生物化学第一章蛋白质的结构与功能（三）

1、蛋白质一级结构与功能的关系

蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础。

1）一级结构是空间构象的基础。

2）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构和功能。

3）氨基酸序列提供重要的生物进化信息。

4）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病。

Ø  镰状细胞贫血患者血红蛋白β亚基的第六位的谷氨酸转变为缬氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，原先水溶性的血红蛋白聚集成丝，相互黏着，导致红细胞变形形成镰刀状而极易破碎，产生贫血。

这种蛋白质分子发生变异导致的疾病称作分子病。

 

2、蛋白质的理化性质

1）蛋白质具有两性电离性质。

蛋白质同氨基酸一样，都具有两性解离的特性，因此均为两性电解质。

蛋白质在溶液中的带电状况主要取决于溶液的pH值。

Ø  等电点（pI）：当蛋白质处于某一pH溶液时，蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质分子上的正、负电荷相等，净电荷为零，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点(pI)。

pH＞pI，带负电荷。pH＜pI，带正电荷。

Ø  体内蛋白质pI接近5，所以人体体液pH7.4环境下，大多数蛋白质解离成阴离子。少数呈碱性（鱼精蛋白、组蛋白），少数呈酸性（胃蛋白酶、丝蛋白）。

2）蛋白质具有胶体性质。

蛋白质在溶液中形成的颗粒直径可达1～100nm，属于胶体颗粒的范围。

蛋白质胶体稳定的因素：分子表面的水化膜和分子表面的电荷。

3）蛋白质的变性与复性。

蛋白质变性：蛋白质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的改变和生物活性的丧失。如粘度增加。

变性蛋白质的主要特征：

①空间结构剧烈变化，主要是二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。

②疏水基团暴露，其溶解度常降低，在pH接近等电点状态易聚集而发生蛋白质沉淀——变性蛋白质易于沉淀，，但沉淀的蛋白质不一定变性。

③生物活性丧失。

④肽键暴露，易被酶水解，容易消化。

蛋白质复性：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。

Ø  蛋白质的凝固作用：蛋白质经强酸、强碱变性仍能溶于其中，pH调至pI——变性蛋白质结成絮状不溶解物，其仍能溶解于强酸强碱——加热后形成坚固凝块，不溶于其中。

实际上是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果。

4）蛋白质在紫外光谱区有特征性光吸收。

由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的A280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。

5）呈色反应

茚三酮反应：氨基酸也有。

双缩脲反应：氨基酸无此反应，故可用作检测蛋白质的水解程度。

 

3、蛋白质高级结构与功能的关系

1）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似。

肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基。

肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。

血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构，每个亚基可结合1个血红素并携带1分子氧。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。

2）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合。

Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。

氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。

Mb易于O2结合。

Ø  协同效应：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。如果是促进作用则称为正协同效应。如果是抑制作用则称为负协同效应。

Ø  变构作用（别构效应）：蛋白质分子可与某些小分子物质相互作用，致使构象发生轻微的改变，生物学效应随之发生较大的改变。

血红蛋白未与O2结合时，其亚基处于一种空间紧密的构象（T构象），与O2亲和力小。

在氧丰富的肺里，血红蛋白转变成疏松构象（R构象），此时与O2的亲和力变大。

3）蛋白质构象改变可引起疾病。

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。如人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。