结合蛋白：单纯蛋白+非蛋白（辅基）
核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、色蛋白和金属蛋白等 2、溶解度分类：可溶性蛋白、醇溶蛋白和不溶性蛋白 3、分子形状分类：球状蛋白和纤维蛋白 第三节 蛋白质结构与功能的关系 一、一级结构与功能关系
（一）一级结构是空间结构的基础
上世纪60年代，C.Anfinsen对核糖核酸酶（RNase）空间构象拆分和复原实验： （二）一级结构与功能关系：
一级结构不同，功能不同；一级结构相似，空间构象和功能也相似 （三）一级结构的种属差异与分子进化
? 同源蛋白质：在不同的生物体内行使相同或相似功能的蛋白质。
如：血红蛋白在不同的脊椎动物中都具有输送氧气的功能，细胞色素在所有的生物中都是电子传递链的组分。
? 通过比较同源蛋白质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化。
亲源关系越远，同源蛋白的氨基酸顺序差异就越大；反之，就越小。 1. 胰岛素（insulin）
? 胰岛素51个氨基酸残基， A．B链由二硫键相连，胰岛素由前体分子胰岛素原加工而来；
? 有24个氨基酸残基位置始终不变：A．B链上6个Cys 不变，其余18个氨基酸多数为非极性侧链，对稳定蛋白质的空间结构起重要作用。
? 其它可变氨基酸对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用。 ? 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。 （四）蛋白质一级结构的突变--分子病
? 基因突变引起的某个功能蛋白的某一个或几个氨基酸残基发生了遗传性替代从而导致整个分子的三维结构发生改变，功能部分或全部丧失。
? 镰刀形红细胞贫血现是由于血红蛋白发生了遗传突变引起的?链第6位的aa线基由正常的Glu变成了疏水性的Val
HbA β H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys?-COOH HbS β H2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys?-COOH 二、蛋白质空间结构与功能的关系 ? 蛋白质空间结构决定蛋白质功能； ? 蛋白质空间结构相似其功能也相似；
? 蛋白质空间结构改变导致蛋白质功能改变，严重时导致疾病---蛋白质构象病： ? 肌红蛋白(myoglobin，Mb)
153个氨基酸残基和一个血红素辅基; 8个α螺旋结构: A、B、C、D、E、F、G、H
? 血红蛋白（homoglubin,Hb）
四个亚基构成（2?、2?）， ?链含141个氨基酸残基、?146个氨基酸残基；亚基间通过8个离子键连接
?
（二）Mb和Hb的氧解离曲线：蛋白构象与氧合关系
：矩形双曲线，表示易于氧结合；
：S型曲线，表示在低氧分压时结合较难，亚基与O2结合呈现正协同效应（positive cooperativity），表明Hb的四个亚基与O2结合的亲和力不同，第一个结合较难，但一旦结合后，促进第二、第三亚基与O2结合，而后者又大大促进第四个亚基与O2结合。
氧分子（配体）与Hb亚基结合后引起亚基构象变化，称为变构效应（allosteric effect） （三）构象病
? 构象病：蛋白质一级结构没有改变，而由蛋白质的构象发生改变而影响其功能，严重时导致疾病。如疯牛病、hentington 舞蹈病等
? 疯牛病：由朊病毒蛋白（prion protein,PrP）引起的一组人和动物神经退行性疾病，具有传染性、遗传性和散发的特点。 ? 机理：
一、蛋白质的理化性质
（一）蛋白质的两性解离和等点电
? 蛋白质的两性电离(amphipathic ionization)：电离基团、溶液pH值 （二）蛋白质的胶体性
1、胶体性：分子颗粒 1-100nm，布朗运动、光散射现象、不能透过半透膜等； 2、亲水胶体的稳定因素：水化层、同性电荷
3、亲水胶体的生理意义：细胞原生质体、细胞形状、弹性、粘度等 （三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 1、蛋白质的变性（denaturation）
? 吴宪的蛋白质变性学说：天然蛋白质分子是由多肽链所组成，分子的规则性紧
密结构是由分子中的次级键维持，它很容易被物理和化学力量所破坏。变性作用是天然蛋白质分子结构的松解，即由原来有规则、紧密结构变为开链的无规则、松散结构。这种变性学说可以解释有关蛋白质变性的事实，至今仍为人们所承认。
? 定义：某些物理或化学因素使蛋白质分子特定的空间构象改变或破坏，导致其
生物活性丧失和理化性质改变（溶解度降低、粘度增加、易被降解）。 ? 类型：可逆变性和不可逆变性机理：破坏二硫键和次级键 2、蛋白质的沉淀（preciptation）
? 定义：在某些因素作用，蛋白质聚集并从溶液中析出的现象。
? 蛋白质沉淀的条件：除去稳定蛋白质胶体的两个因素：水化膜和同种电荷。 ? 蛋白质沉淀方法： （1）盐析 salting out
? 盐析：在蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、硫酸钠）以破坏蛋白质胶体稳定性而使其析出。
? 分段盐析：不同蛋白质溶解度不同，盐析时需要的盐溶度不同，故可用不断提高盐浓度的方法使不同的蛋白质从混合物溶液中分别沉淀出来。如： 半饱和硫酸铵-------沉淀血清中的球蛋白
饱和硫酸铵---------沉淀血清中的白蛋白 盐析沉淀的蛋白质通常不变性、 （2）有机溶剂沉淀蛋白质
? 破坏蛋白质颗粒水化膜，等点电时蛋白沉淀 ? 常温下易变性
（3）重金属沉淀蛋白质
? pH>pI时，生成重金属盐沉淀，常变性
（4）生物碱试剂（单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、磷钨酸、磷钼酸和三氯乙酸）沉淀蛋白质
? pH 变性 ? 松散不规则 ? 聚集凝块 少量盐可促进蛋白质加热凝固，如制豆腐。 （四）蛋白质的呈色反应 1、茚三酮反应：蛋白质与茚三酮加热可产生蓝紫色，多肽、氨基酸和伯胺类有同样 反应。 2、双缩脲反应：蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜反应呈紫红色。是肽键反应。用于蛋 白定量 3、与酚试剂反应：碱性溶液中蛋白质的色氨酸和酪氨酸残基与酚试剂（磷钨酸-磷 钼酸）反应呈兰色。灵敏度高，用于微量蛋白定量 （五）蛋白质紫外吸收 ? 大部分蛋白质均含带苯核的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，苯核在紫外280nm显示最大光吸收。利用它可测定溶液中蛋白质含量。 二、 蛋白质的分离纯化 （一）蛋白质分离纯化一般程序： ? 前处理（pretreatment）：对生物材料的处理，把蛋白质从原来的组织或细胞中以溶解的状态释放出来，并保持原来的天然状态和生物活性。 剔除结缔组织和脂肪等、脱脂、破碎组织细胞 ? 粗分离(rough fractionation):获得蛋白提取液后，选用一套适当方法，将所要蛋白质与其他杂分子分离开来和浓缩体积。 选用方法要简便、处理量大，既能去除杂蛋白又能浓缩蛋白溶液。如盐析、有机溶剂分级分离等，体积过大可选用超滤、凝胶过滤、冷冻真空干燥等 ? 细分离（fine fractionation）:样品的进一步纯化。一般使用层析方法：凝胶过滤、离子交换层析吸附层细、亲和层析等，这些方法一般规模小，但分辨率高。 （二） 蛋白质的分离纯化方法 1、根据溶解度： ? 等电点沉淀和pH控制 ? 盐析 ? 有机溶剂沉淀 2、根据分子大小： ? 透析和超滤： ? 离心法（超速离心和密度梯度离心） ? 分子筛层析（凝胶过滤） 3、根据电荷不同 ? 电泳 按支持物分：簿膜电泳、凝胶电泳； 按目的分：制备电泳、分析电泳 ? 离子交换层析 阴离子交换层析和阳离子交换层析 4、根据吸附特性：吸附层析 5、根据配体特异性亲和性：亲和层析 三、多肽链中氨基酸顺序分析 ? 氨基酸组成分析：完全水解、离子交换层析分离； ? 肽链二个末端氨基酸分析（DNP法、丹酰氯法）； ? 大片段分解成小片段：选择性酶解、离子交换层析分离 ? 小片段测序：Edman降解法 ? 完整的肽链氨基酸顺序： 根据肽段重叠部分将小肽段拼接出完整的序列 第 二章 核酸的结构与功能 Structure and Function of Nucleic Acid 一 核酸的化学组成及一级结构 核酸 单核苷酸 （B-R-P） 磷酸（P） 核苷（B-R） 戊糖（R） 碱基（B） D-核D-2-脱氧核嘌呤(purine) 嘧啶(pyrimidine) 糖 糖 腺嘌呤 (adenine, 胞嘧啶 (cytosine, A) C) 鸟嘌呤 (guanine, 胸腺嘧啶(thymine,T) G) 尿嘧啶(uracil,U) *碱基的性质： ? 酮式 ? 烯醇式；氨基 ? 亚氨基 共轭双键，260nm的紫外吸收较强 二 核酸 RNA DNA 磷酸 磷酸 磷酸 组成 戊糖 D-核糖 D-2-脱氧核糖 嘌呤腺（A） 鸟（G） 腺（A） 鸟（G） 碱 嘧啶碱 分布 功能 胞（C） 尿（U） 细胞质中 参与遗传信息的表达 胞（C） 胸腺（T） 细胞核中 遗传信息的储存和携带者 核苷（nucleoside） 核苷酸(nucleotide) 核苷 + 磷酸 磷酸酯键 [糖环上所有游离羟基（核糖的C-2?、 C-3?、C-5?及脱氧核糖的C-3?、C-5? ）均能与磷酸发生酯化结合。生物体内多数核苷酸是5?-核苷酸，即糖环上的C-5? 与磷酸酯化] 组成 碱基 + 核糖 糖苷键(glycosidic bond) 连接方式 [嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1与糖的C-1? 以糖苷键相连。] 三 DNA的空间结构与功能 一级结构 DNA分子中核苷酸的排列顺序及连接方式 二级结构 双螺旋模型： 反向平行、双链互补 右手螺旋，并有大沟和小沟 双螺旋结构稳定力：横向是碱基对氢键；纵向是碱基平面间的疏水堆积力 三级结构 超螺旋结构 功能 以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板 RNA的空间结构与功能 mRNA tRNA rRNA 5?帽子结构 5?非稀有碱基： 翻译区 编码区 DHU 、T、?、3?非翻译区 3?多mG和 mA等 聚A尾 三叶草形： DHU环、反密码环（有反密码子） 、T?环和3?端氨基酸臂 转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成中的氨基酸排列顺序 倒“L”型 活化，搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译 参与组成核蛋白体，作为蛋白质合成的场所