生物大分子2015/6/11生物大分子• 蛋白质 • 核酸 • 多糖 • 脂类和生物膜2015/6/12一、生物功能大分子——蛋白质• 普遍存在于生物界的蛋白质，是生物体的基本组成成分之一，也 是生物体中含量最丰富的生物大分子 • 占人体固成分的45%，而在细胞中可达细胞干重的70%以上• 蛋白质分布广泛，几乎所有的器官、组织都含有蛋白质一个真 核细胞可有成千上万种蛋白质2015/6/13蛋白质• 蛋白质概述 • 氨基酸 • 肽 • 蛋白质结构 • 蛋白质理化性质 • 蛋白质纯化2015/6/14一、生物功能大分子——蛋白质• 蛋臼质是生命活动的物质基础，没 有蛋白质就没有生命活动2015/6/15蛋白质的生理功能蛋白质是一切生命活动的体现者：蛋白质是一切生命活动的体现者：构成细胞和生物体的主要成分构成细胞和生物体的主要成分调节作用：酶，部分激素（如胰岛素、生长激素）调节作用：酶，部分激素（如胰岛素、生长激素）运输作用：如血红蛋白、载体、肌红蛋白（贮氧）运输作用：如血红蛋白、载体、肌红蛋白（贮氧）免疫作用：如抗体免疫作用：如抗体运动作用：如肌动蛋白、肌球蛋白运动作用：如肌动蛋白、肌球蛋白凝血：如纤维蛋白凝血：如纤维蛋白• 1.蛋白质蛋白质的化学组成和分子大小的化学组成和分子大小• 蛋白质主要是由蛋白质主要是由碳碳、、氢氢、、氧氧、、氮氮四种元素组成四种元素组成，，此外还有少量此外还有少量 的的硫硫以及其他一些矿质元素以及其他一些矿质元素，，主要包括磷主要包括磷、、铁铁、、铜铜、、碘碘、、锌锌、、 锰锰、、钼钼、、钴钴、、镁镁、、钙等钙等。
• 氮元素是蛋白质区别于糖类氮元素是蛋白质区别于糖类、、脂类的特征性元素脂类的特征性元素，，它在各不同它在各不同 蛋白质中的含量相对稳定蛋白质中的含量相对稳定，，平均为平均为1616% %左右左右• 生物样品中每存在生物样品中每存在1克氮元素可粗略认为含有克氮元素可粗略认为含有6.25克蛋白质克蛋白质测测 定生物样品中蛋白质含量的常用方法定生物样品中蛋白质含量的常用方法凯氏凯氏(Kjedahl)定氮定氮法就是以法就是以 此作为依据的此作为依据的该法首先通过浓硫酸的作用将有机态的氮转化该法首先通过浓硫酸的作用将有机态的氮转化 为无机态的氨为无机态的氨，，然后用标准浓度的盐酸滴定氨从而计算出氮的然后用标准浓度的盐酸滴定氨从而计算出氮的 含量含量，，利用公式：利用公式：• 粗蛋白含量粗蛋白含量% = 氮氮%××6.25• 蛋白质的分子大小蛋白质的分子大小 • 蛋白质是分子量很大的生物分子，且不同的蛋白质分子蛋白质是分子量很大的生物分子，且不同的蛋白质分子 量相差悬殊，从大约量相差悬殊，从大约6,0006,000到到1,000,0001,000,000道尔顿道尔顿(Da)或更大 而分子量小于而分子量小于6,0006,000的人们一般称之为肽。
的人们一般称之为肽• 蛋白质的分类蛋白质的分类 • 依据分子形状分依据分子形状分• 球状蛋白质球状蛋白质:分子对称性好，外形接近于球状或椭球状，分子对称性好，外形接近于球状或椭球状， 如血液中的血红蛋白，外形接近球状，分子直径为如血液中的血红蛋白，外形接近球状，分子直径为5.5nm 球状蛋白质的特点是溶解度较好，能结晶，大多数蛋白球状蛋白质的特点是溶解度较好，能结晶，大多数蛋白 质属于这一类质属于这一类• 纤维状蛋白质纤维状蛋白质: :分子对称性差分子对称性差，，外形类似细棒或纤维状外形类似细棒或纤维状，， 如血液中的血纤维蛋白原如血液中的血纤维蛋白原，，外形如同细长的纺锤体外形如同细长的纺锤体，，分分 子的截面直径为子的截面直径为3.8nm，，而长度达而长度达70 nm，，表现出高度的表现出高度的 不对称性不对称性纤维状蛋白质有的能溶于水纤维状蛋白质有的能溶于水，，如肌球蛋白如肌球蛋白、、 血纤维蛋白原等血纤维蛋白原等，，而大多数不溶于水而大多数不溶于水，，包括胶原蛋白包括胶原蛋白、、 弹性蛋白弹性蛋白、、角蛋白角蛋白、、丝心蛋白等丝心蛋白等，，它们在生物体内的功它们在生物体内的功 能往往是起保护作用能往往是起保护作用。
• 依据分子的化学组成和溶解性分依据分子的化学组成和溶解性分 •单纯蛋白质单纯蛋白质: :是完全由氨基酸组成的是完全由氨基酸组成的 •结合蛋白质结合蛋白质: :是由氨基酸组成的蛋白质部分和是由氨基酸组成的蛋白质部分和 由辅基组成的非蛋白部分共同组成的由辅基组成的非蛋白部分共同组成的 • 依据生物功能分类依据生物功能分类 •活性蛋白质活性蛋白质: 酶酶、、激素激素、、运输蛋白运输蛋白、、受体蛋白受体蛋白、、 膜蛋白等等膜蛋白等等 •非活性蛋白质非活性蛋白质: 在生物体内起保护或支持作用在生物体内起保护或支持作用，， 如角蛋白如角蛋白、、胶原蛋白胶原蛋白、、弹性蛋白弹性蛋白、、丝心蛋白丝心蛋白 等等等等蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能作为新陈代谢的催化剂作为新陈代谢的催化剂——酶酶 H2O2 运输蛋白运输蛋白 : 血红蛋白血红蛋白，，膜内的多种转运蛋白膜内的多种转运蛋白 贮藏蛋白贮藏蛋白 : 肌红蛋白肌红蛋白，，铁蛋白铁蛋白 一些蛋白质参加免疫反应一些蛋白质参加免疫反应 : 免疫球蛋白免疫球蛋白，，凝血酶凝血酶, 光受体蛋白光受体蛋白，，胆碱酯酶胆碱酯酶 起调控作用的蛋白质起调控作用的蛋白质: 阻遏蛋白阻遏蛋白，，组蛋白组蛋白，， 鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白 结构蛋白结构蛋白: 胶元蛋白胶元蛋白，，弹性蛋白弹性蛋白2. 氨基酸• 蛋白质的分子组成有其规律性，即由基本单位连接而成，氨基 酸是组成蛋白质的基本单位。
• 蛋白质分子→多肽→寡肽→二肽→氨基酸 • 受酸、碱或蛋白酶作用而水解产主游离氨基酸 • 存在于自然界中的氨基酸有300 余种，但组成人体蛋白质的氨 基酸仅有20种.2015/6/1122. 氨基酸•在结构通式中，除了 R 基不同外，所有α- 氨基酸都是相同的 •氨基酸表现出旋光异 构现象，具有L-型和 D型两种光学异构体2015/6/1132. 氨基酸（常见氨基酸）• 蛋白质中20 种常见氨基酸的区别在于侧链R 基团不同，氨基酸 的分类也就是根据R 基团的结构或性质来进行的 • 分为酸性、中性和碱性 • 酸性氨基酸： 谷氨酸和天冬氨酸 • 碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸和组氨酸• 中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、 脯氨酸、色氨酸、谷氨酰胺2015/6/1142015/6/1152015/6/116人体必需氨基酸• 赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨 酸、缬氨酸 • 婴儿：组氨酸、精氨酸2015/6/1172. 氨基酸•理化性质： •两性解离及等电点：氨基酸都含有碱性的 a-氨基和酸性的a-羧基 。
•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，成为就性离 子，呈电中性，此时溶液的pH 称为该氨基 酸的等电点(pJ)2015/6/1192. 氨基酸•紫外吸收性质 ： •根据氨基酸的吸收光谱，含有共辄双键的色 氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280 nm 波长附 近 •茚三酮反应 ： •氨基酸与茚三酮水合物共加热，茚三酮水合 物被还原，其还原物可与氨基酸加热分解产 生的氨结合.再与另一分子茚三酮缩合成为蓝 紫色的化合物，此化合物最大吸收峰在570 nm 波长处2015/6/1203.肽•早在1890~ 1910 年间，德国化学家E. Fischer 就 已充分证明蛋白质中的氨基酸可相互结合成多 肽链 •一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基缩合 失去一分子水，形成酰胺键，这种氨基酸之间 连接的酰胺键又称为肽键，一般由三个或三个 以上的氨基酸残基组成的肽称为多肽2015/6/1214.蛋白质的分子结构• 蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子人体 内具有生理功能的蛋白质都是有序结构 • 每种蛋白质都有其一定的氨基酸组成及氨基酸排列顺序，以及肽 链空间的特定排布位置。
因此由氨基酸排列顺序及肽链的空间排 布等构成的蛋白质分子结构，才真正体现了蛋白质的个性，这也 是每种蛋白质具有独特生理功能的结构基础2015/6/1224.蛋白质的分子结构• 1952 年丹麦科学家Linder-strom-Lang建议将蛋白质复杂的分子结 构分成4 个层次，即一级结构、二级结构、三级结构、四级结构. 后三者统称为高级结构或空间构象• 它们是蛋白质特有性质和功能的结构基础但并非所有的蛋白质 都有四级结构， 由一条肽链形成的蛋白质只有一级结构、二级结 构和二三级结构，由两条或两条以上多肽链形成的蛋白质才可能 有四级结构2015/6/123蛋白质的一级结构• 蛋白质是由许多氨基酸按一 定的排列顺序通过肽键相连 而成的多肽链蛋白质的肽 链结构成为蛋白质的化学结 构，它包括氨基酸组成、肽 链数目、末端组成、氨基酸 排列顺序和二硫键位置等2015/6/124蛋白质的一级结构是最基蛋白质的一级结构是最基 本的，它包含着决定蛋白本的，它包含着决定蛋白 质的高级结构的关键性因质的高级结构的关键性因 素蛋白质的二级结构• 蛋白质的二级结构是指多肽 链主链骨架中的若干肽段， 各自沿着某个轴盘旋或折叠， 并以氢键维系，从而形成有 规则的构象。
并不涉及氨基 酸残基侧链的构象2015/6/125蛋白质的二级结构主要包蛋白质的二级结构主要包 括括α α- -螺旋、螺旋、ß ß- -折叠、折叠、ß ß- -转转 角和无规卷曲角和无规卷曲α-螺旋的螺距（pitch） 5.4A，螺旋每绕一圈 （360）为3.8个氨基酸 残基，每个重复单位沿 螺旋轴上升1.5Aβ-折叠是一种肽链相对伸 展的结构在这种结构模 型中，肽链按层排列，在 相邻的肽链之间形成氢键， 得以巩固这种结构在天 然蛋白质变性时，往往就 包含α-螺旋向β-折叠的转 变2015/6/128蛋白质的三级结构• 蛋白质的三级结构是指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位置• 蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键一一疏水作用、离 子键( 盐键)、氢键和范德华力等• 对于仅由一条多肽链组成的蛋白质来说，三级结构是其最高的 结构层次，形成三级结构以后这类蛋白质就具有了生物活性2015/6/129肌红蛋白• 由153 个氨基酸残基构成的单个肽 链的蛋白质，含有1 个血红素辅基 肌红蛋白分子中α-螺旋占7 5% ，构 成8 个螺旋区，两个螺旋区之间有 一段无规卷曲，脯氨酸位于转角处。
由于侧链R 基团的相互作用，多肽 链缠绕，形成一个球状分子，球表 面主要有亲水侧链，疏水侧链则位 于分子内部2015/6/130蛋白质的四级结构• 对蛋白质分子的二级结构、三级结构而言，只涉及由一条多肽链 卷曲而成的蛋白质• 在体内有许多蛋白质的分子含有两条或多条多肽链，才能全面地 执行功能每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基• 亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接， 这种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，称为蛋白质的四级结构2015/6/131维持四级结构的主要力靠疏水键四级结构中的聚合维持四级结构的主要力靠疏水键四级结构中的聚合 物，大致可分为不对称性的聚合物和对称性的聚合物物，大致可分为不对称性的聚合物和对称性的聚合物 构成四级结构的原体可排列成二聚体、三聚体、四聚体、构成四级结构的原体可排列成二聚体、三聚体、四聚体、 五聚体，最多可聚合成六十聚体等五聚体，最多可聚合成六十聚体等蛋白质一级结构与空间结构的关系• Anfinsen 在研究核糖核酸酶时已发现，蛋白质的功能与其三级 结构密切相关，而特定的三级结构是以氨基酸顺序为基础的， 并提出“蛋白质一级结构决定高级结构“的著名论断。