化学生物学第六章 化学物质与蛋白质相互作用.ppt

第六章 化学物质与蛋白质的相互作用 ;在生物体内，蛋白质（包括酶）占细胞干重的70%以上，种类繁多，在生命活动过程中发挥着各种各样的作用。随着人们对环境保护和生活质量要求的提高，蛋白质在食品、医药（生化药物、临床检验、药物筛选等）、环保（环境分析）、农业、日用化工（化妆品）、精细化工（酶催化合成）等领域的应用日益广泛。 在蛋白质体外的应用中，一般涉及到分离纯化、储存、含量检测等过程，其中常常发生化学物质与蛋白质非专一性的相互作用，如沉淀作用、变性作用、稳定作用以及化学修饰作用等。 ;球状蛋白三级结构的主要特征;蛋白质内部存在极少量的亲水残基，表面也常见到一些疏水残基。这些“异常”分布的残基，致使肽链的局部结构发生“扭曲”，一些键的张角与一般正常的值有偏离，蛋白质中这些局部的构象具有相对偏高的能量，相对???于较不稳定状态，在外界很小的扰动作用下，就能发生变化。 原则上，一些相对规则的?-螺旋和?-折叠分布在球状蛋白内部，且压积得很紧密，致使球状蛋白具有致密的结构；那些?-螺旋和?-折叠叠规整性相对差一些的二级结构，转角和环状以及特定的“无规”卷曲，则更多地分布在球状蛋白外周。 值得指出的是在很多蛋白质分子内部还存在着数量不同的水分子，这些水分子也和一些极性基因或负电性原子形成氢键。其中一些也参与蛋白质功能的行使过程。 球状蛋白表面并不是非常光滑的，而是具有很多沟渠，多数球状蛋白可及表面的面积约为同样大小球表面积的两倍。 ;球状蛋白质分子的立体结构具有高度特异性和高度灵敏性。每种蛋白质分子都有特定的高级结构。这种构象特异性，使它区别于其他蛋白质；但这种高度特异性结构，并非固定不变，在执行生物学功能时，常常发生一系列的构象变化，表现出高度灵敏性。 在生物体内，构象变化，往往是该蛋白质分子与配基相互作用引起的，配基包括酶的小分子底物、受体的小分子激素和神经介质、血红蛋白O2等。因此，生物体内的蛋白质总是处于一种可以相互转变的多种构象平衡态。 球状蛋白质分子表面并不光滑，常出现一些“裂隙”或“洞穴”，“裂隙”或“洞穴’’周围常具有疏水性，这些“裂隙”或“洞穴”可能是蛋白质(酶)的活性部位。;硫氧还蛋白的结构;第二节 化学物质对蛋白质的沉淀作用 ;沉 淀 作 用 的 类 型;一、无机物沉淀;含高价阴离子的盐，效果比1价的盐好。阴离子的盐析效果有下列次序： 柠檬酸盐PO43-＞SO42-＞CH3COO-＞Cl-＞NO3-＞SCN-。 但高价阳离子的效果不如低价阳离子，例如硫酸镁的效果不如硫酸铵。对于1价阳离子则有下列次序：NH4+＞K+＞Na+。 ;（2）金属离子沉淀法;金属离子沉淀法的优点是它们在稀溶液中对蛋白质有效强的沉淀能力。处理后残余的金属离子可用离子交换树脂或螯合剂除去。 在这些离子中，应用较广的是Zn2+，Ca2+，Mg2+，Ba2+和Mn2+，而Cu2+，Fe2+，Pb2+，Hg2+等较少应用，因为它们会使产品损失和引起污染。如Zn2+可用于沉淀杆菌肽(作用于第4个组氨酸残基上)和胰岛素；Ca2+(CaCO3)用于分离乳酸，血清清蛋白等。;二、等电点沉淀;pH对?-乳球蛋白溶解度的影响 ;三、有机物沉淀;有机溶剂沉淀法的优点是溶剂容易蒸发除去，不会残留在成品中，因此适用于制备食品蛋白质。而且有机溶剂密度低，与沉淀物密度差大，便于离心分离。有机溶剂沉淀法的缺点是容易使蛋白质变性失活，且有机溶剂易燃、易爆、安全要求较高。 一般所选择的溶剂必须能和水互溶，而和蛋白质不发生化学反应，最常用的溶剂是乙醇和丙酮，加量在20-50%（V/V）之间。当蛋白质的溶液pH接近等电点时，引起沉淀所需加入有机溶剂的量较少。 ;2. 酚类化合物及有机酸沉淀;四、聚合物沉淀;2. 聚电解质沉淀法 ;第三节 化学物质对蛋白质的稳定作用 ;强的无机酸碱及有机酸碱都可以改变蛋白质溶液的pH，引起蛋白质表面必需基团的电离，由于各氨基酸残基所带电荷的相互吸引或排斥使蛋白质的空间结构发生较大变化，造成蛋白质分子聚集，导致不可逆失活。 另外，在强酸、强碱条件下，肽键也容易被水解断裂，天冬酰胺和谷酰胺侧链的酰胺会发生脱氨作用，改变了原来蛋白质表面的电荷分布，使蛋白质构象重新排布，结果导致蛋白质失去活性。;2.氧化剂;3.去污剂和表面活性剂;4.变性剂;（2）有机溶剂;5.重金属离子和巯基试剂;Lys;蛋白质不可逆失活的化学因素 ;二、化学物质对蛋白质的稳定作用 ;稳定剂;三、化学物质的共价修饰作用 ;当外源化合物的活性代谢产物与细胞内重要生物大分子，如核酸、蛋白质、脂质等共价结合，发生烷基化或芳基化，即导致DNA损伤、蛋白质正常功能丧失，乃至细胞的??伤或死亡、外源化合物与生物大分子相互作用主要有两种方式：非共价结合和共价结合。 ;(2)蛋白质分子中的可反应基团 ;