生物化學(xué) 第一章 蛋白質(zhì)

第一章蛋白質(zhì)第一節(jié)概述第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第一節(jié)概述一、蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用二、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成三、蛋白質(zhì)的分類(lèi)

蛋白質(zhì)是生物體中最重要的生物大分子之一，分布于細(xì)胞的各個(gè)部位，具有廣泛的生物學(xué)功能。它是由L-α-氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而成的，具有穩(wěn)定的構(gòu)象和一定生物功能。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)所依賴的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生物體中含量最豐富的大分子。單細(xì)胞的大腸桿菌含有3000多種蛋白質(zhì)，而人體有10萬(wàn)種以上結(jié)構(gòu)和功能各異的蛋白質(zhì)，人體干重的45%是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)參與生命的幾乎每一個(gè)過(guò)程，如物質(zhì)的代謝、能量的加工和信息的傳遞等，是生命的表現(xiàn)形式。對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)形成了一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，即結(jié)構(gòu)生物學(xué)，是當(dāng)前生命科學(xué)的前沿學(xué)科。細(xì)胞中的蛋白質(zhì)相互作用，并呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的蛋白質(zhì)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，是蛋白質(zhì)生命活動(dòng)的基礎(chǔ)和特征。研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，不僅有助于我們從分子水平上認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)，而且對(duì)于疾病的診斷和治療、新藥的研發(fā)等具有實(shí)際指導(dǎo)意義。近年來(lái)，科學(xué)家正試圖對(duì)細(xì)胞在某一生理時(shí)期全部的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析、鑒定，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的研究，這是繼人類(lèi)基因組后發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域——蛋白質(zhì)組學(xué)。一、蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用蛋白質(zhì)（protein)一詞是在19世紀(jì)30年代由荷蘭化學(xué)家Mulder首先命名的。該詞源于希臘語(yǔ)，意思是“第一的”?，F(xiàn)在看來(lái)這一命名極有先見(jiàn)性，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的確是生物體最重要的組成成分，具有廣泛而又重要的功能。（1）催化功能生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都需要生物催化劑——酶來(lái)催化，而絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。如消化道中的蛋白酶可以幫助動(dòng)物水解利用食物中的蛋白質(zhì)。（2）結(jié)構(gòu)功能機(jī)體中不溶性的結(jié)構(gòu)蛋白能賦予機(jī)體一定的形態(tài)提供機(jī)械保護(hù)，如皮膚、軟骨和肌腱中的膠原蛋白；羊毛、頭發(fā)、羽毛、甲、蹄中的角蛋白；昆蟲(chóng)外殼中的硬蛋白；韌帶中的彈性蛋白。（3）運(yùn)輸功能蛋白質(zhì)能夠結(jié)合其他分子以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些物質(zhì)的運(yùn)輸。脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞中的血紅蛋白和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)的血藍(lán)蛋白，在呼吸過(guò)程中起著運(yùn)輸氧氣的作用。血液中的載脂蛋白可運(yùn)輸脂肪，轉(zhuǎn)鐵蛋白可轉(zhuǎn)運(yùn)鐵。一些脂溶性激素的運(yùn)輸也需要蛋白質(zhì)。（4）貯存功能某些蛋白質(zhì)的作用是貯存氨基酸作為生物體的養(yǎng)料和胚胎或幼兒生長(zhǎng)發(fā)育的原料。如卵白中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白。（5）運(yùn)動(dòng)功能肌肉中的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的必要成分，它們構(gòu)象的改會(huì)引起肌肉的收縮，從而帶動(dòng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)。（5）防御功能

有些蛋白質(zhì)能夠抵抗外界因素對(duì)機(jī)體的影響，具有防御功能。高等動(dòng)物的免疫反應(yīng)是機(jī)體的一種防御機(jī)能，它主要也是通過(guò)蛋白質(zhì)（抗體）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，免疫球蛋白能與細(xì)菌和病毒結(jié)合。雞蛋清、人乳、眼淚中的溶菌酶能破壞某種細(xì)菌。（6）調(diào)節(jié)功能有些蛋白質(zhì)作為作為激素調(diào)節(jié)某些特定細(xì)胞或組織的生長(zhǎng)、發(fā)育和代謝，一些激素受體和許多其他調(diào)節(jié)因子都是蛋白質(zhì)。如生長(zhǎng)激素可促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)；胰島素能調(diào)節(jié)人和高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖代謝。（7）膜的組成成分蛋白質(zhì)是生物膜的主要成分之一。細(xì)胞膜上的受體、載體、離子通道等蛋白質(zhì)，直接參與細(xì)胞識(shí)別、物質(zhì)過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)、信息傳遞等重要生理過(guò)程。（8）參與遺傳活動(dòng)遺傳信息的傳遞、基因表達(dá)的調(diào)控都需要多種蛋白質(zhì)參與。有些蛋白質(zhì)與特定基因的表達(dá)有關(guān)。（8）其他功能某些生物能合成有毒的蛋白質(zhì)，用以攻擊或自衛(wèi)。例如白喉毒素可抑制生物蛋白質(zhì)合成。機(jī)體缺乏某種蛋白質(zhì)會(huì)引起疾病，如人和動(dòng)物胰島素分泌不足會(huì)導(dǎo)致糖尿病。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常變化也會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如血紅蛋白突變可引起鐮刀形貧血病。總之，蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮了極其重要的作用，是生命活動(dòng)所依賴的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。二、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成元素分析表明，所有蛋白質(zhì)都含碳、氫、氧、氮4種主要元素；大多數(shù)蛋白質(zhì)還含少量硫元素；某些蛋白質(zhì)還含有微量的磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等元素。蛋白質(zhì)是生物體中主要的含氮化合物。各種蛋白質(zhì)的氮含量比較恒定，平均值約為16%。可通過(guò)測(cè)定氮的含量，計(jì)算生物樣品中蛋白質(zhì)的含量（換算系數(shù)為6.25），稱凱氏法定氮，是蛋白質(zhì)定量的經(jīng)典方法之一。蛋白質(zhì)含量=蛋白氮*6.25蛋白質(zhì)的形狀一般分為球形和纖維狀。球狀蛋白質(zhì)，分子對(duì)稱性佳，外形結(jié)晶球狀或者橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類(lèi)。纖維狀蛋白質(zhì)，對(duì)稱性差，分子類(lèi)似細(xì)棒或纖維狀，它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)，如肌球蛋白、血纖維蛋白原；和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)，包括膠原、彈性蛋白、角蛋白以及絲心蛋白等。蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量變化范圍很大，從6000到100萬(wàn)或更大。一般相對(duì)分子質(zhì)量小于6000的稱為肽。不過(guò)這個(gè)界限不是絕對(duì)的，如牛胰島素相對(duì)分子質(zhì)量為5700，一般仍為是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)煮沸凝固，而肽不凝固。較大的蛋白質(zhì)如煙草花葉病毒，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)4000萬(wàn)。三、蛋白質(zhì)的分類(lèi)

自然界中蛋白質(zhì)的種類(lèi)估計(jì)可以達(dá)1010~1012數(shù)量級(jí)。人類(lèi)基因組研究顯示，人體中的蛋白質(zhì)約有3萬(wàn)多種。蛋白質(zhì)可以根據(jù)形狀、組成和功能等進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)物理特性和功能的不同，可以將大多數(shù)蛋白質(zhì)分為球蛋白和纖維蛋白兩大類(lèi)。根據(jù)化學(xué)組成的不同，可以將蛋白質(zhì)分為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。1、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)（又稱單純蛋白質(zhì)）經(jīng)過(guò)水解后，只產(chǎn)生各種氨基酸，即完全由氨基酸組成，不含非蛋白成分。根據(jù)溶解性的不同，可將簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)分為7類(lèi)：清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。硬蛋白：不溶于水、鹽、稀酸或稀堿，消化酶對(duì)其不易水解。存在于各種軟骨、腱、毛發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。這類(lèi)蛋白質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)作為結(jié)締組織的重要組分而存在，是執(zhí)行保護(hù)機(jī)體的功能蛋白。2、結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分組成，水解時(shí)除了產(chǎn)生氨基酸之外，還產(chǎn)生非蛋白組分。非蛋白部分通常稱為輔基。根據(jù)輔基種類(lèi)的不同，可以將結(jié)合蛋白質(zhì)分為以下7類(lèi)：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白（蛋白質(zhì)與卵磷脂相結(jié)合）、黃素蛋白（與黃素腺嘌呤二核苷酸）、色蛋白（蛋白質(zhì)和色素物質(zhì)結(jié)合））以及金屬蛋白。按溶解度分類(lèi)：1、可溶性蛋白質(zhì)：指可溶于水、稀中性鹽和稀酸溶液中的蛋白質(zhì)，如清蛋白、組蛋白、球蛋白和精蛋白。2、醇溶性蛋白質(zhì)：一類(lèi)不溶于水而溶于70%~80%乙醇的蛋白質(zhì)，如醇溶谷蛋白。3、不溶性蛋白質(zhì)：此類(lèi)蛋白質(zhì)既不溶于水、稀鹽溶液，也不溶于一般有機(jī)溶劑。如角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和谷蛋白等。第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸一、氨基酸的基本結(jié)構(gòu)二、氨基酸的分類(lèi)三、氨基酸的理化性質(zhì)四、蛋白質(zhì)的水解一、氨基酸的基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是生物大分子，通過(guò)酸、堿或者蛋白酶的徹底水解，可以產(chǎn)生約20種氨基酸的混合物。因此，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，又稱構(gòu)件分子。所有生物體都以同樣20種氨基酸作為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位，這些氨基酸被稱為標(biāo)準(zhǔn)氨基酸、基本氨基酸。由于這些氨基酸都是由基因編碼的，故又稱編碼氨基酸。另外，在原核和真核生物的少數(shù)蛋白質(zhì)中還發(fā)現(xiàn)了第21種氨基酸——硒代半胱氨酸，即半胱氨酸的硫被硒取代，也是一種編碼氨基酸。2002年有人報(bào)道，在微生物中發(fā)現(xiàn)了第22中編碼氨基酸，稱吡咯賴氨酸。氨基酸雖然結(jié)構(gòu)各不相同，但結(jié)構(gòu)中的氨基或亞氨基都與鄰接羧基的α-碳原子相連接，故它們都屬于α-氨基酸。除最簡(jiǎn)單的甘氨酸，其他氨基酸的α碳原子都是不對(duì)稱的碳原子（又稱手性碳原子），故它們有L型和D型兩種構(gòu)型。然而，天然蛋白質(zhì)的氨基酸，除了甘氨酸和脯氨酸外，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式均屬L-α-氨基酸，氨基酸的結(jié)構(gòu)通式如下：二、氨基酸的分類(lèi)1、基本氨基酸20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的R側(cè)鏈在大小、形狀、電荷、氫鍵形成能力和化學(xué)反應(yīng)等方面存在差異。不同類(lèi)型的氨基酸表現(xiàn)出不同的理化特性，如有些是酸性的，有些是堿性的；有些側(cè)鏈小，有些側(cè)鏈大；有些帶芳香環(huán)，有些則為極性的。按照氨基酸的側(cè)鏈的極性和電荷不同分類(lèi)：非極性氨基酸、芳不帶電荷的極性氨基酸和帶負(fù)電荷的極性氨基酸、帶正電的極性氨基酸。根據(jù)氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)分類(lèi)：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。脂肪族氨基酸（15種）：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、精氨酸、賴氨酸。芳香族氨基酸（3種）：苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。雜環(huán)氨基酸（2種）：組氨酸和脯氨酸。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分類(lèi)：必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸：指人體（或其它脊椎動(dòng)物）不能合成或合成速度遠(yuǎn)不適應(yīng)機(jī)體的需要，必需由食物蛋白供給的氨基酸。共有8種。其作用分別是：賴氨酸：促進(jìn)大腦發(fā)育，是肝及膽的組成成分，能促進(jìn)脂肪代謝，調(diào)節(jié)松果腺、乳腺、黃體及卵巢，防止細(xì)胞退化；色氨酸：促進(jìn)胃液及胰液的產(chǎn)生；苯丙氨酸：參與消除腎及膀胱功能的損耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進(jìn)脾臟、胰臟及淋巴的功能；蘇氨酸：有轉(zhuǎn)變某些氨基酸達(dá)到平衡的功能；異亮氨酸：參與胸腺、脾臟及腦下腺的調(diào)節(jié)以及代謝，作用于甲狀腺、性腺；亮氨酸：平衡異亮氨酸；纈氨酸：作用于黃體、乳腺及卵巢。

半必需氨基酸：人體雖能夠合成精氨酸和組氨酸，但通常不能滿足正常的需要，因此被稱為半必需氨基酸或條件必需氨基酸。在幼兒生長(zhǎng)期這兩種是必需氨基酸。人體對(duì)必需氨基酸的需要量隨著年齡的增加而下降，成人比嬰兒顯著下降。

精氨酸：精氨酸與脫氧膽酸制成的復(fù)合制劑（明諾芬）是主治梅毒、病毒性黃疸等病的有效藥物。

組氨酸：可作為生化試劑和藥劑，還可用于治療心臟病，貧血，風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等的藥物。

非必需氨基酸：指人（或其它脊椎動(dòng)物）自己能由簡(jiǎn)單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等。2、不常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸某些蛋白質(zhì)中含有一些不常見(jiàn)的氨基酸，它們是基本氨基酸在蛋白質(zhì)合成以后經(jīng)羥化、羧化、甲基化等修飾衍生而來(lái)的，也稱稀有氨基酸或特殊氨基酸。如膠原蛋白中存在4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸等。蛋白質(zhì)中還廣泛存在絲氨酸的可逆磷酸化作用，磷酸化會(huì)影響蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，可以看作調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生物活性的“分子開(kāi)關(guān)”。以上這些修飾的氨基酸均沒(méi)有遺傳密碼，是在蛋白質(zhì)合成后通過(guò)相關(guān)酶的催化而形成的。另外，很多動(dòng)物組織中的酶的N-末端可發(fā)生乙?；?、非蛋白質(zhì)氨基酸

自然界中還存在150多種不參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，以游離形式存在。它們大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或β、γ、ζ-氨基酸。這些氨基酸中有些是重要的代謝物前體或者中間產(chǎn)物，如瓜氨酸和鳥(niǎo)氨酸是合成精氨酸的中間產(chǎn)物，β-丙氨酸是遍多酸（泛酸，輔酶A前體）的前體，γ-氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)。三、氨基酸的理化性質(zhì)1、物理性質(zhì)α-氨基酸都是白色晶體，每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，可以用來(lái)鑒別各種氨基酸。除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中。脯氨酸和羥脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中。除甘氨酸外，α-氨基酸都有旋光性，α-碳原子具有手性。蘇氨酸和異亮氨酸有兩個(gè)手性碳原子。

從蛋白質(zhì)中水解得到的氨基酸都是L型。但是在生物體內(nèi)特別是細(xì)菌中，D-氨基酸也存在，如細(xì)菌的細(xì)胞壁和某些抗菌素中都含有D-氨基酸。參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸，在可見(jiàn)光區(qū)都無(wú)光吸收；在紫外光區(qū)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有光吸收，其最大吸收波長(zhǎng)分別為279nm、278nm和259nm。許多蛋白質(zhì)中色氨酸和酪氨酸的總量大體相近，因此蛋白質(zhì)在280nm處有特征性的最大吸收峰，可以通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)溶液在280nm的紫外吸收值，方便、快速地估測(cè)其中的蛋白質(zhì)含量。2、化學(xué)性質(zhì)（1）兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸的分子中既含有酸性的羧基（——COOH），又含有堿性的氨基（——NH2）。前者能提供質(zhì)子變成——COO-，后者能接受質(zhì)子變成——NH3+。這種具有雙重解離性質(zhì)的物質(zhì)被稱為兩性電解質(zhì)。通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H可使氨基酸分子的解離狀態(tài)發(fā)生改變。在某一pH條件下，使氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的數(shù)量相等，分子呈電中性，即形成了兼性離子，此時(shí)溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)pI。（2）氨基的反應(yīng)?；簤A性溶液中反應(yīng)，在多肽合成中保護(hù)氨基。與亞硝酸作用：VanSlyke法測(cè)定氨基氮的基礎(chǔ)，常用于蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、水解程度測(cè)定及氨基酸的定量。與醛反應(yīng)：與甲醛反應(yīng)生成羥甲基化合物，氨基酸不再是兼性離子，其滴定終點(diǎn)可用一般的酸堿指示劑指示，因而可以滴定，稱為甲醛滴定法，可用于測(cè)定氨基酸。與本異硫氰酸酯（PITC）反應(yīng)：Edman測(cè)序法的基礎(chǔ)，鑒定蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸，用于蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析。與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)：Sanger試劑，應(yīng)用于蛋白質(zhì)N-末端測(cè)定。（3）羧基反應(yīng)羧基可與堿作用生成鹽，其重金屬鹽不溶于水。羧基可與醇生成酯，此反應(yīng)常用于多肽合成中的羧基保護(hù)。某些酯有活化作用，可以增加羧基活性。將氨基保護(hù)以后，可與二氯亞砜或五氯化磷作用生成酰氯，在多肽合成中用于活化羧基。（4）茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮在微酸性溶液中加熱，最后生成藍(lán)色物質(zhì)，而脯氨酸生成黃色化合物。根據(jù)這個(gè)反應(yīng)，可通過(guò)二氧化碳的生成量來(lái)測(cè)定氨基酸的含量。（5）側(cè)鏈的反應(yīng)二硫鍵半胱氨酸在堿性溶液中容易被氧化形成二硫鍵，生成胱氨酸。胱氨酸中的二硫鍵在形成蛋白質(zhì)的構(gòu)象上起很大的作用。烷化半胱氨酸可與烷基試劑，如碘乙酸、碘乙酰胺等發(fā)生烷化反應(yīng)。半胱氨酸與氨丙啶反應(yīng)，生成帶正電的側(cè)鏈，稱為S-氨乙基半胱氨酸。與重金屬反應(yīng)極微量的某些重金屬離子，如銀離子、汞離子，就能與巰基反應(yīng)，生成硫醇鹽，導(dǎo)致含巰基的酶失活。四、蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)的水解主要有三種方法。1、酸水解2、堿水解3、酶水解第三節(jié)肽一、肽鍵與肽二、肽的理化性質(zhì)三、天然存在的活性肽一、肽鍵與肽一個(gè)氨基酸的羧基與另外一個(gè)氨基酸的氨基縮水形成的C-N共價(jià)鍵，稱為肽鍵。由兩個(gè)氨基酸分子縮合而成的肽稱為二肽；含三個(gè)氨基酸的的肽，稱為三肽；以此類(lèi)推，含20個(gè)以上的稱為多肽。多肽與蛋白質(zhì)之間無(wú)明顯界限，50個(gè)以上的氨基酸構(gòu)成的肽一般稱為蛋白質(zhì)。有些蛋白質(zhì)中包含幾百甚至上千個(gè)氨基酸。蛋白質(zhì)之中的氨基酸不再是完整的氨基酸分子，稱為氨基酸殘基。N-末端C-末端

通過(guò)肽鍵連接而成的鏈狀結(jié)構(gòu)稱為多肽鏈。除了末端修飾和環(huán)狀肽鏈除外，一條多肽鏈只有一個(gè)游離的α-NH2和一個(gè)游離的α-COOH。在書(shū)寫(xiě)多肽結(jié)構(gòu)時(shí)，總是把含有α-NH2的氨基酸殘基寫(xiě)在多肽鏈的左邊，稱為N-末端（氨基端），把含有α-COOH的氨基酸殘基寫(xiě)在多肽的最右邊，稱為C-末端（羧基端）。除肽鍵外，蛋白質(zhì)中還含有其他類(lèi)型的共價(jià)鍵。例如，蛋白質(zhì)分子中的兩個(gè)半胱氨酸可通過(guò)其巰基形成二硫鍵（-S-S-，又稱二硫橋），這是蛋白質(zhì)分子中一種常見(jiàn)的共價(jià)鍵，可存在于多肽鏈內(nèi)部或兩條肽鏈之間。肽鍵像酰胺鍵一樣，由于鍵內(nèi)原子處于共振狀態(tài)而表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。在肽鍵中C-N單鍵具有約40%雙鍵性質(zhì)，而C=O雙鍵表現(xiàn)出40%的單鍵性質(zhì)。用于描述兩個(gè)肽平面間位置關(guān)系的參數(shù)為φ及ψ，φ描述的是Cα-N之間的二面角，ψ描述的是Cα-C間的二面角。理論上肽平面具有順式（cis）和反式（trans）兩種可能的構(gòu)型。反式中相鄰的兩個(gè)Cα在肽鍵的兩側(cè)，順式構(gòu)型中位于同一側(cè)。由于立體結(jié)構(gòu)的制約，蛋白質(zhì)中幾乎所有的肽平面都呈反式結(jié)構(gòu)。僅有少數(shù)是順式結(jié)構(gòu)，并且一般都包含脯氨酸。二、肽的理化性質(zhì)小肽的理化性質(zhì)與氨基酸類(lèi)似。晶體的熔點(diǎn)高，說(shuō)明是離子晶體，在水溶液中以偶極離子形式存在。肽鍵的亞氨基不解離，所以肽的酸堿性取決于肽的末端氨基、羧基和側(cè)鏈上的基團(tuán)。哎長(zhǎng)肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團(tuán)主要是側(cè)鏈上的。一般小肽的旋光度等于各個(gè)氨基酸旋光度的綜合，但較大的肽或者蛋白質(zhì)的旋光度不等于其組成氨基酸的旋光度的簡(jiǎn)單加和。肽的化學(xué)性質(zhì)和氨基酸一樣，但有一些特殊的反應(yīng)，如雙縮脲反應(yīng)。一般含有兩個(gè)或兩個(gè)以上肽鍵的化合物都能與硫酸銅溶液發(fā)生雙縮脲反應(yīng)而生成紫紅色或藍(lán)紫色的復(fù)合物。利用這個(gè)反應(yīng)可以測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。三、天然存在的活性肽除了蛋白質(zhì)部分水解可以產(chǎn)生長(zhǎng)短不一的各種肽段之外，生物體內(nèi)還存在很多游離肽。肽是精準(zhǔn)的蛋白質(zhì)片斷，其分子只有納米般大小，腸胃、血管及肌膚皆極容易吸收。它們具有各種特殊的生物學(xué)功能。肽類(lèi)作為小分子蛋白質(zhì)，在體內(nèi)有一些相當(dāng)重要的功能，并有一定的應(yīng)用價(jià)值。已知很多激素屬于肽類(lèi)物質(zhì)，如催產(chǎn)素、加壓素和舒緩激素等。

有些抗生素也屬于肽類(lèi)或肽的衍生物，例如短桿菌肽S、多粘菌素E和放線菌素D等。

（1）內(nèi)啡肽

內(nèi)啡肽亦稱安多芬或腦內(nèi)啡，是一種內(nèi)成性的類(lèi)嗎啡生物化學(xué)合成物激素。它是由腦下垂體和脊椎動(dòng)物的丘腦下部所分泌的肽。它能與嗎啡受體結(jié)合，產(chǎn)生跟嗎啡、鴉片劑一樣有止痛和欣快感，等同天然的鎮(zhèn)痛劑。利用藥物可增加腦內(nèi)啡的分泌效果。

當(dāng)機(jī)體有傷痛刺激時(shí)，內(nèi)啡肽被釋放出來(lái)以對(duì)抗疼痛。在內(nèi)腓肽的激發(fā)下，人的身心處于輕松愉悅的狀態(tài)中，免疫系統(tǒng)實(shí)力得以強(qiáng)化，并能順利入夢(mèng)，消除失眠癥。

內(nèi)腓肽也被稱之為“年輕荷爾蒙”，意味這種荷爾蒙可以幫助人保持年輕快樂(lè)的狀態(tài)。（2）阿斯巴甜阿斯巴甜（AsPartame），別名阿司帕坦、阿斯巴坦，食品添加劑國(guó)際編碼:E951，化學(xué)名稱為L(zhǎng)-天冬氨酞-L-苯丙氨酸甲酯，是一種非碳水化合物類(lèi)的人造甜味劑。因阿斯巴甜甜味高和熱量低，主要添加于飲料、維他命含片或口香糖代替糖的使用。許多糖尿病患者、減肥人士都以阿斯巴甜做為糖的代用品。但因高溫會(huì)使其分解而失去甜味，所以阿斯巴甜不適合用于烹煮和熱飲。因?yàn)榘⑺拱吞鹪谌梭w胃腸道酶作用下可分解為苯丙氨酸、天冬氨酸和甲醇，不適用于苯丙酮酸尿患者。中國(guó)于1986年批準(zhǔn)在食品中應(yīng)用，常用于乳制品、糖果、巧克力、膠姆糖、餐桌甜味劑、保健食品、腌漬物和冷飲制品等。（3）谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)是一種含γ-酰胺鍵和巰基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成。存在于幾乎身體的每一個(gè)細(xì)胞。谷胱甘肽能幫助保持正常的免疫系統(tǒng)的功能，并具有抗氧化作用和整合解毒作用。

谷胱甘肽不僅能消除人體自由基，還可以提高人體免疫力。谷胱甘肽維護(hù)健康，抗衰老，在老人遲緩化的細(xì)胞上所發(fā)揮的功效比年輕人大。谷胱甘肽對(duì)于放射線、放射性藥物所引起的白細(xì)胞減少等癥狀，有強(qiáng)有力的保護(hù)作用。谷胱甘肽能與進(jìn)入人體的有毒化合物、重金屬離子或致癌物質(zhì)等相結(jié)合，并促進(jìn)其排出體外，起到中和解毒作用。谷胱甘肽還可以抑制乙醇侵害肝臟所產(chǎn)生的脂肪肝。

已人工研制開(kāi)發(fā)出了谷胱甘肽藥物，廣泛應(yīng)用于臨床，除利用其巰基以螯合重金屬、氟化物、芥子氣等毒素中毒外，還用在肝炎、溶血性疾病以及角膜炎、白內(nèi)障和視網(wǎng)膜疾病等，作為治療或輔助治療的藥物。近年來(lái)，西方科學(xué)家，尤其是日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽具有抑制艾滋病毒的功能。

最新研究還表明，GSH能夠糾正乙酰膽堿、膽堿酯酶的不平衡，起到抗過(guò)敏作用，還可防止皮膚老化及色素沉著，減少黑色素的形成，改善皮膚抗氧化能力并使皮膚產(chǎn)生光澤，另外，GSH在治療眼角膜病及改善性功能方面也有很好作用。

在很多水果中都含有谷胱甘肽，如西紅柿（俗稱番茄）、櫻桃、圣女果（俗稱小西紅柿）等。所以，在日常生活中多吃些水果，是有益于延緩衰老、延年益壽的。谷胱甘肽于21世紀(jì)初開(kāi)始興起于美容，美白效果尤為突出，通過(guò)HPLC檢測(cè)，含量可達(dá)99.5%。

同時(shí)，谷胱甘肽也是美白針的主要成分。（4）生物活性肽乳肽乳肽主要由動(dòng)物乳中酪蛋白與乳清蛋白酶解制得，比原蛋白更易溶于水和被人體消化吸收，且耐熱、耐酸、滲透壓低，是活性肽中需求量最大，應(yīng)用最廣的保健食品素材。大豆肽

由大豆蛋白酶解制得。具有低抗原性、抑制膽固醇、促進(jìn)脂質(zhì)代謝及發(fā)酵等功能。用于食品能快速補(bǔ)充蛋白質(zhì)源，消除疲勞以及作為雙歧桿菌增殖因子。玉米肽

由玉米蛋白酶解制得。具有抗疲勞，改善肝、腎、腸胃疾病患者營(yíng)養(yǎng)的功能，并可促進(jìn)酒精代謝，用做醒酒食品。豌豆肽

酶解豌豆蛋白制得?？谖稖睾汀r(jià)廉，可用于嬰兒配方乳粉。卵白肽

酶解卵蛋白制得。具有易消化吸收、低抗原、耐熱等特點(diǎn)，可用于流動(dòng)食品、營(yíng)養(yǎng)食品或糕點(diǎn)中。畜產(chǎn)肽

由牲畜肌肉、內(nèi)臟、血液中的蛋白經(jīng)酶解而制得，如脫脂牛肉酶解制得牛肉肽，含較高支鏈氨基酸和肉毒堿，是低熱量蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑；新鮮豬肝經(jīng)酶解、脫色、脫臭、超濾精制得肝肽，可作促鐵吸收劑，用于嬰兒食品、飲料、糕點(diǎn)等；豬血經(jīng)酶解制得血球蛋白肽，可用于各類(lèi)食品。水產(chǎn)肽

各種魚(yú)肉蛋白酶解制得的肽，如沙丁魚(yú)肽，是血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制肽，不含苦味，可用于制作防治高血壓的保健食品或制劑。絲蛋白肽

蠶繭絲蛋白經(jīng)酶解制得的低肽，具有促進(jìn)酒精代謝、降低膽固醇、預(yù)防癡呆等多種功能，可用于醒酒食品和特種保健食品。復(fù)合肽

動(dòng)植物、水產(chǎn)、畜產(chǎn)等多種蛋白質(zhì)混合物經(jīng)酶解制得的復(fù)合肽，具有改善脂質(zhì)代謝功能，可用于各類(lèi)保健食品。

主要是二肽、三肽等低肽，比氨基酸消化吸收快，吸收率高，并具有低抗原性、低滲透壓，不會(huì)引起過(guò)敏、腹瀉等不良反應(yīng)，適用于胃功能低下、消化道疾病患者術(shù)后恢復(fù)、耐久力運(yùn)動(dòng)員、嬰幼兒及老人的滋補(bǔ)食品?？咕?/p>

又稱抗微生物肽，廣泛分布于自然界，在原核生物和真核生物中都存在。如植物、微生物、昆蟲(chóng)和脊椎動(dòng)物在微生物感染時(shí)迅速合成而得，也可采用基因克隆技術(shù)生產(chǎn)，如乳鏈菌肽具有很強(qiáng)殺菌作用。抗菌肽主要用于食品防腐保鮮。第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子是結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物大分子。有的蛋白質(zhì)分子只包含一條多肽鏈，有的則包含數(shù)條多肽鏈。為研究方便，可將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)劃分為幾個(gè)層次，包括一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈中的氨基酸順序。二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈主鏈骨架的局部空間結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈上所有原子和基團(tuán)的空間排布。四級(jí)結(jié)構(gòu)：由幾條肽鏈構(gòu)成。

研究立體結(jié)構(gòu)的主要方法是X-射線晶體衍射技術(shù)，其次是核磁共振技術(shù)。前者需要制備蛋白質(zhì)晶體，根據(jù)晶體的衍射圖譜確定立體結(jié)構(gòu)，是測(cè)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的主要方法。蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)也保存在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中。目前，人們已經(jīng)獲得了2萬(wàn)多種蛋白質(zhì)及其復(fù)合物的立體結(jié)構(gòu)。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的氨基酸組成及其排列順序。氨基酸序列是蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也是各種蛋白質(zhì)的區(qū)別所在，不同的蛋白質(zhì)具有不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)。它決定蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由遺傳信息，即編碼蛋白質(zhì)的基因決定的，其信息量非常大。單由20種氨基酸組成的三肽，理論上就有8，000種。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)從N-末端開(kāi)始，按照氨基酸排列順序表示。其中氨基酸殘基可采用中文或者英文縮寫(xiě)。例如，腦啡肽（五肽）的命名如下：中文氨基酸殘基命名法：酪胺酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸中文的單個(gè)字表示法：酪-甘-甘-苯丙-甲硫三字母符號(hào)表示法：Tyr-Gly-Gly-Phe-Met單字母符號(hào)表示法：YGGFMSSU05_2194transcriptionalregulator基因：216ntatgtgccgtacgcttgaaaaattaatagctgcaaataagaaaaaacacactaagcttaaacaacgcgaccaatttttaaaagaacaggaagattcactcagtaaaactcttggaacagctacaaaaattatcaagaagaaaaacgggagcggagaaattcggattagctttaatgacctcgatgaattcgaaagaattatcaacaattttaaataa肽：71aaMCRTLEKLIAANKKKHTKLKQRDQFLKEQEDSLSKTLGTATKIIKKKNGSGEIRISFNDLDEFERIINNFK蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容包括蛋白質(zhì)的氨基酸組成、氨基酸的排列順序和二硫鍵的位置、肽鍵數(shù)目、末端氨基酸的種類(lèi)等。胰島素是一級(jí)結(jié)構(gòu)首先被揭示的蛋白質(zhì)。它的主要功能是促進(jìn)糖原的生成和加速葡萄糖的氧化，并促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入肌肉及脂肪細(xì)胞，因此胰島素可以降低體內(nèi)的血糖含量。胰島素含量不足時(shí)，肝中糖原加速分解，血糖升高并從尿中排除，導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生。胰島素分子是由51個(gè)氨基酸殘基組成的，含有A鏈、B鏈，兩個(gè)條鏈之間通過(guò)二硫鍵連接。牛胰核糖核酸酶存在于牛胰中，十分耐熱。目前不但全部弄清了該酶的結(jié)構(gòu)。而且還進(jìn)行了人工合成。由124個(gè)氨基酸組成，有4對(duì)二硫鍵。通過(guò)4個(gè)二硫鍵及次級(jí)鍵，使肽鏈盤(pán)曲折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)，具有生物活性。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定（即測(cè)序）是研究蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域功能的關(guān)系、酶活性中心結(jié)構(gòu)、分子病機(jī)理以及生物進(jìn)化與分子分類(lèi)學(xué)等的重要手段。蛋白質(zhì)測(cè)序是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，目前用蛋白質(zhì)序列儀來(lái)完成。蛋白質(zhì)測(cè)序一般采用1950年Edman提出的N-末端測(cè)序法，即每次從蛋白質(zhì)的N-末端水解去掉一個(gè)氨基酸，從N-末端逐個(gè)開(kāi)始測(cè)定氨基酸的序列，稱Edman降解法。這是蛋白質(zhì)測(cè)序的里程碑。這種測(cè)序方法一次可完成50個(gè)左右氨基酸的序列分析，因此大的蛋白質(zhì)分子需要裂解成短的肽段，再分別測(cè)序。一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定要求蛋白質(zhì)樣品的純度必須達(dá)到97%以上，同時(shí)還需要事先測(cè)出蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量，預(yù)測(cè)氨基酸的數(shù)目。二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈主鏈的空間走向（折疊和盤(pán)繞方式），是有規(guī)則重復(fù)的構(gòu)象。某些肽段可以借助氫鍵形成有規(guī)則的構(gòu)象，如α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角。二級(jí)結(jié)構(gòu)不包括R側(cè)鏈的構(gòu)象。肽鏈主鏈具有重復(fù)結(jié)構(gòu)，其中氨基是氫鍵供體，羰基是氫鍵受體。通過(guò)形成鏈內(nèi)或鏈間氫鍵可以使肽鏈卷曲折疊形成各種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。1、α-螺旋Pauling和Corey根據(jù)氨基酸和小肽的X-射線晶體衍射圖譜，于1950年提出了α-螺旋結(jié)構(gòu)。α-螺旋是一種棒狀的結(jié)構(gòu)。不久，Perutz證實(shí)了α-角蛋白中存在α-螺旋。α-角蛋白包含300多個(gè)氨基酸，是毛發(fā)、皮膚、指甲中的主要成分。

肽鏈主鏈繞假想的中心軸盤(pán)繞成螺旋狀，一般都是右手螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的。每個(gè)氨基酸殘基（第n個(gè)）的羰基氧與多肽鏈C端方向的第4個(gè)殘基（第n+4個(gè)）的酰胺氮形成氫鍵。

在典型的右手α-螺旋結(jié)構(gòu)中，螺距為0.54nm，每一圈含有3.6個(gè)氨基酸殘基，每個(gè)殘基沿著螺旋的長(zhǎng)軸上升0.15nm。螺旋的半徑為0.23nm。在天然蛋白質(zhì)中，幾乎所有的α-螺旋都是右手螺旋。只在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)一圈左手螺旋。一條肽鏈能否形成α-螺旋，以及螺旋的穩(wěn)定性怎樣，與其一級(jí)結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。

①側(cè)鏈基團(tuán)的電荷性質(zhì)和大小都有影響，甘氨酸由于側(cè)鏈太小，構(gòu)象不穩(wěn)定，是α-螺旋的破壞者；

②連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基；

③存在脯氨酸殘基，脯氨酸由于其亞氨基少一個(gè)氫原子，無(wú)法形成氫鍵，而且Cα－N鍵不能旋轉(zhuǎn)，所以是α-螺旋的破壞者，肽鏈中出現(xiàn)脯氨酸就中斷α-螺旋，形成一個(gè)“結(jié)節(jié)”。

β-折疊是Pauling和Corey提出的另外一種二級(jí)結(jié)構(gòu)，也是蛋白質(zhì)中最常見(jiàn)的一種主鏈構(gòu)象。是指蛋白質(zhì)分子中兩條平行或反平行的主鏈中伸展的、周期性折疊的構(gòu)象，很像α-螺旋適當(dāng)伸展形成的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。蠶絲絲心蛋白幾乎全部由堆積起來(lái)的反平行β-折疊結(jié)構(gòu)組成。球狀蛋白質(zhì)中也廣泛存在這種結(jié)構(gòu)，如溶菌酶、核糖核酸酶、木瓜蛋白酶等球狀蛋白質(zhì)中都含有β-折疊結(jié)構(gòu)。2、β-折疊

β-折疊結(jié)構(gòu)的形成一般需要兩條或兩條以上的肽段共同參與，即兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的氨基和羰基之間形成有規(guī)則的氫鍵，維持這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。β-折疊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：

（1）在β-折疊結(jié)構(gòu)中，多肽鏈幾乎是完全伸展的。相鄰的兩個(gè)氨基酸之間的軸心距為0.35nm。側(cè)鏈R交替地分布在片層的上方和下方，以避免相鄰側(cè)鏈R之間的空間障礙。

（2）在β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈主鏈上的C=O與N-H之間形成氫鍵，氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸近于垂直。所有的肽鍵都參與了鏈間氫鍵的形成，因此維持了β-折疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（3）相鄰肽鏈的走向可以是平行和反平行兩種。在平行的β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈的走向相同，氫鍵不平行。在反平行的β-折疊結(jié)構(gòu)中，相鄰肽鏈的走向相反，但氫鍵近于平行。從能量角度考慮，反平行式更為穩(wěn)定。β-折疊有兩種類(lèi)型，一種是平行式，即所有的肽鏈的氨基端都在同一端；另一種是反平行式，所有肽鏈的氨基端按正反方向交替排列。從能量上看，反平行式更穩(wěn)定。3、β-轉(zhuǎn)角

β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)又稱為β-彎曲、β-回折、發(fā)夾結(jié)構(gòu)和U型轉(zhuǎn)折等。蛋白質(zhì)分子多肽鏈在形成空間構(gòu)象的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180°的回折（轉(zhuǎn)折），回折處的結(jié)構(gòu)就稱為β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的轉(zhuǎn)角含有4個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸的羧基和第四個(gè)氨基酸的氨基之間形成氫鍵。這種結(jié)構(gòu)在球形蛋白質(zhì)中廣泛存在，可占全部殘基總量的1/4。

對(duì)580多種蛋白質(zhì)的X-射線晶體衍射分析發(fā)現(xiàn)，有些蛋白質(zhì)幾乎全是由α-螺旋結(jié)構(gòu)組成的，有些蛋白質(zhì)幾乎全是由β-折疊結(jié)構(gòu)組成的，而有些蛋白質(zhì)分子中α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)都存在。4、無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)規(guī)則卷曲（randomcoil)是指沒(méi)有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu),其二面角φ及ψ都不規(guī)則。這些區(qū)域也是蛋白質(zhì)中穩(wěn)定的、有序的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)的構(gòu)象顯示出多種多樣的特性。此結(jié)構(gòu)看上去雜亂無(wú)章，但對(duì)一種特定蛋白質(zhì)又是確定的。球狀蛋白質(zhì)中含有大量無(wú)規(guī)則卷曲，傾向于產(chǎn)生球狀構(gòu)象。對(duì)已知的67種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析表明，幾種二級(jí)結(jié)構(gòu)的比例是α-螺旋為26%，β-折疊為19%，β-轉(zhuǎn)角為15%。無(wú)規(guī)則卷曲有高度的特異性，與生物活性密切相關(guān)，對(duì)外界的理化因子極為敏感，經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其他蛋白質(zhì)特異的功能部位。例如許多鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的EF手結(jié)構(gòu)的中央環(huán)。5、超二級(jí)結(jié)構(gòu)相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元可組合在一起，相互作用，形成有規(guī)則、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)，又稱基序或模體。常見(jiàn)的有α-螺旋和β-折疊的組合形式：折疊-螺旋-折疊，α-螺旋的走向常與兩條β-折疊平行。發(fā)夾，包含兩條相鄰的反平行β-折疊，由一個(gè)發(fā)夾環(huán)連接。希臘鑰匙，由肽鍵連接四個(gè)或更多的反平行β-折疊。螺旋-環(huán)-螺旋β-折疊桶球蛋白分子的一條多肽鏈常常存在一些緊密的、相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域，是在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的具有一定功能的結(jié)構(gòu)單位。

結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為是蛋白質(zhì)的折疊單位，在新生肽鏈折疊中發(fā)揮重要作用。較大的蛋白質(zhì)分子包含2個(gè)或2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域，例如免疫球蛋白（抗體）分子包含12個(gè)結(jié)構(gòu)域；較小的球蛋白分子只包含一個(gè)結(jié)構(gòu)域，如肌紅蛋白分子。結(jié)構(gòu)域平均大小約為100個(gè)氨基酸。結(jié)構(gòu)域之間的區(qū)域常常形成裂縫，可以作為與其他分子的結(jié)合位點(diǎn)。結(jié)構(gòu)域間可以由松散的肽鏈連接，使結(jié)構(gòu)域能在較大范圍內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便完成蛋白質(zhì)的功能。6、二級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（1）角蛋白角蛋白（keratin）系硬蛋白之一，是一類(lèi)具有結(jié)締和保護(hù)功能的纖維狀蛋白質(zhì)。由處于α-螺旋或β-折疊構(gòu)象的平行的多肽鏈組成不溶于水的起著保護(hù)或結(jié)構(gòu)作用的蛋白質(zhì)。角蛋白來(lái)源于外胚層分化而來(lái)的細(xì)胞，是這些細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白之一。故角蛋白存在于發(fā)、毛、鱗、羽、甲、蹄、角、爪、喙、絲及其他表皮結(jié)構(gòu)中，是羽毛、毛發(fā)、爪、喙、蹄、角以及腦灰質(zhì)、脊髓和視網(wǎng)膜神經(jīng)的蛋白質(zhì)。

根據(jù)X射線衍射分析，角蛋白的空間結(jié)構(gòu)有α-螺旋結(jié)構(gòu)(α-角蛋白)和β-折疊片層結(jié)構(gòu)(β-角蛋白)兩種類(lèi)型。

α-角蛋白胱氨酸含量豐富，故二硫鍵含量特別多，在蛋白質(zhì)肽鏈中起交聯(lián)作用，因此α-角蛋白化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定，有較高的機(jī)械強(qiáng)度，如羊毛、角、蹄、甲的蛋白質(zhì)胱氨酸含量高達(dá)22%。β-角蛋白不含胱氨酸，但甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸含量很高，如蠶絲絲心蛋白。

α-角蛋白，如頭發(fā)，暴露于濕熱環(huán)境中幾乎可以伸長(zhǎng)一倍，冷卻干燥后又收縮到原來(lái)的長(zhǎng)度。β-角蛋白則無(wú)此變化。（2）膠原膠原是細(xì)胞外基質(zhì)的一種結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，多糖蛋白，呈白色，含有少量的半乳糖和葡萄糖，是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，約占膠原纖維固體物的85%。膠原蛋白是動(dòng)物體中普遍存在的一種大分子蛋白，主要存在于動(dòng)物的結(jié)締組織（骨、軟骨、皮膚、腱、韌等）中，占哺乳動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)的25%～30%，相當(dāng)于體重的6%。在許多海洋生物，如魚(yú)類(lèi)的皮，占其蛋白質(zhì)含量甚至高達(dá)80%以上。對(duì)機(jī)體和臟器起著支持、保護(hù)、結(jié)合以及形成界隔等作用。除了生物力學(xué)方面的以外，還具有諸如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、生長(zhǎng)因子與細(xì)胞因子的運(yùn)輸?shù)裙δ堋?/p>

膠原蛋白種類(lèi)較多，常見(jiàn)類(lèi)型為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型，膠原蛋白因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性，比如低抗原性、在體內(nèi)易被人體吸收、能促進(jìn)細(xì)胞成活與生長(zhǎng)、促進(jìn)血小板凝結(jié)等在食品、醫(yī)藥、組織工程、化妝品等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

由于氨基酸組成和交聯(lián)度等方面的差異，使得水產(chǎn)動(dòng)物尤其是其加工廢棄物—皮、骨、鱗中所含有的豐富的膠原蛋白具有很多牲畜膠原蛋白所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，如一定的凝膠性、高度的分散性、低粘度性、吸水性、持水性以及乳化性等。另外人們發(fā)現(xiàn)來(lái)源于海洋動(dòng)物的膠原蛋白在一些方面明顯優(yōu)于陸生動(dòng)物的膠原蛋白，比如具有低抗原性、低過(guò)敏性、變性溫度低、可溶性高、易被蛋白酶水解等特性。因此水產(chǎn)膠原蛋白可能逐步替代陸生動(dòng)物膠原蛋白。三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中所有原子和基團(tuán)的構(gòu)象。它是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤(pán)曲折疊形成的，包括所有主鏈和側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)是有生物活性的構(gòu)象或稱為天然構(gòu)象。通過(guò)肽鏈折疊使一級(jí)結(jié)構(gòu)相距很遠(yuǎn)的氨基酸殘基彼此靠近，進(jìn)而導(dǎo)致其側(cè)鏈的相互作用。在三級(jí)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)氨基酸殘基R側(cè)鏈間的非共價(jià)鍵作用形成的緊密球狀構(gòu)象。二硫鍵是維持三級(jí)結(jié)構(gòu)唯一的一種共價(jià)鍵，能把肽鏈的不同區(qū)段牢固的連接在一起，而疏水性較強(qiáng)的氨基酸則借疏水力、范德華力聚集形成緊密的疏水核，極性的殘基以氫鍵和鹽堿相結(jié)合。這些共價(jià)鍵雖然較微弱，但數(shù)目龐大，因此仍然是維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。

所有具有高度生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)幾乎都是球狀蛋白。三級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物學(xué)活性所必須的。球蛋白的一個(gè)共同特征是有表面和內(nèi)部之分，并且通常為緊密的結(jié)構(gòu)。在蛋白質(zhì)序列中無(wú)法確定疏水性氨基酸的分布模式，但在三維結(jié)構(gòu)中這類(lèi)氨基酸多分布于分子內(nèi)部。肌紅蛋白是一種氧結(jié)合蛋白，能結(jié)合氧分子便于氧在肌肉中擴(kuò)散。海洋類(lèi)哺乳類(lèi)動(dòng)物，如鯨、海豹能長(zhǎng)時(shí)間潛水，其肌肉中肌紅蛋白含量達(dá)8%，能儲(chǔ)存大量氧氣。肌紅蛋白分子由一條153個(gè)氨基酸殘基的多肽鏈和一個(gè)血紅素（亞鐵血紅素輔基）組成。分子呈緊密的扁球形。多肽鏈中氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部,親水側(cè)鏈多位于分子表面,因此其水溶性較好。肌紅蛋白由8段α-螺旋構(gòu)成一個(gè)球狀結(jié)構(gòu)，有8段α-螺旋區(qū)，每個(gè)α-螺旋區(qū)含7～24個(gè)氨基酸殘基，分別稱為A、B、C…G及H肽段。有1～8個(gè)螺旋間區(qū)。多肽鏈中氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部,親水側(cè)鏈多位于分子表面,因此其水溶性較好。內(nèi)部存在一口袋形空穴，血紅素居于此空穴中。血紅素是鐵卟淋化合物，它由4個(gè)吡咯通過(guò)4個(gè)甲炔基相連成一個(gè)大環(huán)，F(xiàn)e2+居于環(huán)中。

體內(nèi)活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程。但過(guò)多的活性氧自由基就會(huì)有破壞行為，導(dǎo)致人體正常細(xì)胞和組織的損壞，而肌紅蛋白是富氧鏈蛋白，更容易遭到自由基的攻擊。

遭到自由基的攻擊從而引起多種疾病，如心臟病、老年癡呆癥、帕金森病和腫瘤，與肌紅蛋白被氧化存在著密切的關(guān)系。此外，更多活性氧自由基，使核酸突變，這是人類(lèi)衰老和患病的根源。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)較大的球蛋白分子往往由兩條或多條肽鏈組成。這些多肽鏈本身都具有特定的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為亞基。亞基之間以非共價(jià)鍵相連。每個(gè)亞基都有自己的一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。亞基的種類(lèi)、數(shù)目、空間排布以及相互作用稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)不涉及亞基本身的結(jié)構(gòu)。

亞基一般只包含一條多肽鏈，亞基之間的相互作用力與穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵相比通常較弱，體外很容易將亞基分開(kāi)，但亞基在體內(nèi)緊密聯(lián)系。亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)活性，只有相互聚合而成特定構(gòu)象時(shí)才具有完整的生物學(xué)活性。由兩條或兩條以上肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵構(gòu)成的蛋白質(zhì)稱為寡聚蛋白。四級(jí)結(jié)構(gòu)就是各個(gè)亞基在寡聚蛋白的天然構(gòu)象中空間上的排列方式。

寡聚蛋白中的不同亞基可以用α、β、γ、δ、ε命名區(qū)分，亞基數(shù)目通常為偶數(shù)，種類(lèi)一般不多。判斷寡聚蛋白的標(biāo)準(zhǔn)是將發(fā)揮生物功能的最小單位作為一個(gè)分子。胰島素可形成二、六聚體，但不是其功能單位，所以不是寡聚蛋白。

維持四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是疏水作用力，另外還有離子鍵、氫鍵、范德華力等。第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、空間構(gòu)象與功能的關(guān)系在生命活動(dòng)過(guò)程中，不同的蛋白質(zhì)執(zhí)行不同的生理功能。蛋白質(zhì)多種多樣的生物功能是以其化學(xué)組成和極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。多肽和蛋白質(zhì)的是生理功能不僅與其一級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與其空間結(jié)構(gòu)有直接聯(lián)系。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象取決于其一級(jí)結(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境，因此研究一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是十分重要的。研究多肽、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，對(duì)于闡明生命起源、生命現(xiàn)象的本質(zhì)以及分子病的機(jī)理等具有十分重要的意義，是蛋白質(zhì)化學(xué)的重大研究課題。

一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、多肽的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系在人和動(dòng)物體內(nèi)存在不少多肽，如催產(chǎn)素、生長(zhǎng)激素、腦啡肽等。它們分別具有不同的功能，對(duì)體內(nèi)的新陳代謝起調(diào)節(jié)作用。多肽的功能與其結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。近年來(lái)的研究還表明，體內(nèi)的一些小肽也包括一定的立體結(jié)構(gòu)（如α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角等二級(jí)結(jié)構(gòu)），并影響這些小肽的生物學(xué)活性。但是小肽的立體結(jié)構(gòu)通常不如蛋白質(zhì)穩(wěn)定，表現(xiàn)出較大的靈活性。催產(chǎn)素和加壓素是人和動(dòng)物腦垂體分泌的多肽類(lèi)激素，兩者的一級(jí)結(jié)構(gòu)十分相似，都是含一個(gè)二硫鍵的9肽。因此，加壓素有微弱的催產(chǎn)素生理活性，而催產(chǎn)素也有微弱的加壓素生理活性。但是由于二者在第3位和第8位的殘基不同，因此它們主要的生理活性有差異：催產(chǎn)素促進(jìn)子宮和乳腺平滑肌收縮，幫助分娩和排乳；加壓素有升高血壓和抗利尿的作用。2、同功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的種屬差異與保守性對(duì)不同生物的同功能蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)種屬差異十分明顯，這可以幫助我們了解哪些氨基酸對(duì)蛋白質(zhì)的活性是重要的，哪些是不重要的。同時(shí)，還可以為研究生物進(jìn)化規(guī)律提供新的、可靠的依據(jù)。例如胰島素。一般認(rèn)為，激素的活性中心以及維持活性中心構(gòu)象的氨基酸殘基不能夠改變，否則激素將失去生物活性。3、蛋白質(zhì)前體激活動(dòng)物體內(nèi)有些蛋白質(zhì)是以無(wú)活性的前體形式產(chǎn)生和貯存的。這些前體在機(jī)體需要時(shí)，經(jīng)過(guò)某種蛋白酶的水解，切去部分肽段后，才變成有活性的蛋白質(zhì)，這一過(guò)程稱為蛋白質(zhì)前體的激活。這類(lèi)蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)原。如參與蛋白質(zhì)消化的胃蛋白酶原、參與血液凝固的凝血酶原、參與糖代謝調(diào)節(jié)的胰島素原。4、分子病基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的突變。如果這種突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的下降或喪失，就會(huì)產(chǎn)生疾病，這種病稱為分子病。例如在非洲普遍流行的鐮刀形紅細(xì)胞貧血病，就是由于血紅蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異而產(chǎn)生的一種分子病。病人的異常血紅蛋白與正常人的相比，僅僅是β-亞基的第六位氨基酸殘基不同，正常人為Glu，病人為Val。二、空間構(gòu)象與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的功能多樣性常與其空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性密切相關(guān)。蛋白質(zhì)的構(gòu)象是其生物活性的基礎(chǔ)。構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之發(fā)生改變。蛋白質(zhì)變性時(shí)，由于其空間構(gòu)象被破壞，故引起功能活性喪失，變性蛋白質(zhì)在復(fù)性后，構(gòu)象復(fù)原，活性即能恢復(fù)。在生物體內(nèi)，當(dāng)某種物質(zhì)特異地與蛋白質(zhì)分子的某個(gè)部位結(jié)合，觸發(fā)該蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生一定變化，從而導(dǎo)致其功能活性的變化，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的別構(gòu)效應(yīng)。

蛋白質(zhì)（或酶）的別構(gòu)效應(yīng)，在生物體內(nèi)普遍存在，這對(duì)物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和某些生理功能的變化都是十分重要的。

第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、兩性解離及等電點(diǎn)二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)三、蛋白質(zhì)的變性與沉淀蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的大分子化合物，其理化性質(zhì)一部分與氨基酸相似，如兩性電離、等電點(diǎn)、呈色反應(yīng)、成鹽反應(yīng)等，也有一部分不同于氨基酸，如高相對(duì)分子質(zhì)量、膠體性、變性等。一、兩性解離及等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，分子之中的可解離基團(tuán)主要是側(cè)鏈基團(tuán)，也包括末端氨基和羧基。蛋白質(zhì)也有等電點(diǎn)，即所帶凈電荷為零的pH。多數(shù)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)為中性偏酸，約5左右。偏酸的如胃蛋白酶，等電點(diǎn)為1左右；偏堿的如魚(yú)精蛋白，約為12。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)凈電荷為零，因此沒(méi)有同種電荷的排斥，所以不穩(wěn)定，溶解度小，易聚集沉淀。同時(shí)粘度、滲透性、膨脹性以及導(dǎo)電能力均為最小。各種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同，在同一pH時(shí)所帶電荷不同，在電場(chǎng)作用下移動(dòng)的方向和速度也不相同，所以可以用電泳來(lái)分離提純蛋白質(zhì)。二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是生物大分子，水溶液中的顆粒直徑1~100nm，是一種分子膠體，具有膠體溶液的性質(zhì)，如布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電泳、不能透過(guò)半透膜及吸附能力等。利用半透膜可分離純化蛋白質(zhì)，稱為透析。三、蛋白質(zhì)的變性與沉淀1、變性特定的空間結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)的生物活性至關(guān)重要。天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素影響，高級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，致使其理化性質(zhì)和生物功能發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為變性。變形后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白質(zhì)。二硫鍵的改變引起的失活可看作變性。

（1）引起天然蛋白質(zhì)變性的因素很多：物理因素：熱（60℃~100℃）、紫外線、X-射線、超聲波、高壓、表面張力