《生物化学蛋白质》PPT课件.ppt

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1、 第二章第二章 蛋白质蛋白质一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类二、蛋白质的组成单位二、蛋白质的组成单位-氨基酸氨基酸三、肽三、肽四、蛋白质的结构四、蛋白质的结构五、蛋白质的结构与功能五、蛋白质的结构与功能六、蛋白质的性质与分离分析技术六、蛋白质的性质与分离分析技术本章内容本章内容 蛋白质是有许多蛋白质是有许多-氨基酸按一定序列通过以氨基酸按一定序列通过以酰酰胺键胺键(肽键肽键)缩合而成的缩合而成的,具有稳定的构象并具有具有稳定的构象并具有一定生物功能的生物大分子。一定生物功能的生物大分子。蛋白质是一切生物细胞和组织的主要组成部分，蛋白质是一切生物细胞和组织的主要组成部分，是生命活动所依据的物质基

2、础。是生命活动所依据的物质基础。一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 C H O N S（50%55%）（6%8%）（20523%）（15%17%）（03%）Others:P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I磷 铜 铁 锌 锰 钴 硒 碘 蛋白质氮元素的含量都相当接近，一般在蛋白质氮元素的含量都相当接近，一般在15%1715%17，平均为，平均为16 16。这是。这是凯氏定氮法凯氏定氮法测测定蛋白质含量的计算基础。定蛋白质含量的计算基础。蛋白质的元素组成：蛋白质的元素组成：6.25 16的倒数，每测定的倒数，每测定g 氮氮相当于相当于6.25g的蛋白质。也就是的蛋白质。也就是1 g 氮氮所代

3、表的蛋白质量（克数）所代表的蛋白质量（克数）蛋白质含量蛋白氮6.251.1.按分子的形状或空间构象分类按分子的形状或空间构象分类 A.A.纤维状蛋白纤维状蛋白 分子很不对称，形状类似纤维。分子很不对称，形状类似纤维。一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白质、弹性蛋白一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质、丝蛋白质等质、角蛋白质、丝蛋白质等B.B.球状蛋白质球状蛋白质 分子的形状接近球形，空间构象比分子的形状接近球形，空间构象比纤维状蛋白复杂。纤维状蛋白复杂。球状蛋白质的溶解性较好，能结晶，生物体内的球状蛋白质的溶解性较好，能结晶，生物体内的蛋白质大多数属于这一类。蛋白质大多数属于这

4、一类。典型的有：胞质酶类等典型的有：胞质酶类等C.膜蛋白质膜蛋白质 一般折叠成近球形。生物膜的多数功能一般折叠成近球形。生物膜的多数功能是通过膜蛋白实现的。是通过膜蛋白实现的。2.2.按组成成分分类按组成成分分类A.A.简单蛋白质简单蛋白质单纯蛋白不含有非蛋白质部分。单纯蛋白不含有非蛋白质部分。这类蛋白质水解后的最终产物只有氨基酸。这类蛋白质水解后的最终产物只有氨基酸。简单蛋白质按其溶解性又可分为简单蛋白质按其溶解性又可分为:清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白以及硬蛋白等组蛋白以及硬蛋白等参见参见P18 表表2-1B.B.结合蛋白质结合蛋

5、白质结合蛋白是指由单纯结合蛋白是指由单纯 蛋白和非蛋白成分结合而成的蛋白质。蛋白和非蛋白成分结合而成的蛋白质。按其非氨基酸成分又可分为：按其非氨基酸成分又可分为：核蛋白、糖蛋白与蛋白聚糖、脂蛋白、色蛋核蛋白、糖蛋白与蛋白聚糖、脂蛋白、色蛋白（血红素蛋白、黄素蛋白）、磷蛋白、金属白（血红素蛋白、黄素蛋白）、磷蛋白、金属蛋白蛋白3.按功能分类按功能分类 酶（催化功能）；调节蛋白；贮存蛋白质；转运酶（催化功能）；调节蛋白；贮存蛋白质；转运蛋白质；运动蛋白；防御蛋白和毒蛋白；受体蛋蛋白质；运动蛋白；防御蛋白和毒蛋白；受体蛋白；支架蛋白；结构蛋白；异常蛋白。白；支架蛋白；结构蛋白；异常蛋白。（一）（一）

6、-氨基酸结构通式氨基酸结构通式 二、蛋白质的组成单位二、蛋白质的组成单位-氨基酸氨基酸氨基酸是含有氨基酸是含有氨基及羧基氨基及羧基的有机化合物。的有机化合物。氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由所有蛋白质都由20种标准氨基酸组成种标准氨基酸组成 构型：根据甘油醛构型确定D型和L型1.1.根据甘油醛原则确定构型根据甘油醛原则确定构型2.2.自然界的氨基酸有两种构型，构型和旋自然界的氨基酸有两种构型，构型和旋光方向没有必然联系。光方向没有必然联系。3.3.组成蛋白质的氨基酸都是组成蛋白质的氨基酸都是L L型型，除甘氨，除甘氨酸外都有

7、旋光性。酸外都有旋光性。LAALAA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 一氨基一羧基一氨基一羧基（中性（中性AAAA、含羟基或巯基、含羟基或巯基AAAA）GlyGly、AlaAla、ValVal、LeuLeu、IleIle、SerSer、ThrThr、CysCys、Met Met 芳香族芳香族A(PheA(Phe、Tyr)Tyr)杂环杂环(His(His、Trp);Trp);杂环亚杂环亚(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（8种）种）Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、T

8、rp不带电荷不带电荷（7种）种）Gly、Ser、Thr、Asn 、Gln、Tyr、Cys 带电荷：正电荷带电荷：正电荷（种）（种）His、Lys、Arg 负电荷负电荷（种）（种）Asp、Glu据氨基、羧基数分类据氨基、羧基数分类一氨基二羧基一氨基二羧基(酸性酸性AAAA及其酰胺）及其酰胺）GluGlu、Gln Gln、AspAsp、AsnAsn二氨基一羧基二氨基一羧基(碱性碱性AAAA）LysLys、ArgArg人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis（半必需）（半必需）(二)氨基酸的

9、氨基酸的分类分类参见表参见表2-2脂肪族脂肪族AA氨基酸的结构、代号氨基酸的结构、代号1 1 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点pH=pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+H+OH-+H+OH-(pK1)(pK2)当当氨氨基基酸酸溶溶液液在在某某一一定定pH值值时时，使使某某特特定定氨氨基基酸酸分分子子上上所所带带正正负负电电荷荷相相等等，成成为为两两性性离离子子，在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动，此此时溶液的

10、时溶液的pH值即为该氨基酸的值即为该氨基酸的等电点等电点(isoelectric point，pI)。（三）氨基酸的重要理化性质（三）氨基酸的重要理化性质用标准用标准NaOHNaOH和和HCIHCI进行滴定，用进行滴定，用NaOHNaOH和和HCIHCI的摩尔数对的摩尔数对pHpH值作图值作图规律pHpI aa “”pHpI aa “”pH=pI aa “0”表观解离常数以丙氨酸为例:参见参见P26 对对侧链侧链R R基不解离的中性氨基酸基不解离的中性氨基酸来说，其等来说，其等电点是它的电点是它的p pK Kl l和和p pK K2 2的算术平均值。的算术平均值。pI=(pK1+pK2)/2对

11、多氨基和多羧基氨基酸的解离 解离原则：先解离先解离COOH，随后其他，随后其他COOH；然后解离然后解离NH3+，随后其他，随后其他NH3+一般一般pI值等于两个相近值等于两个相近pK值之和的一半值之和的一半ApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的加入的OH-mL数数加入的加入的OH-mL数数pHpH一氨基二羧基一氨基二羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2 pK1+pK2二氨基一羧基二氨基一羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2 pK2+pK3谷氨酸（谷氨酸（A A）和赖氨酸（）和赖氨酸（B B）滴定曲线和等电点计算）滴定曲线和等电点计算中中性性氨氨基基酸酸：

12、p pK K1 1为为羧羧基基的的解解离离常常数数，p pK K2 2为为氨基的解离常数。氨基的解离常数。pI=(pK1+pK2)/2酸酸性性氨氨基基酸酸：pK1为为羧羧基基的的解解离离常常数数，pK2为侧链羧基的解离常数。为侧链羧基的解离常数。pI=(pK1+pK2)/2碱碱性性氨氨基基酸酸：pK2为为氨氨基基的的解解离离常常数数，pK3为侧链氨基的解离常数。为侧链氨基的解离常数。pI=(pK2+pK3)/2总结1.1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两性离子两边的两边的pKpK值和的一半。值和的一半。2.2.在氨基酸等电点以上任何在氨基酸等电点以上任何pHp

13、H，AAAA带净的负带净的负电荷，在电场中向阳极移动；在氨基酸等电电荷，在电场中向阳极移动；在氨基酸等电点以下任何点以下任何pHpH，AAAA带净的正电荷，在电场中带净的正电荷，在电场中向阴极移动。向阴极移动。3.3.在一定在一定pHpH范围中，溶液的范围中，溶液的pHpH离离AAAA等电点愈等电点愈远，远，AAAA带净电荷愈多。带净电荷愈多。小结小结 (1)(1)与茚三酮反应与茚三酮反应 茚三酮在茚三酮在弱酸性弱酸性溶液中与溶液中与-氨基酸共热，氨基酸被氧化氨基酸共热，氨基酸被氧化脱氨、脱羧反应生成醛、脱氨、脱羧反应生成醛、CO2和和NH3，最后茚三酮与反应产，最后茚三酮与反应产物物氨和还原

14、茚三酮发生作用，生成氨和还原茚三酮发生作用，生成蓝紫色蓝紫色化合物。化合物。两个亚氨基酸两个亚氨基酸脯氨酸和羟脯氨酸脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应并不释放与茚三酮反应并不释放NH3，而直接形成，而直接形成黄色黄色化合物化合物。OH羟羟2 2 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质茚三酮茚三酮NH3CO2 RCHO+还原茚三酮还原茚三酮+(弱酸弱酸)加热加热3H20氨基酸与茚三酮反应氨基酸与茚三酮反应水合茚三酮水合茚三酮+NH3+水合茚三酮水合茚三酮还原茚三酮还原茚三酮蓝紫色化合物蓝紫色化合物(2)(2)(2)(2)与甲醛的反应与甲醛的反应与甲醛的反应与甲醛的反应氨基可以与甲醛反应，生成羟甲基化合物。氨

15、基可以与甲醛反应，生成羟甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶极离子形式存在，所以不能用酸由于氨基酸在溶液中以偶极离子形式存在，所以不能用酸碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子，碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子，其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定，其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定，这叫这叫甲醛滴定法甲醛滴定法，可用于测定氨基酸。，可用于测定氨基酸。(3)(3)与与2 2，4-4-二硝基氟苯的反应二硝基氟苯的反应 (Sanger反应）反应）在在弱碱弱碱性溶液中，氨基酸的性溶液中，氨基酸的-氨基很容易氨基很容易与与2，4-二硝基氟苯（二硝基

16、氟苯（DNFB）作用，生成稳作用，生成稳定的定的黄色黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写为二硝基苯基氨基酸（简写为DNP-氨基酸）。氨基酸）。+DNFB（dinitrofiuorobenzene）氨基酸氨基酸弱碱中弱碱中DNP-AA(黄色黄色)（sanger反应）反应）+HF 与丹磺酰氯反应（DNS）丹磺酰氯是二甲氨基萘磺酰氯的简称丹磺酰氯是二甲氨基萘磺酰氯的简称+HCI有荧光有荧光(4)与异硫氰酸苯酯反应（EdmanEdman反应）反应）在在弱碱弱碱性条件下，氨基酸中的性条件下，氨基酸中的-氨基还氨基还可以与可以与异硫氰酸苯酯（异硫氰酸苯酯（PITCPITC）反应，产生相反应，产生相应的苯氨基

17、硫甲酰氨基酸（应的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-PTC-氨基酸）。氨基酸）。在无水酸中，在无水酸中，PTC-PTC-氨基酸即环化为苯硫乙内氨基酸即环化为苯硫乙内酰脲（酰脲（PTHPTH），后者在酸中极稳定。），后者在酸中极稳定。这个反应首先被这个反应首先被EdmanEdman用于鉴定多肽或用于鉴定多肽或蛋白质的蛋白质的N-N-末端氨基酸。末端氨基酸。+PITC弱碱中弱碱中(400 C)(无水氢氟酸中无水氢氟酸中)H+苯氨基硫甲酰氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-PTC-氨基酸）氨基酸）（Edman反应）反应）苯硫乙内酰脲苯硫乙内酰脲(PTH-AA)两个相邻氨基酸的羧基和氨基之间脱水缩和形成的酰胺

18、键称两个相邻氨基酸的羧基和氨基之间脱水缩和形成的酰胺键称为为肽键肽键。氨基酸形成肽键后，称为氨基酸形成肽键后，称为氨基酸残基氨基酸残基。肽键连接氨基酸残基形成肽键连接氨基酸残基形成二肽、寡肽、多肽链和蛋白质二肽、寡肽、多肽链和蛋白质。（一）肽与肽键的结构（一）肽与肽键的结构三、肽三、肽肽键肽键N=CN=C键长键长N-CN-C 肽肽键键中中的的C-NC-N键键具具有有部部分分双双键键性性质质，不不能能自自由由旋转。旋转。在大多数情况下，以在大多数情况下，以反式结构反式结构存在。存在。参见参见p32肽平面或酰胺平面：肽平面或酰胺平面：组成肽单位的组成肽单位的4个原子和个原子和2个相邻的个相邻的碳原

19、子都处碳原子都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称为于同一个平面内，此刚性结构的平面称为肽平面肽平面或酰胺平面或酰胺平面。肽单位：肽单位：实际就是一个肽平面实际就是一个肽平面（二）肽单位（二）肽单位 肽键的四个原子和与之相连的两个肽键的四个原子和与之相连的两个-碳原子所碳原子所组成的基团。组成的基团。参见参见p32 二面角 两两相相邻邻酰酰胺胺平平面面之之间间，能能以以共共同同的的CC为为定定点点而而旋旋转转，绕绕C-NC-N键键旋旋转转的的角角度度称称角角，绕绕C-CC-C键键旋旋转转的的角角度度称称角角。和和称作二面角，亦称构象角称作二面角，亦称构象角酰胺平面与酰胺平面与-碳原子之间形成的

20、二面角碳原子之间形成的二面角（和和 ）（三）肽链中（三）肽链中AAAA的排列顺序和命名的排列顺序和命名 通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨氨基，称为基，称为氨基端或氨基端或N-N-端端；在另一端含有一个；在另一端含有一个游离的游离的-羧基，称为羧基，称为羧基端或羧基端或C-C-端端。氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，端的氨基酸残基开始，以以C-C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如下端氨基酸残基为终点的排列顺序。如下面的五肽可表示为：面的五肽可表示为：Ser-Gly-Tyr-Val-LeuSer-Gly-Tyr-Val-Leu参见参见p

21、31肽键和肽的结构如图所示丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸 多肽链结构示意图（四）天然存在的活性肽（四）天然存在的活性肽 自然界中有自由存在的活性肽，主要有：1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（GluCysGly），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免遭氧化，使其处于活性状态。分子中具有一个由谷氨酸的分子中具有一个由谷氨酸的-羧基和半胱氨酸的羧基和半胱氨酸的-氨基脱水缩合的氨基脱水缩合的-肽键肽键2.脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用，它们在中枢神经系统中形成，是体内自己产生的一类鸦片剂。Met-脑啡肽脑啡肽 H Tyr Gly Gly PheM

22、etOH Leu-脑啡肽脑啡肽 H Tyr Gly Gly phe LeuOH3.牛催产素与加压素：均均为为九九肽肽，分分子子中中含含有有一一对对二二硫硫键键，两两者者结结构构类类似似。前前者者第第八八位位为为LeuLeu，后后者者为为ArgArg。前前者者可可刺刺激激子子宫宫的的收收缩缩，促促进进分分娩娩。后后者者可可促促进进小小动动脉脉收收缩缩，使使血血压压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。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SSCysTyrTyrIleIleGlnAsnCysProGlnAsnCysProLeuLeuGly-Gly-NHNH2 2牛加压素

23、牛加压素SSCysTyrTyrPhePheGlnAsnCysProGlnAsnCysProArgArgGly-Gly-NHNH2 2 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在在60006000道尔顿以上的多肽道尔顿以上的多肽称为蛋白质称为蛋白质。1.1.定义定义 1969年，国际纯化学与应用化学委年，国际纯化学与应用化学委员会（员会（IUPAC）规定：规定：2.蛋白质的一级结构指蛋白质多肽链中蛋白质的一级结构指蛋白质多肽链中AA的排列顺序，包括二硫键的位置。的排列顺序，包括二硫键的位置。(一一)蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构2.2.一级结构的意义

24、一级结构的意义一级结构一级结构 高级结构高级结构 功能功能决定决定决定决定例：例：牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构蛋白质的空间结构又称蛋白质的构象或高蛋白质的空间结构又称蛋白质的构象或高级结构，是指蛋白质分子中所有原子在三级结构，是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的分布和肽链的走向。维空间的分布和肽链的走向。蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级结构、结构域、三级结构和四级结构等。结构、结构域、三级结构和四级结构等。(二二)蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构1 1 维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力 维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键，即维持蛋

25、白质空间构象的作用力主要是次级键，即氢键和盐氢键和盐键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。氢键：氢键：x H y 离子键（盐键）：离子键（盐键）：它是由带相反电荷的两个基团它是由带相反电荷的两个基团 间的静电吸引所形成的间的静电吸引所形成的 疏水作用力（疏水作用力（疏水键）疏水键）：是指非极性基团即疏水基团为是指非极性基团即疏水基团为 了避开水相而群集在一起的了避开水相而群集在一起的集集合力合力 范德华力：范德华力：在物质的聚集状态中，分子与分子之在物质的聚集状态中，分子与分子之 间存在着一种较弱的作用力间存在着一种较弱的作用力 二硫键二硫键 ：是

26、两个硫原子之间所形成的是两个硫原子之间所形成的共价键共价键蛋白质的二级结构是指多肽链的蛋白质的二级结构是指多肽链的主链本身通过氢主链本身通过氢键沿一定方向盘绕、键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象折叠而形成的构象.它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。键。(注注:二级结构不涉及侧链的构象二级结构不涉及侧链的构象)主要有主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角、无规卷曲转角、无规卷曲。2 2 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距形成螺旋结构，螺旋

27、一周，沿轴上升的距离即螺距为离即螺距为,含含个氨基酸残基；两个氨基酸个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为之间的距离为;每个每个aaaa残基沿轴旋转残基沿轴旋转100100度度.肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行行，每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的C=OC=O氧与其后第四个氧与其后第四个氨基酸残基的氨基酸残基的N-HN-H氢形成氢键氢形成氢键。绝大多数天然蛋白质中的绝大多数天然蛋白质中的-螺旋几乎都是螺旋几乎都是右手螺旋右手螺旋。-螺旋都是由螺旋都是由L-L-型型氨基酸氨基酸构成的（构成的（GlyGly除外除外）。、-螺旋及结构特点(1)(1)-螺旋结构螺

28、旋结构螺距螺距每残基的每残基的轴向高度轴向高度每残基绕轴每残基绕轴旋转旋转100 o、-螺旋结构形成的限制因素:凡是有凡是有Pro存在的地方存在的地方,不能形成不能形成。因因ProPro形成的肽键形成的肽键N N原子上没有原子上没有H,H,不可能形成氢键。不可能形成氢键。静电斥力静电斥力。若一段肽链有多个若一段肽链有多个GluGlu或或AspAsp相邻相邻,则因则因时时都带负电荷都带负电荷,防碍防碍 螺旋的形成螺旋的形成;同样多个碱性氨基酸同样多个碱性氨基酸残基在一段肽段内残基在一段肽段内,正电荷相斥正电荷相斥,也防碍也防碍 螺旋的形成。螺旋的形成。位阻位阻。如如AsnAsn、LeuLeu侧链

29、很大，防碍侧链很大，防碍 螺旋的形成。螺旋的形成。(2)-折叠（折叠（-pleated sheet）-折叠或折叠或-折叠片也称折叠片也称-结构或结构或-构象，它构象，它是蛋白质中第二种最常见的二级结构。是蛋白质中第二种最常见的二级结构。-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的多肽折叠是由两条或多条几乎完全伸展的多肽链平行排列，通过链平行排列，通过链间的氢键链间的氢键进行交联而形进行交联而形成的，或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而成的，或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象-折叠结构几乎所有肽键都参与链间氢键的形成，折叠结构几乎所有肽键都参与

30、链间氢键的形成，氢键与链的长轴接近垂直。氢键与链的长轴接近垂直。-折叠有两种类型：折叠有两种类型：一种为一种为平行式平行式，即所有肽链的，即所有肽链的N-N-端都在同一边。端都在同一边。另一种为另一种为反平行式反平行式，即相邻两条肽链的方向相反，即相邻两条肽链的方向相反 -折叠的特点折叠的特点NNN平行式平行式NCN反平行式反平行式蚕丝心蛋白-回折（或发夹结构）回折（或发夹结构）在在-转角部分，由四个转角部分，由四个氨基酸残基组成氨基酸残基组成;弯曲处弯曲处的第一个氨基酸残基的的第一个氨基酸残基的-C=O 和第四个残基的和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形之间形成氢键，形成一个不很稳定的环

31、状成一个不很稳定的环状结构。结构。这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球状蛋白分子中。状蛋白分子中。其特点是肽链回折其特点是肽链回折180180度度(3)-转角转角目前发现的-转角多数都转角多数都存在蛋白质分子表面，它存在蛋白质分子表面，它们的含量相当丰富，约占们的含量相当丰富，约占全部全部AAAA残基的残基的1/41/4。(4)(4)无规卷曲无规卷曲 肽段在空间的不规则排布称为无规则卷肽段在空间的不规则排布称为无规则卷曲。曲。在一般球蛋白分子中，往往含有大量的在一般球蛋白分子中，往往含有大量的无规则卷曲，它使蛋白质肽链从整体上形无规则卷曲，它使蛋白质肽链从整体上形成球状构象。成球状构象。无

32、无无无规规规规则则则则卷卷卷卷曲曲曲曲示示示示意意意意图图图图细胞色素细胞色素C C的三级结构的三级结构无规则卷曲无规则卷曲3 超二级结构（1 1）超二级结构超二级结构指蛋白质中相邻的二级结指蛋白质中相邻的二级结构单位（构单位（-螺旋或螺旋或-折叠或折叠或-转角转角）组合）组合在一起，形成有规则的、在空间上能够辨在一起，形成有规则的、在空间上能够辨认的认的二级结构组合体二级结构组合体。（2 2）超二级结构的基本类型：超二级结构的基本类型：、-链链 希腊钥匙构象希腊钥匙构象超二级结构类型超二级结构类型 -曲折曲折-螺旋螺旋 定定义义：对对于于较较大大的的蛋蛋白白质质分分子子或或亚亚基基，多多肽肽

33、链链往往往往由由两两个个或或两两个个以以上上相相对对独独立立的的三三维维实实体体缔缔合合而而成成三级结构，这种相对独立的三维实体称结构域。三级结构，这种相对独立的三维实体称结构域。现现在在,结结构构域域的的概概念念有有三三种种不不同同而而又又相相互互联联系系的的涵涵义义:即即独独立立的的结结构构单单位位、独独立立的的功功能能单单位位和和独独立的折叠单位立的折叠单位。4 4 结构域类型：类型：-螺旋域；螺旋域；-折叠域；折叠域；+域；域；/域；无规则卷曲域；无规则卷曲+-回折域；回折域；无规则卷曲无规则卷曲+-螺旋结构域螺旋结构域结构域结构域1结构域结构域2-折叠折叠-转角转角二硫键二硫键-螺旋

34、螺旋卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域两个铁原子两个铁原子蚯蚓血红蛋白中四个-螺旋组成的结构域 -螺旋域螺旋域；免疫球蛋白VL -折叠结构域-折叠域折叠域；丙酮酸激酶结构域丙酮酸激酶结构域4 4/结构域结构域3-P-3-P-甘油醛脱氢酶结构域甘油醛脱氢酶结构域2 2+结构域结构域木瓜蛋白酶结构域木瓜蛋白酶结构域1 1无规则卷曲无规则卷曲+-+-螺旋结构域螺旋结构域木瓜蛋白酶结构域木瓜蛋白酶结构域2 2无规则卷曲无规则卷曲+-+-回折结构域回折结构域定义定义多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，基础上，主链构象和侧链构象

35、主链构象和侧链构象相互作用，沿三相互作用，沿三维空间多方向卷曲，进一步盘曲折叠形成特定维空间多方向卷曲，进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结构。的球状分子结构。在三级结构中，在三级结构中，具有极性侧链基团的具有极性侧链基团的AAAA残基残基几乎全部在分子的表面几乎全部在分子的表面,而非极性残基则被埋而非极性残基则被埋于分子内部于分子内部,不与水接确不与水接确.而形成疏水的核心。而形成疏水的核心。5 蛋白质的三级结构木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶组织蛋白酶组织蛋白酶B-折叠折叠-转角转角无规则卷无规则卷曲曲 空穴空穴-螺旋螺旋维持三级结构的作用力维持三级结构的作用力氢键氢键范德华力范德华力疏水键（疏水相互作

36、用）疏水键（疏水相互作用）离子键（盐键）离子键（盐键）二硫键二硫键疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用，疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用，它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力。三级结构的特征：含多种二级结构单元；含多种二级结构单元；有明显的折叠层次；有明显的折叠层次；是紧密的球状或椭球状实体；是紧密的球状或椭球状实体；分子表面有一空穴分子表面有一空穴(活性部位活性部位)；疏水侧链埋藏在分子内部，疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。亲水侧链暴露在分子表面。实例实例：肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白的结构与功能肌红蛋白的结构与功能（1 1）肌红蛋

37、白的功能）肌红蛋白的功能：哺乳动物肌肉中储存氧并运输氧的蛋白。哺乳动物肌肉中储存氧并运输氧的蛋白。（2 2）肌红蛋白的结构特点）肌红蛋白的结构特点：19631963年，年，KendrewKendrew a.a.一条多肽链，一条多肽链，153153个氨基酸残基，一个血红素辅基，分个氨基酸残基，一个血红素辅基，分子量子量1760017600道尔顿。道尔顿。b.b.肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共折叠成折叠成8 8段段长度不等的长度不等的-螺旋体（螺旋体（A-HA-H），最长的有），最长的有2323个氨基个氨基酸酸残基，残基，最短的

38、有最短的有7 7个氨基酸个氨基酸残基。拐弯处多由残基。拐弯处多由ProPro、SerSer、IleIle、ThrThr等组成。等组成。c.c.具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使肌红蛋白成为可溶肌红蛋白成为可溶性蛋白。性蛋白。肌红蛋白血红素辅基抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构6 6 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 四级结构四级结构是指由两是指由两 个或两个以上具有三级结构个或两个以上具有三级结构的的多肽链多肽链按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白

39、按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。质分子。其中每条多肽链称为其中每条多肽链称为亚基。亚基。通常通常亚基亚基只有一条多肽链，但有的只有一条多肽链，但有的亚基由两条或亚基由两条或多条多肽链组成多条多肽链组成，这些多肽链间多以，这些多肽链间多以二硫键二硫键相连相连,亚基单独存在时无生物学活性。亚基单独存在时无生物学活性。一般来说具有四级结构的蛋白属于一般来说具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白寡聚蛋白。定义定义维持蛋白质四级结构的主要作用力在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力主要包括：主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏氢键、离子键、范德华力和疏水键。水键。即亚

40、基之间主要是通过即亚基之间主要是通过次级键次级键彼此彼此缔合在一起。缔合在一起。疏水键疏水键是最主要的作用力。是最主要的作用力。血红蛋白的结构与功能（1 1）血红蛋白的结构特点：）血红蛋白的结构特点：a.a.是四个亚基的寡聚蛋白，是四个亚基的寡聚蛋白，574574个个AAAA残基，分子量残基，分子量6500065000b.b.是由相同的两条是由相同的两条 链和两条链和两条 链组成链组成四聚体四聚体 2 2 2 2，成成人的血红蛋白为人的血红蛋白为 2 2 2 2、胎儿的血红蛋白为、胎儿的血红蛋白为 2 2 2 2c.c.链由链由141AA141AA残基残基组成，组成，链由链由146AA146A

41、A残基组成。残基组成。四条肽链的三级结构与肌红蛋白相似，各自内部四条肽链的三级结构与肌红蛋白相似，各自内部有一个血红素辅基。有一个血红素辅基。（2 2）血红蛋白的功能：血红蛋白的功能：存在于动物血液的红细胞中，存在于动物血液的红细胞中，具有运输具有运输O O2 2和和COCO2 2的功能；血红蛋白还能和的功能；血红蛋白还能和H H+结合，结合，从而可以维持体内从而可以维持体内pH.pH.血红蛋白四级结构血红蛋白四级结构血红素血红素辅基辅基化学键化学键共价键共价键次级键次级键肽键肽键二硫键二硫键氢键氢键疏水键疏水键盐键盐键范德华力范德华力一级结构一级结构二、三、四级结构二、三、四级结构三、四级结

42、构三、四级结构蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键(一一)蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 1.1.同功蛋白质一级结构的种属差异性同功蛋白质一级结构的种属差异性 细胞色素细胞色素C C是真核细胞线粒体内膜上一种含是真核细胞线粒体内膜上一种含FeFe的的蛋白质，在生物氧化中起传递电子的作用。通过植蛋白质，在生物氧化中起传递电子的作用。通过植物、动物和微生物等数百种生物的细胞色素物、动物和微生物等数百种生物的细胞色素C C一级结一级结构的研究表明：构的研究表明：（1 1）亲缘关系越近，）亲缘关系越近，AAAA顺序的同源性越大。顺序的同源性越大。（2 2）尽管

43、不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞）尽管不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞色素色素C C功能密切相关的功能密切相关的AAAA顺序却有共同之处，即顺序却有共同之处，即保守保守顺序顺序不变不变不同生物与人的细胞色素不同生物与人的细胞色素C C相比较相比较AAAA差异数目差异数目 黑猩猩黑猩猩 0 0 鸡、火鸡鸡、火鸡 13 13 牛猪羊牛猪羊 10 10 海龟海龟 15 15 狗驴狗驴 11 11 小麦小麦 35 35 粗糙链孢霉粗糙链孢霉43 43 酵母菌酵母菌 44 44生物生物 与人不同的与人不同的AA数目数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊牛、猪、羊 1

44、0狗狗 11马马 12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 不同生物与人的不同生物与人的Cytc的的AA差异数目差异数目根据细胞色素根据细胞色素 C的的顺序种属差异建立顺序种属差异建立起来的进化树起来的进化树圆圈代表分歧点圆圈代表分歧点2.2.蛋白质一级结构的变异与分子病蛋白质一级结构的变异与分子病 分子病分子病分子病分子病指蛋白质分子中由于指蛋白质分子中由于AAAA排列顺序与正常蛋排列顺序与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病白质不同而发生的一种遗传病(基因突变造成的基

45、因突变造成的)。镰刀形贫血病：镰刀形贫血病：病因：血红蛋白病因：血红蛋白AAAA顺序的细微变化顺序的细微变化 -链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人）（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患（患 者）者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys镰刀形贫血病：镰刀形贫血病：病人体内血红蛋白的含量乃至红细胞病人体内血红蛋白的含量乃至红细胞的量都较正常人少，且红细胞的形状为新月形，即镰的量都较正常人少，且红细胞的形状为新月形，即镰刀状。此种细胞壁薄，而且脆性大，极易涨破而发生刀状。

46、此种细胞壁薄，而且脆性大，极易涨破而发生溶血；再者，发生镰变的细胞粘滞加大，易栓塞血管；溶血；再者，发生镰变的细胞粘滞加大，易栓塞血管；由于流速较慢，输氧机能降低，使脏器官供血出现障由于流速较慢，输氧机能降低，使脏器官供血出现障碍，从而引起头昏、胸闷而导致死亡。碍，从而引起头昏、胸闷而导致死亡。谷氨酸在生理谷氨酸在生理pH值下为带值下为带负电荷负电荷R基氨基酸基氨基酸，而缬氨酸却是一种而缬氨酸却是一种非极性非极性R基氨基酸基氨基酸，就使得，就使得HbS分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改变，变，溶解度降低溶解度降低，使之不正常地聚集成纤维状血，使之不正常

47、地聚集成纤维状血红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状,输氧功能下降输氧功能下降,细胞脆弱易溶血细胞脆弱易溶血.3.3.一级结构的局部断裂与蛋白质的激活一级结构的局部断裂与蛋白质的激活胰岛素原与胰岛素胰岛素原与胰岛素（牛胰岛素原的激活）（牛胰岛素原的激活）ArgLysArg（C肽）肽）(二二)蛋白质的高级结构与功能的关系蛋白质的高级结构与功能的关系蛋白质的功能通常取决于它的特定构象蛋白质的功能通常取决于它的特定构象。某些蛋白质表现其生物功能时，构象发生改变，从而改变整某些蛋白质表现其生物功能时，构象发生改变，从而改变整个分子的性质，这种现象称为个分子的性质，这种现象称为别

48、构效应别构效应。如血红蛋白如血红蛋白是四个亚基的寡聚蛋白，其与氧的结合存在别构是四个亚基的寡聚蛋白，其与氧的结合存在别构效应。而肌红蛋白只有一个亚基，不存在别构效应。效应。而肌红蛋白只有一个亚基，不存在别构效应。6.1 6.1 蛋白质的性质蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量（一）蛋白质的相对分子量（自学自学）（二）蛋白质的两性电离性质和等电点（二）蛋白质的两性电离性质和等电点（三）蛋白质的变性与复性（三）蛋白质的变性与复性（四）蛋白质胶体性质（四）蛋白质胶体性质(五五)蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀(六）蛋白质呈色反应六）蛋白质呈色反应（七）蛋白质的测定（七）蛋白质的测定6.2 6.2 蛋白质的分

49、离、分析技术蛋白质的分离、分析技术（自学自学）(二二二二)蛋白质的两性电离及等电点蛋白质的两性电离及等电点蛋白质的两性电离及等电点蛋白质的两性电离及等电点 蛋白质的等电点：蛋白质的等电点：当溶液在某一定当溶液在某一定pHpH值时，使某特定蛋值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中即不向阳极移动也不向阴极移动，此时溶液的即不向阳极移动也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为值即为该蛋白质的等电点（该蛋白质的等电点（pI）。）。在等电点时，在等电点时，蛋白质的溶解度蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。最小，在电场中不移动。在外

50、液在外液pHpH低于等电点的溶液中，低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电荷，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动；在电场中向负极移动；在外液在外液pHpH高于等电点的溶液中，高于等电点的溶液中，蛋蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质蛋白质电泳电泳带电粒子在电场中移动的现象。带电粒子在电场中移动的现象。参见参见p506.1 蛋白质的性质蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量（一）蛋白质的相对分子量（自学自学）参见参见p51电泳蛋白质在等电点蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳条件下，不发生电泳现象。现象。利用蛋白质的电泳利用