生物化学第2章 蛋白质课件

1、第2章 蛋白质 2.1 蛋白质的分类2.2 蛋白质的组成单位氨基酸2.3 肽2.4 蛋白质的结构2.5 蛋白质结构与功能的关系2.6 蛋白质的性质与分离、分析技术 2.1 蛋白质的分类 P17蛋白质分类方法至少有4种：1. 根据分子形状分类；2. 根据分子组成分类 ；3.根据功能分类； 2. 1. 1 根据分子形状分类（1）球状蛋白质： 分子似球形，较易溶于水； 如血液的血红蛋白、血清球蛋白、豆类的球蛋白等。（2）纤维蛋白质： 形状似纤维，不溶于水； 如指甲、羽毛中的角蛋白和蚕丝的丝蛋白等。（3）膜蛋白质： 常折叠成近球状，插入生物膜，或通过非共价键、共 价键结合在生物膜表面。 2. 1. 2

2、 根据分子组成分类 P18分简单蛋白质和结合蛋白质：（1）简单蛋白质： 组分只有-氨基酸，自然界的许多蛋白质属于此类。 按溶解度差别，可将简单蛋白质分为七类，见表2-1。表2-1 简单蛋白质分类 精蛋白：溶于水及酸性溶液，呈碱性，含酸性氨基酸 多（如精氨酸、赖氨酸、组氨酸），鲑精蛋白； 组蛋白：溶于水及稀酸溶液，含精氨酸、赖氨酸较 多，呈碱性，如珠蛋白； 硬蛋白：不溶于水、盐、稀酸、稀碱溶液，如胶原蛋 白、毛、发、蹄、角及甲壳的角蛋白和丝心蛋白以及腱和韧带中弹性蛋白等；2. 1. 2 根据分子组成分类（2）结合蛋白质： 核蛋白：蛋白质与核酸组成，存在于一切细胞中；糖蛋白与蛋白聚糖：蛋白质与糖类

3、以共价键相连而成，如唾液中的粘蛋白等，有很多种类；脂蛋白：蛋白质与脂类以非共价键相连而成，存在于生物膜和动物血浆中；色蛋白：简单蛋白质与其他色素结合而成，如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等；磷蛋白：蛋白质与磷酸结合而成，如胃蛋白酶；蛋白质的生物学意义生命是蛋白质的存在形式，是重要的生物大分子；蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种或几种特定的蛋白质；蛋白质有极其重要的生物学意义（生物学功能）： 蛋白质功能多样性 5-1（阅读）蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种或几种特定的蛋白质；蛋白质的生物学功能有以下几个方面：（1）催化：作为生物体新陈代谢的催化剂酶，生物体内各种化学反

4、应几乎都是在相应酶参与下进行的，催化效率远大于合成的催化剂；（2）调节：许多蛋白质能调节其他蛋白质执行其生理功能，这些蛋白质称调节蛋白，最著名的例子是胰岛素，它是调节动物体内血糖代谢的一种激素；蛋白质功能多样性 5-2（阅读）（3）转运：转运特定物质，一类转运蛋白如血红蛋白，将氧气从肺转运到其他组织；血清清蛋白，将脂肪酸从脂肪组织转运到各器官；（4）贮存：蛋白质是氨基酸的聚合物，氮素通常是生长的限制性养分，所以生物体必要时利用蛋白质提供氮素，如卵清蛋白为鸟类胚胎发育提供氮源，乳中的酪蛋白是哺乳类幼子的主要氮源；蛋白质功能多样性 5-4（阅读）（7） 防御和进攻：保护或开发蛋白的蛋白质在细胞防御

5、、保护和开发方面起主动作用。保护蛋白中最突出的是脊椎动物体内的免疫球蛋白（抗体），是在外来蛋白质或其他高分子化合物即抗原影响下由淋巴细胞产生，并能与相应抗原结合而排除外来物质对生物体的干扰；另一类保护蛋白是血液凝固蛋白，凝血酶原等； 南极鱼和北极鱼含有抗冻蛋白，防止在深海低于零摄氏度水温下血液冷冻；蛇毒、蜂毒的溶血蛋白和神经毒蛋白以及植物毒蛋白和细菌毒素等。蛋白质功能多样性 5-5（阅读）（8）支架作用：支架蛋白（adapter protein）或接头蛋白在细胞应答激素和生长因子的复杂途径中起作用；（9）异常功能：某些蛋白质具有上述以外的功能，如应乐果甜蛋白有极高的甜度，昆虫翅膀的铰合部存在一

6、种具有特殊弹性的节肢弹性蛋白，某些海洋生物如贝类分泌一类胶质蛋白，能将贝壳牢固地粘在岩石或其他硬表面上；氨基酸广义上指分子中既有氨基又有羧基的化合物；蛋白质是由20种 - 氨基酸组成的生物大分子；蛋白质的基本结构单位是氨基酸；蛋白质水解成为氨基酸；蛋白质的水解酸、碱及蛋白质水解酶可破坏蛋白质的肽键，使蛋白质经过一系列的中间产物，最后产生氨基酸，这些中间产物中主要是蛋白胨： 蛋白质 蛋白胨 小肽 二肽 氨基酸蛋白胨：溶于水，遇热不凝固，不被饱和的硫酸铵溶液所沉淀，常被用作细菌培养基的成分；蛋白质的酸、碱、酶水解 1. 酸水解常用硫酸或盐酸进行水解，回流煮沸20h左右蛋白质完全水解：（1）盐酸：浓

7、度为6mol / L；（2）硫酸：浓度为4mol / L；优点：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸；缺点：色氨酸完全被沸酸所破环，羟基氨基酸（丝氨酸及苏氨酸）有一小部分被分解，天冬酰胺和谷胺酰胺的酰胺基被水解下来；与5mol / L NaOH共煮10-20小时，蛋白质完全水解；缺点：水解过程中多数氨基酸遭到不同程度破坏，并产生消旋现象，产物是消旋物（D-型和L型混合物）； 引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素 （色氨酸稳定）； 2. 碱水解 3. 酶水解:优点：不破坏氨基酸，不产生消旋作用。缺点：使用一种酶常水解不彻底，需几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解；水解所需时间较长；酶法主要用于部分水解；

8、常用的蛋白水解酶： 胰蛋白酶、糜（胰凝乳）蛋白酶、胃蛋白酶等；这些酶的作用点见第6章（酶）表6-3 （P148） 。 2. 2. 2 氨基酸的分类 P21从各种生物体中发现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质组成的氨基酸（基本氨基酸）只有20种，称蛋白质氨基酸；不参与蛋白质组成的氨基酸，称非蛋白氨基酸；见P22 表2-2：请将20种氨基酸的类别、中文名称、缩写符号（三个英文字母）、化学结构式背下来！天然氨基酸的分类、名称、代号和结构式不同氨基酸其R基不同R基的结构决定氨基酸的特殊性质NH1. 按R基的化学结构，20种常见氨基酸可分三类（1） 脂肪族（2）芳香族（3）杂环族； 其中以脂肪族氨基酸

9、为最多； （1）脂肪族氨基酸：分四种： 中性脂肪族氨基酸： 含一个氨基，一个羧基；分子不带电荷；没有极性； 含羟基和硫的脂肪族氨基酸分子不带电荷，但有极性； 酸性脂肪族氨基酸及其酰胺 二氨基一羧基；不带电荷或带负电荷；有极性； 碱性脂肪族氨基酸二氨基一羧基； 带正电荷；有极性； （2）芳香族氨基酸 带有苯环；酪氨酸不带电荷，有极性；（3）杂环氨基酸（His，Pro）组氨酸含咪唑基，带正电荷；有极性；脯氨酸含吡咯环，不带电荷；没有极性；2 . 按R基的极性，20种常见氨基酸分两组 P21 （1）非极性R基氨基酸： 含非极性基团的氨基酸称非极性氨基酸；（2）极性R基氨基酸 含极性基团的氨基酸称极性

10、氨基酸；（在pH67左 范围内是否带电）； 不带电荷的极性R基氨基酸； 带正电荷的R基氨基酸； 带负电荷的R基氨基酸见下页图： 极性氨基酸和非极性氨基酸P22 表2-2极性氨基酸和非极性氨基酸(续)带负电荷的极性氨基酸 氨基酸的构型：D型，L型氨基酸分D型和L型：互为异构体（存在两个或多个具有相同数目和种类的原子并因而具有相同相对分子质量的化合物的现象）；表示氨基酸在构型上与相应甘油醛类似，不表示旋光性；氨基酸具有旋光性氨基酸的-碳原子是不对称碳原子：具有旋光性；旋光性表示方法： 左旋：（）； 右旋：（）；旋光性与构型（L、D）无关；请参考有机化学；不常见的蛋白质氨基酸（阅读） P24蛋白质组

11、成中，除前述20种氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些不常见的特有的氨基酸，这些氨基酸都是由相应的常见氨基酸衍生而来；其中：4-羟脯氨酸和5-羟脯氨酸都可在结缔组织的纤维状蛋白质胶原中找到；N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白，一种行使收缩功能的肌肉蛋白质。另一个重要的特有氨基酸：-羟基谷氨酸，首先在凝血酶原中发现，它也存在于某些具有结合Ca2+离子功能的其它蛋白质。非蛋白质氨基酸（阅读） P24从甲状腺蛋白中分离出3,5-二碘酪氨酸和甲状腺素等，它们都是酪氨酸的衍生物，结构式见“激素”章。 除了参与蛋白质组成的20多种氨基酸之外，还在各种组织和细胞中找到150多种其他氨基酸，这些氨基酸大多是蛋白质中

12、存在的L型-氨基酸的衍生物。但有一些是、或-氨基酸，并且有些是D型氨基酸,如参与细菌细胞壁组成的肽聚糖中发现有D-谷氨酸和D-丙氨酸；（待续）在一种抗生素短杆菌肽S中含有D-苯丙氨酸。 这些氨基酸中有一些是重要的代谢物前体或中间产物。例如-丙氨酸是遍多酸的前体；瓜氨酸和鸟氨酸是尿素循环的中间体。有些氨基酸，象氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。不少这类氨基酸其生物学意义还不清楚，有待进一些研究。 非蛋白质氨基酸（阅读） 2. 2. 3 氨基酸的理化性质 P25旋光性： 在天然氨基酸中，只有Gly无对称碳原子，无旋光性；极性： 极性基可同其它相应基团形成氢键或离子键； 非极性基团(疏水性基团)相互

13、间的作用对天然蛋白质 分子的空间构象和稳定性起极大作用； 光吸收： 20种氨基酸在可见光区域无光吸收，在远紫外区 220nm均有光吸收，蛋白质由氨基酸组成，所以也 有紫外吸收能力，一般最大光吸收在280nm； 可用分光光度法测定蛋白质含量； （1） 氨基酸的两性解离和等电点 P25 氨基酸是一类两性电解质，氨基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用，也起碱（质子受体）的作用：氨基酸在水溶液中的带点状况氨基酸的带电状况与溶液的pH有关，改变pH可使氨基酸带上正电荷或负电荷，或处于正负电荷数相等（净电荷为零）的兼性离子状态； 氨基酸的等电点：pI氨基酸所带净电荷为零时，氨基酸所处溶液的pH值称

14、该氨基酸的等电点，用pI表示；在等电点pH时：氨基酸在电场中既不向正极也不向负极移动，即处于等电兼性离子（极少数为中性分子）状态，少数解离成阳离子和阴离子，但解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等； 以谷氨酸为例说明氨基酸的解离情况 P26 谷氨酸分步解离如下： Glu2-极低。谷氨酸分步解离常数为：当溶液中的pH等于氨基酸的pI时，氨基酸多以两性离子形式存在，少量正负离子数量相等：两边取负对数：pK1 + pK2 = 2pHpI值与该离子浓度无关，只决定于等电兼性离子两侧的pK值对侧链R基不解离的中性氨基酸来说，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值： pI 、pH、带电情况、电泳和溶解度1

15、. 在pI以上的任一pH，氨基酸带净负电荷, 在电场中向正极移动；反之，向负极移动；2. 在一定pH范围内，氨基酸溶液的pH离pI愈远，氨基酸所携带的净电荷愈大；3. 电泳：利用氨基酸的带电性质，将混合氨基酸放置在电场中进行分离的方法；由于静电作用：等电点时，氨基酸的溶解度最小； （2） 氨基酸的化学性质 P26 与水合茚三酮反应 P26茚三酮在弱酸性溶液中与a-氨基酸共热，引起氨基酸氧化、脱氨、脱羧反应，最后茚三酮与反应产物氨和还原茚三酮发生作用，生成紫色物质：两个亚氨基酸：脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应不释放NH3，而直接生成亮黄色化合物，最大光吸收在440nm；根据该性质可用分光光度法测定

16、样品中氨基酸含量；在氨基酸的分析化学中氨基酸与茚三酮的反应具有特殊意义 1. 用纸层析或柱层析把各种氨基酸分开后，利用茚三酮显色，可定性鉴定氨基酸；2. 可用分光光度法在570nm定量测定各种氨基酸；3. 定量释放的CO2可用测压法测量，从而计算出参加反应的氨基酸量；实验一：氨基酸的分离鉴定纸层析法 实验书：P10-13，P37 氨基酸混合物的分析分离为测定蛋白质的氨基酸组成或从蛋白质水解液中制取氨基酸，需对氨基酸混合物进行分析分离工作；氨基酸混合物分析分离多用纸层析法、柱层析法、薄层层析等；下面介绍分配层析法的一般原理和纸层析法；分配层析法一般原理（参看实验书P10）层析（色层分析，色谱）（

17、chromatography）： 有很多种形式的分配层析，但基本原理一样；层析系统由2个相组成：1. 固定相（静相）（stationary phase）；2. 流动相（动相）（mobile phase）；分配系数（partition或distribution coefficient）混合物在层析系统中的分离决定于该混合物的组分在这两相中的分配情况，用分配系数 (Kd)和有效分配系数(Keff)来描述：分配系数和分配定律（partition law） ： 一种溶质在两种给定的互不相溶的溶剂中分配时，在一定温度下达到平衡后，溶质在两相中的浓度比值为一常数，即分配系数：Kd = cA / cB cA

18、和cB分别代表某一物质在互不相溶的两相：A相（动相）和B相（静相）中的浓度；分配系数Kd物质分配可以在互不相溶的两种溶剂间发生： 液相液相系统、固相液相系统、固相液相系统；层析系统中： 静相：可以是固相、液相或固液混合相(半液体)； 动相：可以是液相或气相，它充满于静相的空隙中，并 能流过静相；以逆流分配的方法说明分配层析原理：层析系统逆流分配原理图示 逆流分配原理说明 2-1利用层析法分离混合物的先决条件是各种成分的分配系数要有差异：差异越大，越容易分开；取一系列分溶管，向1#管加入互不相溶的两种溶剂：1）A溶剂为上相，作为动相；2）B溶剂为下相，作为静相； 假设上下两相的体积相等；逆流分配

19、原理说明 2-2加入物质Y(Kd1)和物质Z(Kd=3)的混合物,假设总量各为64份；各组分物质将按自身特有的分配系数在上下相中进行分配；达平衡后,将上相转移到2#管内,其中含有相同体积的新下相。从1#管转移来的样品将在2#管的上下相中再分配,同时,向1#管内加入新上相,这里也将发生样品的再分配,完成了第1次转移；分溶曲线分溶曲线说明从分溶曲线看出：1）分配系数大的物质Z（Kd=3）沿一系列分溶管的“移动” 速度比分配系数小的物质Y（Kd=1）快；2）每一种物质在一系列分溶管中是相当集中的，分溶曲 线呈峰形，因此只要使用足够数目的分溶管继续进行 分配，就可以使两个峰彼此完全分开；3）一定的某一

20、溶质在一定量的溶剂系统中分配时，转移 次数越多，其分溶曲线的峰形越窄而高，有利于混合 物中各物质的完全分离； 纸层析实验 （ 参看实验四，P37）滤纸层析是分配层析的一种；1. 材料和溶剂：滤纸，扩展剂（是水、正丁醇、冰醋酸的混合物）；（1）滤纸：为惰性支持物；（2）固定相：滤纸纤维素上吸附的水；（3）流动相：溶剂（正丁醇、冰醋酸）； 2. 操作：（1）将氨基酸混合物点在滤纸的一个边上，称原点；（2）在密闭的容器中用一个溶剂系统(如丁醇-乙酸)沿滤 纸的一个方向进行展层；各种氨基酸在溶剂系统中具有不同Kd值，混合氨基酸在两相中不断分配而彼此分开，分布在滤纸不同区域；（3）烘干滤纸，用茚三酮溶液

21、显色，得到一个纸层析谱；纸层析是分离、鉴定氨基酸混合物的常用技术，可用于蛋白质的氨基酸成分的定性鉴定和定量测定；（4）计算相对迁移率Rf ：从原点至氨基酸停留点的距离 （X）与原点至溶剂前沿的距离（Y）之比，称Rf值， 即相对迁移率；只要溶剂系统、温度、湿度和滤纸型号等实验条件确定，则每种氨基酸的Rf 值是恒定的；与甲醛反应 P27 氨基酸不能直接用酸、碱滴定进行定量测定： 氨基酸的酸、碱滴定的等电点pH过高（1213）或过低（12），没有适当指示剂可用；加入甲醛后，可使滴定曲线进入指示剂显色范围，从而可对氨基酸进行定量测定；氨基酸的甲醛滴定是测定氨基酸的一种常用方法，还可用来测定蛋白质的水解

22、程度；加甲醛和不加甲醛的谷氨酸滴定曲线 甲醛滴定法向氨基酸中加入过量甲醛，用标准NaOH滴定： 甲醛与氨基酸的-NH2作用形成羟甲基衍生物： -NHCH2OH、-N(CH2OH)2等；羟甲基衍生物：降低氨基碱性，相对增强了-N+H3的酸性解离，使pKa2减少23个pH单位, pKa2移至7附近； NaOH滴定曲线（B段）向pH低的方向转移，滴定终点也移到 pH 9附近，进入酚酞指示剂变色区域； 甲醛滴定曲线发生显著变动的原因 2-1（阅读） 该比值比不存在甲醛的情况下小23；甲醛与氨基酸的氨基作用形成羟甲基衍生物加碱 -氨基的烃基化反应1 与2,4-二硝基氟苯 （DNFB ）的反应（蛋白质N端

23、分析法之一）与2,4-二硝基氟苯的反应（蛋白质N端分析法之一）在弱碱性溶液中，氨基酸与DNFB发生亲核芳环取代反应，生成黄色的二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸）；DNP-氨基酸：不被酸水解，在有机溶剂中的溶解度与其他氨基酸不同； 可将其与其他氨基酸分开；该反应首先被英国的Sanger用来鉴定多肽、蛋白质的N末端氨基酸；-氨基的烃基化反应2 与苯异硫氰酸酯（PITC） 的反应（蛋白质N端分析法之二）1）在弱碱性条件下与PITC形成相应的苯氨基硫甲酰-氨基酸（PTC-氨基酸）；2）PTC-氨基酸在无水酸（如三氟乙酸）中发生环化，生成苯乙内酰硫脲-氨基酸（PTH-氨基酸），可用层析法分离鉴定氨基酸；

24、该反应被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸： PTH-氨基酸可被鉴定，剩下的肽链重复上述反应和鉴定，重复多次就可测出肽链N端的氨基酸顺序；它在多肽和蛋白质的氨基酸序列分析方面占有重要地位； 与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应（蛋白质N端分析法之二）与HNO2反应 P29Van Slyke氏氨基氮测定法氨基酸的-氨基和其他的伯胺一样，定量地与HNO2作用产生羟酸和N2（生成的氮气只有一半来自氨基酸）：Van Slyke氏氨基氮测定法在标准条件下测定生成的N2体积，可计算出氨基酸的量；-氨基与HNO2作用较慢；脯、羟脯氨酸环中的亚氨基和精氨酸、组氨酸和色氨酸环中的结合N皆不与HNO2作用；生

25、产上常用此法测定蛋白质水解程度； 与荧光胺的反应： P29与2-硝基苯甲酸的反应： P30氨基酸的生理功能 1. 是蛋白质的组成单位； 2. 是能量代谢的物质； 3. 是许多生物体内重要含氮化合物的前体。 2 . 3 肽 P30生物界蛋白质的种类估计在10101012数量级；造成种类如此众多的原因： 20种参与蛋白质组成的氨基酸在肽链中的排列顺序不同，根据排列理论，由20种氨基酸组成的20种肽，其序列异构体有：A202020！2 X1018种；蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种特异性的结构基础；氨基酸和肽键氨基酸同时含有氨基和羧基，它们以首尾相连的方式进行聚合反应，除去一分子水，

26、形成一个共价酰胺键，（肽键）:2.3.1 肽的结构 P30 （1）肽键（peptide bond）： 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱水缩合生成二肽，形成肽键；是共价键：（2）氨基酸残基（amino acide residue）： 肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成已不是原来完整的分子，因此称；（3）每形成一个肽键丢失一分子水，因此丢失的水分子数比氨基酸残基数少一个； 肽和肽键的结构图和天然存在的活性肽肽链的书写一条多肽链的主链：一端含有一个游离的末端氨基，另一端含有一个游离的末端羧基； 两个游离末端基团有时连接成环状肽（cyclic peptide）；书写: NH2末端氨基酸残基在左，为

27、NH2末端（N端）； COOH末端氨基酸残基在右,为COOH末端（C端）；肽链书写举例五肽Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu肽链的命名命名: 从肽链的NH2末端氨基酸残基开始，称某氨基酰某氨基酰某氨基酸； 例:五肽Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu命名为：丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨基酸；反过来书写的Leu-Ala-Tyr-Gly-Ser是一个不同的五肽；各种肽的主链结构都一样共价主链（main chain或backbone) ：肽链骨干由NCC序列重复排列而成； N：酰胺氮；C：氨基酸残基的碳；C：羰基碳；各种肽的主链结构都是一样的，但侧链R基的序列(也即氨基酸序列)不同；蛋白质的种

28、类和生物活性都与肽链中的氨基酸顺序有关； 2.3.2 生物活性肽的功能 P33自己阅读。2.3.3 活性肽的来源 P35自己阅读。2.3.4 活性肽的应用 P35自己阅读。肽链（蛋白质）的酶水解肽链（蛋白质）的酶水解举例2 . 4 蛋白质的结构 P36 2 . 4 .1 蛋白质的一级结构 P36指氨基酸如何连接成肽键和氨基酸在肽链中的排列顺序；2.4.2蛋白质的空间结构 P37研究蛋白质构象的方法x射线衍射法一个特定蛋白质行使其功能的能力常由它的三维结构或构象决定正常情况下，蛋白质以紧密折叠的结构存在；蛋白质的天然折叠结构决定于3个因素： 与溶剂分子（一般是水）的相互作用； 溶剂的pH和离子组

29、成； 蛋白质的氨基酸序列（最重要因素）；蛋白质分子的结构中有多种力处于精细的平衡中，决定蛋白质独特构象； 肽链中相邻肽键的空间结构 3-1 P191）肽键键长0.132nm，介于C-N单键（0.147nm）和C=N双键（0.127nm）之间，且更接近于C=N，故肽键具有部分双键性质,不能自由旋转；2）形成肽键的4个原子（C、O、N、H）和与之相连的2个-碳原子共处在一个平面上，形成酰胺平面；3）在酰胺平面中C=O与N-H呈反式；肽链中相邻肽键的空间结构 3-2酰胺平面和两面角示意图4）肽链的主链由许多酰胺平面组 成，-碳原子是两个相邻酰 胺平面的连接点；5）-碳原子连接的两个键C N键和CC键

30、是单键； 绕CN键旋转的角度称角； 绕CC键旋转的角度称角；=0=0时的主链构象 肽链中相邻肽键的空间结构酰胺平面和两面角示意图3-36）从C沿键轴看：顺时针旋转 的和 角为正值,反之为负 值；7）当旋转键两侧的主链处于顺 时构型时规定或=0；完全伸展的主链结构（1）稳定蛋白质中空间结构的作用力 P37 蛋白质分子结构的稳定性靠分子中的多种化学键维持；蛋白质分子如受某些理化等因素影响，结构发生改变,其性质和功能都会发生改变；蛋白质分子中的化学键1）共价键： 如肽键、二硫键（存在于两个半胱氨酸之间）、酯 键；2）非共价键（次级键）： 如氢键、离子键(又称盐键)、疏水键、范德华力等；氢键、离子键和

31、酯键存在于极性基团之间； 疏水键、范德华力存在于非极性基团之间； 稳定蛋白质三维结构的各种作用力图示 P38图2-6稳定蛋白质三维结构的力 肽键是肽链的基本键，其他各种化学键参加链中及链间联系；1）一级结构的肽链是由肽键CONH连接而成，同一肽链中不同部位有的还有二硫（SS）桥键（如胰岛素），有的含有磷酸酯键或羧酸酯键；2）二级结构的螺旋构象靠氢键维持；3）三、四级结构的构象主要由次级键，包括氢键、离子键（盐键）、疏水键和范德华力等维持； （2） 蛋白质的二级结构 P38-螺旋结构 P38是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰富的二级结构；1）蛋白质中的螺旋几乎都是右手的，都是由L-氨基酸 残基构

32、成；2）螺旋是重复性结构，螺旋中每个-C的和分别 在 57和47附近；3）每圈螺旋占3.6个氨基酸残基； 每残基轴向高度为0.15nm； 每圈螺旋高度为0.54nm，沿轴旋转100；4）残基侧链伸向外侧；-螺旋结构模式图P20图1-4续：-螺旋结构5）同一肽链内相邻螺圈之间形成氢键，其取向几乎与中心轴平行；6）氢键是由每个肽基的C=O与其前面第3个肽基的N-H之间形成的；7）氢键封闭环内原子数为13；8）螺旋在某些情况下可伸展， 如毛发纤维湿热时可拉长到 原长的2倍；影响螺旋形成的因素（阅读）一条肽链能否形成螺旋及形成的螺旋是否稳定，与它的氨基酸组成和序列有极大的关系：1）R基电荷性质：R基小

33、并且不带电荷的多聚丙氨酸，在pH7水溶液中能自发卷曲成螺旋；多聚赖氨酸在同样pH条件下不能形成螺旋，而是以无规卷曲形式存在，因为多聚赖氨酸在pH7时R基具有正电荷，彼此间因静电排斥，不能形成链内氢键；2）R基大小：多聚异亮氨酸-碳原子附近有较大的R基，造成空间阻碍，因而不能形成螺旋； 多聚脯氨酸的-碳原子参与R基吡咯的形成，环内的C-N键和C-N肽键都不能旋转，且其肽键不具酰胺氢,不能形成链内氢键，因此，多肽链中只要存在脯氨酸（或羟脯氨酸），螺旋即被中断,产生一个结节。 折叠结构 P40 蛋白质中常见的另一类型的二级结构，称折叠片或结构或构象，在许多蛋白质中存在；1）是一种重复性结构，可想象为

34、由折叠的条状纸片侧向并排而成，每条纸片可看成是一条肽链，肽主链沿纸条形成锯齿状，-碳原子位于折叠线上；2）肽链处于最伸展的构象；续：折叠结构3）折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面，并交替地从平面上下二侧伸出；4）折叠片有两种形式：平行式和反平行式； 在平行折叠片中，相邻肽链是同向的（都是NC或CN），在反平行折叠片中，相邻肽键是反向的；5）两个氨基酸残基之间的轴心距为0.35nm，氢键由邻近两条肽链中的CO基团与另一条的NH基之间形成； 折叠结构图示 P105P40图2-9（3）超二级结构和结构域指二级结构的基本结构单位相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体；现在已知的超二级结构有 3种基本组

35、合形式： 1）（-螺旋聚体）； 2）（-螺旋和- 折叠聚集体）； 3）（-折叠聚集体） （-螺旋聚集体）是一种螺旋束，由两股平行或反平行排列的右手螺旋段互相缠绕而成的左手卷曲螺旋,或称超螺旋；两个螺旋靠疏水侧链的疏水作用互相结合，自由能很低，结构稳定；是纤维状蛋白质，如-角蛋白（毛发中主要蛋白质）,肌球蛋白和原肌球蛋白（肌肉纤维的主要蛋白质）的主要结构元件，也存在于球状蛋白质中；螺旋束中还发现有三股和四股螺旋；（-螺旋和-折叠聚集体）由两段平行折叠股和一段作为连接链的螺旋组成，股之间还有氢键相连；Rossman折叠():最常见的组合,由 3段平行股和两段螺旋构成,相当于两个单元组合在一起,存在

36、于许多球蛋白中； （-折叠聚集体）两段平行的-折叠通过一段-折叠连接而成； 结构域 P43多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成三级结构的局部折叠区，是相对独立的紧密球状实体；结构域：是较大的球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域的缔合，其三级结构往往由两个或多个结构域缔合而成；在较小的球状蛋白质分子中，结构域和三级结构往往是一个意思，即这些蛋白质是单结构域；图：红氧还蛋白的三级结构（单结构域） （4） 蛋白质的三级结构 P43 蛋白质三级结构是指多肽链上所有原子在三维空间的分布；由二级结构元件(螺旋，折叠等)构建成的三维结构；包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系，侧链在三维

37、空间中彼此间的相互关系；鲸肌红蛋白三级结构图1）三级结构模型图：图内的圈状结构代表血红素；2）三级结构示意图：一条肽链盘绕一个血红素，单线表示非螺旋段，双线表示螺旋段；3）高分辨图。 （5） 蛋白质的四级结构 P44具有三级结构的蛋白质分子亚基按一定方式聚合成蛋白质大分子，即蛋白质四级结构；自然界中，很多蛋白质以独立折叠的球状蛋白质聚集体形式存在，通过非共价键彼此缔合，形成四级结构；续：蛋白质的四级结构亚基：四级结构中的每个球状蛋白质称亚基；对称性：蛋白质四级结构中的亚基一般都是偶数，且排列都是对称性的；对称性是蛋白质四级结构的重要性质。 举例：卷发的生化基础 2-1 （阅读）卷发（烫发）是一

38、项生物化学工程：毛发中主要蛋白质是-角蛋白，伸缩性能好。-角蛋白主要由-螺旋多肽组成，螺旋多肽链间有很多二硫键交联；在湿热条件下,-螺旋各圈间的氢键被破坏，可以伸展转变为构象（角蛋白），因-角蛋白侧链R基一般都较大，不适于处在构象状态，所以冷却干燥时又可自发恢复原状，其交联键是当外力解除后使肽链恢复原状（螺旋构象）的重要力量；举例：卷发的生化基础 2-21）把头发卷成一定的形状,然后涂上还原剂（含巯基的化合物）并加热，还原剂打开链间二硫键，湿热破坏氢键，使头发-角蛋白的螺旋结构伸展成构象；2）除去还原剂,涂上氧化剂以便在相邻多肽链的半胱氨酸残基对（但不是处理前的残基对）之间建立新的二硫键3）洗

39、涤并冷却头发,多肽链回到原来的螺旋构象，这时头发将以所希望的形式卷曲，因为新的二硫交联键的形成使得头发纤维的螺旋束发生扭曲。 2. 5 蛋白质的结构与功能的关系 P46-42 请自学。蛋白质的一级结构决定高级结构；蛋白质具有丰富的生物功能，其生物功能以其化学组成和结构为基础；蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构和形态对于蛋白质的功能起决定性作用；蛋白质变性(构象发生变化)其特定的功能立即丧失；阅读：蛋白质的结构与功能的进化 2-1自有生命以来，蛋白质生物合成程序经受了不断的改变,生物形态和分子结构在进化过程中向多样化和专一化方向发展。如：血红蛋白是在动物进化到一定阶段才出现，在这以前并不存在

40、，某些低等动物体内输送氧气的物质是另一些色素蛋白质（例如血蓝蛋白），更低等的一些动物可以直接与外界交换氧和CO2，没有专门蛋白质来完成这一功能。蛋白质的多样化和专一化是在生物进化过程中实现的。但现代的蛋白质还保存着祖先留下的结构与功能关系上的痕迹，为我们提供了研究进化过程的线索。 阅读：蛋白质的结构与功能的进化 2-2新蛋白质都是在旧蛋白质的基础上经过突变、遗传和自然选择的进化过程产生和发展起来的。蛋白质的结构与功能之间具有高度的统一性和适应性，这是事情的一个方面。另一方面，今天的适应性是由过去的不适应性转化而来，今天生物体内的各种蛋白质在结构和功能上的适应性后面，仍隐藏着不适应性，物质的运动

41、和发展永远不会完结，也永远不会停止在一个水平上。2.6 蛋白质的性质与分离分析技术 （一）蛋白质的相对分子质量（二）蛋白质的两性电离及等电点（三）蛋白质的胶体性质（四）蛋白质的沉淀反应（五）蛋白质的变性与凝固（六）蛋白质的颜色反应 2.1 蛋白质的性质 P49（1）蛋白质的相对分子质量略。 （2）蛋白质的两性电离及等电点 P51蛋白质是两性电解质，能和酸或碱发生作用；蛋白质所含的氨基酸种类和数目众多，有支链，故可把其看作多价离子，所带电荷性质和数量由其分子中可解离基团的种类和数目及溶液的pH所决定，解离情况比氨基酸复杂；蛋白质分子的总解离式 蛋白质的等电点 P52 蛋白质等电点：某一蛋白质在某

42、一pH所带正电荷与负电荷恰好相等（净电荷为零），这一pH称； 蛋白质在其等电点偏酸溶液 中带正电荷； 在其等电点偏碱溶液中带负 电荷； 在等电点pH时为两性离子； 蛋白质在等电点时的特性 P51在水溶液中，蛋白质的等电点一般是偏酸的，这是因为这些蛋白质的羧基解离度比氨基解离度大；在等电点时蛋白质的物理性质如导电性、溶解度、粘度、渗透压等皆最小；可利用蛋白质在等电点时溶解度最小的特性来制备或沉淀蛋白质； 蛋白质的电泳 P52电泳：带电胶体颗粒在电场中向电荷相反的电极移动的现象；蛋白质是两性解离物质，在溶液中解离成带电颗粒，带电荷的蛋白质粒子在电场中向带相反电荷的电极移动，称蛋白质电泳；蛋白质在等

43、电点溶液中不呈电泳现象；分子大小不同，带电量不同的蛋白质，迁移率不同（与溶液的pH、粘度和电场强度等也都有关），电泳时可彼此分开； 电泳方法简介（阅读，参见实验教材） 1. 自由界面电泳： 将蛋白质溶于缓冲液中通电进行电泳；2. 区带电泳： 将蛋白质溶液点在浸含有缓冲液的支持物上电泳，不同组分形成带状区，其中：（1）纸电泳：用滤纸作支持物的称；（2）凝胶电泳：用凝胶（如淀粉、琼胶、聚丙烯酸胺等） 作支持物的称；（3）圆盘电泳：在玻璃管中进行的凝胶电泳，蛋白质的 不同组分形成环状如圆盘，称；（4）平板电泳在铺有凝胶的玻板上或在其他凝胶膜上进 行的电泳称；3. 免疫电泳：将免疫反应应用于电泳分离的

44、方法，可用来鉴定免疫球蛋白及分离可溶性抗原；原理：将抗原在凝胶板上进行电泳法分离，使与加入的特异性抗体起反应，当抗原与其特殊的相应抗体在浓度比例合适的部位相遇结合形成抗原-抗体复合物时，即形成特殊的沉淀弧线，每一抗原与其抗体相遇沉淀时可产生一个独立的弧线，所用的抗原已知，则从沉淀弧线的位置和数目可推知免疫球蛋白的种类和数目，相反亦然；实验二、血清蛋白的醋酸纤维薄膜电泳 P19-21； P66-68：实验十五； （3） 蛋白质的变性 P52 天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素，如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响时，生物活性丧失、溶解度降低、不对称性增高以及

45、其他的物理化学常数发生改变，但不导致蛋白质一级结构的破坏，这种过程称；蛋白质变性的本质 蛋白质分子中的次级键被破坏，引起天然构象解体，蛋白质分子从原来有秩序的卷曲紧密结构变为无秩序的松散伸展结构，即二、三级以上的高级结构发生改变或破坏，但一级结构仍保持完好；变性不涉及共价键（肽键和二硫键等）的破裂；所以：变性后的蛋白质在空间结构上有改变，组成成分和分子量不变；蛋白质变性的可逆性蛋白质的变性如不超过一定限度，将导致变性因素除去后或经适当处理后，可重新变为天然蛋白质，说明蛋白质的变性作用是可逆的；变性的可不可逆与导致变性的因素、蛋白质的种类和蛋白质分子结构的改变程度等都有关系； 变性蛋白质的表观特

46、性 2-11. 生物活性丧失：生物学性质的改变是蛋白质变性作用最主要的特征； 如：酶失去催化能力、血红蛋白失去运输氧的功能、胰岛素失去调节血糖的功能等；变性蛋白质的表观特性 2-22. 各种理化性质改变：如溶解度降低、凝固、形成沉淀析出，结晶能力丧失，球状蛋白分子形状发生改变，等电点提高，粘度增加等；3. 生化性质改变：易被蛋白水解酶消化，因此认为天然蛋白质在体内消化的第一步是蛋白质的变性； 变性蛋白质溶解度降低的原因（阅读）由于其高级结构受到破坏发生松散，使分子表面结构发生变化，亲水基团相对减少，原来藏在分子内部的疏水基团大量暴露在分子表面，使蛋白质颗粒不能与水相溶而失去水膜，容易引起分子间

47、相互碰撞发生聚集沉淀,或随二、三级结构的破坏，发生解离或聚合现象； 蛋白质变性的实践意义 P531. 活细胞的蛋白质如果变性和凝固，意味着死亡；利用高温、高压、紫外线和化学品消毒，是使病菌蛋白质变性而失去致病作用； 2. 豆腐等的制作；3.蛋白质的提取过程须防止其变性；（4）蛋白质的胶体性质 P54 蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒具胶体溶液特征： 布郎运动、丁道尔现象、电泳现象、不能透过半透膜等；蛋白质溶液是一种分散系统： 蛋白质分子颗粒是分散相，水是分散介质；蛋白质溶液是一种比较稳定的亲水胶体，因为： 影响蛋白质胶体溶液稳定的因素1. 水化层（水膜）：蛋白质分子表面的亲水基团，如-NH2、-COOH、 -OH以及-CO-NH-等，在水溶液中能与水分子起水化作用，使蛋白质分子表面形成一个水化层，每克蛋白质分子能结合0.30.5克水；2. 双电层：蛋白质分子表面的可解离基团在适当pH条件下带相同电荷，与周围反离子构成稳定双电层；（5） 蛋白质的沉淀反应 P54蛋白质