凈電荷、大小、形狀）。用SDS和巰基乙醇（打開二硫鍵）處理，蛋白質變性（肽鏈伸展）并與SDS結合，形成SDS-蛋白質復合物；不同蛋白質分子的均帶負電（SDS帶負電）；且荷質比相同（蛋白質分子大，結合SDS多；分子小，結合SDS少）；不同蛋白質分子具有相似的構象用

33、幾種標準蛋白質相對分子質量的對數值對它們的遷移率作圖；測出待測樣品的遷移率從標準曲線上查出樣品的相對分子質量. 影響遷移率的主要因素影響遷移率的主要因素凝膠的分子篩效應對長短不同的棒形分子會 產 生不同的阻力主要因素凝膠的濃度和交聯度同一電泳條件下，分子小，受阻小，游動快，遷移率大。相對分子質量大者，遷移率小 優點：優點：快速，樣品用量少，可同時測幾個樣品 缺點：缺點：誤差大，約為10（誤差主要來源于遷移距離的測量誤差） 此方法只能測得此方法只能測得 亞基肽鏈的相對分子質量亞基肽鏈的相對分子質量.（一）蛋白質的兩性電離（一）蛋白質的兩性電離 蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質分子除兩

34、端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。 PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性離子pH=pI陽離子pHpI二. 蛋白質的兩性解離和電泳現象蛋白質的兩性解離和電泳現象. 蛋白質的等電點蛋白質的等電點( isoelectric point, pI) 當蛋白質溶液處于某一當蛋白質溶液處于某一pH時，蛋白質解離成時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電正、負離子的趨勢相等，即成

35、為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的荷為零，此時溶液的pH稱為稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點。利用蛋白質兩性電離的性質，可通過電泳、利用蛋白質兩性電離的性質，可通過電泳、離子交換層析、等電聚焦等技術分離蛋白質。離子交換層析、等電聚焦等技術分離蛋白質。. 蛋白質在等電點pH條件下，不發生電泳現象。利用蛋白質的電泳現象，可以將蛋白質進行分離純化。 蛋白質在溶液中解離成帶電顆粒，在電場中可蛋白質在溶液中解離成帶電顆粒，在電場中可以向電荷相反的電極移動，這種現象稱為以向電荷相反的電極移動，這種現象稱為電泳電泳。.（二）蛋白質的膠體性質（二）蛋白質的膠體性質 蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質

36、屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至萬至100萬之巨，其分子的直徑可達萬之巨，其分子的直徑可達1100nm，為膠粒范，為膠粒范圍之內。圍之內。 * 蛋白質膠體穩定的因素蛋白質膠體穩定的因素顆粒表面電荷顆粒表面電荷水化膜水化膜 由于蛋白質的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質溶液具有膠體溶液的典型性質，如丁達爾現象、布郎運動等。 由于膠體溶液中的蛋白質不能通過半透膜，因此可以應用透析法將非蛋白的小分子雜質除去。.+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質帶正電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質帶負電荷的蛋白質不

37、穩定的蛋白質顆粒不穩定的蛋白質顆粒酸酸堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉溶液中蛋白質的聚沉.（三）蛋白質的變性、沉淀和凝固（三）蛋白質的變性、沉淀和凝固 * 蛋白質的變性蛋白質的變性(denaturation)在某些物理和化學因素作用下，蛋白質分在某些物理和化學因素作用下，蛋白質分子的特定空間構象被破壞，從而導致其理化性子的特定空間構象被破壞，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。質改變和生物活性的喪失。. 造成變性的因素：造成變性的因素：如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等重金屬

38、離子及生物堿試劑等 。 變性的本質：變性的本質： 破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構。質的一級結構。. 應用舉例應用舉例臨床醫學上，變性因素常被應用來消毒及臨床醫學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。滅菌。防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑（如疫苗等）的必要條件。（如疫苗等）的必要條件。 蛋白質變性后的性質改變：蛋白質變性后的性質改變：溶解度降低、粘度增加、結晶能力消失、溶解度降低、粘度增加、結晶能力消失、生物活性喪失及易受蛋白酶水解。生物活性喪失及易受蛋白酶水解。.若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質變性程度

39、較輕，去除變性因素后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為象和功能，稱為復性復性。復性復性(renaturation). 天然狀態，天然狀態，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態，無活性非折疊狀態，無活性.* 蛋白質沉淀蛋白質沉淀在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發生沉淀，變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發生沉淀，但并不變性。

40、但并不變性。 * 蛋白質的凝固作用蛋白質的凝固作用(protein coagulation) 蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。 . 1.(1)在溫和條件下，通過改變溶液的pH或電荷狀況，使蛋白質從膠體溶液中沉淀分離。(2) 在沉淀過程中，結構和性質都沒有發生變化，在適當的條件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。(3)可逆沉淀是分離和純化蛋白質的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等。(1)在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質膠體溶液的穩定性，而且

41、也破壞了蛋白質的結構和性質，產生的蛋白質沉淀不可能再重新溶解于水。(2)由于沉淀過程發生了蛋白質的結構和性質的變化，所以又稱為變性沉淀。(3)如加熱沉淀、強酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。. 大部分蛋白質均含有帶芳香環的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 這三種氨基酸的在280nm 附近有最大吸收。因此，大多數蛋白質在280nm 附近顯示強的吸收。 利用這個性質，可以對蛋白質進行定性鑒定。蛋白質質量濃度蛋白質質量濃度/（mg/ml）=1.55A1cm - 0.76A1cm280 260測定范圍：測定范圍：0.10.5mg/ml.(五五)蛋白質主要呈色反應蛋白質主要呈色反應 雙縮脲

42、反應雙縮脲反應 酚試劑反應酚試劑反應 蛋白質定量、定性蛋白質定量、定性 茚三酮反應茚三酮反應 測定常用方法測定常用方法 .1.雙縮脲反應：雙縮脲反應： 兩分子雙縮脲與堿性硫酸銅作用，生成紅色的復合物。 含有兩個或兩個以上肽鍵的化合物，能發生同樣的反應。 肽鍵的反應，肽鍵越多顏色越深。 受蛋白質特異性影響小。 蛋白質定量測定；測定蛋白質水解程度。. 2.米倫氏反應米倫氏反應酪氨酸的顯色反應（酚羥基反應）米倫試劑為硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合物蛋白溶液中，加入米倫試劑，產生白色沉淀，加熱后變成紅色3.乙醛酸反應乙醛酸反應在蛋白質溶液中加入HCOCOOH，將濃硫酸沿管壁緩慢加入，不使相混，在

43、液面交界處，即有紫色環形成色氨酸的反應（吲哚環的反應）鑒定蛋白質中是否含有色氨酸明膠中不含色氨酸.4.坂口反應坂口反應精氨酸的反應（胍基的反應）精氨酸與-萘酚在堿性次氯酸鈉（或次溴酸鈉）溶液中發生反應，產生紅色產物鑒定蛋白質中是否含有精氨酸定量測定精氨酸5.福林試劑反應福林試劑反應酪氨酸、色氨酸的反應（還原反應）福林試劑：磷鉬酸-磷鎢酸 與雙縮脲法結合-Lowry法n在堿性條件下，蛋白質與硫酸銅發生反應n蛋白質-銅絡合物，將福林試劑還原，產生磷鉬藍和磷鎢藍混合物n靈敏度提高100倍.6.茚三酮反應茚三酮反應靈敏度差7.黃蛋白反應黃蛋白反應濃硝酸與酪氨酸、色氨酸的反應生成黃色化合物指甲、皮膚、毛

44、發8.考馬斯亮藍考馬斯亮藍G-250本身為紅色，與蛋白質反應呈藍色與蛋白的親和力強，靈敏度高1-1000微克/毫升. 第六節第六節 蛋白質的分類蛋白質的分類一一. 依據蛋白質的外形分類依據蛋白質的外形分類 按照蛋白質的外形可分為球狀蛋白質和纖維狀蛋白質。1.球狀蛋白質（球狀蛋白質（globular protein）：）：外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結晶，大多數蛋白質屬于這一類。2.纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質(fibrous protein)：分子類似纖維或細棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質和不溶性纖維狀蛋白質。如膠原、角蛋白、絲蛋白等。.二二. 按照蛋白質的組成，可以分為1.簡單蛋白

45、簡單蛋白(simple protein) ：又稱為單純蛋白質；這類蛋白質只含由-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。（1）清蛋白和球蛋白：albumin and globulin廣泛存在于動物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。（2）谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于7080乙醇中。（3）精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質，存在與細胞核中。（4）硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。.2.結合蛋白結合蛋白(conjugated protein)：由簡單蛋白與其它非

46、蛋白成分結合而成（1）色蛋白：由簡單蛋白與色素物質結合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。（2）糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質組成。如細胞膜中的糖蛋白等。（3）脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結合而成。 如血清-，-脂蛋白等。（4）核蛋白：由簡單蛋白與核酸結合而成。如細胞核中的核糖核蛋白等。（5）金屬蛋白：由簡單蛋白與金屬離子的結合物。如鐵硫蛋白、鐵氧還蛋白、細胞色素類等含鐵、銅、鋅、鉬的蛋白，肌漿鈣蛋白、嗜熱菌蛋白酶等。（6）磷蛋白：由簡單蛋白質和磷酸組成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白等。.一、蛋白質分離純化的一般原則 1、前處理 2、粗分級：通常用鹽析、等電點沉淀、超濾、有機溶

47、劑分級等簡便、處理量大的方法從蛋白質混合液中除去大量雜質，得到濃縮蛋白質溶液。 3、細分級：選用分辨率高的方法進一步提純，如經過凝膠過濾、吸附層析、離子交換層析、反相高效液相層析、親和層析以及凝膠電泳、等電聚焦等。第七節第七節 蛋白質的分離和純化蛋白質的分離和純化.（一）透析及超濾法（一）透析及超濾法* 透析透析(dialysis)：利用透利用透析袋把大分子蛋白質與小析袋把大分子蛋白質與小分子化合物分開的方法。分子化合物分開的方法。* 超濾法：超濾法：應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質溶液的一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮

48、蛋白質溶液的目的。目的。.（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀 *使用使用丙酮沉淀丙酮沉淀時，必須在時，必須在04低溫下進行，低溫下進行，丙酮用量一般丙酮用量一般10倍于蛋白質溶液體積。蛋白倍于蛋白質溶液體積。蛋白質被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以質被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。外，也可用乙醇沉淀。 *鹽析鹽析(salt precipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面或氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質沉淀。

49、沉淀。 .*免疫沉淀法：免疫沉淀法：將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的應的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的性質，可從蛋白質混合溶液中分離獲得抗性質，可從蛋白質混合溶液中分離獲得抗原蛋白。原蛋白。 .（三）電泳（三）電泳蛋白質在高于或低于其蛋白質在高于或低于其pI的溶液中為帶電的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技術質的

50、技術, 稱為稱為電泳電泳(elctrophoresis) 。根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。膠電泳等。 .幾種重要的蛋白質電泳幾種重要的蛋白質電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳：聚丙烯酰胺凝膠電泳：常用于蛋白質分子常用于蛋白質分子量的測定。量的測定。*等電聚焦電泳等電聚焦電泳：通過蛋白質等電點的差異而分：通過蛋白質等電點的差異而分離蛋白質的電泳方法。離蛋白質的電泳方法。*雙向凝膠電泳：雙向凝膠電泳：是蛋白質組學研究的重要技術。是蛋白質組學研究的重要技術。.（四）層析（四）層析層析層析(chromatography)分離蛋白質的原理分離蛋白質的原理待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固態物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋態物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋白質顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分白質顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質組分在兩相中反復分配，并以不同離的蛋白質組分在兩相