第2章蛋白质化学

1、2022-6-71第2章 蛋白质2022-6-7生物化学 第一章 绪论2要求要求l 熟悉20种标准氨基酸的结构式及三字符号；l 掌握蛋白质的基本结构单位；l 掌握蛋白质的重要理化性质； l 掌握蛋白质的含氮量及与蛋白质定量关系；l 掌握蛋白质一、二、三、四级结构的概念；掌握结构与功能的关系。2022-6-7生物化学 第一章 绪论32.1 2.1 蛋白质的分类蛋白质的分类l按照分子形状分：按照分子形状分：v球状蛋白质球状蛋白质v纤维状蛋白质纤维状蛋白质v膜蛋白质膜蛋白质l按照分子组成种类：按照分子组成种类：v简单蛋白质简单蛋白质v结合蛋白质结合蛋白质2022-6-7生物化学 第一章 绪论4l按照

2、功能分类按照功能分类v酶酶v调节蛋白调节蛋白v贮存蛋白贮存蛋白v转运蛋白转运蛋白v受体蛋白受体蛋白v支架蛋白支架蛋白2022-6-7生物化学 第一章 绪论5是由许多不同的是由许多不同的-氨基酸按氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。定生物功能的大分子。2022-6-7生物化学 第一章 绪论6l蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成vC C（5055%5055%）、）、H H（68%68%）、）、OO（2023%2023%）、）、NN（1518%1518%）、）、 S S（04%04%

3、）、）、vNN 的 含 量 平 均 为的 含 量 平 均 为 1 6 % 1 6 % 凯 氏凯 氏（KjadehlKjadehl）定氮法的理论基础：）定氮法的理论基础：v蛋白质含量蛋白质含量 蛋白氮蛋白氮6.256.252022-6-7生物化学 第一章 绪论72.2 2.2 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位- -氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 分子中既有氨基又有羧基的化合分子中既有氨基又有羧基的化合物，是物，是蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位。从细菌到。从细菌到人类，所有蛋白质都由人类，所有蛋白质都由2020种种氨基酸氨基酸组组成。成。 （一）（一）氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式：1919

4、种氨基酸具种氨基酸具有一级氨基（有一级氨基（-NH-NH2 2）和羧基（）和羧基（-COOH-COOH）结合到结合到碳原子（碳原子（CC），同时结合到），同时结合到（CC）上的是）上的是H H原子和各种侧链（原子和各种侧链（R R）；）；ProPro具有二级氨基（具有二级氨基（-亚氨基酸）亚氨基酸）2022-6-7生物化学 第一章 绪论8l-C-C-C-C-COOH l-C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸 l-C-C-C(NH2)-C-COOH -氨基酸 l-C-C(NH2)-C-C-COOH -氨基酸什么是什么是-氨基酸？氨基酸？2022-6-7生物化学 第一章 绪论9不带电形式

5、H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称如是不对称C（除（除Gly），则：），则： 具有两种立体异构体具有两种立体异构体 D-型和型和L-型型 . 具有旋光性（手性）具有旋光性（手性） 左旋（左旋（-）或右旋（）或右旋（+）21.2022-6-7生物化学 第一章 绪论102022-6-7生物化学 第一章 绪论112.3 氨基酸的分类氨基酸的分类(按基的极性性质按基的极性性质)、非极性基、非极性基aaaa2022-6-7生物化学 第一章 绪论12、不带电荷的极性基、不带电荷的极性基aaaa2022-6-7生物化学 第一章 绪论133 3、带正电荷的基、带正电荷的基aa

6、aa2022-6-7生物化学 第一章 绪论144 4、带负电荷的基、带负电荷的基aaaa2022-6-7生物化学 第一章 绪论15l人体必需氨基酸人体必需氨基酸，指人体不能合成或合成，指人体不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，白供给， 这些氨基酸称为必需氨基酸。这些氨基酸称为必需氨基酸。共有共有赖氨酸赖氨酸、色氨酸色氨酸、苯丙氨酸苯丙氨酸、蛋氨酸蛋氨酸、苏氨酸苏氨酸、异亮氨酸异亮氨酸、亮氨酸亮氨酸、缬氨酸缬氨酸8 8种。种。l8 8种人体必须氨基酸的简单记忆方法：种人体必须氨基酸的简单记忆方法：“假设来写一两本书假设来写一两本书”就是甲

7、硫氨酸、色就是甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸。酸、苯丙氨酸、苏氨酸。l或者：或者：“笨蛋来宿舍，晾一晾鞋笨蛋来宿舍，晾一晾鞋”2022-6-7生物化学 第一章 绪论16l此外，人体合成此外，人体合成精氨酸精氨酸、组氨酸组氨酸的能的能力不足于满足自身的需要，需要从食力不足于满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分，我们称之为物中摄取一部分，我们称之为半必需半必需氨基酸氨基酸。l另外的十种氨基酸，人体可以自己合另外的十种氨基酸，人体可以自己合成，不必靠食物补充，我们称为成，不必靠食物补充，我们称为非必非必需氨基酸需氨基酸。 2

8、022-6-7生物化学 第一章 绪论17遗传密码子表遗传密码子表2022-6-7生物化学 第一章 绪论183氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质物理性质物理性质l无色晶体，熔点极高（无色晶体，熔点极高（200200以以上），不同味道；水中溶解度差别上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性）。较大（极性和非极性）。l具有紫外吸收性质具有紫外吸收性质。2022-6-7生物化学 第一章 绪论19l含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质 芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收l苯丙氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸的最大吸收酪氨酸的最大吸收峰在峰在220-3

9、00220-300nmnm 附近。附近。l大多数蛋白质含有大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶所以测定蛋白质溶液液280nm280nm的光吸的光吸收值是分析溶液中收值是分析溶液中蛋白质含量的快速蛋白质含量的快速简便的方法。简便的方法。2022-6-7生物化学 第一章 绪论20化学性质化学性质l两性解离和等电点两性解离和等电点v氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的正离子和能接受质子的-COO-负离子，为两

10、性电解质。负离子，为两性电解质。v等电点：等电点：调节氨基酸溶液的调节氨基酸溶液的pH， -NH3+和和-COO-的解离度完全相等，氨基酸所带净电的解离度完全相等，氨基酸所带净电荷为零，在电场中不向任何一极移动，此荷为零，在电场中不向任何一极移动，此时的时的pH即等电点。即等电点。2022-6-7生物化学 第一章 绪论21H3NCHCOOHR+在酸性溶液在酸性溶液中的氨基酸中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态在晶体状态或水溶液中或水溶液中的氨基酸的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在 碱 性 溶 液在 碱 性 溶 液中的氨基酸中的氨基酸（pHpI）2022-6-7生物化

11、学 第一章 绪论22l氨基酸等电点的确定：氨基酸等电点的确定：v根据根据pK值（该基团在此值（该基团在此pH一半解离）一半解离）计算：等电点等于两性离子两侧计算：等电点等于两性离子两侧pK值值的的算术平均数算术平均数。pI = pK1+pK222022-6-7生物化学 第一章 绪论23等电点的计算等电点的计算 中性氨基酸：以中性氨基酸：以GlyGly为例为例 K1=Gly H+Gly+K2=Gly- H+GlypIpI时，时，Gly+ = Gly- Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.

12、97GlyH3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K22022-6-7生物化学 第一章 绪论24酸性氨基酸，以酸性氨基酸，以AspAsp为例：为例：2022-6-7生物化学 第一章 绪论25碱性氨基酸，以碱性氨基酸，以Lys为例：为例：2022-6-7生物化学 第一章 绪论26l碱性氨基酸和酸性氨基酸如何推导其碱性氨基酸和酸性氨基酸如何推导其pI值？值？2022-6-7生物化学 第一章 绪论27l 与茚三酮的反应与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，产生黄色物质，其它为蓝紫色。在其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）（蓝紫色）或或440n

13、m（黄色）定量测定（黄色）定量测定（g级）。级）。l p262022-6-7生物化学 第一章 绪论282022-6-7生物化学 第一章 绪论29l与甲醛的反应与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+ H+OH-中和滴定中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2羟甲基氨基酸2022-6-7生物化学 第一章 绪论30氨基酸两性离子的氨基酸两性离子的NHNH3 3+ +是弱是弱酸，其酸，其pKapKa为为9.79.7左右，完全左右，完全离解时溶液的离解时溶液的pHpH约为约为1010，超出酸碱滴定指示剂的显色超出酸碱滴定指

14、示剂的显色范围，不能用一般指示剂，范围，不能用一般指示剂，例如酚酞，作酸碱滴定。例如酚酞，作酸碱滴定。当氨基酸溶液中存在当氨基酸溶液中存在1mol/L1mol/L甲醛时，滴定终点由甲醛时，滴定终点由pHl1pHl1左左右移至右移至9 9附近，亦即酚酞指示附近，亦即酚酞指示剂的变色区域。这就是甲醛剂的变色区域。这就是甲醛滴定法的基础。滴定法的基础。2022-6-7生物化学 第一章 绪论31l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-DNP-氨基酸氨基酸 黄色黄色P28,鉴别

15、多肽或蛋白质N末端的氨基酸，Sanger法2022-6-7生物化学 第一章 绪论32H2NCHCOOH + RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）丹磺酰氯pH9.7 40NCH3CH3O=S=OHNCHCOOH RDNS-氨基酸取代取代DNFB测定蛋白质测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高端氨基酸，灵敏度高2022-6-7生物化学 第一章 绪论33l与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITCPITC）的反应）的反应重复测定多重复测定多肽链肽链N N端氨端氨基酸排列顺基酸排列顺序，设计出序，设计出“多肽顺序多肽顺序自动分析仪自动分析仪”苯内乙硫酰脲-丙氨酸H2022-6-7生

16、物化学 第一章 绪论34l与亚硝酸反应与亚硝酸反应2022-6-7生物化学 第一章 绪论35l与荧光胺反应：与荧光胺反应：根据荧光强度测定氨基酸含量（根据荧光强度测定氨基酸含量（ngng级）。激级）。激发波长发波长x x=390nm=390nm，发射波长，发射波长m m=475nm=475nm。2022-6-7生物化学 第一章 绪论36测定测定Cys含量（含量（pH8.0412nm的摩尔消光系数的摩尔消光系数=13600）计算计算-SH含量含量l与与5,5-5,5-双硫基双硫基- -双（双（2-2-硝基苯甲酸）反应硝基苯甲酸）反应：DTNB 生物化学 第一章 绪论2.3 肽l一分子氨基酸的-羧

17、基与另一分子氨基酸-氨基脱水缩合的化合物叫做肽，氨基酸之间通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键）连接而成。2022-6-7生物化学 第一章 绪论38l碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。生物化学 第一章 绪论l二肽二肽(2(2个氨基酸残基个氨基酸残基) )l三肽三肽(3(3个氨基酸残基个氨基酸残基) )l寡肽寡肽(12(12n20)n20)l多肽多肽(n20)(n20)2022-6-7生物化学 第一章 绪论40l 肽链写法肽链写法l 游离游离-氨基在左，游离氨基在左，游离-羧基在右，

18、羧基在右，氨基酸之间用氨基酸之间用“-”表示肽键。表示肽键。2022-6-7生物化学 第一章 绪论41l H H2 2N-N-丝氨酸丝氨酸- -缬氨酸缬氨酸- -酪氨酸酪氨酸- -天冬氨酸天冬氨酸- -谷氨酰谷氨酰氨氨-COOH-COOHl Ser-Val-Ser-Val-Tyr-Asp-GlnTyr-Asp-Glnl S-V-Y-D-QS-V-Y-D-QCCNCCNCCNCCNCC H2C HC H2C H2C H2C O O-O HC O2HC H2C O N H2O HC H3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnC H3N-端C-端肽键2022-6-7生物化学

19、 第一章 绪论42l肽命名肽命名l多肽化合物的名称，通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序，以残基名称（如某某氨酰）从N端依次阅读到C端，并以C端残基全名结束肽的名称。2022-6-7生物化学 第一章 绪论43l下列五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸：2022-6-7生物化学 第一章 绪论44生物活性肽生物活性肽l能够调节生物机体的生命活动或具有能够调节生物机体的生命活动或具有某些生理活性的寡肽和多肽的总称。某些生理活性的寡肽和多肽的总称。l主要机理是调节体内有的关酶类，保主要机理是调节体内有的关酶类，保障代谢途径的畅通，或通过控制转录障代谢途径的畅通，或通过控制转录和翻译而影响蛋白质的合成。

20、和翻译而影响蛋白质的合成。2022-6-7生物化学 第一章 绪论45l谷胱甘肽谷胱甘肽 GSHGSHH2N-CHCH2CH2COCOOH-GluNHCHCOCH2SHCysNHCH2COOHGly2022-6-7生物化学 第一章 绪论46H2O22H2O2GSHGSSGGSH过氧化物酶过氧化物酶GSH还原酶还原酶NADP+NADPH+H+2022-6-7生物化学 第一章 绪论47l催产素和加压素催产素和加压素l均为均为9 9肽，第肽，第3 3位和第位和第8 8位氨基酸不同。位氨基酸不同。GlyGly +H3N +H3NCCOONH2NH22022-6-7生物化学 第一章 绪论48l催产素使子宫

21、和乳腺平滑肌收缩，具催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。有催产和促使乳腺排乳作用。l升压素促进血管平滑肌收缩，升高血升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。压，减少排尿。2022-6-7生物化学 第一章 绪论49l 促肾上腺皮质激素（促肾上腺皮质激素（ACTHACTH）l3939肽，活性部位为第肽，活性部位为第4 41010位的位的7 7肽肽片段：片段：lMet-Glu-His-Phe-Arg-Trp-GlyMet-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。2022-6-7生物化学 第一章 绪论50l脑肽脑肽l5 5肽，具有强烈的镇痛作用（强于吗肽，具有强烈的

22、镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。啡），不上瘾。lMet-Met-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetTyr-Gly-Gly-Phe-MetlLeu-Leu-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuTyr-Gly-Gly-Phe-Leu2022-6-7生物化学 第一章 绪论512.4 2.4 蛋白质的结构蛋白质的结构l蛋白质蛋白质：由氨基：由氨基酸序列以肽键相酸序列以肽键相连，构成可以折连，构成可以折叠成复杂的三维叠成复杂的三维空间结构，具有空间结构，具有生物活性的分子。生物活性的分子。2022-6-7生物化学 第一章 绪论52蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构l 一级结

23、构就是蛋白质分子中氨基酸残一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。2022-6-7生物化学 第一章 绪论53l 在基因编码的蛋白质中，这种序列是在基因编码的蛋白质中，这种序列是由由mRNAmRNA中的核苷酸序列决定的。中的核苷酸序列决定的。l 一级结构中包含的共价键（一级结构中包含的共价键（covalent covalent bondsbonds）主要指肽键（）主要指肽键（peptide bondpeptide bond）和二硫键（和二硫键（disulfide bonddisulfide bond）2022-6-7生物化学 第一章 绪

24、论54HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His- Leu-Val- Glu- Ala- Leu- Tyr Leu -Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSSS牛胰岛素的化学结构2022-6-7生物化学 第一章 绪论55一级结构测定一级结构测定

25、p57p57基本战略：基本战略：l片段重叠法氨基酸顺序直测法片段重叠法氨基酸顺序直测法要点：要点：la. a. 二硫键的断裂二硫键的断裂lb. Nb. N、C C末端的鉴定末端的鉴定lc. c. 多肽链的裂解多肽链的裂解2022-6-7生物化学 第一章 绪论56ld. d. 分离多肽链裂解产生的小肽段分离多肽链裂解产生的小肽段le. e. 肽段氨基酸序列的测定肽段氨基酸序列的测定lf. f. 将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析推断出蛋白质分子的全进行比较分析推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。部氨基酸序列。lg. g. 确定多肽链中二硫键位置确定多肽链中

26、二硫键位置2022-6-7生物化学 第一章 绪论572022-6-7生物化学 第一章 绪论58借助重叠肽确定肽段次序：借助重叠肽确定肽段次序：l末端残基末端残基 H Sl第一套肽段第一套肽段 PS OUS HOWT OUSE RLA l第二套肽段第二套肽段 WTOUS APS OUS ERL HOl推断全顺序推断全顺序 HOWTOUSEOERLAPS2022-6-7生物化学 第一章 绪论59蛋白质的高级结构（构象、空间结构）蛋白质的高级结构（构象、空间结构）l蛋白质分子中所有原子在三维空间的蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。排列分布和肽链的走向。2022-6-7生物化学 第

27、一章 绪论60多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制l肽平面是刚性平面肽平面是刚性平面l二面角二面角 、对主链构象的限制对主链构象的限制l侧链侧链R R基团基团2022-6-7生物化学 第一章 绪论61l两相邻酰胺平面之两相邻酰胺平面之间，能以共同的间，能以共同的C为定点而旋转，为定点而旋转，绕绕C-N键旋转的键旋转的角度称角度称角，绕角，绕C-C键旋转的角度键旋转的角度称称角。角。和和称称作二面角，亦称构作二面角，亦称构象角。象角。2022-6-7生物化学 第一章 绪论622022-6-7生物化学 第一章 绪论63A A盐键；盐键；b b氢键；氢键；c c疏水作用力；疏水作用力；d d

28、范德华力；范德华力；e e二硫键二硫键2022-6-7生物化学 第一章 绪论64蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构(secondary structure)l多肽有一定周期性的，由氢键维持的多肽有一定周期性的，由氢键维持的局部空间结构，比如局部空间结构，比如-螺旋、螺旋、-折折叠和叠和-转角等。转角等。2022-6-7生物化学 第一章 绪论65l -螺旋（螺旋（-helix-helix）l 螺旋的每圈有3.6个氨基酸，每个残基沿轴旋转100，螺旋间距离为0.54nm，两个残基间距离为0.15nm，螺距直径约为0.6nm。l 多数为右手螺旋。2022-6-7生物化学 第一章 绪论662022-6-

29、7生物化学 第一章 绪论67l 每个肽键的羰基氧与其前面第四个氨基 酸 氨 基 上 的 氢 形 成 氢 键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。C( N CC )3 NOHHR3.613HO2022-6-7生物化学 第一章 绪论68l R侧链基团伸向螺旋的外侧。l Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。l-螺旋实例l头发、肌红蛋白2022-6-7生物化学 第一章 绪论69l-折叠（折叠（-pleated sheet-pleated sheet）l 肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰肽链按层排列，依

30、靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。性。l 肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。2022-6-7生物化学 第一章 绪论70l特征：两条或多条伸展的多肽链（或特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的通过相邻肽链主链上的N-HN-H与与C=OC=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即结构，即折叠片。折叠片。2022-6-7生物化学 第一章 绪论712

31、022-6-7生物化学 第一章 绪论72l类别：平行类别：平行 反平行反平行2022-6-7生物化学 第一章 绪论73l-转角（转角（-turn）l特征：多肽链中氨基酸残基特征：多肽链中氨基酸残基n n的羰基的羰基上的氧与残基（上的氧与残基（n+3n+3）的氮原子上的）的氮原子上的氢之间形成氢键，肽键回折氢之间形成氢键，肽键回折180180。l甘氨酸、脯氨酸容易出现在转角处。甘氨酸、脯氨酸容易出现在转角处。2022-6-7生物化学 第一章 绪论742022-6-7生物化学 第一章 绪论75 - -凸起凸起 ( -bulge )( -bulge ) l大多数情况下为大多数情况下为 折叠中的一种不

32、折叠中的一种不规则情况。规则情况。2022-6-7生物化学 第一章 绪论76无规卷曲无规卷曲(random coil)(random coil)l没有一定规律的松散肽链结构，但对没有一定规律的松散肽链结构，但对某些球蛋白而言，特定的区域有特定某些球蛋白而言，特定的区域有特定的卷曲方式，的卷曲方式，酶的功能部位酶的功能部位常常位于常常位于这种构象中。这种构象中。2022-6-7生物化学 第一章 绪论77超二级结构超二级结构(super-secondary structure)(super-secondary structure)l 超二级结构超二级结构是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作

33、用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。l 是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。2022-6-7生物化学 第一章 绪论782022-6-7生物化学 第一章 绪论792022-6-7生物化学 第一章 绪论80一些已知功能的超二级结构一些已知功能的超二级结构: :2022-6-7生物化学 第一章 绪论81结构域结构域(domain)(domain)l 结构域结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构，具有部分生物功能。2022-6-7生物化学 第一章 绪论82 2022-6-7生物化学 第一章 绪论83l蛋白质的三级结构蛋

34、白质的三级结构(tertiary structure)l球状蛋白的多肽链在二级结构、超二球状蛋白的多肽链在二级结构、超二级结构和结构域等结构层次的基础上，级结构和结构域等结构层次的基础上，组装而成的完整的结构单元。组装而成的完整的结构单元。l即多肽链上包括主链和侧链在内的所即多肽链上包括主链和侧链在内的所有原子在三维空间上的分布。有原子在三维空间上的分布。2022-6-7生物化学 第一章 绪论84l因而，某些较小的蛋白质分子只有一个结构域，则结构域与三级结构是一个意思。l对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。2022-6-7生物化学 第一章 绪论85肌红蛋白的

35、三级结构肌红蛋白的三级结构2022-6-7生物化学 第一章 绪论86l蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(quarternary structure)l具有三级结构的球状蛋白质以非共价键结具有三级结构的球状蛋白质以非共价键结合在一起，形成的聚集体称为蛋白质的四合在一起，形成的聚集体称为蛋白质的四级结构。级结构。l其中每个具有三级结构的蛋白质称为亚基。其中每个具有三级结构的蛋白质称为亚基。l一个亚基可有一条肽链，也可有多条肽链一个亚基可有一条肽链，也可有多条肽链构成。构成。2022-6-7生物化学 第一章 绪论87血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构2022-6-7生物化学 第一章 绪论88202

36、2-6-7生物化学 第一章 绪论89l蛋白质的一级结构和高级结构(二级、三级、四级结构)与女孩子的辫子形象地联系起来。2022-6-7生物化学 第一章 绪论90l蛋白质的一条多肽链,即一级结构就像辫子的每股头发2022-6-7生物化学 第一章 绪论91l蛋白质的二级结构就是已编织好的辫子(如三股辫、四股辫等) 2022-6-7生物化学 第一章 绪论92l将编织好的辫子再盘起来, 那么盘发的形式即是蛋白质的三级结构2022-6-7生物化学 第一章 绪论93l每股头发的单独构型可看作一个亚基, 每股构型之间的连结则为蛋白质的四级结构。2022-6-7生物化学 第一章 绪论942.5 蛋白质的结构与

37、功能的关系蛋白质的结构与功能的关系 蛋白质分子具有多样的生物学功能，蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。空间构象。2022-6-7生物化学 第一章 绪论95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l 种属差异种属差异l 蛋白质一级结构的种属差异明显，但相同蛋白质一级结构的种属差异明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。如：胰岛素如：胰岛素 p47p47l 根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。如：细胞色素在亲缘关系上

38、的远近。如：细胞色素c c2022-6-7生物化学 第一章 绪论96分子病分子病l蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。l正常人红细胞为圆盘状。从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。2022-6-7生物化学 第一章 绪论97l-链 1 2 3 4 5 6 7lHb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-GluGlu-LyslHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-ValVal-Lys2022-6-7生物化学 第一章 绪论98l说明每种蛋白质分子都有特定的结构说明每种蛋白质分子都有特定的结构来完成它的功能，个别氨基酸的变化来完成它的功能，个别氨基酸的变

39、化就可能引起功能的改变或丧失。就可能引起功能的改变或丧失。2022-6-7生物化学 第一章 绪论99蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系l血红蛋白血红蛋白( (构象变化构象变化) )、肌红蛋白、肌红蛋白 p48p48l抗体分子抗体分子2022-6-7生物化学 第一章 绪论1002.6 2.6 蛋白质的性质蛋白质的性质(1)(1)蛋白质的两性电离及等电点蛋白质的两性电离及等电点l蛋白质分子中可解离的基团除肽末端的氨蛋白质分子中可解离的基团除肽末端的氨基和羧基外，还有侧链上的氨基、羧基、基和羧基外，还有侧链上的氨基、羧基、咪唑基、胍基、巯基等。咪唑基、胍基、巯基等。l 蛋白质在其等电点偏酸

40、溶液中带正电荷，l 在偏碱溶液中带负电荷，l 在等电点时为两性离子。2022-6-7生物化学 第一章 绪论101l 电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。l 分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。2022-6-7生物化学 第一章 绪论102l 自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。l 区带电泳：将蛋白质溶液点在浸了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分形成带状区域。2022-6-7生物化学 第一章 绪论103l 区带电泳：v纸电泳：用滤纸作支持物。v醋酸纤维薄膜电泳v凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。w 圆盘电泳：玻璃管中进行的凝胶电泳。w 平板

41、电泳：铺有凝胶的玻板上进行的电泳。2022-6-7生物化学 第一章 绪论1042022-6-7生物化学 第一章 绪论105(2)(2)蛋白质的相对分子量蛋白质的相对分子量l 蛋白质相对分子量在蛋白质相对分子量在10kD-1000kD10kD-1000kD之之间。测定分子量的主要方法有间。测定分子量的主要方法有渗透压渗透压法法、超离心法超离心法、凝胶过滤法凝胶过滤法、聚丙烯聚丙烯酰胺凝胶电泳酰胺凝胶电泳等。等。2022-6-7生物化学 第一章 绪论106SDSSDS聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳l在聚丙烯酰胺凝胶中，被分离的蛋白在聚丙烯酰胺凝胶中，被分离的蛋白质受到双重效应：质受到双重效应

42、：l分子筛效应：小分子在凝胶中跑得快分子筛效应：小分子在凝胶中跑得快l电场效应：带电荷多的分子跑得快电场效应：带电荷多的分子跑得快l因而综合起来，带电荷多且分子量小因而综合起来，带电荷多且分子量小的跑得快。的跑得快。2022-6-7生物化学 第一章 绪论107l将蛋白质加入到十二烷基硫酸钠将蛋白质加入到十二烷基硫酸钠(SDS)(SDS)中，加入少量巯基乙醇，中，加入少量巯基乙醇，100100度煮沸度煮沸几分钟。几分钟。l蛋白质中巯基被打开，肽链也被解离，蛋白质中巯基被打开，肽链也被解离，SDSSDS阴离子吸附在肽链上。阴离子吸附在肽链上。l肽链原有电荷被覆盖。肽链原有电荷被覆盖。l在含有在含有

43、SDSSDS的聚丙烯酰胺凝胶中电泳，的聚丙烯酰胺凝胶中电泳，只与分子量大小有关！只与分子量大小有关！2022-6-7生物化学 第一章 绪论108l用标准蛋白质进行电泳，求出多种标用标准蛋白质进行电泳，求出多种标准蛋白质的迁移率准蛋白质的迁移率( (便于作曲线便于作曲线) )：lR Rde/dode/doldede蛋白质电泳后的斑点到原点的距离蛋白质电泳后的斑点到原点的距离ldodo前沿指示剂到原点的距离前沿指示剂到原点的距离2022-6-7生物化学 第一章 绪论109llgM=a-bRlgM=a-bRl求出求出a,ba,b值值l根据算出的根据算出的a,ba,b值及待测蛋白的值及待测蛋白的R R

44、值计值计算出分子量算出分子量MMl动画动画2022-6-7生物化学 第一章 绪论110(3)(3)蛋白质的变性蛋白质的变性l 天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性蛋白质的变性。2022-6-7生物化学 第一章 绪论111l 变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。还有溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化。l 有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经适当处理后，可重新变为天然蛋白质。这个过程称为蛋白质的复性。2022-6-

45、7生物化学 第一章 绪论112蛋白质的凝固蛋白质的凝固l蛋白质分子在强酸或强碱中会发生变性，再在其等电点附近加热，变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固凝固。变性与凝固的应用变性与凝固的应用l豆腐的制作l血清中非蛋白组分的分析l重金属盐中毒者的急救2022-6-7生物化学 第一章 绪论113(4)(4)蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质l布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力l蛋白质溶液稳定的原因： 1）表面形成水膜（水化层）； 2）带相同电荷。+2022-6-7生物化学 第一章 绪论114(5)(5)蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀l蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏蛋白质溶液中

46、加入适当的试剂，破坏了蛋白质的水膜，或中和了蛋白质的了蛋白质的水膜，或中和了蛋白质的电荷，蛋白质就会从胶体溶液中析出，电荷，蛋白质就会从胶体溶液中析出，这种现象称为蛋白质的沉淀。这种现象称为蛋白质的沉淀。l蛋白质沉淀的后果：蛋白质变性或不蛋白质沉淀的后果：蛋白质变性或不变性变性 2022-6-7生物化学 第一章 绪论115l加高浓度盐：加高浓度盐：NaCl,NHNaCl,NH4 4ClCll加有机溶剂：乙醇加有机溶剂：乙醇, ,丙酮丙酮l加重金属盐：醋酸铅加重金属盐：醋酸铅, ,三氧化铁三氧化铁l加某些酸：三氯乙酸加某些酸：三氯乙酸, ,苦味酸苦味酸l加热加热2022-6-7生物化学 第一章

47、绪论116反应名称反应名称试试 剂剂颜色颜色反应有关基团反应有关基团有此反应的有此反应的蛋白质或氨蛋白质或氨基酸基酸双缩脲反应NaOH、CuSO4紫红色二个以上肽键所有蛋白质米伦反应H g N O3、Hg(NO3)2及HNO3混合物红色 Tyr黄色反应浓HNO3及NaOH黄色、橘色 Tyr、Phe乙醛酸反应(Hopking-Cole反应)乙醛酸试剂及浓H2SO4紫色 Trp坂口反应(Sakaguchi反应)-萘酚、NaClO红色胍基Arg酚试剂反应(Folin-Cioculteu反应)碱性CuSO4及磷钨酸-钼酸蓝色酚基、吲哚基Tyr、Trp茚三酮反应茚三酮蓝色自由氨基及羧基-氨基酸 (6)

48、(6) 蛋白质的颜色反应蛋白质的颜色反应OHN2022-6-7生物化学 第一章 绪论117(7)(7)蛋白质含量的测定蛋白质含量的测定l考马斯亮蓝：标准曲线考马斯亮蓝：标准曲线l紫外吸收法：紫外吸收法：1.45A1.45A280280-0.47A-0.47A260260l凯氏定氮法：溶液中所有的氮元素，凯氏定氮法：溶液中所有的氮元素，因而结果是粗蛋白因而结果是粗蛋白2022-6-7生物化学 第一章 绪论118蛋白质的分离技术蛋白质的分离技术(1)(1)根据蛋白质溶解度不同根据蛋白质溶解度不同la a 盐析盐析lb b 等电点沉淀等电点沉淀lc c 低温有机溶剂沉淀低温有机溶剂沉淀 (2)(2)

49、根据蛋白质分子大小根据蛋白质分子大小la a 透析与超滤透析与超滤lb b 凝胶过滤凝胶过滤2022-6-7生物化学 第一章 绪论119(3)(3)根据蛋白质带电性质根据蛋白质带电性质la a 电泳法电泳法lb b 离子交换法离子交换法(4)(4)根据配体特异性根据配体特异性l亲和层析法，如抗体亲和层析法，如抗体2022-6-7生物化学 第一章 绪论120小结小结l 蛋白质是生物体内含量最多的高分子化合物。蛋白质是生物体内含量最多的高分子化合物。人体内蛋白质含量约占人体干重的人体内蛋白质含量约占人体干重的45。蛋白质是各种生命现象的主要物质基础。组蛋白质是各种生命现象的主要物质基础。组成蛋白质

50、的主要元素有碳、氢、氧、氮、硫成蛋白质的主要元素有碳、氢、氧、氮、硫等，其中氮的含量比较恒定，平均为等，其中氮的含量比较恒定，平均为16左右。这是蛋白质元素组成的重要特点，也左右。这是蛋白质元素组成的重要特点，也是蛋白质定量测定的依据。通常只要测定出是蛋白质定量测定的依据。通常只要测定出生物样品中的含氮量，就可用样品中含氮的生物样品中的含氮量，就可用样品中含氮的克数乘以克数乘以6.25等于样品中蛋白质的克数来计等于样品中蛋白质的克数来计算蛋白质的含量。算蛋白质的含量。2022-6-7生物化学 第一章 绪论121l 氨基酸是蛋白质的基本组成单位。组成蛋氨基酸是蛋白质的基本组成单位。组成蛋白质的氨

51、基酸有白质的氨基酸有2020种，它们在结构上都种，它们在结构上都有一个共同点，即在有一个共同点，即在-碳原子上都结合碳原子上都结合有氨基或亚氨基，都为有氨基或亚氨基，都为L L型型-氨基酸。所氨基酸。所有的氨基酸都含有氨基，又含有羧基，因有的氨基酸都含有氨基，又含有羧基，因此属两性电解质，在不同的此属两性电解质，在不同的pHpH值溶液中，值溶液中，可带不同的电荷。当氨基酸处在某一可带不同的电荷。当氨基酸处在某一pHpH值溶液中时，氨基酸所带的正、负电荷数值溶液中时，氨基酸所带的正、负电荷数相等，此时溶液的相等，此时溶液的pHpH值为该氨基酸的等值为该氨基酸的等电点电点(pI)(pI)。不同的氨

52、基酸有各自特定的等。不同的氨基酸有各自特定的等电点。电点。2022-6-7生物化学 第一章 绪论122l氨基酸之间借肽键连接形成多肽链，氨基酸之间借肽键连接形成多肽链，肽键是蛋白质结构中的基本键。根据肽键是蛋白质结构中的基本键。根据多肽链中氨基酸的残基数分别称为二多肽链中氨基酸的残基数分别称为二肽、三肽、寡肽或多肽。多肽链是蛋肽、三肽、寡肽或多肽。多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。蛋白质白质分子的最基本结构形式。蛋白质多肽链中氨基酸按一定排列顺序以肽多肽链中氨基酸按一定排列顺序以肽键相连形成蛋白质的一级结构。维持键相连形成蛋白质的一级结构。维持蛋白质一级结构的键是肽键，有些尚蛋白质一级结构的

53、键是肽键，有些尚含有二硫键。含有二硫键。2022-6-7生物化学 第一章 绪论123l 蛋白质的一级结构是其生物学功能的蛋白质的一级结构是其生物学功能的基础。蛋白质一级结构不同，其生物基础。蛋白质一级结构不同，其生物学功能不同，各种蛋白质的特定功能学功能不同，各种蛋白质的特定功能是由其特殊的结构决定的。蛋白质的是由其特殊的结构决定的。蛋白质的一级结构改变而使生物学功能发生很一级结构改变而使生物学功能发生很大的变化。蛋白质的空间结构直接与大的变化。蛋白质的空间结构直接与其生物活性相关，空间结构发生改变，其生物活性相关，空间结构发生改变，其生物学活性也随之改变。其生物学活性也随之改变。2022-6-7生物化学 第一章 绪论124l 蛋白质的一级结构是其高级结构的基蛋白质的一级结构是其高级结构的基础。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘础。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘曲而具有一定的构象称为蛋白质的高曲而具有一定的构象称为蛋白质的高级结构。高级结构又可分为二级、三级结构