1、第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学第一节第一节 概述概述一、蛋白质的概念一、蛋白质的概念（一）蛋白质的概念（一）蛋白质的概念 英文名称英文名称protein蛋白质的定义蛋白质的定义-由由20种左右种左右L型型-氨基酸通氨基酸通过肽键构成并具有稳定的构象和生物学功能过肽键构成并具有稳定的构象和生物学功能的一类复杂高分子含氮化合物的一类复杂高分子含氮化合物。特点特点：*构造复杂构造复杂 *功能多样功能多样 *分子量大分子量大 *平均含氮量为平均含氮量为16%*具有胶体性质和两性性质具有胶体性质和两性性质（二）蛋白质在自然界的分布及重要性（二）蛋白质在自然界的分布及重要性1.蛋白质是一切生物体的重要
2、组成成分蛋白质是一切生物体的重要组成成分从高等动植物到低等微生物从高等动植物到低等微生物从最复杂的人类到最简单的病毒从最复杂的人类到最简单的病毒例：蛋白质在生物体中占干重为例：蛋白质在生物体中占干重为 人体：人体：45%横纹肌：横纹肌：80%心脏：心脏：60%细菌：细菌：5080%酵母：酵母：46.6%小麦：约小麦：约9%大豆：约大豆：约36%花生：花生：26%（二）蛋白质在自然界的分布及重要性（二）蛋白质在自然界的分布及重要性2.凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质在起作用。凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质在起作用。蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质是
3、生物表现千差万别的功能的基本物质蛋白质是生物表现千差万别的功能的基本物质。3蛋白质在日常生产中的重要性；蛋白质在日常生产中的重要性；蛋白质的加工特性影响食品的营养及感官品质蛋白质的加工特性影响食品的营养及感官品质;某些食品的制造、医疗等利用蛋白质的特性某些食品的制造、医疗等利用蛋白质的特性;二、蛋白质的生物学作用二、蛋白质的生物学作用催化功能催化功能-酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶调节功能调节功能-激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素结构成分或支持功能结构成分或支持功能-结构蛋白如胶原蛋白、结构蛋白如胶原蛋白、-角蛋白、丝纤蛋白等角蛋白、丝纤蛋白等
4、运输功能运输功能-运输小分子和离子如血红蛋白、色素运输小分子和离子如血红蛋白、色素蛋白、血清蛋白蛋白、血清蛋白免疫防御功能免疫防御功能-保护自身生命活动如免疫球蛋白、保护自身生命活动如免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素血纤维蛋白原及干扰素 收缩或运动功能收缩或运动功能-鞭毛运动和肌肉收缩如肌动鞭毛运动和肌肉收缩如肌动蛋蛋 白和肌球蛋白白和肌球蛋白 营养和贮存功能营养和贮存功能-为机体提供养料如醇溶蛋为机体提供养料如醇溶蛋白、卵清蛋白、酪蛋白白、卵清蛋白、酪蛋白 生物膜受体功能生物膜受体功能-接受和传递调节信息如激接受和传递调节信息如激素受体蛋白和感觉蛋白（味觉蛋白）素受体蛋白和感觉蛋白（味觉蛋白
5、）毒素蛋白毒素蛋白-如细菌毒素、蛇毒等如细菌毒素、蛇毒等 控制生长、分化和遗传功能控制生长、分化和遗传功能-如组蛋白、阻如组蛋白、阻遏蛋白、表皮生长因子、遏蛋白、表皮生长因子、DNADNA蛋白等蛋白等蛋白质是生命现蛋白质是生命现象的体现者象的体现者三、蛋白质的营养作用三、蛋白质的营养作用 （一）氮平衡（一）氮平衡氮平衡氮平衡食物中的含氮量和排泄物中的含氮量相等食物中的含氮量和排泄物中的含氮量相等即收支相等的情况（成人或动物）即收支相等的情况（成人或动物）正氮平衡正氮平衡吃进的氮量大于排出的氮量即一部分氮吃进的氮量大于排出的氮量即一部分氮被保留在体内构成组织，收入大于支出的情况（正在被保留在体内
6、构成组织，收入大于支出的情况（正在成长的儿童或病后恢复的成人）成长的儿童或病后恢复的成人）负氮平衡负氮平衡排出的氮量大于吃进的氮量的情况（患排出的氮量大于吃进的氮量的情况（患有消耗性疾病或蛋白质摄入量不足时）有消耗性疾病或蛋白质摄入量不足时）（二）互补作用（二）互补作用必需氨基酸必需氨基酸缺乏时会引起负氮平衡缺乏时会引起负氮平衡 非必需氨基酸非必需氨基酸缺乏时仍出现正氮平缺乏时仍出现正氮平衡衡两者混合食用可提高营养价值两者混合食用可提高营养价值氮平衡是动态平衡氮平衡是动态平衡部分食物氮参与组织部分食物氮参与组织合成，部分老组织分解排出。合成，部分老组织分解排出。（三）必需氨基酸（三）必需氨基酸
7、概念概念：人体必需而又不能自身合成，必须由食物人体必需而又不能自身合成，必须由食物 供应的氨基酸供应的氨基酸。8种种：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲 硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。记忆口诀：记忆口诀：“苏苏sir懒笨，二亮卸甲懒笨，二亮卸甲”四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类按分子形状分两类：按分子形状分两类：球状蛋白球状蛋白 和和 纤维状蛋白纤维状蛋白按蛋白质的溶解度分七种：按蛋白质的溶解度分七种：清蛋白、鱼精蛋白、组蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶清蛋白、鱼精蛋白、组蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白蛋白和硬蛋白按
8、组成分成三类按组成分成三类：单纯蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质单纯蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质 结合蛋白质结合蛋白质=简单蛋白质简单蛋白质+辅基辅基按蛋白质的功能分两类：按蛋白质的功能分两类：活性蛋白质和非活性蛋白质活性蛋白质和非活性蛋白质五、蛋白质的元素组成五、蛋白质的元素组成（一）蛋白质的主要元素（一）蛋白质的主要元素C：5055%O：2023%H：68%S：04%N：1518%含氮量平均含氮量平均16%是蛋白质重要特征，是蛋白质重要特征，是是凯凯氏定氮法氏定氮法测蛋白质含量的理论依据。测蛋白质含量的理论依据。利用蛋白质含氮量利用蛋白质含氮量16%特征可以进行蛋白质特征可以进行蛋白质含量
9、测定含量测定-1克氮相当于含克氮相当于含6.25克蛋白质克蛋白质样品中蛋白质含量样品中蛋白质含量(克克%)=含氮含氮(克克)/每克样每克样 6.25 100不同来源蛋白质系数不同不同来源蛋白质系数不同:一般动物一般动物:6.25 牛奶牛奶:6.38 植物植物:5.7 大米大米:5.95第二节第二节 氨基酸的结构分类及性质氨基酸的结构分类及性质一一.氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点1.1.结构特征结构特征-氨基酸是含有氨基酸是含有NHNH2 2的有机酸的有机酸 特点：（特点：（1 1）都是）都是-氨基酸；氨基酸；（2 2）具有酸性的）具有酸性的-COOH-COOH基及碱性的基及碱性的-NH-NH
10、2 2基，为两性电解质；基，为两性电解质；（3 3）除甘氨酸（）除甘氨酸（R R基是基是H H原子）及脯氨酸外，都是原子）及脯氨酸外，都是L-L-型氨基酸，型氨基酸，具有旋光性；具有旋光性；2.2.氨基酸的种类及其结构氨基酸的种类及其结构（1 1）常见氨基酸）常见氨基酸甘氨酸甘氨酸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)苯苯 丙氨酸丙氨酸Phe(F)酪氨酸酪氨酸Tyr(Y)色氨酸色氨酸Try,Trp(W)丝氨酸丝氨酸Ser(S)苏氨酸苏氨酸Thy(T)半胱氨酸半胱氨酸Cys(C)甲硫氨酸甲硫氨酸Met(M)天门冬氨酸天门冬
11、氨酸Asp(D)谷氨酸谷氨酸Glu(E)天门冬酰胺天门冬酰胺Asn(N)谷氨酰胺谷氨酰胺Gln(Q)精氨酸精氨酸Arg(R)赖氨酸赖氨酸Lys(K)组氨酸组氨酸His(H)脯氨脯氨Pro(P)（2 2）稀有氨基酸）稀有氨基酸 羟脯氨酸羟脯氨酸(Hyp)羟赖氨酸羟赖氨酸(Hyly)胱氨酸胱氨酸(Cys)根据根据R基团的结构或性质特点，巧记基团的结构或性质特点，巧记20种氨基酸的口诀：种氨基酸的口诀：甘、丙、缬、亮、异、脂链，（脂肪链甘、丙、缬、亮、异、脂链，（脂肪链R基团的基团的5种）种）丝、苏、半、蛋、羟硫添。（含丝、苏、半、蛋、羟硫添。（含-OH，-S者共者共4种）种）天、谷、精、赖、组、酸
12、碱；（酸性碱性者天、谷、精、赖、组、酸碱；（酸性碱性者5种）种）脯、酪、苯、色、杂芳环（芳香环和杂环脯、酪、苯、色、杂芳环（芳香环和杂环R集团者集团者4种）种）门冬酰胺、谷酰胺，（两种酰胺）门冬酰胺、谷酰胺，（两种酰胺）都有密码属都有密码属“常见常见”。（常见氨基酸都有特异的遗传密。（常见氨基酸都有特异的遗传密码）码）二二.氨基酸的分类氨基酸的分类（一）分类（一）分类-氨基酸的四种分类方法氨基酸的四种分类方法1.根据氨基酸的酸碱性质分类根据氨基酸的酸碱性质分类;2.根据根据R基团的化学结构分类基团的化学结构分类;3.根据根据R基团的极性分类基团的极性分类;4.根据营养功能分类根据营养功能分类;
13、（二）非蛋白质氨基酸（二）非蛋白质氨基酸1.根据氨基酸的酸碱性质分类根据氨基酸的酸碱性质分类（1）中性氨基酸：）中性氨基酸：15种，最简单为种，最简单为Gly；（2）酸性氨基酸：）酸性氨基酸：Asp、Glu；（3）碱性氨基酸：）碱性氨基酸：Arg、His、Lys；2.根据根据R基团的化学结构分类基团的化学结构分类（1）脂肪族氨基酸：）脂肪族氨基酸：Gly,Ala,Val,Leu,IleSer,Thr，Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg；（2）芳香族氨基酸：）芳香族氨基酸：Phe,Tyr,Try；（3）杂环氨基酸：）杂环氨基酸：His；（4）杂环亚氨基酸：）杂环亚氨基
14、酸：Pro；3.根据根据R基团的极性分类基团的极性分类（1）非极性氨基酸）非极性氨基酸 脂肪烃侧链脂肪烃侧链Ala,Val,Leu,Ile；芳香环；芳香环Phe,Try；含硫氨基酸：含硫氨基酸：Met；亚氨基酸：；亚氨基酸：Pro（2）极性氨基酸）极性氨基酸极性不带电氨基酸极性不带电氨基酸7种：种：Ser，Thr，Tyr；Asn，Gln；Cys；极性带正电荷的氨基酸极性带正电荷的氨基酸3种：种：Lys，Arg，His；极性带负电荷的氨基酸极性带负电荷的氨基酸2种：种：Asp、Glu；4.根据营养功能分类根据营养功能分类（1）必需氨基酸）必需氨基酸人体和动物生长发育所必需的，但自身不能合成，必需
15、人体和动物生长发育所必需的，但自身不能合成，必需由食物中供给的氨基酸；由食物中供给的氨基酸；赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸酸、蛋氨酸、缬氨酸（2）非必需氨基酸）非必需氨基酸（3）半必需氨基酸）半必需氨基酸组氨酸，精氨酸和酪氨酸（儿童必需的氨基酸）组氨酸，精氨酸和酪氨酸（儿童必需的氨基酸）三三.氨基酸的性质氨基酸的性质（一）氨基酸的物理性质（一）氨基酸的物理性质1.1.氨基酸均为无色结晶体或粉末，可用于鉴定；氨基酸均为无色结晶体或粉末，可用于鉴定；2 2.氨基酸的熔点较高，一般都大于氨基酸的熔点较高，一般都大于2
16、00200；3.3.光吸收性质光吸收性质芳香族氨基酸具有特征紫外吸收，芳香族氨基酸具有特征紫外吸收，280nm280nm吸光值测定蛋白质含量；吸光值测定蛋白质含量；4.4.溶解性质溶解性质溶于水，在稀酸、稀碱中溶解度好，不溶溶于水，在稀酸、稀碱中溶解度好，不溶于有机溶剂；于有机溶剂；5.5.旋光性质旋光性质-比旋光值比旋光值D Dt t，旋光性物质的特征常数；，旋光性物质的特征常数；（二）氨基酸的化学性质（二）氨基酸的化学性质1.1.两性解离和等电点两性解离和等电点 NH2 NH3+R C COOH R C COO-H H 兼性离子两性离子是指在同一氨基酸分子上带有能放出质子的两性离子是指在同
17、一氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的正离子和能接受质子的COO-负离子负离子n特点：溶解度最小。特点：溶解度最小。n应用：谷氨酸的生产；应用：谷氨酸的生产；电泳法、离子交换法分离氨基酸；电泳法、离子交换法分离氨基酸；天冬氨酸解离方程式如下：天冬氨酸解离方程式如下：NH3+NH3+NH3+NH2 K 1 K2 CH COOH CH COO-CH COO CH COO CH2COOH H+CH2COOH H+CH2COO H+CH2COO Asp+Asp Asp-Asp2-n对于中性和酸性氨基酸：对于中性和酸性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；n对于碱性氨基酸：对于碱性
18、氨基酸：pI=（pK2+pK3）/2；pHpI 氨基酸带净负电荷；氨基酸带净负电荷；pHC=O H-N。（一）维系蛋白质空间结构的化学键（一）维系蛋白质空间结构的化学键蛋白质分子中氢键的形成蛋白质分子中氢键的形成H在蛋白质分子中，由于存在数目众多的氢键，在蛋白质分子中，由于存在数目众多的氢键，故氢键在稳定故氢键在稳定蛋白质蛋白质的空间结构上起着重要的空间结构上起着重要的作用。的作用。但氢键的但氢键的键能键能较低较低(12kJ/mol)，易被破坏。，易被破坏。2.2.疏水键：疏水键：非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为生一
19、种相互聚集的力，这种力称为疏水键疏水键或或疏疏水作用力（水作用力（hydrophobic interaction）。蛋白质分子中的许多蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极非极性的，这些非极性的基团在水中也可性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水相互聚集，形成疏水键，如键，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的等的侧链基团。侧链基团。离子键离子键，又称为，又称为盐键（盐键（salt bond）是由带是由带正正电荷电荷基团与带基团与带负电荷负电荷基团之间相互吸引而形基团之间相互吸引而形成的化学键。成的化学键。在近中性环境中，蛋白质分子中的在近中性环境中，蛋白
20、质分子中的酸性酸性氨基氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性碱性氨基酸氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。离子键。蛋白质分子中离子键的形成蛋白质分子中离子键的形成维系蛋白质分子构象的非共价键维系蛋白质分子构象的非共价键5.二硫键二硫键6.酯键酯键（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构(secondary structure)是是指蛋白质指蛋白质多肽链主链多肽链主链原子原子局部局部的空间结构，的空间结构，但但与侧链与侧链R的构象无关，仅限于主链原子的局的构象无关，仅限于主链原子的
21、局部空间排列。部空间排列。维系蛋白质二级结构的主要化学键是维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键氢键。蛋白质二级结构的类型：蛋白质二级结构的类型：蛋白质的二级结构主要包括蛋白质的二级结构主要包括-螺旋，螺旋，-折叠，折叠，-转角转角及及无规卷曲无规卷曲等几种类型。等几种类型。1.-螺旋（螺旋（-helix）：左手和右手螺旋左手和右手螺旋-螺旋结构特征：螺旋结构特征：（1）右手螺旋右手螺旋，类似棒状的结构，类似棒状的结构,侧侧链链R伸向外；伸向外；（2）一个螺旋一个螺旋3.6个个AA残基，螺距为残基，螺距为0.54nm，每个，每个AA残基沿轴上升残基沿轴上升0.15nm沿轴旋转沿轴旋转100；（3
22、 3）螺旋结构主要靠氢键稳定；螺旋结构主要靠氢键稳定；O H C（NH CH CO）3 N R1.-螺旋（螺旋（-helix）影响影响-螺旋形成和稳定的因素：螺旋形成和稳定的因素：（1）氨基酸）氨基酸R基所带电荷性质基所带电荷性质；多聚赖氨酸在多聚赖氨酸在pH7pH7时以无规卷曲形式存在，在时以无规卷曲形式存在，在pH12pH12时，赖氨酸时，赖氨酸即自发形成即自发形成-螺旋结构。螺旋结构。（2）R基的大小基的大小u连续两个或两个以上连续两个或两个以上Ile、Val、Leu，大，大R基，不易形成螺旋；基，不易形成螺旋；（空间位阻）（空间位阻）u连续的几个连续的几个Ser或或Thr，会破坏，会破
23、坏-螺旋；螺旋；u多肽链存在脯氨酸，多肽链存在脯氨酸，-螺旋即被中断，形成一个螺旋即被中断，形成一个“节结节结”；|又称为又称为-片层结构，片层结构，两条或多条几乎两条或多条几乎完全完全伸展伸展的多肽链侧向聚集在一起，的多肽链侧向聚集在一起，所形成的扇所形成的扇面状片层构象；面状片层构象；|相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规则的则的氢键氢键，维持这种片层结构的稳定性。，维持这种片层结构的稳定性。2.-折叠折叠（-pleated sheet）2.-折叠折叠（-pleated sheet）-折叠结构特点：折叠结构特点：肽链几乎是完全伸展的，肽链几乎是完全伸
24、展的，呈锯齿状；呈锯齿状；相邻肽链或肽段上的相邻肽链或肽段上的CO和和NH形成氢键，形成氢键，氢键几乎垂直与肽键氢键几乎垂直与肽键;R侧链基团在肽平面上、侧链基团在肽平面上、下交替出现；下交替出现；平行和反平行式；平行和反平行式；2.-折叠折叠（-pleated sheet）3.-转角转角（-turn）-转角转角是多肽链是多肽链180回折部分所回折部分所形成的二级结构形成的二级结构 -转角转角（-turn）的结构特征的结构特征4.无规卷曲无规卷曲（random coil）无规卷曲（无规卷曲（自由回转结构）为没有一定规律的自由回转结构）为没有一定规律的松散肽链的转角结构松散肽链的转角结构对于特定
25、的蛋白质分子而言，其对于特定的蛋白质分子而言，其无规卷曲无规卷曲部分部分的构象则是特异的。的构象则是特异的。核糖核酸酶分子中的二级结构核糖核酸酶分子中的二级结构-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲（三）蛋白质的三级结构（三）蛋白质的三级结构蛋白质三级结构蛋白质三级结构(tertiary structure)指多肽链在二级指多肽链在二级结构结构,超二级结构及结构域的基础上超二级结构及结构域的基础上,由于侧链基团由于侧链基团间相互作用而进一步盘旋或折叠形成的空间构象。间相互作用而进一步盘旋或折叠形成的空间构象。|蛋白质分子或亚基内蛋白质分子或亚基内所有原子所有原子的空间排布，也就的空间排
26、布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。是一条多肽链的完整的三维结构。|维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如键），如疏水键、氢键、盐键、范氏引力、疏水键、氢键、盐键、范氏引力、配位配位键键等，但也有共价键，如等，但也有共价键，如二硫键二硫键等。等。胰岛素分子的三级结构胰岛素分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构（四）蛋白质的四级结构（四）蛋白质的四级结构&蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构（quaternary structure）在由在由多条肽链构成的蛋白质
27、分子中，具有三级结构的蛋多条肽链构成的蛋白质分子中，具有三级结构的蛋白质分子白质分子亚单位（亚基）亚单位（亚基）彼此通过次级键相互连接彼此通过次级键相互连接聚合起来形成的空间构象。聚合起来形成的空间构象。就是指蛋白质分子中就是指蛋白质分子中亚基的种类、数量以及各个亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布，亚基间的相互亚基在寡聚蛋白质中的空间排布，亚基间的相互作用作用与接触部位的布局。与接触部位的布局。F亚基（亚基（subunitsubunit）就是指参与构成蛋白质四级就是指参与构成蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链。结构的、每条具有三级结构的多肽链。F维系蛋白质四级结构的是
28、维系蛋白质四级结构的是盐键、疏水键、氢盐键、疏水键、氢键、范氏引力键、范氏引力等非共价键。等非共价键。（六）蛋白质的四级结构（六）蛋白质的四级结构血红蛋白血红蛋白(hemoglobin)(hemoglobin)的四级结构的四级结构小结：蛋白质分子的结构层次小结：蛋白质分子的结构层次一级结构一级结构二级结构二级结构超二级结构超二级结构结构域结构域三级结构三级结构亚基亚基四级结构四级结构 a a 盐键（离子键盐键（离子键 ）b b氢键氢键 c c疏水相互作用力疏水相互作用力 d d 范德华力范德华力 e e二硫键二硫键 f f 酯键酯键小结：稳定蛋白质结构的化学键小结：稳定蛋白质结构的化学键氢键、
29、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力虽然键能小，但数量大氢键、范德华力虽然键能小，但数量大疏水相互作用力对维持三级结构特别重要疏水相互作用力对维持三级结构特别重要盐键数量小盐键数量小二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质构象越稳定二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质构象越稳定离子键离子键氢键氢键范德华力范德华力疏水相互作用力疏水相互作用力小结：稳定蛋白质结构的化学键小结：稳定蛋白质结构的化学键u 当血红蛋白的一个当血红蛋白的一个 亚基与氧分子结合以后，可引亚基与氧分子结合以后，可引起其他亚基的构象发生改变
30、，对氧的亲和力增加，起其他亚基的构象发生改变，对氧的亲和力增加，从而导致整个分子的氧结合力迅速增高，使血红蛋从而导致整个分子的氧结合力迅速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈白的氧饱和曲线呈“S S”形。形。血红蛋白的变构血红蛋白的变构&变构效应：变构效应：这种由于蛋白质分子构象改变而导致蛋白质分子功能发这种由于蛋白质分子构象改变而导致蛋白质分子功能发生改变的现象称为生改变的现象称为变构效应变构效应（allosteric effect）。蛋白质四级结构与功能的关系蛋白质四级结构与功能的关系变构效应变构效应第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质第四节 蛋白质的理化性质一、两性性质及等电点一、两
31、性性质及等电点二、胶体性质二、胶体性质三、变性与复性作用三、变性与复性作用四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用五、沉降作用五、沉降作用六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应七、蛋白质的紫外吸收性质七、蛋白质的紫外吸收性质一、蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点 蛋白质分子中氨基酸残基的蛋白质分子中氨基酸残基的侧链侧链上存在游离的上存在游离的氨基氨基和和羧基羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离性质，具有特定的性解离性质，具有特定的等电点等电点（pI）。溶液溶液pHpI时时，蛋白质所带正负电荷相等；，蛋白质所带正负电荷相等；pHpI时时，蛋白质带
32、净负电荷；，蛋白质带净负电荷；pHpI时时，蛋白质带净正电荷。，蛋白质带净正电荷。等电点：等电点：碱性碱性AA/AA/酸性酸性AA AA 等电点等电点 胃蛋白酶胃蛋白酶 0.2 1.00.2 1.0 血红蛋白血红蛋白 1.7 6.71.7 6.7 细胞色素细胞色素C 2.9 10.7C 2.9 10.7 菊糖酶菊糖酶 0.34 8.20.34 8.2 等电沉淀和蛋白电泳等电沉淀和蛋白电泳：迁移率与净电荷量、分子大小、分子形状等有关迁移率与净电荷量、分子大小、分子形状等有关带电粒子在电场中移动的现象称为带电粒子在电场中移动的现象称为电泳电泳（electrophoresis）。电泳电泳一、蛋白质的
33、两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点蛋白质分子在一定蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的的溶液中可带净的负负电电荷或荷或正正电荷，故可在电场中发生移动。电荷，故可在电场中发生移动。不同蛋白质分子所带不同蛋白质分子所带电荷量电荷量不同，且不同，且分子大分子大小小也不同，故在电场中的移动速度也不同，也不同，故在电场中的移动速度也不同，据此可互相分离。据此可互相分离。一、蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质蛋白质分子的颗粒直径已蛋白质分子的颗粒直径已达达1100nm，处于胶，处于胶体颗粒的范围。（亲水胶体）体颗粒的范围。（亲水胶体）蛋白质具有胶
34、体溶液的性质：布朗运动、丁道蛋白质具有胶体溶液的性质：布朗运动、丁道尔现象、不能透过半透膜、具有吸附力等。尔现象、不能透过半透膜、具有吸附力等。1 1、蛋白质具有胶体溶液的性质、蛋白质具有胶体溶液的性质二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质2 2、稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素：、稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素：|水化膜水化膜 -通过通过氢键氢键与水结合与水结合|表面电荷表面电荷-在非等电点状态下，在非等电点状态下，双电层双电层，带，带 同性电荷蛋白质分子互相排斥。同性电荷蛋白质分子互相排斥。蛋白质颗粒的表面电荷和水化膜蛋白质颗粒的表面电荷和水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电
35、荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用三、蛋白质的变性、复性与凝固作用三、蛋白质的变性、复性与凝固作用&在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质严格在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质严格的的空间结构被破坏空间结构被破坏（肽键不断裂，一级结构不（肽键不断裂，一级结构不变），从而引起蛋白质若干变），从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性理化性质和生物学性质的改变质的改变，称为蛋白质的变性，称为蛋白质的变性(denatu
36、ration)。1 1、变性理论、变性理论 蛋白质的变性就是天然蛋白质分子中肽链的高度规蛋白质的变性就是天然蛋白质分子中肽链的高度规则的紧密排列方式因氢键及其他次级键的破坏而变成则的紧密排列方式因氢键及其他次级键的破坏而变成不规则的松散排列方式。不规则的松散排列方式。2 2、引起蛋白质变性的因素、引起蛋白质变性的因素：物理因素物理因素：高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波、机械搅拌高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波、机械搅拌 化学因素化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、尿素、胍、重金属盐等。强酸、强碱、有机溶剂、尿素、胍、重金属盐等。变性的因素及作用机制变性的因素及作用机制&蛋白质变性的可逆性复
37、性蛋白质变性的可逆性复性：某些蛋白质变性后可以在一定的条件下重新形成原来的空某些蛋白质变性后可以在一定的条件下重新形成原来的空间结构，并恢复原来部分理化特性和生物学活性，这间结构，并恢复原来部分理化特性和生物学活性，这个过程称为个过程称为蛋白质的复性蛋白质的复性（renaturation）。蛋白质变性的可逆性与复性蛋白质变性的可逆性与复性 蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下不能复性；蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下不能复性；如变性程度浅，蛋白质分子的构象未被严重破坏；或蛋如变性程度浅，蛋白质分子的构象未被严重破坏；或蛋 白质具有特殊的分子结构白质具有特殊的分子结构,并经特殊处理则可以复性。并
38、经特殊处理则可以复性。核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性去除变性剂去除变性剂并缓慢氧化并缓慢氧化天然构象天然构象尿素，尿素，-巯基乙醇巯基乙醇变性状态变性状态蛋白质变性的可逆性与复性蛋白质变性的可逆性与复性 可逆变性：可逆变性：变性条件除去后仍可恢复天然状态的变性。变性条件除去后仍可恢复天然状态的变性。不可逆变性：不可逆变性：变性条件除去后不能恢复天然状态的变性。变性条件除去后不能恢复天然状态的变性。凝固作用凝固作用2、蛋白质的凝固作用、蛋白质的凝固作用 天然蛋白质变性后，变性蛋天然蛋白质变性后，变性蛋白质分子互相凝集或相互穿插白质分子互相凝集或相互穿插缠绕在一起的现象成为蛋白质缠绕
39、在一起的现象成为蛋白质的凝固。的凝固。凝固作用分两个阶段：凝固作用分两个阶段：F 首先是变性；首先是变性；F 其次失去规律性的肽链聚集缠绕在一起而凝固或结絮其次失去规律性的肽链聚集缠绕在一起而凝固或结絮;蛋白质变性的应用蛋白质变性的应用F 理论上：理论上：研究蛋白质分子结构与功能研究蛋白质分子结构与功能,分子量测定分子量测定,亚单位拆分；亚单位拆分；F 生产生活中有利的一面：生产生活中有利的一面：食品加工，消毒灭菌等；食品加工，消毒灭菌等；非蛋白生物物质提取纯化，终止酶促反应；非蛋白生物物质提取纯化，终止酶促反应；F 生产生活中不利的一面：生产生活中不利的一面：活性蛋白制品（酶、抗体）的分离提
40、取和保存；活性蛋白制品（酶、抗体）的分离提取和保存；&外加一些因素去除蛋白质胶体的稳定因素后，使蛋外加一些因素去除蛋白质胶体的稳定因素后，使蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为沉淀沉淀（precipitation）。|变性后的蛋白质由于疏水变性后的蛋白质由于疏水基团的暴露而易于沉淀，基团的暴露而易于沉淀，但但沉淀的蛋白质不一定都沉淀的蛋白质不一定都是变性后的蛋白质是变性后的蛋白质。四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用2.沉淀种类：沉淀种类：可逆与不可逆可逆与不可逆四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用3.沉淀方法：沉淀方法：|沉淀后蛋白质仍能
41、保持生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法|沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法2.沉淀种类：沉淀种类：可逆与不可逆可逆与不可逆四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用3.沉淀方法：沉淀方法：|沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法（1 1）盐析中性盐沉淀法）盐析中性盐沉淀法（2 2）有机溶剂沉淀法）有机溶剂沉淀法（3 3）酸沉淀法）酸沉淀法（1）盐析盐析中性盐沉淀中性盐沉淀&盐溶作用盐溶作用&盐析作用盐析作用 蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法（1）盐析盐析中性盐沉淀中性盐沉
42、淀&定义定义：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为沉淀析出，称为盐析（盐析（salt precipitation）。&作用机制作用机制:中和电荷的同时破坏水化膜中和电荷的同时破坏水化膜;蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法|常用的中性盐：常用的中性盐：硫酸铵硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。、氯化钠、硫酸钠等。|盐析时，盐析时，pH在蛋白质的等电点处效果最好。在蛋白质的等电点处效果最好。|盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋白质的变性。盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋
43、白质的变性。|优点优点|盐析应用举例盐析应用举例（1）盐析盐析中性盐沉淀中性盐沉淀 蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法&分段盐析：分段盐析：半饱和半饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较大的血浆硫酸铵溶液可沉淀分子量较大的血浆球蛋白球蛋白,而而饱和饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较小硫酸铵溶液可沉淀分子量较小的血浆清蛋白。的血浆清蛋白。因此因此,使用使用不同浓度不同浓度的硫酸铵溶的硫酸铵溶液就可将分子量不同的蛋白质进行初步分离。液就可将分子量不同的蛋白质进行初步分离。（1）盐析盐析中性盐沉淀中性盐沉淀 凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇
44、、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。&沉淀原理：沉淀原理：脱水作用脱水作用破坏水化膜；破坏水化膜；使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低。使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低。（2）有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法 蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法&处理条件处理条件：低温操作；低温操作；沉淀完全后尽快分离；沉淀完全后尽快分离；（2）有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法 蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法&机制机制：破坏电荷，等电点沉淀。破坏电荷，等电点沉淀。（3）酸沉淀法酸沉淀法（1 1）重金属盐沉淀法）重金
45、属盐沉淀法（2 2）生物碱试剂沉淀法（除蛋白作用）生物碱试剂沉淀法（除蛋白作用）（3 3）热凝固沉淀法）热凝固沉淀法（4 4）抗体对抗原蛋白质的沉淀）抗体对抗原蛋白质的沉淀3.沉淀方法：沉淀方法：|沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法|沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应1.双缩脲反应双缩脲反应2.茚三酮反应茚三酮反应3.考马斯亮蓝考马斯亮蓝G2504.福林酚试剂反应福林酚试剂反应5.黄色反应黄色反应-芳香族氨基酸的特有反应芳香族氨基酸的特有反
46、应6.米伦氏反应米伦氏反应酪氨酸的特有反应酪氨酸的特有反应7.乙醛酸反应乙醛酸反应色氨酸的特有反应色氨酸的特有反应8.坂口反应坂口反应精氨酸特有的反应精氨酸特有的反应六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应1.双缩脲反应双缩脲反应 两分子双缩脲与碱性硫酸铜作用，生成两分子双缩脲与碱性硫酸铜作用，生成粉红色复合物粉红色复合物 含有两个或两个以上含有两个或两个以上肽键肽键的化合物，能发生同样反应的化合物，能发生同样反应 肽键的反应，肽键越多颜色越深，肽键的反应，肽键越多颜色越深，粉红，紫红，蓝紫粉红，紫红，蓝紫 受蛋白质特异性影响小受蛋白质特异性影响小 蛋白质定量测定；测定蛋白质水解程度蛋白质定量
47、测定；测定蛋白质水解程度六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应2.茚三酮反应茚三酮反应 灵敏度差。灵敏度差。3.考马斯亮蓝考马斯亮蓝G-250|本身为棕色，与蛋白质反应呈蓝色本身为棕色，与蛋白质反应呈蓝色|与蛋白的亲和力强，灵敏度高与蛋白的亲和力强，灵敏度高|1-10001-1000微克微克/毫升毫升六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应4.福林酚试剂反应福林酚试剂反应r 酪氨酸、色氨酸的反应（还原反应）酪氨酸、色氨酸的反应（还原反应）r 福林试剂：磷钼酸福林试剂：磷钼酸-磷钨酸磷钨酸r 与双缩脲法结合与双缩脲法结合-Lowry法法 在碱性条件下，蛋白质与硫酸铜发生反应在碱性条件下，蛋白质
48、与硫酸铜发生反应 蛋白质蛋白质-铜络合物，将福林试剂还原，产生铜络合物，将福林试剂还原，产生磷钼蓝和磷钨蓝混合物磷钼蓝和磷钨蓝混合物 灵敏度提高灵敏度提高100100倍倍六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应5.黄色反应黄色反应-芳香族氨基酸芳香族氨基酸的特有反应的特有反应|浓硝酸与浓硝酸与酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸的反应的反应|生成黄色化合物生成黄色化合物|指甲、皮肤、毛发指甲、皮肤、毛发6.米伦氏反应米伦氏反应酪氨酸酪氨酸的特有反应的特有反应|酪氨酸的显色反应（酚羟基反应）酪氨酸的显色反应（酚羟基反应）|米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合
49、物酸汞的混合物|蛋白溶液中，加入米伦试剂，产生白色沉蛋白溶液中，加入米伦试剂，产生白色沉淀，加热后变成红色淀，加热后变成红色六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应7.乙醛酸反应乙醛酸反应色氨酸色氨酸的特有反应的特有反应|在蛋白质溶液中加在蛋白质溶液中加入乙醛酸入乙醛酸，将浓硫，将浓硫酸沿管壁缓慢加入，不使相混，在液酸沿管壁缓慢加入，不使相混，在液面交界处，即有紫色环形成面交界处，即有紫色环形成|色氨酸的反应（吲哚环的反应）色氨酸的反应（吲哚环的反应）|鉴定蛋白质中是否含有色氨酸鉴定蛋白质中是否含有色氨酸作业1.何谓蛋白质的变性？有何应用？2.沉淀蛋白质的方法有哪些？说说蛋白质变性和沉淀之间的关系。3.体内氨有哪些来源和去路？
