【文章內(nèi)容簡介】 反平行結(jié)構(gòu)（相鄰肽鏈反向），見 P210圖 518。 （ 3） β 轉(zhuǎn)角和 β 凸起 β 轉(zhuǎn)角是球狀蛋白的一種簡單的二級結(jié)構(gòu)組件。為第一個氨基酸殘基的羰基與第四個殘基的 NH 氫鍵鍵合，形成一緊密的環(huán)在肽鏈回折或彎曲時形成，使多肽鏈出現(xiàn) 1800 急劇回折，見 P211 圖 519。 β 轉(zhuǎn)角處 Gly 和 Pro 出現(xiàn)幾率很高。 β 凸起：是在 β 折迭股中額外插入一個殘基，凸起股產(chǎn)生小彎曲（ P212 圖520），可引起肽鏈方向稍有改變。 （ 4） 無規(guī)卷曲：泛指那些不能歸入明確的二級結(jié)構(gòu)的多肽區(qū)段，實際上不是完全無規(guī)，而是像其它二級結(jié)構(gòu)那樣具有明確而穩(wěn)定的 結(jié)構(gòu)。常構(gòu)成酶的活性部位和蛋白質(zhì)的功能部位。 （五）超二級結(jié)構(gòu) 若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元彼此相互作用，形成種類不多、有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合或二級結(jié)構(gòu)串，在多種蛋白質(zhì)中充當三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，如 P221 圖 529 所示，有 αα，βαβ等。 （六）結(jié)構(gòu)域 多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)（局部折迭區(qū)），是相對獨立的緊密球狀實體，稱為結(jié)構(gòu)域或域，是球狀蛋白質(zhì)的獨立折迭單位。 對于較小的球狀蛋白質(zhì)分子或亞基，結(jié)構(gòu)域就是三級結(jié)構(gòu)；對于較大的球狀蛋白之或亞基，其三級結(jié)構(gòu)往往由兩個 或多個結(jié)構(gòu)域締合而成，為多結(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域形成再締合成三級結(jié)構(gòu)動力學更為合理，特定三維排布的結(jié)構(gòu)域形成，有利于結(jié)構(gòu)域之間活性中心的形成，結(jié)構(gòu)域之間的柔性肽鏈形成的鉸鏈區(qū)有利于活性中心與底物結(jié)合，以及別構(gòu)中心結(jié)合調(diào)節(jié)物發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)。 （七）球狀蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 球狀蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)具有明顯的折迭層次： 二級結(jié)構(gòu) → 超二級結(jié)構(gòu) → 結(jié)構(gòu)域 → 三級結(jié)構(gòu) → 四級結(jié)構(gòu)（多聚體）。 分子是緊密球體或橢球狀實體，所有原子體積占 72~77%，空腔約 25%。 疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面，球狀蛋白是水溶性的。球狀蛋白表面上的疏水空穴常用于結(jié)合底物、效應(yīng)物等配體，為行使生物功能的活性部位。 （八）蛋白質(zhì)折迭和結(jié)構(gòu)預(yù)測 （ 1） 蛋白質(zhì)變性：天然蛋白質(zhì)分子受某些物理化學因素，如熱、紫外線照射或酸、堿、有機溶劑、變性基的影響生物活性喪失，溶解度降低及物理化學常數(shù)改變的過程稱為蛋白質(zhì)變性。 蛋白質(zhì)變性為分子中次級鍵破壞，天然構(gòu)象解體，但變性不涉及共價鍵（肽鍵和二硫鍵）的破裂，一級結(jié)構(gòu)保持完好，只是物化性質(zhì)和生化性質(zhì)改變。 變性劑： ① 能與多肽主鏈競爭氫鍵，破壞二 級結(jié)構(gòu)，如尿素、鹽酸胍等； ② 表面活性劑：破壞蛋白質(zhì)疏水相互作用，使非極性基團暴露于介質(zhì)水中，如十二烷基硫酸鈉。 變性是一個協(xié)調(diào)過程，在所加變性劑很窄的濃度范圍內(nèi)，或很窄的 pH 或溫度區(qū)間內(nèi)突然發(fā)生。 （ 2） 氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 核糖核酸酶的變性和復(fù)性試驗： 牛胰核糖核酸酶，為 124 個氨基酸殘基組成單鏈，包含四個二硫鍵。 變性：加 8mol/L 尿素或 6mol/L 鹽酸胍和巰基乙醇（還原二硫鍵），酶變性，緊密結(jié)構(gòu)伸展成松散的無規(guī)卷曲構(gòu)象。 復(fù)性：將尿素等變性劑和巰基乙醇用透析法除去，酶活性又可恢復(fù)，最后達原活性 的 95~100%。 P235 圖 549。 加入極微量巰基乙醇，有助于二硫鍵重排，加速酶的復(fù)性。 復(fù)性：變性的蛋白質(zhì)在一定條件下重建其天然構(gòu)象恢復(fù)其生物活性。 蛋白質(zhì)天然構(gòu)聚處于能量最低狀態(tài)，理論上變性是可逆的，但實際上由于復(fù)性所需條件復(fù)雜，不易滿足而常常遇到困難。 根據(jù)分子生物學一個中心原理：順序規(guī)定構(gòu)象，活性依靠結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是可預(yù)測的。全新蛋白質(zhì)設(shè)計和蛋白質(zhì)工程更需要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測。 （九）亞基締合和四級結(jié)構(gòu) （ 1） 蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)涉及亞基種類和數(shù)目，以及亞基在整個分子中空間排布（對稱性），亞基的接觸位點（ 結(jié)構(gòu)互補）和作用力（主要是非共價相互作用）。 大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子亞基數(shù)目為偶數(shù)，亞基種類一般是 1 或 2 種。 （ 2） 四級結(jié)構(gòu)締合的驅(qū)動力：弱相互作用（氫鍵、疏水相互作用，范氏力，鹽鍵），有的亞基聚合還借助亞基之間的二硫橋，如抗體是由兩條重鍵和兩條輕鏈組成的四聚體，二硫鍵將兩條重鏈與輕鏈連接在一起， P276 圖 629。 （ 3） 亞基締合方式：亞基締合主要是疏水相互作用，締合專一性則由表面的極性基團的氫鍵和離子鍵提供。 許多蛋白質(zhì)借異種締合（相同亞基，但相互作用表面不同）。形成線性或螺旋形的大聚合體，如病毒顆粒外殼， P248 圖 556 顯示人免疫缺陷病毒（ HIVI）的核殼由幾百個外殼蛋白亞基組成。 （ 4） 四級結(jié)構(gòu)對稱性：是四級結(jié)構(gòu)蛋白主要性質(zhì)之一，有旋轉(zhuǎn)對稱軸，如二聚體，四聚體。 （ 5） 四級締合在結(jié)構(gòu)和功能上具有優(yōu)越性：可增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高遺傳經(jīng)濟性和效率，使編碼所需 DNA 減少，可使催化基團匯集在一起；具有協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)。 別構(gòu)效應(yīng)：多亞基蛋白質(zhì)一般具有多個結(jié)合部位，結(jié)合在蛋白質(zhì)分子的特定部位上的配體對該分子和其它部位所產(chǎn)生的影響（如改變親和力或催化能力）稱為別構(gòu)效應(yīng)。 具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)為別構(gòu)蛋白質(zhì)，酶稱為別構(gòu)酶，具有調(diào)節(jié)代謝 的功能。 第六章、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（ P252） 本章的重點：這也是蛋白質(zhì)化學中最為重要的一章，要求學生重點掌握，特別是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系及其研究在生命科學中的重要地位。本章主要講述的內(nèi)容為： 從厭氧生物轉(zhuǎn)化為好氧生物是生物進化中的一大進步。脊椎動物中血紅蛋白在血液中起到載氧和輸氧的作用，肌紅蛋白在肌肉中起貯氧和氧在肌肉中分配的作用。 （一） 肌紅蛋白（ Mb）的結(jié)構(gòu)與功能 （ 1） 三維結(jié)構(gòu)：由一條多肽鏈和一個血紅素輔基構(gòu)成，相對分子量 16700，含 153個氨基酸殘基。分子中多肽鏈由 8 段 α 螺旋組成，分子結(jié)構(gòu)致密結(jié) 實，帶親水基團側(cè)鏈的氨基酸分布在分子外表面，疏水氨基酸側(cè)鏈幾乎全埋在分子內(nèi)部，見 P253 圖61。 （ 2） 輔基血紅素：由二價鐵和原卟啉 Ⅸ 組成，原卟啉 Ⅸ 由 4 個吡咯環(huán)組成，見 P254 圖 62。 鐵原子只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合氧。 蛋白質(zhì)提供疏水洞穴，固定血紅素基，保護血紅素鐵免遭氧化，為氧提供一個結(jié)合部位。結(jié)合氧只發(fā)生暫時電子重排。 （二） 血紅蛋白 (Hb)的結(jié)構(gòu)與功能 （ 1） 血紅蛋白由 4 個多肽鏈（亞基）組成，如α 2β 2（成人血紅蛋白 HbA），每個亞基都有一個血紅素基和一個氧結(jié)合部位，α 鏈有 141 個殘基，β 鏈有 146 個殘基 ，且α鏈、β鏈和 Mb 的三級結(jié)構(gòu)都非常相似（ P259 圖 69）。實際上對于人的這三種多肽鏈分析發(fā)現(xiàn)只有 27 個的殘基是共有的，這表明蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的保守性。只要功能相同（都與氧結(jié)合），高級結(jié)構(gòu)就相似，有時甚至是唯一的。 血紅蛋白與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)上最大不同在于血紅蛋白有四級結(jié)構(gòu)，是四聚體，而肌紅蛋白只有三級結(jié)構(gòu)。因此血紅蛋白運載氧能力增強，還能運載 H+和 CO2，在氧分壓變化不大范圍內(nèi)完成載氧和卸氧工作。且 Hb 為變構(gòu)蛋白，可受環(huán)境中其它分子，如 H+， CO2 和 2， 3二磷酸甘油酸（ BPG）的調(diào)節(jié)。 （ 2） 氧結(jié)合引起血紅蛋 白構(gòu)象變化，氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白在四級結(jié)構(gòu)上有顯著不同，發(fā)生構(gòu)象變化。 氧與血紅蛋白結(jié)合是協(xié)同進行的，具有正協(xié)同性同促效應(yīng)，即一個氧分子與 Hb結(jié)合，使同一 Hb 分子中其余空的氧結(jié)合部位對氧親和力增加，再結(jié)合第二、三、四個氧分子則比較容易。 （ 3） Hb 和 Mb 氧合曲線如 P262 圖 614 所示。 P(O 2)：氧分壓，表示氧的濃度（氧濃度與氧分壓成正比）。 Y：氧飽和百分數(shù)，為被占氧合部位與氧合部位總數(shù)之比。 當 Y=0，所有氧合部位空著； Y=1，所有氧合部位被氧占據(jù)； Y=，半載，此時所需氧分壓大小為對氧親和 力指標。 Mb 氧合曲線為雙曲線； Hb 氧合曲線為 S 型曲線。 S 曲線分析： ① 肺區(qū)氧分壓較高， P（ O2）約為 100torr（空氣中氧分壓 760 21%=160torr）， Y=，近于 1，載氧。 ② 組織肌肉中需氧， P（ O2）約為 20torr， Y=，卸氧。 ③ Δ Y：氧飽和百分數(shù)變化；Δ P（ O2）：氧分壓變化。 肺區(qū)和組織肌肉中氧分壓變化：Δ P（ O2） =100―20=80torr ， Hb 氧飽和百分數(shù)變化為，Δ Y=―= ，表示有近 3/4 氧可從 Hb 上卸下。由此可知在 S 曲線上，即使 P（ O2 ）變化不大（僅 80torr） ,也有較多的氧卸下，輸氧效率較高，可完成輸氧，Δ P（ O2）在 20~100torr 范圍變化，為 Hb 工作區(qū)；相比 Mb 的雙曲線，Δ P（ O2）在 20~100torr 范圍變化，Δ Y 只有 ，表示氧不易卸下，只能擔負貯氧功能。 Hb 與 Mb 功能差別只是因為 Hb 有四個亞基，有四級結(jié)構(gòu)，可進行協(xié)同載氧和卸氧工作， Mb 只能貯氧。 （ 4） H+， CO2 和 BPG（ 2， 3二磷酸甘油酸）對血紅蛋白結(jié)合氧的影響 ： 它們與 Hb 結(jié)合部位離血紅素基甚遠，是通過別構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié) Hb 與氧的結(jié)合。 1. 波爾效應(yīng)（ Bohr）： pH 降低（ H+增加）， CO2 壓力增加均降低血紅蛋白對氧親和力，促進血紅蛋白釋放氧；反之高濃度氧又促使脫氧血紅蛋白釋放 H+和 CO2。 P264 圖 617： pH 減少使 S 曲線右移，而 H+增加、 CO2 增加均使 pH 減少。 生理意義：在組織區(qū) CO2 產(chǎn)生，為高 CO2 區(qū)， pH 約 ，有利于 Hb 釋放氧，載 CO2；在肺區(qū)氧吸入， pH 約 ，有利于 Hb 與氧結(jié)合，放出 CO2。 2. BPG 降低 Hb 對氧親和力： BPG 可由糖代謝產(chǎn)生，正常人血液中約含 ，約與血紅蛋白等摩爾數(shù)。 P265 圖 619 顯示出在不 同 BPG 濃度下血紅蛋白的氧合曲線， BPG 濃度增加，Hb 氧合曲線右移。 ① 無 BPG， Hb 氧合曲線為雙曲線，不易卸氧； ② 當 BPG=（正常生理狀況），為 S 型曲線，可卸氧，此時 P（ O2）=26torr， Y=； ③ 當 BPG=（非正常生理狀況如高山反應(yīng)，及病理狀況如肺氣腫），S 曲線右移，更易卸氧，滿足肌體對氧需求，此時 P（ O2）為 34torr， Y=。 （三） 血紅蛋白分子病 人類已發(fā)現(xiàn) 300 多種不同突變的血紅蛋白，許多突變是有害的，產(chǎn)生遺傳病，如鐮刀狀細胞貧血癥： 病狀：貧血癥； 檢查：血液中含大量鐮刀形紅細胞 HbS，沒有足夠可承擔輸氧的正常圓形細胞HbA。鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的。 研究：電泳發(fā)現(xiàn) HbS 和 HbA 電泳速度和等電點均有差異。在 下均向正極移動，但 HbS 比 HbA 稍慢，說明 HbS 比 HbA 少幾個帶負電荷基團。 氨基酸測序發(fā)現(xiàn) HbA 與 HbS 區(qū)別在于 β 鏈上 6位 Glu（ HbA）變?yōu)?Val（ HbS），結(jié)果由于疏水相互作用， β 鏈上 6Val 與 1Val 接近，使血紅蛋白分子從扁平狀壓縮變形，形成細長聚集體紅細胞，構(gòu)成鐮刀形，與氧結(jié)合力降低。 值得注意的是血紅蛋白分子四條肽鏈共 574 個氨基酸殘基，只兩個 β 鏈上的氨基酸被代替（ 2Glu→ 2Val），即引起如此嚴重疾病。 第 7 章、蛋白質(zhì)的分離純化和表征（ P290） 本章重點介紹蛋白質(zhì)的分離純化方法、所注意的事項、分離純化蛋白質(zhì)的意義、新技術(shù)、新方法和新突破等。主要講課內(nèi)容為： （一） 蛋白質(zhì)分子量測定： （ 1） 根據(jù)化學組成測最低分子量： 1. 肌紅蛋白、血紅蛋白均含鐵 %，分別求它們的最低分子量： 肌紅蛋白為 （ Fe 原子量） 247。 100=16700，與其它方法測分子量相符。 血紅蛋白含鐵 也是 %，最低分子量也為 16700，但用其它方法測分子量為68000，即每一個血紅蛋白含有 4 個鐵原子，由此計算更為準確分子量為： 167004=66800。 2. 由氨基酸含量計算： 如牛血清清蛋白含 %，蛋白質(zhì)最低分子量為 35200；每一牛血清蛋白含有2 個 Trp，所以分子量為 70400，比其它方法測出的準（ 69000）。 （ 2） 沉降系數(shù)和沉降系數(shù)單位： 蛋白質(zhì)分子在溶液中受強大離心力作用時，蛋白質(zhì)分子沉降，沉降速度與蛋白質(zhì)分子大小和密度、分子形狀等有關(guān)，可用于測分子量。 沉降系數(shù)：蛋白質(zhì)顆粒在單位 離心場的沉降速度是個定值，稱為沉降系數(shù)或沉降常數(shù)用 s 表示。 s 常用來近似描述生物大分子的大小，蛋白質(zhì)、核酸、核糖體和病毒的沉降系數(shù)介于 1 1013到 200 1013sec范圍，見 293 表 74。 為方便起見，把 1013sec 作為一個單位 ,稱為 svedberg（斯維得貝格）單位或沉降系數(shù)單位，用 S 表示，如人的 Hb 沉降系數(shù)為 ，即為 1013sec。 （二） 蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)與蛋白質(zhì)的沉淀： 蛋白質(zhì)溶液屬膠體系統(tǒng)，分散相質(zhì)點大小 1~100nm。 蛋白質(zhì)可用鹽析，有機溶劑沉淀，生成重金屬鹽、加生物 堿和某些酸類（如三氯乙