氨基酸的结构特点、分类、命名和化学性质

1、氨基酸的结构特点、分类、氨基酸的结构特点、分类、命名和化学性质命名和化学性质核、线粒体、高尔基体核、线粒体、高尔基体核糖体、膜、染色体、微管核糖体、膜、染色体、微管蛋白质、核酸、多糖、脂蛋白质、核酸、多糖、脂氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸细胞细胞细胞器官细胞器官超大分子组装体超大分子组装体生物大分子生物大分子构件分子构件分子代谢物代谢物前前 体体元素元素丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、草酰乙酸丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、草酰乙酸细胞的分子组织层次细胞的分子组织层次17.1.1 氨基酸的结构、分类和命名氨基酸的结构、分类和命名 1. 氨基酸的结构氨基酸的结构17.1 氨基酸氨基酸(

2、Amino Acid)CHOHOHCH2OHCOOHH2NHRL 氨氨基基酸酸L 甘甘油油醛醛NH2COOHRH2NCOOHRHHH2CNH2COOH(Gly)(Ala)(Leu)(Ile)(Val)(Pro)(Phe)(Met)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸异异亮亮氨氨酸酸缬缬氨氨酸酸脯脯氨氨酸酸苯苯丙丙氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸（非非手手性性）H2NCOOHH3CHH2NCOOHCH3CHCH2HH3CH2NCOOHCH3CH2CHHH3CH2NCOOHCH3CHHH3CNHCOOHHH2NCOOHPhCH2HH2NCOOHCH3SCH2CH2H(Ser)(Thr)(Cys)(Asn)(T

3、yr)(Trp)NH(Gln)丝丝氨氨酸酸苏苏氨氨酸酸半半胱胱氨氨酸酸谷谷酰酰胺胺天天冬冬酰酰胺胺酪酪氨氨酸酸色色氨氨酸酸H2NCOOHHOCH2HH2NCOOHHOHHH3CH2NCOOHHSCH2HH2NCOOHH2NCCH2CH2HOH2NCOOHH2NCCH2HOH2NCOOHCH2HHOH2NCOOHCH2H(Glu)(Asp)谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸H2NCOOHHOCCH2CH2HOH2NCOOHHOCCH2HO(Cys)(Asn)(His)赖赖氨氨酸酸精精氨氨酸酸组组氨氨酸酸H2NCOOHH2NCH2CH2CH2CH2HH2NCOOHCH2CH2CH2HNHHNH2NH2N

4、COOHCH2HNNH20种编码氨基酸都是种编码氨基酸都是 -氨基酸。氨基酸。除甘氨酸外，都有旋光性。除甘氨酸外，都有旋光性。具旋光活性的编码氨基酸均为具旋光活性的编码氨基酸均为L-型。型。如用如用R/S法标记，则除半胱氨酸为法标记，则除半胱氨酸为R构型外，构型外，其余皆为其余皆为S构型。构型。除脯氨酸外，其它氨基酸均含有除脯氨酸外，其它氨基酸均含有-NH2。COONHH-（脯氨酸为（脯氨酸为a-亚氨基酸）亚氨基酸）H3NCOOHCH2SH-+（R-半光氨酸）半光氨酸）结构特点结构特点2. 氨基酸的分类氨基酸的分类根据根据R基不同基不同脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香环的氨基酸：芳香环的氨基酸：苯

5、丙、酪苯丙、酪杂环的氨基酸：杂环的氨基酸：脯、组、色脯、组、色以以氨基和羧基的相对数目氨基和羧基的相对数目中性氨基酸中性氨基酸(1氨基氨基1羧基）羧基）酸性氨基酸酸性氨基酸(1氨基氨基2羧基羧基)：天冬、谷：天冬、谷碱性氨基酸碱性氨基酸(2氨基氨基1羧基羧基)：赖、赖、 精、组精、组4-羟基脯氨酸羟基脯氨酸 5-羟基赖氨酸羟基赖氨酸 NHOCOOHNH3H2NCH2CHCH2CH2CHCOOOHHOHOCH2CHCOOHNH2IIIICCOOH3NCH2HCCOOH3NCH2HSS胱氨酸胱氨酸 甲状腺素甲状腺素存在于甲状腺球蛋白中存在于甲状腺球蛋白中 二者主要存在于骨胶原和弹性蛋白中二者主要存

6、在于骨胶原和弹性蛋白中 修饰氨基酸修饰氨基酸有些氨基酸不是蛋白质的组成成分，但能以游离或结合的形式存有些氨基酸不是蛋白质的组成成分，但能以游离或结合的形式存在于生物界，这些氨基酸统称为非蛋白质氨基酸。它们中有的是在于生物界，这些氨基酸统称为非蛋白质氨基酸。它们中有的是L-L-型型 - -氨基酸的衍生物，有的是氨基酸的衍生物，有的是 - -、 - -、 - -氨基酸，有的是氨基酸，有的是D-D-型型氨基酸。氨基酸。NHCH2CH2CH2CHCOOHNH2COH2NH2NCH2CH2CHCOOHNH2瓜氨酸瓜氨酸 鸟氨酸鸟氨酸 - -氨基丁酸：氨基丁酸： 存在于脑中存在于脑中，可用于治疗癫痫、记忆

7、障碍等脑病可用于治疗癫痫、记忆障碍等脑病 - -氨基氨基- - - -羟基丁酸羟基丁酸：具有解痉作用具有解痉作用D-丙氨酸、丙氨酸、D-谷氨酸、谷氨酸、 D-赖氨酸和赖氨酸和D-鸟氨酸存在于细菌中鸟氨酸存在于细菌中3.氨基酸的命名氨基酸的命名系统命名法系统命名法俗名俗名半胱氨酸半胱氨酸(Cysteine) -氨基氨基- -巯基丙酸巯基丙酸CHCOONH3HSCH2酪氨酸酪氨酸(Tyrosine) -氨基氨基- -对羟苯基丙酸对羟苯基丙酸CHCOONH3CH2HO甘氨酸甘氨酸(Glycine) -氨基乙酸氨基乙酸CH2COONH3丙氨酸丙氨酸(Alanine) -氨基丙酸氨基丙酸CHCOONH3

8、CH3阴离子阴离子(pH pI) 两性离子两性离子(pH = pI) 阳离子阳离子(pH 10 ，M1万万 以以C-末端的氨基酸残基为母体，由末端的氨基酸残基为母体，由N -端端由左至右由左至右依依次称为某氨酰某氨酸。次称为某氨酰某氨酸。命名命名H3NCH2CONHCHCOOCH3H3NCHCONHCH2COOCH3甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸(甘丙肽甘丙肽) 丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸(丙甘肽丙甘肽) 由由2种不同的氨基酸可形成种不同的氨基酸可形成2种二肽种二肽3种不同的氨基酸可形成种不同的氨基酸可形成6种不同的三肽种不同的三肽4种不同的氨基酸可形成种不同的氨基酸可形成24不同的四肽不同的四肽氨基

9、酸按不同的排列顺序可形成大量的异构体，氨基酸按不同的排列顺序可形成大量的异构体，它们构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质。它们构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质。命名：甘氨酰丙氨酰丝氨酸命名：甘氨酰丙氨酰丝氨酸(甘丙丝肽甘丙丝肽)缩写：缩写：GlyAlaSer或或GAS H3NCH2CONHCHCOCH3NHCHCOOCH2OHH3NCHCONHCH2CONHCHCOOCH2OHCH3H-丙丙-甘甘-丝丝-OHAla-Gly-Ser2.肽键平面肽键平面 NCCNCCNCCHHHHHRRRHOOO*肽键中的肽键中的C-N键不能自由旋转。键不能自由旋转。*组成肽键的组成肽键的6个原子共平面个原子

10、共平面,称为肽单位称为肽单位(peptide unit)。*肽键一般呈反式构型。肽键一般呈反式构型。*相邻的肽键平面可围绕相邻的肽键平面可围绕C 旋转。旋转。3.多肽结构测定和端基分析多肽结构测定和端基分析 * *氨基酸种类和数目氨基酸种类和数目. .* *氨基酸在肽链中的排列顺序氨基酸在肽链中的排列顺序( (末端残基分析和部末端残基分析和部分水解法配合进行分水解法配合进行) )N-N-端分析端分析: :2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)法、丹磺酰氯法、丹磺酰氯(DNS-Cl) 法和法和Edman降解法等降解法等. .与与2,4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应 DNFB DNP-肽肽 RH

11、2NCHCONHCHCONO2FO2N+RRHNCHCONHCHCONO2O2NRRH2NCHCOOH +NO2O2NRNHCHCOOH+O2NNO2F +H2NCH2CNHCHCNHCHCOHOOOCH3CH2C6H5O2NNO2NHCH2CNHCHCNHCHCOHOOOCH3CH2C6H5NHCH2COH + H2NCHCOH + H2NCHCOHO2NNO2OOOCH3CH2C6H5DNFB + Gly-Ala-PheDNFB-Gly-Ala-PheDNFB-Gly Ala PheH+ 水水解解 105oCpH=8-9 室温室温二硝基氟苯法（桑格尔法）二硝基氟苯法（桑格尔法）(H3C)2

12、NSO2ClRH2NCHCONHCHCOR1+RHNCHCHONHCHCOR(H3C)2NSO2R1H2NCHCOOH +(H3C)2NSO2NHCHCOOHRDNSDNS-多肽多肽DNS-氨基酸氨基酸丹黄酰氯法丹黄酰氯法PhN=C=SRH2NCHCONHCHCO.R1+PhNH-C-RHNCHCONHCHCO.R1SHCl/H2ONH2CHCO.R1NCHRNHSOPh+异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯Edman法法C-端分析端分析:肼解法和羧肽酶催化水解法等。肼解法和羧肽酶催化水解法等。 RH2NCHCONHNH2R1H2NCHCONHNH2+.+NH2-CHCOOHRnRH2NCHCONHCHC

13、OR1NH-CHCOOHRnNH2-NH2PhCHORNCHCONHN=CHPh+.PhCH=R1NCHCONHN=CHPhPhCH=氨基酸酰肼氨基酸酰肼不溶于水不溶于水*生物体内一些以游离状态存在、一般都具有特殊的生物体内一些以游离状态存在、一般都具有特殊的生理功能的多肽，常称为生理功能的多肽，常称为内源性内源性生物活性肽生物活性肽(biological active peptide)。 如谷胱甘肽、神经肽、催产素、加压素、心房肽等。如谷胱甘肽、神经肽、催产素、加压素、心房肽等。* *从微生物、动植物蛋白中分离出的具有潜在生物活从微生物、动植物蛋白中分离出的具有潜在生物活性的肽类，它们在消化

14、酶的作用以肽的形式被吸收性的肽类，它们在消化酶的作用以肽的形式被吸收后，参与消化、代谢及内分泌的调节等。这种非机后，参与消化、代谢及内分泌的调节等。这种非机体自身产生的却具有生物活性的肽类称为外源性生体自身产生的却具有生物活性的肽类称为外源性生物活性肽。物活性肽。4. 内源性和外源性生物活性肽内源性和外源性生物活性肽 H2NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SHHOOCCHCH2CH2COOHNH2HSCH2CHCOOHNH2谷氨酸谷氨酸半光氨酸半光氨酸1.谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)2GSH-2H+2HG-S-S-G还原型还原型 氧化型氧化型作用：作用：递氢递氢抗

15、氧化抗氧化解毒解毒存在于中枢神经系统，会对人的情绪、痛觉、记忆等现存在于中枢神经系统，会对人的情绪、痛觉、记忆等现象产生影响。象产生影响。2.神经肽神经肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetArg-Pro-Lys-Pro-Gln-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu-Met精精-脯脯-赖赖-脯脯-谷胺谷胺-苯丙苯丙-苯丙苯丙-甘甘-亮亮-蛋蛋P物质物质Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu脑啡肽脑啡肽甲硫氨酸脑啡肽甲硫氨酸脑啡肽亮氨酸脑啡肽亮氨酸脑啡肽内源性阿片肽存在的内源性阿片肽存在的5 5个相同的氨基酸序列。个相同的氨基酸序列。练习：练习：1. 某某5肽由天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、苯丙

16、氨酸、缬肽由天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸组成，经部分水解得到小肽为氨酸组成，经部分水解得到小肽为Val-Asp-Glu-His，Phe-Val-Asp-Glu，推测该肽的氨基酸残基顺序。，推测该肽的氨基酸残基顺序。Val-Asp-Glu-His，Phe-Val-Asp-GluPhe-Val-Asp-Glu-His2.某三肽完全水解时生成甘氨酸和丙氨酸两种氨基酸，某三肽完全水解时生成甘氨酸和丙氨酸两种氨基酸，该三肽若用该三肽若用HNO2处理后再水解得到处理后再水解得到2-羟基乙酸、丙氨羟基乙酸、丙氨酸和甘氨酸。试推测这三肽的可能结构式。酸和甘氨酸。试推测这三肽的可能结构式。 N-端

17、端2 2个甘氨酸个甘氨酸甘甘- -甘甘- -丙肽丙肽 、甘、甘- -丙丙- -甘肽甘肽HOOCCH2CHCOOHNH2HCl1molNaHCO3NaNO2+HClACH3COClHOOCCH2CHCOOHNH3+HOOCCH2CHCOONH2-HOOCCH2CHCOOHOHHOOCCH2CHCOOHNHCCH3OA?HOOCCH2CCOOHO-CO2H2NOHBCCH3CCOOHOHOOCCH2CCOOHNHOHHOOCCH2CHCOOHOH 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质和多

18、肽都是由蛋白质和多肽都是由2020种种L-L- -氨基酸以肽键结氨基酸以肽键结合而成的高聚物，通常将分子量在合而成的高聚物，通常将分子量在1 1万以上的称蛋白万以上的称蛋白质，质，1 1万以下的称多肽。万以下的称多肽。 17.3 蛋白质蛋白质(protein) 功能功能生物催化作用（酶）生物催化作用（酶）代谢调节（激素）代谢调节（激素）免役保护作用（抗体）免役保护作用（抗体）贮存和运输（血红蛋白、细胞色素）贮存和运输（血红蛋白、细胞色素）运动和支持（肌蛋白、胶元蛋白、角蛋白）运动和支持（肌蛋白、胶元蛋白、角蛋白）遗传和变异（核蛋白）遗传和变异（核蛋白）生物膜、受体生物膜、受体毒蛋白毒蛋白17.

19、3.1 蛋白质的元素组成与分类蛋白质的元素组成与分类 1. 元素组成元素组成 C C， H H， O O， N N， S S（P P，FeFe，I I，MnMn，ZnZn）含氮量含氮量16%16%即每克氮相当于即每克氮相当于6.256.25蛋白质蛋白质2. 蛋白质的分类蛋白质的分类 依分子形状依分子形状球状蛋白质球状蛋白质globular protein纤维状蛋白质纤维状蛋白质fibrous protein血红蛋白血红蛋白肌红蛋白肌红蛋白卵清蛋白卵清蛋白大多数的酶大多数的酶可溶性纤维状蛋白质可溶性纤维状蛋白质（肌纤维、血纤维蛋白质）（肌纤维、血纤维蛋白质）不溶性纤维状蛋白质不溶性纤维状蛋白质（

20、胶原蛋白、角蛋白）（胶原蛋白、角蛋白）依化学组成依化学组成简单蛋白简单蛋白 （白蛋白）（白蛋白）(simple protein)和结合蛋白（血红蛋白）和结合蛋白（血红蛋白）(conjugated protein)l金属蛋白：辅基为金属离子，如铁蛋白、铜蛋白等。金属蛋白：辅基为金属离子，如铁蛋白、铜蛋白等。简单蛋白简单蛋白非蛋白成分（称为辅基）非蛋白成分（称为辅基）l色蛋白：辅基为色素，如血红蛋白色蛋白：辅基为色素，如血红蛋白等。等。l糖蛋白：辅基为糖，如细胞膜中的糖蛋白糖蛋白：辅基为糖，如细胞膜中的糖蛋白等。等。l脂蛋白：辅基为脂类，脂蛋白：辅基为脂类， 如血清如血清 - -， - -脂蛋白脂

21、蛋白等。等。l核蛋白：辅基为核酸，如细胞核中的核糖核蛋白等。核蛋白：辅基为核酸，如细胞核中的核糖核蛋白等。l在生命运动中具有生物活性的蛋白质和它们的前体，如在生命运动中具有生物活性的蛋白质和它们的前体，如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白、激素酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白、激素蛋白、受体蛋白、营养和储存蛋白和毒蛋白等蛋白、受体蛋白、营养和储存蛋白和毒蛋白等. .l担负着生物保护或支持作用的蛋白质，如角蛋白、弹性担负着生物保护或支持作用的蛋白质，如角蛋白、弹性蛋白和胶原蛋白等蛋白和胶原蛋白等. .活性蛋白质活性蛋白质(active protein)结构蛋白质结构蛋白质 (s

22、tructural protein) 任何一种蛋白质分子在天然状态下均具任何一种蛋白质分子在天然状态下均具有独特而稳定的构象，这是蛋白质分子在结有独特而稳定的构象，这是蛋白质分子在结构上最显著的特点。为了表示蛋白质分子不构上最显著的特点。为了表示蛋白质分子不同层次的结构，常将蛋白质分子结构分为一同层次的结构，常将蛋白质分子结构分为一级、二级、三级和四级。一级结构又称为初级、二级、三级和四级。一级结构又称为初级结构或基本结构，二级结构以上属于构象级结构或基本结构，二级结构以上属于构象范畴，称为高级结构。并非所有的蛋白质都范畴，称为高级结构。并非所有的蛋白质都具有四级结构。由一条多肽链形成的蛋白质

23、具有四级结构。由一条多肽链形成的蛋白质只有二、三级结构。由两条以上肽链形成的只有二、三级结构。由两条以上肽链形成的蛋白质才可能有四级结构。蛋白质才可能有四级结构。17.3.2 蛋白质的结构蛋白质的结构 1. 一级结构（一级结构（primary structure）决定蛋白质的高级结构决定蛋白质的高级结构决定生物的种群关系（与遗传、进化有关）决定生物的种群关系（与遗传、进化有关）蛋白质的一级结构包括组成蛋白质的氨基蛋白质的一级结构包括组成蛋白质的氨基酸的数目和排列顺序酸的数目和排列顺序肽键是一级结构中连接氨基酸残基的主肽键是一级结构中连接氨基酸残基的主要化学键。任何特定的蛋白质都有其稳要化学键。

24、任何特定的蛋白质都有其稳定的氨基酸排列顺序它是蛋白质生物功定的氨基酸排列顺序它是蛋白质生物功能的基础。能的基础。意义意义牛胰岛素分子的一级结构牛胰岛素分子的一级结构甘-异亮-缬-谷-谷-半胱-半胱-丙-丝-缬-半胱-丝-亮-酪-谷-亮-谷-天-酪-半胱-天苯丙-缬-天-谷-组-亮-半胱-甘-丝-组-亮-缬-谷-丙-亮-酪-亮-缬-半胱-甘-谷-精-甘-苯丙-苯丙-酪-苏-脯-赖-丙12345678910111213141516171819202112345678910111213 1415161718192021222324252627282930NH2NH2NH2NH2H2N NH2SSSS

25、A链B链SSThrIIeThr 人人 猪猪 牛牛8 苏苏 苏苏 丙丙10 异亮异亮 异亮异亮 缬缬30 苏苏 丙丙 丙丙胰岛素的种类胰岛素的种类根据作用时间分类根据作用时间分类 短效胰岛素：短效胰岛素：无色透明液体，无色透明液体，起效时间为起效时间为2030分钟，作分钟，作用高峰为用高峰为24小时，持续时间小时，持续时间 58小时（国产）小时（国产） 中效胰岛素：中效胰岛素：乳白色浑浊液体，乳白色浑浊液体，起效时间为起效时间为1.54小时，小时，作用高峰作用高峰 610小时，持续小时，持续 时间约时间约1214小时。进口的诺和灵小时。进口的诺和灵N和优泌林和优泌林N属此类。属此类。 长效胰岛素

26、：起效时间为长效胰岛素：起效时间为34小时，作用高峰小时，作用高峰 1420小时小时，持续时间约，持续时间约2436小时（国产）小时（国产） 。 根据来源分类根据来源分类牛胰岛素：自牛胰腺提取而来，分子结构有牛胰岛素：自牛胰腺提取而来，分子结构有三个氨基酸与人胰岛素不同，疗效稍差，容易发三个氨基酸与人胰岛素不同，疗效稍差，容易发生过敏或胰岛素抵抗。动物胰岛素唯一的优点就生过敏或胰岛素抵抗。动物胰岛素唯一的优点就是价格便宜。患者可以轻松负担。是价格便宜。患者可以轻松负担。猪胰岛素：自猪胰腺提取而来，分子中仅有猪胰岛素：自猪胰腺提取而来，分子中仅有一个氨基酸与人胰岛素不同，因此疗效比牛胰岛一个氨基

27、酸与人胰岛素不同，因此疗效比牛胰岛素好，副作用也比牛胰岛素少。目前国产胰岛素素好，副作用也比牛胰岛素少。目前国产胰岛素多属猪胰岛素。多属猪胰岛素。人胰岛素：人胰岛素并非从人的胰腺提取而人胰岛素：人胰岛素并非从人的胰腺提取而来，而是通过基因工程生产，纯度更高，副作用来，而是通过基因工程生产，纯度更高，副作用更小，但价格较贵。进口的胰岛素均为人胰岛素。更小，但价格较贵。进口的胰岛素均为人胰岛素。国内日前也具有生产人胰岛素的能力。国内日前也具有生产人胰岛素的能力。 根据胰岛素浓度分类根据胰岛素浓度分类U-40：40单位单位/毫升毫升 U-100：100单位单位/毫升，常专用于胰岛素笔。毫升，常专用于

28、胰岛素笔。 国内胰岛素均为国内胰岛素均为40单位单位/毫升，毫升，国外胰岛素则两种都有。患者在用注射器抽取胰岛国外胰岛素则两种都有。患者在用注射器抽取胰岛素之前必需搞清楚自己使用的是哪种浓度胰岛素，否则素之前必需搞清楚自己使用的是哪种浓度胰岛素，否则后果严重。后果严重。 不同浓度的胰岛素有不同的用途：不同浓度的胰岛素有不同的用途：U-40用于常规注射用于常规注射 U-100主要用于胰岛素笔主要用于胰岛素笔 图图17-1 正常红细胞与镰刀型红细胞正常红细胞与镰刀型红细胞原因：血红蛋白原因：血红蛋白6 6位谷氨酸被缬氨酸替代位谷氨酸被缬氨酸替代氢键氢键 蛋白质分子中存在两种氢键，一种是在主链之间形

29、成的蛋白质分子中存在两种氢键，一种是在主链之间形成的氢键，另一种是在侧链氢键，另一种是在侧链R R基团间形成的氢键基团间形成的氢键疏水作用力疏水作用力 R上的非极性基团为避开水相而聚积在一起的聚上的非极性基团为避开水相而聚积在一起的聚合力合力盐键盐键 COO 与与 NH3依靠依靠静电引力静电引力形成形成 范德华力范德华力 偶极力、取向力、色散力偶极力、取向力、色散力配位键配位键 金属离子通过配位键与肽键结合金属离子通过配位键与肽键结合 2. 维持蛋白质空间构象的化学键维持蛋白质空间构象的化学键 二硫键二硫键 为共价键，键较牢固，为共价键，键较牢固，它可将不同的肽链或同一肽它可将不同的肽链或同一

30、肽链的不同肽段连接起来链的不同肽段连接起来酯键酯键 一般由氨基酸残基的羟基与二羧酸的一般由氨基酸残基的羟基与二羧酸的 -或或 -羧基脱水而羧基脱水而成成 氢键、盐键、疏水作用力、氢键、盐键、疏水作用力、Van der Waals力等分子间作力等分子间作用力比共价键弱得多，但数量多，故在维持蛋白质空间构象中用力比共价键弱得多，但数量多，故在维持蛋白质空间构象中起着重要作用。起着重要作用。图图18-2 蛋白质分子中维持构象的次级键蛋白质分子中维持构象的次级键 a. a. 盐键；盐键；b. 氢键；氢键；c. 二硫键；二硫键；d. 疏水作用力疏水作用力 指多肽链的主链骨架在空间按一定的指多肽链的主链骨

31、架在空间按一定的方式盘曲折叠所形成的空间构象，不涉及方式盘曲折叠所形成的空间构象，不涉及侧链侧链R的构象。的构象。-螺旋螺旋-折叠层折叠层 -转角转角无规卷曲无规卷曲3. 二级结构二级结构(secondary structure)螺旋上升螺旋上升氢键维持氢键维持 侧链向外侧链向外减少立体障碍减少立体障碍3.6个个AA/圈圈右手右手 -螺旋螺旋多肽链高度伸展多肽链高度伸展氢键存在于两肽链之间氢键存在于两肽链之间顺向或逆向平行排列顺向或逆向平行排列 多肽链的主链骨架呈多肽链的主链骨架呈180180o o 回折而呈发夹状回折而呈发夹状 在在 - -转角部分，由四个氨基酸残基组成转角部分，由四个氨基酸

32、残基组成 弯曲处的第一个氨基酸残基的弯曲处的第一个氨基酸残基的 - -C=O C=O 和第四个残基的和第四个残基的 N-H N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。CHR1CONHCHCONHCHR3CONHCHR4CONH1234R2 多肽链中的某些肽段，由于氨基酸残多肽链中的某些肽段，由于氨基酸残基的相互影响，使肽键平面不规则排列以致基的相互影响，使肽键平面不规则排列以致形成无一定规律的构象，称为形成无一定规律的构象，称为“无规卷曲无规卷曲”。 在蛋白质分子中，可以同时

33、存在上述几种在蛋白质分子中，可以同时存在上述几种二级结构或以某种二级结构为主的结构形式，二级结构或以某种二级结构为主的结构形式，这取决于各种残基在形成二级结构时具有的不这取决于各种残基在形成二级结构时具有的不同倾向或能力。如谷、蛋、丙残基易形成同倾向或能力。如谷、蛋、丙残基易形成-螺螺旋；缬、异亮残基最有可能形成旋；缬、异亮残基最有可能形成-折叠层；脯、折叠层；脯、甘、丝、天酰残基常见于甘、丝、天酰残基常见于-转角。转角。无规卷曲无规卷曲(random coil)4. 三级结构三级结构(tertiary structure) 蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，蛋白质的三级结构是指在二级结构

34、基础上，整条肽链在三维空间的伸展排布。整条肽链在三维空间的伸展排布。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。在蛋白质三级结构中起着重要作用。肌红蛋白三级结构肌红蛋白三级结构 肌 红 蛋 白肌 红 蛋 白含有含有153个氨基个氨基酸残基和一个酸残基和一个血红素辅基，血红素辅基，它的主链是由它的主链是由8个比较直的长个比较直的长短不等肽段组短不等肽段组成，分子中几成，分子中几乎乎80%的氨基的氨基酸残基处于酸残基处于 -螺旋区内，在螺旋区内，在拐弯处拐弯处

35、-螺旋螺旋受到破坏形成受到破坏形成松散肽链。松散肽链。5. 四级结构四级结构(quaternary structure) 蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系间的相互作用关系 这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基(Subunit)，它一般由一条肽链构成，无生理活性它一般由一条肽链构成，无生理活性 维持亚基之间的

36、化学键主要是疏水作用力维持亚基之间的化学键主要是疏水作用力 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白血红蛋白四级结构示意图血红蛋白四级结构示意图 由由4个亚基组个亚基组成，其中成，其中2条条链、链、2条条链。每条肽链。每条肽链都卷曲成球状，链都卷曲成球状，都有一空穴容纳都有一空穴容纳1个血红素。个血红素。4个个亚基通过侧链间亚基通过侧链间次级键两两交叉次级键两两交叉紧密镶嵌形成一紧密镶嵌形成一个具有四级结构个具有四级结构的球状血红蛋白的球状血红蛋白分子分子.蛋白质有四级结构蛋白质有四级结构 肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，肽链中各种

37、氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，也叫一级结构。也叫一级结构。 多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。的构象，这称为二级结构。 -螺旋螺旋 -折叠折叠 在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。 各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及相互作用，称为各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及

38、相互作用，称为蛋白质的四级结构。蛋白质的四级结构。蛋白质的生理活性是由二级、三级、四级结构来决定的。蛋白质的生理活性是由二级、三级、四级结构来决定的。1 1. .蛋白质的蛋白质的胶体性质胶体性质 蛋白质分子直径一般在蛋白质分子直径一般在1100nm，属胶体分散系，属胶体分散系，蛋白质溶液是一种比较稳定的亲水胶体溶液，具有胶蛋白质溶液是一种比较稳定的亲水胶体溶液，具有胶体溶液的特性体溶液的特性(如布朗运动、丁达尔效应、不能透过半如布朗运动、丁达尔效应、不能透过半透膜等透膜等)。因为蛋白质分子表面带有许多极性基。因为蛋白质分子表面带有许多极性基(如如-NH3 、 COO、OH、SH等等)，可吸引水

39、分子，可吸引水分子在它的表面定向排列形成一层水化膜。水化膜的形成在它的表面定向排列形成一层水化膜。水化膜的形成使蛋白质颗粒均匀分散在水中难以聚集沉淀。蛋白质使蛋白质颗粒均匀分散在水中难以聚集沉淀。蛋白质溶液在非等电状态时，其分子表面总是带有一定的同溶液在非等电状态时，其分子表面总是带有一定的同种电荷，与周围的反离子构成稳定的双电层结构，而种电荷，与周围的反离子构成稳定的双电层结构，而使蛋白质溶液稳定。使蛋白质溶液稳定。17.3.3 蛋白质的性质蛋白质的性质 COOPr NH3+OH-H+OH-H+ COOPr NH2pHpI阴离子阴离子 pHpI两性离子两性离子pHpI阳离子阳离子2.蛋白质的

40、两性解离和等电点蛋白质的两性解离和等电点 COOHPr NH3+OH-H+OH-H+-+-OH-H+去电去电去电去电脱水脱水脱水脱水脱水脱水沉淀出沉淀出蛋白质溶液的稳定因素蛋白质溶液的稳定因素水化膜水化膜同性电荷作用同性电荷作用沉淀原理沉淀原理破坏稳定因素（破坏水化膜、去电荷）破坏稳定因素（破坏水化膜、去电荷）形成难溶物形成难溶物3.蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀 若用物理或化学方法破坏蛋白质分子表面的水化膜和所若用物理或化学方法破坏蛋白质分子表面的水化膜和所带电荷，则蛋白质分子将凝聚而沉淀，其方法有：带电荷，则蛋白质分子将凝聚而沉淀，其方法有：(1)盐析：向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐，使之沉盐

41、析：向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐，使之沉淀。常用淀。常用(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl、MgSO4等等. 机理：破坏蛋白质表面的水化膜及中和其所带电荷。机理：破坏蛋白质表面的水化膜及中和其所带电荷。无机离子与蛋白质争夺水分子，结果破坏水化膜，同时中无机离子与蛋白质争夺水分子，结果破坏水化膜，同时中和蛋白质电荷。和蛋白质电荷。(2)加脱水剂：甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂也能破坏蛋加脱水剂：甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂也能破坏蛋白质颗粒的水化膜使之沉淀。一般用较低浓度的溶剂在低温白质颗粒的水化膜使之沉淀。一般用较低浓度的溶剂在低温下操作并尽快分离沉淀，以防止蛋白质变性而失活。下操作并尽快分离沉淀，以防止蛋白质变性而失活。 (3) 重金属盐沉淀蛋白质：当蛋白质溶液的重金属盐沉淀蛋白质：当蛋白质溶液的pHpI时，时，Ag+、Cu2+、Pb2+等可与表面带负电荷的蛋等可与表面带负电荷的蛋白质颗粒