第五章蛋白质化学共页课件

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1、第五章 蛋白质蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的多的组分，占人体干重的45%45%，占细菌干重的，占细菌干重的505070%70% 。1 概述一. 蛋白质的生物学意义是一切生物体中普遍存在的生物大分子，是是一切生物体中普遍存在的生物大分子，是生物生物功能的主要载体功能的主要载体。生物遗传形状（存在于信息大。生物遗传形状（存在于信息大分子分子DNADNA中）是通过蛋白质来表现的。中）是通过蛋白质来表现的。 酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白等酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白等 蛋

2、白质种类繁多、各具一定的相对分子量（蛋白质种类繁多、各具一定的相对分子量（一般一般在一万到一百万，甚至高达数百万）在一万到一百万，甚至高达数百万）、复杂的分、复杂的分子结构和特定的生物功能。子结构和特定的生物功能。二、蛋白质的生物学功能1.1.作为生物催化剂：作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。酶几乎都是蛋白质。2.2.调节代谢反应：调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。生长素。3.3.运输载体：运输载体：如红细胞中运输如红细胞中运输O O2 2、COCO2 2要靠要靠Hb(Hemoglobi

3、nHb(Hemoglobin血红蛋白血红蛋白) )、运输脂类物质的是载脂、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.4.参与机体的运动：参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。5.5.参与机体的防御：参与机体的防御： 机体抵抗外来侵害的防御机能，靠机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.6.接受传递信息：接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中

4、的视如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。觉蛋白。7.7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.8.其它：其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。 所以，我们不难理解，为什么说所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。没有蛋白质就没有生命。三、蛋白质的分类1.1.根据分子形状分：根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状

5、蛋白质球状蛋白质、纤维状蛋白质2.2.根据功能分：根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。活性蛋白质、结构蛋白质。3.3.根据组成分：根据组成分：（1 1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2 2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。四. 蛋白质的水解完全水解完全水解：用浓酸、碱将蛋白质完全水解为氨基酸氨基酸。 酸水解：无消旋作用，产物为L-氨基酸。氨基酸。 碱水解：多数氨基酸氨基酸被破坏，有

6、消旋现象。部分水解：部分水解： 一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸肽段和氨基酸。蛋白酶：(内切酶、内肽酶）胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。1.1.酸水解酸水解 条件条件：5 51010倍的倍的20%20%的盐酸煮沸回流的盐酸煮沸回流16162424小时，小时，或加压于或加压于120120水解水解2 2小时。小时。 优点优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。氨基酸，产物单一，无消旋现象。 缺点缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质

7、，水解液呈黑色。黑质，水解液呈黑色。2. 2. 碱水解碱水解条件条件：4mol/L Ba(OH)4mol/L Ba(OH)2 2或或6mol/L NaOH6mol/L NaOH煮沸煮沸6 6小时。小时。优点优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3. 3. 蛋白酶水解蛋白酶水解条件条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37374040， pHpH值值5 58 8 。优点优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。：氨基酸不被

8、破坏，不发生消旋现象。缺点缺点：水解不完全，中间产物多。：水解不完全，中间产物多。 蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。用于制备蛋白质水解产物。一. 蛋白质的元素组成 蛋白质是有机化合物，离不开蛋白质是有机化合物，离不开C C、H H、O O三种元素，还含有三种元素，还含有N N、P P、S S、金属元素等、金属元素等。 含量含量% % ： 505055 655 67 207 2023 1523 1517 0.317 0.33 3 微量或无微量或无 元素组成元素组成 ： C H O C H O N N S S 其它

9、其它 蛋白质中蛋白质中N N是特征元素，且含量恒定，为是特征元素，且含量恒定，为16%16%左右左右 ，即，即1616克克氮氮/100/100克蛋白质，故可以用克蛋白质，故可以用定氮法定氮法测量蛋白质含量测量蛋白质含量，即：每，即：每100100克蛋白质含氮克蛋白质含氮1616克，克，100/16=6.25100/16=6.25克蛋白质含克蛋白质含氮氮1 1克。所以，克。所以，每克样品含氮量每克样品含氮量6.25100=1006.25100=100克样品蛋白质含量（克克样品蛋白质含量（克% %）。 有些蛋白质含有有些蛋白质含有其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、Zn

10、Zn、CoCo、MoMo、I I 等。等。 2 蛋白质的基本结构氨基酸二、蛋白质分子的基本组成单位氨基酸（一）氨基酸的结构通式：（一）氨基酸的结构通式：不同氨基酸在于R不同，除了R为H的甘氨酸外，其他氨基酸a碳原子都有手性，具旋光异构，存在D和L型 ，构成天然蛋白质的氨基酸均为L型蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基

11、酸的衍生物。如如4-羟脯氨酸、羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨生物体内呈游离或结合态的氨基酸。基酸。生物体内常见氨基酸的分类生物体内常见氨基酸的分类（二）氨基酸的结构与分类（二）氨基酸的结构与分类二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族A A （中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环(His

12、(His、Pro)Pro)据据R基团基团极性分类极性分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA（种）（种）不带电荷不带电荷（种）（种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)二氨基一羧基二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis带电荷带电荷：正电荷（种）负电荷（种）：正电荷（种）负电荷（种）1 1、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：、按氨基酸

13、分子中羧基与氨基的数目分： （1 1）酸性氨基酸酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酸、（2 2）碱性氨基酸碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸：二氨基一羧基氨基酸 ，有：赖氨酸、，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸（3 3）中性氨基酸中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨

14、酸。丝氨酸、苏氨酸。酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）杂杂 环环氨基酸氨基酸2 2、按侧基、按侧基R R基的结构特点分：基的结构特点分： （1 1）脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸（2 2）芳香族氨基酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3 3）杂环氨基酸杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸：脯氨酸、组氨酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）芳香族氨基酸苯

15、丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trp,W）甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）缬氨酸缬氨酸 （Val,V）亮氨酸亮氨酸 （Leu,L）异亮氨酸异亮氨酸 （Ile,I）中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）3 3、按侧基、按侧基R R基与水的关系分：基与水的关系分： （1 1）非极性氨基酸非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半

16、胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。氨酸、脯氨酸。（2 2）极性不带电氨基酸极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。苏氨酸。（3 3）极性带电氨基酸极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。酸、组氨酸。4 4、按氨基酸是否能在人体内合成分：、按氨基酸是否能在人体内合成分： （1 1）必需氨基酸必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、有八种：赖氨

17、酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2 2）非必需氨基酸非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3 3）半必需氨基酸半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、组氨酸、精氨酸。精氨酸。 二十种氨基酸的名称和结构如图所示二十种氨基酸的名称和结构如图所示: :注：二十种氨基酸的结构特点注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨

18、酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、半胱氨酸（含巯基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖氨酸赖氨酸（三）蛋白质中不常见的氨基酸（三）蛋白

19、质中不常见的氨基酸羟羟- -脯氨酸、羟脯氨酸、羟- -赖氨酸、赖氨酸、r-r-羧基谷氨酸、羧基谷氨酸、6-6-氮氮- -甲基赖氨酸甲基赖氨酸（四）非蛋白氨基酸（四）非蛋白氨基酸 鸟鸟氨氨酸酸、胍胍氨氨酸酸、高高半半胱胱氨氨酸酸、高高丝丝氨氨酸酸、-丙丙氨氨酸酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等三.氨基酸的理化性质（一）物理性质1.1.形态：形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2.2.溶解性溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.3.熔点：熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。 4.4.旋光性：旋光性

20、：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.5.光吸收：光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基酸(PheThyTrp)有光的吸收。（二）化学性质（二）化学性质1.1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸的两性电离及等电点： 氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H H+ +，又含有羧基，可电离，又含有羧基，可电离出出H H+ +，所以氨基酸具有，所以氨基酸具有酸碱两性性质酸碱两性性质。通常情况下，氨基。通常情况下，氨基酸以酸以两性离子的形式两性离子的形式存在，如下图所示：存在，如下图所示： 从从上上图图可可知知：氨氨基基酸酸在在酸酸性性环环境境中中，主主要要以以阳阳离离子子的

21、的形形式式存存在在，在在碱碱性性环环境境中中，主主要要以以阴阴离离子子的的形形式式存存在在。在在某某一一pHpH环环境境下下，以以两两性性离离子子（兼兼性性离离子子）的的形形式式存存在在。该该pHpH称称为为该该氨氨基基酸酸的的等等电电点点。所所以以氨氨基基酸酸的的等等电电点点可可以以定定义义为为：氨氨基基酸所带正负电荷相等时的溶液酸所带正负电荷相等时的溶液pHpH。2.2.由由-氨基参加的反应：氨基参加的反应： (1) (1) 与亚硝酸反应：与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气测定

22、生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。质的水解程度。（2 2）桑格反应）桑格反应与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反应的反应NO2FO2N+ H2NCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱碱性DNP-氨基酸（黄色）（3 3）埃德曼反应）埃德曼反应与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITCPITC）的反应）的反应N=C=S + NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HFEdman Edman （苯异硫

23、氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种际上也是一种N-N-端分析法。此法的特点是能够不端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链断重复循环，将肽链N-N-端氨基酸残基逐一进行标端氨基酸残基逐一进行标记和解离。记和解离。重复测定多肽链重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序多肽顺序自动分析仪自动分析仪” 3.-3.-3.-3.-氨基与氨基与氨基与氨基与-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应(1)(1)(1)(1)与茚三酮的反应与茚三酮的反应与茚三酮的反应与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨

24、酸外，可与其它：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。物。物。物。 (2)(2)(2)(2)成肽反应：成肽反应：成肽反应：成肽反应：3 蛋白质的结构蛋白质的结构具有多种结构层次，包括蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构一级结构和和空间结构空间结构，空间结构又称为构象。蛋白质的构象：指蛋白质特有的空间结空间结构又称为构象。蛋白质的构象

25、：指蛋白质特有的空间结构空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三构空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构（蛋白质的一级结构（Primary structurePrimary structure）又称为）又称为共价共价结构结构或或化学结构化学结构。它是指。它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。 （一）肽键与肽链（一）肽键与肽链1.1.肽键：肽键：一个

26、氨基酸的一个氨基酸的-COOH -COOH 和相邻的另一个氨基酸的和相邻的另一个氨基酸的 -NH-NH2 2脱水形成共价键。如下图：脱水形成共价键。如下图：肽键和肽的结构肽键和肽的结构2. 2. 氨基酸借肽键连接起来叫氨基酸借肽键连接起来叫肽肽，肽是一大类物质，肽是一大类物质，即：，即： 1 1）两个氨基酸组成的肽叫）两个氨基酸组成的肽叫二肽二肽；2 2）三个氨基酸组成的肽叫）三个氨基酸组成的肽叫三肽三肽；3 3）多个氨基酸组成的肽叫）多个氨基酸组成的肽叫多肽多肽；4 4）氨基酸借肽键连成长链，称为）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链肽链，肽链两端有，肽链两端有 自由自由-NH-NH2 2和和-C

27、OOH-COOH，自由，自由-NH-NH2 2端称为端称为N-N-末端末端（氨基末端），（氨基末端）， 自由自由-COOH-COOH端称为端称为C-C-末端末端（羧基末端）；（羧基末端）；5 5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基氨基酸残基；6 6）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH-NH2 2端开始，由端开始，由N N指指 向向C C，即，即多肽链有方向性多肽链有方向性，N N端为头，端为头，C C端为尾。端为尾。（二）天然活性肽（二）天然活性肽自然界中有自由存在的活性肽，主要有：自然界中有自由存在的活性肽，主要有：

28、1. 1. 谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）：三肽（：三肽（Glu-Cys-GlyGlu-Cys-Gly），广泛存在于），广泛存在于生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。免遭氧化，使其处于活性状态。 2.2.促甲状腺素释放激素：促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可促进甲状腺素的释放。氨酸），可促进甲状腺素的释放。 3.3.短杆菌素短杆菌素S S：环十肽，含有环十肽，含

29、有D-D-苯丙氨酸、鸟氨酸，苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。 4.4.青霉素：青霉素：含有含有DD半胱氨酸和半胱氨酸和DD缬氨酸的二肽衍生缬氨酸的二肽衍生物物 。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。 5.5.牛催产素与加压素：牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有一对二硫键，均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第九位为两者结构类似。前者第九位为GlyGly或或LysLys或或PhePhe，后者为，后者为ArgArg。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小

30、动脉收缩，前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。 牛催产素牛催产素 : S SS S CysTyrIleGlnAsnCysProLeCysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly-NHuGly-NH2 2牛加压素牛加压素 :7.7.脑啡肽：脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。为五肽，具有镇痛作用。 S SS S CysTyrPheGlnAsnCysProACysTyrPheGlnAsnCysProAryGly-NHryGly-NH2 26.舒缓激肽：舒缓激肽：促进血管舒张，促进

31、水、钠离子的排出。促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。（三）蛋白质的一级结构研究（三）蛋白质的一级结构研究 一级结构的研究包括：一级结构的研究包括：蛋白质的氨基酸组成测定，肽链蛋白质的氨基酸组成测定，肽链数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下：二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下： 1.1.获取一定量纯的蛋白质样品，获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，然后将样品测其分子量，然后将样品完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、

32、数目及每种氨基酸的含量。酸的含量。2.2.进行末端测定，进行末端测定，确定该蛋白质的肽链数目，确定该蛋白质的肽链数目，N-N-端和端和C-C-端端是什么氨基酸。是什么氨基酸。 N-N-末端测定法：末端测定法：常采用常采用2 2，44二硝基氟苯法、二硝基氟苯法、EdmanEdman降解降解法、丹磺酰氯法。法、丹磺酰氯法。 C-C-末端测定法：末端测定法：常采用羧肽酶法。常采用羧肽酶法。3.3.肽链的拆分肽链的拆分: :经末端的分析，若该蛋白质含有两条以经末端的分析，若该蛋白质含有两条以上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋白质变性剂将其变

33、性后分开；若蛋白质肽链之间通过共白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将其分开。其分开。4.4.各肽链中氨基酸排列顺序的测定各肽链中氨基酸排列顺序的测定: :使用两种以上的方使用两种以上的方法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。5.5.确定二硫键和酰胺的位置确定二硫键和酰胺的位置 二、蛋白质的二级结构 （一）构型与构象（一）构型与构象 构型：构型：

34、指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。如单糖的原子或基团的空间排布方式。如单糖的-、-构型，构型，氨基酸的氨基酸的D-D-、L-L-构型。当从一种构型转换成另一种构构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。 构象：构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。象不涉及共价键的形成或破坏。维持蛋白质二级结构

35、的作用力主要是氢键。维持蛋白质二级结构的作用力主要是氢键。蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架沿一维方向所形成的规则的周期性结构，如-螺旋结构、-折叠结构等。(1) -螺旋结构（螺旋结构（-Helix ）(2) -折叠结构（折叠结构（-sheet ）(3) -转角（转角（ - turn ）(4) 无规卷曲无规卷曲 (random coil)多肽链的二级结构主要有以下几种方式多肽链的二级结构主要有以下几种方式 螺旋螺旋有左右手之分有左右手之分（1 1）-螺旋结构螺旋结构特点特点 1) 1) 主链绕中心轴按右主链绕中心轴按右手螺旋方向盘旋，侧链伸手螺旋方向盘旋，侧链伸向螺旋外侧。每向螺旋外侧。每3

36、.6 3.6 个氨个氨基酸残基前进一圈，每圈基酸残基前进一圈，每圈前进距离是前进距离是0.54nm(0.54nm(螺距），螺距），每个氨基酸残基占每个氨基酸残基占0.15nm0.15nm。 2) 2) 每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的亚氨基与它前面第四个氨亚氨基与它前面第四个氨基酸残基的羰基氧原子形基酸残基的羰基氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近成氢键，氢键与螺旋轴近似平行。似平行。 -螺旋在许多蛋白中存在，如螺旋在许多蛋白中存在，如-角蛋白、血红蛋白、肌角蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等，主要由红蛋白等，主要由-螺旋结构组成。螺旋结构组成。 螺旋的结构通常用螺旋的结构通常用“S SN N”来表示，来表

37、示，S S表示螺旋每旋转一圈所表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，含的残基数，N N表示形成氢键的表示形成氢键的C=OC=O与与H-NH-N原子之间在主链上包原子之间在主链上包含的原子数。含的原子数。 （2 2）、）、-折叠结构折叠结构(-(-片层结构片层结构) -折叠折叠(-pleated sheets)(-pleated sheets)又称又称-片层、片层、-结结构，其结构要点如下：构，其结构要点如下：多肽链呈多肽链呈锯齿状锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的结构；（或扇面状）排列成比较伸展的结构；相邻两个氨基酸残基的轴心距离为相邻两个氨基酸残基的轴心距离为0.35nm0.35nm，侧链，侧链R

38、 R基团交基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有替地分布在片层平面的上下方，片层间有氢键氢键相连；相连；有有平行式平行式和和反平行式反平行式两种，平行式的折叠其两种，平行式的折叠其=-119=-119。，=+113=+113。反平行折叠其。反平行折叠其=-139=-139。，=+135=+135。 这种片层在丝心蛋白里大量存在。这种片层在丝心蛋白里大量存在。（3 3）、）、-转角转角蛋白质分子的主链在盘蛋白质分子的主链在盘曲折叠运行中，往往发曲折叠运行中，往往发生生180180度的急转弯，这种度的急转弯，这种回折部位的构象，即所回折部位的构象，即所谓的谓的-转角。转角。 - -转角是由转角

39、是由4 4个连续的个连续的氨基酸残基组成的，第氨基酸残基组成的，第一个氨基酸残基的羰基一个氨基酸残基的羰基氧原子与第四个氨基酸氧原子与第四个氨基酸残基的亚氨基连接来稳残基的亚氨基连接来稳定构象。定构象。螺旋螺旋折叠片折叠片转角转角无规卷曲无规卷曲（4）、）、无规卷无规卷曲曲 它是多肽主链不规则、多向性随机盘曲所形成的构象。球蛋白分子中常见的一种主链构象。(1)(1)、球状蛋白质分子的三级结构、球状蛋白质分子的三级结构 球状蛋白质分子的球状蛋白质分子的二级结构不是活性分子的结构形式二级结构不是活性分子的结构形式，需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成三级结构三级

40、结构。 蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结构蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结构的基础上，借助于各种非共价键在的基础上，借助于各种非共价键在三维空间三维空间盘曲、折叠成盘曲、折叠成具有特定走向的紧密、近似球状的构象。具有特定走向的紧密、近似球状的构象。 蛋白质分子的三级结构蛋白质分子的三级结构包括全部主链、侧链在内的所有包括全部主链、侧链在内的所有原子的空间排部原子的空间排部，但不包括肽链间的相互关系，但不包括肽链间的相互关系 球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质与球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质与环境的相互作用降到最小，最稳定。环境的相互作用降

41、到最小，最稳定。三、蛋白质的三级结构3. 3. 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构u一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构u作用力作用力来自侧链基团来自侧链基团 球状蛋白质分子三级结构的构象特征球状蛋白质分子三级结构的构象特征u (1) (1)三级结构的构象近似球形。三级结构的构象近似球形。u (2) (2)分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。u (3) (3)三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相互作

42、用来维系互作用来维系。u (4) (4)三级结构形成后，蛋白质分子的生物活三级结构形成后，蛋白质分子的生物活性中心就形成了。在球形分子的表面往往有一性中心就形成了。在球形分子的表面往往有一个很深的裂隙，活性部位就在其中。个很深的裂隙，活性部位就在其中。三级结构的典型例子是三级结构的典型例子是肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构维系蛋白质空间结构的化学键维系蛋白质空间结构的化学键1.1.氢键氢键(hydrogen bond)(hydrogen bond)2.2.离子键离子键( (盐键盐键)(electrostatic )(electrostatic interactions)in

43、teractions)3.3.疏水相互作用疏水相互作用(hydrophobic (hydrophobic interaction)interaction)4.4.范德华力范德华力(van der waals force)(van der waals force)5.5.二硫键二硫键(disulfide bond)(disulfide bond)A.三级结构中的作用力三级结构中的作用力包括二硫键、氢键、离子键、疏水作用力、范德华力包括二硫键、氢键、离子键、疏水作用力、范德华力氢键氢键( (侧链间形成侧链间形成) )疏水作用疏水作用“非极性基团非极性基团被极性水分被极性水分子排挤相互子排挤相互聚拢

44、聚拢”作用作用力。力。范德华力范德华力（分子间作用力，受彼此距离影响）（分子间作用力，受彼此距离影响）离子键（或离子键（或盐键）盐键）二硫键二硫键肽键肽键 二硫键二硫键离子键离子键 氢键氢键疏水键疏水键 范德华力范德华力 3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol 这四种键能远小于共价键，称这四种键能远小于共价键，称次级键次级键 次级键微弱但却是次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主要的作用力维持蛋白质三级结构中主要的作用力, ,原因何在原因何在? ?数量巨大！数量巨大！键键 能能（2 2）、纤维蛋白分子的结构）、纤维蛋白分子的结构在纤维蛋白分子中螺旋肽链一般

45、为平行排列在纤维蛋白分子中螺旋肽链一般为平行排列含含大大量量的的-螺螺旋旋，-折折叠叠片片，整整个个分分子子呈呈纤维状纤维状角角蛋蛋白白、丝丝心心蛋蛋白白、胶胶原原蛋蛋白白的的结结构构都都是是如如此。此。广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，起支架广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，起支架和保护作用。和保护作用。三条右手三条右手-螺旋螺旋 一个原纤维一个原纤维 大原纤维大原纤维 纤维纤维角蛋白角蛋白四、球状蛋白质分子的四级结构四、球状蛋白质分子的四级结构 有些球状蛋白质分子是由两个或两个以上的、具有独立三级结构的肽链具有独立三级结构的肽链单位缔合而成的，这种蛋白质通常称为寡聚蛋白或多寡聚蛋白或多体蛋白体

46、蛋白（multimeric protein）。 寡聚蛋白分子中的每一个三级结构单位称为一个亚基亚基( (或亚单位或亚单位subunit、单体、单体monomer) )。 所谓蛋白质分子的四级结构是指所谓蛋白质分子的四级结构是指就是指寡聚蛋白分子中亚基与亚基之间寡聚蛋白分子中亚基与亚基之间的立体排布及相互作用关系的立体排布及相互作用关系。 亚基的数目和类型亚基的数目和类型也是四级结构研究的内容。 四级结构的稳定靠非共价键非共价键联系：主要包联系：主要包括括疏水作用疏水作用（主要），其次还有离子键、氢（主要），其次还有离子键、氢键、范德华力键、范德华力来维系。血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构五

47、、超二级结构和结构域五、超二级结构和结构域1 1超二级结构超二级结构 超二级结构（超二级结构（Super-secondary structureSuper-secondary structure）的）的概念是概念是M.RossmannM.Rossmann于于19731973年提出来的。蛋白质分子年提出来的。蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中往往形成中的多肽链在三维折叠中往往形成有规则的二级结有规则的二级结构聚集体，在球蛋白中充当三级结构的构件构聚集体，在球蛋白中充当三级结构的构件。常见。常见的有：的有：、等。等。 2 2结构域（结构域（structural domainstructural do

48、main） 在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，再组装成更复杂的再组装成更复杂的球状球状结构，这种结构，这种在二级或超在二级或超二级结构基础上形成的二级结构基础上形成的特定区域特定区域（三级结构的（三级结构的局部折叠区称为）局部折叠区称为）结构域结构域。它的结构层次。它的结构层次介于介于超二级结构和三级结构之间超二级结构和三级结构之间。如图所示：。如图所示： （一）、多肽的一级结构与功能（一）、多肽的一级结构与功能生物体中存在多种活性肽，如：生长激素、生物体中存在多种活性肽，

49、如：生长激素、加压素、催产素等加压素、催产素等。4 4 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 1、核糖核酸酶的可逆变性、核糖核酸酶的可逆变性RNase是由是由124氨基酸残基组成的单肽链，分子中氨基酸残基组成的单肽链，分子中8个个Cys的的-SH构成构成4对二硫键对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。在蛋白质变性剂（如（如8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，

50、酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用活性完全丧失。当用透析透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证

51、。有生物活性的保证。如下图：如下图：（二）、蛋白质的一级结构决定高级结构（二）、蛋白质的一级结构决定高级结构牛核糖核牛核糖核酸酶的一酸酶的一级结构级结构二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性2 2、蛋白质前体的激活、蛋白质前体的激活无活性的前提称为无活性的前提称为“原原”，如酶原、胰岛素原，如酶原、胰岛素原 由由108108个氨基酸残基构成的个氨基酸残基构成的前胰岛素原前胰岛素原(pre-proinsulin(pre-proinsulin），），在合成的时候完全没有活性，当

52、切去在合成的时候完全没有活性，当切去N-N-端端的的2424个氨基酸信号个氨基酸信号肽，形成肽，形成8484个氨基酸的个氨基酸的胰岛素原胰岛素原（proinsulinproinsulin），胰岛素原），胰岛素原也没活性，在包装分泌时，也没活性，在包装分泌时，A A、B B链之间的链之间的3333个氨基酸残基被个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。切除，才形成具有活性的胰岛素。如图所示如图所示: :胰岛素：胰岛素：AB两条链构成，两条链构成，A链含链含21个氨基酸残基，个氨基酸残基，B链含链含 30 个氨基酸残基，链间有两对二硫键，个氨基酸残基，链间有两对二硫键，A链上有一对二硫键。链上有

53、一对二硫键。（切除冗余及（切除冗余及其它变化）其它变化）前体蛋白前体蛋白（一级结构冗余，高级（一级结构冗余，高级结构错误，因此无生物结构错误，因此无生物活性）活性）活性蛋白活性蛋白（具有正确的一级结构（具有正确的一级结构和高级结构，因此具有和高级结构，因此具有生物活性）生物活性）适合环境适合环境 现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变有关，都称之为有关，都称之为分子病分子病。例如镰刀型贫血症，它是。例如镰刀型贫血症，它是由于血红蛋白的由于血红蛋白的-亚基上的亚基上的第六位氨基酸第六位氨基酸由由谷氨酸谷氨酸变成了变成了缬氨酸缬氨酸，导致血红蛋白的结构和功

54、能的改变，导致血红蛋白的结构和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰刀其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰刀状。状。 3 3、分子病、分子病镰刀状贫血病：镰刀状贫血病：血液中大量出现血液中大量出现镰刀红细胞，患镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息者因此缺氧窒息正常细胞正常细胞 镰刀形细胞镰刀形细胞它是最早认识的它是最早认识的一种分子病。它一种分子病。它是由于遗传基因是由于遗传基因突变导致血红蛋突变导致血红蛋白分子结构的突白分子结构的突变。变。这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”正常型正常型 -Val-His-Leu-

55、Thr-Pro-Glu-Lys - 链链 谷氨酸谷氨酸镰刀型镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys - 链链 缬氨酸缬氨酸 谷谷AaAa（极性）（极性） 缬缬AaAa（非极性）（非极性）由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质蛋白质由球状变为镰刀形，由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚至死亡至死亡。 所以，所以，蛋白质一定的结构执行一定的功蛋白质一定的结构执行一定的功能。

56、功能不同的蛋白质总是有着不同的序列能。功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；比；比较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相可能有某些差异，但与功能相关的结构也总是相同。同。若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化大的变化。 同源蛋白质有顺序同源性：同源蛋白质有顺序同源性：同源蛋白质有顺序同源性：同源蛋白质有顺序同源性： 比较不同来源的细胞色素比较不同来源的细胞色素比较不同来源的细胞色素比较不同来源的细胞色素CC发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保发现，与功能密

57、切相关的氨基酸残基是高度保发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保发现，与功能密切相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，守的，这说明不同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别但存在种属差异。不同种属间的同源

58、蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系1 1、血红蛋白的变构效应与运输氧的功能、血红蛋白的变构效应与运输氧的功能(R)relaxed state(T) tense state 血中氧分子的运送：Lung氧氧分分子子HemoglobinHemoglobinMyoglobinMyoglobinMuscle静脉静脉动脉动脉环境氧高时环境氧高时Hb Hb 快速吸收氧分子快速

59、吸收氧分子环境氧低时环境氧低时Hb Hb 迅速迅速释放释放氧分子氧分子释放氧分子后释放氧分子后Hb Hb 变回变回 T stateT state任何一任何一个亚基个亚基接受接受氧氧分子分子后后，会增进会增进其它其它亚基亚基吸附吸附氧氧分子的能力分子的能力 HbHb由由4 4条肽链条肽链组成：组成：22、22，功能是运载，功能是运载O O2 2 。在去氧。在去氧HbHb亚基中有下列几对离子键：亚基中有下列几对离子键： 由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其构象象呈紧张态呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基与，对氧的亲和力很低，第一个亚基与O O2 2

60、结合时，结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一离子键的破坏较难，所需要的能量较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的构象个亚基结合氧之后引起它的构象从紧张态变成松弛态从紧张态变成松弛态，其，其它的离子键也依次破坏，此时破坏离子键所需要的能量也它的离子键也依次破坏，此时破坏离子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。此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。 上述上述HbHb与与O O2 2结合后，结合后，HbHb的构象发生变化，这类变化称的构象发生变化，

61、这类变化称为为变构效应，变构效应，即通过构象变化影响蛋白质的功能即通过构象变化影响蛋白质的功能。像血。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白变构蛋白（allosteric proteinallosteric protein）。血红蛋白的这种变构效应）。血红蛋白的这种变构效应能能更有效地行使其运氧的生物学功能。更有效地行使其运氧的生物学功能。2 2、蛋白质变性、蛋白质变性一些物理或化学因素会破坏蛋白质空间结构，导致蛋白质生物活性丧失，同时引起某些物理性质和化学性质的变化，如溶解度降低、发生沉淀等现象称为蛋白质变性蛋白质变性。天然蛋白质和变性蛋白在一级结构

62、上相同，生物天然蛋白质和变性蛋白在一级结构上相同，生物活性丧失。活性丧失。变性蛋白质分子恢复其天然构象，称为变性蛋白质分子恢复其天然构象，称为复性复性。变性因素：加热变性因素：加热/加压加压/射线射线/强酸强酸/强碱强碱/有机溶剂等有机溶剂等 总之，各种蛋白质都有特定的空间构象，总之，各种蛋白质都有特定的空间构象，而特定的空间构象又与它们特定的生物学功而特定的空间构象又与它们特定的生物学功能相适应，蛋白质的结构与功能是高度统一能相适应，蛋白质的结构与功能是高度统一的。的。55、蛋白质的性质、蛋白质的性质一、蛋白质分子的大小和形状1、高分子特性：2、形状：纤维状蛋白、球状蛋白纤维蛋白：多结构蛋白

63、，难溶于水，构成支架，如胶原蛋白。球状蛋白：多溶于水，酶/转运蛋白/激素/免疫球蛋白等二、蛋白质的两性电离和等电点 蛋白质与氨基酸相似，也具有蛋白质与氨基酸相似，也具有两性电离两性电离的性质。蛋的性质。蛋白质的多肽链含有末端氨基和羧基，一些侧链上含有可白质的多肽链含有末端氨基和羧基，一些侧链上含有可解离的基团，有的可以接受氢离子，有的可以电离出氢解离的基团，有的可以接受氢离子，有的可以电离出氢离子，因此蛋白质具有酸碱两性电离的性质。它的离子，因此蛋白质具有酸碱两性电离的性质。它的两性两性电离比氨基酸复杂电离比氨基酸复杂。 对某一蛋白质而言，在某一对某一蛋白质而言，在某一pHpH下，当它所带正负

64、电下，当它所带正负电荷相等的时候，该溶液的荷相等的时候，该溶液的pHpH就称为该就称为该蛋白质的等电点蛋白质的等电点。 蛋白质的等电点的大小与蛋白质的氨基酸组成有关。蛋白质的等电点的大小与蛋白质的氨基酸组成有关。 蛋白质中可解离蛋白质中可解离酸性基团酸性基团u GluGlu的的-COOH-COOHu Asp Asp的的-COOH-COOHu Tyr Tyr的酚羟基的酚羟基u CysCys的的- -SHSH碱性基团碱性基团u LysLys的的-NH2-NH2u His His的咪唑基的咪唑基u ArgArg的的-胍基胍基蛋白质分子的总解离蛋白质分子的总解离蛋白质的等电点蛋白质的等电点 蛋白质溶液

65、在特蛋白质溶液在特定的定的pHpH下，下，其分其分子所带的正、负子所带的正、负电荷相等，净电电荷相等，净电荷为零，这一荷为零，这一pHpH称为称为 ( (用用PIPI表示表示) )。蛋白质纯化方法 等电点沉淀法等电点沉淀法蛋白质电泳蛋白质电泳离子交换法离子交换法蛋白质两性解离与等电点特性的应用蛋白质两性解离与等电点特性的应用静电排斥力的缺乏静电排斥力的缺乏蛋白质之间的聚集蛋白质之间的聚集等电点等电点沉淀沉淀几种常见电泳几种常见电泳几种常见电泳几种常见电泳等电聚焦等电聚焦等电聚焦等电聚焦纸电泳纸电泳纸电泳纸电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS-SDS

66、-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳OFarrellOFarrell的双向电泳的双向电泳的双向电泳的双向电泳银染结果银染结果考马斯亮染色为蓝色考马斯亮染色为蓝色 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质，蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质，如：如：扩散慢、易沉降、扩散慢、易沉降、 粘度大、不能透过半透膜，粘度大、不能透过半透膜，在水溶液中可形成亲水的胶体。在水溶液中可形成亲水的胶体。蛋白质水溶液为亲水胶蛋白质水溶液为亲水胶体。体。不能通过半透膜；不能通过半透膜；分子周围有双电子层和分子周围有双电子层和水化层，有利于稳定水化层，有利于稳定pr胶体系统胶体系统。超滤超滤

67、透析透析三、胶体性质三、胶体性质蛋白质的膜分离技术蛋白质的膜分离技术透透析析四、沉淀反应四、沉淀反应机理：1）利用pr两性电离性质。 2）许多化学试剂可减少pr与水的亲和力 盐析、醇、酸、重金属离子、生物碱等1 1、概念、概念蛋白质胶体溶液的稳定性是有条件的、相对的，若改变环境条件，破坏其水化膜和表面电荷，蛋白质亲水胶体便失去稳定性，发生絮凝沉淀的现象，就称为就称为蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用。2 2、沉淀的方法、沉淀的方法(1) (1) 等电点沉淀法等电点沉淀法(2) (2) 盐溶与盐析（分级盐析）盐溶与盐析（分级盐析）盐溶盐溶在盐浓度很低时在盐浓度很低时，蛋白质的溶解度随着盐浓，蛋白质

68、的溶解度随着盐浓度的增加而增加，这种现象称为蛋白质的盐溶。度的增加而增加，这种现象称为蛋白质的盐溶。 盐析盐析在蛋白质溶液中加入在蛋白质溶液中加入高浓度高浓度的中性盐后，它的中性盐后，它与蛋白质胶体粒子竞争水份，使蛋白质胶体粒子表与蛋白质胶体粒子竞争水份，使蛋白质胶体粒子表面的水化层破坏而失去稳定性，同时降低了蛋白质面的水化层破坏而失去稳定性，同时降低了蛋白质与水的亲和力而使蛋白质沉淀的现象与水的亲和力而使蛋白质沉淀的现象。 不同的蛋白质的带电性质、分子量不同，水膜厚度不同的蛋白质的带电性质、分子量不同，水膜厚度不同，故盐析所需的盐浓度也不同。不同，故盐析所需的盐浓度也不同。等电点沉淀的蛋白质

69、溶液中加入等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaClNaCl后沉淀溶解后沉淀溶解盐溶（盐溶（Salting-inSalting-in）盐溶蛋白质分子在等电点时，容易互相吸引，聚合沉淀；加入蛋白质分子在等电点时，容易互相吸引，聚合沉淀；加入盐离子会破坏这些静电相互作用，使分子散开而溶于水盐离子会破坏这些静电相互作用，使分子散开而溶于水盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出出盐析（盐析（Salting outSalting out）蛋白质分子表面的疏水区域，聚集了许多水分子，盐浓度蛋白质分子表面的疏水区域，聚集了许多水分子，盐浓度高时，这些水分子被

70、盐抽出（水化层被破坏），暴露出的高时，这些水分子被盐抽出（水化层被破坏），暴露出的疏水区域，它们发生相互作用而沉淀。疏水区域，它们发生相互作用而沉淀。（NHNH4 4）2 2SOSO4 4一般来讲，分子量越大的蛋白质分子，越一般来讲，分子量越大的蛋白质分子，越容易盐析，所需盐浓度也越低。因此，对容易盐析，所需盐浓度也越低。因此，对于不同分子大小的蛋白质，可采用不同的于不同分子大小的蛋白质，可采用不同的盐浓度进分级沉淀。盐浓度进分级沉淀。常用的盐是常用的盐是(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4强电解质盐如硫酸胺、氯化钠、硫酸钠等。盐析的机理：破坏蛋白质的水化膜，中和表盐析的机理：破坏蛋白

71、质的水化膜，中和表面的净电荷面的净电荷。盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法不会使蛋白质产生变性不会使蛋白质产生变性。(3) (3) 有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂如乙醇、丙在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产生沉淀。酮等，蛋白质产生沉淀。有机溶剂沉淀法的有机溶剂沉淀法的机理机理：破坏蛋白质的水化膜。：破坏蛋白质的水化膜。有机溶液沉淀蛋白质通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性。(4) (4) 重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法 （条件：（条件：pH稍大于稍大于

72、pI为宜）为宜）蛋白质在碱性溶液中带负电，可与重金属离子如蛋白质在碱性溶液中带负电，可与重金属离子如ZnZn+2+2、CuCu+2+2、HgHg+2+2、PbPb+2+2、FeFe+3+3等作用，产生重金属蛋白盐沉淀。等作用，产生重金属蛋白盐沉淀。重金属沉淀蛋白质会使蛋白质产生变性，长期从事重金属作业的人应多吃高蛋白食品，以防止重金属离子被机体吸收后造成对机体的损害。(5) (5) 热变性沉淀法热变性沉淀法 加热灭菌加热灭菌生物碱试剂沉淀法（条件：pH稍小于pI）生物碱是植物组织中具有显著生理作用的一类含氮的碱性物质。能够沉淀生物碱的试剂称为生物碱试剂。生物碱试剂一般为弱酸性物质，如单宁酸、苦

73、味酸、三氯乙酸等。生物碱试剂沉淀蛋白质的机理：在酸性条件下，蛋白质带正电，可以与生物碱试剂的酸根离子结合而产生沉淀。 “柿石症”的产生就是由于空腹吃了大量的柿子，柿子中含有大量的单宁酸，使肠胃中的蛋白质凝固变性而成为不能被消化的“柿石”。(6) (6) 生物碱试剂沉淀法生物碱试剂沉淀法五、蛋白质的变性作用1.1.蛋白质变性的概念：蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。2.2.使蛋白质变性的

74、因素使蛋白质变性的因素1 1）物理因素：高温、高压、射线等）物理因素：高温、高压、射线等 2 2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等3.3.变性的本质：变性的本质： 分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的 状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。4.4.蛋白质变性后的表现：蛋白质变性后的表现：1 1）生物学活性消失）生物学活性消失2 2）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫外吸收增）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫外吸收增 加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被

75、水解。加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水解。 六、蛋白质的颜色反应 蛋白质的颜色反应主要与其定性、定量测定有关：蛋白质的颜色反应主要与其定性、定量测定有关： 1.1.茚三酮反应：茚三酮反应：多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色化合物。多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色化合物。2.2.双缩脲反应双缩脲反应：多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反应，随着肽多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反应，随着肽 键的数目越多，颜色依次为粉红、紫红、紫、蓝。键的数目越多，颜色依次为粉红、紫红、紫、蓝。3.酚试剂反应：酚试剂反应：多肽、蛋白质与酚试剂生成蓝多肽、蛋白质与酚试剂生成蓝色的化合物。碱性条件下，蛋白质中的酪氨酸、色

76、的化合物。碱性条件下，蛋白质中的酪氨酸、色氨酸可与酚试剂色氨酸可与酚试剂(含磷钼酸、磷钨酸的化合物含磷钼酸、磷钨酸的化合物)反反应生成蓝色化合物，蓝色的强度和蛋白质的量成应生成蓝色化合物，蓝色的强度和蛋白质的量成正比。正比。可用于测定蛋白质含量。可用于测定蛋白质含量。但有缺陷七、蛋白质的紫外吸收性质七、蛋白质的紫外吸收性质一般蛋白质在一般蛋白质在280nm280nm波长具有最大吸收，波长具有最大吸收，这是由于蛋白质分这是由于蛋白质分子中的子中的TrpTrp、TyrTyr和和PhePhe存在共轭双键的存在共轭双键的缘故。缘故。 蛋白质溶液能在近紫外区（蛋白质溶液能在近紫外区（280nm280nm

77、处）有光吸收，主要是由带处）有光吸收，主要是由带芳香环的氨基酸决定的。芳香环的氨基酸决定的。6 6 蛋白质的分离、纯化蛋白质的分离、纯化一、分离纯化蛋白质的意义 研究蛋白质的结构与功能：研究蛋白质的结构与功能：要求纯度高，不变性；要求纯度高，不变性； 提取活性的酶或蛋白质：提取活性的酶或蛋白质：必须保持天然活性状态；必须保持天然活性状态； 作为药物或食品添加剂：作为药物或食品添加剂：纯度要求一般。纯度要求一般。 二、蛋白质分离纯化的一般步骤二、蛋白质分离纯化的一般步骤 材材料料的的选选择择原原料料的的预预处处理理蛋蛋白白质质的的抽抽提提从从抽抽提提液中沉淀蛋白质液中沉淀蛋白质纯化纯化蛋白质的结

78、晶蛋白质的结晶1.1.原料的选择：原料的选择：要求含待分离的蛋白质丰富，廉价，易要求含待分离的蛋白质丰富，廉价，易得，容易收集，新鲜无腐败。得，容易收集，新鲜无腐败。2.2.原料的预处理：原料的预处理：如果待分离蛋白质为胞外蛋白质，材如果待分离蛋白质为胞外蛋白质，材料破碎后，用适当的溶剂直接抽提；若待分离蛋白质为料破碎后，用适当的溶剂直接抽提；若待分离蛋白质为胞内蛋白质，则需要破碎细胞膜，再用适当的溶剂抽提。胞内蛋白质，则需要破碎细胞膜，再用适当的溶剂抽提。3.3.从抽提液中沉淀蛋白质：从抽提液中沉淀蛋白质：常用盐析法、低温乙醇沉淀常用盐析法、低温乙醇沉淀法、等电点沉淀法。法、等电点沉淀法。4

79、. 4. 纯化：纯化：将沉淀的蛋白质溶解，再选择适当的将沉淀的蛋白质溶解，再选择适当的纯化方法，得到纯度比较高的蛋白质溶液。纯化方法，得到纯度比较高的蛋白质溶液。纯化方法：透析或超滤、电泳法、凝胶过滤法、纯化方法：透析或超滤、电泳法、凝胶过滤法、离子交换层析、吸附层析法、超速离心法等。离子交换层析、吸附层析法、超速离心法等。5. 5. 蛋白质的结晶：蛋白质的结晶：从溶液中重新沉淀蛋白质。从溶液中重新沉淀蛋白质。几种常见的纯化蛋白质的方法如下图所示：几种常见的纯化蛋白质的方法如下图所示：凝胶电泳法：凝胶电泳法：离子交换层析离子交换层析 ：凝胶过滤层析：凝胶过滤层析：亲和层析：亲和层析：1 1、下

80、列氨基酸中哪一种是非必需氨基酸、下列氨基酸中哪一种是非必需氨基酸A A亮氨酸亮氨酸 B B酪氨酸酪氨酸 C C赖氨酸赖氨酸 D D蛋氨酸蛋氨酸2 2、变性蛋白质的主要特点是、变性蛋白质的主要特点是A A共价键破坏共价键破坏 B B溶解度增加溶解度增加 C C不易被蛋白酶水解不易被蛋白酶水解 D D生物活性丧失生物活性丧失3 3、用于蛋白质氨基酸组成测定的水解方法主要是、用于蛋白质氨基酸组成测定的水解方法主要是A A酸水解酸水解 B B碱水解碱水解 C C上述两种水解方法上述两种水解方法 D D酶水解酶水解4 4、除了八种必需氨基酸外，婴儿特殊需要的必需氨基酸是、除了八种必需氨基酸外，婴儿特殊需

81、要的必需氨基酸是A A色氨酸色氨酸 B B亮氨酸亮氨酸 C C组氨酸组氨酸 D D酪氨酸酪氨酸5 5、氨基酸一般不能溶解在、氨基酸一般不能溶解在A A盐酸盐酸 B B氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 C C乙醇溶液乙醇溶液 D D氢氧化钾溶液氢氧化钾溶液6 6、能与茚三酮发生反应并呈黄色的有、能与茚三酮发生反应并呈黄色的有A A色氨酸色氨酸 B B亮氨酸亮氨酸 C C脯氨酸脯氨酸 D D酪氨酸酪氨酸7 7、蛋白质变性是由于、蛋白质变性是由于A A一级结构改变一级结构改变 B B空间构象破坏空间构象破坏 C C辅基脱落辅基脱落 D D蛋白质水解蛋白质水解8 8、关于蛋白质等电点的叙述正确的是、关于蛋白质

82、等电点的叙述正确的是 A A在等电点处，蛋白质分子所带静电荷为在等电点处，蛋白质分子所带静电荷为0 0B B等电点时蛋白质变性沉淀等电点时蛋白质变性沉淀C C在等电点处，蛋白质的稳定性增加在等电点处，蛋白质的稳定性增加D D等电点处蛋白质是兼性离子等电点处蛋白质是兼性离子9 9、下列氨基酸为酸性氨基酸的是、下列氨基酸为酸性氨基酸的是A A天冬氨酸天冬氨酸 B B赖氨酸赖氨酸 C C丙氨酸丙氨酸 D D苏氨酸苏氨酸 1 1、蛋白质的基本构成单位是？目前所知大约有、蛋白质的基本构成单位是？目前所知大约有? ?种种 2 2、氨基酸在高于其等电点的环境中带电、氨基酸在高于其等电点的环境中带电? ?电，

83、在低于其等电电，在低于其等电点的环境中带？电。点的环境中带？电。 3 3、蛋白质中存在的、蛋白质中存在的2020种氨基酸一般在可见光范围内没有光种氨基酸一般在可见光范围内没有光吸收，只有吸收，只有? ?和和?有明显的紫外吸收有明显的紫外吸收 4 4、蛋白质的二级结构类型有、蛋白质的二级结构类型有?等等 5 5、稳定蛋白质三级结构的键包括、稳定蛋白质三级结构的键包括? 6 6、蛋白质在等电点时、蛋白质在等电点时? ?最小，颗粒间极易相互碰撞凝集而沉最小，颗粒间极易相互碰撞凝集而沉淀析出，这是等电点沉淀的基本原理。淀析出，这是等电点沉淀的基本原理。 7 7、加入低浓度的中性盐可使蛋白质溶解度，这种

84、现象称为、加入低浓度的中性盐可使蛋白质溶解度，这种现象称为? ?而加入高浓度的中性盐，当达到一定的盐饱和度时，可使蛋而加入高浓度的中性盐，当达到一定的盐饱和度时，可使蛋白质的溶解度白质的溶解度? ?并并? ?这种现象称为？这种现象称为？ 8 8、利用紫外分光光度法定量分析蛋白质，选择的波长是？、利用紫外分光光度法定量分析蛋白质，选择的波长是？nmnm。如果测得某。如果测得某1010克生物样品中的克生物样品中的N N含量为含量为0.800.80克，则该样克，则该样品的蛋白质含量是？品的蛋白质含量是？% % 9 9、氨基酸中，缩写符号、氨基酸中，缩写符号AlaAla的中文名称是？组氨酸的三字母的中

85、文名称是？组氨酸的三字母英文缩写是英文缩写是 ？ 1 1、变性后的蛋白质其分子量也发生改变。、变性后的蛋白质其分子量也发生改变。2 2、所用氨基酸都具有旋光性。、所用氨基酸都具有旋光性。 3 3、非必需氨基酸人体不需要、非必需氨基酸人体不需要 。4 4、所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构、所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构 。5 5、当蛋白质溶液处于等电点时，其溶解度达到最大值。、当蛋白质溶液处于等电点时，其溶解度达到最大值。6 6、蛋白质变性，蛋白质的一级、二级、三级、四级结构都发生、蛋白质变性，蛋白质的一级、二级、三级、四级结构都发生了变化。了变化。7 7、蛋白质沉淀是由于它发生了变性作用。、蛋白质沉淀是由于它发生了变性作用。8 8、蛋白质是高分子化合物，其相对分子质量很大，蛋白质分子、蛋白质是高分子化合物，其相对分子质量很大，蛋白质分子直径约为直径约为1 1100nm100nm，颗粒大小在胶体粒子的范围，故蛋白质溶，颗粒大小在胶体粒子的范围，故蛋白质溶液为胶体溶液。液为胶体溶液。9 9、参与蛋白质的氨基酸为、参与蛋白质的氨基酸为D D型。型。 变性后的蛋白质其分子量也发生改变。（）变性后的蛋白质其分子量也发生改变。（）谢谢！