蛋白质的基本机构和功能

第二章蛋白质的结构与功能Chapter2StructureandFunctionofProtein主要内容蛋白质的分子组成蛋白质的分子结构蛋白质的理化性质蛋白质的分离纯化蛋白质(Protein)的种类繁多大肠杆菌约含蛋白质3000种，人体内含蛋白质10万余种。蛋白质是细胞中含量最丰富的生物大分子约占人体固体成分的45%，可达细胞干重的70%。

蛋白质是生命的物质基础1.催化功能2.调节功能3.支持功能4.运输功能5.营养功能6.运动功能7.防御功能8.识别功能9.信息传递功能10.凝血与抗凝血功能

蛋白质的生物学功能第一节蛋白质的分子组成C50~55%H6~7%O19~24%N13~19%S0~4%有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等。各种蛋白质含氮量接近，平均为16%；样品测定中1克氮相当于含6.25克蛋白质（凯氏定氮法）

。

一、蛋白质的元素组成二、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离氨基酸。因此，组成蛋白质的基本单位是——氨基酸(aminoacid)

。

（一）氨基酸的分类

根据R侧链基团的结构和性质的不同，可将20种氨基酸分为4类：

1.非极性疏水性氨基酸

2.极性中性氨基酸

3.酸性氨基酸

4.碱性氨基酸

1.非极性疏水氨基酸侧链为烃基、吲哚环、甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度小于极性中性氨基酸。

2.极性中性氨基酸侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离的氨基酸。

3.酸性氨基酸侧链上有羧基，在水溶液中能释放出H+而带负电荷的氨基酸。有谷氨酸、天冬氨酸。

4.碱性氨基酸侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合H+而带正电荷的氨基酸。有赖氨酸、精氨酸和组氨酸等。POLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpPro氨基酸按照极性分类极性或非极性，是氨基酸性质的基础LeuL-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-CCNN+

-C-C-C-C-NH3+-C--C--OH-C-NSouthlineCircularlineCentrallineNorthwestlineAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAromatic-C-C-C-N-C-N

N+=

C-C-C-C

C-C-C-C

CC-C

CCCHNC-COOH

a-C-C

OHGlnQAspDGluEPheFArgRLysKHisHGlyGAAAlaVValI

IleSerSThrTCysC氨基酸代谢图TrpWNon-polarPolarArgRTyrYAsnNMetM(二)氨基酸的理化性质1.物理性质

都是白色晶体，熔点较高。能溶于强酸和强碱溶液；在水中的溶解度各不相同。2.两性解离与等电点氨基酸是两性电解质，其解离方式取决于所处溶液的酸碱度。

氨基酸的等电点（isoelectricpoint,pI)

在某一pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点。

3.紫外吸收性质

色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有吸收作用。其最大吸收峰在280nm附近，以色氨酸吸收最强。利用此性质可采用紫外分分光度法测定溶液中蛋白质的含量。4.氨基酸的化学反应（1）茚三酮反应

氨基酸与水合茚三酮在溶液中共热，发生一系列反应，生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm。此反应可用于氨基酸的定性和定量分析。

注：脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应产生

黄色化合物。

氨基酸分析仪图解AspThrThrLysGlyGluSerProAlaCysValMetIleLeuTyrPheHisNH3Arg0.20.41.00.60.8光吸收流出液(mL)15cm柱，pH3.25，0.067mol/L柠檬酸钠15cm柱，pH4.25，0.067mol/L柠檬酸钠15cm柱，pH5.25，0.12mol/L柠檬酸钠缓冲液泵显色反应管茚三酮泵已分开的氨基酸离子交换柱样品注入口记录仪光电倍增管光源（2）与亚硝酸反应:VanSlyke法测定氨基酸氨基酸的氨基在室温下与亚硝酸作用，生成氮气。通过在标准条件下测定生成的氮气体积，即可计算出氨基酸的量。生成的氮气只有一半来自氨基酸。可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。（3）桑格（Sanger)反应

氨基酸的－NH2与2，4一二硝基氟苯（DNFB）反应，生成DNP-氨基酸；黄色，提取、层析法鉴定来测定氨基酸。（4）丹磺酰氯（DNS-Cl）反应氨基酸的－NH2与DNS反应；由于丹磺酰氯基具有强烈的荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，并且水解后的DNS－氨基酸不需要提取，可直接用纸电泳或薄层层析加以鉴定。(5)埃德曼反应(Edmanreaction）苯异硫氰酸酯，PITC苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸），无色，可以用层析法分离鉴定。被Edman用来鉴定多肽的NH2末端氨基酸三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式（一）肽键和肽

肽键（peptidebond)是由一个氨基酸分子的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的化学键。命名、编号第二节蛋白质的分子结构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。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、三级、四级结构称为高级或空间构象。一、蛋白质的一级结构概念

是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。主要的化学键

肽键、有些蛋白质还含有二硫键。

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，但不是决定蛋白质空间构象唯一因素。二、蛋白质的空间结构空间结构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相互关系，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。（一）蛋白质的二级结构

概念

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。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。

2.蛋白质二级结构的主要形式α-螺旋β-折叠β-转角无规卷曲

（1）α-螺旋α-螺旋的结构特点

①多肽链以肽键平面为单位，α-碳原子为转折点，有规律的盘绕成右手螺旋结构。②每3.6个氨基酸残基盘绕一圈，螺距为0.54nm。③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。④R基团伸向螺旋外侧，其大小、形状及电荷性质均影响α-螺旋的形成。（2）β-折叠

β-折叠的结构特点①多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿状，两平面间夹角为110°，R基交替地伸向锯齿状结构的上下方。②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。③若两条肽段走向一致（N端、C端方向相同），称为顺向平行；反之，称之为逆向平行，逆向更稳定。

β-折叠包括平行式和反平行式两种类型

（3）β-转角

β-转角的特点

①主链骨架本身以大约180°回折②回折部分通常由4个氨基酸残基构成③构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。

（4）无规卷曲

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。

（二）蛋白质的三级结构概念

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。主要化学键

疏水键、氢键、盐键等非共价键和二硫键。疏水键是维持三级结构稳定的最主要作用力。结构域（domain）

分子量大的蛋白质在形成三级结构时，肽链中某些局部的二级结构汇集在一起，形成发挥生物学功能的特定区域，称为结构域。纤连蛋白(fibronectin)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具有生物学活性。

（三）蛋白质的四级结构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合而成，其中每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基。

概念

蛋白质分子中各亚基之间的空间排布和相互接触关系。

化学键氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键。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。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。由一条多肽链形成的蛋白质与亚基不同。三、蛋白质的结构与功能

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生物学功能。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，构象改变功能改变。第三节蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性解离与等电点

1.蛋白质是两性电解质

蛋白质分子中可解离的基团

多肽两端游离的α-氨基和α-羧基多肽侧链R上解离的基团

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在溶液的pH值2.蛋白质的等电点（pI）

当蛋白质溶液处于某一pH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，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质等电点性质为电泳分离的依据。

Pr(pH＜pI)(pH＝pI)(pH＞pI)蛋白质的阳离子蛋白质的兼性离子蛋白质的阴离子NH2COO-PrNH3+COOHPrNH3+COO-OH-H+OH-H+

体内大多数蛋白质的等电点在pH5.0左右，因而在生理条件下以阴离子形式存在。3.电泳

带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象。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。

二、蛋白质的胶体性质

1.蛋白质有胶体性质蛋白质是生物大分子，分子量在1万～10万Da之间，分子直径在胶体颗粒的范围（1~100nm），因此，蛋白质具有胶体的性质。

2.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。去掉两个稳定因素，则蛋白质从溶液中析出而产生沉淀。

3.蛋白质胶体性质的应用

透析用于分离纯化蛋白质

超速离心用于蛋白质的分离纯化及分子量的测定。变性的概念

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，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。变性的实质次级键断裂，空间结构破坏

三、蛋白质的变性、沉淀和凝固

引起变性的因素

物理因素高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等。

化学因素

强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属盐等。变性蛋白质的特点

A.生物学活性丧失B.溶解度降低，易于沉淀

C.粘度增加

D.结晶能力消失

E.易被蛋白酶水解蛋白质变性的应用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。蛋白质的复性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,称为蛋白质的复性。

牛核糖核酸酶的变性与复性蛋白质沉淀概念蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀。方法盐析法、有机溶剂的沉淀、重金属盐沉淀、生物碱试剂及某些酸类沉淀。变性的蛋白质易于沉淀，但不一定都发生沉淀。沉淀的蛋白质易发生变性，但并不都变性，如盐析。四、蛋白质的紫外吸收性质

蛋白质分子中含有共轭双键的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸残基，具有紫外吸收能力，在280nm处有最大吸收峰。此特性常用于蛋白质含量的测定。五、蛋白质的免疫学性质蛋白质作为大分子，往往具有免疫原性，同时，抗体也是蛋白质。抗原（免疫原）：凡能刺激机体免疫系统产生免疫应答，并能与相应抗体或致敏淋巴细胞受体发生特异性结合的物质。抗体：机体中因抗原刺激而产生的能与相应抗原特异结合并具免疫功能的免疫球蛋白。单克隆抗体：由针对某一个特定抗原决定簇而分化、增殖而来的B淋巴细胞群合成并分泌的抗体。六、蛋白质的呈色反应1.双缩脲反应：肽键与双缩脲试剂反应呈紫色；氨基酸无此反应，可用于检查蛋白质的水解程度。碱性溶液中与Cu2+反应，mg级测定2.茚三酮反应:酸性条件下，与茚三酮共热产生蓝紫色3.Folin—酚试剂反应碱性+Cu2++磷钼酸-磷钨酸→蓝色范围:25-250μg(Tyr,Trp的反应)1.紫外分光光度法:280nm,0.1-0.5mg/ml(样品含核酸时)蛋白质(mg/ml)=1.55A280-0.75A2602.福林-酚试剂法:碱性+Cu2++磷钼酸-磷钨酸→蓝色范围:25-250μg(Tyr,Trp的反应)七、蛋白质的含量测定3.Biuret法：蛋白质+碱性+Cu2++BCA试剂(4,4‘-二羧酸-2,2’-二喹啉钠)→紫色(562nm)范围:10-1200μg/ml4.

Bradford蛋白分析法:考马斯亮蓝G-250+乙醇+酸性→淡红色+蛋白质→蓝色(595nm)范围:10-100μg/ml5.双缩脲法肽键+碱性+Cu2+→紫红色范围:0.5-10mg/ml6.凯氏定氮法1g氮相当于样品含有6.25g蛋白质第四节蛋白质的分离纯化一、蛋白质的提取1.选材：新鲜、富含目的蛋白且来源方便2.组织细胞的粉碎：胞内及膜中蛋白物理法：如超声、匀浆、加砂研磨、高压挤压等化学法：如EDTA、SDS等酶法：如自溶法、外加酶法（纤维素酶、果胶酶、溶菌酶等）3.提取：适当溶媒、适当条件、适当提取时间和次数二、蛋白质的分离纯化（一）根据溶解度不同1.等电点沉淀:蛋白质在pI时溶解度最小2.盐析(分级):大量中性盐如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl加入蛋白质溶液中,破坏蛋白质在水溶液中的稳定性因素而沉淀.各种蛋白质盐析时需盐浓度及pH不同.3.低温有机溶剂沉淀(分级):降低水的介电常数（二）根据分子大小不同1.透析和超滤(分级):根据分子量的大小，用透析袋或滤膜将大、小分子物质分开2.凝胶过滤(分子排阻层析):又称分子筛，柱内填满带有小孔的颗粒，一般为葡聚糖3.密度梯度离心:根据粒子密度差进行分离。蔗糖,CsCl(三)根据电离性质不同1.电泳法:蛋白质泳动的方向和速度取决于蛋白质分子所带电荷的性质、数量及质点的大小和形状

1)醋酸纤维素薄膜电泳

2)聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)2.离子交换层析（如下页图）

1)离子交换纤维素

2)离子交换凝胶

3)大孔型离子交换树脂(四)根据配基特异性亲和层析:

根据生物大分子与其配基间特异的亲和结合(可逆)如Ag-Ab、IgA与其补体、酶与其底物或抑制剂等三、蛋白质的纯度鉴定1.层析法:单一洗脱峰→层析纯(HPLC)2.电泳法:单一区带→电泳纯高效毛细管电泳(HPCE)3.免疫化学法:→免疫纯放射免疫分析法(RIA)

酶标记免疫分析法(EIA)半饱和硫酸铵离心球蛋白沉淀血清血清离心饱和硫酸铵白蛋白沉淀不同浓度硫酸铵对血清的盐析结果返回分子筛层析原理示意图返回密度梯度离心示意图返回第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大