第3章蛋白質(zhì)化學

第3章蛋白質(zhì)化學教學目的要求介紹蛋白質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)教學重點、難點蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)教學方法課件講授+多媒體教學安排3學時2蛋白質(zhì)——是由許多不同的α-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并具有一定生物學功能的大分子。第一節(jié)蛋白質(zhì)的組成3一、蛋白質(zhì)的生物學意義42、蛋白質(zhì)的重要生物學功能其他生物學功能：營養(yǎng)蛋白，結(jié)構(gòu)，毒蛋白3、氧化供能一、蛋白質(zhì)的生物學意義5二、元素組成1、主要元素：C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、S（0~4%）、…微量元素：P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等2、特點：各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近（15~18%），平均含氮量為16%。3、定氮法測定蛋白質(zhì)含量：蛋白質(zhì)含量＝6.25×樣品含氮量6三、組成單位——氨基酸（aminoacid）1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。存在于自然界的有300余種，從細菌到人類，所有蛋白質(zhì)都由20種標準氨基酸（蛋白質(zhì)氨基酸）組成。且均屬于L-氨基酸（甘氨酸除外）。7不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式2、Cα如是不對稱C（除Gly），則：（1）具有兩種立體異構(gòu)體[D-型和L-型]（2）具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]8910111213Tyr141516蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：L－－氨基酸

－氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外

L－氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外氨基酸結(jié)構(gòu)通式：RCH(NH2)COOH

常見氨基酸種類：20種。？多于20種？小結(jié)171.根據(jù)R的化學結(jié)構(gòu)（1）脂肪族氨基酸：一氨基一羧基Aa：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys、Ser、Thr；二氨基一羧基Aa：Arg、Lys；一氨基二羧基Aa：Asp、Glu；酰胺：Asn、Gln；（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr；（3）雜環(huán)氨基酸：Try、His；（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro。四、氨基酸分類182.根據(jù)R的極性（1）極性氨基酸：

不帶電：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；帶正電：堿性氨基酸（含有兩個以上氨基）：Arg（胍基）、His（咪唑基）、Lys（ε氨基）帶負電：酸性氨基酸（含有兩個羧基）：Glu（含γ羧基）、Asp（含β羧基）（2）非極性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Try四、氨基酸分類193.按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成：（1）必需氨基酸：凡是機體不能自己合成，必須自外界獲取的氨基酸，稱為必需氨基酸。8種：Lys、Try、Met、Phe、Val、Leu、Ile、Thr。另一種說法把His、Arg也列為必需氨基酸總共為10種。

（2）非必需氨基酸：凡是機體可以合成的氨基酸。10種:Ser、Asn、Gln、Tyr、Cys、Asp、Glu、Gly、Ala、Pro.四、氨基酸分類204.幾種重要的不常見氨基酸

在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生而來的。四、氨基酸分類膠原蛋白甲狀腺球蛋白肌肉蛋白21五、氨基酸的理化性質(zhì)1、物理性質(zhì)無色晶體，熔點極高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機溶劑。222、兩性解離及等電點兩性離子：所謂兩性離子是指在同一個氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的—NH3+正離子和能接受質(zhì)子的—COO-負離子。因此，氨基酸是兩性電解質(zhì)。等電點（isoelectricpoint）：當調(diào)節(jié)氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上—NH3+

和—COO-的解離度完全相等，即氨基酸所帶凈電荷為零，在電場即不向陰極也不向陽極移動。此時氨基酸所處溶液的pH值為該氨基酸的等電點(pI)。五、氨基酸的理化性質(zhì)23pI<pH帶負電，向陽極移動pI>pH帶正電，向陰極移動pI＝pH不帶電，不移動五、氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸可以做緩沖試劑243、紫外吸收：Try、Tyr和Phe在280nm波長附近具有最大吸收峰，其中Try的最大吸收最接近280nm.Try?Tyr?

Phe五、氨基酸的理化性質(zhì)25(1)茚三酮反應4.化學性質(zhì)五、氨基酸的理化性質(zhì)26（2）與甲醛的反應：氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COO-NH3+R—CH—COO-NH2+H+OH-中和滴定HCHOR—CH—COO-NHCH2OHHCHOR—CH—COO-N(CH2OH)2應用：氨基酸定量分析—甲醛滴定法（間接滴定）A.直接滴定，終點pH過高（12），沒有適當指示劑。B.與甲醛反應，滴定終點在9左右，可用酚酞作指示劑。C.簡單快速，一般用于測定蛋白質(zhì)的水解速度。五、氨基酸的理化性質(zhì)27（3）與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應NO2FO2N+H2N—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱堿性DNP-氨基酸(黃色）五、氨基酸的理化性質(zhì)28Sanger反應：首先被英國的Sanger用來鑒定多肽、蛋白質(zhì)的N末端氨基酸，所以也稱Sanger反應。

肽分子與DNFB反應，得DNP-肽;

水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游離氨基酸;

分離DNP-氨基酸(黃色);

層析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的種類、數(shù)目.29（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應由Edman于1950年首先提出用于N末端分析，又稱Edman降解法—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRS（PTC-氨基酸）—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3無水HF重復測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計出“多肽順序自動分析儀”30六、肽肽——一個氨基酸的α-羧基和另一個氨基酸的α-氨基脫水縮合而成的化合物。氨基酸之間脫水后形成的鍵稱肽鍵（酰胺鍵）。二肽、。。。。。。寡肽：12-20個氨基酸殘基多肽：20個以上31成肽反應：oo32肽的表示法:N端：N端的氨基酸殘基的α-氨基未參與肽鍵的形成;C端:C端的氨基酸殘基的α-羧基未參與肽鍵的形成。寫法和讀法：規(guī)定書寫方法為N端→C端，例如：Ala-Gly-Phe，讀作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。

NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，若有必要從C端→N端寫，則必須標明，如（C）Phe-Gly–Ala（N）請讀出以下肽鏈33（1）谷光甘肽（GSH）保護體內(nèi)蛋白質(zhì)、酶的巰基免遭氧化，使其處在活性狀態(tài)34（2）促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）39肽，活性部位為第4~10位的7肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Try-Gly。35（3）腦肽腦啡肽具有強烈的鎮(zhèn)痛作用（強于嗎啡），不上癮。從豬腦中分離出了兩種類型的腦啡肽：C端氨基酸殘基Met-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu36影片：1`07``37第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（共價結(jié)構(gòu)）二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系38實驗證明：蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)是由許多氨基酸通過肽鍵按一定順序連接形成的多肽鏈。目前已經(jīng)知道的蛋白質(zhì)種類有100億之多，這是因為它們的氨基酸組成和排列順序不同而引起的。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)很復雜，人們?yōu)榱搜芯糠奖?，把蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為四級，六個層次：3940蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)初級結(jié)構(gòu)或化學結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能411.概念：指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈上氨基酸的連接方式和排列順序。一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它決定著蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。（國際化學會規(guī)定）

2.連接方式：共價鍵。主要是肽鍵,還有二硫鍵3.排列順序：指從氨基末端開始各氨基酸的次序

4.舉例：牛胰島素

肽鍵是一級結(jié)構(gòu)中最重要的連接鍵。在主鏈中占

二硫鍵是連接肽鏈內(nèi)或肽鏈間的主要橋鍵。在蛋白質(zhì)分子中起著穩(wěn)定其空間結(jié)構(gòu)的作用。二硫鍵往往與生物活力有關(guān)。

數(shù)目：由51個氨基酸組成，由A、B兩條鏈構(gòu)成。A鏈由21個氨基酸組成。B鏈由30個氨基酸組成。A鏈和B鏈之間通過兩對鏈間二硫鍵連接在一起；A鏈內(nèi)還有一對鏈內(nèi)二硫鍵。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（共價結(jié)構(gòu)）生物信息多樣特異42第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（共價結(jié)構(gòu)）空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）43（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法1X-射線衍射法（X-raydiffractionmethod）——結(jié)晶2核磁共振（NMR）——溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象3光譜法（紅外光譜、紫外差光譜、熒光光譜）4旋光色散法（opticalrotatorydispersion,ORD）

5圓二色性（circulardichroism,CD）

6氫同位素交換法

二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）44X-射線衍射法簡單原理肌紅蛋白結(jié)晶45（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.二級結(jié)構(gòu)的概念：指肽鏈的折疊和盤繞形成的特定的空間構(gòu)象。(國際會議規(guī)定)2.實質(zhì):主鏈的走向

3.主要化學鍵：氫鍵4.特征：一般具規(guī)律或重復性的構(gòu)象

規(guī)則構(gòu)象：例如α-螺旋，β-折疊，β-轉(zhuǎn)角。

不規(guī)則構(gòu)象：如自由回轉(zhuǎn)，Ω環(huán)。基于肽鍵的性質(zhì)和所形成的肽鍵平面(酰胺平面)科里鮑林二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）46B肽鍵平面:肽鍵的4個原子和與之相連的2個C形成肽平面，是多肽鏈主鏈骨架的重復單位。肽鍵平面/肽單元(peptideunit)CαCαCONRHRHH0.153nm0.132nm0.146nmA肽鍵性質(zhì):由于原子共振的結(jié)果，使肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。C在酰胺平面中C=O與N-H呈反式。47CCα3Cα2Cα1CNNHHHOOR肽平面1肽平面2肽平面及其旋轉(zhuǎn)ψΦΨ、Φ兩面角決定肽平面的相對位置，即肽鏈的構(gòu)象48α-螺旋(α-helix)β-折疊(β-

pleatedsheet)β-轉(zhuǎn)角(β-turn)無規(guī)則卷曲（randomcoil）49⑴-螺旋（α--helix）（1951，Pauling）存在于纖維狀蛋白質(zhì)（α角蛋白：皮膚、毛發(fā)、指甲、和角）和球狀蛋白質(zhì)中。多肽鏈沿長軸卷曲而成的有規(guī)則的棒狀結(jié)構(gòu)稱為α-螺旋。是最早被發(fā)現(xiàn)的二級結(jié)構(gòu)，故用α命名為α-螺旋。它是根據(jù)對羊毛的α-角蛋白質(zhì)的X-射線衍射分析而發(fā)現(xiàn)的。50典型α-螺旋結(jié)構(gòu)要點：①有右手和左手螺旋之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋，較穩(wěn)定；僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。③在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成氫鏈。②在α-螺旋結(jié)構(gòu)中，氨基酸殘基以100°角圍繞螺旋軸上升，兩個相鄰氨基酸的軸心距為1.5(0.15nm)，每圈有3.6個氨基酸，每一圈之間的軸心距為5.4(0.54nm)。④穩(wěn)定因素：與它的氨基酸組成和排列順序有關(guān)。α-螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。如Pro--彎曲或結(jié)節(jié)；Gly--難成兩面角；Ile—側(cè)鏈龐大，空間位阻。51舉例：

α角蛋白（keratin）

纖維狀蛋白質(zhì)原纖絲微纖維

巨原纖維

52典型的α-螺旋：螺旋上升一圈氨基酸的殘基數(shù)。氫鍵閉合環(huán)所包含的原子數(shù)ns=3.613非典型的α-螺旋：ns=3.010或ns=4.4165354存在于纖維狀蛋白質(zhì)(-角蛋白：蠶絲、蜘蛛絲中絲心蛋白)和球蛋白中。⑴-螺旋（α-helix）

多肽鏈之間以鏈內(nèi)氫鍵相連。β-折疊結(jié)構(gòu)：指肽鏈中較伸展的曲折形成的主鏈呈鋸齒狀的層狀結(jié)構(gòu)。又稱β-片層結(jié)構(gòu)⑵-折疊（β-Pleatedsheet）(1951，Pauling,Corey）55β-折疊結(jié)構(gòu)要點:①β-折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個折疊的片層。②在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鍵。③側(cè)鏈交錯位于肽平面結(jié)構(gòu)的上下方

④β-折疊有平行和反平行的兩種形式:

⑤每一個氨基酸在主軸上所占的距離，平行的是0.325nm，反平行的是0.35nm。伸展構(gòu)象平行折疊略小于反平行折疊。

羰基氨基56舉例：絲心蛋白（也稱絲蛋白，fibroin）

纖維狀蛋白質(zhì)是反平行的β-折疊片層結(jié)構(gòu)57平行反向平行請觀察并找出以下各屬于β-折疊哪種形式？58α-螺旋和β-折疊間的關(guān)系：α-螺旋β-折疊拉伸和盤曲的關(guān)系拉伸(濕、熱)盤曲(干、冷)59⑵-折疊⑴-螺旋⑶-轉(zhuǎn)角(發(fā)夾結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)特點：是第一個氨基酸的C=O上的氧原子與第四個氨基酸殘基的-NH-上的氫原子形成氫鍵。是球狀蛋白中多肽鏈作180度回折的構(gòu)象。一般由四個氨基酸組成常見氨基酸：Pro、Glyβ-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行β-折疊片的端頭以主鏈間氫鍵維持穩(wěn)定折疊成緊密的球蛋白60指沒有確定規(guī)律性的松散的肽鏈結(jié)構(gòu)。該構(gòu)象區(qū)域常常是酶的功能部位，因此，近年來愈加受到人們的重視存在于球狀蛋白質(zhì)中⑵-折疊⑴-螺旋⑶-轉(zhuǎn)角(發(fā)夾結(jié)構(gòu))⑷無規(guī)卷曲(自由回轉(zhuǎn)、松散肽段)所謂無規(guī)律是因為人們還沒有發(fā)現(xiàn)它的規(guī)律。61⑵-折疊⑴-螺旋⑶-轉(zhuǎn)角(發(fā)夾結(jié)構(gòu))⑷無規(guī)卷曲(自由回轉(zhuǎn)、松散肽段)(5)Ω環(huán)普存于球狀蛋白質(zhì)中的新的二級結(jié)構(gòu)總是出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子的表面可能在分子識別中起重要作用。62（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域(1973,Rossman)（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法是近年來引入的二級結(jié)構(gòu)至三級結(jié)構(gòu)層次的一種過渡態(tài)構(gòu)象層次1.超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域。指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，相互作用，形成有規(guī)則的（在空間上可辨認的）二級結(jié)構(gòu)組合體。常見類型：、χ

、β-曲折、β-折疊筒等。63（1）αα：是兩個α-螺旋互相纏繞，形成一個左手超螺旋。64（2）βχ

β：是兩段的β-折疊通過一段連接鏈χ連接而形成的結(jié)構(gòu)。χ為α-螺旋則為βαβ；最常見的為兩個βαβ聚集體連在一起形成βαβαβ結(jié)構(gòu)，稱Rossman折疊。βαβRossman折疊χ為β-折疊，則為βββ。χ為無規(guī)卷曲，則為βcβ。ββββcβ65（3）β-曲折（β-meander）：是三條或三條以上反平行的β-折疊通過短鏈，如β-轉(zhuǎn)角相連。66（4）β-折疊筒（β-sheatbarrel）：由多條β-折疊鏈所構(gòu)成的β-折疊片，再卷成一個圓筒狀的結(jié)構(gòu)。6768（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域(1973,Rossmann)（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法1.超二級結(jié)構(gòu)2.結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。在超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，多肽鏈進一步繞曲折疊成（空間可以區(qū)分的）近似球狀的三維實體。在空間上結(jié)構(gòu)域之間彼此分隔，幾個相對獨立的結(jié)構(gòu)域再締合成三級結(jié)構(gòu)。而且各自具有部分生物學功能。69（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法（四）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)1.三級結(jié)構(gòu)即多肽鏈中所有原子(包括主鏈和側(cè)鏈)在三維空間的排布方式。在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域基礎(chǔ)上，多肽鏈進一步盤繞折疊形成更為復雜的球狀實體。蛋白質(zhì)可能含有1個或多個結(jié)構(gòu)域。一般只有三級結(jié)構(gòu)以上的蛋白質(zhì)才具有生物活性。702.形成三級結(jié)構(gòu)的力：非共價鍵：疏水鍵、氫鍵、離子鍵（鹽鍵）、范德華力。天然球狀蛋白質(zhì)分子中，非極性基因R在分子內(nèi)部，極性基因R在外部，所以蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水鍵相互作用，是維持三級結(jié)構(gòu)最重要的作用力。疏水鍵：(疏水作用、疏水力)是非極性基團在極性溶劑中的一種優(yōu)勢締合。3.舉例：鯨肌紅蛋白的X射線衍射圖譜71肌紅蛋白肌紅蛋白是由一條多肽鏈折疊盤繞成近似球狀的構(gòu)象。(2)主鏈的80%左右是右手螺旋，其余為無規(guī)卷曲，一條多肽鏈共有8個螺旋區(qū)（A、B、C、D、E、F、G、H），7個非螺旋區(qū)（二個在末端，中間有五個）。(3)氨基酸殘基的親水基團幾乎全部分布在分子的表面，而疏水基團幾乎全部在分子的內(nèi)部。(4)血紅素輔基垂直地伸出分子表面，通過一個His殘基和分子內(nèi)部相連。724.球狀蛋白質(zhì)二、三級結(jié)構(gòu)共同的特點：(1)在球狀蛋白質(zhì)分子中,一條多肽鏈往往通過一部分α-螺旋，一部分β-折疊，一部分β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等使肽鏈折疊盤繞成近似球狀的構(gòu)象。(2)球狀蛋白質(zhì)的大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在分子表面形成親水面，而大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋在分子內(nèi)部形成疏水核。(3)球狀蛋白質(zhì)的表面往往有內(nèi)陷的空穴，空穴周圍有許多疏水側(cè)鏈，是疏水區(qū)，這空穴往往是酶的活性部位或蛋白質(zhì)的功能部位。73（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法（四）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（五）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)74（五）四級結(jié)構(gòu)

1.四級結(jié)構(gòu)指各亞基間的空間排布及相互關(guān)系。四級結(jié)構(gòu)是由兩條及兩條以上具有獨立三級結(jié)構(gòu)的肽鏈通過非共價鍵聚合而成。（每一條肽鏈稱為一個亞基）2.特點：①是由多個亞基聚集而成的寡聚蛋白

②亞基可以相同，也可以不同③

形狀多為球形

④

往往有明顯的對稱組合

⑤形成的力:主要是次級鍵(非共價鍵)。753.舉例：血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)（Max.Perutz）血紅蛋白是由四個亞基組成，2個α-亞基，2個β-亞基，每個亞基由一條多肽鏈與一個血紅素輔基組成。４個亞基以正四面體的方式排列，彼此之間以非共價鍵相連（主要是離子鍵、氫鍵）。76（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）（三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域（一）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究方法（四）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（五）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（六）維持空間結(jié)構(gòu)的作用力——次級鍵1.氫鍵：-C＝O????H–N-2.離子鍵（鹽鍵、靜電引力）3.范德華力4.疏水作用(力、鍵)在二至四級結(jié)構(gòu)中都有。不僅鏈內(nèi)有，鏈間有，亞基間也存在，是蛋白質(zhì)中最為重要的次級鍵。是R基解離后帶正或負的電荷,二者通過靜電吸引而形成。在亞基間的聚合及維持特定的三級構(gòu)象中具有重要作用。是一些基團空間距離較近彼此產(chǎn)生的一種吸引力。作用范圍雖然幾?，但在分子內(nèi)有限的空間中許多因素能形成這種力，對維持空間結(jié)構(gòu)起一定的作用。是一些非極性基團在極性溶劑中的優(yōu)勢締合。它們能避開水相，自相聚集在一起形成一個疏水區(qū)域。

疏水作用對維持三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定中起著重要的作用775.蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵共價鍵次級鍵化學鍵肽鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水作用鹽鍵范德華力三、四級結(jié)構(gòu)78a離子鍵b氫鍵c疏水鍵d范德華引力79第二節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（共價結(jié)構(gòu)）三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)）80三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu),以完成其特定的功能。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是相適應的,二者之間具有高度的統(tǒng)一性。1.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)生物進化與種屬差異分子病811.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系⑴一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)⑵一級結(jié)構(gòu)與種屬差異例：細胞色素C它是由一條肽鏈（104個和血紅素）組成蛋白質(zhì)。主要生理功能：是在生物氧化過程中傳遞電子，現(xiàn)對近百種生物的細胞色素進行研究發(fā)現(xiàn)，親緣關(guān)系越近，其結(jié)構(gòu)越相近。根據(jù)這一特征，目前己使用其對細胞色素進行分類。

對不同機體中表現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)分析表明，種屬差異十分明顯。82(3)分子病⑴一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)⑵一級結(jié)構(gòu)與種屬差異是從分子水平發(fā)生病變而引起的疾病。

實質(zhì)是基·因結(jié)構(gòu)錯誤導致蛋白質(zhì)表達異常，一級結(jié)構(gòu)中氨基酸排列順序改變引起功能的改變和喪失的發(fā)生的疾病。典型病例

鐮刀型血紅細胞貧血病1.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系83在574個氨基酸中僅僅一個氨基酸被改變，就引起了細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變。細胞易脹破、發(fā)生溶血、運氧機能降低，出現(xiàn)頭昏、胸悶等貧血癥狀。84β-鏈1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…Hb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…O2O2血紅蛋白分子凝集Val取代Glu粘性疏水斑點含氧HbS脫氧HbS疏水位點含氧-HbA852.空間結(jié)構(gòu)(構(gòu)象)與功能的關(guān)系1.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)在執(zhí)行其功能時，都需要一定的空間結(jié)構(gòu)，當空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，其功能也發(fā)生改變。

三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系86別構(gòu)現(xiàn)象：當?shù)鞍踪|(zhì)表現(xiàn)功能時，其構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變了整個分子的性質(zhì)，這種現(xiàn)象就稱為別構(gòu)現(xiàn)象。隨著蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，其功能發(fā)生相應的變化的現(xiàn)象稱為別構(gòu)效應。例：以血紅蛋白的別構(gòu)效應為例說明蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系87血紅蛋白血紅蛋白是別構(gòu)蛋白，O2結(jié)合到一個亞基上以后，影響與其它亞基的相互作用。O2壓力肌紅蛋白血紅蛋白在肺部O2的壓力20406080100120飽和度00.51在毛細血管中O2的壓力88血紅蛋白是由兩個α-亞基和兩個β-亞基組成的四聚體（α2β2），有穩(wěn)定的四級結(jié)構(gòu)，與氧的親和力很弱，但當氧與血紅蛋白分子中一個亞基的血紅素輔基的鐵結(jié)合后。即引起該亞基構(gòu)象的改變，一個亞基構(gòu)象的改變又會引起其余亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生改變，結(jié)果整個分子從緊密的構(gòu)象變成比較松散的構(gòu)象，易于與氧結(jié)合，使血紅蛋白與氧結(jié)合的速度大大加快。89第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、膠體性質(zhì)四、沉淀反應五、變性、復性六、顏色反應90一、蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量可用沉降系數(shù)S表示。1S＝1×10-13s1、蛋白質(zhì)是生物大分子，相對分子質(zhì)量很大，有的可達幾百萬。2、測定蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的方法:電泳法SDS色譜法分子篩超濾法離心沉降影片2’11’’91蛋白質(zhì)的等電點：

蛋白質(zhì)分子所帶的正負電荷相同而成為兩性離子時溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點（pI）。二、兩性解離與等電點當pH<pI時，蛋白質(zhì)帶凈正電荷，在電場中向負極移動。當pH>pI時，蛋白質(zhì)帶凈負電荷，在電場中向正極移動。溶液的pH偏離蛋白質(zhì)的pI越遠，蛋白質(zhì)帶凈電荷越多，在電場中越容易分離。921、因蛋白質(zhì)分子的顆粒直徑在1～100nm之間,且分子量大，符合膠體特征，因此，蛋白質(zhì)水溶液具有膠體的性質(zhì)：布朗運動丁達爾現(xiàn)象電泳現(xiàn)象不能透過半透膜具有吸附能力第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

透析：利用膠體對半透膜的不可滲透性純化蛋白質(zhì)的方法稱為透析法。932、蛋白質(zhì)是一種比較穩(wěn)定的親水膠體。維持蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的因素：第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)水化層(水合膜)分子表面的極性基團能吸附水分子,在顆粒表面形成一層水膜,使顆粒之間有水膜隔開,不易凝集沉淀。同性電荷(雙電層結(jié)構(gòu))在非等電點狀態(tài)時，分子表面的電荷是相同的,在顆粒表面又吸附一層相反的電荷,形成表面的雙電層結(jié)構(gòu)。由于同性電荷相互排斥的作用不易凝集沉淀。破壞膠體溶液的穩(wěn)定條件，會使蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。94+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用水化膜水化膜95第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)四、蛋白質(zhì)沉淀作用96四、蛋白質(zhì)沉淀作用中性鹽沉淀有機溶劑沉淀等電點沉淀重金屬鹽沉淀生物堿試劑沉淀加熱變性沉淀971.中性鹽沉淀（鹽析法）

鹽溶：高濃度的中性鹽類可以破壞蛋白質(zhì)顆粒周圍的水膜，同時又中和了其表面的電荷，因此，可以使蛋白質(zhì)沉淀析出。鹽析——是加入鹽類使蛋白質(zhì)從溶液中沉淀析出的現(xiàn)象。分級鹽析——調(diào)節(jié)鹽濃度使混合蛋白質(zhì)中的不同蛋白質(zhì)分別在不同的鹽濃度時沉淀析出的方法。不同的蛋白質(zhì)沉淀析出所需的鹽濃度是不同的。低濃度的中性鹽類可以增加蛋白質(zhì)表面的電荷和水膜的生成，促進蛋白質(zhì)溶解的現(xiàn)象。中性鹽：硫酸銨（最常用）優(yōu)點：蛋白質(zhì)不變性98有機溶劑：乙醇、甲醇、丙酮等

原理：有機溶劑和水有較強的作用，能破壞蛋白質(zhì)分子周圍的水膜，使蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀。如果將溶液調(diào)至蛋白質(zhì)的pI可加速沉淀。2.有機溶劑沉淀低溫下的短時間內(nèi)蛋白質(zhì)可保持活性不變性。常用于蛋白質(zhì)的分離和純化，或去除蛋白質(zhì)。99等電點時蛋白質(zhì)分子內(nèi)所帶的正電荷和負電荷正好相等，呈電中性，消除了分子間同性電荷的斥力，容易碰撞結(jié)合成較大的蛋白質(zhì)顆粒而沉淀。如果再加入有機溶劑去除水膜，沉淀會更迅速、更完全。不同的蛋白質(zhì)有不同的等電點，該法可用于等電點差異較大的蛋白質(zhì)的分離和純化。如谷氨酸的生產(chǎn)3.等電點沉淀100重金屬鹽：

由Ag+,Cu2+,Hg2+,Pb2+等重金屬離子所組成的鹽類。如硝酸銀、硫酸銅、氯化汞、醋酸鉛、三氯化鐵等。原理：

帶正電荷的重金屬離子能與蛋白質(zhì)中帶負電荷的基團作用，而生成不溶性的重金屬蛋白鹽沉淀。4.重金屬鹽沉淀101生物堿試劑：是一些能夠與生物堿進行作用的試劑，常是一些酸類。如三氯乙酸、苦味酸、鎢酸、單寧酸等。原理：在酸性生物堿試劑中蛋白質(zhì)分子帶正電荷，能夠與帶負電荷的酸根離子結(jié)合而生成不溶解的蛋白質(zhì)鹽沉淀。5.生物堿試劑沉淀102原理：蛋白質(zhì)分子受熱后，維持空間結(jié)構(gòu)的次級鍵被破壞，高度規(guī)律性的空間結(jié)構(gòu)也隨之被破壞，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，原在內(nèi)部的疏水基團暴露，溶解度下降而沉淀析出。6.加熱沉淀103第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)四、蛋白質(zhì)沉淀作用五、蛋白質(zhì)的變性與復性104五、蛋白質(zhì)的變性與復性1.變性的概念：天然蛋白質(zhì)受理化因素影響，維持空間結(jié)構(gòu)的次級鍵被破壞，導致理化性質(zhì)和生物學活性均有所改變的現(xiàn)象。物理：高溫，高壓，劇烈振蕩，各種射線化學：強酸、強堿、重金屬、有機溶劑、去污劑等2.引起變性的因素：1053.蛋白質(zhì)的復性去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)能夠恢復或部分恢復其原有的構(gòu)象和功能，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復性。天然狀態(tài)有活性非折疊狀態(tài)，無活性去除尿素、β-巰基乙醇尿素、β-巰基乙醇核糖核酸酶變性與復性胃蛋白酶的復性：

溫度達80～90℃時酶蛋白發(fā)生變性，將溫度緩慢降到37℃，又能夠恢復其消化能力。1064.變性蛋白質(zhì)的復性說明了什么？蛋白質(zhì)的變性僅僅是空間結(jié)構(gòu)被破壞，一級結(jié)構(gòu)仍然存在并保持完整；一級結(jié)構(gòu)決定著高級結(jié)構(gòu)，在一級結(jié)構(gòu)中包含著形成特定空間構(gòu)象的所有信息。蛋白質(zhì)的功能與其空間構(gòu)象之間具有高度的統(tǒng)一性并非所有的蛋白質(zhì)變性后都能復性。1075.沉淀、變性之間的關(guān)系⑴沉淀不一定變性，如加入中性鹽能蛋白質(zhì),但不變性；⑵變性也不一定沉淀，如強酸、堿酸作用蛋白質(zhì)使蛋白質(zhì)變性，但不沉淀。6.變性作用在實際生活中應用⑴臨床用酒精消毒；⑵用高壓煮沸消毒；⑶用紫外線消毒。⑷蛋白質(zhì)食品加熱更易被消化；⑸機體的衰老就是蛋白質(zhì)變化的結(jié)果。108第三節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、相對分子質(zhì)量二、兩性解離與等電點三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)四