生物化学第二章---蛋白质

1、第二章 蛋白质,一、蛋白质的种类、含量与分类 二、氨基酸 三、肽 四、蛋白质的结构 五、蛋白质的性质 六、食物中的蛋白质 七、蛋白质的分离与纯化,目 录,一、蛋白质的化学组成与分类,主要组成元素：C、H、O、N、S 及 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。 百分数约为：碳占5055%，氢占68%，氧占2030%，氮占1518%及硫占04%。大多数蛋白质所含氮素约为16%，因该元素容易用凯氏(Kjeldahl)定氮法进行测定。 故蛋白质的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)计算出来: 即：蛋白质含量6.25样品含氮量,根据分子形状分,球状蛋白质（分子对称性佳，外形接近球状或

2、椭球状， 溶解度较好，能结晶，大多数蛋白质属于这一类 ） 纤维状蛋白质（对称性差，分子类似细棒或纤维。它 又可分成可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质 ）典型的有：胶原蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质、丝蛋白质等,根据组成分,简单蛋白质 结合蛋白质,根据功能分,活性蛋白质（如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和 防御蛋白和受体蛋白） 非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）,按溶解度分：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶 蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白等。,简单蛋白质,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： 广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。 2、球蛋白： 普遍存在于生物体内，如

3、血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。 3、谷蛋白： 如米谷蛋白和麦谷蛋白等。 4、醇溶谷蛋白： 这类蛋白质主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白等。 5、组蛋白： 分子中组氨酸、赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等。 6、鱼精蛋白： 分子中碱性氨基酸特别多，因此呈碱性。如鲑精蛋白等。 7、硬蛋白： 这类蛋白是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白、胶原、网硬蛋白和弹性蛋白等。,结合蛋白质,由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成 1、核蛋白： 辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、病毒等。 2、脂蛋白： 与脂质结合的蛋白质，脂质成分有磷脂、固醇和中性脂等。 3、蛋白和粘

4、蛋白： 辅基成分为半乳糖、甘露糖、硫酸或磷酸等。 4、磷蛋白： 磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基侧链相连。如酪蛋白、胃蛋白酶等。 5、血红素蛋白： 辅基为血红素，它是卟啉类化合物。 6、黄素蛋白： 辅基为黄素腺膘呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢酶 7、金属蛋白： 与金属直接结合的蛋白质。,生物体内常见氨基酸的分类：,蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。,二、蛋白质的基本结构

5、单位-氨基酸,蛋白质的水解：,蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样可以被酸、碱或蛋白酶催化水解，最终得到各种氨基酸的混合物。所以说，氨基酸是蛋白质的基本结构单元。 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成。这20种氨基酸被称为基本氨基酸。,二、蛋白质的基本结构单位-氨基酸,1、酸水解,常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸，回流煮沸20小时左右可使蛋白质完全水解。 优点：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。 缺点：是色氨酸完全被沸酸破坏；羟基氨基酸（丝氨酸或苏氨酸）有一小部分被分解；天门冬酰胺和谷氨酰胺酰胺基被水解成了羧基。,2、碱水解,一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 优

6、点：可使蛋白质完全水解，色氨酸在水解中不受破坏。 缺点： 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。 部分的水解产物发生消旋化，其产物是D-型和L-型氨基酸的混合物。,3、酶水解,优点：不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。 缺点：使用一种酶往往水解不彻底，需要多种酶协同作用才能使蛋白质完全水解。另外所需时间较长。 最常见的蛋白水解酶有以下几种： 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、 嗜热菌蛋白酶等。,蛋白质氨基酸,蛋白质中存在的20种氨基酸，除脯氨酸外，在其-碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基；由于脯基酸的-氨基被取代，它实际上是一种-亚氨基酸。此外，每种氨基酸都有一个特殊的R基

7、团。,生物体内常见氨基酸的分类：,蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号,据R基团化学结构分类,脂肪族A （中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）,芳香族A(Phe、Tyr、Trp),杂环(His、Pro),据R基团极性分类,极性R基团AA,非极性R基团AA（种）,不带电荷（种）,据氨基、羧基数分类,一氨基一羧基,一氨基二羧基(Glu、As

8、p),二氨基一羧基(Lys、His、Arg),人体必需氨基酸 Lys Phe Val Met Trp LeuIle Thr His、Arg,带电荷：正电荷（种）负电荷（种）,Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”,氨基酸的记忆法,丝苏天谷（酰）酪半，虽有极性不带电 天冬氨酸、谷氨酸， 极性显酸带负电 还有赖、组、精氨酸 极性显碱带正电 除去上述氨基酸， 其它无极又无电,甘氨酸 （Gly,G）,丙氨酸 （Ala,A）,缬氨酸 （Val,V）,亮氨酸 （Lue,L）,异亮氨酸 （Ile,I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨

9、酸 （Ser,S）,苏氨酸 （Thr,T）,半胱氨酸 （Cys,C）,甲硫氨酸 （Met,M）,甘氨酸 （Gly,G）,丙氨酸 （Ala,A）,缬氨酸 （Val,V）,亮氨酸 （Lue,L）,异亮氨酸 （Ile,I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨酸 （Ser,S）,苏氨酸 （Thr,T）,半胱氨酸 （Cys,C）,甲硫氨酸 （Met,M）,酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,碱性氨基酸,赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,组氨酸 （His,H）,杂 环氨基酸,杂环氨基酸,组氨酸 （

10、His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸 （Trp,W）,非蛋白质氨基酸,除去蛋白质的20种普通氨基酸及少数稀有氨基酸外，已发现有150多种其它氨基酸，存在于各种细胞及组织中，呈游离状态或者结合状态，但并不存在于蛋白质中，所以称为非蛋白质氨基酸 。 L-瓜氨酸、 L-鸟氨酸：参加尿素循环； -丙氨酸：维生素前体； -氨基丁酸：神经递质； D-谷氨酸、 D-丙氨酸：细菌细胞壁的组分。,氨基酸的性质,（一）一般物理性质 溶解度：水中溶解度差别较大， 不溶于有机溶剂。 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。 光吸收性：可见光区无

11、光吸收，参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（max）分别为280、275、和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。 旋光性：氨基酸具有旋光性（除甘氨酸外），采用（）和（）表示，（）代表右旋，（）代表左旋。物质的旋光性与手性原子上的构型没有确定的关系。 左旋（- ）：能使偏振光向左； 右旋（+）：能使偏振光向右。 旋光特性表示： 比旋光度D 味感：不同味道（与构型有关）：甜、苦、鲜、酸味。,TryTyrPhe的 紫外吸收光谱,

12、摩尔吸收系数,波长,-氨基酸的构型：,构型：由于基团或原子在空间排列的不 对称性而引起的光学活性立体结构 称立体构型。 立体构型： 氨基在左为L-型； 氨基在右为D-型,（二）两性解离和等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,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）。,等电点（pI）

13、pH pI aa “ - ” aa向正极移动 pH pI aa “ + ” aa向负极移动 pH = pI aa “ 0 ” aa不移动,pI的测定：,酸碱滴定法； 基于aa所带基团均可解离； 得到弱酸弱碱曲线； 根据aa上可解离基团的pK值计算等电点： pK：解离常数。 以甘氨酸为例：,由此可知：,在生理pH内，aa 的羧基和氨基全部解离； 具有这种性质的物质称两性电解质； 带有相反基团的分子叫两性离子； 滴定中Gly的阳离子（R+）、阴离子（R-）和两性离子（R）的比例随pH而变； 当溶液中只有两性离子时， pH = pI,由式可知解离常数：,R-,R+,R ,K2=,R+,R-H+ ,K

14、1,K2,由此可知： 已知在pI时， R+= R-， 整理可得：,K1 K2 =,H+ 2,两边取负对数： -lg H+ 2 = - lg K1 + - lg K2 -lg H+ = pH - lg K1 = pK1 - lg K2 = pK2 2 pH = pK1 + pK2 令 pI为等电点时的pH，则 pI = （ pK1 +pK2） Gly：pI = （2 .4 + 9.6) = 5.97,由此可知: 等电点相当于该aa两性离子状态两侧 基团pK值之和的一半。,A、对侧链R基不解离的中性氨基酸： pI=1/2（ pK1+ pK2） 即：等电点pH值与离子浓度无关，只取决于兼性离子两侧基

15、团的pK值。,B、对有三个可解离基团的氨基酸：,如：酸性氨基酸、碱性氨基酸的pI计算： a、先写出其解离公式； b、后取兼性离子两侧基团的pK值的平 均值。,如：天冬氨酸,如赖氨酸：,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐酸盐（A+）,等电点甘氨酸（A）,甘氨酸钠（A-）,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,B,中性氨基酸：pK1，为羧基的解离常数，pK2，为氨基的解离常数。 pI=(pK1，+pK2，)/2 酸性氨基酸：pK1，为羧基的解离常数，pK2，为侧链羧基的解离常数。 pI=(pK1，+pK2，)/2 碱性氨基酸： pK2，为氨基的解离常数，pK3，为侧链氨基的解离常数。 pI=(pK

16、2，+pK3，)/2,总结,等电点计算 侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：pI=(pK1+pK2) 酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=(pK1+pKR) 碱性氨基酸(赖、精、组)：pI=(pK2+pKR),带电状态判定 pI-pH0 .带正电 pI-pH0 .不带电,氨基的化学反应: 与茚三酮 (ninhydrin) 的反应 定量反应 与亚硝酸的反应 Van Slyke定氮 与2,4-二硝基氟苯 (FDNB) 的反应 测序 与甲醛的反应 氨基滴定 与酰化基的反应 氨基保护基 与二甲基氨基萘磺酰氯 (DNS-Cl)的反应 测序 与荧光胺的反应 微量检测 与Edman试剂

17、(苯异硫氢酸) 和 测序 有色Edman试剂的反应,（三）化学性质-氨基酸的化学性质（I）,羧基的化学反应 Strecker降解: 弱氧化剂 (次氯酸钠, N-bromosuccin imide) 作用下生成NH3和醛(RCHO) 特殊条件下, 还原成氨基醇、氨基醛 与肼 (hydrazine) 的反应 C端氨基酸分析 侧链的化学反应 羟基: 酯化 (生物体内的磷酸化) 巯基: 氧化还原 参考文献：Chemistry and Biochemistry of the amino acids, G.C.Barrett, Chapman and Hall,1985,氨基酸的化学性质（II）,茚三酮(

18、无色),+,（1）与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。 在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。,加热,（弱酸）,紫色化合物,（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法,(3) 与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应-Sanger反应,（黄色）,多用来鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸,（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应-Edman反应,pH8.3,无水HF,多用于重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”,与亚硝酸反应： 在室温下亚硝酸能与含游离-氨基的氨基酸起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸(注：含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应)

19、。,三、肽,氨基酸彼此以酰胺键互相连接在一起形成的化合物为肽。 这个键称肽键。 两个分子氨基酸所形成的肽称为二肽，三个氨基酸缩合成 的肽称为三肽，依此类推。若一种肽含有少于10个氨基酸，则 为寡肽，超过此数的肽统称为多肽。,肽键：,肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（CONH） 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（CCONHC）。,蛋白质中氨基酸的连接方式,肽单位,肽键,N -末端（氨基端

20、）：多肽链中有自由氨基的一端 C -末端（羧基端）：多肽链中有自由羧基的一端,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,多肽链结构示意图,天然存在的重要多肽： 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：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,天然存在的活性肽,类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽(glutathione) 短杆菌肽 促甲状腺素释放因子（TRH） -天冬氨酰(Asp)-苯丙氨酸(phe)甲酯（甜味剂）,谷胱甘肽(glutathione, GSH),GS

21、H过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,促甲状腺素释放因子 （TRH）,短杆菌肽S,-天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯,NH2 CH C NH CH C ,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,四、蛋白质的结构,一级结构 二级结构 超二级结构 三级结构 四级结构,蛋白质结构的主要层次,一级结构,四级结构,二级结构,三级结构,primary structure,secondary structure,Tertiary structure,quariernary structu

22、re,第一阶段：1959年以前,提出,蛋白质立体化学原理,-螺旋模型,1951年 Pauling 和Gorey,奠定了蛋白质空间结构研究理论基础,蛋白质分子构象研究进展,第二阶段：1959年以后,Kendrew,采用X-射线 结构分析法,揭示了肌红蛋白的二、 三级结构,分析方法的应用：,中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等,首次证实了-螺旋 在蛋白质中存在,一级结构,蛋白质的一级结构，又称为化学结构，是指氨基酸在肽链中 的排列顺序及二硫键的位置，是多肽链具有共价键的主链结构。,多肽链的氨基酸顺序，是蛋白质生物功能的基础。 一级结构主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,蛋

23、白质的一级结构,多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构(primary structure)。这是蛋白质最基本的结构，它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。,例：牛胰岛素的一级结构,二级结构,指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键相互作 用而形成的空间关系；是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠 方式 。二级结构主要的化学键： 氢键 主要有以下类型： () 螺旋（helix） () 折叠（-pleated sheet） () 转角（-turn） () 无规则卷曲（nonregular coil）,() 螺旋,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周

24、，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm。 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-NH 基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-CO基形成氢键。 蛋白质分子为右手-螺旋。,螺距0.54nm,每残基的 轴向高度,0.15nm,每残基绕轴 旋转100 o,() 折叠,许多多肽链或一条多肽链的一部分与另一部分并排。 肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持 结构的稳定性。,-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。 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。,

25、N,N,N,平行式,N,C,N,反平行式,() 转角,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（多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折180度）。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发 夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸 的氨基氢上。,-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。,() 无规则卷曲,无规则卷曲,细胞色素C的三级结构,超二级结构,在蛋白质中，特别是球状蛋白质中，经常可

26、以看到由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知的超二级结构有三种基本组合形式：（），（）和（）。 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain) 。结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。,超二级结构类型, ,X, ,超二级结构类型,1 2 3 4 5,5 2 3 4 1,-链, -迂回,回

27、形拓扑结构,回形拓扑结构, -迂回,结构域 (structure domail),类型： -螺旋域； -折叠域； +域； /域；无规则卷曲+-回折域；无规则卷曲+ -螺旋结构域,概念： 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称结构域。 现在，结构域的概念有三种不同而又相互联系的涵义:即独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。 结构域是在较大的蛋白质分子中所形成的两个或多个在空间上可明显区别的局部区域。结构域具有独特的空间构象，与分子整体以共价键相连，并承担特定的生物学功能。,卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域,-螺

28、旋,-转角,-折叠,二硫键,结构域1,结构域2,蚯蚓血红蛋白中四个-螺旋组成的结构域,免疫球蛋白VL -折叠结构域,两个铁原子, /结构域,丙酮酸激酶结构域4,木瓜蛋白酶结构域1,无规则卷曲+ -螺旋结构域,无规则卷曲+-回折结构域,乳酸脱氢酶结构域1,+结构域,3-P-甘油醛脱氢酶结构域2,木瓜蛋白酶结构域2,三级结构,概念: 多肽链在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，沿三维空间多方向卷曲，进一步盘曲折叠形成特定的具有一定刚性球状分子结构。,包括主链和侧链的所有原子的空间排布。一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核，极性侧链在分子表面 主要的化学键：维系这种特定结构的力主要有氢键

29、、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水相互作用，在蛋白质三级结构中起着重要作用。,蛋白质结构稳定,疏水相互作用,氢键,范德华引力,静电相互作用,二硫键,稳定三级结构的作用力,四级结构,四级结构是指两条或多条肽链以特殊方式结合成有生物活性的蛋白质。其中每条多肽链称为亚基。 通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连亚基单独存在时无生物学活性。 维持蛋白质四级结构的主要作用力:氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间主要是通过次级键彼此缔合在一起。疏水键是最主要的作用力。,蛋白质分子的构象示意图,从一级结构到四级结构,血红蛋白,蛋白质的一级结构是它的氨

30、基酸序列,蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构,蛋白质的四级结构是亚基的空间排列,Polypeptide(single subunitof transthyretin),Transthyretin, with fouridentical polypeptide subunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,化学键,共价键,次级键,肽键,二硫键,氢键,疏水键,盐键,范德华力,一级结构,二、三、四级结构,三、四级结构,蛋白质分子

31、中的共价键与次级键,维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键 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、氢键、范德华力、盐键 维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键,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 f 酯键,氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键 氢键、范德华力虽然键能小，但数量大 疏水相互作用力对维持三级结构特别重要 盐键数量小 二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越稳定,离子键,氢键,范德华力,疏水相互作用力,蛋白质一级结构与生物功能的关系,1、一级结构不同,蛋白质功能不同,蛋白质结构与功能

32、的关系,2、一级结构的关键部分相同，功能相同：,不同来源的胰岛素都由A、B链，51个aa组成，但一级结构的aa种类并不完全相同。,以胰岛素为例：,由51个aa组成的一级结构中： 不变部分：有22个aa始终不变；其中： 6个半胱氨酸残基位置始终不变 其余为非极性带疏水侧链的aa。 可变部分：不同来源哺乳动物胰岛素在A8、9、10；B30处有差异。 如B30 ：人为Thr； 猪为Ala。,3、一级结构改变，蛋白质空间结构及功能改变,如：镰刀型贫血病血红蛋白仅一级结构： 6Glu换成6Val 由此引起三级结构多一疏水键，四级结构发 生线性缔合，导致红细胞发生溶血。,3、一级结构改变，蛋白质空间结构及

33、功能改变 蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。 分子病指蛋白质分子中由于AA排列顺序与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病(基因突变造成的)。 镰刀形贫血病：病因：血红蛋白AA顺序的细微变化,正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图,-链N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys,镰刀形红细胞,正常红细胞,谷氨酸在生理pH值下为带负电

34、荷R基氨基酸，而缬氨酸却是一种非极性R基氨基酸，就使得HbS分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改变，溶解度降低，使之不正常地聚集成纤维状血红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状,输氧功能下降,细胞脆弱易溶血。 镰刀形贫血病：病人体内血红蛋白的含量乃至红细胞的量都较正常人少，且红细胞的形状为新月形，即镰刀状。此种细胞壁薄，而且脆性大，极易涨破而发生溶血；再者，发生镰变的细胞粘滞加大，易栓塞血管；由于流速较慢，输氧机能降低，使脏器官供血出现障碍，从而引起头昏、胸闷而导致死亡。,4、蛋白构象疾病 错误构象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。 老年痴呆 疯牛病 亨汀顿舞蹈病,五、蛋白

35、质的性质,(一)、蛋白质的胶体性质 蛋白质的相对分子质量很大，一般在10 000（1万）至1 000 000（1百万）之间，在水溶液中形成1-100nm的颗粒，因此它的水溶液具有胶体的性质，如布朗运动、光散射现象、电泳现象，不能透过半透膜及吸附能力等。 蛋白质是亲水力很强的胶体。在这些胶体颗粒的表面上有一层很厚的水膜而且带有相同的电荷使胶体颗粒互相排斥，故能在水溶液中使颗粒相互隔开而不致聚合下沉，保持其稳定性 。,蛋白质胶体性质的应用,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。 透析法：以半透膜提纯蛋白质的方法叫透析法 半透膜：只允许溶剂小分子通过，而溶

36、质大分子不能通过，如羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等,溶于水的蛋白质能形成稳定的亲水胶体，统称为蛋白质溶胶。 一定浓度的蛋白质溶液冷却后能形成蛋白质凝胶。蛋白质凝胶具有一定的形状和弹性，具有半固体的性质。,蛋白质的胶凝作用,蛋白质的凝胶化作用是指变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网络结构过程。 蛋白质溶胶能发生胶凝作用形成凝胶。在形成凝胶的过程中，蛋白质分子以各种方式交联在一起，形成一个高度有组织的空间网状结构。水分充满网状结构之间的空间，不析出。 蛋白质溶胶是蛋白质分子分散在水中的分散体系；蛋白质凝胶是水分散在蛋白质中的一种胶体状态。,氢键 疏水作用 静电作用 金属离子的交联作用 二硫键,凝胶化

37、的相互作用,蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用,形成固态弹状凝胶 增稠 提高吸水性 提高乳状液和泡沫的稳定性,(二)蛋白质的沉淀 盐析作用：在蛋白质溶液中加入定量的中性盐时，则能使蛋白质脱水并中和其电荷而从溶液中沉淀出来，中性盐的这种沉淀作用称为盐析作用。硫酸铵、硫酸钠和氯化钠是常见的几种蛋白质盐析剂。 不可逆沉淀：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。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。 可逆沉淀：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

38、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。等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等均属于可逆沉淀法。 注意：变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性。,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,溶液中蛋白质的聚沉,生物碱试剂沉淀法（条件：pH稍小于pI） 生物碱是植物组织中具有显著生理作用的一类含氮的碱性物质。 能够沉淀生物碱的试剂称为生物碱试剂。生物碱试剂一般为弱酸性物质，如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。 生物碱试剂沉淀蛋白质的机理： 在酸性条件下，蛋白质带正电，可以与生物碱试剂的酸根离子结合而产生沉淀。 例如

39、：“柿石症”,（三）蛋白质的两性解离及等电点 蛋白质与多肽、氨基酸一样，能够发生两性解离，也有等电点。在等电点时(Isoelectric point pI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。 在外液pH低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动； 在外液pH高于等电点的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质电泳-带电粒子在电场中移动的现象。,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，可以将不同带电性质和不同大小、形状的蛋白质分子进行分离纯化。 根据蛋白质净电荷的差异来分离蛋白质的一种方法是电泳法。,（四）蛋白质的水化作用,（五）蛋白质的变性,当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分 子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学 功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现 象称为变性作用（denaturation）。 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变 性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来 的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（ renaturation）。,引起蛋白