第二章-蛋白质化学1(2014-2015第一学期)课件

第二章蛋白质化学易丽娟化学化工学院环境与生物工程系

第二章蛋白质化学学习要求氨基酸肽蛋白质分子构象蛋白质的概念、分类和功能蛋白质的理化性质氨基酸及蛋白质的分析和分离蛋白质结构与功能的关系学习要求1.蛋白质生物功能、分类。2.氨基酸分类、结构、重要化学反应和分离、分析方法，重点弄清楚它的两性性质,pI和pk。4.蛋白质的重要理化性质。

3.弄清楚蛋白质的一级结构及其序列分析方法。掌握二、三和四级结构特点及维持蛋白质结构稳定的作用力。5.蛋白质分离、纯化方法及其理论依据。第一节蛋白质的概念、分类和功能一、蛋白质的概念二、蛋白质的分类三、蛋白质的功能一、蛋白质的概念蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物蛋白质是生命的物质基础英文名称protein，是“最原初的”“第一重要的”意思，是由20种L型-氨基酸组成的生物大分子。占人体干重的45％；最简单的单细胞（大肠杆菌）每个菌体约有3000种不同的蛋白质机体的新陈代谢的全部化学反应均有蛋白质（酶）的参与1.根据分子形状分：球状蛋白、纤维状蛋白。2.根据功能分：活性蛋白、结构蛋白。3.根据组成分：(1)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。(2)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。二、蛋白质的分类三、蛋白质的功能1．生物催化功能2．结构功能3．转运功能4．运动功能5．营养和贮存功能6．调控功能7．保护和防御功能8．接受和传递信息功能三、蛋白质的功能酶三、蛋白质的功能蜘蛛网的网丝、人体的毛发等都是结构蛋白三、蛋白质的功能血红蛋白属于运输蛋白三、蛋白质的功能伸缩蛋白与结构蛋白可共同完成肌肉的运动三、蛋白质的功能卵清蛋白属于贮藏蛋白三、蛋白质的功能胰岛素三、蛋白质的功能免疫球蛋白属于保护蛋白三、蛋白质的功能某些蛋白可在细胞内和细胞间进行信号传递第二节蛋白质的分子组成多数蛋白质含:碳(C)50～56%氢(H)6～8%氧(O)19～24%氮(N)13～19%硫(S)0～4%有些蛋白质含有磷少数含铁、铜、锰、锌、钴、钼等个别还含有碘各种蛋白质的含氮量平均为16％第二节蛋白质的分子组成凯氏(Kjedahl)定氮法

每克样品含氮的克数×6.25×100=100克样品中蛋白质的含量(克%)第二节蛋白质的分子组成关于奶粉中的三聚氰胺分子式第二节蛋白质的分子组成关于奶粉中的三聚氰胺各地报告患儿共6244例158人肾衰竭3人死亡情况报告第二节蛋白质的分子组成含氮量很高，生产工艺简单、成本很低，给了掺假、造假者极大地利益驱动;有人估算在植物蛋白粉和饲料中使蛋白质增加一个百分点，用三聚氰胺的花费只有真实蛋白原料的1/5;三聚氰胺作为一种白色结晶粉末，没有什么气味和味道，掺杂后不易被发现等也成了掺假、造假者心存侥幸的辅助原因;为什么要用三聚氰胺呢？第二节蛋白质的分子组成一、氨基酸的结构与分类二、氨基酸的理化性质（一）氨基酸的结构通式：可变部分

*各种蛋白质氨基酸的区别在于侧链R基的不同。一、氨基酸的结构与分类(二)蛋白质氨基酸的结构特点从氨基酸的结构通式可以看出：

1、除R为H（甘氨酸）外，均具有旋光性，均为L-型。2、除脯氨酸外，均为-氨基酸。（三）氨基酸的分类1）脂肪族氨基酸2）芳香族氨基酸3）杂环氨基酸按侧链R基的化学结构特点①一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②含羟基氨基酸有丝氨酸和苏氨酸③含硫氨基酸有半胱氨酸和蛋氨酸（常称甲硫氨酸）④一氨基二羧基氨基酸有天冬氨酸和谷氨酸⑤二氨基一羧基氨基酸有赖氨酸和精氨酸⑥含酰胺基氨基酸有天冬酰胺和谷氨酰胺1）脂肪族氨基酸①一氨基一羧基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号甘氨酸氨基乙酸GlycineGly(G)甘1）脂肪族氨基酸

①一氨基一羧基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号丙氨酸-氨基丙酸AlanineAla(A)丙1）脂肪族氨基酸

①一氨基一羧基氨基酸3普通名称化学名英文名代号代号缬氨酸-氨基异戊酸ValineVal(V)缬1）脂肪族氨基酸

①一氨基一羧基氨基酸4普通名称化学名英文名代号代号亮氨酸-氨基异己酸LeucineLeu(L)亮1）脂肪族氨基酸

①一氨基一羧基氨基酸5普通名称化学名英文名代号代号异亮氨酸-氨基--甲基戊酸IleucineIle(I)异亮1）脂肪族氨基酸

②含羟基氨基酸有丝氨酸和苏氨酸1普通名称化学名英文名代号代号丝氨酸-氨基--羟基丙酸SerineSer(S)丝

1）脂肪族氨基酸

②含羟基氨基酸有丝氨酸和苏氨酸2普通名称化学名英文名代号代号苏氨酸-氨基--羟基丁酸ThreonineThr(T)苏1）脂肪族氨基酸

③含硫氨基酸有半胱氨酸和蛋氨酸（甲硫氨酸）普通名称化学名英文名代号代号半胱氨酸-氨基--巯基丙酸CysteineCys(C)半胱1）脂肪族氨基酸

普通名称化学名英文名代号代号胱氨酸二(-氨基--巯基丙酸)CysteineCys-Cys胱1）脂肪族氨基酸

③含硫氨基酸有半胱氨酸和蛋氨酸（甲硫氨酸）

2个半胱氨酸通过二硫键连接形成胱氨酸1）脂肪族氨基酸

③含硫氨基酸有半胱氨酸和蛋氨酸（甲硫氨酸）普通名称化学名英文名代号代号甲硫氨酸(蛋氨酸)-氨基--甲硫基丁酸MethionineMet(M)甲硫④一氨基二羧基氨基酸有天冬氨酸和谷氨酸1普通名称化学名英文名代号代号天冬氨酸-氨基丁二酸AspartateAsp(D)天1）脂肪族氨基酸

④一氨基二羧基氨基酸有天冬氨酸和谷氨酸2普通名称化学名英文名代号代号谷氨酸-氨基戊二酸GlutamateGlu(E)谷1）脂肪族氨基酸

⑤二氨基一羧基氨基酸有赖氨酸和精氨酸1普通名称化学名英文名代号代号精氨酸-氨基--胍基戊酸ArginineArg(R)精1）脂肪族氨基酸

普通名称化学名英文名代号代号赖氨酸，-二氨基己酸LysineLys(K)赖⑤二氨基一羧基氨基酸有赖氨酸和精氨酸21）脂肪族氨基酸

⑥含酰胺基氨基酸有天冬酰胺和谷氨酰胺1普通名称化学名英文名代号代号天冬酰胺AsparagineAsn(N)1）脂肪族氨基酸

⑥含酰胺基氨基酸有天冬酰胺和谷氨酰胺2普通名称化学名英文名代号代号谷氨酰胺GlutamineGln(Q)1）脂肪族氨基酸

2）芳香族氨基酸⑦芳香族氨基酸共3种

苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸2）芳香族氨基酸普通名称化学名英文名代号代号苯丙氨酸-氨基--苯基丙酸PhenylalaninePhe(F)苯丙⑦芳香族氨基酸共3种12）芳香族氨基酸普通名称化学名英文名代号代号酪氨酸-氨基--对羟苯基丙酸TyrosineTyr(Y)酪⑦芳香族氨基酸共3种22）芳香族氨基酸普通名称化学名英文名代号代号色氨酸-氨基--吲哚基丙酸TryptophanTrp(W)色⑦芳香族氨基酸共3种33）杂环氨基酸⑧杂环族氨基酸共2种

组氨酸、脯氨酸3）杂环氨基酸普通名称化学名英文名代号代号组氨酸-氨基--咪唑基丙酸HistidineHis(H)组⑧杂环族氨基酸共2种13）杂环氨基酸普通名称化学名英文名代号代号脯氨酸四氢吡咯-2-羧酸ProlinePro(P)脯亚氨基酸⑧杂环族氨基酸共2种2（2）根据R基团的极性①非极性R基氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和脯氨酸等8种②极性但不带电荷的R基氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺等7种③带负电荷的R基氨基酸有天冬氨酸和谷氨酸④带正电荷的R基氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸3种①非极性R基氨基酸②极性但不带电荷的R基氨基酸③带负电荷的R基氨基酸④带正电荷的R基氨基酸（3）根据酸碱性质①酸性氨基酸一氨基二羧基氨基酸，有天冬氨酸、谷氨酸②碱性氨基酸二氨基一羧基氨基酸，有赖氨酸、精氨酸、组氨酸③中性氨基酸一氨基一羧基氨基酸，除上述酸性和碱性氨基酸外，其余15种氨基酸都属于中性氨基酸据R基团化学结构分类脂肪族ＡＡ（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)杂环ＡＡ(His、Pro)极性R基团AA据R基团极性分类非极性R基团AA（８种）不带电荷（７种）带电荷：正电荷（３种）负电荷（２种）(四)二十种常见蛋白质氨基酸的分类据营养学分类

必需ＡＡ(8种)非必需ＡＡIleMetValLeuTrpPheThrLys一家写两三本书来二、氨基酸的理化性质（1）一般物理性质（2）氨基酸的酸碱性质（3）氨基酸的化学反应（1）一般物理性质①形状和味感

-氨基酸都是白色晶体，各种氨基酸结晶形状不同，滋味不同②溶解性和熔点除胱氨酸和酪氨酸外，氨基酸一般都能溶于水中，但各种氨基酸在水中的溶解度差别很大。除脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中以外，所有氨基酸易溶于稀酸或稀碱溶液中。氨基酸的熔点很高，一般在200℃以上③旋光性除甘氨酸外，所有天然氨基酸含有至少一个手性-碳原子，因此都具有旋光性（1）一般物理性质④光吸收性

在可见光区域，20多种氨基酸都没有光吸收，但在红外区和远紫外区域（λ＜220nm）均有光吸收。由于色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸分子中R基含有苯环共轭键系统，故在近紫外区显示特征性的吸收谱带（1）一般物理性质酪氨酸的max＝278nm苯丙氨酸的max＝259nm色氨酸的max＝279nm（2）氨基酸的酸碱性质①氨基酸的两性解离②氨基酸的等电点①氨基酸的两性解离氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，在晶体状态或在水溶液中主要是以兼性离子的形式存在：CHRCOO－H3N+①氨基酸的两性解离兼性离子亦称偶极离子，是指在同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-COO－负离子，是两性离子加酸时CHRCOOHH3N+H+H+总电荷“+”①氨基酸的两性解离加碱时CHRCOO-H2N总电荷“－”OH－OH－①氨基酸的两性解离COO－CHH3N+R+OH－+H+COO－CHH2NR+OH－+H+COOHCHH3N+R完全质子化的氨基酸可以看成是多元酸，侧链不能解离的中性氨基酸可看作是二元酸,它的分步解离如下：①氨基酸的两性解离其中K1和K2分别代表第一步解离（-碳原子上-COOH的解离）和第二步解离（-碳原子上-NH3+的解离）的（表观）解离常数。其数值为K1=[Ao][H+]/[A+]K2=[A-][H+]/[Ao]①氨基酸的两性解离通过测定滴定曲线可以求得氨基酸的解离常数①氨基酸的两性解离pH=pK+log[质子受体][质子供体]通过氨基酸的滴定曲线，当已知pK1和pK2等数据时，可以求出在任一pH条件下一种氨基酸溶液中各种离子所占的比例②氨基酸的等电点在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。②氨基酸的等电点COO－CHH3N+R+OH－+H+COO－CHH2NR+OH－+H+在酸性溶液中（pH＜pI）在晶体状态或水溶液中（pH=pI）在碱性溶液中（pH＞pI）COOHCHH3N+R②氨基酸的等电点丙氨酸pI的计算COO－CH+H+H3N+CH3K1COOHCHH3N+CH3COO－CHH2NCH3K2Ala+Ala±Ala－K1=[Ala±][H+]/[Ala+][Ala+]=[Ala±][H+]/K1K2=[Ala－][H+]/[Ala±][Ala－]=[Ala±]K2/[H+]到达等电点时，[Ala+]=[Ala－]∴[Ala±][H+]/K1=[Ala±]K2/[H+]，即：K1K2=[H+]2两边取负对数：－lg[H+]2=－lgK1－lgK2∵－lg[H+]

=pH－lgK1=pK1－

lgK1=pK2∴2pH=pK1＋pK2令pI为等电点时的pH，则：pI＝（pK1＋pK2）/2②氨基酸的等电点天冬氨酸pI的计算Asp+Asp±Asp－COOHCHH3N+CH2COOHCOO－CHH3N+CH2COOHCOO－CHH3N+CH2COO—K1KRK2Asp=COO－CHH2NCH2COO－等电点时为Asp±∴pI＝（pK1＋pKR）/2②氨基酸的等电点赖氨酸pI的计算Lys++Lys+Lys±COOHCHH3N+(CH2)4NH3+COO－CHH3N+(CH2)4NH3+COO－CHH2N(CH2)4NH3+K1K2KRLys－COO－CHH2NCH2NH2等电点时为Lys±∴pI＝（pK2＋pKR）/2②氨基酸的等电点侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’R)/2碱性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R)/2（3）氨基酸的重要化学反应1.与茚三酮反应2.与2,4-二硝基氟苯反应3.与异硫氰酸苯酯反应（Edman反应）1.与茚三酮反应用途：常用于氨基酸的定性或定量分析1.与茚三酮反应脯氨酸及羟脯氨酸与茚三酮反应产物N+黄色化合物1.与茚三酮反应

AADNFB+多肽蛋白+HF

DNP-AADNP-多肽DNP-蛋白原理：在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与DNFB作用，生成稳定的黄色DNP-氨基酸（2，4一二硝基苯氨基酸）,多肽或蛋白质N-末端氨基酸的α-氨基也能与DNFB反应用途：可以用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸,亦称Sanger反应2.与2,4-二硝基氟苯反应RCHNH2+HF+NO2FNO2COOHRCHNCOOHHpH8~9NO2NO2DNP-氨基酸2.与2,4-二硝基氟苯反应用途：可以用来鉴定多肽或蛋白质N末端氨基酸,亦称Edman反应弱碱

AAPITC+多肽蛋白

AAPTC—多肽蛋白HFPTH-AA+少一个AA的多肽或蛋白异硫氰酸苯酯苯氨基硫甲酰--苯乙内酰硫脲3.与异硫氰酸苯酯反应(Edman反应)第三节肽肽是两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接而成的聚合物，也常称为肽链蛋白质是由一条或多条多肽链构成的大分子1．肽键与肽的结构2．天然存在的活性肽第三节肽1．肽键与肽的结构CH3CHNH2COOH+CH2OHCHNH2COOHH2OCH3CHNH2COCH2OHCHNHCOOH(酰氨键)－N端－C端CNOH肽键1．肽键与肽的结构

肽键就是由氨基酸的α-羧基与相邻的氨基酸的α-氨基脱水缩合起来的键1．肽键与肽的结构肽:氨基酸通过肽键连结起来的化合物。二肽:两个氨基酸形成的肽。三肽:三个氨基酸形成的肽。多肽:许多氨基酸形成的肽。蛋白质:多是组成氨基酸超过100个的多肽。氨基酸残基:氨基酸由于形成肽键而失去了一分子水，因此表现出其分子的不完整。末端氨基和末端羧基：缩合后的氨基酸，只在肽的两端有自由的α-氨基和α-羧基，简称N-端和C-端。1．肽键与肽的结构肽链的命名：根据组成的氨基酸残基来确定。规定从肽链的N-端残基开始，依次称为某氨基酰、氨基酰……某氨基酸。如：丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸NH2SerGlyTryAlaLeuCOOHNH2

SerGlyTryAlaLeuCOOH1．肽键与肽的结构由于肽键不能自由旋转，组成肽基的4个原子和与之相连的2个-碳原子都处于一个平面内，此刚性结构的平面称为肽平面或酰胺平面肽键平面示意图1．肽键与肽的结构二硫键：是由二个半胱氨酸残基的侧链之间形成的。即胱氨酸的残基中的二硫键二硫键类型：可以使两条单独的肽链共价交联起来（链间二硫键）；也可以使一条链的某一部分形成环（链内二硫键）1．肽键与肽的结构二硫键半胱氨酸胱氨酸H2半胱氨酸CHNH2COOHCH2SCHNH2COOHCH2S生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽。生物活性肽是机体内传递信息、调节代谢和协调器官活动的重要化学信使。2．天然存在的活性肽谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成它的分子中有一个特殊的γ肽键，是由谷氨酸的γ羧基与半胱氨酸的α氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯基很容易氧化，二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）。激素

抗生素第四节蛋白质的分子结构一、蛋白质的构象和维持构象的作用力二、蛋白质的一级结构三、蛋白质的三维构象四、蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质的构象和维持构象的作用力1.构象与构型2.维持蛋白质构象的作用力1.构象与构型构象:指分子中的取代基团当单键旋转时形成的不同立体结构构型:是指立体异构分子中被取代的原子或基团在空间的取向，是给定原子之间的几何关系，如几何异构体和光学异构体2.维持蛋白质构象的作用力①疏水作用②氢键③盐键④范德华力⑤二硫键2.维持蛋白质构象的作用力①疏水作用蛋白质分子的非极性基团避开水相互聚集在一起而形成的作用力称为疏水作用，也称疏水键。②氢键氢键是由极性很强的X-H基上的氢原子与另一个电负性强的原子Y（如O、N、F等）相互作用形成的一种吸引力③盐键盐键是带相反电荷的基团之间的静电引力，也称为离子键。2.维持蛋白质构象的作用力④范德华力范德华力是一种非特异性引力，任何两个相距0.3～0.4nm的原子之间都存在范德华力，范德华力比离子键弱⑤二硫键二硫键是很强的共价键，由多肽链内或链间两个半胱氨酸残基的巯基氧化形成2.维持蛋白质构象的作用力氢键2.维持蛋白质构象的作用力离子键2.维持蛋白质构象的作用力范德华力2.维持蛋白质构象的作用力疏水作用2.维持蛋白质构象的作用力二、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，又被称为氨基酸序列二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素三、蛋白质的三维构象1．蛋白质分子的二级结构2．蛋白质分子的三级结构3．蛋白质分子的四级结构1．蛋白质分子的二级结构蛋白质的二级结构:指蛋白质多肽链主链不同肽段通过自身的相互作用、形成氢键，沿某一主轴盘绕折叠而成的局部空间结构。二级结构中具有规则构象和不规则构象规则构象:是一段连续肽单位中具有同一相对取向，可以用相同构象来表征，主要形式包括α螺旋、β折叠和β转角不规则构象:主要是无规则卷曲1．蛋白质分子的二级结构（1）α螺旋（2）β折叠（3）β转角（4）无规则卷曲（1）α螺旋α螺旋是首先被肯定的一种蛋白质空间结构基本组件最初提出α螺旋结构的是美国加州理工学院的L.Pauling等人，他们在1951年研究动物毛发α-角蛋白时提出此观点（1）α螺旋最常见的二级结构形式（1）α螺旋①天然蛋白质以右手型螺旋为主②氢键是稳定α螺旋的主要化学键③α螺旋:每个螺旋周期包含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm，每个氨基酸沿螺旋轴的长度上升0.15nm④肽链中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α螺旋的形成（1）α螺旋①天然蛋白质以右手型螺旋为主（1）α螺旋②氢键是稳定α螺旋的主要化学键（1）α螺旋③螺旋构象中每一圈包含的氨基酸残基数可以是整数或非整数，每个螺旋周期包含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm，每个氨基酸沿螺旋轴的长度上升0.15nm氢键是由每个氨基酸残基的N-H与前面隔三个氨基酸残基的C=O形成的（1）α螺旋沿主链计数，一个氢键闭合的环包括13个原子，故α螺旋也称为3.613螺旋。（1）α螺旋④肽链中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α螺旋的形成。链中如有脯氨酸，则螺旋被中断，产生一个“结节”。脯氨酸（1）α螺旋甘氨酸由于没有侧链的约束，难以形成α-螺旋所需的二面角。如肽链中连续存在带相同电荷的氨基酸，由于同性电荷相斥也会影响α-螺旋不稳定。甘氨酸影响-螺旋稳定的因素有：⑴极大的侧链基团（存在空间位阻）；⑵连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；⑶有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键）。（2）β折叠β折叠是天然蛋白质中另一种基本结构组件，又称β片层是L.Pauling和R.B.Corey继发现α-螺旋结构后在同年发现的另一种蛋白质二级结构β折叠结构是由两条肽链或一条肽链内的各肽段之间的C=O与NH－H形成氢键而构成的，它是一种肽链相当伸展的重复性结构可分为平行式和反平行式两种类型（2）β折叠

平行式反平行式所有肽链的N-端都在同一边相邻两条肽链的方向相反（2）β折叠（2）β折叠其结构要点如下：①肽主链处于最伸展的构象，主要作用力氢键②α碳原子位于折叠线上，连续的酰胺平面排列成折叠形式。在折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面，并交替地从平面上下两侧伸出;③反平行折叠片比平行折叠片更稳定。（2）β折叠主要是由两条肽链形成的也可以在同一肽链的不同部分之间形成氢键（3）β转角蛋白质分子中，肽链经常会出现180°的回折，在这种回折角处的构象就是β转角，也被称为β弯曲、β回折和发夹结构β转角使肽链走向改变，一般含有2～16个氨基酸残基（3）β转角主要结构特点有：①β转角中，第一个氨基酸残基的-C＝O-与第四个残基的-NH-形成氢键②β转角的特定构象在一定程度上取决于它的氨基酸组成（3）β转角β-转角（4）无规则卷曲无规则卷曲又称为自由回转，指没有特定规律的松散肽链结构肽的这种构象可能对蛋白质多变的立体结构与复杂功能具有贡献，已经鉴定到某些蛋白质中仅有这种结构，称为固有的无结构蛋白质1．蛋白质分子的二级结构

α螺旋β折叠片β转角无规卷曲2．蛋白质分子的三级结构蛋白质三级结构是指上述蛋白质的α螺旋、β折叠以及β转角等二级结构受侧链和各主链构象单元间的相互作用，从而进一步卷曲、折叠成具有一定规律性的三维空间结构。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括疏水作用、氢键、盐键、范德华力等，还有二硫键等，其中疏水作用是主要作用力2．蛋白质分子的三级结构磷酸丙糖异构酶的三级结构2．蛋白质分子的三级结构肌球蛋白的部分三级结构2．蛋白质分子的三级结构在蛋白质二级结构与三级结构之间，还有一些过渡结构层次，主要是超二级结构和结构域在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。超二级结构有αα（螺旋-环-螺旋）、βαβ（折叠-螺旋-折叠）、ββ（发夹）、希腊钥匙等多种组合类型。2．蛋白质分子的三级结构常见的超二级结构2．蛋白质分子的三级结构结构域是主要存在于球状蛋白质分子中的两个或多个相对独立的、在空间上可以明显区分的三级折叠实体。一个分子中的结构域区间以共价键相连。免疫球蛋白的一个结构域丙酮酸激酶的一个结构域2．蛋白质分子的三级结构结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由100~200个氨基酸残基组成，但大小范围可达40~400个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的．结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上．结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性．卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域-螺旋-转角-折叠二硫键结构域1结构域2结构域(domain)也可理解成大分子蛋白质的三级结构被分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能。2．蛋白质分子的三级结构免疫球蛋白的一个结构域丙酮酸激酶的一个结构域2．蛋白质分子的三级结构维持三级结构的作用力2．蛋白质分子的三级结构维持三级结构的作用力无三级结构形成三级结构亚基之间的结合主要是氢键和离子键，还有疏水作用力、范德华力。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。3．蛋白质分子的四级结构3．蛋白质分子的四级结构蛋白质可据四级结构分为单体蛋白质、二聚体、三聚体……寡聚体和多聚体寡聚蛋白质可以由单一类型的亚基组成，称为同聚蛋白质，也可以由几种不同类型的亚基组成，称为杂聚蛋白质亚基通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性3．蛋白质分子的四级结构血红蛋白A烟草斑纹病毒的外壳蛋白3．蛋白质分子的四级结构3．蛋白质分子的四级结构血红蛋白中的二聚体之一α2与β2血红蛋白的一、二、三、四级结构一级结构：相邻AA间的共价结合二级结构：短距离AA之间的非共价连接三级结构：远距离AA之间的非共价连接四级结构：多肽链之间的非共价连接P52蛋白质分子中的共价键与次级键二、三、四级结构共价键次级键化学键

肽键一级结构氢键二硫键疏水键盐键范德华力三、四级结构四、蛋白质结构与功能的关系1．蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础2．蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）一级结构是空间构象的基础1.蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键天然状态，有催化活性尿素、β-巯基乙醇去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能胰岛素氨基酸残基序号A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla马ThrSerIleAla（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。A.正常的血细胞，血红蛋白肽链中的第六个氨基酸是谷氨酸；B.镰形细胞，其血红蛋白的第六个氨基酸是缬氨酸正常红细胞（左）与镰刀形红细胞（右）肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基血红素结构2.蛋白质的功能依赖特定空间结构（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白的构象相似肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的F8组氨酸残基还与Fe2+形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构，每个亚基可结合1个血红素并携带1分子氧。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negativecooperativity)变构效应(allostericeffect)一些效应剂可与某些蛋白质分子特定部位可逆地结合，而使其构象改变，从而改变生物活性，称变构效应。第五节蛋白质一级结构的研究方法1．蛋白质样品预处理2．测定氨基酸的组成3.蛋白质的N-末端和C-末端的测定4．专一性的部分裂解5．肽片段的分离纯化6．肽段氨基酸顺序的测定7．确定整个肽链的氨基酸序列1．蛋白质样品预处理纯化已知相对分子质量打开二硫键和非共价键：含巯基乙醇的高浓度尿素溶液2．测定氨基酸的组成确定蛋白质所含氨基酸的种类，并明确每种氨基酸有多少。目前较为成功的是将蛋白质经6mol/LHCl在110℃下水解24h后，用氨基酸自动分析仪进行测定。3．蛋白质的N-末端和C-末端的测定（1）N-末端测定方法（2）C-末端分析方法（1）N-末端测定方法Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。①2,4-二硝基氟苯法（1）N-末端测定方法②氰酸盐法（异硫氰酸苯酯）此法最大优点是除去N末端氨基酸后剩下的肽链部分仍是完整的。因此，可以用来一步步地测定多肽链N末端的氨基酸顺序。氨基酸分析仪就是根据此原理制成的。NH2CHCOR2NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNHCNHOCR1CHNCOCHNHSCR1（2）C-末端分析方法多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。①肼解法（2）C-末端分析方法②羧肽酶水解法能从多肽链的C-端逐个的水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y。A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸残基；B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的肽键。但实际有时相连的氨基酸以相近的速度释放，结果不好分析。（2）C-末端分析方法②羧肽酶水解法4．专一性部分裂解①化学法

溴化氰法专一性断裂Met羧基形成的肽键，将Met变为高丝氨酸内酯。4．肽链的部分水解和肽段的分离有较强专一性，水解产率也较高。常用的酶有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶和嗜热菌蛋白酶等。②酶解法

5．肽片段的分离纯化处理后得到的肽段，主要通过电泳或高效液相层析分离纯化，得到两套或几套肽片段。6．肽段氨基酸顺序的测定Edman降解法或序列仪。7．确定整个肽链氨基酸序列用不同方法获得的几套肽段的氨基酸顺序进行比较，根据它们彼此有重叠的部分，确定每个肽段的适当位置。拼凑出整个肽链的氨基酸顺序。7．确定整个肽链氨基酸序列肽顺序A1B1A2B2

A3B3

A4Ala.Phe(丙-苯丙)Ala.Phe.Gly.Lys(甘-赖)

Gly.Lys.Asn.Tyr(-天冬酰-酪)

Asn.Tyr.Arg(-精)

Arg.Trp(-色)

Trp.His(-组)

His.Val(-缬)十肽顺序Ala.Phe.Gly.Lys.Asn.Tyr.Arg.Trp.His.Val第五节蛋白质的理化性质一、蛋白质的酸碱性质二、蛋白质的胶体性质三、蛋白质的沉淀反应四、蛋白质的变性和复性五、蛋白质的颜色反应一、蛋白质的酸碱性质+OH－+H++OH－+H+COOHPrH3N+COO－PrH3N+COO－PrH2NpH＜pI

pH=pI

pH＞pI

由于蛋白质是由氨基酸组成，氨基酸所具有的两性性质，蛋白质也同样具有一、蛋白质的酸碱性质当蛋白质溶液处于某一pH值时，酸性基团带的负电荷恰好等于碱性基团带的正电荷，蛋白质分子净电荷为零，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，这个pH值称为蛋白质的等电点，用pI来表示。二、蛋白质的胶体性质分散相质点小于1nm时称为真溶液，分散相质点大于100nm时称为