第三章蛋白質(zhì)化學(xué)-

第三章蛋白質(zhì)化學(xué)-第一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日8.充分理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；從核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)理解一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系；以細(xì)胞色素C等為例充分理解一級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的關(guān)系；從血紅蛋白與肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特性理解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能的關(guān)系。9.掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)：膠體性質(zhì)、兩性電離與等電點(diǎn)、沉淀作用、變性作用以及這些性質(zhì)的生理意義及實(shí)踐意義。10.了解蛋白質(zhì)分離提純的常用方法及基本原理。

第二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義（一）、蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)

生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)是除水以外，機(jī)體組織中最多的組分，占人體干重的45%。占細(xì)菌干重的50—70%。（

二）、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能

1、作為生物催化劑：在體內(nèi)催化各種物質(zhì)代謝反應(yīng)的酶幾乎都是蛋白質(zhì)。

2、調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)：一些激素是蛋白質(zhì)或肽，如胰島素、生長素。

3、運(yùn)輸載體：如紅細(xì)胞中運(yùn)輸O2、CO2要靠Hb（Hemoglobin血紅蛋白）、運(yùn)輸脂類物質(zhì)的是載脂蛋白、運(yùn)鐵蛋白等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或叫載體蛋白。

第三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

4、參與機(jī)體的運(yùn)動(dòng)：如心跳、胃腸蠕動(dòng)等，依靠與肌肉收縮有關(guān)的蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，如肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白。5、參與機(jī)體的防御：機(jī)體抵抗外來侵害的防御機(jī)能，靠抗體，抗體也稱免疫球蛋白，是蛋白質(zhì)。6、接受傳遞信息：如口腔中的味覺蛋白、視網(wǎng)膜中的視覺蛋白。7、調(diào)節(jié)或控制細(xì)胞的生長、分化、遺傳信息的表達(dá)。8、其它：如雞蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是營養(yǎng)和儲(chǔ)存蛋白；膠原蛋白、纖維蛋白等屬于結(jié)構(gòu)蛋白。還有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特異的生物學(xué)功能。

不難理解，為什么說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。

第四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸一、蛋白質(zhì)的元素組成

蛋白質(zhì)是有機(jī)化合物，離不開C、H、O三種元素，還含有N、P、S、金屬元素等。元素組成

CHONS其它含量%50—556—720—2315—170.3—3

蛋白質(zhì)中N是特征元素，且含量恒定，為16%左右

，即16克氮/100克蛋白質(zhì)，故可以用定氮法測量蛋白質(zhì)含量，即：每100克蛋白質(zhì)含氮16克，100/16=6.25克蛋白質(zhì)含氮1克。所以，每克樣品含氮量×6.25×100=100克樣品蛋白質(zhì)含量（克%）。

有些蛋白質(zhì)含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I等。第五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、蛋白質(zhì)分子的基本組成單位--氨基酸（一）、氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：如下圖所示：第六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日從氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以看出：

1.構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均為L—α—氨基酸。

2.除R為H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。20種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基上。（二）氨基酸的構(gòu)型：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸除甘氨酸外，均含有α—碳原子，在空間各原子有兩種排列方式：L—構(gòu)型與D—構(gòu)型，它們的關(guān)系就像左右手的關(guān)系，互為鏡像關(guān)系，下圖以丙氨酸為例：第七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鏡子COOHNH2CNH2COOHCRL-構(gòu)型D-構(gòu)型HRH氨基酸的鏡像結(jié)構(gòu)生物體內(nèi)構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種編碼氨基酸均為-氨基酸；除甘氨酸(其R基團(tuán)為氫原子)外，其余的氨基酸均為L-構(gòu)型第八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1.按氨基酸分子中羧基與氨基的數(shù)目分：(1).酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有天冬氨酸、谷氨酸、(2).堿性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸

，有賴氨酸、精氨酸、組氨酸(3).中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸。2.按側(cè)基R基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：(1).脂肪族氨基酸(2).芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸（或加上色氨酸）(3).雜環(huán)氨基酸：脯氨酸、組氨酸

第九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日3.按側(cè)基R基與水的關(guān)系分：第十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日4.

按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分：(1).必需氨基酸：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：賴氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、笨丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸。(2).非必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。(3).半必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成但合成量不能滿足人體需要（特別是嬰幼兒時(shí)期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、精氨酸。第十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日八種氨基酸的另一種巧記方法

方法：

借一兩本淡色書來

注釋：

借（頡）

一（異亮）

兩（亮）

本（笨丙）

淡（蛋）

色（色）

書（蘇）

來（賴）

第十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二十種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)如圖所示:第十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第二十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)支鏈氨基酸有：纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸含羥基的氨基酸有：絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸有：半胱氨酸（含巰基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸有：苯丙氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸有：精氨酸含咪唑基的氨基酸有：組氨酸亞氨基酸有：脯氨酸含酰胺的氨基酸有：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸有：色氨酸含ε-氨基的氨基酸有：賴氨酸第二十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.物理性質(zhì)(1)形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。(2)溶解性：不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。(3)熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)一般比較高，都大于200℃，超過熔點(diǎn)以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。(4)光吸收：氨基酸在可見光范圍內(nèi)無光吸收，在近紫外區(qū)含苯環(huán)氨基酸（Trp,Tyr,Phe）有光的吸收。（5）旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。第二十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日在近紫外區(qū)含苯環(huán)氨基酸（Trp,Tyr,Phe）有光的吸收第二十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2.氨基酸的兩性電離及等電點(diǎn)：氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可電離出H+，所以氨基酸具有酸堿兩性性質(zhì)。通常情況下，氨基酸以兩性離子的形式存在，如下圖所示：第二十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日COOHNH2

H+COO-R

-

C

-

HNH2

H+R

-

C

-

HCOO-NH2R

-

C

-

HAcidicenvironmentNeutralenvironmentAlkalineenvironment+1-10pK1~2pK2~9Isoelectricpoint5.5第二十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日氨基酸在酸性環(huán)境中，主要以陽離子的形式存在，在堿性環(huán)境中，主要以陰離子的形式存在。在某一pH環(huán)境下，以兩性離子（兼性離子）的形式存在。該pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。所以氨基酸的等電點(diǎn)定義為：氨基酸所帶正負(fù)電荷相等時(shí)的溶液pH。對于中性氨基酸：pI=(pK1+pK2)1/2對于酸性氨基酸：pI=(pK1+pKR)1/2對于堿性氨基酸：pI=(pK2+pKR)1/2第二十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日根據(jù)pK/可求出氨基酸的等電點(diǎn)，可由其等電點(diǎn)左右兩個(gè)pK/值的算術(shù)平均值求出。中性及酸性氨基酸：pI=(pK1/+pK2/)/2中性氨基酸：pK1/為α—羧基的解離常數(shù)，pK2/為α—氨基的解離常數(shù)。酸性氨基酸：pK1/為α—羧基的解離常數(shù)，pK2/為側(cè)鏈羧基的解離常數(shù)。第二十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第二十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日堿性氨基酸：pI=(pK2/+pKR/)/2其中：pK2/為α—氨基的解離常數(shù)，pK3/為側(cè)鏈氨基的解離常數(shù)。

第二十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二十種氨基酸的pK/及等電點(diǎn)：

第三十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日3.氨基酸的主要化學(xué)反應(yīng)由α—氨基參加的反應(yīng)：（1）亞硝酸反應(yīng)：放出氮?dú)?，氮?dú)獾囊话雭碜园被?，一半來自亞硝酸，測定生成的氮?dú)獾捏w積量可計(jì)算氨基酸的量，此反應(yīng)可用于測定蛋白質(zhì)的水解程度。（2）與2，4—二硝基氟苯（DNFB）的反應(yīng)（Sanger反應(yīng)）：生成黃色的二硝基苯—氨基酸衍生物。（3）與苯異硫氰酸酯（PITC）反應(yīng)（Edman反應(yīng)）：生成苯乙內(nèi)酰硫脲—氨基酸。第三十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日α—羧基參加的反應(yīng)：（1）與堿反應(yīng)成鹽：（2）與醇反應(yīng)成酯：α—氨基與α—羧基共同參加的反應(yīng)與茚三酮的反應(yīng)：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生成藍(lán)紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。側(cè)鏈反應(yīng)（顏色反應(yīng)）：Folin反應(yīng)：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。Folin試劑：磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。產(chǎn)物：藍(lán)色的鉬藍(lán)、鎢藍(lán)。第三十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)第三十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日四、肽：（一）、肽鍵與肽鏈肽鍵：一個(gè)氨基酸的a-COOH和相鄰的另一個(gè)氨基酸的a-NH2脫水形成共價(jià)鍵。第三十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日氨基酸借肽鍵連接起來叫肽，肽是一大類物質(zhì)，即：

1.兩個(gè)氨基酸組成的肽叫二肽；

2.三個(gè)氨基酸組成的肽叫三肽；

3.多個(gè)氨基酸組成的肽叫多肽；

4.氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈，肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；

5.構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；

6.肽鏈中的氨基酸的排列順序，一般-NH2端開始，由N指向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。第三十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日肽鍵和肽的結(jié)構(gòu)如圖所示:第三十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）天然活性肽自然界中有自由存在的活性肽，主要有：1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu—Cys—Gly），廣泛存在于生物細(xì)胞中,含有自由的巰基，具有很強(qiáng)的還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑，保護(hù)某些蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處于活性狀態(tài)。

2GSH=1GSSG

第三十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有多種結(jié)構(gòu)層次，包括一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)又稱為構(gòu)象?？臻g結(jié)構(gòu)包括二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。在二級與三級之間還存在超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域這兩個(gè)結(jié)構(gòu)層次。一級結(jié)構(gòu)：氨基酸順序二級結(jié)構(gòu)：α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲三級結(jié)構(gòu)：球狀四級結(jié)構(gòu)：多亞基聚集第三十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第三十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（Primarystructure）又稱為共價(jià)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)。它是指蛋白質(zhì)中的氨基酸按照特定的排列順序通過肽鍵連接起來的多肽鏈結(jié)構(gòu)。第四十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

人胰島素的一級結(jié)構(gòu)胰島素由A、B兩條多肽鏈組成，A鏈含21個(gè)氨基酸殘基，B鏈含30個(gè)氨基酸殘基。A鏈內(nèi)有一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，A與B之間有兩個(gè)鏈間二硫鍵。由于兩條鏈之間由共價(jià)鍵相連接，所以胰島素沒有四級結(jié)構(gòu)。第四十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二.

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型：指一個(gè)不對稱的化合物中不對稱中心上的幾個(gè)原子或基團(tuán)的空間排布方式。如單糖的α—、β—構(gòu)型，氨基酸的D—、L—構(gòu)型。當(dāng)從一種構(gòu)型轉(zhuǎn)換成另一種構(gòu)型的時(shí)候，會(huì)牽涉及共價(jià)鍵的形成或破壞。構(gòu)象：指一個(gè)分子結(jié)構(gòu)中的一切原子繞共價(jià)單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的不同空間排列方式。一種構(gòu)象變成另一種構(gòu)象不涉及共價(jià)鍵的形成或破壞。第四十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的基礎(chǔ)1.主要靠次級鍵（非共價(jià)鍵，noncovalent）維系固定，主要有：氫鍵、離子鍵（鹽鍵）、疏水的相互作用（疏水鍵）、范德華力、配位鍵，另外二硫鍵（共價(jià)鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)。第四十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的力主要是非共價(jià)力(次級鍵),包括氫鍵、范得華力、疏水力和鹽鍵（離子鍵）。此外共價(jià)二硫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象方面也具有重要作用。第四十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力①疏水作用

蛋白質(zhì)分子的非極性基團(tuán)避開水相互聚集在一起而形成的作用力稱為疏水作用，也稱疏水鍵；第四十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力②氫鍵氫鍵是由極性很強(qiáng)的X-H基上的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子Y（如O、N、F等）相互作用形成的一種吸引力；第四十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力③鹽鍵鹽鍵是帶相反電荷的基團(tuán)之間的靜電引力，也稱為離子鍵；第四十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力④范德華力范德華力是一種非特異性引力，任何兩個(gè)相距0.3～0.4nm的原子之間都存在范德華力，范德華力比離子鍵弱；第四十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力⑤二硫鍵二硫鍵是很強(qiáng)的共價(jià)鍵，由多肽鏈內(nèi)或鏈間兩個(gè)半胱氨酸殘基的巰基氧化形成；第四十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2.肽平面（1）肽鏈空間構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位為肽平面或肽單位。所謂的肽平面是指肽鏈中從一個(gè)Cα原子到另一個(gè)Cα原子之間的結(jié)構(gòu)，共包含6個(gè)原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它們在空間共處于同一個(gè)平面。如下圖所示：第五十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

肽平面肽鍵中C–N之間鍵長介于單鍵與雙鍵之間，偏向于雙鍵，不能扭轉(zhuǎn)。和這兩個(gè)原子相連的其他原子與之夾角的和為360°，所以，肽鍵的6個(gè)原子在一個(gè)平面上，此平面稱為肽單元。肽單元的羧基碳與

-碳之間的鍵可以旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)角為角），氨基氮與

-碳之間的鍵可以旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)角為角），其旋轉(zhuǎn)的角度不同，使蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)以肽單元為單位形成不同的空間構(gòu)象1.肽單元第五十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（2）肽鍵上的原子呈反式構(gòu)型（3）肽鍵C-N鍵長為0.132nm,比一般的C—N單鍵（0.147nm）短，比C=N雙鍵（0.128nm）要長，具有部分雙鍵的性質(zhì)（partialdouble-bondcharacter），不能旋轉(zhuǎn)。而

Cα-COOH、C-NH2，為真正單鍵（puresinglebond），可以旋轉(zhuǎn)。一個(gè)Cα原子相連的兩個(gè)肽平面，由于N1—Cα和Cα—C2（羧基碳）兩個(gè)鍵為單鍵，肽平面可以分別圍繞這兩個(gè)鍵旋轉(zhuǎn)，從而構(gòu)成不同的構(gòu)象。第五十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日只有α碳原子連接的兩個(gè)鍵（Cα—N和Cα-C）是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)。一個(gè)肽平面圍繞N1—Cα（氮原子與α-碳原子）旋轉(zhuǎn)的角度，用Φ表示。另一個(gè)肽平面圍繞Cα—C2（α-碳原子與羧基碳）旋轉(zhuǎn)的角度，用Ψ表示。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度叫二面角（dihedralangle）。通常二面角（Φ，Ψ）確定后，一個(gè)多肽鏈的二級結(jié)構(gòu)就確定了。環(huán)繞Cα—N鍵旋轉(zhuǎn)的角度為Φ；環(huán)繞Cα—C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱Ψ。第五十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日★當(dāng)Φ(Ψ)旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈呈順式時(shí)，規(guī)定Φ(Ψ)=0°（Φ角以Cα—C鍵對N—H鍵呈反式時(shí)為0°，Ψ角以Cα—N鍵對C=O鍵呈反式時(shí)為0°。）

★從Cα沿鍵軸方向看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的Φ(Ψ)角為正值，反之為負(fù)值。第五十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日拉氏構(gòu)象圖：可允許的Φ和Ψ值Φ和Ψ同時(shí)為0的構(gòu)象實(shí)際不存在；二面角（Φ、Ψ）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非鍵合原子間的接近有無阻礙；Cα上的R基的大小與帶電性影響Φ和Ψ。拉氏構(gòu)象圖：Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非鍵合原子間的最小接觸距離，確定了哪些成對二面角（Φ、Ψ）所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以Φ為橫坐標(biāo)，以Ψ為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖。第五十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第五十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)概念：多肽鏈在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按照一定的方式有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)或折疊形成的空間構(gòu)象。其實(shí)質(zhì)是多肽鏈在空間的排列方式。第五十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日1.α-螺旋結(jié)構(gòu)：典型的α螺旋有如下特征：①二面角：Φ=-60°,Ψ=-45-50°，是一種右手螺旋。②每圈螺旋：3.6個(gè)a.a殘基，高度：0.54nm。③每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸上升0.15nm④氨基酸殘基側(cè)鏈向外。⑤相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鏈，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。⑥肽鍵上C=O氧與它后面（C端）第四個(gè)殘基上的N-H氫間形成氫鍵。典型的α螺旋用3.613表示：3.6表示每圈螺旋包括3.6個(gè)殘基，13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個(gè)原子。第五十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)如圖所示

第五十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日影響α—螺旋穩(wěn)定的因素：酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于α－螺旋形成；較大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸)集中的區(qū)域，也妨礙α－螺旋形成；脯氨酸因其α－碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不能形成氫鍵，故不易形成上述α－螺旋；甘氨酸的R基為H，空間占位很小，也會(huì)影響該處螺旋的穩(wěn)定。

α-螺旋在許多蛋白中存在，如α—角蛋白、血紅蛋白、肌紅蛋白等，主要由a-螺旋結(jié)構(gòu)組成。第六十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)中的α—螺旋幾乎都是右手第六十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日α—螺旋的發(fā)現(xiàn)者第六十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2.β-折疊（β-pleatedsheets）又稱β—片層、β—結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)如下：（1）多肽鏈呈鋸齒狀（或扇面狀）排列成比較伸展的結(jié)構(gòu)；（2）有平行式和反平行式兩種，平行式的折疊其Φ=–119。，Ψ=+113。。反平行折疊其Φ=–139。，Ψ=+135。。（3）平行式相鄰兩個(gè)氨基酸殘基的軸心距離為0.65nm，反平行式相鄰兩個(gè)氨基酸殘基的軸心距離為0.7nm。側(cè)鏈R基團(tuán)交替地分布在片層平面的上下方，片層間有氫鍵相連；這種片層在絲心蛋白里大量存在。第六十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第六十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)如圖所示

第六十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日3.β-轉(zhuǎn)角：又稱β-彎曲，β-回折或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的180°回折，由第一個(gè)a.a殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H間形成氫鍵。

β轉(zhuǎn)角的特征：①由多肽鏈上4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成。②主鏈骨架以180°返回折疊。③第一個(gè)a.a殘基的C=O與第四個(gè)a.a殘基的N-H生成氫鍵。④C1α與C4α之間距離小于0.7nm。⑤多數(shù)由親水氨基酸殘基組成。第七十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日維持二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵

第七十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日4.?轉(zhuǎn)角5.無規(guī)則卷曲：沒有規(guī)律的多肽鏈主鏈骨架構(gòu)象。往往與生物活性有關(guān)。第七十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

α螺旋β折疊片β轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)第七十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（四）超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)（Super-secondarystructure）的概念是M.Rossmann于1973年提出來的。蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈在三維折疊中往往形成有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)聚集體，在球蛋白中充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。常見的有：αα、ββ、βαβαβ等。如圖所示：

第七十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第七十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（五）結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）在一些相對較大的蛋白質(zhì)分子中，在空間折疊時(shí)往往先分別折疊成幾個(gè)相對獨(dú)立的區(qū)域，再組裝成更復(fù)雜的球狀結(jié)構(gòu)，這種在二級或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱為結(jié)構(gòu)域。它的結(jié)構(gòu)層次介于超二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間。如圖所示：第八十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白的一個(gè)結(jié)構(gòu)域丙酮酸激酶的一個(gè)結(jié)構(gòu)域第八十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位。較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的。結(jié)構(gòu)域一般有１００－２００氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對移動(dòng)。結(jié)構(gòu)域承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個(gè)結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)為NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是酶的活性部位，也是反應(yīng)物的出入口。第八十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（六）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級結(jié)構(gòu)，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。大多數(shù)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)為球狀或近似球狀。在三級結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)的親水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的表面，而疏水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成疏水的核心。

三級結(jié)構(gòu)主要靠次級鍵（非共價(jià)鍵）維系固定，主要有：氫鍵、離子鍵（鹽鍵）、疏水的相互作用（疏水鍵）、范德華力、配位鍵，另外二硫鍵（共價(jià)鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)。第八十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三級結(jié)構(gòu)形成后，生物學(xué)活性必需基團(tuán)靠近，形成活性中心或部位，即蛋白質(zhì)分子表面形成了某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域。結(jié)構(gòu)如圖所示:第八十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第八十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日七.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基），彼此借次級鍵相連，形成一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)。具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位（subunit），亞基可以相同，亦可以不同。四級結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是亞基在空間排列的方式。單獨(dú)亞基，多無生物學(xué)功能，二個(gè)以上亞基聚合成為有完整四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才有功能。血紅蛋白結(jié)構(gòu)如圖所示:第九十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（八）纖維狀蛋白和球狀蛋白的空間構(gòu)象1、

角蛋白源于外胚層細(xì)胞，包括皮膚及皮膚的衍生物（發(fā)、毛、鱗、羽、甲、蹄、角、爪、絲）。α-角蛋白，β角蛋白。第九十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（1）、

α-角蛋白（毛發(fā)）主要由α-螺旋結(jié)構(gòu)組成三股右手α-螺旋向左纏繞形成原纖維，原纖維排列成“9+2”的電纜式結(jié)構(gòu)稱微纖維，成百根微纖維結(jié)合成大纖微。第九十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第九十五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（2）、

β-角蛋白（絲心蛋白）以β-折疊結(jié)構(gòu)為主。片層結(jié)構(gòu)：反平行式β-折疊片以平行的方式堆積。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要靠范德華力維系。第九十六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日2、

膠原蛋白3、

彈性蛋白4、

肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和微管蛋白第九十七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)特征1、含有豐富的二級結(jié)構(gòu)元件2、具有明顯的折疊層次3、分子呈現(xiàn)球狀或橢球狀4、疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在外表5、表面常常有空穴，配體結(jié)合部位（活性中心）第九十八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化

對于不同種屬來源的同種蛋白質(zhì)進(jìn)行一級結(jié)構(gòu)測定和比較，發(fā)現(xiàn)存在種屬差異，這種差異可能是分子進(jìn)化的結(jié)果但與活性和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的氨基酸殘基高度保守。

總之，蛋白質(zhì)一定的結(jié)構(gòu)執(zhí)行一定的功能。功能不同的蛋白質(zhì)總是有著不同的序列；比較種屬來源不同而功能相同的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，可能有某些差異，但與功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)也總是相同。若一級結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)的功能可能發(fā)生很大的變化。第九十九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

通過比較同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化。親源關(guān)系越遠(yuǎn)，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。細(xì)胞色素C，分子量12500左右，氨基酸殘基：100個(gè)左右，單鏈。25種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基35個(gè)。60種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基27個(gè)。親源關(guān)系越近的，其細(xì)胞色素C的差異越小。親源關(guān)系越遠(yuǎn)的，其細(xì)胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44第一百頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞色素C第一百零一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（三）前體與活性蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的關(guān)系

由108個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的前胰島素原pre-proinsulin），在合成的時(shí)候完全沒有活性，當(dāng)切去N-端的24個(gè)氨基酸信號(hào)肽，形成84個(gè)氨基酸的胰島素原（proinsulin），胰島素原也沒活性，在包裝分泌時(shí)，A、B鏈之間的33個(gè)氨基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素。如圖所示:第一百零二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百零三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日（二）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病

現(xiàn)知幾乎所有遺傳病都與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，都稱之為分子病。例如鐮刀型貧血癥，它是由于血紅蛋白的β-亞基上的第六位氨基酸由谷氨酸變成了纈氨酸，導(dǎo)致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的改變，其運(yùn)輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細(xì)胞呈鐮刀狀。第一百零四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日生理?xiàng)l件下電荷：

Glu-Va10

親水疏水第一百零五頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日鐮刀細(xì)胞血紅蛋白正常紅細(xì)胞鐮刀形紅細(xì)胞生理?xiàng)l件下電荷：

Glu-Va10

親水疏水

第一百零六頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系以血紅蛋白（Hb）為例加以說明（Hb的結(jié)構(gòu)如圖所示）

第一百零七頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百零八頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百零九頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

Hb由4條肽鏈組成：2α、2β，功能是運(yùn)載O2;在去氧Hb亞基中有下列幾對鹽鍵：

α1-α2：α2亞基Arg141-COOH-α1亞基Val1-NH2

α1-α2：α2

亞基Arg141-胍基-α1亞基Asp126-COOH

α1-β2：a1亞基Lys40的ξ-NH2-β2亞基His146-COOH

β1-β2：β2亞基His146-咪唑基-β1亞基Asp94-β-COOH

由于血紅蛋白亞基之間存在大量鹽鍵，使其構(gòu)象呈緊張態(tài)，對氧的親和力很低，第一個(gè)亞基與O2結(jié)合時(shí)，鹽鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它的鹽鍵也依次破壞，此時(shí)破壞鹽鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對氧的親和力大大增強(qiáng)，因此第四個(gè)亞基結(jié)合氧的能力比第一個(gè)大幾百倍。第一百一十頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日

上述Hb與O2結(jié)合后，Hb的構(gòu)象發(fā)生變化，這類變化稱為變構(gòu)效應(yīng)，即通過構(gòu)象變化影響蛋白質(zhì)的功能。像血紅蛋白這種具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為變構(gòu)蛋白（allostericprotein）。血紅蛋白的這種變構(gòu)效應(yīng)能更有效地行使其運(yùn)氧的生物學(xué)功能?？傊鞣N蛋白質(zhì)都有特定的空間構(gòu)象，而特定的空間構(gòu)象又與它們特定的生物學(xué)功能相適應(yīng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。第一百一十一頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日血紅蛋白分子中的鹽鍵如圖所示:

第一百一十二頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第一百一十三頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化一、蛋白質(zhì)的兩性電離和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)與氨基酸相似，也具有兩性電離的性質(zhì)。蛋白質(zhì)的多肽鏈含有末端氨基和羧基，一些側(cè)鏈上含有可解離的基團(tuán)，有的可以接受氫離子，有的可以電離出氫離子，因此蛋白質(zhì)具有酸堿兩性電離的性質(zhì)。它的兩性電離比氨基酸復(fù)雜。對某一蛋白質(zhì)而言，在某一pH下，當(dāng)它所帶正負(fù)電荷相等的時(shí)候，該溶液的pH就稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)的大小與蛋白質(zhì)的氨基酸組成有關(guān)。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)

蛋白質(zhì)溶液有許多高分子溶液的性質(zhì)，如：擴(kuò)散慢、易沉降、

粘度大、不能透過半透膜，在水溶液中可形成親水的膠體。蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定因素：水化膜、帶電荷。當(dāng)破壞這兩個(gè)因素時(shí)，蛋白質(zhì)中從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀。

第一百一十四頁，共一百二十五頁，2022年，8月28日三、蛋白質(zhì)的沉淀作用

使蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象稱為沉淀，方法有：1.

鹽析：在蛋白質(zhì)的水溶液中，加入大量高濃度的強(qiáng)電解質(zhì)鹽如硫酸胺、氯化鈉、硫酸鈉等，使蛋白質(zhì)從溶液中析出，稱為蛋白質(zhì)的鹽析。而低濃度的鹽溶液加入蛋白質(zhì)溶液中，會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解度增加，該現(xiàn)象稱為鹽溶。鹽析的機(jī)理：破壞蛋白質(zhì)的水化膜，中和表面的凈電荷。鹽析法是最常用的蛋白質(zhì)沉淀方法，該方法不會(huì)使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性。