生物分子的结构与功能课件

蛋白质化学温州医学院生化教研室李春洋

蛋白质化学温州医学院生化教研室1掌握蛋白质的元素组成蛋白质的基本组成单位——氨基酸，肽键和多肽链。掌握蛋白质的基本组成单位氨基酸及其连接方式；掌握蛋白质的一、二、三、四级结构、模体、结构域；了解蛋白质的重要性，生物活性肽的作用，蛋白质的分类。了解蛋白质的一级结构与空间结构和功能的关系；了解蛋白的理化性质及其提取、纯化原理。掌握蛋白质的元素组成蛋白质的基本组成单位——氨基酸，肽键和多2蛋白质(Protein)是生物体内一类极为重要的高分子有机化合物，是生物体的基本组成成分之一。人体中蛋白质的含量丰富，约占人体干重的45%，且种类繁多，分布广泛，几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活动密切联系。

蛋白质(Protein)是生物体内一类极为重要的高分子有机化3蛋白质的生物学功能：酶的生物催化作用调控作用协调运动作用参与运输、贮存作用免疫保护作用其他作用蛋白质的生物学功能：酶的生物催化作用4第一节

蛋白质的分子组成第一节

蛋白质的分子组成5不同来源的蛋白质，其元素组成相似。元素分析证实干燥蛋白质的元素主要有碳（50～55%）、氢（6～7%）、氧（19～24%）、氮（13～19%）和硫（0～4%）。蛋白质是体内主要的含氮化合物，各种蛋白质的平均含氮量约为16%。因此，可用定氮法来推算样品中蛋白质的含量。每克样品含氮克数×6.25=每克样品中蛋白质含（g）不同来源的蛋白质，其元素组成相似。元素分析证实干燥蛋白质的元6一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸组成蛋白质的基本单位是氨基酸，其在不同条件下水解时产物是游离氨基酸。（一）氨基酸的结构通式参与蛋白质组成的氨基酸仅有20种，且其化学结构均为L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。不同的氨基酸R

基团不同。Cα+NH3COOHR一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸组成蛋白质的基本单7（二）氨基酸的分类非极性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸等；极性中性氨基酸：色氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸等；酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；碱性氨基酸：组氨酸、赖氨酸、精氨酸。（二）氨基酸的分类非极性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、8半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白质分子中，有时2个半胱氨酸残基上的巯基脱氢，以二硫键相连形成胱氨酸。脯氨酸是唯一的环状亚氨基酸，其可羟化生成羟脯氨酸。COOHCHSH2NCH2SCOOHCHH2NCH2NHH2CH2CCH2CCOOHH半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白质分子中，有时2个半胱氨酸残基上9（三）氨基酸的理化性质1.氨基酸的两性解离与等电点氨基酸是两性电解质，氨基酸的解离方式及带电状态取决于其所处溶液的酸碱度。在一定的pH环境下，氨基酸解离成阴、阳离子的程度相同，所带的正、负电荷相等，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。（三）氨基酸的理化性质1.氨基酸的两性解离与等电点10COOHCHH2NCH3+OH-阳离子pH＜pI阴离子pH＞pI兼性离子pH=pICOO-CHH3N+CH3COO-CHH2NCH3COOHCHH3N+CH3+H++OH-+H+COOHCHH2NCH3+OH-阳离子pH＜pI阴离子pH＞112.紫外吸收性质

组成天然蛋白质分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。酪氨酸色氨酸吸光度波长nm苯丙氨酸02302402502602702802903003106543212.紫外吸收性质组成天然蛋白质分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸123.氨基酸的化学反应1.茚三酮反应氨基酸与茚三酮在弱酸溶液中共热生成蓝紫色化合物。用纸层析或柱层析把各种氨基酸分开后，利用茚三酮显色可以鉴定并用分光光度法在570nm定量测定各种氨基酸。所有的-氨基酸除脯氨酸外，都可显蓝紫色反应。3.氨基酸的化学反应1.茚三酮反应132.酰化反应氨基酸的氨基与丹磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成DNS-氨基酸，在紫外光下产生强烈的黄色荧光，有很高的灵敏度。该反应被用于多肽链氨基末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。2.酰化反应氨基酸的氨基与丹磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成143.烃基化反应氨基酸氨基的一个氢原子被烃基取代，例如与2，4-二硝基氟苯(DNFB)反应。该反应是氨基酸的-氨基与DNFB在碱性溶液中反应，生成二硝基苯基氨基酸。常用于鉴定多肽或蛋白质的氨基末端氨基酸。3.烃基化反应氨基酸氨基的一个氢原子被烃基取代，例如与2，4153.烃基化反应氨基酸氨基与苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱条件下反应，形成相应的苯氨基硫甲酰（PTC）衍生物；PTC在硝基烷中与酸作用，环化生成相应的苯乙内酰硫脲衍生物。常用于鉴定多肽或蛋白质的氨基末端氨基酸，在蛋白质及多肽氨基酸序列分析中占有重要地位。3.烃基化反应氨基酸氨基与苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱条件16三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键与多肽链一分子氨基酸的α-羧基和另一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键称为肽键。COOHCH2NR1COOHCH2NR2+H2OCOCH2NR1COOHCHNR2三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键与多肽链COOH17氨基酸通过肽键连接成的化合物称为肽。根据氨基酸残基的数目分别称为寡肽、多肽或蛋白质。寡肽——10个以下氨基酸残基组成的肽；多肽或蛋白质——10个或以上氨基酸残基组成的肽。多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而残缺，故称为氨基酸残基。将氨基酸残基连接成一条长链多肽的主键是肽键；由肽键连接各氨基酸残基形成的长链骨架称为多肽主链；各氨基酸侧链基团统称为多肽侧链。氨基酸通过肽键连接成的化合物称为肽。根据氨基酸残基的数目分别18一条多肽链有2个游离的末端：

①N（末）端——又称为氨基末端，指未参与形成肽键的α-氨基（即自由氨基）；②C（末）端——又称为羧基末端，指未参与形成肽键的α-羧基（即自由羧基）。多肽的命名原则是：除C端的氨基酸残基外，所有氨基酸残基均按酰基命名，并从N端依次列出，最后加上C端氨基酸残基的名称。一条多肽链有2个游离的末端：19（二）生物活性肽生物活性肽——人体内有一些生理活性物质是由几个至几十个氨基酸残基组成的小分子肽，称为生物活性肽。生物活性肽是传递细胞之间信息的重要信息分子，在调节代谢、生长、发育、繁殖等生命活动中起重要作用。（二）生物活性肽生物活性肽——人体内有一些生理活性物质是由几201.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，其分子中的巯基是主要官能团。HOOCCCH2CH2CNH2NHOHCHCH2SHCONHCH2COOHCHHγ-谷氨酸半胱氨酸甘氨酸1.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨21谷胱甘肽有亲核性的-SH能与亲电子的外源毒物结合，起到解毒与保护作用。谷胱甘肽还是体内重要的还原剂，能防止蛋白质分子中的-SH被氧化。2GSHGSSGH2O22H2ONADP+NADPH+H+GSH还原酶GSH过氧化物酶谷胱甘肽有亲核性的-SH能与亲电子的外源毒物结合，起到解毒与222.神经肽——由中枢神经末梢释放的多肽类神经递质或神经调质称为神经肽类。如脑腓肽、β-内啡肽、孤啡肽、P物质等。3.（寡）多肽类激素——体内有许多激素本质是寡肽或多肽，主要是下丘脑和垂体分泌的激素，如催产素、加压素、促肾上腺皮质激素等。2.神经肽——由中枢神经末梢释放的多肽类神经递质或神经调质称23

一些生物活性肽的结构与功能下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状腺素焦谷·组·脯-NH2促甲状腺素释放因子胰岛-细胞分泌的激素，调节糖代谢H·组·丝·谷胺·甘·苏·苯丙·苏·丝·天·酪·丝·赖·酪·亮·天·丝·精·精·丙·谷胺·天·苯丙·缬·谷胺·色·亮·蛋·天胺·苏·OH胰高血糖素（牛）神经递质H·精·脯·赖·脯·谷胺·苯丙·甘·亮·蛋·NH2P物质血管疏张肽H·精·脯·脯·甘·苯丙·丝·脯·苯丙·精·OH血浆缓激肽（牛）垂体后叶分泌，促进肾保留水H·半·酪·苯丙·谷胺·天胺·半·脯·精·甘·NH2抗利尿激素（加压素）升高血压，刺激肾上腺皮质分泌醛固酮H·天·精·缬·酪·异·组·脯·苯丙·OH血管紧张素-II（牛）脑内存在的抑制疼痛的阿片样肽H·酪·甘·甘·苯丙·蛋·OH蛋氨酸脑啡肽生理活性分子结构生物活性肽SS一些生物活性肽的结构与功能下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状24三、蛋白质的分类根据蛋白质分子的组成特点：①单纯蛋白质：根据理化性质及来源分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白等②结合蛋白质（其非蛋白部分称为辅基）：按其辅基的不同分为核蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白等。根据蛋白质分子的形状：球状蛋白质和纤维状蛋白质。根据蛋白质的主要功能：活性蛋白质和非活性（结构）蛋白质。三、蛋白质的分类根据蛋白质分子的组成特点：25第二节

蛋白质的分子结构第二节

蛋白质的分子结构26一、蛋白的一级结构蛋白质的一级结构——指蛋白质肽链中氨基酸残基的排列顺序，是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。蛋白质一级结构的主要化学键是肽键，但一级结构也包括形成二硫键的半胱氨酸残基的位置。蛋白质的一级结构是蛋白质的基本结构，是区别不同蛋白质最基本、最重要的标志；也是其空间构象和特异生物学功能的物质基础。一、蛋白的一级结构蛋白质的一级结构——指蛋白质肽链中氨基酸残27

牛胰岛素的一级结构胰岛素由A、B两条多肽链组成，A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基。由于两条链之间由共价键相连接，所以胰岛素没有四级结构。SerGlyIleValGluGlnCysCysThrIleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsnPheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGlyGluArgPhePheTyrThrProLysThrNH215101520COOHA链NH2151015202530HOOCB链牛胰岛素的一级结构SerGlyIleValGluGlnCy28二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构——是指多肽链中主链原子的局部空间排布状态，并不涉及侧链的空间排布。蛋白质的二级结构是蛋白质分子中多肽链主链的空间构象。二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构——是指多肽链中主链原子2920世纪30年代末，LinusPauling和RobertCorey应用X线衍射技术研究氨基酸和寡肽的晶体结构发现肽键平面。肽键C-N和与其相连的另外4个原子构成一个平面，称为肽键平面，又称肽单元

（酰胺平面）。CCCCCOOHR2R3NNR1HHHH20世纪30年代末，LinusPauling和Robert30由于Cα所连的二个单键可自由旋转，致使α-碳原子两侧的肽键平面可形成若干不同的空间排布位置，这是形成各种二级结构的基础。二级结构的结构形式有：-螺旋、-折叠、-转角和无规卷曲。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。由于Cα所连的二个单键可自由旋转，致使α-碳原子两侧的肽键平31（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNNCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCNNNNNNNNNNN侧链基团碳原子氮原子氧原子氢原子（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNN32（二）-折叠CNCNACNNCB（二）-折叠CNCNACNNCB33（三）-转角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR1HR4（三）-转角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR34（四）无规卷曲限制性内切核酸酶BamHI的三级结构-转角-折叠无规卷曲无规卷曲-螺旋（四）无规卷曲限制性内切核酸酶BamHI的三级结构-转35在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域，称模体或超二级结构。目前发现的超二级结构有三种基本形式：α螺旋组合(αα)；β折叠组合(ββ)和α螺旋β折叠组合(βαβ)，其中以βαβ组合最为常见。

在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成36锌指模体-螺旋-转角螺旋螺旋转角NC螺旋-转角-螺旋模体组氨酸残基-折叠-折叠-螺旋Zn半胱氨酸残基锌指模体-螺旋-转角螺旋螺旋转角NC螺37三、蛋白质的三级结构在蛋白质二级结构的基础上，侧链基团相互作用，使多肽链进一步折叠卷曲形成的整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布称为蛋白质的三级结构。稳定蛋白质三级结构的力量——主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力等来维持，此外，还有两个半胱氨酸残基巯基间形成的二硫键。

三、蛋白质的三级结构在蛋白质二级结构的基础上，侧链基团相互作38次级键可存在于一级结构序号相隔甚远的氨基酸酸残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。蛋白质的三级结构具有特征性，是由其一级结构决定的；由一条多肽链构成的蛋白质，必须具有三级结构才有生物学活性；三级结构一旦被破坏，生物学活性便随之丧失。次级键可存在于一级结构序号相隔甚远的氨基酸酸残基的R基团之间39在较大的蛋白质分子中，常由数百个氨基酸残基折叠成2个或2个以上具有独立功能的稳定球形结构单位，称为结构域。结构域与分子整体以共价键相连，一般难以分离，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。

NCSH3SH2蛋白激酶可被磷酸化的酪氨酸残基细胞癌基因src表达产物Src的结构展开图在较大的蛋白质分子中，常由数百个氨基酸残基折叠成2个或2个以40四、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构——具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过非共价键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构。每个具有独立三级结构的多肽链称为一个亚基。由亚基构成的蛋白质称寡聚蛋白。四级结构实际上是指蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。四、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构——具有二条或二条以上独41稳定蛋白四级结构的主要化学键是疏水作用，也包括氢键、离子键和范德华力、疏水键等次级键。一般认为，具有四级结构的蛋白质，分离的亚基无生物活性。1221血红蛋白的四级结构稳定蛋白四级结构的主要化学键是疏水作用，也包括氢键、离子键和42第三节

蛋白质结构与功能的关系第三节

蛋白质结构与功能的关系43一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）一级结构是空间结构的基础蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持。在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据各自一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）一级结构是空间结构的基础44126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巯基乙醇

透析除去尿素和β-巯基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巯基乙醇

-除去β-巯基乙醇变性失活的RNase126405865728495110124“错乱”RNase牛胰核糖核酸酶的变性与复性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH9510045胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分来源氨基酸残基的差异部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla马ThrGlyIleAla（二）一级结构是功能的基础胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分来源氨基酸残基的差异部分A46丝氨酸蛋白酶催化基团丝氨酸周围的固定氨基酸序列蛋白酶催化基团丝氨酸残基周围的固定氨基酸序列胰凝乳蛋白酶CAG–ASGV–SSCMGDS(195)GGPLV胰蛋白酶CAGY–LEGGK–DSCQGDS(195)GGPVV胰弹性蛋白酶CAG–GNGVR–SGCQGDS(195)GGPLH凝血酶CAGYKPGEGKRGDACEGDS(195)GGPFV凝血因子CAGY–DTQPE–DACQGDS(195)GGPHV纤维蛋白溶酶CAGH–LAGGT–DSCQGDS(195)GGPLV血浆缓激肽CAGY–LPGGK–DTCMGDS(195)GGPLI丝氨酸蛋白酶催化基团丝氨酸周围的固定氨基酸序列蛋白酶催化基团47（三）蛋白质的一级结构与分子病在蛋白质的一级结构中，参与构成功能活性部位的氨基酸残基或处于特定构象关键部位的氨基酸残基，即使在整个分子中发生一个氨基酸残基的异常，也可能引起蛋白质的空间结构与功能的严重变化，给机体带来严重的危害。分子病——由于蛋白质分子中某个氨基酸残基发生变异引起的疾病。（三）蛋白质的一级结构与分子病在蛋白质的一级结构中，参与构成48N端…苏--脯--缬--谷--赖……HbS(β亚基）……ACACCCGUAGAAAAA……mRNA……TGTGGGGATCTTTTT……DNA异常N端…苏--脯--谷--谷--赖……HbA(β亚基）……ACACCCGAAGAAAAA……mRNA……TGTGGGCTTCTTTTTDNA正常N端…苏--脯--缬--谷--赖……HbS(β亚基）……AC49二、蛋白质空间结构与功能的关系

蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关，蛋白质的空间构象是其功能活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。蛋白质变性时，由于其空间构象被破坏，故引起功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。蛋白质的一级结构决定空间结构，而只有具有高级结构的蛋白质才能表现生物学功能。二、蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质多种多样的功能与各种蛋50（一）蛋白质空间结构与功能的关系肌红蛋白和血红蛋白都是结合蛋白，辅基为血红素。肌红蛋白为单肽链蛋白质，它的三级结构折叠方式使辅基血红素能与O2可逆结合与解离，发挥贮存氧的功能。血红蛋白的主要功能是在循环中转运氧，这一功能依赖于Hb

具有四级结构的空间构象。（一）蛋白质空间结构与功能的关系肌红蛋白和血红蛋白都是结合蛋51Hb分子由2个-亚基（各含141个氨基酸残基）和2个-亚基（各含146个氨基酸残基）构成，即22。未结合O2时，Hb的1/1和2/2呈对角排列，处于紧凑状态，称为紧张态（T态），T态的Hb与O2亲和力小；然而，伴随O2的结合，使束缚紧密的T态改变为易与O2结合的松弛态（R态）。Hb分子由2个-亚基（各含141个氨基酸残基）和2个-亚52协同效应——是指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体结合的能力。一个亚基与其配体（O2）结合后，促进此寡聚体中其他亚基与配体（O2）结合的现象，称为正协同效应；反之则为负协同效应。协同效应——是指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一53O2与Hb的一个亚基结合引起Hb构象变化，从而引起蛋白质分子功能改变的现象，称为变构效应；引起Hb发生变构的氧分子称为变构效应剂；Hb则称为变构蛋白。O2与Hb的一个亚基结合引起Hb构象变化，从而引起蛋白质分子54（二）蛋白质构象改变与疾病生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是一个相当复杂的过程，其中多肽链的正确折叠对其正确构象的形成和功能的发挥至关重要。若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的空间构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生，有人将此类疾病称为蛋白构象病，如老年痴呆症、帕金森病、疯牛病等。（二）蛋白质构象改变与疾病生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是55第四节

蛋白质的理化性质第四节

蛋白质的理化性质56一、蛋白质的两性解离性质解离成阴离子：N-端的游离氨基、赖氨酸残基的ε-氨基、精氨酸残基的胍基和组氨酸残基的咪唑基；解离成阳离子：C-端的游离羧基、天冬氨酸残基的β-羧基和谷氨酸残基的γ-羧基。+OH-+OH-+H++H+阳离子pH＜pI阴离子pH＞pI兼性离子pH=pICOO-PH2NCOO-PH3N+COOHPH3N+一、蛋白质的两性解离性质解离成阴离子：N-端的游离氨基、赖氨57在某一pH溶液中，蛋白质不解离，或解离成阳离子和阴离子的趋势相等，即成为兼性离子（净电荷为零），此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点（pI）。碱性蛋白质——少数蛋白质含碱性氨基酸残基较多，其pI较高，在人体体液中带正电，称为碱性蛋白质，如鱼精蛋白、组蛋白等。酸性蛋白质——含有酸性氨基酸残基较多的蛋白质称为酸性蛋白质，如胃蛋白酶、丝蛋白等。在某一pH溶液中，蛋白质不解离，或解离成阳离子和阴离子的趋势58二、蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至数千万之巨，其分子的直径可达胶粒的范围（1～100nm），故可将蛋白质溶液看作胶体溶液。蛋白质分子之间相同电荷的排斥作用和水化膜的相互隔离作用是维持蛋白质胶体在水中稳定性的两大因素。二、蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万59+++++++带正电荷的蛋白质-------带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质-------带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱碱酸酸碱脱水作用脱水作用脱水作用+++++++带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质60三、蛋白质的变性与复性在某些物理或化学因素作用下，蛋白质分子特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性作用。变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次级键的破坏，并不涉及一级结构的变化。三、蛋白质的变性与复性在某些物理或化学因素作用下，蛋白质分子61引起蛋白质变性的因素①物理因素：加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等；②化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、有机溶剂等。蛋白质变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，这种现象称为蛋白质的复性。引起蛋白质变性的因素62126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巯基乙醇

透析除去尿素和β-巯基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巯基乙醇

-除去β-巯基乙醇变性失活的RNase126405865728495110124“错乱”RNase牛胰核糖核酸酶的变性与复性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH9510063变性蛋白质疏水基团暴露，丧失水化膜，由亲水胶体变成疏水胶体；变性蛋白质空间构象破坏造成分子的不对称性增大，在溶液中粘度增大；变性蛋白质分子中各原子和基团的正常排布发生变化，吸收光谱改变，并丧失生物活性；变性蛋白质由于其盘曲肽链的伸展，肽键外露，易被蛋白酶水解。变性蛋白质疏水基团暴露，丧失水化膜，由亲水胶体变成疏水胶体；64四、蛋白质的沉淀蛋白质从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀。引起蛋白质沉淀的主要方法①盐析——在蛋白质溶液中加入大量的中性盐以破坏蛋白质的胶体稳定性而使其析出，这种方法称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、氯化钠等。②重金属盐沉淀蛋白质——蛋白质可以与重金属离子如汞、铅、铜、银等结合成盐沉淀。沉淀的条件以介质pH稍大于蛋白质等电点pI为宜。四、蛋白质的沉淀蛋白质从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀。65③生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质——蛋白质可与生物碱试剂(如苦味酸、钨酸、鞣酸)以及某些酸(如三氯醋酸、过氯酸)结合成不溶性的盐沉淀。④有机溶剂沉淀蛋白质——可与水混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，对水的亲和力很大，能破坏蛋白质颗粒表面的水化膜，在等电点时使蛋白质沉淀。

③生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质——蛋白质可与生物碱66五、蛋白质的凝固将接近于等电点附近的蛋白质溶液加热，可使蛋白质发生凝固而沉淀。蛋白质的变性、沉淀、凝固相互之间有密切的关系。沉淀的蛋白质不一定变性，变性的蛋白质不一定沉淀，变性的蛋白质只在等电点附近才沉淀，沉淀的变性蛋白质也不一定凝固。凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果。五、蛋白质的凝固将接近于等电点附近的蛋白质溶液加热，可使蛋67（六）蛋白质的紫外吸收和呈色反应

蛋白质的紫外吸收——蛋白质分子普遍含有色氨酸和酪氨酸。此两种氨基酸分子含有构轭双键，使蛋白质在波长280nm紫外光下有最大吸收峰。280nm处吸光度的测定常用于蛋白质的定量。蛋白质的呈色反应——（1）茚三酮反应（2）与考马斯亮蓝反应（3）双缩脲反应。此外，蛋白质分子还可与氨基黑10B、酚试剂、乙醛酸试剂等发生颜色反应。（六）蛋白质的紫外吸收和呈色反应蛋白质的紫外吸收——蛋白质68第五节

蛋白质的分离纯化

及其结构的测定第五节

蛋白质的分离纯化

及其结构的测定69一、蛋白质的分离纯化分子大小超速离心凝胶过滤透析、超滤生物学功能及化学结构亲合层析等溶解度等电点沉淀盐析有机溶剂沉淀解离性质电泳（等电聚焦电泳、双向电泳等）离子交换层析

蛋白质的理化性质

常用的纯化方法磁力搅拌器透析前透析后透析袋磁力搅拌器待超滤的蛋白质溶液加压的氮气超滤膜超滤匀浆沉淀上清1000g,5min上清上清上清上清沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀4000g,10min15000g,20min30000g,30min100000g,90min100000g,180min（未破坏的真核细胞）（细胞膜碎片，细胞核）（线粒体，细菌）（溶酶体，菌体碎片）（微粒体）（核糖核蛋白体）胞液原点带负电荷蛋白质的泳动方向滤纸、醋酸纤维素薄膜或其他支持物阳极阴极电极缓冲液电极缓冲液

+(H2SO4)

(NaOH)pH3pH10

+(H2SO4)

(NaOH)pI4.55.16.07.98.1pH3pH10等电聚焦(IEF)pH3.0pH10.0第一相IEF按pI进行分离SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS）电泳走向第二相SDS按分子大小分离pH3.0pH10.0++一、蛋白质的分离纯化分子大小超速离心凝胶过滤透析、超滤生物学70二、蛋白质一级结构的测定1953年F.Sanger等首次成功地测定出牛胰岛素的全部氨基酸排列顺序，开创了研究蛋白质—级结构的新纪元。1967年，Edman等发明了自动测序仪，方便并且加速蛋白质一级结构的测定。近几十年来，蛋白质测序工作蓬勃发展，分析技术不断革新，迄今为止已确定了数万种蛋白质的一级结构。

二、蛋白质一级结构的测定1953年F.Sanger等首次成71（一）蛋白质一级结构测定的一般策略确定组成蛋白质分子的肽链(或称亚基)的数目；拆分蛋白质分子的多肽链；裂解蛋白质分子中的二硫键；分离纯化单个亚基，测定各个亚基的氨基酸组成；鉴定多肽链的氨基末端和羧基末端残基；（一）蛋白质一级结构测定的一般策略确定组成蛋白质分子的肽链(72用两种或几种不同的断裂方法在特异性位点裂解多肽链成较小的片段；分离纯化各个裂解肽段，测定各肽段的氨基酸序列；比较几种方法裂解获得的各肽段的氨基酸序列和不同的裂解位点，找出交错重叠的序列，确定各肽段在整条肽链中的位置，获得完整的氨基酸序列；确定二硫键的位置，重建完整多肽链的一级结构。

用两种或几种不同的断裂方法在特异性位点裂解多肽链成较小的片段73测定多肽链的氨基末端和羧基末端氨基酸可作为整条多肽链的标志点。Sanger曾用二硝基氟苯法，现多采用丹酰氯法。（二）多肽链氨基末端与羧基末端分析

O2NFNO2O2NFNO22，4-二硝基氟苯O2NNHNO2CHCOOHR12，4-二硝基苯氨基酸测定多肽链的氨基末端和羧基末端氨基酸可作为整（二）多74羧基端的检测常采用羧基肽酶法。控制反应条件，使C端氨基酸逐一释放出来，予以检测。SO2ClNH3CH3C丹酰氯SO2NHNH3CH3CCHCOOHR1丹酰氨基酸（强荧光）羧基端的检测常采用羧基肽酶法。控制反应条件，SO2C753.多肽链的氨基酸序列测定和重叠组合在对多肽链进行测序前，先将多肽链用几种方法进行限制性水解，生成相互有部分重叠序列的一系列短肽，用Edman降解法对每个短肽进行测序将不同方法水解产生的肽链进行比较，找出重叠部分，进行累加，拼出完整的多肽链序列。水解多肽链的方法很多，常用的有胰蛋白酶法、胰凝乳蛋白酶法、溴化氰法等。水解生成的肽段可用层析或电泳加以分离。3.多肽链的氨基酸序列测定和重叠组合在对多肽链进行测序前，先76CHH2NCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH2NCHCNCHCNR2OHR3OH重复下一轮反应6mol/L盐酸NCS异硫氰酸苯酯（PITC）NCSCHHNCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH苯氨基硫甲酰多肽（PTC肽）Edman降解法原理NCCCNHCSHR1苯乙内酰硫脲氨基酸（PTH肽）OCHH2NCNCHCNCHCNR1OHR2OHR3OHH2N77氨基酸的组成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1赖、3亮、1酪、2丝、1苏、1天、1缬、1异、1组多肽链的N端和C端的确定：H-甘，天-OH多肽的水解和肽段的测序：胰蛋白酶水解：甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精亮-甘-丙-天溴化氰水解：甘-丙-丙-苏-蛋组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天多肽段的组合叠加：甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精甘-丙-丙-苏-蛋组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天亮-甘-丙-天H-甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天-OH两种水解作用所得肽链的测序与组合氨基酸的组成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1赖、3亮、78按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因测定DNA序列排列出mRNA序列编码蛋白质的mRNA互补DNA（cDNA）按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因测定79Edman降解法不能对环形肽链和N端封闭的肽进行测序，也不能测知某些被修饰的氨基酸。利用RT-PCR或测定基因组的碱基序列也不能推测翻译后氨基酸的修饰情况。近年来，把Edman降解法与质谱分析偶联起来测定蛋白质的氨基酸序列取得了非常满意的结果。Edman降解法不能对环形肽链和N端封闭的肽进行测序，也不能80通常采用圆二色光谱（CD）测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。X射线衍射法和磁共振（NMR）是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。预测蛋白质空间结构的方法：理论计算法和已知空间结构比较法。四、蛋白质空间结构的测定通常采用圆二色光谱（CD）测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量81生物分子的结构与功能课件82

蛋白质化学温州医学院生化教研室李春洋

蛋白质化学温州医学院生化教研室83掌握蛋白质的元素组成蛋白质的基本组成单位——氨基酸，肽键和多肽链。掌握蛋白质的基本组成单位氨基酸及其连接方式；掌握蛋白质的一、二、三、四级结构、模体、结构域；了解蛋白质的重要性，生物活性肽的作用，蛋白质的分类。了解蛋白质的一级结构与空间结构和功能的关系；了解蛋白的理化性质及其提取、纯化原理。掌握蛋白质的元素组成蛋白质的基本组成单位——氨基酸，肽键和多84蛋白质(Protein)是生物体内一类极为重要的高分子有机化合物，是生物体的基本组成成分之一。人体中蛋白质的含量丰富，约占人体干重的45%，且种类繁多，分布广泛，几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活动密切联系。

蛋白质(Protein)是生物体内一类极为重要的高分子有机化85蛋白质的生物学功能：酶的生物催化作用调控作用协调运动作用参与运输、贮存作用免疫保护作用其他作用蛋白质的生物学功能：酶的生物催化作用86第一节

蛋白质的分子组成第一节

蛋白质的分子组成87不同来源的蛋白质，其元素组成相似。元素分析证实干燥蛋白质的元素主要有碳（50～55%）、氢（6～7%）、氧（19～24%）、氮（13～19%）和硫（0～4%）。蛋白质是体内主要的含氮化合物，各种蛋白质的平均含氮量约为16%。因此，可用定氮法来推算样品中蛋白质的含量。每克样品含氮克数×6.25=每克样品中蛋白质含（g）不同来源的蛋白质，其元素组成相似。元素分析证实干燥蛋白质的元88一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸组成蛋白质的基本单位是氨基酸，其在不同条件下水解时产物是游离氨基酸。（一）氨基酸的结构通式参与蛋白质组成的氨基酸仅有20种，且其化学结构均为L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。不同的氨基酸R

基团不同。Cα+NH3COOHR一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸组成蛋白质的基本单89（二）氨基酸的分类非极性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸等；极性中性氨基酸：色氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸等；酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；碱性氨基酸：组氨酸、赖氨酸、精氨酸。（二）氨基酸的分类非极性中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、90半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白质分子中，有时2个半胱氨酸残基上的巯基脱氢，以二硫键相连形成胱氨酸。脯氨酸是唯一的环状亚氨基酸，其可羟化生成羟脯氨酸。COOHCHSH2NCH2SCOOHCHH2NCH2NHH2CH2CCH2CCOOHH半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白质分子中，有时2个半胱氨酸残基上91（三）氨基酸的理化性质1.氨基酸的两性解离与等电点氨基酸是两性电解质，氨基酸的解离方式及带电状态取决于其所处溶液的酸碱度。在一定的pH环境下，氨基酸解离成阴、阳离子的程度相同，所带的正、负电荷相等，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。（三）氨基酸的理化性质1.氨基酸的两性解离与等电点92COOHCHH2NCH3+OH-阳离子pH＜pI阴离子pH＞pI兼性离子pH=pICOO-CHH3N+CH3COO-CHH2NCH3COOHCHH3N+CH3+H++OH-+H+COOHCHH2NCH3+OH-阳离子pH＜pI阴离子pH＞932.紫外吸收性质

组成天然蛋白质分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。酪氨酸色氨酸吸光度波长nm苯丙氨酸02302402502602702802903003106543212.紫外吸收性质组成天然蛋白质分子色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸943.氨基酸的化学反应1.茚三酮反应氨基酸与茚三酮在弱酸溶液中共热生成蓝紫色化合物。用纸层析或柱层析把各种氨基酸分开后，利用茚三酮显色可以鉴定并用分光光度法在570nm定量测定各种氨基酸。所有的-氨基酸除脯氨酸外，都可显蓝紫色反应。3.氨基酸的化学反应1.茚三酮反应952.酰化反应氨基酸的氨基与丹磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成DNS-氨基酸，在紫外光下产生强烈的黄色荧光，有很高的灵敏度。该反应被用于多肽链氨基末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。2.酰化反应氨基酸的氨基与丹磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成963.烃基化反应氨基酸氨基的一个氢原子被烃基取代，例如与2，4-二硝基氟苯(DNFB)反应。该反应是氨基酸的-氨基与DNFB在碱性溶液中反应，生成二硝基苯基氨基酸。常用于鉴定多肽或蛋白质的氨基末端氨基酸。3.烃基化反应氨基酸氨基的一个氢原子被烃基取代，例如与2，4973.烃基化反应氨基酸氨基与苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱条件下反应，形成相应的苯氨基硫甲酰（PTC）衍生物；PTC在硝基烷中与酸作用，环化生成相应的苯乙内酰硫脲衍生物。常用于鉴定多肽或蛋白质的氨基末端氨基酸，在蛋白质及多肽氨基酸序列分析中占有重要地位。3.烃基化反应氨基酸氨基与苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱条件98三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键与多肽链一分子氨基酸的α-羧基和另一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键称为肽键。COOHCH2NR1COOHCH2NR2+H2OCOCH2NR1COOHCHNR2三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键与多肽链COOH99氨基酸通过肽键连接成的化合物称为肽。根据氨基酸残基的数目分别称为寡肽、多肽或蛋白质。寡肽——10个以下氨基酸残基组成的肽；多肽或蛋白质——10个或以上氨基酸残基组成的肽。多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而残缺，故称为氨基酸残基。将氨基酸残基连接成一条长链多肽的主键是肽键；由肽键连接各氨基酸残基形成的长链骨架称为多肽主链；各氨基酸侧链基团统称为多肽侧链。氨基酸通过肽键连接成的化合物称为肽。根据氨基酸残基的数目分别100一条多肽链有2个游离的末端：

①N（末）端——又称为氨基末端，指未参与形成肽键的α-氨基（即自由氨基）；②C（末）端——又称为羧基末端，指未参与形成肽键的α-羧基（即自由羧基）。多肽的命名原则是：除C端的氨基酸残基外，所有氨基酸残基均按酰基命名，并从N端依次列出，最后加上C端氨基酸残基的名称。一条多肽链有2个游离的末端：101（二）生物活性肽生物活性肽——人体内有一些生理活性物质是由几个至几十个氨基酸残基组成的小分子肽，称为生物活性肽。生物活性肽是传递细胞之间信息的重要信息分子，在调节代谢、生长、发育、繁殖等生命活动中起重要作用。（二）生物活性肽生物活性肽——人体内有一些生理活性物质是由几1021.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，其分子中的巯基是主要官能团。HOOCCCH2CH2CNH2NHOHCHCH2SHCONHCH2COOHCHHγ-谷氨酸半胱氨酸甘氨酸1.谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨103谷胱甘肽有亲核性的-SH能与亲电子的外源毒物结合，起到解毒与保护作用。谷胱甘肽还是体内重要的还原剂，能防止蛋白质分子中的-SH被氧化。2GSHGSSGH2O22H2ONADP+NADPH+H+GSH还原酶GSH过氧化物酶谷胱甘肽有亲核性的-SH能与亲电子的外源毒物结合，起到解毒与1042.神经肽——由中枢神经末梢释放的多肽类神经递质或神经调质称为神经肽类。如脑腓肽、β-内啡肽、孤啡肽、P物质等。3.（寡）多肽类激素——体内有许多激素本质是寡肽或多肽，主要是下丘脑和垂体分泌的激素，如催产素、加压素、促肾上腺皮质激素等。2.神经肽——由中枢神经末梢释放的多肽类神经递质或神经调质称105

一些生物活性肽的结构与功能下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状腺素焦谷·组·脯-NH2促甲状腺素释放因子胰岛-细胞分泌的激素，调节糖代谢H·组·丝·谷胺·甘·苏·苯丙·苏·丝·天·酪·丝·赖·酪·亮·天·丝·精·精·丙·谷胺·天·苯丙·缬·谷胺·色·亮·蛋·天胺·苏·OH胰高血糖素（牛）神经递质H·精·脯·赖·脯·谷胺·苯丙·甘·亮·蛋·NH2P物质血管疏张肽H·精·脯·脯·甘·苯丙·丝·脯·苯丙·精·OH血浆缓激肽（牛）垂体后叶分泌，促进肾保留水H·半·酪·苯丙·谷胺·天胺·半·脯·精·甘·NH2抗利尿激素（加压素）升高血压，刺激肾上腺皮质分泌醛固酮H·天·精·缬·酪·异·组·脯·苯丙·OH血管紧张素-II（牛）脑内存在的抑制疼痛的阿片样肽H·酪·甘·甘·苯丙·蛋·OH蛋氨酸脑啡肽生理活性分子结构生物活性肽SS一些生物活性肽的结构与功能下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状106三、蛋白质的分类根据蛋白质分子的组成特点：①单纯蛋白质：根据理化性质及来源分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白等②结合蛋白质（其非蛋白部分称为辅基）：按其辅基的不同分为核蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白等。根据蛋白质分子的形状：球状蛋白质和纤维状蛋白质。根据蛋白质的主要功能：活性蛋白质和非活性（结构）蛋白质。三、蛋白质的分类根据蛋白质分子的组成特点：107第二节

蛋白质的分子结构第二节

蛋白质的分子结构108一、蛋白的一级结构蛋白质的一级结构——指蛋白质肽链中氨基酸残基的排列顺序，是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。蛋白质一级结构的主要化学键是肽键，但一级结构也包括形成二硫键的半胱氨酸残基的位置。蛋白质的一级结构是蛋白质的基本结构，是区别不同蛋白质最基本、最重要的标志；也是其空间构象和特异生物学功能的物质基础。一、蛋白的一级结构蛋白质的一级结构——指蛋白质肽链中氨基酸残109

牛胰岛素的一级结构胰岛素由A、B两条多肽链组成，A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基。由于两条链之间由共价键相连接，所以胰岛素没有四级结构。SerGlyIleValGluGlnCysCysThrIleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsnPheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLeuTyrLeuValCysGlyGlyGluArgPhePheTyrThrProLysThrNH215101520COOHA链NH2151015202530HOOCB链牛胰岛素的一级结构SerGlyIleValGluGlnCy110二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构——是指多肽链中主链原子的局部空间排布状态，并不涉及侧链的空间排布。蛋白质的二级结构是蛋白质分子中多肽链主链的空间构象。二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构——是指多肽链中主链原子11120世纪30年代末，LinusPauling和RobertCorey应用X线衍射技术研究氨基酸和寡肽的晶体结构发现肽键平面。肽键C-N和与其相连的另外4个原子构成一个平面，称为肽键平面，又称肽单元

（酰胺平面）。CCCCCOOHR2R3NNR1HHHH20世纪30年代末，LinusPauling和Robert112由于Cα所连的二个单键可自由旋转，致使α-碳原子两侧的肽键平面可形成若干不同的空间排布位置，这是形成各种二级结构的基础。二级结构的结构形式有：-螺旋、-折叠、-转角和无规卷曲。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。由于Cα所连的二个单键可自由旋转，致使α-碳原子两侧的肽键平113（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNNCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCNNNNNNNNNNN侧链基团碳原子氮原子氧原子氢原子（一）α-螺旋RRRRRRRRROOOOOOONNNNNNN114（二）-折叠CNCNACNNCB（二）-折叠CNCNACNNCB115（三）-转角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR1HR4（三）-转角R3R2OOCCCCCHHNNOCCHNHRR116（四）无规卷曲限制性内切核酸酶BamHI的三级结构-转角-折叠无规卷曲无规卷曲-螺旋（四）无规卷曲限制性内切核酸酶BamHI的三级结构-转117在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域，称模体或超二级结构。目前发现的超二级结构有三种基本形式：α螺旋组合(αα)；β折叠组合(ββ)和α螺旋β折叠组合(βαβ)，其中以βαβ组合最为常见。

在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成118锌指模体-螺旋-转角螺旋螺旋转角NC螺旋-转角-螺旋模体组氨酸残基-折叠-折叠-螺旋Zn半胱氨酸残基锌指模体-螺旋-转角螺旋螺旋转角NC螺119三、蛋白质的三级结构在蛋白质二级结构的基础上，侧链基团相互作用，使多肽链进一步折叠卷曲形成的整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布称为蛋白质的三级结构。稳定蛋白质三级结构的力量——主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力等来维持，此外，还有两个半胱氨酸残基巯基间形成的二硫键。

三、蛋白质的三级结构在蛋白质二级结构的基础上，侧链基团相互作120次级键可存在于一级结构序号相隔甚远的氨基酸酸残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。蛋白质的三级结构具有特征性，是由其一级结构决定的；由一条多肽链构成的蛋白质，必须具有三级结构才有生物学活性；三级结构一旦被破坏，生物学活性便随之丧失。次级键可存在于一级结构序号相隔甚远的氨基酸酸残基的R基团之间121在较大的蛋白质分子中，常由数百个氨基酸残基折叠成2个或2个以上具有独立功能的稳定球形结构单位，称为结构域。结构域与分子整体以共价键相连，一般难以分离，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。

NCSH3SH2蛋白激酶可被磷酸化的酪氨酸残基细胞癌基因src表达产物Src的结构展开图在较大的蛋白质分子中，常由数百个氨基酸残基折叠成2个或2个以122四、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构——具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过非共价键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构。每个具有独立三级结构的多肽链称为一个亚基。由亚基构成的蛋白质称寡聚蛋白。四级结构实际上是指蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。四、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构——具有二条或二条以上独123稳定蛋白四级结构的主要化学键是疏水作用，也包括氢键、离子键和范德华力、疏水键等次级键。一般认为，具有四级结构的蛋白质，分离的亚基无生物活性。1221血红蛋白的四级结构稳定蛋白四级结构的主要化学键是疏水作用，也包括氢键、离子键和124第三节

蛋白质结构与功能的关系第三节

蛋白质结构与功能的关系125一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）一级结构是空间结构的基础蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持。在生物体内，蛋白质的多肽链一旦被合成后，即可根据各自一级结构的特点自然折叠和盘曲，形成一定的空间构象。一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）一级结构是空间结构的基础126126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100SH1248mol/L尿素，β-巯基乙醇

透析除去尿素和β-巯基乙醇

126847265110581249540天然RNase除去尿素痕量β-巯基乙醇

-除去β-巯基乙醇变性失活的RNase126405865728495110124“错乱”RNase牛胰核糖核酸酶的变性与复性126HSHS40SH58SH72HSHS84SH95100127胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分来源氨基酸残基的差异部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla马ThrGlyIleAla（二）一级结构是功能的基础胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分来源氨基酸残基的差异部分A128丝氨酸蛋白酶催化基团丝氨酸周围的固定氨基酸序列蛋白酶催化基团丝氨酸残基周围的固定氨基酸序列胰凝乳蛋白酶CAG–ASGV–SSCMGDS(195)GGPLV胰蛋白酶CAGY–LEGGK–DSCQGDS(195)GGPVV胰弹性蛋白酶CAG–GNGVR–SGCQGDS(195)GGPLH凝血酶CAGYKPGEGKRGDACEGDS(195)GGPFV凝血因子CAGY–DTQPE–DACQGDS(195)GGPHV纤维蛋白溶酶CAGH–LAGGT–DSCQGDS(195)GGPLV血浆缓激肽CAGY–LPGGK–DTCMGDS(195)GGPLI丝氨酸蛋白酶催化基团丝氨酸周围的固定氨基酸序列蛋白酶催化基团129（三）蛋白质的一级结构与分子病在蛋白质的一级结构中，参与构成功能活性部位的氨基酸残基或处于特定构象关键部位的氨基酸残基，即使在整个分子中发生一个氨基酸残基的异常，也可能引起蛋白质的空间结构与功能的严重变化，给机体带来严重的危害。分子病——由于蛋白质分子中某个氨基酸残基发生变异引起的疾病。（三）蛋白质的一级结构与分子病在蛋白质的一级结构中，参与构成130N端…苏--脯--缬--谷--赖……HbS(β亚基）……ACACCCGUAGAAAAA……mRNA……TGTGGGGATCTTTTT……DNA异常N端…苏--脯--谷--谷--赖……HbA(β亚基）……ACACCCGAAGAAAAA……mRNA……TGTGGGCTTCTTTTTDNA正常N端…苏--脯--缬--谷--赖……HbS(β亚基）……AC131二、蛋白质空间结构与功能的关系

蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质特定的空间构象密切相关，蛋白质的空间构象是其功能活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。蛋白质变性时，由于其空间构象被破坏，故引起功能活性丧失，变性蛋白质在复性后，构象复原，活性即能恢复。蛋白质的一级结构决定空间结构，而只有具有高级结构的蛋白质才能表现生物学功能。二、蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质多种多样的功能与各种蛋132（一）蛋白质空间结构与功能的关系肌红蛋白和血红蛋白都是结合蛋白，辅基为血红素。肌红蛋白为单肽链蛋白质，它的三级结构折叠方式使辅基血红素能与O2可逆结合与解离，发挥贮存氧的功能。血红蛋白的主要功能是在循环中转运氧，这一功能依赖于Hb

具有四级结构的空间构象。（一）蛋白质空间结构与功能的关系肌红蛋白和血红蛋白都是结合蛋133Hb分子由2个-亚基（各含141个氨基酸残基）和2个-亚基（各含146个氨基酸残基）构成，即22。未结合O2时，Hb的1/1和2/2呈对角排列，处于紧凑状态，称为紧张态（T态），T态的Hb与O2亲和力小；然而，伴随O2的结合，使束缚紧密的T态改变为易与O2结合的松弛态（R态）。Hb分子由2个-亚基（各含141个氨基酸残基）和2个-亚134协同效应——是指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体结合的能力。一个亚基与其配体（O2）结合后，促进此寡聚体中其他亚基与配体（O2）结合的现象，称为正协同效应；反之则为负协同效应。协同效应——是指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一135O2与Hb的一个亚基结合引起Hb构象变化，从而引起蛋白质分子功能改变的现象，称为变构效应；引起Hb发生变构的氧分子称为变构效应剂；Hb则称为变构蛋白。O2与Hb的一个亚基结合引起Hb构象变化，从而引起蛋白质分子136（二）蛋白质构象改变与疾病生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是一个相当复杂的过程，其中多肽链的正确折叠对其正确构象的形成和功能的发挥至关重要。若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的空间构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生，有人将此类疾病称为蛋白构象病，如老年痴呆症、帕金森病、疯牛病等。（二）蛋白质构象改变与疾病生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是137第四节

蛋白质的理化性质第四节

蛋白质的理化性质138一、蛋白质的两性解离性质解离成阴离子：N-端的游离氨基、赖氨酸残基的ε-氨基、精氨酸残基的胍基和组氨酸残基的咪唑基；解离成阳离子：C-端的游离羧基、天冬氨酸残基的β-羧基和谷氨酸残基的γ-羧基。+OH-+OH-+H++H+阳离子pH＜pI阴离子pH＞pI兼性离子pH=pICOO-PH2NCOO-PH3N+COOHPH3N+一、蛋白质的两性解离性质解离成阴离子：N-端的游离氨基、赖氨139在某一pH溶液中，蛋白质不解离，或解离成阳离子和阴离子的趋势相等，即成为兼性离子（净电荷为零），此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点（pI）。碱性蛋白质——少数蛋白质含碱性氨基酸残基较多，其pI较高，在人体体液中带正电，称为碱性蛋白质，如鱼精蛋白、组蛋白等。酸性蛋白质——含有酸性氨基酸残基较多的蛋白质称为酸性蛋白质，如胃蛋白酶、丝蛋白等。在某一pH溶液中，蛋白质不解离，或解离成阳离子和阴离子的趋势140二、蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至数千万之巨，其分子的直径可达胶粒的范围（1～100nm），故可将蛋白质溶液看作胶体溶液。蛋白质分子之间相同电荷的排斥作用和水化膜的相互隔离作用是维持蛋白质胶体在水中稳定性的两大因素。二、蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万141+++++++带正电荷的蛋白质-------带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质-------带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱碱酸酸碱脱水作用脱水作用脱水作用+++++++带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质142三、蛋白质的变性与复性在某些物理或化学因素作用下，蛋白质分子特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性作用。变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次级键的破坏，并不涉及一级结构的变化。三、蛋白质的变性与复性在某些物理或化学因素作用下，蛋白质分子143引起蛋白质变性的因素①物理因素：加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等；②化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、有机溶剂等。蛋白质变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，这种现象称为蛋白质的复性。引起蛋白质变性的因素144126HSHS40SH58SH72HSHS8