第二章蛋白质结构和功能

1、第二章蛋白质结构和功能第二章蛋白质结构和功能主 要 内 容 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质 蛋白质的分类蛋白质的分类学 习 要 点 掌握蛋白质的元素组成及特点，氨基酸的结构掌握蛋白质的元素组成及特点，氨基酸的结构特点及连接方式。特点及连接方式。 掌握蛋白质各级结构及维持各级结构稳定的作掌握蛋白质各级结构及维持各级结构稳定的作用力。用力。 掌握蛋白质的两性解离和等电点、蛋白质变性。掌握蛋白质的两性解离和等电点、蛋白质变性。熟悉蛋白质的胶体性质、沉淀、紫外吸收和呈熟悉蛋白质的胶体性质、沉淀、紫外吸收和呈色反应。色反应。 熟悉氨基

2、酸的分类及理化性质。熟悉氨基酸的分类及理化性质。 熟悉蛋白质的结构与功能的关系。熟悉蛋白质的结构与功能的关系。 了解蛋白质的分类。了解蛋白质的分类。蛋白质是生物体的重要组成成分v蛋白质的种类多：大肠杆菌约含蛋白质：大肠杆菌约含蛋白质3 3 000000种，人体内含蛋白质种，人体内含蛋白质1010万余种。万余种。v分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。胞的各个部分都含有蛋白质。v含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的占人体干重的4545，某些组织含量更高，例，某些组织含量更高，例

3、如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性蛋白质是生命的物质基础（重要的生物学功能）1.1.催化功能催化功能2.2.调节功能调节功能3.3.支持功能支持功能4.4.运输功能运输功能5.5.营养功能营养功能 6.6.运动功能运动功能7.7.防御功能防御功能8.8.识别功能识别功能9.9.信息传递功能信息传递功能10.10.凝血与抗凝血功能凝血与抗凝血功能氧化供能氧化供能蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性 第一节 蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein一、蛋白质的元素组成组成蛋白质的元素组成蛋白

4、质的元素 主要主要 C、H、O、N和和 S 有些蛋白质含少量有些蛋白质含少量P、Se、Fe、Cu、 Zn、Mn、Co 、Mo，个别蛋白质还个别蛋白质还 含有含有 I。蛋白质的元素组成的特点蛋白质的元素组成的特点 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为 16%，1g g 蛋白质。蛋白质。 生物体内的含氮物质主要是蛋白质，因此只生物体内的含氮物质主要是蛋白质，因此只要测定生物样品的含氮量就可按下式计算出其蛋要测定生物样品的含氮量就可按下式计算出其蛋白质大致含量：白质大致含量：100g样品中蛋白质的含量（样品中蛋白质的含量（g%） 每克样品中含氮克数每克样品中含氮克数6.2

5、5100二、蛋白质的基本组成单位氨基酸 蛋白质受酸、碱或蛋白酶水解产生游蛋白质受酸、碱或蛋白酶水解产生游离氨基酸。因此，离氨基酸。因此，组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位是是氨基酸氨基酸(amino acid)(amino acid) 。(一)氨基酸的命名COOHCOOHC CH HN NH H2 2C CH H3 3-氨基丙酸（丙氨酸）-氨基丙酸（丙氨酸）1.1.系统命名法系统命名法 以以羧基为母体，碳原子的羧基为母体，碳原子的位次以阿拉伯数字或希位次以阿拉伯数字或希腊字母标示。腊字母标示。 2.2.俗称俗称 自自然界存在的氨基酸有然界存在的氨基酸有300300多种，但组成人体多种，但

6、组成人体蛋白质氨基酸仅有蛋白质氨基酸仅有2020种，且都有特异的遗传密码，种，且都有特异的遗传密码，为编码氨基酸。为编码氨基酸。 （二）氨基酸的结构特点（二）氨基酸的结构特点R代表氨基酸侧链代表氨基酸侧链氨基酸的结构通式可用下式表示：氨基酸的结构通式可用下式表示：H2NCHRCOOHCOO-C CHRH3N N+ +或 1.组成蛋白质的氨基酸都是-氨基酸（脯氨酸为-亚氨基酸）。-碳原子，即与碳原子，即与-COOH-COOH相邻碳原子。相邻碳原子。 氨基均连在氨基均连在-碳原子上，故为碳原子上，故为-氨基氨基 酸。酸。 2.2.组成人体蛋白质的氨基酸都是组成人体蛋白质的氨基酸都是 L 型，即型，

7、即L-氨基酸。氨基酸。 不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余 氨基酸的氨基酸的-碳原子分别连接碳原子分别连接 4 个不同原子或基团，个不同原子或基团， 是手性碳原子，有两种不同的构型，即是手性碳原子，有两种不同的构型，即L型和型和D型。型。L L- - -氨氨基基酸酸D D- - -氨氨基基酸酸C CN NH H2 2R RC CO OO OH HH HC CH HR RC CO OO OH HN NH H2 2（三）氨基酸的分类 （三）氨基酸的分类基本氨基酸的分类方法一基本氨基酸的分类方法一： 按侧链结构分类按侧链结构分类脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸(

8、15种种)芳香族氨基酸芳香族氨基酸(3种种)杂环氨基酸杂环氨基酸(2种种) （三）氨基酸的分类基本氨基酸的分类方法二：基本氨基酸的分类方法二： 按侧链按侧链R R基团极性分类基团极性分类非极性非极性(疏水疏水)氨基酸氨基酸(9种种)极性不带电荷氨基酸极性不带电荷氨基酸(6种种)极性带正电荷氨基酸极性带正电荷氨基酸(碱性氨基酸碱性氨基酸)(3种种)极性带负电荷氨基酸极性带负电荷氨基酸(酸性氨基酸酸性氨基酸)(2种种) 1.1.非极性疏水氨基酸非极性疏水氨基酸 侧链为烃基、吲哚环、侧链为烃基、吲哚环、甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度小于极性中

9、性氨基酸。小于极性中性氨基酸。 2.2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸 侧链为羟基、巯基、或酰侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离的氨基酸。电离的氨基酸。 3. 3.酸性氨基酸酸性氨基酸 侧链上有羧基，在水溶液中侧链上有羧基，在水溶液中能释放出能释放出H+ + 而带负电荷的氨基酸。有谷氨酸、天而带负电荷的氨基酸。有谷氨酸、天冬氨酸。冬氨酸。 4. 4.碱性氨基酸碱性氨基酸 侧链上有氨基、胍基或咪唑基，侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合在水溶液中能结合H+ + 而带正电荷的氨基酸。有赖而带正电荷的氨基酸。有赖氨

10、酸、精氨酸和组氨酸等。氨酸、精氨酸和组氨酸等。（三）氨基酸的分类基本氨基酸的分类方法三：基本氨基酸的分类方法三： 按人体能否合成分类按人体能否合成分类 必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸（八种）基酸（八种） 半必需氨基酸：人体可合成，但合成量不足，如精氨酸半必需氨基酸：人体可合成，但合成量不足，如精氨酸及组氨酸。及组氨酸。 非必需氨基酸：可自身合成且能满足需要的氨基酸非必需氨基酸：可自身合成且能满足需要的氨基酸（10种）种）蛋白质分子中几种特殊的氨基酸 1.1.脯氨酸是亚氨基酸。脯氨酸是亚氨基酸。 2.2.不少半胱氨酸在蛋白质中

11、以胱氨酸形式存不少半胱氨酸在蛋白质中以胱氨酸形式存在。在。2 2个半胱氨酸脱氢以二硫键结合形成胱氨酸。个半胱氨酸脱氢以二硫键结合形成胱氨酸。 3.3.被修饰的氨基酸被修饰的氨基酸 羟脯氨酸、羟赖氨酸等。羟脯氨酸、羟赖氨酸等。三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键和肽（一）肽键和肽肽键（肽键（peptide bond) )是由一个氨基酸分是由一个氨基酸分子的子的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合氨基脱水缩合形成的化学键。形成的化学键。N NC CC C O OH HR R2 2O OH HH HH H+ +肽键肽键-H-H2 2O ON NH H2 2C CC CN

12、NC CCOOHCOOHR R1 1R R2 2O OH HH HH HN NC CC C O OH HR R1 1O OH HH HH H 氨基酸通过肽键连接形成的化合物称为肽。氨基酸通过肽键连接形成的化合物称为肽。 由两个氨基酸形成的肽称为二肽，由三个氨由两个氨基酸形成的肽称为二肽，由三个氨基酸形成的肽称三肽，以此类推。通常将基酸形成的肽称三肽，以此类推。通常将1010个以个以内的氨基酸形成的肽称为寡肽，十肽以上者称为内的氨基酸形成的肽称为寡肽，十肽以上者称为多肽。多肽。 多肽分子中的氨基酸相互连接形成长链，称多肽分子中的氨基酸相互连接形成长链，称为多肽链。为多肽链。 肽链中的氨基酸因脱水

13、缩合已不是完整的氨肽链中的氨基酸因脱水缩合已不是完整的氨基酸，故称为氨基酸残基。基酸，故称为氨基酸残基。 氨基酸由肽键连接成的长链骨架，称为主氨基酸由肽键连接成的长链骨架，称为主链，而各氨基酸残基的链，而各氨基酸残基的R R基团统称为侧链。基团统称为侧链。 多肽链有两端多肽链有两端 有自由氨基的一端称为氨基末端或有自由氨基的一端称为氨基末端或 N 端，端，通常写在多肽链的左侧。通常写在多肽链的左侧。 有自由羧基的一端称为羧基末端或有自由羧基的一端称为羧基末端或 C 端，端，通常写在多肽链的右侧。通常写在多肽链的右侧。 N NH H2 2C C C CO ON NH H C C C CO ON

14、NH H C C C CO ON NH H C C C CO OO OH HR R1 1R R4 4R R2 2R R3 3H HH HH HH H主主链链侧侧链链N N端端C C端端 多肽链中氨基酸残基的顺序编号从多肽链中氨基酸残基的顺序编号从N端开始。肽的命端开始。肽的命名也从名也从N端开始，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的端开始，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，简称为谷胱甘肽三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，简称为谷胱甘肽( (GSH) )。 SH 为为活性基活性基团团为酸性肽为酸性肽（二）生物活性肽（二）生物活性肽生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物

15、活生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽性肽1.1.谷胱甘肽谷胱甘肽有还原型（有还原型（GSH）与氧化型）与氧化型（GSSG）两种存在形式。两种存在形式。GSH是体内重要的还原剂，对机体起到是体内重要的还原剂，对机体起到保护作用。保护作用。GSH过氧过氧化物酶化物酶NADPH+H+ NADP+ H2O2 2GSH GSH还原酶还原酶2H2O GSSG 2 2. .多肽类激素和神经肽多肽类激素和神经肽 肽类激素种类较多，生理功能各异。主要见于下肽类激素种类较多，生理功能各异。主要见于下丘脑及垂体分泌的激素。神经肽在神经传导中发挥信号丘脑及垂体分泌的激素。神经肽在神经传导中发挥信号作用。

16、作用。 促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素（TRH）：3 3肽肽3.3.其他其他 催产素、升压素：催产素、升压素：9 9肽肽 脑肽：种类多，其中脑啡肽重要，为脑肽：种类多，其中脑啡肽重要，为5 5肽肽 胆囊收缩素：胆囊收缩素：3333肽，与消化有关肽，与消化有关 胰高血糖素：胰高血糖素：2929肽，促进血糖浓度增大肽，促进血糖浓度增大 第二节 蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接形成蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接形成的具有特定分子结构的高分子化合物。的具有特定分子结构的高分子化合物。蛋白质的分子结构可

17、分为一级、二级、三级和蛋白质的分子结构可分为一级、二级、三级和四级。一级结构是蛋白质的基本结构，二级、四级。一级结构是蛋白质的基本结构，二级、三级、四级结构称为高级或空间构象。三级、四级结构称为高级或空间构象。一、蛋白质的一级结构 (primary structure) 概念概念 是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。 主要的化学键主要的化学键肽键、有些蛋白质还含有二硫键。肽键、有些蛋白质还含有二硫键。 胰岛素（胰岛素（InsulinInsulin）世界上第一个被确定一）世界上第一个被确定一级结构的蛋白质。级结构的蛋白质。人胰岛素的一级结构 一级结构是决定蛋白质空间

18、构象一级结构是决定蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象唯一因素。定蛋白质空间构象唯一因素。 测定蛋白质的一级结构的主要意义一级结构是研究高级结构的基础。一级结构是研究高级结构的基础。可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功能可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功能的关系。的关系。 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。 二、蛋白质的空间结构 空间结构空间结构 指蛋白质分子内各原子围绕某指蛋白质分子内各原子围绕某些共价键的旋转而形成的各种空间排布及些共价键的旋转而形成的各种空间排布及相互关系，称为蛋白质的构象。相互关系

19、，称为蛋白质的构象。 蛋白质的构象分为主链构象和侧链构象。蛋白质的构象分为主链构象和侧链构象。（一）蛋白质的二级结构 (secondary structure) 概念概念 是指蛋白质多肽链主链原子局部的是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间排列，不涉及氨基酸残基侧链的构象。空间排列，不涉及氨基酸残基侧链的构象。 维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键1.1.形成二级结构的基础形成二级结构的基础 肽键（肽键（C-NC-N）键长为）键长为 C-N C-N单键长为单键长为 C=N C=N双键长为双键长为0.127nm 0.127nm 肽键有一定程度双键性能，不能自肽键有

20、一定程度双键性能，不能自由旋转，有顺反异构现象。由旋转，有顺反异构现象。肽键平面肽键平面(肽单元肽单元 peptide unit) 形成肽键的形成肽键的C-N键具有部分双键的性键具有部分双键的性质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的的C处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。面。它是蛋白质构象的基本结构单位。肽肽单单 元元RCCCOORNCN肽键平面肽键平面 2.蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 -折叠折叠 -转角转角 无规卷曲无规卷曲（1 1）-螺旋螺旋 ( ( -helix) ) 最常见最常见

21、-螺旋的结构特点螺旋的结构特点 多肽链以肽键平面为单位，多肽链以肽键平面为单位，-碳原碳原子为转折点，有规律的盘绕成右手螺旋结子为转折点，有规律的盘绕成右手螺旋结构。构。 每个氨基酸残基盘绕一圈，螺距为。每个氨基酸残基盘绕一圈，螺距为。 相邻螺旋的肽键之间形成氢键，方相邻螺旋的肽键之间形成氢键，方向与长轴基本平行，维持螺旋的稳定。向与长轴基本平行，维持螺旋的稳定。 R R基团伸向螺旋外侧，其大小、形状基团伸向螺旋外侧，其大小、形状及电荷性质均影响及电荷性质均影响-螺旋的形成。螺旋的形成。（2）-折叠(pleated sheet) -折叠的结构特点折叠的结构特点 多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长多

22、肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿状，两平面间夹角为轴折叠呈锯齿状，两平面间夹角为110110，R R基交替地伸向锯齿状结构的上下方。基交替地伸向锯齿状结构的上下方。 若干肽段互相靠拢，平行排列，通若干肽段互相靠拢，平行排列，通过氢键连接。氢键的方向与长轴垂直。过氢键连接。氢键的方向与长轴垂直。 若两条肽段走向一致（若两条肽段走向一致（N N端、端、C C端方端方向相同），称为顺向平行；反之，称之为向相同），称为顺向平行；反之，称之为逆向平行，逆向更稳定。逆向平行，逆向更稳定。（3）-转角（turn） -转角的特点转角的特点主链骨架本身以大约主链骨架本身以大约180180回折回折 回折部

23、分通常由回折部分通常由4 4个氨基酸残基构成个氨基酸残基构成 构象依靠第一残基的构象依靠第一残基的-CO-CO基与第四残基与第四残基的基的- NH- NH基之间形成氢键来维系。基之间形成氢键来维系。 （4）无规卷曲（nonregular coil） 是指多肽链中除了以上几种比较规则的构是指多肽链中除了以上几种比较规则的构象外，其余没有确定规律性的那部分肽链构象。象外，其余没有确定规律性的那部分肽链构象。（二）蛋白质的三级结构 (tertiary structure) 概念概念 是指整条肽链中所有原子的空间排布，是指整条肽链中所有原子的空间排布，它包括主链构象和侧链构象它包括主链构象和侧链构象。

24、 主要化学键主要化学键疏水键、氢键、盐键等非共价键和疏水键、氢键、盐键等非共价键和二硫键。二硫键。 疏水键是维持三级结构稳定的最主疏水键是维持三级结构稳定的最主要作用力。要作用力。超二级结构超二级结构( (supersecondary structure) ) 超二级结构是指若干相邻的二级结构中的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用，形成有规则的，在空构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。通常有间上能辨认的二级结构组合体。通常有， 。结构域（结构域（domain） 是在超二级结构基础上进一步卷曲折叠成是在超二级结构基础上进一步卷曲折叠成紧密的近

25、似球状的结构，在空间上彼此分隔，紧密的近似球状的结构，在空间上彼此分隔，各自具有部分生物功能的结构。各自具有部分生物功能的结构。 由一条多肽链形成的蛋白质，其最高级结由一条多肽链形成的蛋白质，其最高级结构为三级结构。只有具有三级结构的蛋白质才构为三级结构。只有具有三级结构的蛋白质才具有生物学活性。具有生物学活性。 结构域（结构域（domain） 小的蛋白质分子只有一个结构域，大的蛋小的蛋白质分子只有一个结构域，大的蛋白质分子有数个结构域白质分子有数个结构域 结构域三级结构结构域三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 概念概念 蛋白质分子中各亚基之间的空间排蛋白

26、质分子中各亚基之间的空间排布和相互接触关系。布和相互接触关系。 体内有许多蛋白质分子是由两条或两条以体内有许多蛋白质分子是由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链通过非共价键聚上具有独立三级结构的多肽链通过非共价键聚合而成，其中每条具有独立三级结构的多肽链合而成，其中每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基。称为亚基。 化学键化学键 氢键、盐键、范氏引力、疏水键氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键。等非共价键。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构 (quaternary structure) 蛋白质结构中应注意的几个问题 由一条多肽链形成的蛋白质其最高级结构为三由一条多肽链形成的蛋白质其

27、最高级结构为三级，具有三级结构的蛋白质才具有生物学活性。级，具有三级结构的蛋白质才具有生物学活性。 形成蛋白质的四级结构至少要有两条多肽链。形成蛋白质的四级结构至少要有两条多肽链。 两条或两条以上的多肽链靠共价键连接的蛋白两条或两条以上的多肽链靠共价键连接的蛋白质没有四级结构。质没有四级结构。 由一条多肽链形成的蛋白质与亚基不同。由一条多肽链形成的蛋白质与亚基不同。维持蛋白质结构的作用力v一级结构：肽键、二硫键（都属于共价键）一级结构：肽键、二硫键（都属于共价键）v 二级结构：氢键（主链上二级结构：氢键（主链上C=OC=O和和NHNH之之 间形成）间形成）v 三、四级结构：次级键（氢键、疏水键

28、、三、四级结构：次级键（氢键、疏水键、 离子键、范德华力、配位键）离子键、范德华力、配位键） 蛋白质分子中的次级键 氢键氢键 常见于连接在一电负性很强的原常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子与另一电负性很强的原子上的氢原子与另一电负性很强的原子之间。子之间。 蛋白质分子中氢键的形成蛋白质分子中氢键的形成氢键氢键疏水键疏水键 非极性物质在含水的极性环境中存在时，非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。或疏水作用力。 蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非

29、极性的基团在水中也可相互非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如聚集，形成疏水键，如LeuLeu，IleIle，ValVal，PhePhe，AlaAla等的侧链基团。等的侧链基团。 离子键（盐键）是由正、负离子间通过静电引力相互吸引是由正、负离子间通过静电引力相互吸引而形成的化学键。而形成的化学键。 在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。子键。范德华氏范德华氏（van der

30、Waals)引力引力 原子之间存在的相互作用力原子之间存在的相互作用力 从一级结构到四级结构第二章蛋白质结构和第二章蛋白质结构和功能功能三、蛋白质的结构与功能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 一级结构决定蛋白质的空间结构；一级结构决定蛋白质的空间结构； 一级结构决定蛋白质的生物学功能。一级结构决定蛋白质的生物学功能。 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质构象是其生物学功能的基础，蛋白质构象是其生物学功能的基础， 构象改变功能改变。构象改变功能改变。同种蛋白质中氨基酸顺序的个体差异（分子病）同种蛋白质中氨基酸顺序的个体差异（分子病） 血红蛋白的一级结构变

31、化引起镰刀型贫血病血红蛋白的一级结构变化引起镰刀型贫血病第二章蛋白质结构和第二章蛋白质结构和功能功能正常细胞正常细胞 镰刀形细胞镰刀形细胞 血液中大量出现镰刀血液中大量出现镰刀 型红细胞，患者因此型红细胞，患者因此 缺氧窒息；缺氧窒息； 它是最早认识的一种它是最早认识的一种 分子病。流行于非洲，分子病。流行于非洲，死亡率极高，大部分患死亡率极高，大部分患者童年时就夭折者童年时就夭折,活过活过童年的寿命也不长，它童年的寿命也不长，它是由于遗传基因突变导是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子致血红蛋白分子 结构的突变。结构的突变。第三节 蛋白质的理化性质The Physical and Chemica

32、l Characters of Protein一、蛋白质的两性解离与等电点1. 1. 蛋白质是两性电解质蛋白质是两性电解质 蛋白质分子中可解离的基团蛋白质分子中可解离的基团 多肽两端游离的多肽两端游离的-氨基和氨基和-羧基羧基 多肽侧链多肽侧链R上解离的基团上解离的基团 决定蛋白质解离成正负离子的因素决定蛋白质解离成正负离子的因素 蛋白质所含酸性和碱性基团的数目蛋白质所含酸性和碱性基团的数目 蛋白质所在溶液的蛋白质所在溶液的PH值值 利用蛋白质两性电离的性质，可通过电泳、利用蛋白质两性电离的性质，可通过电泳、 离子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。离子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。2.

33、2.蛋白质的等电点（蛋白质的等电点（ isoelectric point,pI） 当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的时溶液的pH称为蛋白质的等电点。称为蛋白质的等电点。 体内大多数蛋白质的等电点在体内大多数蛋白质的等电点在pH左右，因而在生左右，因而在生理条件下以阴离子形式存在。理条件下以阴离子形式存在。PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性离子pH=pI阳离子pHpI 3.3.

34、电泳电泳(elctrophoresis)带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象。现象。 蛋白质在带电场中泳动的速度和方向与其所蛋白质在带电场中泳动的速度和方向与其所带电荷的性质、数量及分子的大小、形状有关。带电荷的性质、数量及分子的大小、形状有关。带电荷多，分子小的泳动速度较快；反之则泳动带电荷多，分子小的泳动速度较快；反之则泳动较慢，从而达到分离蛋白质的目的。较慢，从而达到分离蛋白质的目的。 血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳可将血清蛋白血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳可将血清蛋白分为清蛋白、分为清蛋白、1 1球蛋白、球蛋白、2 2球蛋白、球蛋白、球蛋白、球蛋白、

35、球蛋白。球蛋白。 A：染色后显示的蛋白质区带：染色后显示的蛋白质区带 B：光密度扫描定量分析：光密度扫描定量分析二、蛋白质的胶体性质 1.1.蛋白质有胶体性质蛋白质有胶体性质 蛋白质是生物大分子，分子量在蛋白质是生物大分子，分子量在1 1万万1010万万之间，分子直径在胶体颗粒的范围（之间，分子直径在胶体颗粒的范围（1100nm1100nm），），因此，蛋白质具有胶体的性质。因此，蛋白质具有胶体的性质。 具有胶体溶液的特征如布朗运动、丁达尔具有胶体溶液的特征如布朗运动、丁达尔现象、电泳现象现象、电泳现象, ,不能透过半透膜不能透过半透膜, ,并具有吸附并具有吸附能力。能力。2.2.蛋白质亲水胶

36、体稳定的因素蛋白质亲水胶体稳定的因素 蛋白质分子表面的水化膜和同种电荷。去掉蛋白质分子表面的水化膜和同种电荷。去掉两个稳定因素，则蛋白质从溶液中析出而产生两个稳定因素，则蛋白质从溶液中析出而产生沉淀。沉淀。 3.3.蛋白质胶体性质的应用蛋白质胶体性质的应用 透析用于分离纯化蛋白质透析用于分离纯化蛋白质 超速离心用于蛋白质的分超速离心用于蛋白质的分 离纯化及分子量的测定。离纯化及分子量的测定。三、蛋白质的变性、沉淀和凝固 (一) 蛋白质的变性 (denaturation)v变性的概念变性的概念 在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致

37、其理化性质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。改变和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。v变性的实质变性的实质 次级键断裂，空间结构破坏次级键断裂，空间结构破坏, ,不改变蛋白质不改变蛋白质的一级结构。的一级结构。 v引起变性的因素引起变性的因素 物理因素物理因素 高温、高压、紫外线、电离辐射、超声高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等。波等。 化学因素化学因素 强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属盐等。盐等。v变性蛋白质的特点变性蛋白质的特点 A.A.生物学活性丧失生物学活性丧失 B.B.溶解度降低，易于沉淀溶解度降低，易

38、于沉淀 C.C.粘度增加粘度增加 D.D.结晶能力消失结晶能力消失 E.E.易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解v 蛋白质变性的应用 应用变性的因素进行消毒、灭菌。应用变性的因素进行消毒、灭菌。 保存生物制剂则要防止蛋白质变性。保存生物制剂则要防止蛋白质变性。v 蛋白质的复性蛋白质的复性 (renaturation) 大多数蛋白质变性后，空间构象严重破坏，大多数蛋白质变性后，空间构象严重破坏，不能恢复其天然状态，称为不可逆性变性；若蛋不能恢复其天然状态，称为不可逆性变性；若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素，有些可恢复白质变性程度较轻，去除变性因素，有些可恢复其天然构象和生物活性其天然构象和生物活性, ,称为蛋白质的复性。称为蛋白质的复性。 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（二）蛋白质沉淀 概念概念 蛋白质从溶液中析出的现象称为沉蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀。淀。 方法方法 盐析法、有机溶剂的沉淀、重金属盐析法、有机溶剂的沉淀、重金属盐沉淀、生物碱试剂沉淀。盐沉淀、生物碱试剂沉淀。 （三）蛋白质的凝固(protein coagulation) 加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为凝固。加热使蛋白质变性并凝聚成块状