华中农业大学生物化学-蛋白质-课件

第三章蛋白质

蛋白质是最基本的生命物质之一,是细胞中含量最丰富、功能最多的生物大分子,它参与动物、植物、微生物的几乎所有生命结构和生命过程,它在细胞结构、生物催化、物质运输、运动、防御、调控以及记忆、识别等各个方面起着极其重要的作用。

1第三章蛋白质蛋白质是最基本的生命物质之一,是细胞中恩格斯<<自然辨证法>>:

生命是蛋白体存在的方式无论在什么地方，只要我们遇到生命，我们就会发现生命是和某种蛋白体相联系的;并且无论在什么地方，只要我们遇到不处于解体过程的蛋白体，我们也无例外地发现生命。2恩格斯<<自然辨证法>>:2精品资料3精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”44一、元素组成：

蛋白质主要含有C、H、O、N，有的还含有S、P等，蛋白质元素组成与糖、脂不同的是含有N，而且大多数蛋白质含N量相当接近，约为15-17%，平均为16%。5一、元素组成：

蛋白质主要含有C、H、O、N，

所以在任何生物样品中，每克N的存在大约表示该样品含有100/16=6.25g蛋白质，因此，只要测定生物样品中的含N量，就能计算出蛋白质的大致含量。例如测定100克面粉中含有2gN，说明100克面粉里含有2×6.25=12.5g蛋白质，面粉的蛋白质含量=12.5%。6所以在任何生物样品中，每克N的存在大约表二、蛋白质是高分子物质，结构复杂，分子量大，一般都在一万以上，蛋白质可被酸、碱和酶蛋白催化水解，使蛋白质分子断裂，分子量逐步变小，最后水解成AA。7二、蛋白质是高分子物质，结构复杂，分子量大，一般都在一万以上例如：在体外加5-10倍20%HCl水解蛋白质24hr，即可使蛋白质水解成AA。毛发蛋白6mol/LNaOH溶液中煮沸6hr水解成AA。例：猪毛制备AA，胱氨酸、赖氨酸、精氨酸等8例如：8酶水解:在生物体内，蛋白质主要是在蛋白酶的催化下分解的，在水解过程中由于水解方法和条件不同，可以得到不同程度的降解物。

蛋白酶蛋白腙酶蛋白胨酶端解酶蛋白质蛋白腙蛋白胨多肽20AAM·W104以上-5×103-2×103100以上100左右9酶水解:9单体分子的排列组合10单体分子的排列组合101111第一节氨基酸12第一节氨基酸12一氨基酸的分类（一）

非极性AA：这类AA共有8种，包括五种具脂肪烃R基团的AA，即：丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸和色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸，其中色氨酸和苯丙氨酸含有吲哚环和苯基、脯氨酸是一种亚氨基酸，这类非极性AA不易溶于水。13一氨基酸的分类（一）

非极性AA：131414

(二)极性氨酸(不带电荷)

以上七种极性氨酸比非极性AA易溶于水。它们所含的极性R基团能参与氢键的形成，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的极性是由羧基提供的；而天冬酰胺和谷酰胺的极性是由酰胺基产生；半胱氨酸的极性由巯基产生，甘氨酸虽不带有侧链极性基团，但由于所带的α-氨基和α-羧基占了整个分子的大部分，具有明显的极性，所以也归纳为极性AA一类。15(二)极性氨酸(不带电荷)151616(三)酸性AA-R基团带负电荷的AA

因含有第二个羧基，所以在pH7.0时具有净负电荷。

17(三)酸性AA-R基团带负电荷的AA17(四)

碱性AA—R基团带正电荷的AA

这三种AA的侧链基团在pH7.0时带有正电荷，赖氨酸的R侧链带有-NH2基，精氨酸带有具正电荷的胍基；组氨酸具有弱碱性的咪唑基。18(四)

碱性AA—R基团带正电荷的AA18二、氨基酸的分类（一）常见的蛋白质氨基酸

按R基团的极性可将氨基酸分为四大类：（1）非极性R基团氨基酸：8个

AlaValLeuIleProPheTrpMet（2）极性R基团不带电荷氨基酸：7个

GlySerThrCysTyrAsnGln

19二、氨基酸的分类（一）常见的蛋白质氨基酸（1）非极性R基团氨（3）极性R基团带负电荷氨基酸：2个

AspGlu（4）极性R基团带正电荷氨基酸：3个

HisLysArg20（3）极性R基团带负电荷氨基酸：2个（4）极性R基氨基酸的结构

脂肪族氨基酸丙氨酸

Alanine21氨基酸的结构脂肪族氨基酸丙氨酸氨基酸的结构缬氨酸

Valine

脂肪族氨基酸22氨基酸的结构缬氨酸氨基酸的结构亮氨酸

Leucine

脂肪族氨基酸-氨基异己酸23氨基酸的结构亮氨酸Leucine氨基酸的结构异亮氨酸Ileucine脂肪族氨基酸-氨基--甲基戊酸24氨基酸的结构异亮氨酸脂肪族氨基酸-氨基--甲基戊酸2氨基酸的结构脯氨酸

Proline

亚氨基酸25氨基酸的结构脯氨酸Proline氨基酸的结构

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine-氨基--苯基丙酸26氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸-氨基-氨基酸的结构芳香族氨基酸色氨酸TryptophanTrp-氨基--吲哚基丙酸27氨基酸的结构芳香族氨基酸色氨酸-氨基--吲哚基丙氨基酸的结构甲硫氨酸（蛋氨酸）Methionine

含硫氨基酸-氨基--甲硫基丁酸28氨基酸的结构甲硫氨酸（蛋氨酸）Methionine氨基酸的结构甘氨酸

Glycine极性不带电荷脂肪族氨基酸29氨基酸的结构甘氨酸极性不带电荷29氨基酸的结构丝氨酸

Serine

极性不带电荷含羟基氨基酸30氨基酸的结构丝氨酸Serine极性不带电荷含羟基氨氨基酸的结构苏氨酸

Threonine极性不带电荷含羟基氨基酸-氨基--羟基丁酸31氨基酸的结构苏氨酸Threonine极性不带电荷-氨基酸的结构半胱氨酸

Cysteine极性不带电荷含硫氨基酸-氨基--巯基丙酸32氨基酸的结构半胱氨酸Cysteine极性不带电荷-氨基酸的结构极性不带电荷芳香族氨基酸酪氨酸Tyrosine-氨基--对羟苯基丙酸33氨基酸的结构极性不带电荷酪氨酸-氨基--对羟苯基丙酸3氨基酸的结构天冬酰胺AsparagineAsn极性不带电荷含酰胺氨基酸34氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine极性不带电荷34氨基酸的结构谷酰胺

GlutamineGln极性不带电荷含酰胺氨基酸35氨基酸的结构谷酰胺Glutamine极性不带电荷氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate

极性带负电酸性氨基酸36氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate极性带负电36氨基酸的结构谷氨酸

Glutamate极性带负电酸性氨基酸37氨基酸的结构谷氨酸Glutamate极性带负电3氨基酸的结构极性带正电荷碱性氨基酸精氨酸

Arginine38氨基酸的结构极性带正电荷精氨酸Arginine38氨基酸的结构组氨酸

Histidine极性带正电荷碱性氨基酸39氨基酸的结构组氨酸Histidine极性带正电荷39氨基酸的结构赖氨酸

Lysine极性带正电荷碱性氨基酸40氨基酸的结构极性带正电荷40AA的结构总结：含S的AA：Met,Cys含苯环的AA：Phe,Tyr,Trp含羟基的AA：Ser,Thr,Tyr酸性AA：Asp,Glu碱性AA：Arg,Lys,His41AA的结构总结：含S的AA：酸性AA：41424243434444第二十一种蛋白质氨基酸：硒代半胱氨酸SelenocysteineSeveralenzymes(forexample,glutathioneperoxidase,tetraikiodothyronine5'deiodinaseandformatedehydrogenase)containtheunusualaminoacid45第二十一种蛋白质氨基酸：45第二十一种AA1996年，发现第21种天然氨基酸硒半胱氨酸（硒代半胱氨酸）半胱氨酸硒半胱氨酸46第二十一种AA1996年，发现第21种天然氨基酸半胱氨酸硒半47474848第二十二种蛋白质氨基酸：49第二十二种蛋白质氨基酸：49甲胺甲基转移酶50甲胺甲基转移酶5051515252吡咯赖氨酸：Pyl

53吡咯赖氨酸：Pyl53吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现,是目前已知的第22种参与蛋白质生物合成的氨基酸,与标准氨基酸不同的是,它由终止密码子UAG的有义编码形成.与之对应的在产甲烷菌中也含有特异的吡咯赖氨酰-tRNA合成酶(PylRS)和吡咯赖氨酸tRNA(tRNAPPy1).tRNAPy1具有不同于经典tRNA的特殊结构.产甲烷菌通过直接途径和间接途径这两种途径生成吡咯赖氨酰-tRNAPy1(Pyl-tRNAPy1),它还可能通过mRNA上的特殊结构以及其他还未发现的机制,控制UAG编码成为终止密码子或者吡咯赖氨酸。54吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现,是目前已知的第2(五)稀有aa和非蛋白aa55(五)稀有aa和非蛋白aa55

AA同一分子中含有-NH2和COOH、-COOH可释放H+变成-COO-、-NH2接受H+变成正离子。

二、氨基酸的两性性质和等电点56二、氨基酸的两性性质和等电点56实验证明:氨基酸在水溶液和结晶都是以两性离子形式存在。

57实验证明:氨基酸在水溶液和结晶都是以两性离子形式存在。57

依照酸、碱质子理论，酸是质子的供体，碱是质子的受体:

氨基酸在水中即起酸的作用(供体)，也起碱的作用(质子的受体)

因此氨基酸是两性电解质。58依照酸、碱质子理论，酸是质子的供体，碱是质59596060

物质的解离常数是用滴定的曲线的实验方法求得，画出曲线。当1mol丙氨酸溶于水时，pH=6用氢氧化钠滴定，得曲B。加入酸碱在使得丙氨酸净电荷等于0时,丙氨酸所带正，负电荷相等，这时的pH值就是丙氨酸等电点，pI的概念:两性电解质所带正负电荷相等时的pH值，pI。

pI=两性离子状态两侧的pK’值之和的一半(2.34+9.69)/2=6.02。61物质的解离常数是用滴定的曲线的实验方法求得，画出

6262酸性氨基酸，碱性氨基酸的pI计算？63酸性氨基酸，碱性氨基酸的pI计算？63氨基酸中的可解离基团侧链基团的可以解离时，其表观解离常数用pKP表示。64氨基酸中的可解离基团侧链基团的可以解离时，其表观解离常数用p不同物质解离曲线65不同物质解离曲线65两性离子两侧的pK之和的一半

中性的AA的PI=(pK1+pK2)/2酸性AA:Glu、Asp、pI=(pK1+pKR)/2碱性AA:Arg、Lys、His、

pI=(pK2+pKR)/2

AA等电点的计算66两性离子两侧的pK之和的一半AA等电点的计算66

中性AA的等电点不是pH7,而都是小于7,在pH6.0左右,Val=5.96,Ala=6.02,Ser=5.68,这是因为AA中羧基的解离度大于氨基的解离度。低于等电点的pH溶液，AA带正电。高于等电点的pH溶液，AA带负电。67中性AA的等电点不是pH7,而都是小于7

pH>pI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动。

pH=pI时，氨基酸净电荷为零

pH<pI时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移动。

6868

三、氨基酸的光学性质69三、氨基酸的光学性质69Conventionfromorganicchemistry70Conventionfromorganicchemis

生物体内组成蛋白质的AA都是L-型，除甘氨酸以外。只在少数细菌细胞壁上发现D-型。71生物体内组成蛋白质的AA都是L-型，除甘氨酸72721.

含有不对称碳原子的aa具有旋光性。右旋(+):Ala、Gln、Asp…

左旋(-):Trp、Phe、Ser、Pro…AA的比旋光度是基本的物理常数之一，其值取决于AA侧链，也受溶液pH值的影响。731.

含有不对称碳原子的aa具有旋光性。737474757576762.

吸收光谱

20种氨基酸都没有可见光的光吸收，而色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸含有苯环,在紫外区显示,特征的吸收光谱，Pr一般最大光吸收在280nm。因此可以用紫外法测定蛋白质含量。772.

吸收光谱

20种氨基酸都没有可见光的光7878

(一)a-氨基参加的反应1.

与亚硝酸反应:AA的a-氨基与其它一级胺一样能与亚硝酸反应，生成相应的羟酸和N2在标准条件下测定生成的N2↑，计算氨基酸的量。四、氨基酸的化学反应:79(一)a-氨基参加的反应四、氨基酸的化学反应:792.

烃基化反应:-NH2上的一个H原子可被烃基取代a:Sanger反应

2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱减溶液中发生亲核芳环取代反应生成2,4-二硝基苯基氨基酸，英国的Sanger用这个反应来鉴定多肽N-未端的氨基酸，用以测定多肽或蛋白质的AA排序。802.

烃基化反应:-NH2上的一个H原子可被烃基取代8081818282b.与苯异硫氰酸酯(PITC)在弱碱条件下形成相应的苯氨基硫甲酰(PTC)衍生物，与酸发生环化生成PTH-aa,这是著名的Edman降解，进行多肽链N-未端氨基酸的测定。

现在根据此原理设计出了”蛋白质顺序测定仪”。Edman反应83b.Edman反应8384848585氨基酸的鉴定、分离纯化PTH-AA86氨基酸的鉴定、分离纯化PTH-AA863.

脱氨基反应:aa经氨基酸氧化酶催化脱去a-氨基而变成酮酸。873.

脱氨基反应:871.

成盐和成酯反应:

当羧基变成酯类后羧基的化学反应即被保护，而氨基的反应被加强，这就是为什么氨基酸的酰基化需要在碱性溶液中进行的原因。(二)a-羧基参加的反应88(二)a-羧基参加的反应882.

脱羧基反应:aa在生物体内经aa脱羧酶作用，放出二氧化碳并生成相应的一级胺。3.成酰胺反应:AA与氨作用可形成氨基酸的酰胺，为生物体储NH3的主要反应。动、植物体内的Gln、Asn可以这种反应形成。892.

脱羧基反应:aa在生物体内经aa脱羧酶作用，放出二氧(三)a-氨基和a-羧基共同参加的反应:(1)

茚三酮反应:

茚三酮在弱酸性溶液中与a-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨、脱羧反应，最后茚三酮与反应产物氨和还原茚三酮发生作用，生成紫色物质。

90(三)a-氨基和a-羧基共同参加的反应:(1)

茚三酮

水合茚三酮+2NH3+还原茚三酮生成蓝紫色物质。

91水合茚三酮+2NH3+还原茚三酮生成蓝紫色物质(2)成肽反应:

92(2)成肽反应:92

非a-羧基,如谷氨酸、天门冬氨酸的中a-羧基既可与其它NH2形成肽键。93非a-羧基,如谷氨酸、天门冬氨酸的中a-羧基既可与其它9494这三个肽是谷氨酰、半胱氨酰、甘氨酸简称谷胱甘肽，用G-SH表示。谷胱甘肽是一些酶的辅酶，这个Glu就是由非a-羧基形成的肽链，在谷胱甘肽中SH是暴露在外面的，是一个比较活跃的基因，这个SH基又可与另一个谷胱甘肽结合起来成为氧化型的谷胱甘肽。防止过氧化物的积累，参与氧化还原。95这三个肽是谷氨酰、半胱氨酰、甘氨酸简称谷胱甘肽，用G-SH表氧化型谷胱甘肽用代号G-S-S-G表示

2→G-SH====G-S-S-G96氧化型谷胱甘肽用代号G-S-S-G表示96I'vegotmuchproteintoday！第二节

蛋白质的结构97I'vegotmuchprotein第二节

蛋白质是由许多氨基酸通过肽链连接形成的生物大分子，20种AA以不同的数目、比例和排列顺序构成了成千上万种不同的蛋白质，其分子量在10,000以上，结构极其复杂。下面对蛋白质结构的不同层次进行讨论。

98蛋白质是由许多氨基酸通过肽链连接形成的生物大分子，2

一级结构是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式，也叫化学结构。氨基酸的连接方式:一个AA的

-氨基与另一AA的

-羧基经脱水成肽链连接的。一、蛋白质一级结构99一、蛋白质一级结构99氨基酸残基100氨基酸残基100

肽的数目是根据氨基酸残基的数目决定的。一个八肽有8个AA残基,由七个肽链连接，十个以下的肽叫寡肽，超过10个AA残基的肽叫多肽。因为多个AA以肽链连接的是一条链，所以也叫多肽链。101肽的数目是根据氨基酸残基的数目决定的。10

蛋白质里的肽链由100-300个AA残基组成。但也有例外，如铁氧还蛋白只有6000道尔顿，大约只有60个AA残基组成。102蛋白质里的肽链由100-300个AA残基组成。胰岛素激活图103胰岛素激活图103

第一个测定蛋白质一级结构的是胰岛素，由51个AA残基组成，由A、B两条肽链组成，A链是由21个AA残基组成的21肽链，B链是由30个AA残基组成的30肽，A、B链之间由两个二硫键连接起来，一个二硫键是A的第七位cys和B链的第七位cys，另一个是A19-B20两个cys的SH基形成的，除此之外，21肽的A链内的第6个与第11位的cys又形成一个链内二硫键，所以，胰岛素分子的一级结构有二个链间二S键和一个链内二硫键，共有三个二硫键。

104第一个测定蛋白质一级结构的是胰岛素，由51个AA残基二级结构：多肽链借助H键沿一维方向具有规则重复的构象。如

-螺旋,β-折叠。二、蛋白质的二级结构105二、蛋白质的二级结构105构型:

是指在立体异构体中取代原子或基因在空间的取向，一个C原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的空间排列，这两种不同的不同的空间排列称为不同的构型，如果没有共价链的破裂是不能互变的。D-构型，L-构型。1.构型、构象:106构型:1.构型、构象:106107107Conventionfromorganicchemistry108Conventionfromorganicchemis构象:

是指这些取代基团在空间的排布，可能形成的不同的立体结构，这种空间位置的改变，并不涉及共价链的破裂。109构象:109110110例如：乙烷如果两个CH3基的C-C单链完全可以自由旋转，将产生无数种分子构象，但交叉型的构象最稳定，它是乙烷分子存在的主要构象。111例如：乙烷111(R,R)isomer(S,S)isomer112(R,R)isomer(S,S)isomer112双键不能自由旋转113双键不能自由旋转1132.肽键平面

1142.肽键平面

114两个肽平面以一个Cα为中心发生旋转115两个肽平面以一个Cα为中心发生旋转115116116★多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成117★多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成117肽链中的肽平面118肽链中的肽平面118

在肽链的主链中,只有Ca-N,(φ)，Ca-C2(ψ)是单键，可以自由旋转，所以多肽链可以形成特定的构象。如φ,ψ取不同的角度就构成不同的构象，肽链的构象就用这两个构象角描述。119在肽链的主链中,只有Ca-N,(φ)，Ca-C2

实际上一个天然的蛋白质多肽链在一定条件下，只有一种式很少几种构象，而且相当稳定，这是因为主链上三分之一是肽链具双链性质不能旋转，此主连上还有侧链，其大小及带电情况不同。它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应，制约着大量的构象形成。120实际上一个天然的蛋白质多肽链在一定条件下，只

天然的蛋白质一般都含有

-螺旋、β-折叠、β-转角和自由卷曲等，其中最主要的是

-螺旋、β-折叠。3.二级结构121天然的蛋白质一般都含有-螺旋、β-折叠、β-

-螺旋结构。

122-螺旋结构。

122DamagedHumanHair123DamagedHumanHair123角蛋白keratin的结构特征124角蛋白keratin的结构特征124(1)a-螺旋结构的主要特征如下:a.肽链中的肽平面绕Ca相继旋转,二面角各自取同一数值，Φ=-57°、ψ=-48°,即形成具有周期性规则的构象。多肽链可以按右手方向式或左手方向盘绕形成右手螺旋式左手螺旋。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈;每圈间距0.5４nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升1.5nm，螺旋上升时，每个氨基酸残基沿轴旋转100°。125(1)a-螺旋结构的主要特征如下:a.肽链中的肽平α螺旋特性氢键取向与主轴基本平行右旋，3.6个氨基酸一个周期，螺距0.54nm第n个AA(NH)与第n-4个AA(CO)形成氢键，环内原子数13。126α螺旋特性氢键取向与主轴基本平行右旋，3.6个氨基酸一个周期肽平面的相叠形成α螺旋127肽平面的相叠形成α螺旋127

遇上pro就会中断或拐弯,a-亚基引起没有多余的H形成H键。

128

128b.螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧，链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴，每个氨基酸残基的N-H与前面第四个氨基酸残基的C=O形成H键，肽链上所有的肽键都参与了氢键的形成，因此a-螺旋相当稳定，螺旋体内氢链形成示意如下:129b.螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧，链中的全部C=130130131131c.天然蛋白质中绝大多数都是右手-

-螺旋，左手螺旋只在少数蛋白质中发现,例如嗜热菌蛋白酶中有一很短的左手

-螺旋，Asp-Asn-Gly-Gly组成。a-螺旋是二级结构的主要形式，其次a、β、折叠。132c.天然蛋白质中绝大多数都是右手--螺旋，左手螺旋只在133133Theproteinkeratinisthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.134TheproteinkeratinisthechiRNaseA135RNaseA135狮子捕获穿山甲无奈坚硬外壳无法入口136狮子捕获穿山甲无奈坚硬外壳无法入口136如图H键连接，锯齿状的片层结构。

(2)蛋白质的β折叠结构137(2)蛋白质的β折叠结构137138138(a)a-螺旋结构的肽链是卷曲的棒状结构，而β折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，整个肽链成一种折叠的形式。β折叠结构与a-螺旋结构相比有如下特点139(a)a-螺旋结构的肽链是卷曲的棒状结构，而β折叠结构的肽(b)β-折叠结构是肽链与肽链之间形成氢键，a-螺旋是链内形成氢链。140(b)β-折叠结构是肽链与肽链之间形成氢键，a-螺旋是链内形(c)β-折叠有两种类型，一为平行式，即肽链的所有N端都在同一端，另一类为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反，一条为N端，另一条为C端。

141(c)β-折叠有两种类型，一为平行式，即肽链的所有N端都在同β-转角也叫做β-回折,即肽链回折180°，使得AA残基的C=O与第四个AA残基的>N-H形成氢键。

(3)β-转角142β-转角也叫做β-回折,即肽链回折180°，使得AA残基的(4)无规则卷曲(randomcoil)没有确定性的肽链构象，但仍是紧密有序的稳定结构，通过主链间及主链与侧链间氢键维持其构象。分两类：143(4)无规则卷曲(randomcoil)没有确定性的肽链(1)紧密环(compactloop)：肽链主体结构卷曲成一端开放的环状象希腊字母Ω，又称Ω环；肽链由6-16个残基组成；Gly、Pro、Asn、Asp、Ser和Tyr较常见。由于亲水性氨基酸残基较多，故常位于蛋白质分子表面；残基侧链可堆积在环内通过疏水作用或氢键等形成紧密的结构；可能与蛋白质的识别功能有关。144(1)紧密环(compactloop)：肽链主体结构卷曲成(2)连接条带(connectionstraps):各种连接条带的长度、走向不规则，在蛋白质肽链的卷曲、折叠过程中具有明确的结构作用；连接条带主链C=O和NH间一般不形成氢键；常位于分子表面，残基常带电荷或具有极性，能与介质水形成氢键；功能：连接条带往往参与形成蛋白质的一些结合或酶的活性位点。145(2)连接条带(connectionstraps):各种(5)超二级结构:

二级结构组合体。

146(5)超二级结构:146147147角蛋白keratin的结构特征148角蛋白keratin的结构特征148149149150150151151152152153153154154Repeatedusageofapattern155Repeatedusageofapattern155156156157157158158159159160160161161丙酮酸激酶结构162丙酮酸激酶结构162Lysozyme163Lysozyme163磷酸丙糖异构酶结构164磷酸丙糖异构酶结构164结构域:

在二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠成相对独立，近似球形的组装体。165结构域:165166166167167抗体轻链的结构域168抗体轻链的结构域168StructuraldomainsinthepolypeptidetroponinC,(肌钙蛋白）twoseparatecalcium-bindingdomains169Structuraldomainsinthepoly

多肽链在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结构即为三级结构。

三、蛋白质的三级结构170多肽链在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象171171Hexokinase的结构172Hexokinase的结构1721.两个Cys残基的-SH经氧化作用而形成的二硫键维持蛋白质三级结构的作用力1731.两个Cys残基的-SH经氧化作用而形成的二硫键维持蛋白2.氢键:

是发生于多肽链中负电性很强的氮原子或氧子的孤对电子与N-H或O-H的氢原子间的相互吸引力。氢键虽是弱键，但在蛋白质分子中数量极大，在维多和促进蛋白质高级结构形成中起着极其重要的作用。1742.氢键:1743.范德华力:

一为引力，一为斥力，引力产生于极性基团之间和极性基团与非极性基团之间，这种作用力虽然很弱，但可以累加。两个极团之间距离太近，产生排斥力。范德华引力在维持蛋白质高级结构上具有一定的作用，特别是侧链基团与介质水分子之间的相互作用，有助于蛋白质高级结构的稳定。1753.范德华力:1754.疏水键:

由疏水基团之间的相互作用形成的疏水力。主要是介质水分子对疏水基因的排斥所形成。1764.疏水键:1765.离子键:

也称盐键。它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。1775.离子键:1776.酯键:AA残基的-OH与另-AA的COOH脱水形成酯键。1786.酯键:1787.配位键:

两个原子之间由单方面提供共用电子对形成的共价键称为配位键，Pr中含有的金属离子以配位键相连。1797.配位键:179由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成有特定三维结构的蛋白质构象叫做蛋白质的四级结构。四级结构是由具有一、二、三级结构的几个亚基或叫亚单位构成，亚基之间有的是相同的，有的是不相同的。

四、蛋白质的四级结构180由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成有特定三维结例如：

血红蛋白(hemoglobin),它是血液中红细胞的主要成分，具有运输O2和CO2的功能，由相同的两个a亚基和两个β亚基组成的四聚体，如果单独的a-链或单独的β链则没有运输O2或CO2的作用。181例如：181182182

这种由不同亚基构成的四级结构如血红蛋白称作不均一的四级结构，由相同亚基构成的四级结构叫做均一的四级结构，离子键也参与四级结构的形成。维系蛋白质的四级结构的亚基间的化学键主要是二硫键和疏水力，其次氢键，范德华引力。183这种由不同亚基构成的四级结构如血红蛋白称作不DNA和蛋白质的相互作用也是四级结构184DNA和蛋白质的相互作用也是四级结构184二氧化碳的运输185二氧化碳的运输185186186187187核磁共振确定蛋白质分子在溶液中的动态结构188核磁共振确定蛋白质分子在溶液中的动态结构188189189190190191191Hemoglobin的四级结构192Hemoglobin的四级结构192蛋白质结构的总结193蛋白质结构的总结193蛋白质几种不同的立体结构表示法194蛋白质几种不同的立体结构表示法194X-Ray衍射决定蛋白质空间构象195X-Ray衍射决定蛋白质空间构象195第三节蛋白质的性质Biochemistry196第三节蛋白质的性质Biochemistry196一蛋白质的胶体性质

由于蛋白质分子量很大,蛋白质在水溶液中形成直径1-100nm的颗粒，本身又具有电荷,因而具有胶体溶液的特征。如布朗运动以及不能透过半透膜等性质，常常可利用超滤和透析等方法去掉小分子物质以达到纯化蛋白质的作用。197一蛋白质的胶体性质由于蛋白质分子量很大,蛋

稳定蛋白质水溶液的因素：（1）水膜：AA极性基团,如NH3+、COO-、OH、SH、CONH等易吸附水分子，在蛋白质颗粒外面形成一层水化层。（2）电荷：在非等电状态时，蛋白质带同种电荷相互排斥。

蛋白质的胶体性质198稳定蛋白质水溶液的因素：蛋白质的胶体性质198----------++++++++++H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O蛋白质蛋白质的胶体结构199----------++++++++++H2OH2OH2OH

可溶性蛋白质表面分布着大量极性AA，对水有很高的亲和力，通过水合作用在蛋白质颗粒外面形成一层水化层，1g蛋白可结合0.3-0.5g水，同时这些颗粒带有电荷，因而蛋白质溶液是相当稳定的胶体。200可溶性蛋白质表面分布着大量极性AA，对水有二、蛋白质的酸碱性质蛋白质分子由氨基酸组成，在蛋白质分子中保留着N-末端，C-末端以及侧链上的各种功能团。因此，蛋白质化学和物理化学性质有些是与氨基酸相同的，例如:侧链上功能团的化学反应，分子的两性电解质等。

201二、蛋白质的酸碱性质201

蛋白质也是一类两性电解质，能和酸or碱起反应，在蛋白质内，可解离基团主要来自侧链上的功能团:-NH+3，-COO-,-OH,-SH,-COOH，-咪唑基，-胍基。202蛋白质也是一类两性电解质，能和酸or碱起反应

在一定pH条件下，蛋白质呈酸性or碱性，在酸性溶液中带正电，碱性溶液中带负电。当溶液在其一定pH值时，使特定的蛋白质分子所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既又向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点(pI)。203在一定pH条件下，蛋白质呈酸性or碱性，在

蛋白质的等电点和蛋白质所含氨基酸的种类和数目有关，主要是含酸性AA和碱性AA的比例有关。204蛋白质的等电点和蛋白质所含氨基酸的种类和数目

在电场中，蛋白质分子在高于pI时碱性溶液中，带负电、向正极移动，在低于pI时的酸性溶液中带正电，向负极移动，这种泳动现象称电泳。+-++-205在电场中，蛋白质分子在高于pI时碱性溶液中，带负

不同带电性质和不同大小、形状的蛋白质分子在电场中泳动方向和速度不同，因此可用电泳的方法分离、纯化和制备、鉴定蛋白质。206不同带电性质和不同大小、形状的蛋白质分子在电

同时在等电点时，蛋白质以两性离子形式存在，净电荷为零，很不稳定，不能与H2O分子结合，极易结合成较大的聚集体而沉淀析出，因此常用蛋白质等电点时溶解度最小的性质来分离和纯化蛋白质。207同时在等电点时，蛋白质以两性离子形式存在，净

如果加入适当的试剂使蛋白质使去水化层or处于等电点状态，蛋白质的胶体溶液不再稳定，并产生聚集沉淀。这是分离纯化蛋白质最常用的方法。

三、蛋白质沉淀反应

208如果加入适当的试剂使蛋白质使去水化层or处于等电点1.盐析法:

向蛋白质溶液中加入大量的中性盐，使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。盐析沉淀一般不引起蛋白质的变性。半饱和的硫酸铵沉淀球蛋白、饱和的硫酸铵沉淀清蛋白。沉淀蛋白质的方法有以下几种:209沉淀蛋白质的方法有以下几种:209溶解度盐浓度盐溶盐析210溶解度盐浓度盐溶盐析210----------++++++++++H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O蛋白质蛋白质的胶体结构211----------++++++++++H2OH2OH2OH2.有机溶剂沉淀法：

向蛋白质溶液中加入一定量有机溶剂，引起蛋白质脱去水化层，使之沉淀，如果蛋白质溶液的pH值在等电点，加入这类试剂更易引起沉淀。2122.有机溶剂沉淀法：212----------++++++++++H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O蛋白质蛋白质的胶体结构213----------++++++++++H2OH2OH2OH3.重金属盐沉淀法：当溶液pH大于等电点时蛋白质颗粒带负电荷，这样它就容易与重金属离子(Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag+等)结成不溶性盐而沉淀。误服重金属盐的病人可口服大量牛奶、豆浆等蛋白质进行解救就是因为它能和重金属离子形成不溶性盐(劳动保护牛奶解释)。

2143.重金属盐沉淀法：2144.生物碱试剂沉淀法:

蛋白质在酸性溶液中带正电，能与生物碱试剂，如苦味酸、单宁酸或三氯乙酸等作用而析出沉淀。2154.生物碱试剂沉淀法:2155.加热变性沉淀法：几乎所有的蛋白质都因加热变性而凝固。少量盐类促进蛋白质凝固，当蛋白质处于等电点时，加热凝固最完全和最迅速，大豆蛋白质的浓溶液加热并点入少量盐卤(MgCl2)，制取豆腐，这是成功地应用加热变性沉淀蛋白质的一个例子。2165.加热变性沉淀法：2166.等电点pH溶解度pI2176.等电点pH溶解度pI217

蛋白质分子在受到外界一些物理因素如热、高压、紫外线照射或化学因素如有机溶剂：脲、酸、碱等的影响时，分子构象发生变化，溶解度降低，生物活性丧失，一些物理、化学性质改变，这些变化都不涉及到一级结构的改变，即肽链的共价键并未断裂、二硫键也不断裂，蛋白质分子的这一类变化，统称为蛋白质的变性作用（Denaturation）。

四、蛋白质的变性218四、蛋白质的变性218复性：如果引起变性的因素比较温和，蛋白质构象仅仅是有些松散时，当除去变性因素后，蛋白质可缓慢地重新自发折叠恢复原来的构象，叫复性。例：血红蛋白酸变性加碱中和恢复2/3

水扬酸钠除去全部恢复胃蛋白酶pH8.5pH5.4(24-48hr)恢复219复性：219

在蛋白质的分析工作中，常常利用某些氨基酸或某些特殊结构与某些试剂产生颜色反应来进行定性和定量测定。五、蛋白质的呈色反应220五、蛋白质的呈色反应2201.双缩脲反应双缩脲是两分子脲加热放出一分子NH3而得的产物。碱性溶液中能与CuSO4反应,产生红紫色络合物。蛋白质中含有许多与双缩脲相似的肽键。用于蛋白质和肽的定性定量。2211.双缩脲反应221米隆反应:

蛋白质分子的酪aa羟基与米隆试剂反应，产生红色化合物。米隆试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合物。最初产生的有色物质可能为羟苯的亚硝酸基的衍生物，经变位作用变成颜色更深的邻醌肟，最终与永盐作用形成稳定的红色化合物(结构还不了解)。222米隆反应:222

蛋白质的色氨酸，酪氨酸酚基能将福林试剂中的磷钼酸和磷钨酸还原成蓝色化合物(钼兰和钨兰的混合物)，这一反应常用来测定微量蛋白质。2.酚试剂反应:2232.酚试剂反应:2233.茚三酮反应(同AA反应)2243.茚三酮反应(同AA反应)224六、蛋白质分子量的测定

蛋白质分子量很大，它的分子量范围在6000到100万，或者更大一些，蛋白质的分子量大小过去不用单位。后来为了纪念原子学说的创始人JohnDalton,国际生化文献中多用dalton(道尔顿)一词作为分子量的单位。dalton是原子质量单位，即氢原子的质量，等于1.0000。

225六、蛋白质分子量的测定蛋白质分子量很大，它的分子

例：溶菌酶

MW14,30014,300dalton14.3kdalton14.3kd

226例：溶菌酶226(一)

沉降法:离心机227(一)

沉降法:离心机227228228

类似洗衣机脱水沉降常数:每单位离心力场中沉降速度s=v/(r×

2)v:沉降速度r×2：离心力(r：离心半径;:角速度)

每一种蛋白质在一定条件下均有一个s,大多数蛋白质的在1x10-13—200x10-13之间,书写不便。

229类似洗衣机脱水229

为了纪念超离心机法创始人瑞典蛋白质化学家T.Svedberg，国际上采用了所谓Svedberg单位作为沉降常数的单位:1Svedberg=10-13cm.sec-1dyne-1.g-1

那么蛋白质沉降常数

1-200Svedberg=1-200S例：牛血清白蛋白

4.4x10-13=4.4Svedberg=4.4S

其它的生物大分子也有其沉降常数。230