生物化学ppt第三章第二节

生物化学ppt第三章第二节第一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日蛋白质（protein，pro):

是由20种L-α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定构象，并具有一定生物功能的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将相对分子质量在6000以上的多肽成为蛋白质。蛋白质相对分子质量变换范围很大，从大约6000到1000000，甚至更大。

第二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.4.1蛋白质的分类和性质（1）按照蛋白质的组成，可以分为简单蛋白(simpleprotein)结合蛋白(conjugatedprotein)。第三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日简单蛋白又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。1.清蛋白和球蛋白（albuminandglobulin）：广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2.谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。3.精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在于细胞核中。4.硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。第四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日结合蛋白由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-，-脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。第五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.4.1蛋白质的分类和性质(2)依据蛋白质的外形分类按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。球状蛋白质(globularprotein)：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白质（fibrousprotein）：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。第六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2蛋白质的性质蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(IsoelectricpointpI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。（1）蛋白质的两性离解和电泳现象第七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日电泳蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。第八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。（2）蛋白质的胶体性质第九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。（3）蛋白质的沉淀作用第十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化层++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用

蛋白质的聚沉蛋白质胶体溶液沉淀作用示意图第十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日在温和条件下，通过改变溶液的pH或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性沉淀。可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等。（3）蛋白质的沉淀作用可逆沉淀第十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所以又称为变性沉淀。如加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物碱沉淀等都属于不可逆沉淀。（3）蛋白质的沉淀作用不可逆沉淀第十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日抗体和抗原蛋白质通过相互识别和结合而发生的沉淀现象。这种特殊的沉淀作用是生物体免疫功能的基础。（3）蛋白质的沉淀作用抗体-抗原沉淀第十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性(denaturation)。（4）蛋白质的变性第十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。大多数蛋白质在280nm附近显示强的吸收。利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。（5）蛋白质的紫外吸收第十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.4.2蛋白质分离和纯化1.蛋白质分离纯化的一般原则纯化的实质：增加制品(preparation)的纯度或比活性一般程序：前处理、粗分离、细分离、浓缩与保存第十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日

电泳

前处理粗分离细分离生物组织

无细胞提取液破碎、溶解、差速离心选择性沉淀法亲和层析离子交换层析精制后的蛋白质凝胶过滤疏水层析吸附层析第十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日1、前处理：①将组织和细胞破碎动物组织和细胞：电动捣碎机（waringblender)

匀浆器（homogenizer)

超声波处理（ultrasonication)植物组织和细胞：石英砂+提取液，研磨纤维素酶处理细菌：超声波震荡、与砂研磨、高压挤压、溶菌酶处理（分解肽聚糖）②差速离心法收集细胞的某一组分（differentialcentrifugation)在不同离心力下使沉降系数不同的细胞组分分离③如果提取膜蛋白：超声波或去污剂使膜解聚，然后用适当的介质提取。第十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2、粗分离（roughfractionation)一般用选择性沉淀法。①（NH4）2SO4分级沉淀法（盐析）②等电点选择性沉淀法③有机溶剂分级沉淀法④热处理选择性沉淀法⑤生物碱或三氯乙酸选择性沉淀法第二十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3、细分离（finefractionation)①透析除盐②sephdexG-25凝胶过滤除盐★层析法：凝胶过滤层析、离子交换层析、吸附层析、亲和层析、疏水层析（反相HPLC）★电泳法：自由界面电泳、区带电泳（凝胶电泳、滤纸和薄膜电泳、粉末电泳、细丝电泳等）、盘状电泳、等电聚焦、双向电泳★密度梯度离心第二十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日4、浓缩与保存浓缩方法：保存方法：①晶体保存：结晶过程本身也伴随着一定程度的提纯。能否结晶仅是纯度的一个指标，也是判断制品是否有活性的指标。纯度越高，溶液越浓，越容易结晶。结晶方法：使溶液略处于过饱和状态。降低温度、盐析、加有机溶剂、调节pH、接入晶种。②冻干粉保存：③溶液保存：加入抗冻剂（50%甘油）后-20~-70℃保存。第二十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2.

蛋白质分离纯化的主要方法★根据分子大小分离★根据蛋白质的溶解度不同分离★根据电性质不同分离★选择性吸附分离（物理吸附）★根据配体特性异性分离（亲和层析）★根据疏水性的差异

第二十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.

蛋白质分离纯化的基本方法（1）根据分子大小和形状的差异①透析和超滤法：除去小分子物质图3-108透析、3-109超滤②密度梯度离心法图3-110蔗糖密度梯度离心③凝胶过滤法图3-111凝胶过滤层析的原理第二十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日①透析法：

半透膜阻留pr分子，而让小的溶质分子和水通过，以达到除去蛋白质溶液中小分子（无机盐、单糖、双糖、氨基酸、小肽及表面活性剂等低分子量化合物）的目的。常用的半透膜：玻璃纸或高分子合成材料；透析液：蒸馏水或缓冲液。第二十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日②超滤法：施以一定的压力使小分子溶质通过一半透膜，而按半透膜的筛孔大小截留相应的蛋白质分子第二十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日③密度梯度离心法：沉降的速度与颗粒的重量、密度和形状有关。离心后按其沉降的速度不同，彼此分开形成区带。再进行光学定位，针刺或冰冻切片采样分析蔗糖密度梯度聚蔗糖密度梯度第二十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第二十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日④凝胶色谱法：交联葡聚糖（Sephadex）;聚丙烯酰胺凝胶（Bio-GelP）琼脂糖凝胶(Sepharose,Bio-GelA)第二十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第三十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日⑤超离心法将蛋白质放入离心机的离心管中进行离心，蛋白质颗粒在强离心力作用下，蛋白质分子就会发生沉降，与溶液分离；在60000～80000r/min的高速离心力作用下，蛋白质分子会沿旋转中心向外周方向移动。超离心法最为准确，但需昂贵的超速离心机。用光学方法测定界面移动的速度即为蛋白质的离心沉降速度。蛋白质的沉降速度与分子大小和形状有关，因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。第三十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日离心机结构示意图转头转头腔沉降样品驱动马达真空冷冻第三十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）根据溶解度差异的分离：选择性沉淀法☆等电点沉淀法☆盐析法☆PEG沉淀法☆有机溶剂沉淀法☆重金属盐选择性沉淀法（pH》pI，蛋白质带负电荷）☆生物碱和酸选择性沉淀法（pH《pI，蛋白质带正电荷）☆热处理沉淀法（铜锌SOD，65℃、15分钟、稳定）第三十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日①等电点沉淀在等电点条件下，蛋白质的电导性、溶解度最小，粘度最大。在pI时，分子电荷为零，蛋白质分子间的静电排斥消失，从而蛋白质出现聚集沉淀。而那些等电点高于或低于该pH的蛋白质能留在溶液中。第三十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日②蛋白质的盐溶与盐析

盐溶：低盐浓度时，蛋白质溶解度↑，称盐溶。盐析：高盐浓度时，由于水化层被破坏和表面电荷被中和，使pr溶解度↓沉淀析出，称盐析。盐析多用溶解度大的中性盐，如(NH4)2SO4、NaClMgCl2、NH4Cl、KCl等的饱和溶液；不同的蛋白质由于所带的电荷和水化程度不同，盐析时所需的盐的浓度也不同，而将不同的蛋白质加以分离。

第三十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日在蛋白质溶液中，加入一定量的与水互溶的有机溶剂，由于这些溶剂与水的亲和力强，能破坏蛋白质的水化层，使蛋白质的溶解度降低而沉淀。常用的有机溶剂：甲醇、乙醇、丙酮；为防止蛋白质在分离过程中发生变化，有机溶剂浓度不能太高，且须在低温下进行。③有机溶剂沉淀法：

第三十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（3）根据电性质不同的分离①离子交换色谱法

1）是利用离子交换树脂为主色谱支持体，根据蛋白质带电荷情况进行分离；

2）不同载体：离子交换纤维素离子交换交联葡聚糖：兼有分子筛效应离子交换交联琼脂糖第三十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第三十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日

②电泳法

电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率不同，在电泳时可以分开。v=Eq/f(v-移动速率，E-电场强度，q-所带净电荷，f-介质的摩擦系数)

a.自由界面电泳：蛋白质溶于缓冲液中进行电泳。

b.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。

1）纸电泳：用滤纸作支持物。

2）凝胶电泳：用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。

第三十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日

目前应用最多的是SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS),用于分离、纯化、制备蛋白质。（SDS的引入，使蛋白质表面带上大量负电荷，使Eq接近一个常数，则v只与f即分子大小有关）第四十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日PAGE垂直平板电泳示意图低浓度浓缩胶高浓度分离胶第四十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第四十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日等电聚焦电泳：当蛋白质在其等电点时，净电荷为零，在电场中不再移动。++－－－－+－－－－－5.06.07.0稳定pH梯度5.06.07.0稳定pH梯度通电++－－－－+－－－－－++－－－－+－－－－－++－－－－+－－－－－第四十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（4）根据选择性吸附的差异：

①吸附色谱法：某些物质对不同种类的蛋白质具有不同程度的吸附能力，据此可将蛋白质进行分离。

极性：硅胶、氧化铝、岩藻土（离子吸引和氢键）非极性：活性炭（范德华力、疏水作用）最广泛最有效：羟基磷灰石（hydroxyapatite)，即结晶磷酸钙[Ca10(PO4)6(OH)2]，可分离蛋白质、核酸洗脱液：不同浓度和不同pH的磷酸缓冲溶液。第四十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日②配体亲和力的差异：亲和层析

原理：不同蛋白质分子对于固定化在载体上的特殊配基具有不同的识别和结合能力，选择与待纯化的蛋白质具有特殊的识别和结合作用的配基与载体相连接，将这种连接有配基的载体装入色谱柱中，当含有纯化的蛋白质溶液通过色谱柱时，该蛋白质即与配基发生特异结合而被吸附在色谱柱上，而其它蛋白质则流出柱外，被特异性结合在色谱柱上的蛋白质，可以用使蛋白质的配体洗脱液洗脱。配基：抗体、抗原、激素或受体蛋白。第四十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第四十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.5蛋白质的结构蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大,从大约6000到1000000道尔顿甚至更大。第四十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.5.1，蛋白质的一级结构1.蛋白质的一级结构(Primarystructure)及其生物学意义：蛋白质的一级结构：包括组成蛋白质的多肽链数目、多肽链的氨基酸顺序，以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。蛋白质氨基酸顺序的改变，不仅影响蛋白质的高级结构，而且将直接影响其生物功能。若某种蛋白质正常的氨基酸顺序发生改变，则可能产生异常功能或病变。如贫血症就是血红蛋白发生了变异，即肽链上第6位的Glu被Val替代，引起变异蛋白质在空间结构发生了显著变化，水溶性明显降低，血液粘性增加，导致贫血症。第四十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2.蛋白质一级结构的测定蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从1953年F.Sanger测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。胰岛素的一级结构如下：

第四十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日测定步骤①测定蛋白质分子中多肽链的数目。通过测定末端氨基酸残基的量与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。蛋白质一级结构的测定第五十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日测定步骤②多肽链的拆分。由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。蛋白质一级结构的测定第五十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日②多肽链的拆分几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如血红蛋白为四聚体；可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基).蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日③二硫键的断裂几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。也可用过甲酸氧化法打开二硫键，生成磺酸基蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日一般采用胃蛋白酶水解多肽，用双向电泳技术分离出含有二硫键的肽段，接着进行二硫键的拆分将肽段分别进行顺序分析然后同整个多肽链进行比较，确定二硫键的位置。二硫键位置的确定第五十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日④测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比；蛋白质一级结构的测定第五十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日⑤分析多肽链的N-末端和C-末端。蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日⑥多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日⑦测定每个肽段的氨基酸顺序。蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日⑧确定肽段在多肽链中的次序。

利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。蛋白质一级结构的测定测定步骤第五十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日原理：一般的多肽链太长，含有几百甚至几千个氨基酸残基。故先将它切割成若干个小肽段，然后再分别测定小肽段的氨基酸顺序。多肽链的降解必须满足两个条件：选择性强，反应产率高；主要方法：酶解法和化学法；酶解法:某些蛋白质水解酶能够选择性地水解多肽链中某一肽键，因而能预测出可能得到的小肽段数目，以及端基氨基酸的类型。常用的酶：胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多肽链的选择性降解3.多肽链氨基酸顺序分析第六十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日

化学法：溴化氰水解法(Cyanogenbromide)

：它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。特点：专一性强，产率高。多肽链的选择性降解第六十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端基氨基酸测定第六十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。末端基氨基酸测定

二硝基氟苯（DNFB）法第六十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。末端基氨基酸测定

丹磺酰氯法第六十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。末端基氨基酸测定

肼解法第六十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽链速度最快。末端基氨基酸测定氨肽酶法第六十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y；A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸残基；B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的肽键。末端基氨基酸测定羧肽酶法第六十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日Edman法（苯异硫氰酸酯法）实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。Edman氨基酸顺序分析法PTCPTC-多肽PTH-氨基酸PTH：苯乙内酰硫脲+第六十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日多肽氨基酸顺序自动分析仪工作原理第六十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.5.2蛋白质的三维结构蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。例如球状蛋白质(多见于血浆中的白蛋白、球蛋白、血红蛋白和酶等)和纤维状蛋白质(角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等)，前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。第七十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日蛋白质的三维结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。如下图：

第七十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链原子在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。不涉及侧链部分的构象1．蛋白质的二级结构第七十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日①肽键平面(或称酰胺平面，amideplane)Pauling等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等进行了X线衍射分析，得出下图所示结构：

(1)肽键中的C-N键长0.132nm，比相邻的N-C单键(0.146nm)短，而较一般C=N双键(0.128nm)长，可见，肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转。(2)肽键的C及N周围三个键角之和均为360°，说明都处于一个平面上，也就是说六个原子（-Cα—CO—NH—Cα-）基本上同处于一个平面，这就是肽键平面。肽链中能够旋转的只有α碳原子所形成的单键，此单键的旋转决定两个肽键平面的位置关系，于是肽键平面成为肽链盘曲折叠的基本单位。(3)肽键中的C-N既具有双键性质，就会有顺反不同的立体异构，已证实CO和NH处于反位。第七十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（1）-螺旋

-helix②蛋白质主链构象的结构单元

第七十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日(1)多个肽键平面通过α－碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。(2)主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。(3)相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和H-N形成许多链内氢健，即每一个氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基的C＝O之间形成氢键，这是稳定α－螺旋的主要因素。(4)肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α－螺旋的形成。酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于α－螺旋形成；较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也妨碍α－螺旋形成；脯氨酸因其α－碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α－螺旋；甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。

第七十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日-螺旋第七十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）-折叠-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；

-pleatedsheet第七十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。-折叠有两种类型：一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。（2）-折叠第七十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（3）-转角

-turn在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。第七十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第八十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2．蛋白质的三级结构和四级结构（1）蛋白质的三级结构(TertiaryStructure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。第八十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第八十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(QuaternaryStructure)是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活性；维持亚基之间的化学键主要是疏水力。由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；第八十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日两个亚基的结构第八十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日3.5.3几种重要的蛋白质类型

1．纤维状蛋白

纤维状蛋白质(fibrousprotein)广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外保护成分，占脊推动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比(长轴／短轴)大于10(小于10的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构。第八十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日纤维状蛋白质的类型纤维状蛋白质：不溶性(硬蛋白)和可溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管(microtubule)、肌动蛋白细丝(actinfilament)或鞭毛(flagella)，它们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)。第八十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（1）角蛋白Keratin角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手-螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。-角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折叠结构，称为-角蛋白。毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。第八十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第八十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日卷发(烫发)的生物化学基础永久性卷发(烫发)是一项生物化学工程(biochemicalengineering),－角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为－构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。这是因为－角蛋白的侧链R基一般都比较大，不适于处在－构象状态，此外－角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状(－螺旋构象)的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。第八十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）-角蛋白丝心蛋白(fibroin)这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。与－角蛋白在湿热中伸展后形成的－角蛋白很相似。丝心蛋白是典型的反平行式折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象，酰胺基的取向使相邻的C为侧链腾出空间，从而避免了任何空间位阻。在这种结构中，侧链交替地分布在折叠片的两侧。第九十页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）丝蛋白的结构丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向-折叠结构。分子中不含-螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：

-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-第九十一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日第九十二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日

(3)胶原蛋白胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensilestrength)，约为20-30kg／mm2。骨骼中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排列着经磷灰石(hydroxyapatite)[磷酸钙聚合物Ca10(PO4)6(OH)2]结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。第九十三页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日体内以胶原纤维的形式存在。其基本组成单位是原胶原蛋白分子(tropocollagen)，长度为280nm，直径为1.5nm，分子量为300000。原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密度不同，这样通过1／4错位排列便形成间隔一定的（大约70nm)电子密度区域，而呈现横纹区带。胶原蛋白的结构第九十四页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日2．球状蛋白

球状蛋白是结构最复杂，功能最多的一类蛋白质。这类蛋白结构紧密，分子的外层多为亲水性残基，能够发生水化；内部主要为疏水性氨基酸残基。因此，许多球蛋白分子的表面是亲水性的，而内部则是疏水性的。典型的球蛋白是血红蛋白。血红蛋白是一种结合蛋白。血红蛋白含有四条肽链，每一条肽链各与一个血红素相连接。血红素同肽链的连接是血红素的Fe原子以配价键与肽链分子中的组氨酸咪唑基的氮原子相连。第九十五页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（1）血红蛋白第九十六页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它的主要功能是运输氧和二氧化碳。血红蛋白中，血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合：无氧存在时，与水结合，生成去氧血红蛋白(Hb)；有氧存在时，能够与氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。血红蛋白与氧的结合不牢固，容易离解。HbO2

的形成和离解受氧的分压和pH等因素的影响，氧的分压和pH较高时，有利于血红蛋白与氧的结合，反之，则有利于离解。

第九十七页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日血红素第九十八页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日血红素在蛋白中的位置第九十九页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日血红蛋白的功能血红蛋白除了运输氧和CO2外，还能够对血液的pH起缓冲作用。因为HbO2在释放出一分子氧的同时，结合一个氢质子。这样就可以消除由于呼吸作用产生的CO2引起pH的降低。第一百页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日煤气中毒的机制一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结合。由于CO与血红蛋白结合的能力是O2的200倍，因此，人体吸入少量的CO即可完全抑制血红蛋白与O2的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯氧气或高压氧气），使与血红素结合的CO被O2置换出来。

第一百零一页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日（2）免疫球蛋白——抗体免疫球蛋白是一类血浆糖蛋白(serumglycoprotein)。合成场所是网状内皮系统的细胞。这些细胞分布在脾、肝和淋巴节等组织中。第一百零二页，共一百二十二页，编辑于2023年，星期日免疫球蛋白G人的免疫球蛋白可分为五大类。免疫球蛋白G(IgG)是一类最简单的免疫球蛋白。含有两条相同的高分子量的重链(heavychain)和两条相同的低分子量的轻链(lightchain)。四条链通过二硫键共价联接成Y字形结构。每一免疫球蛋白分子