蛋白质的结构与功能8

一、蛋白质是构成生物体的基本成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，约占人体干重的45％，某些组织含量更高。现在是1页\一共有103页\编辑于星期五1）生物催化作用（酶）2）代谢调节作用（激素）3）免疫保护作用（抗体）4）物质的转运和存储（血红蛋白）5）运动与支持作用（肌动蛋白）6）控制生长和分化作用（核蛋白）7）参与细胞间信息传递（受体蛋白）二、蛋白质具有多样性的生物学功能现在是2页\一共有103页\编辑于星期五

第一节

蛋白质的分子组成现在是3页\一共有103页\编辑于星期五一、蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。现在是4页\一共有103页\编辑于星期五

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。

由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质含量（g%）

=每克样品含氮克数×

6.25×100蛋白质元素组成的特点现在是5页\一共有103页\编辑于星期五案例分析1：乳品企业中为什么要加“三聚氰胺”？现在是6页\一共有103页\编辑于星期五现在是7页\一共有103页\编辑于星期五二、蛋白质的基本组成单位

—氨基酸天然存在的氨基酸约300余种，但组成人体蛋白质的编码氨基酸仅有20种，称为基本氨基酸。且均属L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。现在是8页\一共有103页\编辑于星期五H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R现在是9页\一共有103页\编辑于星期五（一）氨基酸结构上的共同特点：均为-氨基酸，脯氨酸为-亚氨基酸。R侧链不同。除甘氨酸外，均具有旋光性。皆为L-－氨基酸。现在是10页\一共有103页\编辑于星期五现在是11页\一共有103页\编辑于星期五非极性侧链氨基酸极性中性侧链氨基酸酸性侧链氨基酸（2种）4.碱性侧链氨基酸（3种）（二）氨基酸的结构与分类（R侧链）*20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:现在是12页\一共有103页\编辑于星期五现在是13页\一共有103页\编辑于星期五现在是14页\一共有103页\编辑于星期五现在是15页\一共有103页\编辑于星期五+胱氨酸二硫键-HH现在是16页\一共有103页\编辑于星期五稀有氨基酸

多肽合成后由基本氨基酸经酶促修饰而来，无翻译密码。如羟脯氨酸、羟赖氨酸。现在是17页\一共有103页\编辑于星期五

第二节

蛋白质的分子结构现在是18页\一共有103页\编辑于星期五一级结构（AA序列）二级结构超二级结构结构域三级结构（球蛋白）四级结构（聚合体）

蛋白质结构的层次性现在是19页\一共有103页\编辑于星期五现在是20页\一共有103页\编辑于星期五一、蛋白质的一级结构*肽键：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。（一）肽键和肽现在是21页\一共有103页\编辑于星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键现在是22页\一共有103页\编辑于星期五肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽。现在是23页\一共有103页\编辑于星期五N末端：多肽链中有自由氨基的一端；C末端：多肽链中有自由羧基的一端。多肽链有两个末端：多肽链：是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。现在是24页\一共有103页\编辑于星期五现在是25页\一共有103页\编辑于星期五N末端C末端牛核糖核酸酶现在是26页\一共有103页\编辑于星期五1、定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。（二）蛋白质的一级结构主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。

现在是27页\一共有103页\编辑于星期五“一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。”现在是28页\一共有103页\编辑于星期五（三）生物活性肽生物体内存在许多具有生物活性的小分子肽，它们在代谢调节和神经传导等方面起着重要作用，故称为生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、多肽类激素、神经肽及多肽类抗生素等。

现在是29页\一共有103页\编辑于星期五现在是30页\一共有103页\编辑于星期五现在是31页\一共有103页\编辑于星期五

体内许多激素属寡肽或多肽2.多肽类激素及神经肽现在是32页\一共有103页\编辑于星期五3.多肽类抗生素

一类能抑制或杀死细菌的多肽，如短肽杆菌S、短杆菌肽A、缬氨霉素等。现在是33页\一共有103页\编辑于星期五

二、蛋白质的空间结构

现在是34页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质结构的主要层次一级结构四级结构二级结构三级结构primarystructuresecondary

structureTertiarystructurequariernarystructure超二级结构结构域

supersecondarystructureStructuredomain现在是35页\一共有103页\编辑于星期五维持蛋白质构象的化学键---次级键（副键）1、氢键：发生于负电性很强的原子(O,N)与一个已和氧或氮形成共价结合的氢原子之间。

2、疏水键：由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力。3、离子键：由异性电荷间的静电吸引形成的键。4、二硫键：5、范德华引力：原子、基团、分子间相互作用力。

现在是36页\一共有103页\编辑于星期五现在是37页\一共有103页\编辑于星期五（一）蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象

。定义

主要的化学键：

氢键

现在是38页\一共有103页\编辑于星期五1、肽单元参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元

。现在是39页\一共有103页\编辑于星期五虽是单键却有双键性质；周边六个原子在同一平面上；前后两个a-carbon在对角。CNCHaNCOCa0.123nm0.132nm0.153nm0.149nmC-N0.149nmC=N0.127nm现在是40页\一共有103页\编辑于星期五

肽平面和二面角示意图现在是41页\一共有103页\编辑于星期五多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个肽单位组成，肽单位是蛋白质结构的最小单位。现在是42页\一共有103页\编辑于星期五2、蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

现在是43页\一共有103页\编辑于星期五

-螺旋现在是44页\一共有103页\编辑于星期五横截面观现在是45页\一共有103页\编辑于星期五α-螺旋要点：

①右手螺旋，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm，残基高度0.15nm；②氢键是α螺旋稳定的主要次级键，相邻螺圈之间形成链内氢键。③R侧链分布于螺旋的外侧，并影响螺旋的形成和稳定。现在是46页\一共有103页\编辑于星期五影响α-螺旋稳定的因素：

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）。

现在是47页\一共有103页\编辑于星期五-折叠现在是48页\一共有103页\编辑于星期五

β-折叠要点：a、肽键平面之间折叠成锯齿状；b、相邻肽链之间的氢键是维持结构稳定的主要次级键；c、肽链平行的走向有顺式和反式两种；d、R侧链分布在片层的上下。

现在是49页\一共有103页\编辑于星期五β－折叠现在是50页\一共有103页\编辑于星期五

β-折叠的平行式和反平行式现在是51页\一共有103页\编辑于星期五-折角现在是52页\一共有103页\编辑于星期五β-折角要点:

主链骨架本身以大约180°回折；回折部分通常由四个氨基酸残基构成；构象依靠第一个残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。

现在是53页\一共有103页\编辑于星期五-折角：现在是54页\一共有103页\编辑于星期五

无规卷曲

用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。现在是55页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质二级结构的主要形式现在是56页\一共有103页\编辑于星期五（二）蛋白质的三级结构疏水键、氢键和盐键等。主要的化学键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。

定义现在是57页\一共有103页\编辑于星期五

肌红蛋白（Mb）

N端C端现在是58页\一共有103页\编辑于星期五现在是59页\一共有103页\编辑于星期五胰岛素分子的三级结构现在是60页\一共有103页\编辑于星期五溶菌酶分子的三级结构现在是61页\一共有103页\编辑于星期五

（三）结构域多肽链中某些局部的二级结构常常汇集在一起，形成能发挥生物学功能的特定区域，称为结构域（domain）。每个结构域具有特定的功能。现在是62页\一共有103页\编辑于星期五

免疫球蛋白的12个结构域现在是63页\一共有103页\编辑于星期五

对于较小的蛋白质分子来说，结构域和三级结构往往是一个意思，即单结构域的。大的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。

现在是64页\一共有103页\编辑于星期五亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。（三）蛋白质的四级结构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两条以上多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基。现在是65页\一共有103页\编辑于星期五血红蛋白的四级结构

现在是66页\一共有103页\编辑于星期五现在是67页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质的分子结构小结现在是68页\一共有103页\编辑于星期五

第三节

蛋白质结构与功能的关系现在是69页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质一级结构是空间结构形成的物质基础；蛋白质的生物学功能是蛋白质分子特定的天然构象所表现的性质或具有的属性。现在是70页\一共有103页\编辑于星期五（一）一级结构是空间结构与功能的基础

一、蛋白质一级结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键现在是71页\一共有103页\编辑于星期五

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，无活性说明：只要一级结构未破坏，就可能恢复到原来的三级结构和功能，现在是72页\一共有103页\编辑于星期五

（二）一级结构改变，功能也随之改变现在是73页\一共有103页\编辑于星期五（三）血红蛋白一级结构变化与疾病例：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”。现在是74页\一共有103页\编辑于星期五现在是75页\一共有103页\编辑于星期五现在是76页\一共有103页\编辑于星期五二、蛋白质的空间结构与功能的关系（一）血红蛋白空间结构与功能的关系血红蛋白的功能是运输O2。由于血红蛋白亚基之间存在大量盐键，使其构象呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基与O2结合时，盐键的破坏较难，所需要的能量较多。

现在是77页\一共有103页\编辑于星期五现在是78页\一共有103页\编辑于星期五当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的构象从紧张态变成松弛态，其它的盐键也依次破坏，此时破坏盐键所需要的能量也少，构象的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。现在是79页\一共有103页\编辑于星期五（二）蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。现在是80页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。现在是81页\一共有103页\编辑于星期五疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白（PrP）引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病现在是82页\一共有103页\编辑于星期五

正常朊病毒蛋白结构（显示-螺旋）

朊病毒结构（显示-片层结构）现在是83页\一共有103页\编辑于星期五

第四节

蛋白质的理化性质现在是84页\一共有103页\编辑于星期五一、蛋白质的两性解离性质蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。

蛋白质的等电点（pI）当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质分子解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。现在是85页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质阳离子蛋白质兼性离子蛋白质阴离子现在是86页\一共有103页\编辑于星期五在下列各种pH溶液中使清蛋白（pI=4.7）带正电荷的是（）A.pH4.0

B.pH5.0

C.pH6.0

D.pH7.0蛋白质是两性电解质，当其带负电荷时，溶液的pH为（）

A．酸B．pH>pI

C．pH=pI

D．pH<pI现在是87页\一共有103页\编辑于星期五二、蛋白质的高分子性质

蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素同种电荷水化膜现在是88页\一共有103页\编辑于星期五+++++++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酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用蛋白质胶体颗粒的沉淀现在是89页\一共有103页\编辑于星期五透析现在是90页\一共有103页\编辑于星期五三、蛋白质的变性、复性与凝固*蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。现在是91页\一共有103页\编辑于星期五

造成变性的因素如高温、高压、紫外线等；强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

变性的本质——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。现在是92页\一共有103页\编辑于星期五

应用举例：临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。

现在是93页\一共有103页\编辑于星期五若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，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（renaturation）。现在是94页\一共有103页\编辑于星期五

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，无活性现在是95页\一共有103页\编辑于星期五蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质的凝固：蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块