蛋白质二级结构的主要形式 1.α-螺旋 [10min] 结构要点：每3.6个氨基酸残基螺旋上升一周，螺距0.54nm，侧链伸向外侧，每个肽键的N-H 氢和后面的第四个肽键的羰基氧形成氢键。氢键方向与螺旋主轴方向基本平行。 举例：毛发的角蛋白、肌肉的肌球蛋白等几乎全都卷曲成α-螺旋 2.β-折叠 [5min] 结构要点：呈锯齿状(折纸状)，侧链交替位于锯齿状结构上下方，一般较短，5-8个AA， 若干肽段锯齿状可平行排列(走向相同或相反)，肽链间的肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键。 举例：蚕丝蛋白几乎全部是β-折叠 3. β-转角和无规卷曲 [5min] 结构要点：发生于肽链进行180度回折时的转角上，由4个AA组成，第一个残基的羰基氧 和第四个残基的亚氨基氢形成氢键，形成一个紧密的环，第二个残基通常为脯氨酸。 举例:球蛋白中含量很高，约占全部残基1/4. 无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。 (四)模体(超二级结构) [5min] 在许多蛋白质分子中，可发现二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，被称为模体(motif)。 举例：常见的模体 锌指结构 (五)氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响 [5min] 教学步骤 蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成?-螺旋或 β-折叠，它就会出现相应的二级结构。 三、蛋白质的三级结构 (30min) (一)三级结构 [10min] 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 主要的化学键：疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。 举例：肌红蛋白 (二)结构域 [10min] 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密， 各行使其功能，称为结构域(domain) 。 (三)分子伴侣 [10min] 分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。 四、蛋白质的四级结构 (15min) 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的 亚基 (subunit)。 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。 亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。 举例：血红蛋白 归纳总结蛋白质一、二、三、四级结构的对比，进行横向和纵向的总结，通过记忆口诀帮助学生进行巩固。 一级氨酸串为链 二级肽链有折卷 三级盘曲更复杂 四级多链合成团 五、蛋白质的分类 (5min) 根据蛋白质组成成分 根据蛋白质形状 教学步骤 思考题或作业 1.什么是蛋白质的二级结构？主要有哪几种？各自的结构特征？ 2.举例说明模体和结构域的概念及其与蛋白质二、三级结构的差别。 利用蛋白质数据库（PDB）中的图片，利用动态三维效果图使学生通过由平面到立体的感观认识，学习蛋白质的一、二、三、四级结构，学生能接受比较抽象的知识点，收到较好的效果。 通过记忆口诀使知识点易消化，并引导学生由点到面进行知识的总结归纳。 课后记
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课程名称 生物化学和分子生物学 授课对象 2005级本科 授课学时 2 教学目的与要求 章 节 第一章第3、4节 授课时间 2006.9.4 授课地点 六教室 掌握：蛋白质理化性质及分离纯化的方法和原理。 了解：蛋白质分子结构与功能的关系。 组成蛋白质的多肽链氨基酸序列及蛋白质空间结构的测定方法。 重点：蛋白质纯化方法理化性质、纯化方法。 难点：蛋白质变性、沉淀、凝固三者关系。 教学重点与难点 讲授式＋启发式。辅助案例讨论式教学。以“分子病”和“疯牛病”为案例讲清楚蛋白质结 教学方法 构与功能的关系。并通过举例如卤水点豆腐或提出问题讨论蛋白质盐析、沉淀与变性、凝固 的关系。 教具 黑板＋多媒体教学 蛋白质的变性、沉淀和凝固的关系 沉淀的蛋白质不一定变性，也不一定凝固； 变性的蛋白质易于沉淀，但也不一定沉淀； 凝固的蛋白质一般沉淀，同时变性。 蛋白质的分离和纯化 板书提纲 (一)透析及超滤法 (二)丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀 (三)电泳 (四)层析 (五)超速离心 第三节 蛋白质结构与功能的关系 40min 一、蛋白质一级结构与功能的关系 (15min) (一)一级结构是空间结构的基础 例：牛核糖核酸酶一级结构与空间结构的关系。 (二)一级结构与功能的关系 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能 例：不同哺乳类动物胰岛素分子 结构相似 执行调节糖代谢的功能 教学步骤 氨基酸序列提供重要的生物化学信息 例:细胞色素C 比较一级结构，了解物种进化间的关系 重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病 例：镰刀形红细胞贫血 由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。 二、蛋白质空间结构与功能的关系 (25min) (一)肌红蛋白和血红蛋白结构 (利用图片进行详细对照和比较，再讲解。) (二)血红蛋白的构象变化和结合氧 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。 (通过血红蛋白和肌红蛋白结构和功能(结合运输氧的能力)的比较，使学生正确理会蛋白质 空间结构与功能的关系。) (三)蛋白质构象改变与疾病 （问题启发式教学，联系临床，强化学生记忆） 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。 例：疯牛病发病机制：朊病毒蛋白 α-螺旋→β-折叠 第四节 蛋白质理化性质及其分离纯化 60min 一、蛋白质的理化性质 (与氨基酸理化性质对比学习) (30min) (一)蛋白质的两性电离 5min 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。 举例：人体内蛋白大多带有负电荷 人体体液pH=7.4 蛋白质等电点pI=5.0 教学步骤 (二)蛋白质的胶体性质 5min 蛋白质胶体稳定的因素：颗粒表面电荷 水化膜 通过对胶体性质的学习，为学生总结分离纯化蛋白的方法：盐析的原理，为实验教学做好铺垫。 (三)蛋白质的变性、沉淀和凝固 10min 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。 变性的本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。 造成变性的因素：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 。 应用举例： ? 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。 ? 此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation) 。 蛋白质沉淀：在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。 蛋白质的凝固作用(protein coagulation)：蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。 蛋白质的变性、沉淀和凝固的关系 沉淀的蛋白质不一定变性，也不一定凝固； 变性的蛋白质易于沉淀，但也不一定沉淀； 凝固的蛋白质一般沉淀，同时变性。 (四)蛋白质的紫外吸收 5min 总结出蛋白质含量测定的方法：紫外分光光度法 (五)蛋白质的呈色反应 5min ⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction) ⒉双缩脲反应(biuret reaction) 二、蛋白质的分离和纯化（结合生化实验课教学进行讲解，做好实验课的铺垫） 20min (一)透析及超滤法 4min 透析(dialysis)：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。 超滤法：应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。 (二)丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀 4min 盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 (三)电泳 4min 蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(electrophoresis) 。 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量的测定。 *等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。 *双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。 (四)层析 4min 蛋白质分离常用的层析方法 * 离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。 * 凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。 (五)超速离心 4min 超速离心法(ultracentrifugation)既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。 通过对实验方法的介绍，使学生除掌握方法外，还应使学生明确在进行蛋白纯化工作中必须多种方法联合应用才能达到真正的纯化目的。 三、多肽链中氨基酸序列分析 5min 以前用化学法费时费力 现在运用自动化分析仪器 四、蛋白质空间结构测定 5min 二级结构测定 三级结构测定 1.举例说明蛋白质的一级结构、空间结构与功能之间的关系？ 2.何谓蛋白质变性？变性与沉淀的关系如何？蛋白质变性原理有何应用价值？ 3.蛋白质纯化的方法哪几种？原理是什么？ 思考题或作业 课后记 本次课教学内容多，学生不易理解和消化，要求学生课后要进行自学和巩固。 通过氨基酸和蛋白质理化性质的对比学习，使学生能更好地掌握相关知识。