1、第五章 蛋白质蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的多的组分，占人体干重的45%45%，占细菌干重的，占细菌干重的505070%70%。1 概述一.蛋白质的生物学意义是一切生物体中普遍存在的生物大分子，是是一切生物体中普遍存在的生物大分子，是生物生物功能的主要载体功能的主要载体。生物遗传形状（存在于信息大。生物遗传形状（存在于信息大分子分子DNADNA中）是通过蛋白质来表现的。中）是通过蛋白质来表现的。酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白等酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白等 蛋白质种
2、类繁多、各具一定的相对分子量（蛋白质种类繁多、各具一定的相对分子量（一般一般在一万到一百万，甚至高达数百万）在一万到一百万，甚至高达数百万）、复杂的分、复杂的分子结构和特定的生物功能。子结构和特定的生物功能。二、蛋白质的生物学功能1.1.作为生物催化剂：作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。酶几乎都是蛋白质。2.2.调节代谢反应：调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。生长素。3.3.运输载体：运输载体：如红细胞中运输如红细胞中运输O O2 2、COCO2 2要靠要靠Hb(HemoglobinHb
3、(Hemoglobin血红蛋白血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.4.参与机体的运动：参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。5.5.参与机体的防御：参与机体的防御：机体抵抗外来侵害的防御机能，靠机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.6.接受传递信息：接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视如口腔中
4、的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。觉蛋白。7.7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.8.其它：其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。所以，我们不难理解，为什么说所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。没有蛋白质就没有生命。三、蛋白质的分类1.1.根据分子形状分：根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质球状蛋白
5、质、纤维状蛋白质2.2.根据功能分：根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。活性蛋白质、结构蛋白质。3.3.根据组成分：根据组成分：（1 1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2 2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。四.蛋白质的水解完全水解完全水解：用浓酸、碱将蛋白质完全水解为氨基酸氨基酸。酸水解：无消旋作用，产物为L-氨基酸。氨基酸。碱水解：多数氨基酸氨基酸被破坏，有消旋现象。部分水解：
6、部分水解：一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸肽段和氨基酸。蛋白酶：(内切酶、内肽酶）胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。1.1.酸水解酸水解 条件条件：5 51010倍的倍的20%20%的盐酸煮沸回流的盐酸煮沸回流16162424小时，小时，或加压于或加压于120120水解水解2 2小时。小时。优点优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。氨基酸，产物单一，无消旋现象。缺点缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。黑质，水解
7、液呈黑色。2.2.碱水解碱水解条件条件：4mol/L Ba(OH)4mol/L Ba(OH)2 2或或6mol/L NaOH6mol/L NaOH煮沸煮沸6 6小时。小时。优点优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.3.蛋白酶水解蛋白酶水解条件条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37374040，pHpH值值5 58 8。优点优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点缺点：水解不
8、完全，中间产物多。：水解不完全，中间产物多。蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。用于制备蛋白质水解产物。一.蛋白质的元素组成 蛋白质是有机化合物，离不开蛋白质是有机化合物，离不开C C、H H、O O三种元素，还含有三种元素，还含有N N、P P、S S、金属元素等、金属元素等。含量含量%：505055 655 67 207 2023 1523 1517 0.317 0.33 3 微量或无微量或无 元素组成元素组成 ：C H O C H O N N S S 其它其它 蛋白质中蛋白质中N N是特征元素，且含量恒定，为
9、是特征元素，且含量恒定，为16%16%左右左右 ，即，即1616克克氮氮/100/100克蛋白质，故可以用克蛋白质，故可以用定氮法定氮法测量蛋白质含量测量蛋白质含量，即：每，即：每100100克蛋白质含氮克蛋白质含氮1616克，克，100/16=6.25100/16=6.25克蛋白质含克蛋白质含氮氮1 1克。所以，克。所以，每克样品含氮量每克样品含氮量6.256.25100=100100=100克样品蛋白质含量（克克样品蛋白质含量（克%）。有些蛋白质含有有些蛋白质含有其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、MoMo、I I 等。等。2 蛋白质的基本结
10、构氨基酸二、蛋白质分子的基本组成单位氨基酸（一）氨基酸的结构通式：（一）氨基酸的结构通式：不同氨基酸在于R不同，除了R为H的甘氨酸外，其他氨基酸a碳原子都有手性，具旋光异构，存在D和L型，构成天然蛋白质的氨基酸均为L型 蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸：蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如如4-羟脯氨酸、羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟赖氨
11、酸等。非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨生物体内呈游离或结合态的氨基酸。基酸。生物体内常见氨基酸的分类生物体内常见氨基酸的分类（二）氨基酸的结构与分类（二）氨基酸的结构与分类二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族A A（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环(His(His、Pro)Pro)据据R基团基团极性分类极性分类极性极性
12、R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA（种）（种）不带电荷不带电荷（种）（种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)二氨基一羧基二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis带电荷带电荷：正电荷（种）负电荷（种）：正电荷（种）负电荷（种）1 1、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：（1 1）酸性氨基酸酸性氨基酸：一氨基
13、二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酸、（2 2）碱性氨基酸碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸：二氨基一羧基氨基酸 ，有：赖氨酸、，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸（3 3）中性氨基酸中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。胺、丝氨酸、苏氨酸。酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D
14、）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）杂杂 环环氨基酸氨基酸2 2、按侧基、按侧基R R基的结构特点分：基的结构特点分：（1 1）脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸（2 2）芳香族氨基酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3 3）杂环氨基酸杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸：脯氨酸、组氨酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨
15、酸 （Trp,W）甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）缬氨酸缬氨酸 （Val,V）亮氨酸亮氨酸 （Leu,L）异亮氨酸异亮氨酸 （Ile,I）中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）3 3、按侧基、按侧基R R基与水的关系分：基与水的关系分：（1 1）非极性氨基酸非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色
16、氨酸、酪氨酸、脯氨酸。氨酸、脯氨酸。（2 2）极性不带电氨基酸极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。苏氨酸。（3 3）极性带电氨基酸极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。酸、组氨酸。4 4、按氨基酸是否能在人体内合成分：、按氨基酸是否能在人体内合成分：（1 1）必需氨基酸必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸缬氨酸、
17、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2 2）非必需氨基酸非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3 3）半必需氨基酸半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、组氨酸、精氨酸。精氨酸。二十种氨基酸的名称和结构如图所示二十种氨基酸的名称和结构如图所示:注：二十种氨基酸的结构特点注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸
18、、苏氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖氨酸赖氨酸（三）蛋白质中不常见的氨基酸（三）蛋白质中不常见的氨基酸羟羟-脯氨酸、羟脯氨酸、羟-赖氨酸、赖氨酸、r-r-羧基谷氨酸
19、、羧基谷氨酸、6-6-氮氮-甲基赖氨酸甲基赖氨酸（四）非蛋白氨基酸（四）非蛋白氨基酸 鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等三.氨基酸的理化性质（一）物理性质 1.1.形态：形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2.2.溶解性溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.3.熔点：熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。4.4.旋光性：旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.5.光吸收：光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸
20、收，在近紫外区含苯环氨基酸(PheThyTrp)有光的吸收。（二）化学性质（二）化学性质1.1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H H+，又含有羧基，可电离，又含有羧基，可电离出出H H+，所以氨基酸具有，所以氨基酸具有酸碱两性性质酸碱两性性质。通常情况下，氨。通常情况下，氨基酸以基酸以两性离子的形式两性离子的形式存在，如下图所示：存在，如下图所示：从上图可知：氨基酸在从上图可知：氨基酸在酸性环境酸性环境中，主要以中，主要以阳离子阳离子的形的形式存在，在式存在，在碱性环境碱性环境中，主要以中，主要以阴离子阴离子的形式存在。在的
21、形式存在。在某一某一pHpH环境环境下，以下，以两性离子两性离子（兼性离子）的形式存在。该（兼性离子）的形式存在。该pHpH称为称为该氨基酸的该氨基酸的等电点等电点。所以氨基酸的。所以氨基酸的等电点等电点可以定义为：可以定义为：氨基氨基酸所带正负电荷相等时的溶液酸所带正负电荷相等时的溶液pHpH。2.2.由由-氨基参加的反应：氨基参加的反应：(1)(1)与亚硝酸反应：与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气测定生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白的体积量可计算氨基酸的
22、量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。质的水解程度。（2 2）桑格反应）桑格反应与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反应的反应NO2FO2N+H2NCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+HF弱碱性DNP-氨基酸（黄色）（3 3）埃德曼反应）埃德曼反应与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITCPITC）的反应）的反应N=C=S +NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF Edman Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种际上也是
23、一种N-N-端分析法。此法的特点是能够不端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链断重复循环，将肽链N-N-端氨基酸残基逐一进行标端氨基酸残基逐一进行标记和解离。记和解离。NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNHCNHOCR1CHNH2CHCOR2重复测定多肽链重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序多肽顺序自动分析仪自动分析仪”3.-3.-氨基与氨基与-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应(1)(1)与茚三酮的反应与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色
24、化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。物。(2)(2)成肽反应：成肽反应：CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键3 蛋白质的结构 蛋白质的结构具有多种结构层次，包括蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构一级结构和和空间结构空间结构，空间结构又称为构象。蛋白质的构象：指蛋白质特有的空间结空间结构又称为构象。蛋白质的构象：指蛋白质特有的空间结构空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三构空
25、间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构（蛋白质的一级结构（Primary structurePrimary structure）又称为）又称为共价共价结构结构或或化学结构化学结构。它是指。它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。（一）肽键与肽链（一）肽键与肽链1.1.肽键：肽键：一个氨基酸的一个氨基酸的-COOH-COOH 和相邻的另一个氨基酸的和相邻的另一个氨基
26、酸的 -NH-NH2 2脱水形成共价键。如下图：脱水形成共价键。如下图：肽键和肽的结构肽键和肽的结构2.2.氨基酸借肽键连接起来叫氨基酸借肽键连接起来叫肽肽，肽是一大类物质，肽是一大类物质，即：，即：1 1）两个氨基酸组成的肽叫）两个氨基酸组成的肽叫二肽二肽；2 2）三个氨基酸组成的肽叫）三个氨基酸组成的肽叫三肽三肽；3 3）多个氨基酸组成的肽叫）多个氨基酸组成的肽叫多肽多肽；4 4）氨基酸借肽键连成长链，称为）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链肽链，肽链两端有，肽链两端有 自由自由-NH-NH2 2和和-COOH-COOH，自由，自由-NH-NH2 2端称为端称为N-N-末端末端（氨基末端），（
27、氨基末端），自由自由-COOH-COOH端称为端称为C-C-末端末端（羧基末端）；（羧基末端）；5 5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基氨基酸残基；6 6）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH-NH2 2端开始，由端开始，由N N指指 向向C C，即，即多肽链有方向性多肽链有方向性，N N端为头，端为头，C C端为尾。端为尾。（二）天然活性肽（二）天然活性肽自然界中有自由存在的活性肽，主要有：自然界中有自由存在的活性肽，主要有：1.1.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）：三肽（：三肽（Glu-Cys-GlyGlu-Cy
28、s-Gly），广泛存在于），广泛存在于生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。免遭氧化，使其处于活性状态。2.2.促甲状腺素释放激素：促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可促进甲状腺素的释放。氨酸），可促进甲状腺素的释放。3.3.短杆菌素短杆菌素S S：环十肽，含有环十肽，含有D-D-苯丙氨酸、鸟氨酸，苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。对革兰氏
29、阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。4.4.青霉素：青霉素：含有含有DD半胱氨酸和半胱氨酸和DD缬氨酸的二肽衍生缬氨酸的二肽衍生物物 。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。5.5.牛催产素与加压素：牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有一对二硫键，均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第九位为两者结构类似。前者第九位为GlyGly或或LysLys或或PhePhe，后者为，后者为ArgArg。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代
30、谢的调节。使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。牛催产素牛催产素:S SS S CysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly-CysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly-NHNH2 2牛加压素牛加压素:7.7.脑啡肽：脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。为五肽，具有镇痛作用。S SS S CysTyrPheGlnAsnCysProAryGlCysTyrPheGlnAsnCysProAryGly-NHy-NH2 26.舒缓激肽：舒缓激肽：促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。（三）蛋白质的一级结构研究（三）蛋白质的一级结构研究 一级结
31、构的研究包括：一级结构的研究包括：蛋白质的氨基酸组成测定，肽链蛋白质的氨基酸组成测定，肽链数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下：二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下：1.1.获取一定量纯的蛋白质样品，获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，然后将样品测其分子量，然后将样品完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基酸的含量。酸的含量。2.2.进行末端测定，进行末端测定，确定该蛋白质的肽链数目，确定该蛋白质的肽链数目
32、，N-N-端和端和C-C-端端是什么氨基酸。是什么氨基酸。N-N-末端测定法：末端测定法：常采用常采用2 2，44二硝基氟苯法、二硝基氟苯法、EdmanEdman降解降解法、丹磺酰氯法。法、丹磺酰氯法。C-C-末端测定法：末端测定法：常采用羧肽酶法。常采用羧肽酶法。3.3.肽链的拆分肽链的拆分:经末端的分析，若该蛋白质含有两条以经末端的分析，若该蛋白质含有两条以上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原
33、法将价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将其分开。其分开。4.4.各肽链中氨基酸排列顺序的测定各肽链中氨基酸排列顺序的测定:使用两种以上的方使用两种以上的方法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。5.5.确定二硫键和酰胺的位置确定二硫键和酰胺的位置 二、蛋白质的二级结构（一）构型与构象（一）构型与构象 构型：构型：指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。如单糖的原子或基团的空间
34、排布方式。如单糖的-、-构型，构型，氨基酸的氨基酸的D-D-、L-L-构型。当从一种构型转换成另一种构构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。构象：构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。象不涉及共价键的形成或破坏。维持蛋白质二级结构的作用力主要是氢键。维持蛋白质二级结构的作用力主要是氢键。蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架沿一维方向所形成的规则的周期性结构，如
35、-螺旋结构、-折叠结构等。(1)-螺旋结构（螺旋结构（-Helix）(2)-折叠结构（折叠结构（-sheet）(3)-转角（转角（-turn）(4)无规卷曲无规卷曲(random coil)多肽链的二级结构主要有以下几种方式多肽链的二级结构主要有以下几种方式 螺旋螺旋有左右手之分有左右手之分（1 1）-螺旋结构螺旋结构特点特点 1)1)主链绕中心轴按右主链绕中心轴按右手螺旋方向盘旋，侧链伸手螺旋方向盘旋，侧链伸向螺旋外侧。每向螺旋外侧。每3.6 3.6 个氨个氨基酸残基前进一圈，每圈基酸残基前进一圈，每圈前进距离是前进距离是0.54nm(0.54nm(螺距），螺距），每个氨基酸残基占每个氨基酸
36、残基占0.15nm0.15nm。2)2)每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的亚氨基与它前面第四个氨亚氨基与它前面第四个氨基酸残基的羰基氧原子形基酸残基的羰基氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近成氢键，氢键与螺旋轴近似平行。似平行。-螺旋在许多蛋白中存在，如螺旋在许多蛋白中存在，如-角蛋白、血红蛋白、角蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等，主要由肌红蛋白等，主要由-螺旋结构组成。螺旋结构组成。螺旋的结构通常用螺旋的结构通常用“S SN N”来表示，来表示，S S表示螺旋每旋转一圈所表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，含的残基数，N N表示形成氢键的表示形成氢键的C=OC=O与与H-NH-N原子之间在主链上包原子之间在主
37、链上包含的原子数。含的原子数。（2 2）、）、-折叠结构折叠结构(-(-片层结构片层结构)-折叠折叠(-pleated sheets)(-pleated sheets)又称又称-片层、片层、-结构，其结构要点如下：结构，其结构要点如下：多肽链呈多肽链呈锯齿状锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的结构；（或扇面状）排列成比较伸展的结构；相邻两个氨基酸残基的轴心距离为相邻两个氨基酸残基的轴心距离为0.35nm0.35nm，侧链，侧链R R基团交基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有替地分布在片层平面的上下方，片层间有氢键氢键相连；相连；有有平行式平行式和和反平行式反平行式两种，平行式的折叠其两种，
38、平行式的折叠其=-119=-119。，=+113=+113。反平行折叠其。反平行折叠其=-139=-139。，=+135=+135。这种片层在丝心蛋白里大量存在。这种片层在丝心蛋白里大量存在。（3 3）、）、-转角转角蛋白质分子的主链在盘蛋白质分子的主链在盘曲折叠运行中，往往发曲折叠运行中，往往发生生180180度的急转弯，这种度的急转弯，这种回折部位的构象，即所回折部位的构象，即所谓的谓的-转角。转角。-转角是由转角是由4 4个连续的个连续的氨基酸残基组成的，第氨基酸残基组成的，第一个氨基酸残基的羰基一个氨基酸残基的羰基氧原子与第四个氨基酸氧原子与第四个氨基酸残基的亚氨基连接来稳残基的亚氨基
39、连接来稳定构象。定构象。螺旋螺旋折叠片折叠片转角转角无规卷曲无规卷曲（4）、）、无规卷无规卷曲曲 它是多肽主链不规则、多向性随机盘曲所形成的构象。球蛋白分子中常见的一种主链构象。(1)(1)、球状蛋白质分子的三级结构、球状蛋白质分子的三级结构 球状蛋白质分子的球状蛋白质分子的二级结构不是活性分子的结构形式二级结构不是活性分子的结构形式，需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成三级结构三级结构。蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结构的基础上，借助于各种非共价键在构的基础上，借助于各种非共价键在三维空间三维空间
40、盘曲、折叠盘曲、折叠成具有特定走向的紧密、近似球状的构象。成具有特定走向的紧密、近似球状的构象。蛋白质分子的三级结构蛋白质分子的三级结构包括全部主链、侧链在内的所包括全部主链、侧链在内的所有原子的空间排部有原子的空间排部，但不包括肽链间的相互关系，但不包括肽链间的相互关系 球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质与环境的相互作用降到最小，最稳定。与环境的相互作用降到最小，最稳定。三、蛋白质的三级结构3.3.蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构u 一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构u 作用力
41、作用力来自侧链基团来自侧链基团 球状蛋白质分子三级结构的构象特征球状蛋白质分子三级结构的构象特征u(1)(1)三级结构的构象近似球形。三级结构的构象近似球形。u(2)(2)分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。u(3)(3)三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相互作用来维系互作用来维系。u(4)(4)三级结构形成后，蛋白质分子的生物活三级结构形成后，蛋白质分子的生物活性中心就形成了。在球形分子的表面往往有性中心就形成了。在球形分子的表面往往有一个很深的裂隙
42、，活性部位就在其中。一个很深的裂隙，活性部位就在其中。三级结构的典型例子是三级结构的典型例子是肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构维系蛋白质空间结构的化学键维系蛋白质空间结构的化学键 氢键氢键(hydrogen bond)(hydrogen bond)离子键离子键(盐键盐键)(electrostatic)(electrostatic interactions)interactions)疏水相互作用疏水相互作用(hydrophobic(hydrophobic interaction)interaction)范德华力范德华力(van der waals force)(van der
43、 waals force)二硫键二硫键(disulfide bond)(disulfide bond)A.三级结构中的作用力三级结构中的作用力包括二硫键、氢键、离子键、疏水作用力、范德华力包括二硫键、氢键、离子键、疏水作用力、范德华力氢键氢键(侧链间形成侧链间形成)疏水作用疏水作用“非极性基团非极性基团被极性水分被极性水分子排挤相互子排挤相互聚拢聚拢”作用作用力。力。范德华力范德华力（分子间作用力，受彼此距离影响）（分子间作用力，受彼此距离影响）离子键（或离子键（或盐键）盐键）二硫键二硫键肽键肽键 二硫键二硫键离子键离子键 氢键氢键疏水键疏水键 范德华力范德华力 90kcal/mol3kcal
44、/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol 这四种键能远小于共价键，称这四种键能远小于共价键，称次级键次级键 次级键微弱但却是次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主要的作用力维持蛋白质三级结构中主要的作用力,原因何在原因何在?数量巨大！数量巨大！键键 能能（2 2）、纤维蛋白分子的结构）、纤维蛋白分子的结构在纤维蛋白分子中螺旋肽链一般为平行排列在纤维蛋白分子中螺旋肽链一般为平行排列含大量的含大量的-螺旋，螺旋，-折叠片，整个分子呈折叠片，整个分子呈纤维状纤维状角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的结构都是如角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的结构都是如此。此。广泛分布于脊椎和无脊椎动物体
45、内，起支架广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，起支架和保护作用。和保护作用。三条右手三条右手-螺旋螺旋 一个原纤维一个原纤维 大原纤维大原纤维 纤维纤维角蛋白角蛋白四、球状蛋白质分子的四级结构四、球状蛋白质分子的四级结构 有些球状蛋白质分子是由两个或两个以上的、具有独立三级结构的肽链具有独立三级结构的肽链单位缔合而成的，这种蛋白质通常称为寡聚蛋白或多寡聚蛋白或多体蛋白体蛋白（multimeric protein）。寡聚蛋白分子中的每一个三级结构单位称为一个亚基亚基(或亚单位或亚单位subunit、单体、单体monomer)。所谓蛋白质分子的四级结构是指所谓蛋白质分子的四级结构是指就是指寡聚蛋白分子
46、中亚基与亚基之寡聚蛋白分子中亚基与亚基之间的立体排布及相互作用关系间的立体排布及相互作用关系。亚基的数目和类型亚基的数目和类型也是四级结构研究的内容。四级结构的稳定靠非共价键非共价键联系：主要联系：主要包括包括疏水作用疏水作用（主要），其次还有离子键、（主要），其次还有离子键、氢键、范德华力氢键、范德华力来维系。血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构五、超二级结构和结构域五、超二级结构和结构域1 1超二级结构超二级结构 超二级结构（超二级结构（Super-secondary structureSuper-secondary structure）的）的概念是概念是M.RossmannM.Rossm
47、ann于于19731973年提出来的。蛋白质分子年提出来的。蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中往往形成中的多肽链在三维折叠中往往形成有规则的二级结有规则的二级结构聚集体，在球蛋白中充当三级结构的构件构聚集体，在球蛋白中充当三级结构的构件。常见。常见的有：的有：、等。等。2 2结构域（结构域（structural domainstructural domain）在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，再组装成更复杂的再组装成更复杂的球状球状结构，这种结构，这种在二级或超在二级或超二级
48、结构基础上形成的二级结构基础上形成的特定区域特定区域（三级结构的（三级结构的局部折叠区称为）局部折叠区称为）结构域结构域。它的结构层次。它的结构层次介于介于超二级结构和三级结构之间超二级结构和三级结构之间。如图所示：。如图所示：（一）、多肽的一级结构与功能（一）、多肽的一级结构与功能生物体中存在多种活性肽，如：生长激素、生物体中存在多种活性肽，如：生长激素、加压素、催产素等加压素、催产素等。4 4 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 1、核糖核酸酶的可逆变性、核糖核酸酶的可逆变性RNase是由是由124氨
49、基酸残基组成的单肽链，分子中氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个个Cys的的-SH构成构成4对二硫键对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂（如（如8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用化活性完全丧失。当用透析透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无
50、误地恢复原来状态。若用其他大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表实验表明，明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。质具有生物活性的保证。如下图：如下图：（二）、蛋白质的一级结构决定高级结构（二）、蛋白质的一级结构决定高级结构牛核糖核牛核糖核酸酶的一酸酶的一级结构级结构二二硫硫键键 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
