1、第一章第一章 蛋蛋 白白 质质 蛋白质的生物学意义 蛋白质的元素组成 蛋白质的氨基酸组成 肽 蛋白质的结构 蛋白质分子结构与功能的关系 蛋白质的性质 蛋白质的分类蛋白质 是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。一、蛋白质的生物学意义生物体的组成成分酶运输运动抗体干扰素遗传信息的控制细胞膜的通透性高等动物的记忆、识别机构二、蛋白质的元素组成二、蛋白质的元素组成C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、S（04%）、N的含量平均为16%凯氏（凯氏（Kjadehl）定）定氮法氮法的理论基础蛋白质含量蛋白质含
2、量=蛋白氮蛋白氮 6.25(100/16)氨基酸氨基酸（amino acids）是蛋白质的基本）是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由由20种种标准氨基酸标准氨基酸组成。组成。三、蛋白质的氨基酸组成三、蛋白质的氨基酸组成（一）蛋白质的水解（一）蛋白质的水解完全水解：各种完全水解：各种aa混合物混合物部分水解：肽段和部分水解：肽段和aa蛋白质可被蛋白质可被酸、碱、蛋白酶催化水解酸、碱、蛋白酶催化水解酸水解：酸水解：6M HCl，4M H2SO4（105）回流）回流煮沸煮沸20h左右左右完全水解完全水解优点：不引起消旋作用，优点：不引起消旋作用，L
3、aa缺点：色氨酸完全破坏；羟基氨基酸（丝氨酸、缺点：色氨酸完全破坏；羟基氨基酸（丝氨酸、苏氨酸）部分水解；苏氨酸）部分水解；Asn、Gln酰胺基被水解下来酰胺基被水解下来碱水解：碱水解：5M NaOH共煮共煮1020h完全水解完全水解产生消旋；精氨酸脱氨生成鸟氨酸和尿素；色产生消旋；精氨酸脱氨生成鸟氨酸和尿素；色氨酸稳定氨酸稳定酶水解酶水解部分水解部分水解不产生消旋也不破坏不产生消旋也不破坏aa（一）氨基酸的（一）氨基酸的结构通式结构通式：19种氨基酸具种氨基酸具有一级氨基（有一级氨基（-NH3+）和羧基（）和羧基（-COOH）结合到结合到碳原子（碳原子（C），同时结合到（），同时结合到（C）
4、上的是上的是H原子和各种侧链（原子和各种侧链（R）；）；Pro具有具有二级氨基（二级氨基（-亚氨基酸）亚氨基酸）COO-R group Amino group Carboxylic group L-Form Amino Acid StructureaH=GlycineCH3=AlanineH N3+H-碳：有机物中主链与官能团连接的最近的一个碳位碳：有机物中主链与官能团连接的最近的一个碳位Mirror Images of Amino AcidaaMirrorimageSame chemical propertiesStereo isomers不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO
5、-R两性离子形式C如是不对称C（除Gly），则：1.具有两种立体异构体 D-型和L-型2.具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）不对称碳原子（手性碳）：不对称碳原子（手性碳）：四个不同的原子或原四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳Leu L-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C C N N+-C-C-C-C-NH3+-C-C-OH-C-NAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAr
6、omatic-C-C-C-N-C-N N+=C-C-C-C C-C-C-C C C-C C C C HN C-COOH a-C-C OHGln QAsn NAsp DGlu EPhe FArg RLys KHis HGly GAAAlaVValI IleYTyrSer SThr TMet MCys C（三）氨基酸的分类（三）氨基酸的分类Trp WClassified by Chemical StruturePOLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpProCla
7、ssification of Amino Acids by PolarityPolar or non-polar,it is the bases of the amino acid properties.不常见的蛋白质不常见的蛋白质aaCCOO-HH3N+CH2CH2CHOHCH2NH3+CCH2COO-HH2N+H2CCHOH123456123545-羟脯氨酸5-羟赖氨酸必需氨基酸：人体不能合成，但是人体必需的必需氨基酸：人体不能合成，但是人体必需的成人成人：Phe、Met、Lys、Thr、Trp、Leu、Ile、Val记忆口诀：记忆口诀：笨蛋来宿舍，晾一晾鞋笨蛋来宿舍，晾一晾鞋婴儿期：婴儿
8、期：Arg和和His半必需半必需aa（四）氨基酸的重要理化性质1.一般物理性质一般物理性质 无色晶体，熔点极高（无色晶体，熔点极高（200以上，离子晶以上，离子晶格格-静电引力），不同味道；水中溶解度差别较大静电引力），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。（极性和非极性），不溶于有机溶剂。2.两性解离和等电点两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的子的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，为两性
9、电解质。为两性电解质。调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的NH3+基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。pI时，aa的溶解度最小，容易沉淀H3NCHCOOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在碱性溶液中的氨基酸（pHpI）（当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的-氨基、-羧基是可以离子化的。）n丙氨酸的电离平衡等电点时：等电点时：Ala+=Ala-丙氨酸的等电点n p I=（2.34+9.69)/2 =6.02-lgH+2=
10、-lgK1-lgK2侧链上有解离基团的侧链上有解离基团的aa的的pI如何计算？如何计算？Glu、LysCCOO-HH3N+CH2CH2COOHCCOO-HH3N+CH2CH2COO-CCOO-HH2NCH2CH2COO-K1K2K32.194.259.67GluCCOOHHH3N+CH2CH2COOHGlu+Glu-Glu2-22.3)25.419.2(21)(2121pKpKpIGlun碱性氨基酸 p I=1/2(p K2+p KR)n酸性氨基酸 p I=1/2(p K1+p KR)氨基酸等电点的确定：1）酸碱滴定（滴定曲线）2）根据pK值（该基团在此pH一半解离）计算：等电点等于两性离子两
11、侧pK值的算术平均数。pI=pK1+pK22or（pI=）pK2+pK32129630OH pK1pK2pHpIH-C-RCOO-NH2 H+Isoelectric point=pK1+pK22Amino Acids Isoelectric pointJuang RH(2004)BCbasicsAo=A-A+=Ao 在等电点在等电点以上以上的任一的任一pH，aa带带净负净负电荷，因电荷，因此在电场中向此在电场中向正极正极移动。在移动。在低于低于等电点的任一等电点的任一pH，aa带有带有净正净正电荷，在电场中向电荷，在电场中向负极负极移动。移动。在一定范围内，在一定范围内，aa溶液的溶液的pH离
12、等电点离等电点愈远愈远，aa所带所带静电荷愈大静电荷愈大。3.aa化学性质化学性质 R RH2N-CH-COOH H3N+-CH-COO-(1)-氨基参加的反应氨基参加的反应a.与亚硝酸反应与亚硝酸反应RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+H2O+N2 在标准条件下测定生成在标准条件下测定生成N2体积，即可计算出体积，即可计算出aa的量。的量。Van Slyke法测定氨基氮的基础。可用于法测定氨基氮的基础。可用于aa定量和定量和Pr水解程水解程度的测定。度的测定。N2一半来自一半来自aa，一半来源于，一半来源于HNO2。b.烃基化反应烃基化反应 与与2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（
13、DNFB）的反应）的反应FNO2O2NDNFB+N2NCHCOOHR弱碱中NNO2CHCOOHRO2NH+F-DNP-aa（黄）该反应首先被英国的该反应首先被英国的Sanger用来鉴定多肽、蛋白用来鉴定多肽、蛋白质的质的N末端末端aaH2与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITC）N=C=S+H2NCHCOOHR弱碱pH8.3NHCNCHRCOSHOHH+CH3NO2NCCOHRCSNHPITCPTC-aaPTH-aa 该反应首先被该反应首先被Edman用来鉴定多肽、蛋白质的用来鉴定多肽、蛋白质的N末端末端aa。重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”。苯氨基硫甲酰氨基酸苯
14、氨基硫甲酰氨基酸苯硫乙内酰尿氨基酸苯硫乙内酰尿氨基酸c.形成西佛碱反应形成西佛碱反应CRHO+H2NCHCOOHR H2O-H2O+CRHNCHCOOHR醛 aa 西佛碱西佛碱：西佛碱：氮原子与碳原子用双键连接形成的一类化合物氮原子与碳原子用双键连接形成的一类化合物 是以是以aa为底物的某些酶促反应如转氨基反应的为底物的某些酶促反应如转氨基反应的中间物中间物 d.脱氨基反应脱氨基反应OOOO+RCHNH2COOH NOCHRCOOHHO+CO2e.荧光胺反应荧光胺反应RCHCOO-NH3RCCOO-O氧化酶(2)-羧基参加的反应羧基参加的反应a.成盐或成酯反应成盐或成酯反应RCHCOOHNH2
15、+C2H5OH干燥HCl回流RCHCOOC2H5NH3+Cl-+H2Ob.脱羧基反应脱羧基反应RCHCOOHNH2脱羧酶RCH2NH2+CO2c.叠氮反应叠氮反应RCHCOOCH3YNHNH2NH2RCHCNHNH2OYNHHNO2RCHCNONNYNH+H2O2酰化氨基酸甲酯酰化氨基酸甲酯 Y=酰基酰基酰化氨基酸酰肼酰化氨基酸酰肼酰化氨基酸叠氮酰化氨基酸叠氮(3)-氨基和氨基和-羧基共同羧基共同参加的反应参加的反应a.与茚三酮的反应：OOO+H2OOOOHOH+H2NCHRCOOHOOHOH+RCHO+CO2+NH3加加热热还原型茚三酮还原型茚三酮水合茚三酮水合茚三酮OOHOH+NH3+HO
16、HO H2O3OONHONOHOOOOOO蓝紫色物质蓝紫色物质 Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。OOO+NCOOHHOON黄黄 色色b.成肽反应成肽反应一个一个aa的的NH2与另一个与另一个aa羧基可以缩合成肽羧基可以缩合成肽二酮吡嗪二酮吡嗪（甘氨酸酐）（甘氨酸酐）GlyCOHOCH2NHH+NHHCH2CHONNOO加热乙二醇Oc.与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+OH-中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2氨基酸能直接用酸、碱滴定来进行定
17、量测定吗？H2NCHCH2SSHNO2HOOCSNO2COOHCOOH+SSNO2NO2HOOCCOOHH2NCHCOOH +CH2SHpH8.0硫代硝基苯甲酸硫代硝基苯甲酸测定测定Cys含量（含量（pH8.0412nm的摩尔消光系数的摩尔消光系数=13600）(4)侧链侧链R基参加的反应基参加的反应5，5-双硫基双（双硫基双（2-硝基苯甲酸）硝基苯甲酸）Ellman试剂试剂4、aa混合物的分析分离混合物的分析分离（1）分配层析法的一般原理）分配层析法的一般原理 常用分离方法：分配柱层析、纸层析、薄层常用分离方法：分配柱层析、纸层析、薄层层析、离子交换层析、气液层析、高效液相层析层析、离子交换
18、层析、气液层析、高效液相层析 所有的层析系统通常都由所有的层析系统通常都由2相组成，一个为相组成，一个为固定相或静相，一个为流动相或动相，混合物在固定相或静相，一个为流动相或动相，混合物在层析系统中的分离决定于该混合物的组分在这两层析系统中的分离决定于该混合物的组分在这两相中的分配情况。相中的分配情况。Rf原点到层析点中心的距离原点到溶剂前沿的距离 纸色谱纸色谱为分配色谱，色谱过程在固定相构为分配色谱，色谱过程在固定相构成的平面状层下进行。滤纸为载体，固定成的平面状层下进行。滤纸为载体，固定相为滤纸上的水，流动相（展开剂）为用相为滤纸上的水，流动相（展开剂）为用水饱和过的有机溶剂。纸色谱属于水
19、饱和过的有机溶剂。纸色谱属于分配色分配色谱谱。衡量物质向上移动的物理量是比移值（衡量物质向上移动的物理量是比移值（Rf）（相对迁移率）（相对迁移率）=XY例例:大黄中游离蒽醌的纸色谱图大黄中游离蒽醌的纸色谱图溶剂前沿溶剂前沿大黄素甲醚大黄素甲醚芦荟大黄素芦荟大黄素大黄素大黄素大黄酸大黄酸点样点点样点XY五、肽五、肽 一个氨基酸的一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸羧基和另一个氨基酸的的-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称氨基酸之间脱水后形成的键称肽键肽键（酰胺键）。（酰胺键）。（一）肽和肽键的结构（一）肽和肽键的结构NH2COOH1NH2COOH2NH2
20、C NCOOHOH21Amino acids are connected head to tailDehydration-H2OCarbodiimide蛋白质分子中蛋白质分子中aa连接的基本方式是肽键连接的基本方式是肽键CONH实验依据实验依据a.蛋白质分子中游离的-氨基和-羧基很少b.某些人工合成的多肽能被水解蛋白质的蛋白酶所水解c.包含-CO-NH-基团的化合物如双缩脲H2N-CO-NH-CO-NH2能与硫酸铜NaOH溶液产生双缩脲颜色反应。d.人工合成的多聚aa的X射线衍射图案和红外吸收光谱与天然纤维状Pr十分相似e.人工合成蛋白质结晶牛胰岛素n二肽n寡肽(oligo peptide)n
21、多肽(poly peptide)n氨基酸残基(residue):主链、侧链n环状肽n氨基末端(amino terminal)或N末端n羧基末端（carboxyl terminal）或C末端H2N CH CO NH CHR1R2CO NH CHR3CO NH CHR4COOH主链侧 链N末端C末端肽单位 肽链写法肽链写法：游离：游离-氨基在左，游离氨基在左，游离-羧基在羧基在右，氨基酸之间用右，氨基酸之间用“-”表示肽键。表示肽键。H2N-丝氨酸丝氨酸-亮氨酸亮氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe（S-L-F）肽平面（酰胺平面）肽平面（酰胺平面）0.127nm0.127nm键长
22、键长=0.132nm=0.132nm 0.148nm0.148nm肽键的构型肽键的构型 稳定 不稳定顺式异构体顺式异构体Cis：两个相同原子或基团在双键同一侧的：两个相同原子或基团在双键同一侧的为顺式异构体，也用为顺式异构体，也用 cis-来表示。来表示。反式异构体反式异构体Trans：两个相同原子或基团分别在双键两：两个相同原子或基团分别在双键两侧的为反式异构体，也用侧的为反式异构体，也用 trans-来表示。来表示。（二）肽的物理化学性质（二）肽的物理化学性质 在在pH 0-14范围内，肽键的酰胺氢不解离，范围内，肽键的酰胺氢不解离，肽的酸碱性主要决定于肽键中的游离末端的肽的酸碱性主要决定
23、于肽键中的游离末端的-NH2、游离末端的、游离末端的-COOH以及侧链以及侧链R基上基上的可解离功能团。的可解离功能团。肽中的末端肽中的末端-COOH的的pKa值要比游离值要比游离aa中的大一些，而末端中的大一些，而末端-NH2的比其小。的比其小。R基的基的pKa值在两者之间区别不大。值在两者之间区别不大。化学反应与化学反应与aa一样，游离的一样，游离的-NH2、-COOH和和R基也可以发生与基也可以发生与aa中相应基团类中相应基团类似的反应。似的反应。NH2末端的末端的aa残基也能与茚三酮残基也能与茚三酮发生定量反应，生成成色物质。发生定量反应，生成成色物质。短肽的旋光度等于该肽中各个短肽的
24、旋光度等于该肽中各个aa的旋光度的旋光度的总和。的总和。n CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOHCHCH2 2CHCH2 2CHNHCHNH2 2COOHCOOHCHCH2 2SHSHa a 谷胱甘肽谷胱甘肽存在与动、植物及微生物中：存在与动、植物及微生物中：1.1.参与体内氧化还原反应参与体内氧化还原反应 2.2.作为辅酶参与氧化还原反应作为辅酶参与氧化还原反应 保护巯基酶或含保护巯基酶或含CysCys的蛋白质中的蛋白质中 SHSH的还原性的还原性 3.3.防止氧化物积累防止氧化物积累2G2GSHSHGS-SGGS-SG1.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH）（三）常见肽（三）常见肽（二）
25、催产素和升压素（二）催产素和升压素 均为9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。（三）促肾上腺皮质激素（三）促肾上腺皮质激素（ACTH）39肽，活性部位为第410位的7肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。（四）脑肽（四）脑肽脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。Met-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-内啡肽（31肽）具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。（五）胆囊收缩素（五）胆囊收缩素（六）胰高血糖素
26、（六）胰高血糖素由胰岛-细胞分泌（-细胞分泌胰岛素），29肽。胰高血糖素调节 维持血糖浓度。五、五、蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构（primary）二级结构（secondary）三级结构（tertiary）四级结构（quaternary）（一）蛋白质的一级结构（共价结构）（一）蛋白质的一级结构（共价结构）一级结构一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺排列顺序序，即氨基酸的线性序列。一级结构中包含的共，即氨基酸的线性序列。一级结构中包含的共价键（价键（covalent bonds）主要指肽键（）主要指肽键（peptide bond）和二硫键（）和二硫键（disu
27、lfide bond）蛋白质有四种结构层次：HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSS牛胰岛素的化学结构SS蛋白质结构测序的策略：蛋白质结构测序的策
28、略：（1）测定蛋白质分子中多肽链数目）测定蛋白质分子中多肽链数目（2）拆分蛋白质分子的多肽链并分离提纯）拆分蛋白质分子的多肽链并分离提纯 寡聚寡聚Pr：变性剂：变性剂 8M 尿素；尿素；6M 盐酸胍；高浓度盐盐酸胍；高浓度盐 共价二硫桥：氧化剂共价二硫桥：氧化剂过甲酸过甲酸 还原剂还原剂巯基乙醇巯基乙醇（3）断开多肽链内的二硫桥）断开多肽链内的二硫桥（4）分析每一多肽链的）分析每一多肽链的aa组成组成（5）鉴定多肽链的）鉴定多肽链的N-末端和末端和C-末端末端（6）裂解多肽链成较小的片段）裂解多肽链成较小的片段（7）测定各肽段的）测定各肽段的aa序列序列（8）重建完整多肽链的一级结构）重建完整
29、多肽链的一级结构（9）确定半胱氨酸残基间形成）确定半胱氨酸残基间形成S-S交联桥的位置交联桥的位置 一级结构确定的原则一级结构确定的原则：将大化小，逐段：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。整序列。目前往往采用从待测蛋白质的基因序列目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出蛋白质的一级结构。反推出蛋白质的一级结构。（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）Pr的天然折叠结构决定于三个因素：的天然折叠结构决定于三个因素：（1）与溶剂
30、分子（一般）与溶剂分子（一般H2O）的相互作用）的相互作用（2）溶剂的）溶剂的pH和离子组成和离子组成（3）Pr的的aa序列序列构象：构象：Pr分子中所有原子在三维空间的排列分布分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向和肽链的走向构型：立体结构中取代原子或基团在空间的取向构型：立体结构中取代原子或基团在空间的取向1.蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式（1）-螺旋（螺旋（-helix）Pauling和Corey于1965年提出。结构要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴上升0.15nm，旋转100。2）每个肽键的羰基氧与
31、远在第五个氨基酸氨基上的氢形成氢键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。C(NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)影响影响-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：aa组成和序列，多聚组成和序列，多聚aa R基小，不带电荷的多聚丙氨酸，在基小，不带电荷的多聚丙氨酸，在pH7的的水溶液能自发地卷曲成水溶液能自发地卷曲成-螺旋。但是多聚螺旋。但是多聚Lys在在同样同样pH条件下却不能形成条件下却不能形成-螺旋，而是以无规螺旋，而是以无规卷曲形式存在。这是因为多聚卷曲形式存在。这是因为多聚Lys在在pH7时时R基基具有正电荷，彼此间由于静电排斥，不能
32、形成具有正电荷，彼此间由于静电排斥，不能形成链内氢键。在链内氢键。在pH12时，多聚赖时，多聚赖Lys即自发地形即自发地形成成-螺旋。同样，多聚螺旋。同样，多聚Glu也与此类似。也与此类似。多聚多聚Pro的的-C原子参与原子参与R基吡咯的形成，环基吡咯的形成，环内的内的C-N键和键和C-N肽键都不能旋转，而且多聚肽键都不能旋转，而且多聚Pro的肽键不具有酰胺的肽键不具有酰胺H，不能形成链内氢键，不能形成链内氢键，因此，多肽链只要存在因此，多肽链只要存在脯氨酸脯氨酸（或（或羟脯氨酸羟脯氨酸），），-螺旋即被中断，并产生一个螺旋即被中断，并产生一个“结节结节”。除除R基的电荷性质外，基的电荷性质外
33、，R基的大小对多肽链能基的大小对多肽链能否形成螺旋也有影响。否形成螺旋也有影响。多聚多聚Ile由于它的由于它的-C原子原子附近有较大的附近有较大的R基，造成空间阻碍，因而不能形基，造成空间阻碍，因而不能形成成-螺旋。螺旋。（2）-折叠结构（折叠结构（-pleated sheet）CCCCCCRRRRRRNNCNNCCC平行反平行-折叠片中，相邻多肽链折叠片中，相邻多肽链平行平行或或反平行反平行（较稳定）。（较稳定）。纤维状蛋白：反平行；不同肽链形成氢键纤维状蛋白：反平行；不同肽链形成氢键球蛋白：平行、反平行同样广泛，也可在同意肽链不同肽段球蛋白：平行、反平行同样广泛，也可在同意肽链不同肽段之间
34、形成之间形成-角蛋白角蛋白丝心蛋白丝心蛋白（3）-转角（转角（-turn）N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。非重复性结构非重复性结构（4）无规卷曲（自由回转）无规卷曲（自由回转）没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。2.超二级结构和结构域超二级结构和结构域 超二级结构超二级结构是指若干相邻的二级结构中的构是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋白质二级结构至能辨认的二级结构组合
35、体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。三级结构层次的一种过渡态构象层次。、Rossmann折叠 结构域结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。域缔合而成三级结构。3.蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构指多肽链上的所有原子（包括主链和残基侧指多肽链上的所有原子（包括主链和残基侧链）在
36、三维空间的分布。链）在三维空间的分布。肌红蛋白肌红蛋白亚基（单体）：四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质亚基（单体）：四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质二聚体蛋白：两个亚基组成二聚体蛋白：两个亚基组成四聚体蛋白四聚体蛋白寡聚蛋白质：由两个或两个以上亚基组成的蛋白质寡聚蛋白质：由两个或两个以上亚基组成的蛋白质单体蛋白质：仅由一个亚基组成并因此无四级结构的单体蛋白质：仅由一个亚基组成并因此无四级结构的Pr同多聚同多聚杂多聚杂多聚原体原体4.蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构多肽亚基（多肽亚基（subunit）的空间排布和相互作用。）的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。亚基间以非共价键连接。血红蛋白
37、血红蛋白 Hemoglobin(Hb)共价键次级键化学键化学键 肽键一级结构氢键二硫键二、三、四级结构疏水键盐键范德华力三、四级结构（三）蛋白质分子中的共价键与次级键（三）蛋白质分子中的共价键与次级键(1)氢键氢键羰基氧酰胺氢；侧链侧链；侧链介质水；羰基氧酰胺氢；侧链侧链；侧链介质水；主链肽基侧链；主链肽基水主链肽基侧链；主链肽基水XHY X氢供体氢供体 Y氢受体氢受体特征特征方向性：相互吸引的方向沿氢受体方向性：相互吸引的方向沿氢受体Y的孤电子对轨道轴，受体的孤电子对轨道轴，受体Y和供体和供体X之间的角度接近之间的角度接近180度度饱和性饱和性:X-H只能和一个只能和一个Y原子相结合原子相结
38、合氢键氢键负电性很强的原子（如氧或氮）负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合的氢原子相和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引互吸引（2）范德华力）范德华力定向效应：极性分子极性基团定向效应：极性分子极性基团诱导效应：极性非极性物质诱导效应：极性非极性物质分散效应：非极性非极性分子（基团）分散效应：非极性非极性分子（基团）由非极性由非极性基团受到基团受到水分子排水分子排斥相互聚斥相互聚集在一起集在一起的作用力的作用力疏水作用示意图疏水作用示意图（3）疏水作用）疏水作用（5）二硫键）二硫键（4）盐键（离子键）：正、负电荷间静电相互作用）盐键（离子键）：正、负电荷间静电相互作用 蛋白质的酸、碱性
39、蛋白质的酸、碱性aa侧链解离成离子，分布侧链解离成离子，分布在球状蛋白质分子表面，而与介质水分子发生电在球状蛋白质分子表面，而与介质水分子发生电荷偶极之间相互作用，形成排列有序的水化层。荷偶极之间相互作用，形成排列有序的水化层。ded 范德华力范德华力 e 二硫键二硫键六、蛋白质分子结构与功能的关系六、蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。（一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系1.种属差异种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们
40、在亲缘关系上的远近。2.分子病分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys Val 取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧HbS疏水位点血红蛋白分子凝集HbSHbS与与HbAHbA的区别的区别-亚基第亚基第6 6位氨基酸位氨基酸正常人：正常人：GluGlu患者：患者：ValVal（二）蛋白质构
41、象与功能的关系（二）蛋白质构象与功能的关系 别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。七、蛋白质的性质七、蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量（一）蛋白质的相对分子量测定方法测定方法:渗透压法、渗透压法、超离心法超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。胺凝胶电泳等。最准确可靠的方法是最准确可靠的方法是超离心法超离心法（Svedberg于于1940年设计）：年设计）：蛋白质颗粒在蛋白质颗粒在2550104
42、 g离心力作用下从溶液中沉降下来。离心力作用下从溶液中沉降下来。沉降系数（沉降系数（s）：单位（）：单位（cm）离心场里的沉降速度。）离心场里的沉降速度。s=v2x v=沉降速度（沉降速度（dx/dt）=离心机转子角速度（弧度离心机转子角速度（弧度/s）x=蛋白质界面中点与转子中心的距离（蛋白质界面中点与转子中心的距离（cm）沉降系数的单位常用沉降系数的单位常用S，1S=110-13（s）蛋白质分子量（蛋白质分子量（M）与沉降系数（）与沉降系数（s）的关系）的关系M=RTsD（1V）R气体常数（气体常数（8.314107ergsmol-1 度度-1）T绝对温度绝对温度D扩散常数（蛋白质分子量很
43、大，离心机转速很扩散常数（蛋白质分子量很大，离心机转速很快，则忽略不计）快，则忽略不计）V蛋白质的微分比容（蛋白质的微分比容（m3g-1）溶剂密度（溶剂密度（20，gml-1）s沉降系数沉降系数（二）蛋白质的两性电离及等电点（二）蛋白质的两性电离及等电点蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点溶液中带负电荷，在等电点pH时为两性离子。时为两性离子。电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时
44、可以分开。电泳时可以分开。自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上进区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分形成带状区域。行电泳，不同组分形成带状区域。（2）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。聚丙烯酰胺）作支持物。1）圆盘电泳：玻璃管中进行的凝胶电泳。）圆盘电泳：玻璃管中进行的凝胶电泳。+2）平板电泳：铺有凝胶的玻板上进行的电泳。）平板电泳：铺有凝胶的玻板上进行的电泳。-+（1）纸上电泳：用滤纸作支持物。）纸上电泳：用滤纸作支持
45、物。等电聚焦电泳：当蛋白质在其等电点时，等电聚焦电泳：当蛋白质在其等电点时，净电荷为零，在电场中不再移动。净电荷为零，在电场中不再移动。+5.06.07.0稳定pH梯度5.06.07.0稳定pH梯度通电+（三）蛋白质的胶体性质（三）蛋白质的胶体性质布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力透过半透膜，具有吸附能力蛋白质溶液稳定的原因：蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）表面形成水膜（水化层）2）带相同电荷。）带相同电荷。（四）蛋白质的沉淀反应（四）蛋白质的沉淀反应u加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉加高浓度盐类（盐析）：加盐使
46、蛋白质沉淀析出。淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白饱和度），清蛋白（饱和（饱和(NH4)2SO4)。硫酸铵、硫酸钠、氯化钠硫酸铵、硫酸钠、氯化钠u加有机溶剂：酒精、丙酮加有机溶剂：酒精、丙酮u加重金属盐：加重金属盐：氯化高汞、硝酸银、醋酸铅、三氯化铁氯化高汞、硝酸银、醋酸铅、三氯化铁u加生物碱试剂加生物碱试剂单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试
47、剂。（五）蛋白质的变性（五）蛋白质的变性 天然蛋白质受物理或化学因素的影响，天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变变性性。变性蛋白质的主要特征变性蛋白质的主要特征:（2 2）生物活性丧失生物活性丧失（4 4）变性蛋白质容易消化变性蛋白质容易消化（1 1）蛋白质分子中的次级键断裂）蛋白质分子中的次级键断裂,构象破坏，构象破坏，但不涉及共价键的破坏但不涉及共价键的破坏,一级结构不变一级结构不
48、变（3 3）变性蛋白质的溶解度常降低、粘度变性蛋白质的溶解度常降低、粘度增加、增加、扩散系数减小扩散系数减小常见的变性因素：常见的变性因素：强酸、强酸、强碱、强碱、有机溶剂、有机溶剂、尿素、尿素、胍、胍、重金属重金属生物碱、生物碱、化学因素化学因素物理因素物理因素剧烈振荡剧烈振荡热、热、紫外线、紫外线、超声波、超声波、蛋白质的聚沉蛋白质的聚沉反应名称反应名称试试 剂剂颜色颜色反应有关基团反应有关基团有此反应的有此反应的蛋白质或氨蛋白质或氨基酸基酸双缩脲反应NaOH、CuSO2紫 色 或 粉红色二个以上肽键所有蛋白质米伦反应H g N O3、H g(N O3)2及HNO3混合物红色 Tyr黄色反
49、应浓HNO3及NH3黄 色、橘色 Tyr、Phe乙醛酸反应(Hopking-Cole反应)乙醛酸试剂及浓H2SO4紫色 Trp坂口反应(Sakaguchi反应)-萘酚、NaClO红色胍基Arg酚试剂反应(Folin-Cioculteu反应)碱性CuSO4及磷钨酸-钼酸蓝色酚基、吲哚基Tyr茚三酮反应茚三酮蓝紫色自由氨基及羧基-氨基酸（六）蛋白质的颜色反应（六）蛋白质的颜色反应OHN八、蛋白质的分类八、蛋白质的分类蛋白质形状蛋白质形状球状蛋白质球状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质分子组成分子组成简单蛋白质简单蛋白质结合蛋白质结合蛋白质溶解度溶解度可溶蛋白质可溶蛋白质不可溶状蛋白质不可溶状蛋白质2.分子组成 简单蛋白（按溶解度）结合蛋白（按辅基）清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白精蛋白组蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白与蛋白聚糖脂蛋白色蛋白磷蛋白 本章较全面地介绍了蛋白质化学的基本知识，重点阐述了氨基酸和蛋白质的结构、性质和功能间的依存关系。在学习氨基酸的结构时应联系有机化学的羧酸结构，在学习氨基酸的化学性质时应联系氨基酸的结构，再将氨基酸的结构和特性与蛋白质的结构和特性联系起来。认识蛋白质的重要生物学意义。提要提要
