第一章蛋白质的化学

1、第一章第一章 蛋白质的化学蛋白质的化学 蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 与与 分类分类蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸组成肽肽蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的性质蛋白质的分离分析技术蛋白质的分离分析技术是由许多不同的是由许多不同的-氨基酸氨基酸按一定的序列通过按一定的序列通过酰胺键（肽键）酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。具有一定生物功能的大分子。一、蛋白质的生物学意义一、蛋白质的生物学意义1. 生物体的组成成分生物体的组成成

2、分2. 酶酶3. 运输运输4. 运动运动5. 抗体抗体6. 干扰素干扰素7. 遗传信息的控制遗传信息的控制8. 细胞膜的通透性细胞膜的通透性9. 高等动物的记忆、识别机构高等动物的记忆、识别机构二、蛋白质的元素组成二、蛋白质的元素组成 与与 分类分类C（5055%）、）、H（68%）、）、O（2023%）、）、N（1518%）、）、 S（04%）、）、N的含量平均为的含量平均为16%凯氏凯氏（Kjadehl）定氮法）定氮法的理论基础的理论基础蛋白质含量=（总氮含量-无机氮含量）6.25蛋白质的分类蛋白质的分类1. 分子形状分子形状球状蛋白球状蛋白（水溶性较好，种类繁多水溶性较好，种类繁多）纤维

3、状蛋白纤维状蛋白（大多不溶于水，起结构、保护、运动的机能大多不溶于水，起结构、保护、运动的机能）膜蛋白膜蛋白（折叠近球形，插入生物膜或膜表面折叠近球形，插入生物膜或膜表面）2. 分子组成分子组成 简单蛋白简单蛋白（仅有肽链组成）（仅有肽链组成）（按溶解度）（按溶解度） 结合蛋白结合蛋白（由简单蛋白（由简单蛋白和辅助成分组和辅助成分组成）成）（按辅基）（按辅基）清蛋白清蛋白球蛋白球蛋白谷蛋白谷蛋白醇溶蛋白醇溶蛋白精蛋白精蛋白组蛋白组蛋白硬蛋白硬蛋白核蛋白核蛋白 （与核酸）（与核酸）糖蛋白与蛋白聚糖（与多糖）糖蛋白与蛋白聚糖（与多糖）脂蛋白（与脂质）脂蛋白（与脂质）色蛋白（与色素）色蛋白（与色素）

4、磷蛋白磷蛋白 （与磷酸）（与磷酸）所有生物所有生物植物种子植物种子与核酸结合成核蛋白与核酸结合成核蛋白存在于毛、发、角、筋、骨存在于毛、发、角、筋、骨3. 功能分类功能分类酶酶 （具有生物催化活性的蛋白质）（具有生物催化活性的蛋白质）调节蛋白调节蛋白 （激素、转录因子）（激素、转录因子）贮存蛋白（卵清蛋白、铁蛋白）贮存蛋白（卵清蛋白、铁蛋白）转运蛋白（血清蛋白、膜转运蛋白）转运蛋白（血清蛋白、膜转运蛋白）运动蛋白（肌动蛋白、肌球蛋白、骨架蛋白）运动蛋白（肌动蛋白、肌球蛋白、骨架蛋白）防御蛋白与毒蛋白（抗体、凝血酶、神经毒蛋白）防御蛋白与毒蛋白（抗体、凝血酶、神经毒蛋白）受体蛋白（膜受体）受体蛋

5、白（膜受体）支架蛋白（识别蛋白质结构元件）支架蛋白（识别蛋白质结构元件）结构蛋白（角蛋白、胶原蛋白）结构蛋白（角蛋白、胶原蛋白）异常功能蛋白异常功能蛋白三、蛋白质的氨基酸组成三、蛋白质的氨基酸组成氨基酸氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由菌到人类，所有蛋白质都由20种种标准氨基标准氨基酸酸（20 standard amino acids)组成。组成。（一）氨基酸的结构通式：（一）氨基酸的结构通式：19种氨基酸具有一种氨基酸具有一级氨基（级氨基（-NH3+）和羧基（）和羧基（-COOH）结合到）结合到碳碳原子（原子（C），同时结合到（），同时结

6、合到（C）上的是）上的是H原子原子和各种侧链（和各种侧链（R）；）；Pro具有二级氨基（具有二级氨基（-亚氨亚氨基酸）基酸）不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称C（除Gly），则： 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（+）1. 从蛋白质水解得到的均为L-氨基酸（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类根据根据R的化学结构的化学结构（1）脂肪族氨基酸：）脂肪族氨基酸：1）疏水性：）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr

7、（苏氨酸）（苏氨酸）（2）芳香族氨基酸：）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）杂环氨基酸：）杂环氨基酸：Trp(色氨酸）、色氨酸）、His（4）杂环亚氨基酸：）杂环亚氨基酸：Pro根据根据R的极性的极性（1）极性氨基酸：）极性氨基酸：1）不带电：）不带电： Gly、 Ser、Thr（苏氨（苏氨酸）、酸）、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：）带负电：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：）非极性氨基酸： Gly、 Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp3. 不常见的氨基酸不常见的氨基酸 以及以及 非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸（

8、1）5 羟赖氨酸、羟赖氨酸、4 羟脯氨酸羟脯氨酸 （胶原蛋白）（胶原蛋白） 3,3,5 三碘甲腺原氨酸（甲状腺球蛋白）三碘甲腺原氨酸（甲状腺球蛋白） 甲基组氨酸、甲基组氨酸、 -N-甲基赖氨酸等（肌肉蛋白）甲基赖氨酸等（肌肉蛋白） N-甲基精氨酸、甲基精氨酸、N-乙酰赖氨酸（组蛋白）乙酰赖氨酸（组蛋白）（2）非蛋白质氨基酸：）非蛋白质氨基酸：-氨基丁酸（氨基丁酸（GABA）是谷氨酸脱是谷氨酸脱羧产生，具有传递神经冲动的功能。羧产生，具有传递神经冲动的功能。（神经递质）（神经递质） 鸟氨酸、瓜氨酸鸟氨酸、瓜氨酸等是氨基酸代谢中间产物。等是氨基酸代谢中间产物。（三）氨基酸的重要理化性质（三）氨基酸

9、的重要理化性质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），不同味道；水以上），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。中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。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形式存在，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子的在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和正离子和能接受质子的能接受质子的COO-负离子，为负离子，为两性电解质两性电解质/偶极离子偶极离子。 调节氨基酸溶液的调节氨基酸溶液的pH，使得氨基酸分子上

10、的，使得氨基酸分子上的NH3+正离子和正离子和COO-负离子的解离度完全相等，即所带净电负离子的解离度完全相等，即所带净电荷为零，主要以两性离子存在时，在电场中，不向任何一荷为零，主要以两性离子存在时，在电场中，不向任何一极运动，此时溶液的极运动，此时溶液的pH叫做叫做氨基酸的等电点（氨基酸的等电点（isoelectric point，pI）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)中性

11、氨基酸的pI 5.0 6.3酸性氨基酸的pI 2.8 3.2碱性氨基酸的pI 7.6 10.9在等电点时的氨基酸的偶极离子浓度最大，溶解度最小。氨基酸等电点的确定：氨基酸等电点的确定：1）酸碱滴定（滴定曲线）酸碱滴定（滴定曲线）2）根据）根据pK值（该基团在此值（该基团在此pH一半解离）计算：一半解离）计算：等电点等于两性离子两侧等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数。值的算术平均数。pI = pK1+pK22or（ pI = ）pK2+pK3224681012140.51.01.52.0OH-加入的当量pHpK1pIpK2（3）（2）（1）Gly的滴定曲线的滴定曲线OH-OH-+H3NCC

12、OOHHH（1）+H3NCCOO-HH（2） H2NCCOO-HH（3）Gly解离作用解离作用3. 化学性质化学性质（1）与茚三酮的反应）与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。产生黄色物质，其它为蓝紫色。在在570nm（蓝紫色）或（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几（黄色）定量测定（几g）。）。-氨基酸氨基酸 水合茚三酮水合茚三酮氧化脱氨氧化脱氨醛醛脱羧脱羧-酮酸酮酸还原型茚三酮还原型茚三酮弱酸溶液弱酸溶液加热加热还原型茚三酮还原型茚三酮水合茚三酮水合茚三酮氨氨蓝紫色复合物蓝紫色复合物（2）与甲醛的反应）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3

13、+RCHCOO-NH2+ H+OH-中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2羟甲基氨基酸羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸（3）与）与2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)的反应的反应NO2FO2N+ HNCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱碱性DNP-氨基酸（黄色）Sanger法：鉴定多肽或者蛋白质末端氨基酸的方法。H2NCHCOOH + RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.7 40NCH3CH3O=S=OHNCHCOOH RDNS-氨基酸（强烈荧光）取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，

14、灵敏度高5-二甲氨基萘磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯(DNS-Cl，丹磺酰氯，丹磺酰氯)（4）与异硫氰酸苯酯（）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应）的反应N=C=S + NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF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”（6）与荧光胺反应：）与荧光胺反应：氨基酸与其反应产生荧光产物根据荧光强度测定氨基酸含量（ng级）。激发波长x=390nm，发射波长m=475nm（7）与）与5,5-双硫基双硫基-双（双（2-硝基苯甲酸）反应硝基苯甲酸）反应与半胱氨酸（Cys）的SH基团，产生

15、硫代硝基苯甲酸，测定SH含量（5）与亚硝酸反应：）与亚硝酸反应：除Pro外，与亚硝酸反应生成氮气，测定氮气体积，推算氨基酸的量，范斯莱克法（van Slyke）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）Cys（7）成盐反应）成盐反应RCHCOOH + HClNH2RCHCOOH NH2HCl（8）酰基化和烃基化反应）酰基化和烃基化反应RCHCOOH + R X NH2R =酰基或烃基 R

16、CHCOOH + HX NHRX =卤素（Cl、F）（9）成酯反应）成酯反应RCHCOOH + C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2 HCl气当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。氨基的化学性质就突出地显示出来。（10）酰氯化反应）酰氯化反应YNHCRHCOOH + PCl5酰化氨基酸YNHCRHCOCl酰化氨基酰氯使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。在合成肽的工作上常用。（11）成酰胺反应）成酰胺反应H2NCHRCOOC2

17、H5 + HNH2体外无水H2NCHRCONH2 +C2H5OH氨基酸酰胺有机体内：Asp（Glu）+NH4+Asn（Gln）Asn（Gln）合成酶ATP（12）脱羧反应）脱羧反应H2NCHRCOOH脱羧酶CO2 + RCH2NH2胺（13）迭氮反应）迭氮反应H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH酰化氨基酸YHN-CHR-COOCH3酰化氨基酸甲酯NH2NH2（-CH3OH）YHNCHRCONHNH2酰化氨基酸的肼衍生物HNO2YHNCHRCON3 + 2H2O酰化氨基酸迭氮四、肽四、肽一个氨基酸的一个氨基酸的-羧基羧基和另一个氨基酸的和另一个氨基酸的-氨基氨基脱水缩合而脱水缩合而成

18、的化合物。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）。）。 当两个氨基酸通过肽键相互连接形成二肽，在一端仍然当两个氨基酸通过肽键相互连接形成二肽，在一端仍然有游离的氨基和另一端有游离的羧基，每一端连接更多的氨有游离的氨基和另一端有游离的羧基，每一端连接更多的氨基酸。氨基酸能以肽键相互连接形成长的、不带支链的寡肽基酸。氨基酸能以肽键相互连接形成长的、不带支链的寡肽（20个氨基酸残基以下）和多肽（多于个氨基酸残基以下）和多肽（多于20个氨基酸残基）。个氨基酸残基）。多肽仍然有游离的多肽仍然有游离的-氨基和氨基和-羧基羧基。肽链写法肽链写法：游离：游离

19、-氨基在左，游离氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸之间用羧基在右，氨基酸之间用“-”表示肽键。表示肽键。(从从N端到端到C端端)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）Ser-Leu 命名：丝氨酰酰亮氨酸肽的结构肽的结构键角键角键长键长生物活性肽生物活性肽BAP （一）谷胱甘肽（一）谷胱甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2COCOOH-GluNHCHCOCH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG（二）催产素和升压素（二）催产素和升压素 下丘脑分泌，均为9肽，第3位和第8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

20、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。还原型谷胱甘肽(GSH） 还原剂保护作用氧化型谷胱甘肽(GSSG) -肽键（三）促肾上腺皮质激素（三）促肾上腺皮质激素（ACTH） 39肽，活性部位为第肽，活性部位为第410位的位的7肽片段：肽片段： Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly（四）脑肽（四）脑肽脑啡肽（脑啡肽（5肽）肽）具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。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（内啡肽（31肽）具有较强的吗啡样活性

21、与镇痛作用。肽）具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。（五）胰高血糖素（五）胰高血糖素（六）胃肠道活性肽（六）胃肠道活性肽由胰岛由胰岛-细胞细胞分泌（分泌（-细胞分泌胰岛素细胞分泌胰岛素），），29肽肽。胰高。胰高血糖素促进肝糖原降解，调节维持血糖浓度。血糖素促进肝糖原降解，调节维持血糖浓度。肠促胰液素（肠促胰液素（27肽），胆囊收缩素肽），胆囊收缩素-肠促胰酶素（肠促胰酶素（33肽），肽），肠抑胃素（肠抑胃素（43肽），促胃酸激素（肽），促胃酸激素（17肽）等等肽）等等活性肽的来源活性肽的来源体内途径体内途径（前体经过加工，裂解，酰化，硫脂化等）（前体经过加工，裂解，酰化，硫脂化等）体外途径体外途

22、径分离纯化天然活性肽分离纯化天然活性肽化学合成化学合成生物合成生物合成酶法水解酶法水解五、五、 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）（中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）（conformation）。）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：蛋白质有四种结构层次：一级结构一级结构（primary），），二级结构二级结构（secondary），），三级结构三级结构（tertiary）和

23、）和四级结构四级结构（quaternary）（不总是有）。）（不总是有）。（一）蛋白质的一级结构（化学结构）（一）蛋白质的一级结构（化学结构）一级结构一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键（共价键（covalent bonds）主要指）主要指肽键肽键（peptide bond）和和二硫键二硫键（disulfide bond）HPhe-Val-Asn-Gl

24、n-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牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构SS一级结构确定的原则一级结构确定的原则：将大化小，逐段分析，制成两：将大化小，逐段分析

25、，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。确定蛋白质的完整序列。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。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）蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向链的走向。主要方法：是将蛋白质结晶，用主要方法：是将蛋白质结晶，用X射线衍射法测定原子间射线衍射法测定原子间距离，得出肽链走向的数据。距离，得出肽链走向的数据。由于

26、羰基碳由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子个原子和它相邻的两个和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。碳原子多处于同一个平面上。CCNCOHC NO-H+CC氨基的H与羰基的O几乎总是呈反式（trans）而不是顺式（cis）。蛋白质构象稳定的原因：蛋白质构象稳定的原因：1）酰胺平面；）酰胺平面；2）R的影响。的影响。稳定蛋白质构象作用力

27、：稳定蛋白质构象作用力：氢键，盐键，疏水键，范德华力氢键，盐键，疏水键，范德华力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（指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式（氢键维持氢键维持）（1）螺旋（螺旋（-helix）Pauling和和Corey于于1965年提出。年提出。结构要点：结构要点：1）螺旋的每圈有）螺旋的每圈有3.6个氨基酸个氨基酸，螺旋间距离，螺旋间距离为为0.54nm，每个残基沿轴旋转，每个残基沿轴旋转100。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键（形成氢键（hydrogen bond），氢键

28、的走向平行于螺旋），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。轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。C(NHCCO)3 NOHHR3) R侧链基团伸向螺旋的外侧。侧链基团伸向螺旋的外侧。RRRRRRRRR螺旋的横截面螺旋的横截面4）Pro的的N上缺少上缺少H，不能形成氢键，经常出现在，不能形成氢键，经常出现在螺螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。5) 天然蛋白质的天然蛋白质的螺旋多为右手螺旋。螺旋多为右手螺旋。（2）折叠（折叠（-pleated sheet）是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链是一种肽链相当伸展的结构。肽

29、链按层排列，依靠相邻肽链上的上的羰基羰基和和氨基氨基形成的形成的氢键氢键维持结构的稳定性。肽键的平面维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。CCCCCCRRRRRRNNCNNCCC平行反平行折叠中，相邻多肽链平行平行或反平行（较稳定）反平行（较稳定）（3）转角（转角（-turn, -bend ）为了紧紧折叠成紧密的为了紧紧折叠成紧密的球蛋白球蛋白，多肽链常常反转方向，成，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸

30、的氨基氢上。个氨基酸的氨基氢上。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO转角经常出现转角经常出现在连接反平行在连接反平行折叠的端头。折叠的端头。Gly,Pro常常出现在常常出现在转角转角（4）凸起（凸起（-bugle）小的非重复性结构，小的非重复性结构，折叠链中额外折叠链中额外插入的一个残基，可引起肽链方向的插入的一个残基，可引起肽链方向的改变，但不如改变，但不如转角程度高。转角程度高。（5）无规则卷曲（）无规则卷曲（andom coil）没有一定规律的松散肽没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。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

31、级结构超二级结构是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相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，在空间上能辨认的二级结构组合互作用，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三级结构层次的一种过渡态构象体。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。层次。模体（模体（motif）：）：螺旋螺旋-转角转角-螺旋，锌指，亮氨酸拉链螺旋，锌指，亮氨酸拉链等等结构域结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的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似球形的结构，具有部基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构，

32、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域缔合而成三级结构。由两个以上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（包括主链和侧链）在三维指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。空间的分布。肌红蛋白肌红蛋白典型的球形蛋白质，典型的球形蛋白质，高度折叠成紧密结构，高度折叠成紧密结构，疏水氨基酸残基大部疏水氨基酸残基大部分埋藏在分子内部，分埋藏在分子内部，极性残基在表面。肌极性残基在表面。肌红蛋白中有红蛋白中有8条条-螺旋。螺旋。由多肽的折叠形成的由多肽的折叠形成的

33、疏水空隙内是疏水空隙内是血红素血红素辅基辅基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。亚基）的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。间以非共价键连接。血红蛋白血红蛋白人体内的血红蛋白由四个人体内的血红蛋白由四个亚基构成，分别为两个亚基构成，分别为两个亚亚基和两个基和两个亚基，血红蛋白亚基，血红蛋白的每个亚基由一条的每个亚基由一条肽链肽链和一和一个个血红素血红素分子构成，分子构成， 共价键共价键次级键次级键化学键化学键 肽键肽键一级结构一级结构氢键氢键二硫键二硫键二、三、四级结构二、三、四级结构疏水键疏水键盐键盐键范德华力范德华力三、四级

34、结构三、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六、蛋白质结构与功能的关系六、蛋白质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。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。蛋白质一级结构的种属差异十分明显。某些氨基酸对于蛋白质功能发挥是必须的。某些氨基酸对于蛋白质功能发挥是必须的。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲

35、缘关系上的远近。上的远近。不同物种的胰岛素差异在不同物种的胰岛素差异在A8,9,10和和B30的氨基酸差异。的氨基酸差异。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。所不同的遗传病。 （镰刀形贫血病镰刀形贫血病）第六位第六位GluVal 镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯合子患者合子患者(50红细胞镰刀状化红细胞镰刀状化)有的在童年就有的在童年就死去。杂合子患者死去。杂合子患者(1红细胞镰刀状化红细胞镰刀状化)的寿命的寿命虽也不长，但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾，虽也不长，但它

36、能抵抗一种流行于非洲的疟疾，这是因为杂合子患者加速被感染红细胞的破坏这是因为杂合子患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫的生活周期的缘故。而中断疟原虫的生活周期的缘故。镰刀状细胞血红蛋白致病机理镰刀状细胞血红蛋白致病机理 正常型正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys -链链 谷氨酸谷氨酸镰刀型镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys -w谷谷AA（极性）（极性） 缬缬AA（非极性）（非极性） 由于由于6位于分子表面，伸出位于分子表面，伸出HbS分子表面的分子表面的Val侧链创造了一个侧链创造了一个“粘性粘性”的突起，与另一的突起，与另一HbS分

37、子上的互补口袋通过疏水相互作用而分子上的互补口袋通过疏水相互作用而聚集沉淀。聚集沉淀。（二）蛋白质构象与功能的关系（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。用。因别构而产生的效应称别构效应。血红蛋白是别构蛋白，血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。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

38、质的相对分子量（一）蛋白质的相对分子量蛋白质相对分子量在蛋白质相对分子量在10 0001 000 000（10KD1000KD）之间。测定分子量的主要方法有渗透压法、之间。测定分子量的主要方法有渗透压法、超离心法超离心法、凝、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。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2550*104 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 = v

39、2x 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（8.314107ergsmol -1 度-1）T绝对温度D扩散常数（蛋白质分子量很大，离心机转速很快，则忽略不计）V蛋白质的微分比容（m3g-1）溶剂密度（20，gml-1） s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

40、质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带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，在等电点负电荷，在等电点pH时为两性离子。时为两性离子。利用利用pI,使得蛋白质溶解度最小，容易沉淀分离。使得蛋白质溶解度最小，容易沉淀分离。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，在电泳时可以分开。电泳时可以分开。1. 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。2. 区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上区带

41、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。进行电泳，不同组分形成带状区域。（1）纸上电泳：用滤纸作支持物。）纸上电泳：用滤纸作支持物。（2）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。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。-+等电聚焦电泳：当蛋白质在其等电点时，净电荷为零，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。在电场中不再移动。+5.06.07.0稳定

42、稳定pH梯度梯度5.06.07.0稳定稳定pH梯度梯度通电通电+（三）蛋白质的变性（三）蛋白质的变性蛋白质的变性（denaturation），在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。（蛋白质的一级结构不被破坏） 蛋白质变性因素：加热，强酸，强碱，去污剂，重金属盐等蛋白质的复性（renaturation），蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。 （四）蛋白质的胶体性质（四）蛋白质的胶体性质布朗运动、丁达尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具布朗运动、丁达尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力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。+（五）蛋白质的沉淀反应（五）蛋白质的沉淀反应1. 加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的分段盐析：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。血清球蛋白（几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱