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　　1、一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。第1页/共49页二、蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达，某些组织含量更高

　　2、，例如脾、肺及横纹肌等高达80。第2页/共49页1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2. 蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3. 氧化供能氧化供能第3页/共49页蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of Protein 第第 一一 节节第4页/共49页蛋白质的分子结构包括 一级结构一级结构(primary struc

　　3、ture)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构第5页/共49页定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 第6页/共49页一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。功能的基础。目 录第7页/共49页二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分

　　4、子中某一段肽链的局部空间蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。定义定义 主要的化学键主要的化学键： 氢键氢键 第8页/共49页（一）肽单元参与肽键的6个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，C 1和C 2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。第9页/共49页 蛋白质二级结构的主要形式 - -螺旋螺旋 ( -helix ) - -折叠折叠 ( -pleated she

　　5、et ) - -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) 第10页/共49页（二） - -螺旋目 录第11页/共49页（三） - -折叠第12页/共49页（四） -转角和无规卷曲 - -转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。 第13页/共49页（五）模体在许多蛋白质分子中，可发现二个或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，被称为接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体模体(motif)。第14

　　6、页/共49页钙结合蛋白中结合钙钙结合蛋白中结合钙离子的模体离子的模体 锌指结构锌指结构 第15页/共49页（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。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一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋螺旋或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。 第16页/共49页三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。 主要的化学键主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位

　　7、置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一） 定义 第17页/共49页目 录第18页/共49页 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C端端第19页/共49页纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 （二）结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或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，称为结构域行使其功能，称为结构域(domain) 。第20页/共49页（三）分子伴侣分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从通过提供一个保护环境从而加速蛋白

　　8、质折叠成天然构象或形成四级结构。而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。* * 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。使肽链正确折叠。 * * 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。后，再诱导其正确折叠。 * * 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 第21页/共49页亚基之间的结合力主要是疏水

　　9、作用，其次亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接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，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，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，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。第22页/共49页血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构 第23页/共49页蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Re

　　10、lation of Structure and Function of Protein第第 二二 节节第24页/共49页（一）一级结构是空间构象的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的一级结牛核糖核酸酶的一级结构构二二硫硫键键第25页/共49页 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第26页/共49页（二）一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链

　　11、链N-val his leu thr pro val glu C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。第27页/共49页（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 二、蛋白质空间结构与功能的关系 目 录第28页/共49页Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合， Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占总占总Hb的百分数（称的百分数（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化浓度变化而改变。而改变。（二）血红蛋白的构象变化与结合氧 第29页/共49页肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(

　　13、原子半径合后，铁原子半径变小，就能进入卟变小，就能进入卟啉环的小孔中，继啉环的小孔中，继而引起肽链位置的而引起肽链位置的变动。变动。第33页/共49页变构效应变构效应(allosteric effect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应变构效应。第34页/共49页（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生：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，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。致疾病发生。第3

　　14、5页/共49页蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解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。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第36页/共49页疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)

　　15、引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第37页/共49页第三节 蛋白质组和蛋白质组学 一、背景 二、蛋白质组和功能蛋白质 三、蛋白质组学和医学第38页/共49页一、背一、背 景景从genomic到proteome基因数量有限性和基因结构的相对稳定性 vs 生命现象的复杂性和多变性 第39页/共49页 对蛋白质的数量、结构、性

　　16、质、相互关系和生物学功能进行全面深入的研究已成为生命科学研究的迫切需要和重要任务。 第40页/共49页蛋白质组是澳大利亚学者WilliamsWilliams和WilkinsWilkins于19941994年首先提出，源于蛋白质（proteinprotein）与基因组（genomegenome）两个词的杂合, ,意指proteins proteins expressed by a genomeexpressed by a genome，即“一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质”。 二、蛋白质组及蛋白质组学的概念二、蛋白质组及蛋白质组学的概念第41页/共49页对应于基因组的所有蛋白质构成的整

　　17、体，不是局限于一个或几个蛋白质。 同一基因组在不同细胞、不同组织中的表达情况各不相同 。在空间和时间上动态变化着的整体。蛋白质组是：蛋白质组是：第42页/共49页蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics) 指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学，其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。 第43页/共49页主要研究内容 了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类； 明确各种蛋白质分子是如何形成类似于电路的网络的； 描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其结构上的关键

　　18、部位，如与药物结合并且决定其活性的部位。 第44页/共49页功能蛋白质组学(functional proteomics)的提出 功能蛋白质组：细胞在一定阶段或与某一生理现象相关的所有蛋白质。功能蛋白质组：细胞在一定阶段或与某一生理现象相关的所有蛋白质。 介于对个别蛋白质的传统蛋白质化学研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋介于对个别蛋白质的传统蛋白质化学研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质组学之间。白质组学之间。 第45页/共49页 从局部入手研究蛋白质组的各个功能亚群体。 将多个亚群体组合起来，逐步描绘出接近于生命细胞的“全部蛋白质”的蛋白质组图谱。第46页/共49页三、蛋白质组学和医学 1. 疾病和诊断 2.新药开发第47页/共49页复习题 1.蛋白质的变性伴随有结构上的变化是 （A）肽链的断裂 （B）氨基酸残基的化学修饰 （C）一些侧链基因的暴露 （D）二硫链的打开 （E）氨基酸排列顺序的改变 2.在电场中，蛋白质泳动速度取决于 （A）蛋白质颗粒的大小 （B）带净电荷的多少 （C）蛋白质颗粒的形状 （D）（A）+（B） （E）（A）+（B）+（C）第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页