一大二资源生物化学蛋白质

第三章蛋白质化学

学习纲要

蛋白质的生物学意义

蛋白质的元素组成蛋白质的氨基酸组成肽蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分离鉴定及含量测定蛋白质的分类学习目的与要求:1.蛋白质基本组成单位及特点。2.氨基酸的结构、性质及分离测定方法。3.肽的结构及其生物活性肽的功能。4.蛋白质的结构，性质，功能及分离纯化与测定原理方法。

重点1.氨基酸的结构特点及结构与性质的关系。2.蛋白质的结构、性质、功能及其结构与功能的关系。3.氨基酸及蛋白质的分离测定方法及其原理。难点1.氨基酸的两性性质及其应用。2.蛋白质一级结构的测定原理及方法3.蛋白质的二级结构的要点4.蛋白质结构与功能的关系。通过本章的学习使学生掌握蛋白质（Protein）最早发现于鸡蛋，是一类含氮的复杂有机化合物。恩格斯指出：“生命是蛋白体的存在方式”，“无论在什么地方，只要我们遇到生命，我们就发现生命和某种蛋白体相联系的；并且无论在什么地方，只要我们遇到不处于解体中的蛋白体，我们也无例外地发现生命现象”。

生命离不开蛋白体，有了蛋白体就有了生命。引言蛋白体是什么？蛋白质又怎么定义？

蛋白体就是蛋白质和核酸构成的原生质。蛋白质是蛋白体的组成成分，是生命不可缺少的物质，凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质在起作用。蛋白质是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。蛋白质用“Protein”表示，“Protein”意为“最原始”、“最重要”。第一节蛋白质的生物学意义

一、蛋白质是生物体结构性物质（结构大分子）1、从含量上看：人和动物体中蛋白质占干重的45%，其中皮肤、肌肉、肌腱、内脏、韧带、血液和毛发都以蛋白质为主，含量可高达60~80%；植物体占干重的15~40%，主要存在于种子和果实中，其中黄豆种子占40%，花生仁占26%；细菌占干重50~80%；噬菌体除了少量的核酸外几乎全是蛋白质。2、从种类上看：大肠杆菌的蛋白质含有三千种，人体含有十万种，整个自然界的蛋白质有一百亿种。第一节蛋白质的生物学意义

二、蛋白质是生物体的功能性物质

（功能大分子）1、作为生物催化剂——催化生物体内一切化学反应的酶2、调节代谢反应——调节代谢、生长、生殖和发育的激素3、免疫保护作用——识别病毒、细菌并与之结合消除毒害作用的抗体4、运输的载体——运输二氧化碳和氧气的血红蛋白，运输血脂、血糖的脂蛋白、糖蛋白，细胞膜上的各种载体5、参与肌体运动——使肌肉产生舒缩活动的肌动蛋白和肌球蛋白6、接受传递信息口腔中的味觉蛋白，视网膜中的视觉蛋白。高等动物的记忆、识别机构都有蛋白质在起重要作用。第二节蛋白质的元素组成

常量元素（一般含有）：C50~55%；

H6~8%；

O20~23%；

N15~18%；

S0~4%；微量元素（个别含有）：Fe、Zn、Cu、Mn、Mo、I、P。特征性元素：N原因是：1、在三大营养物质（糖、脂肪、蛋白质）中唯有蛋白质含有N元素；

2、在所有的蛋白质中的含N量比较恒定，平均值为

16%，因此只要测出蛋白质中的含N量就可以粗略地计算出蛋白质的总含量。蛋白质总含量=蛋白质含N量×6.25，这是凯氏定N法的原理当然，不同的蛋白质实际系数是有差异的，如牛奶为6.3；小麦、花生、大豆为5.46~5.95。第三节蛋白质的氨基酸组成

蛋白质的水解酸水解：常用(4mol/L)H2SO4或(6mol/L)HCl进行水解20h.

优点：可完全水解，不引起消旋

缺点：色氨酸破坏，羟基氨酸（丝、苏）部分水解，天冬酰胺、谷胺酰胺的酰胺基水解。第三节蛋白质的氨基酸组成

蛋白质的水解碱水解：常用(5mol/L)NaOH进行水解

优点：色氨酸稳定

缺点：多数氨酸不同程度破坏，并产生消旋，精氨酸被水解为鸟氨酸和尿素,但色氨酸稳定第三节蛋白质的氨基酸组成

证据：蛋白质的水解酶水解：

优点：不产生消旋，不破坏AA。

缺点：水解时间长；水解不彻底，中间产物多；单一酶水解不完全。

结论：将蛋白质大分子水解可得到许许多多的氨基酸，氨基酸不能再水解为更小的分子，所以说

氨基酸是蛋白质的基本组成单位。一、氨基酸的结构通式各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。-氨基酸可变部分不变部分COOH︱—H—H2NC︱R不带电形式

H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R两性离子形式1、氨基酸结构的特点：（1）构成蛋白质的氨基酸有20种（这20种氨基酸称为蛋白质氨基酸）；（2）均为α—氨基酸（即都有一个氨基和一个羧基位于α—

碳原子上，就象每各人都长有一张嘴巴和一个鼻子在脸上一样，但脯氨酸除外），共有氨基和羧基的化学性质，如两性解离；（3）有两种构型和有旋光性（甘氨酸除外），因为α—碳原子是手性碳原子；（4）不同AA的区别就在于R基的不同，它是构成蛋白质多样性、复杂性、化学性质、结构不同的分子基础。2、氨基酸的构型(氨基酸的旋光异构)：构成蛋白质的氨基酸只有L—型，没有D—型，所以蛋白质中的氨基酸也只有20种。

二、氨基酸的分类

究竟是哪20种氨基酸？可以通过分类来认识，但分类不是最终目的，我们的最终目的是通过分类搞清楚氨基酸的特点从而逐步认识有关的氨基酸，即具体的氨基酸名称、三字母符号、结构式和特性。

氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

脂肪族氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine

脂肪族氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

脂肪族氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine

脂肪族氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline

亚氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine

含硫氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine

含硫氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

丝氨酸

Serine

含羟基氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

丝氨酸

Serine

苏氨酸

Threonine

含羟基氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

天冬酰胺Asparagine

含酰胺氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

天冬酰胺Asparagine谷酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸Tryptophan氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

天冬氨酸Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

碱性氨基酸精氨酸

Arginine氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

碱性氨基酸精氨酸

Arginine赖氨酸

Lysine氨基酸的具体结构、名称和三字母符号

碱性氨基酸精氨酸

Arginine赖氨酸

Lysine组氨酸

Histidine1、依R基组成不同分（1）脂肪族氨基酸（R基为碳氢链，15种）（2）芳香族氨基酸（R基为苯环，2种：苯丙氨酸（Phe）、酪氨酸（Tyr）—疏水、紫外吸收）（3）杂环氨基酸（R基含有S、N、O等杂原子的环，2种：组氨酸（His）—含咪唑基、色氨酸（Trp）—含吲哚基（4）杂环亚氨基酸（1种：Pro—含亚氨基，正常氨基是NH2，亚氨基是NH，即亚氨基比正常氨基少一个H）2、依R基酸碱性质的不同分（1）中性氨基酸（R基无酸碱性，15种）（2）酸性氨基酸（R基含有羧基，2种：谷氨酸（Glu）含γ—COOH、天冬氨酸（Asp）含β—COOH）（3）碱性氨基酸（R基含有碱基，3种：组氨酸（His）含咪唑基、赖氨酸（Lys）含ε—NH2、精氨酸（Arg）含—胍基）注意：酸性氨基酸和碱性氨基酸这5种氨基酸要熟记，以方便以后学习时能将结构和功能联系起来。3、依R基极性不同分（1）非极性氨基酸（疏水性氨基酸：9种—甘、丙、缬、亮、异亮、苯丙、甲硫、脯、色）：（2）极性氨基酸（亲水性氨基酸：11种，依据在PH=7是否带电又分三小类）：

1/极性不带电荷：6种（丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸）

2/带正电荷（碱性氨基酸）：3种（哪3种？

3/带负电荷（酸性氨基酸）：2种（哪2种？4、非蛋白氨基酸：

有180多种，在生命过程中常出现又具重要功能的有：β—丙氨酸辅酶A的成分鸟氨酸游离氨基酸，是合成尿素的中间产物胍氨酸游离氨基酸，是合成尿素的中间产物胱氨酸蛋白质合成后两个半胱氨酸结合而成羟脯氨酸蛋白质合成后脯氨酸羟基化而成羟赖氨酸蛋白质合成后赖氨酸羟基化而成

胱氨酸、羟辅氨酸、羟赖氨酸在蛋白质中含有，但不是蛋白质中的基本氨基酸，叫修饰氨基酸。归纳：蛋白质中的基本氨基酸有20种，他们都是L—α—AA。

非蛋白氨基酸β-丙氨酸γ-氨基丁酸鸟氨酸

瓜氨酸

高丝氨酸

高半光氨酸

4-羟脯氨酸胱氨酸H2NCHCH2-S-S-CH2CHNH2COOHCOOH4-羟赖氨酸

H2NCH2

CHCH2CH2CHCOOH

OHNH2

CH2CHCOOHCH2SHNH2HOHNCOOH非标准氨基酸

三、氨基酸的性质〈一〉一般物理性质（一般了解）1、色、味：白色晶体（黄色是它的盐酸盐），五味具全2、溶解度：溶于水、稀碱和稀酸溶液中3、熔点：2000C以上，高熔点说明了什么——氨基酸是离子晶体4、光学性质：有旋光性（除甘氨酸以外）5、紫外吸收：含有共扼双键的化合物有吸收紫外光的特性，最大吸收峰：苯丙氨酸（Phe）吸收波长为259nm、酪氨酸（Tyr）278nm、色氨酸（Trp）279nm。是分光光光度计测定有色物质浓度的原理。酪氨酸的

max＝278nm，278=1.4x103;苯丙氨酸的max＝259nm，259=2.0x102;色氨酸的max＝279nm，279=5.6x103;氨基酸的光吸收三、氨基酸的性质〈二〉两性解离和等电点1、两性离子定义：氨基酸分子上同时带有等量的正负两种电荷称为两性离子。+H3N—C—HCOO-R两性离子为什么说它是两性离子？因为氨基酸上的羧基和氨基都可以发生解离：

COOH→COO-+H+

NH2+H+→NH3+PH1710净电荷+10-1

正离子两性离子负离子

PH<PIPH=PIPH>PI

2、氨基酸两性解离HRＣ——︱︱+H3NCOOHHRＣ——︱︱+H3NCOO-HRＣ——︱︱H2NCOO-溶液PH与氨基酸的PI值、带电情况：有三种：PH＜PI，偏酸，带正电；

PH＝PI，中性，不带电；

PH＞PI，偏碱，带负电。一般溶液中的PH以7决定其酸碱性，而氨基酸的PH则不是以7为标准，而是以PI为依据。20种氨基酸的PI不一样，但大体可划分为三类：第一类：PI为6左右，中性氨基酸（因为羧基的解离度大于氨基，加入氢才能抑制羧基的解离）；第二类：PH＜6，为3左右，酸性氨基酸；第三类：PH＞6，为10左右，碱性氨基酸。

2、氨基酸两性解离3、氨基酸等电点定义：调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点(PI)。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。核心是什么？——等点！为什么等点？是羧基和氨基解离相等。

3、氨基酸等电点等电点的应用：在偏离等电点的酸性中，氨基酸带正电，在电场中向负极移动；在碱性中，氨基酸带负电，在电场中向正极移动。因此，在非等电点的条件下可进行电泳。在等电点时，溶解度最低，容易沉淀，常利用此性质分离制备氨基酸，如味精（主要成分是谷氨酸钠盐）的生产；利用各种氨基酸的等电点不同，也可将混合氨基酸分离提纯。氨基酸的等电点的计算H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+H2N-CH-COO-R-pK1+H+H+-pK2+H+H+K1=H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+K1*H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+*-COOH解离常数-NH3+解离常数K1*H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-RK2=H+*2等电点时：H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-R=K1*K2=H+2等式两边取负对数-logK1+(-logK2)=2(-log[H+])pK1+pK2=2pH

侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI=(pK1+pK2)/2

等电点等于酸性基团离解常数与碱性基团离解常数之和的一半或等电点等于两性离子两侧离解基团离解常数之和的一半Lys的解离如下：KCOOHKε-Kα-ε-H+H+H+（++）（+）（±

）（-

）如赖氨酸：Asp解离如下:Kα-COOHKβ-COOHKα-H+H+H+β-COOH（+）（-）（--）（±）如：天冬氨酸

同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。酸性氨基酸：pI=(Pkα-COOH+pKR-COOH)/2

碱性氨基酸：pI=(pKα-NH3+pKR-NH3)/2

pH>PI溶液对PI而言偏碱带-PI与PH的关系pH=PI溶液对PI而言中性不带电

pH<PI溶液对PI而言偏酸带+

4.根据滴定曲线求pK丙氨酸的滴定曲线6.022.349.69Handerson-Hasselbalch公式pH=Pk+lg[质子受体]/[质子供体]计算在任何一PH条件下氨基酸的各种离子的比例

问题有一氨基酸溶于PH为7的溶液后，溶液中的PH上升为8，问该氨基酸的PI为多少？（﹥8；﹤8；﹦8？）又问：有一氨基酸溶于PH为7的溶液后，溶液中的PH下降为6，问该氨基酸的PI为多少？（﹥6；﹤6；﹦6？）〈三〉氨基酸的化学反应1．

-氨基参与的反应用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度（Sorensen）。（１）与甲醛反应〈三〉氨基酸的化学反应1．

-氨基参与的反应用途：收集N2，测定含氮量，计算出蛋白质的含量，这是VanSlyke测定氨基酸的基础

（２）与亚硝酸反应羟基酸〈三〉氨基酸的化学反应

氨基酸与二硝基氟苯（DNFB）生成2、4—二硝基苯氨基酸（DNP—AA），后者的特点是淡黄色油状物，不溶于水，可与其他氨基酸分离，用于N—末端氨基酸的测定

1．

-氨基参与的反应（３）与２、４－二硝酸基氟苯反应

与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应式NO2FO2N+H2N—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱碱性二硝基苯-氨基酸（黄色）取代反应〈三〉氨基酸的化学反应

生成苯乙内酰硫脲（PTH—AA），用于N—末端氨基酸的测定，是自动测定顺序仪制作的原理，可连续测出60个氨基酸1．

-氨基参与的反应（４）与苯异硫氰酸酯（PITC）反应

与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应式—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRS苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸）—N—CHRSNCCO苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）pH8.3无水HF异硫氰酸苯酯（PITC）与多肽的反应（Edam降解）NHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2+PTC-多肽PTH-氨基酸纸层析鉴定

(5)与丹磺酰氯反应:

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1

10-9mol。〈三〉氨基酸的化学反应1．

-氨基参与的反应用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。（6）酰化反应〈三〉氨基酸的化学反应

与HCl反应生成氨基酸盐酸盐，增加氨基酸的溶解度1．

-氨基参与的反应（7）成盐反应〈三〉氨基酸的化学反应用途：在蛋白质合成过程中，保护羧基2．

-羧基参与的反应（１）成酯反应〈三〉氨基酸的化学反应用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。2．

-羧基参与的反应（2）成酰卤反应〈三〉氨基酸的化学反应与NaOH反应生成氨基酸钠盐，也可增加氨基酸的溶解度

2．

-羧基参与的反应（3）成盐反应00000H00HH2O00H0HH2N-CH-COOHRNH3+RCHO+CO200H0H+NH3+00H00H0=N0O-O蓝紫色化合物入max=570nm00H00H茚三酮水合茚三酮还原茚三酮3．

-氨基和羧基共同参与的反应（1）与茚三酮反应脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色物质CCCO-ON+入max=440nm00H00HCO2HNCOOH〈三〉氨基酸的化学性质3．

-氨基和羧基共同参与的反应（2）成肽反应用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。4、R基参与的反应——呈色反应反应名称反应试剂反应基团颜色用途黄色反应浓硫酸+浓硝酸苯基、酚基黄色PheTyr米伦反应硝酸汞（亚汞）酚基红色Tyr乙醛酸反应乙醛酸吲哚基紫红Trp坂口反应萘酚+NaClO胍基红色Arg福林酚反应磷钼酸+磷钨酸酚基、吲哚基蓝色TrpTyrPauly反应重氮盐咪唑基酚基棕红色桔黄色HisTyr巯基反应亚硝酸亚铁氰酸钠巯基红色Cys1.层析法:原理

层析法是利用被分离样品混合物中各组分的化学性质的差异（如溶解度、吸附力、电荷性质等），使各组分以不同程度分布在两个“相”中。固定相：被固定在一定的支持介质上的那一相。流动相：在支持介质上移动的那一相。

当移动相流过固定相时，在流动过程中，由于各组分在两相中的分配情况不同，电荷或亲和力不同等，以不同的速度移动，从而达到分离。四、氨基酸的分离分析层析方法根据层析法的原理分配层析法吸附层析法离子交换层析法分子筛（凝胶过滤）层析法亲和层析法根据层析法的支持介质不同滤纸层析薄层层析薄膜层析等离子交换层析法凝胶过滤层析法（1）滤纸层析滤纸层析是以滤纸作为支持物的分配层析法，

分配定律：当一种溶质在两种一定的互不相溶或几乎互不相溶的溶剂中分配时，在一定的温度下达到平衡后，溶质在两相中的浓度比与在这两种溶剂中的溶解度比值相等。这个比值是一个常数，称为分配系数，以K表示。分配系数（K）=溶质在溶剂A中的浓度溶质在溶剂B中的浓度固定相—水，流动相—水饱和的有机溶剂上行层析层析剂原点（点样）溶剂前沿层析样点滤纸迁移率Rf=原点到层析样点中心的距离（X）原点到溶剂前沿的距离（Y）XY影响迁移率的因素：内因—氨基酸的性质，外因—溶剂、滤纸、温度、层析方式等。滤纸层析（分配层析）：支持物为滤纸分配定律：一种溶质在两互不溶的相中的浓度比值与在这两种溶剂中的溶解度比值相等。分配系数（K）=溶质在溶剂A中的浓度（溶解度）/溶质在溶剂B中的浓度（溶解度）

层析系统：层析液（展层剂）：包括有机溶剂——流动相（可移动的相）和水——固定相（固定在一定支持介质的相）各种物质在层析中前进的速率用比移值（Rf）来表示

Rf=原点到层析点中心的距离/原点到溶剂前沿的距离

极性AA在水中溶解性大，Rf小。酸性和碱性AA的极性强于中性AA，所以中性AA的Rf值大若分子中极性基团相同，而亚甲基数增加（即分子量增大），则整个分子的极性相应降低，Rf值随之增大。（2）、离子交换层析：离子交换树脂是一种具有酸性或碱性基团的人工合成的高分子化合物，包括阴、阳离子交联剂和水不溶性惰性载体（聚氯乙烯）阳离子交换树脂（交换阳离子）：磺酸型：—SO3H（酸型和Na型）羧酸型：—COOH（酸型和Na型）阴离子交换树脂（交换阴离子）：季胺型：—N+（CH3）3

氯型：—N+（CH3）3Cl-

羟基型：—N+（CH3）3OH-

氨型：—NH3（氯型和羟基型)离子类型：能否交换电荷多少、极性：交换能力的大小洗脱顺序：离子类型（电荷性质）不同，电荷多少，极性大小混合AA对于阳离子交换一般有如下的洗脱规律：酸性AA先被洗下，接着是中性AA，碱性AA；在极性基团相同的情况下，分子量小的比分子量大的先洗下来。洗脱离子交换树脂样品

由于不同的氨基酸PI不同，在一定的PH溶液中带电荷的性质不同，带电荷的多少不同，与不同的离子交换树脂的结合能力不同。洗脱时不能结合的最先被洗脱出来，结合能力小的其次，结合能力大的最后被洗脱出来。2、电泳法电泳——带电质点在电场中向与本身电荷相反的电极移动的现象。常见的纸电泳以滤纸为支持物，质点所带的电荷多或质点小，移动就快（二氨基二羧基AA比一氨基一羧基AA移动快）。当AA处于等电点时，所带正负电荷相等，在外加电场中不会移动，当介质PH小于AA的等电点时，AA带正电荷，在电场中向阴极移动，反之成立。3.等电点沉淀越接近AA的等电点，该AA的溶解度越小，越易沉淀。

第四节肽一、基本慨念1、肽：一个α—氨基酸的羧基与另一个α—氨基酸的氨基脱水缩合而成的化合物叫做肽。两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做二肽（具体命名时叫某某酰某某酸。如甘氨酰丙氨酸）；三个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做三肽，许许多多的氨基酸分子脱水缩合而成的化合物象链状一样，叫做多肽链。2、肽键：一分子α—氨基酸的羧基与另一分子α—氨基酸的氨基脱水缩合而成的酰胺键叫做肽键（是特殊的酰胺键）。3、二肽的反应式氨基端或N-端：在多肽链中含有一个游离的

-氨基的一端，常写在左边。羧基端或C-端：在多肽链中含有一个游离的

-羧基的一端，常写在右边。氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称之。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-

端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln氨基酸残基：是组成多肽链中的氨基酸，由于在形成肽键时COOH去掉了OH，NH3

去掉了H，这种不完整的氨基酸分子称为氨基酸残基。4、多肽链的结构式

肽键两侧的原子或基团共处于同一平面上的立体结构。肽键不能旋转的原因：肽键具有部分双键性质，在多肽链中，不能旋转的肽键占1/3，因此造成肽链构像的类型受到极大的限制。

6、肽单元或肽单位：是多肽中的一个基本结构单位R—CH—CO—NH—（包含一个肽键，而氨基酸残基不包含肽键）。5、肽平面第四节肽二、活性肽在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：谷胱甘肽；激素类多肽；脑啡肽；抗生素类多肽；蛇毒多肽等。（一）谷光甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2CO—COOHγ-GluNHCHCO—CH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG

是生物体最小的活性肽（3肽）其结构特点是：有一个γ—肽键；有一个SH，具有还原性，主要的生理功能是作为还原剂。（参与氧化还原反应）（二）催产素和加压素（激素多肽）

都是9肽，区别在于3、8位：催:3—Ile，8—Leu，促进子宫、乳腺平滑肌收缩，催产、排乳，促进分娩；加：3—Phe，8—Arg，促进血管平滑肌收缩，加压、利尿。（三）脑啡肽（镇痛肽）：Met-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu是5肽，有甲硫氨酸型（猪）和亮氨酸型（牛），都是疏水性的氨基酸，功能相似，具有镇痛作用，又叫镇痛肽，吗啡也有镇痛作用，但吃了会上瘾。第五节蛋白质的结构

是蛋白质分子中最基本的结构。

（一）一级结构的内容：

是指组成蛋白质的氨基酸的连接方式和排列顺序1、连接方式证据：

1、蛋白质分子中的酸碱滴定：游离的氨基和羧基较少；

2、蛋白质水解后，氨基和羧基等量增加；

3、呈双缩脲反应，这是直接证明蛋白质以肽键连接的最主要的证据。结论：连接方式是肽键（—CO—NH—），肽键是蛋白质一级结构的主要作用力。一、一级结构2、排列顺序

组成蛋白质的氨基酸只有20种，而构成的蛋白质却有许许多多，这是因为氨基酸在构成蛋白质时其种类、数量、排列顺序不同造成的。例：有A、B两种氨基酸，顺序不同就得到两种不同的肽：A—CO—NH—B；B—CO—NH—A。HPhe-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157101519202125303、例子：牛胰岛素的一级结构HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSS—S————S——一、一级结构（二）一级结构的测定要求：分析的样品必须是均一的、已知分子量的蛋白质。方法：分6步进行1、组成与含量分析2、末端分析3、肽链的拆离与伸展4、肽链的部分水解及肽段的分离5、肽段的测序6、片段重叠，推其顺序1、组成与含量分析：

目的：了解蛋白质中氨基酸的种类、每种氨基酸的含量，不是所有的蛋白质都有20种氨基酸，也不是每种氨基酸的含量都相等。方法：用氨基酸自动分析仪——蛋白质经水解后把水解液放进去测量。蛋白质的水解常用酸（6MHCl，1100C，24h），色氨酸（吲哚基）被破坏、天冬酰胺和谷氨酰胺被水解成天冬氨酸和谷氨酸，最多有17种；用碱（1、5MNaOH，110度C，12—20h)专门测定色氨酸，有18种；水解完后单独测量酰胺，只能测出酰胺的个数，不知道什么位置。

1.蛋白质的氨基酸组成可用残基重量百分数表示如：100克胰岛素分析得到phe8.6克其重量百分数为：残基分子量147

氨基酸分子量1652.根据百分组成计算氨基酸的分子个数如：胰岛素分子量为6000，丙氨酸占4.6%

氨基酸个数为：氨基酸的百分含量*蛋白质分子量4.6%*6000

氨基酸的分子量89氨基酸含量*=8.6*=7.7克==32、末端分析：目的：了解N—末端或C—末端是什么氨基酸？肽链的条数。方法：N—末端分析：（1）、DNFB法——DNFB可以与肽链末端的自由基反应，生成DNP—肽链，新生成的DNP—肽链中苯核与氨基之间的键比肽键稳定，不易被酸水解，因此用酸水解DNP—肽链将肽链中的所有肽键破坏，生成DNP—AA和其他AA的混合物。N—末端如果是亚氨酸（Pro及Hyp），就不宜用此法，因为DNP与亚氨酸间的键很不稳定。（2）、PITC法（Edman法，又称PTH法）——用于AA自动分析仪。PITC与肽链N—末端作用，形成PTC—肽链，酸性条件下生成PTH—AA。（3）、DNS法——荧光试剂，比DNFB灵敏度高100倍。（4）、氨肽酶法——从N—末端逐个水解肽链，控制水解时间、酶量，跟踪测定AA的量，量大的为N—末端，不能水解蛋白质。C—末端分析：（1）肼解法可知：多肽与肼在无水条件下加热可断裂所有的肽键，除C—末端AA外，其他AA转变为酰肼化合物。肼解下来的C—末端AA借DNFB试剂的作用转变为DNP——AA，再加以鉴定。缺点：以门冬酰氨、谷氨酰氨和半胱氨酸、精氨酸为C—末端的多肽不能准确测定。

（2）羧肽酶法从C—末端逐个水解肽链的蛋白酶，但遇到脯氨酸（Pro）形成的肽键不能水解。有A、B、C羧肽酶，其中A——不能水解碱性AA（Arg,Pro和Lys）；B——专一性水解Arg,lys，所以常将A、B混合使用。C–能从C—末端逐个水解如果水解得不到游离AA，则末端为Pro或为环肽。3、肽链的拆离与伸展肽链内与肽链间连接的方式（作用力）有非共价键：氢键，共价键：二硫键目的：分离多肽链方法：（1）非共价键的去除：稀HCL、搅拌（2）共价键的拆离（打开）：用特殊试剂，氧化法——用过氧甲酸或叫发烟甲酸(二硫键氧化生成半胱氨磺酸衍生物)；还原法——常用β—巯基乙醇和二硫苏糖醇（使二硫键还原，再加碘乙酸或丙烯晴是-SH修饰，形成S-羧甲基衍生物）4、肽链的部分水解及肽段的分离要求：肽链部分水解条件的基本要求：选泽性强，裂解点少，反应产率高。目的；长肽链水解成一定大小的肽段方法：化学法：酸部分水解：1NHCl，大小差异较大（特异性差）。溴化氰（CNBr）裂解：专一性作用于甲硫氨酸的羧基构成的肽键（对甲硫氨酸专一），因此，一条肽链中有几个Met就产生几个肽段，即水解生成的肽段的C—末端均为Met。

溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。溴化氰基锍溴化亚氨内酯甲基硫氰酸胰蛋白酶：专一性作用于碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基端与其他氨基酸（除脯氨酸外）的氨基所形成的肽键，C—末端为精氨酸或赖氨酸。胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶）：专一性作用于芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）的羧基端与其他氨基酸（除脯氨酸外）的氨基所形成的肽键，C—末端为芳香族氨基酸。胃蛋白酶：专一性作用于芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）的羧基和异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸等疏水性氨基酸的羧基与其他氨基酸的氨基所形成的肽键；（类以于糜蛋白酶，但专一性较差）；嗜热菌蛋白酶：专一性作用于疏水性强的氨基酸的氨基所构成的肽键；谷氨酸酶：专一性作用于谷氨酸；精氨酸酶：专一性作用于精氨酸。酶法：内切酶——专一性水解某些肽键，为内切酶。所有的酶都不能水解Ｐro形成的肽键Trypsin

：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。肽链水解位点胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;对亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和组氨酸His水解稍慢。肽链水解位点糜蛋白酶Pepsin：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。肽链水解位点胃蛋白酶thermolysin)：R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu，异亮氨酸Ileu,蛋氨酸Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。肽链水解位点嗜热菌蛋白酶分别从肽链羧基端和氨基端水解肽链氨肽酶水解位点羧肽酶和氨肽酶5、肽段的测序：（1）组成分析、含量分析（2）末端分析（3）专一酶水解6、片段重叠，推其顺序例：现有一个六肽，根据下列条件，作出此六肽的氨基酸排列顺序。DNFB反应，得到DNP-Val;肼解后，再用DNFB反应，得到DNP-Phe;胰蛋白酶水解此六肽，得到三个片段，分别含有1个、2个和3个氨基酸，后两个片段呈坂口反应阳性。溴化氢与此六肽反应，水解得到两个三肽，这两个三肽片断经DNFB反应,分别得到DNP-Val和DNP-Ala。.六肽的氨基酸顺序为：（N）Val-Arg-Met-Ala-Arg-Phe。

二、二级结构

慨念：多肽链（蛋白质分子）在空间的盘绕折叠方式种类（方式）：α—螺旋，β—折叠，β—转角，自由回转1、α—螺旋LinusPauling和RobertCorey于20世纪40年代末至50年代初，应用X—射线衍射法技术对α—角蛋白等研究结果，提出了蛋白质分子构象的立体化学原则，要点如下：（1）肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。(2）肽平面的键长键角一定：肽键C-N键长为0.132nm,比一般的C—N单键（0.147nm）短，比C=N双键（0.128nm）要长，具有部分双键的性质，不能旋转。而

Cα-COOH、C-NH2，为真正单键（puresinglebond），可以旋转。（3）肽键上的原子排列呈反式构型（4）相邻肽平面构成二面角：一个Cα原子相连的两个肽平面，由于N1—Cα和Cα—C2（羧基碳）两个键为单键，肽平面可以分别围绕这两个键旋转，从而构成不同的构象。一个肽平面围绕N1—Cα（氮原子与α—碳原子）旋转的角度，用Φ表示。另一个肽平面围绕Cα—C2（α—碳原子与羧基碳）旋转的角度，用Ψ表示。这两个旋转角度叫二面角（dihedralangle）。通常二面角（Φ，Ψ）确定后，一个多肽链的二级结构就确定了。

（5）肽链螺旋的螺距一定角：每氨基酸绕中心轴旋转1000，每转一圈为3600，所以每圈含有3.6个氨基酸；每圈高度为0.54nm，每氨基酸上升0.15nm。螺旋的结构通常用“Ns”来表示，N表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，s表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包含的原子数。（6）螺旋的作用力：主要是氢键，氢键的取向是要和轴平行的（一个个圈之间靠氢键支撑着），第一个氨基酸羧基上的氧与其后面第四个氨基酸的氨基上的氢形成氢键。（7）螺旋的种类：有左手和右手两种，但天然的只有右手螺旋，自R—CH—CO—NH始，从左向右绕螺旋轴盘绕上升（伸出右手，大母指向上，四个手指指的是螺旋从左到右旋转的方向。

2、β—折叠（1）肽链走向；肽链几乎伸直，以方向相同或相反的平行肽链组成，平行的氨基酸轴心距（两个氨基酸之间的中心距离）为0.325nm，反平行的为0.35nm。（2）作用力：氢键，在两链之间形成，取向与折叠的方向几乎垂直。（3）影响因素：R基的大小，R基在链上上下分布，其大小影响氢键的形成和伸展，R基越小，越容易形成β——折叠，象甘氨酸、丙氨酸最容易，而亮氨酸、异亮氨酸就难。毛发角蛋白几乎是α—螺旋，丝心蛋白几乎是β—折叠，球状蛋白、肌红蛋白的α—螺旋占75%，溶菌酶的α—螺旋占10%，。α—螺旋和β—折叠是二级结构的主要类型。β—折叠结构的要点；N—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHO3、β—转角

是肽链出现1800的回转，成发夹式结构。作用力：氢键，位置与前面有差异，是第一个氨基酸羧基上的氧与其后面第四个氨基酸的氨基上的氢形成氢键。有点象折叠，但指的范围小，只是转弯处。

没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。4、自由回折（懒散的、无组织无纪律的）

三、超二级结构和结构域（１）超二级结构在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，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。几种类型的超二级结构：αα；ββ；βαβ；βββ．Rossmann卷曲

在球状蛋白质中，常见两个βαβ聚集体连在一起，形成

βαβ

αβ结构。

ααβββαβ（２）结构域

对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构域。

结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由100~200个氨基酸残基组成，氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的．结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上．结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。纤连蛋白分子的结构域四、三级结构在二级结构或超二级结构的基础上形成的一种很不规则，但具有特定构像的蛋白质分子。不同的蛋白质所形成的结构不一样（不规则），找不到共同点，但每一种蛋白质都形成一种特定的构像，从外形上还是有特性的。共同特性：

1、外园中空（疏水基团集中在内形成疏水区域）；

2、肽链折叠，如鲸肌红蛋白：153个氨基酸，在二级结构的基础上折叠成8个肽段（7~24个氨基酸），转弯的地方（1~8个氨基酸）；

3、作用力：疏水力一条肽链构成的蛋白质只要具备了三级结构就有生物活性。五、四级结构两个或两个以上的具有三级结构的多肽链结合在一起形成一种特定的空间构像叫四级结构。每一条具有三级结构的多肽链叫亚基，亚基单独存在时无活性。肌红蛋白中的三级结构是一条肽链组成的，它不叫亚基，是有活性的，而血红蛋白由四条肽链组成，即有四个亚基（ααββ），他们必须聚集在一起成为大分子才有生物活性。作用力：次级键（非共价键）有几条肽链组成的蛋白质叫寡聚体，有同聚体和杂聚体。血红蛋白四级结构图

一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构六、维持蛋白质结构的作用力维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、氢键、疏水相互作用力a盐键（离子键）b氢键c疏水相互作用力

d范德华力e二硫键共价键次级键化学键

肽键一级结构氢键二硫键二、三、四级结构疏水键盐键范德华力三、四级结构六、维持蛋白质结构的作用力共价键蛋白质分子中的共价键有肽键和二硫键。是生物大分子分子之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。非共价键

生物体系中分子识别的过程不仅涉及到化学键的形成，而且具有选择性的识别。共价键存在于一个分子或多个分子的原子之间，决定分子的基本结构，是分子识别的一种方式。而非共价键（又称为次级键或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的高级结构，在分子识别中起着关键的作用。1.静电作用

静电作用是指荷电基团、偶极以及诱导偶极之间的各种静电吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白质等生物大分子的表面都具有可电离的基团和偶极基团存在，很容易与含有极性基团的底物或抑制剂等生成离子键和其它静电作用。（1)离子键

生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键。这种键可以解离。(2)离子－偶极作用

药物分子和受体分子中O、S、N和C原子的电负性均不相等，这些原子形成的键由于电负性差值可以产生偶极现象。这种偶极部分与永久电荷可以形成静电作用.离子-偶极相互作用一般比离子键小得多，键能与距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量，电荷与偶极的取向会影响药物-受体的作用强度。如普鲁卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基的偶极性质有关。(3)偶极-偶极相互作用

两个原子的电负性不同，产生价键电子的极化作用，成为持久的偶极间的作用。偶极—偶极相互作用的大小，取决于偶极的大小、它们之间的距离和相互位置。这种相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用强度比离子—偶极作用小，但比偶极—诱导偶极作用大。这种作用对药物—受体相互作用的特异性和立体选择性非常重要2.氢键

氢键的形成氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。氢键的大小和方向氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，在生物体系中为8.4～33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。键长为0.25～0.31nm。氢键的方向用键角表示，是指X—H与H…Y之间的夹角，一般为180

～250

。3范德华力

这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。这种作用力非常依赖原子间的距离，当相互靠近到大约0.4～0.6nm(4～6A

)时，这种力就表现出较大的集合性质。范德华力包括引力和排斥力，其中作用势能与1/R6成正比的三种作用力（静电力、诱导力和色散力）通称为范德华引力。4疏水作用

疏水作用是指极性基团间的静电力和氢键使极性基团倾向于聚集在一起，因而排斥疏水基团，使疏水基团相互聚集所产生的能量效应和熵效应。蛋白质和酶的表面通常具有极性链或区域，这是由构成它们的氨基酸侧链上的烷基链或苯环在空间上相互接近时形成的。高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大分子的高级结构。

七、分子伴侣1987年Lasky首先提出

:一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份”。热休克蛋白就是一大类分子伴侣。作用：1.可逆的与未折叠的肽段的疏水部分结合，防止错误折叠。2.与错误的肽段结合，诱导其正确折叠。3.对蛋白质分子中的二硫键的正确形成有重要作用。一、一级结构是空间构象的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

第六节蛋白质结构与功能的关系

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性

第六节蛋白质结构与功能的关系

二、、一级结构与功能的关系如：胰岛素一级结构与功能的关系胰岛素是由A链（21个氨基酸）和B链（30个氨基酸）构成的51肽，不同生物来源的胰岛素有共性，也有差异，共性是：1、51个氨基酸：2、22个氨基酸不变（其中6个半胱氨酸的位置不变）。差异是；A链的8、9、10和B链的30位氨基酸（极性AA）容易变，变化大说明结构差异大，活性差异也大。维持结构不变的氨基酸是维持活性最关键的，如果改变就会患病如糖脲病，要从猪中提取胰岛素治疗一个人的糖尿病，需要从100万~1000万头猪的胰脏中提取。1、同功能蛋白中氨基酸顺序的种属差异表：不同种属来源的胰岛素分子中氨基酸顺序的部分差异胰岛素来源

氨基酸顺序的部分差异A8A9A10B30

人猪狗兔牛羊马抹香鲸

苏苏苏苏丙丙苏苏

丝丝丝丝丝甘甘丝

异亮异亮异亮异亮缬缬异亮异亮

苏丙丙丝丙丙丙丙如：细胞色素C的一级结构与功能的关系细胞色素C，是呼吸链中的一种氧化物，104个氨基酸组成，不变的结构有14、17的半胱氨酸、18的组氨酸、48、59、80的甲硫氨酸；可变的结构见图示功能相同，而结构上有差异，是判断生物之间的亲缘关系依据，差异越大，亲缘关系越远；差异越小，亲缘关系越近。2、生物进化中同功能蛋白质在结构上的变化分子进化表：不同生物细胞色素C的氨基酸差异（与人比较）

生物名称与人不同的氨基酸数目

生物名称与人不同的氨基酸数目

黑猩猩猕猴兔袋鼠鲸牛、猪、羊狗马鸡019101010111213

响尾蛇海龟金枪鱼狗鱼小蝇小麦粗糙链孢霉酵母14152123253543443、蛋白质结构上的变化与功能的改变一级结构相同，功能相同，一级结构的细小变化导致功能完全不同。分子病的概念：由于遗传基因的突变导致蛋白质分子结构的改变或某种蛋白质缺乏引起的疾病镰刀型贫血病血红细胞病人的血红蛋白正常型

Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lysβ链

谷氨酸镰刀型

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys

β链

缬氨酸谷A（极性）缬A（非极性）因为其中的血红蛋白结构上有差异：血红蛋白的β链N—末端6—谷氨酸（亲水的，处于分子外部）变成缬氨酸（疏水的，避开水相往里钻，引起高级结构的变化），造成了血红蛋白的运输能力降低，在氧压低的情况下，缺氧，出现头晕、闷，甚至死忙。4、蛋白质的激活一级结构与功能的关系归纳：一级结构与功能的关系非常密切，一级结构决定高级结构，一级结构的改变必然影响到高级结构，进而影响与功能的关系。（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构三、蛋白质空间结构与功能的关系肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质。由一条多肽链和一个辅基血红素构成，含153个氨基酸残基。除血红素的脱辅基肌红蛋白称珠蛋白(globin)。分子中多肽主链由长短不等的8段直的α螺旋组成，最大的螺旋含23个残基，最短的7个残基，分子中几乎80%的氨基酸残基都处于α螺旋区中。拐弯是由1—8个残基组成的无规卷曲。肌红蛋白中4个脯氨酸残基各自处在一个拐弯处；处在拐弯处的残基还有Ser、Thr、Asn和Ile辅基血红素某些过渡金属的低氧态（特别是Fe2+和Cu+）具很强的结合氧倾向。某些节肢动物的血蓝蛋白(hemocyanin)中结合氧的是一价铜。原卟啉属于卟啉类(porphyrins)，这类化合物在叶绿素、细胞色素以及其他一些天然色素中还将遇到。血卟啉（血红素）使血液呈红色，叶绿蛋白中的镁卟啉（叶绿素）是植物成绿色的原因。铁原子可以是亚铁（Fe2+）或高铁（Fe3+）氧化态，相应的血红素称为[亚铁]血红素(ferroheme，heme)和高铁血红素(ferriheme，hematin)。相应的肌红蛋白称为[亚铁]肌红蛋白(ferromyoglobin)和高铁肌红蛋白(ferrimyoglobin，metmyoglobin)。珠蛋白与血红素的连接

血红素中铁与亚基和氧的结合

血红素

原卟啉

功能O2与肌红蛋白的结合肌红蛋白中血红素铁在第5配位键与珠蛋白第93（或F8）位His残基，称近侧(proximal)组氨酸的咪唑N结合，第6配位被O2分子所占据。在去氧肌红蛋白(deoxymyoglobin)中,第6个配位位置是空的。在高铁肌红蛋白中氧结合部位失活，H2O分子代替O2填充该部位，成为三价铁Fe(Ⅲ)原子的第6个配体。血红蛋白

血红蛋白：是一个四聚体，两个α（141AA）两个β（146AA），α—α之间四对盐键，α—β之间二对盐键，β内部各一对盐键，β—β——2，3—二磷酸甘油酸。构成一个球状蛋白。蛋白部分：珠蛋白；非蛋白部分：血红素辅基（卟啉环），与铁结合成铁卟啉环，铁与每个亚基上的His结合，反面与O2结合，一个血红蛋白有四个亚基，一次最多能与4个O2结合。

α1-α2：α2亚基Arg141-COOH-α1亚基Val1-NH2

α1-α2：α2亚基Arg141-胍基-α1亚基Asp126-COOH

α1-β2：a1亚基Lys40的ξ-NH2-β2亚基His146-COOH

β1-β2：β2亚基His146-咪唑基-β1亚基Asp94-β-COOH几对盐键

血红蛋白分子中珠蛋白与血红素的连接

血红素中铁与亚基和氧的结合