蛋白质的结构与功能5

二、蛋白质具有多样性的生物学功能生物催化作用（酶）代谢调节作用免疫保护作用转运和存储的作用运动与支持作用控制生长和分化作用接受和传递信息的作用生物膜的功能现在是1页\一共有87页\编辑于星期五主要内容第一节、蛋白质是生命的物质基础第二节、蛋白质的化学组成第三节、蛋白质的分子结构第四节、蛋白质的结构与功能第五节、蛋白质的性质第六节、蛋白质的分离与纯化的基本原理第七节、蛋白质的分类现在是2页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的元素组成

蛋白质的元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮其他元素：硫、磷、铁、铜、锌、锰、钴、钼、碘，等等

蛋白质元素组成的特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均值为16％。

蛋白质的含量=蛋白质含氮量×100/16=蛋白质含氮量×6.25

现在是3页\一共有87页\编辑于星期五蛋白质含量测定方法之一——凯氏定氮法实验方法：蛋白质中的N（有机N）浓硫酸消化NH4+（无机氮）OH-，加热NH3气硼酸硼酸铵已知浓度的HCl标定通过消耗的HCl量，计算出NH4+的量，并推算蛋白质样品中N的含量现在是4页\一共有87页\编辑于星期五凯氏定氮法引发的问题

100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%问题1：这种蛋白质含量测定方法准确吗？问题2：为什么在牛奶中加入三聚氰胺可以“提高”牛奶中蛋白质含量？（提示：三聚氰胺的分子式：C3H6N6，N的含量为66%）现在是5页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质结构的基本单位

（一）氨基酸的结构——结构通式CHNH3+COO-RCα现在是6页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质结构的基本单位

（一）氨基酸的结构——共同特点：（1）组成蛋白质的基本氨基酸为α-氨基酸（脯氨酸例外）。（2）不同的α-氨基酸，其R侧链不同。（3）氨基酸的α-碳原子都是不对称碳原子（甘氨酸除外），可形成不同的构型，具有旋光性质。天然蛋白质中基本氨基酸皆为L-型，故称为L-型-α-氨基酸。现在是7页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质结构的基本单位（一）氨基酸的结构——L-型-α-氨基酸COOHCHNH2RaD-a-氨基酸L-a-氨基酸COOHCHH2NRa为何都是L型，而不是D型？现在是8页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质结构的基本单位（二）氨基酸的分类

氨基酸的分类方法很多，比较常用的是根据氨基酸侧链结构和理化性质进行分类：1.非极性R基氨基酸：八种丙、缬、亮、异亮、蛋、苯丙、脯和色氨酸。2.极性不带电荷R基氨基酸：七种丝、苏、酪、天胺、谷胺、半胱和甘氨酸。3.带负电荷的R基氨基酸

：两种谷和天氨酸。4.带正电荷的R基氨基酸：三种赖、精和组氨酸。现在是9页\一共有87页\编辑于星期五非极性R基氨基酸吲哚基现在是10页\一共有87页\编辑于星期五极性不带电荷R基氨基酸现在是11页\一共有87页\编辑于星期五带负电荷的R基氨基酸现在是12页\一共有87页\编辑于星期五带正电荷的R基氨基酸胍基咪唑基现在是13页\一共有87页\编辑于星期五稀有氨基酸

某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，它们是基本氨基酸在蛋白质合成以后经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的，也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。[O]脯氨酸羟脯氨酸(发现于植物细胞壁蛋白和胶原蛋白)现在是14页\一共有87页\编辑于星期五稀有氨基酸[O][CH3]赖氨酸5-羟赖氨酸(发现于胶原蛋白)6-甲基赖氨酸(发现于肌球蛋白)现在是15页\一共有87页\编辑于星期五稀有氨基酸谷氨酸γ-羧基谷氨酸(发现于凝血素)现在是16页\一共有87页\编辑于星期五半胱氨酸与胱氨酸二硫键现在是17页\一共有87页\编辑于星期五新发现的有遗传密码子编码的氨基酸硒代半胱氨酸（UGA编码）Pyrrolysine吡咯赖氨酸（UAG编码）现在是18页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（三）氨基酸的性质1.一般物理性质无色晶体，熔点较高；能溶于酸性或碱性溶液，难溶于有机溶剂；具有旋光性，左旋者通常用（-）表示，右旋者通常用（+）表示。现在是19页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（三）氨基酸的性质2.化学性质两性解离与等电点pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子现在是20页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（三）氨基酸的性质2.化学性质两性解离与等电点等电点（isoelectricpoint,pI）：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。现在是21页\一共有87页\编辑于星期五思考题100ml0.1M的甘氨酸溶液（pH=1.72），用2M的NaOH进行滴定，其滴定曲线如图所示:问：1.甘氨酸的等电点pI=？2.各点Ⅰ-Ⅴ的离子状态？兼性离子=阴离子阳离子阳离子=兼性离子阴离子兼性离子等电点5.97现在是22页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（三）氨基酸的性质2.化学性质紫外吸收性质

色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸含有苯环共轭双键系统，在280nm附近有最大吸收值。

色氨酸：280nm；酪氨酸：275nm；苯丙氨酸：257nm。现在是23页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（三）氨基酸的性质2.化学性质茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处；脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生物质；

天冬酰胺与茚三酮试剂呈棕色。黄色现在是24页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（四）氨基酸的功能①作为寡肽、多肽的蛋白质的组成单位；②作为多种生物活性物质的前体：NO（精氨酸），组胺（组氨酸），褪黑激素（色氨酸）；③作为神经递质：谷氨酸（兴奋性神经递质），而它的脱羧基产物是一种抑制性神经递质——γ-氨基丁酸(GABA)；④氧化分解产生ATP；⑤作为糖异生的前体。现在是25页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的分子组成（五）氨基酸的分离与分析溶解度法等电点法特殊试剂沉淀法离子交换法自动氨基酸分析仪法现在是26页\一共有87页\编辑于星期五主要内容第一节、蛋白质是生命的物质基础第二节、蛋白质的化学组成第三节、蛋白质的分子结构第四节、蛋白质的结构与功能第五节、蛋白质的性质第六节、蛋白质的分离与纯化的基本原理第七节、蛋白质的分类现在是27页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构

蛋白质一级结构的概念：蛋白质是由不同的氨基酸种类、数量和排列顺序，通过肽键而构成的高分子有机含氮化合物。现在是28页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构（一）肽键和肽链

肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。肽键化学本质是一个酰胺键。+肽键现在是29页\一共有87页\编辑于星期五多肽链（polypeptidechain）氨基末端羧基末端丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酰（酪氨酸）（丝氨酸）（丙氨酸）（甘氨酸）（亮氨酸）多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。氨基酸残基的编号方向：N末端C末端。氨基酸残基现在是30页\一共有87页\编辑于星期五牛核糖核酸酶结构示意图26409584726558N末端C末端110现在是31页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构（二）生物活性肽

1．谷胱甘肽（glutathione,GSH）——γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸还原型GSH氧化型GSH现在是32页\一共有87页\编辑于星期五GSH的功能：清除细胞内产生的过氧化物质线粒体呼吸，射线，磺胺药物，除草剂，抗疟药和蚕豆嘧啶超氧阴离子过氧化氢羟自由基对脂，蛋白和DNA氧化损伤GSH过氧化氢酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸内酯GSH脱氢酶现在是33页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构（二）生物活性肽2.多肽类激素及神经肽

焦谷氨酸组氨酸脯氨酰胺促甲状腺素释放激素（TRH）现在是34页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构（二）生物活性肽3.多肽类抗生素

多肽类抗生素是一类能抑制或杀死细菌的多肽，如短肽杆菌S、短肽杆菌A、缬氨霉素(valinomycin)、博来霉素（blemycin）等。

现在是35页\一共有87页\编辑于星期五

（三）蛋白质一级结构测定的原理蛋白质一级结构的测定包括蛋白质分子中氨基酸的组成和排列顺序的分析：1.氨基酸组成的分析2.N末端氨基酸的分析（1）二硝基氟苯法（DNFB）（2）二甲氨基萘磺酰氯法（DNS-Cl）（3）Edman降解法（4）氨肽酶法一、蛋白质的一级结构现在是36页\一共有87页\编辑于星期五3.C末端氨基酸的分析（1）肼解法（2）羧肽酶法4.大分子多肽氨基酸顺序的确定5．核酸推导法

（三）蛋白质一级结构测定的原理一、蛋白质的一级结构现在是37页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象蛋白质分子的构象（conformation）：指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。又称空间结构、立体结构、高级结构和三维构象。二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构空间构象或现在是38页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（一）维持蛋白质构象的化学键

次级键数量众多，因此在维持蛋白质分子的空间构象中起着极为重要的作用。主要的次级键有氢键、疏水键、盐键、配位键和范德华力等。1.氢键(hydrogenbond)：主链骨架上羰基的氧原子与亚氨基的氢原子所生成的氢键是维持蛋白质二级结构的主要次级键。侧链间或主链骨架间所生成的氢键则是维持蛋白质三、四级结构所需的。现在是39页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（一）维持蛋白质构象的化学键2.疏水键(hydrophobicbond)是由两个非极性基团因避开水相而群集在一起的作用力，是维持蛋白质三、四级结构的主要次级键。3.盐键（saltbond)是蛋白质分子中带正电荷基团和负电荷基团之间静电吸引所形成的化学键。4.配位键(coordinatebond)它是两个原子、由单方面提供共用电子对所形成的化学键。

现在是40页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（一）维持蛋白质构象的化学键5.二硫键(disulfidebond)它是由两个硫原子间所形成的化学键。

6．范德华（VanderWaals）引力是原子、基团或分子间的一种弱的相互作用力。现在是41页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构（secondarystructure）

蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键为主要的次级键而形成有规则的构象，如α螺旋、β折叠和β转角等。现在是42页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构1.肽单位（peptideunit）

肽单位是指肽键与相邻的两个α碳原子所组成的基团。Cα1Cα2现在是43页\一共有87页\编辑于星期五多肽链是由许多重复的肽单位连接而成肽单元CCN主链骨架：C……αα肽单元肽单元肽单元现在是44页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构2.α螺旋（α-helix）

现在是45页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构2.α螺旋—结构特点多肽链的主链围绕中心轴形成右手螺旋。稳定力：氢键。氨基酸残基的R侧链在螺旋的外侧，并

影响a-螺旋的稳定性。

现在是46页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构3.β折叠结构（βpleatedsheetstructure）

现在是47页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构3.β折叠结构—结构特点呈折纸状，即以每个肽单元的Ca为旋转点，依次折叠成锯齿状。两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段的锯齿状结构可平行排列，走向可以相同，也可相反。稳定力：氢键。氨基酸残基的侧链基团交替地位于锯齿状结构的上下方，并影响到折叠的稳定性。

现在是48页\一共有87页\编辑于星期五蜘蛛网的秘密α螺旋赋予了弹性β折叠赋予了强度蜘蛛丝比同样粗细的钢丝还结实5倍！现在是49页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构4.β折角（β-bend或β-turn）

-转角一般由四个氨基酸残基组成，并使肽链局部形成一个1800的回折。现在是50页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（二）蛋白质的二级结构5.无规线团（randomcoil）

蛋白质二级结构中除上述有规则的构象外，尚存在因肽键平面不规则排列的无规律构象，称为自由折叠或无规线团。

现在是51页\一共有87页\编辑于星期五蛋白质二级结构总结b-折叠无规卷曲a-螺旋b-转角常见蛋白激酶结构示意图现在是52页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象

（三）基序(motif)

基序是指在多肽内顺序上相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构聚集体。

二级结构组合形式有3种：aa，bab，bbb。β-β-β现在是53页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象

（三）基序—具有特殊功能

B.锌指结构A.钙结合蛋白中结合钙离子的模体现在是54页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象

（四）结构域结构域是指在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的基序结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个功能相对独立的致密

区域。

现在是55页\一共有87页\编辑于星期五钙肌蛋白C结构域及其功能

钙肌蛋白C的两个结构域分别与钙肌蛋白I、T结合。

当钙肌蛋白C与Ca2+结合时，结构发生改变，激发了肌肉的收缩。结构域1结构域2钙肌蛋白I钙肌蛋白C钙肌蛋白T钙肌蛋白C现在是56页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（五）蛋白质的三级结构(tertiarystructure)

蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子或基团在三维空间的整体排布。稳定三级结构的化学键：次级键，即疏水键、离子键和氢键等。现在是57页\一共有87页\编辑于星期五稳定三级结构的化学键现在是58页\一共有87页\编辑于星期五肌红蛋白的三级结构（外观三维立体图）（平面示意图图）现在是59页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（六）蛋白质的四级结构（quarternarystructure）

由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。现在是60页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的构象（六）蛋白质的四级结构—特点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)。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。亚基之间的结合主要是非共价键，如氢键、离子键、疏水键等。现在是61页\一共有87页\编辑于星期五血红蛋白的四级结构对于不同的蛋白质而言，组成四级结构的亚基可能相同，也可能不相同。现在是62页\一共有87页\编辑于星期五蛋白质一至四级结构的关系一级结构二级结构三级结构四级结构现在是63页\一共有87页\编辑于星期五三、蛋白质和多肽合成的基本原理（一）化学合成法的基本原理1.氨基酸的基团保护2.多肽的液相合成3.多肽的固相合成（二）采用生物技术合成蛋白质1.基因工程（geneticengineering）2.细胞工程（cellengineering）3.酶工程（enzymeengineering）现在是64页\一共有87页\编辑于星期五第一节、蛋白质是生命的物质基础第二节、蛋白质的化学组成第三节、蛋白质的分子结构第四节、蛋白质的结构与功能第五节、蛋白质的性质第六节、蛋白质的分离与纯化的基本原理第七节、蛋白质的分类主要内容现在是65页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质一级结构与功能的关系1.一级结构不同、生物学功能各异现在是66页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质一级结构与功能的关系2．一级结构中“关键”部分相同，其功能也相同1243339来源3133ACTH活性必需部分

种属特异性人丝谷猪亮谷牛丝谷胺现在是67页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质一级结构与功能的关系3.一级结构“关键”部分的变化，其生物活性也改变多肽或蛋白质氨基酸位置相对活性脑啡肽（5肽）甘2甲硫21.0衍生物D-丙

甲硫-CO-NH210.0促黄体生成释放素(10肽)色3

丝4

甘6

甘101.0衍生物苯丙

－

－

－0.04苯丙

－

D-色

甘-NH-C2H5144.0生长抑素(14肽)苯丙6色8

苏10

丝131.0衍生物－

－

－

D-丝0.01－

D-色

－

－8.0胰岛素(51肽)A-甘1天胺21B-组10苯丙251.0衍生物×

－

－

－0.05－

－

天

－2.5肿瘤坏死因子(157肽)缬1

苏7脯8丝9天10亮1571.0衍生物×…×…×

精

赖精

苯丙10.0现在是68页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质一级结构与功能的关系4．一级结构的变化与疾病的关系镰刀形红细胞贫血症HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu···C(146)HbSβ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”。现在是69页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的空间构象与功能的关系1．蛋白质的前体的活化现在是70页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的空间构象与功能的关系2.蛋白质的变构现象

一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化，导致其生物学功能的改变，称为蛋白质的变构效应（allostericeffect）或别构作用。现在是71页\一共有87页\编辑于星期五肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线现在是72页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的空间构象与功能的关系3.蛋白质构象改变与疾病

因蛋白质折叠错误或折叠导致构象异常变化引起的疾病，成为蛋白质构象病（proteinconformationdisease）PrPscβ-折叠疯牛病PrPcα-螺旋正常朊病毒蛋白(PrP)为a-螺旋时有传染性，但没有致病性；转化为b-折叠导致疯牛病现在是73页\一共有87页\编辑于星期五三、蛋白质的结构与生物进化生物名称不同氨基酸数生物名称不同氨基酸数黑猩猩0海龟15恒河猴1金枪鱼21猪、牛、羊10小蝇25马12小麦35鸡13酵母44不同生物和人的细胞色素C中氨基酸组成的差异现在是74页\一共有87页\编辑于星期五第一节、蛋白质是生命的物质基础第二节、蛋白质的化学组成第三节、蛋白质的分子结构第四节、蛋白质的结构与功能第五节、蛋白质的性质第六节、蛋白质的分离与纯化的基本原理第七节、蛋白质的分类主要内容现在是75页\一共有87页\编辑于星期五一、蛋白质分子的大小、形状及分子量的测定1．分子筛层析法：此法简便，不要求复杂设备，但并不能测得蛋白质的精确分子量。2.SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS）：此法的优点是快速、微量，并可同时测定若干个样品，但误差较大。3．生物质谱：能测得蛋白质的精确分子量，但仪器昂贵，不普及。现在是76页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的变性

蛋白质的变性作用（denaturation）：某些物理的和化学的因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其生物活性的丧失和一些理化性质的改变。1.变性的本质：破坏了形成与稳定蛋白质分子空间构象的次级键从而导致蛋白质分子空间构象的改变或破坏，而不涉及一级结构的改变或肽键的断裂。现在是77页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的变性2.变性作用的特征（1）生物活性的丧失：是蛋白质变性的主要特征。（2）某些理化性质的改变：结晶能力、溶解度、黏度和酶解作用等。3.变性作用的因素和程度：物理因素：高温、紫外线、X-射线和超声波等；化学因素：强酸、强碱、尿素、去污剂、重金属（Hg2+、Ag+、Pb2+）、三氯醋酸、浓乙醇等。现在是78页\一共有87页\编辑于星期五二、蛋白质的变性4．变性作用的意义酒精、紫外线消毒，高温、高压灭菌等是使细菌蛋白变性而失去活性。中草药有效成分的提取或其注射液的制备也常用变性的方法（加热、浓乙醇等）除去杂蛋白。在制备有生物活性的酶、蛋白质、激素或其他生物制品（疫苗、抗毒素等）时，通过变性使不需要的杂蛋白应其变性或沉淀而除去。现在是79页\一共有87页\编辑于星期五三、蛋白质的两性电离与等电点当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，