第三章蛋白質(zhì)化學-

第三章蛋白質(zhì)化學-第1頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一8.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性實驗理解一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系；以細胞色素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、沉淀作用、變性作用以及這些性質(zhì)的生理意義及實踐意義。10.了解蛋白質(zhì)分離提純的常用方法及基本原理。

第2頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)的生物學意義（一）、蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎

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

二）、蛋白質(zhì)的生物學功能

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

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

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

第3頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

4、參與機體的運動：如心跳、胃腸蠕動等，依靠與肌肉收縮有關(guān)的蛋白質(zhì)來實現(xiàn)，如肌球蛋白、肌動蛋白。5、參與機體的防御：機體抵抗外來侵害的防御機能，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)或控制細胞的生長、分化、遺傳信息的表達。8、其它：如雞蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是營養(yǎng)和儲存蛋白；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功能。

不難理解，為什么說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。

第4頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第一節(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5頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二、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6頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一從氨基酸的結(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7頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一鏡子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基團為氫原子)外，其余的氨基酸均為L-構(gòu)型第8頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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9頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一3.按側(cè)基R基與水的關(guān)系分：第10頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一4.

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（特別是嬰幼兒時期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、精氨酸。第13頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一八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14頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二十種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)如圖所示:第15頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第19頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點支鏈氨基酸有：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21頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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：氨基酸的熔點一般比較高，都大于200℃，超過熔點以上氨基酸分解產(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22頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一在近紫外區(qū)含苯環(huán)氨基酸（Trp,Tyr,Phe）有光的吸收第23頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一2.氨基酸的兩性電離及等電點：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24頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一COOHNH2

H+COO-R

-

C

-

HNH2

H+R

-

C

-

HCOO-NH2R

-

C

-

HAcidicenvironmentNeutralenvironmentAlkalineenvironment+1-10pK1~2pK2~9Isoelectricpoint5.5第25頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸在酸性環(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(pI)。所以氨基酸的等電點定義為：氨基酸所帶正負電荷相等時的溶液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26頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)pK/可求出氨基酸的等電點，可由其等電點左右兩個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27頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第28頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一堿性氨基酸：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29頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二十種氨基酸的pK/及等電點：

第30頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一3.氨基酸的主要化學反應由α—氨基參加的反應：（1）亞硝酸反應：放出氮氣，氮氣的一半來自氨基氮，一半來自亞硝酸，測定生成的氮氣的體積量可計算氨基酸的量，此反應可用于測定蛋白質(zhì)的水解程度。（2）與2，4—二硝基氟苯（DNFB）的反應（Sanger反應）：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（Edman反應）：生成苯乙內(nèi)酰硫脲—氨基酸。第31頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一α—羧基參加的反應：（1）與堿反應成鹽：（2）與醇反應成酯：α—氨基與α—羧基共同參加的反應與茚三酮的反應：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生成藍紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。側(cè)鏈反應（顏色反應）：Folin反應：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質(zhì)的反應。Folin試劑：磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。產(chǎn)物：藍色的鉬藍、鎢藍。第32頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一茚三酮反應(ninhydrinreaction)第33頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一四、肽：（一）、肽鍵與肽鏈肽鍵：一個氨基酸的a-COOH和相鄰的另一個氨基酸的a-NH2脫水形成共價鍵。第34頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸借肽鍵連接起來叫肽，肽是一大類物質(zhì)，即：

1.兩個氨基酸組成的肽叫二肽；

2.三個氨基酸組成的肽叫三肽；

3.多個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35頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一肽鍵和肽的結(jié)構(gòu)如圖所示:第36頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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），廣泛存在于生物細胞中,含有自由的巰基，具有很強的還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑，保護某些蛋白質(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37頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第二節(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38頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第39頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（Primarystructure）又稱為共價結(jié)構(gòu)、化學結(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40頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

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個氨基酸殘基，B鏈含30個氨基酸殘基。A鏈內(nèi)有一個鏈內(nèi)二硫鍵，A與B之間有兩個鏈間二硫鍵。由于兩條鏈之間由共價鍵相連接，所以胰島素沒有四級結(jié)構(gòu)。第41頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二.

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型：指一個不對稱的化合物中不對稱中心上的幾個原子或基團的空間排布方式。如單糖的α—、β—構(gòu)型，氨基酸的D—、L—構(gòu)型。當從一種構(gòu)型轉(zhuǎn)換成另一種構(gòu)型的時候，會牽涉及共價鍵的形成或破壞。構(gòu)象：指一個分子結(jié)構(gòu)中的一切原子繞共價單鍵旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的不同空間排列方式。一種構(gòu)象變成另一種構(gòu)象不涉及共價鍵的形成或破壞。第42頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的基礎1.主要靠次級鍵（非共價鍵，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（共價鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)。第43頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二、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）。此外共價二硫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象方面也具有重要作用。第44頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持蛋白質(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45頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力②氫鍵氫鍵是由極性很強的X-H基上的氫原子與另一個電負性強的原子Y（如O、N、F等）相互作用形成的一種吸引力；第46頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力③鹽鍵鹽鍵是帶相反電荷的基團之間的靜電引力，也稱為離子鍵；第47頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持蛋白質(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48頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力⑤二硫鍵二硫鍵是很強的共價鍵，由多肽鏈內(nèi)或鏈間兩個半胱氨酸殘基的巰基氧化形成；第49頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一2.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Cα原子到另一個Cα原子之間的結(jié)構(gòu)，共包含6個原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它們在空間共處于同一個平面。如下圖所示：第50頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

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)。和這兩個原子相連的其他原子與之夾角的和為360°，所以，肽鍵的6個原子在一個平面上，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51頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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Cα原子相連的兩個肽平面，由于N1—Cα和Cα—C2（羧基碳）兩個鍵為單鍵，肽平面可以分別圍繞這兩個鍵旋轉(zhuǎn)，從而構(gòu)成不同的構(gòu)象。第52頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一只有α碳原子連接的兩個鍵（Cα—N和Cα-C）是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)。一個肽平面圍繞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。這兩個旋轉(zhuǎn)角度叫二面角（dihedralangle）。通常二面角（Φ，Ψ）確定后，一個多肽鏈的二級結(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53頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一★當Φ(Ψ)旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈呈順式時，規(guī)定Φ(Ψ)=0°（Φ角以Cα—C鍵對N—H鍵呈反式時為0°，Ψ角以Cα—N鍵對C=O鍵呈反式時為0°。）

★從Cα沿鍵軸方向看，順時針旋轉(zhuǎn)的Φ(Ψ)角為正值，反之為負值。第54頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一拉氏構(gòu)象圖：可允許的Φ和Ψ值Φ和Ψ同時為0的構(gòu)象實際不存在；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，以Ψ為縱坐標，在坐標圖上標出，該坐標圖稱拉氏構(gòu)象圖。第55頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第56頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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。其實質(zhì)是多肽鏈在空間的排列方式。第57頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一1.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a.a殘基，高度：0.54nm。③每個殘基繞軸旋轉(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個殘基，13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個原子。第58頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)如圖所示

第59頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第60頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第61頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第62頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一影響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63頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)中的α—螺旋幾乎都是右手第64頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第65頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一α—螺旋的發(fā)現(xiàn)者第66頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一2.β-折疊（β-pleatedsheets）又稱β—片層、β—結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)要點如下：（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）平行式相鄰兩個氨基酸殘基的軸心距離為0.65nm，反平行式相鄰兩個氨基酸殘基的軸心距離為0.7nm。側(cè)鏈R基團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67頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第68頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)如圖所示

第69頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第70頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一3.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a.a殘基的C=O與第四個氨基酸殘基的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a.a殘基的C=O與第四個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71頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一維持二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵

第72頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一4.?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73頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

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74頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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，在球蛋白中充當三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。常見的有：αα、ββ、βαβαβ等。如圖所示：

第75頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第76頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第77頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第78頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第79頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第80頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第81頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（五）結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）在一些相對較大的蛋白質(zhì)分子中，在空間折疊時往往先分別折疊成幾個相對獨立的區(qū)域，再組裝成更復雜的球狀結(jié)構(gòu)，這種在二級或超二級結(jié)構(gòu)基礎上形成的特定區(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82頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第83頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)域免疫球蛋白的一個結(jié)構(gòu)域丙酮酸激酶的一個結(jié)構(gòu)域第84頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一結(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。結(jié)構(gòu)域承擔一定的生物學功能，幾個結(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結(jié)構(gòu)域，一個為NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域，一個是起催化作用的結(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，也是反應物的出入口。第85頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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（共價鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)。第86頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第87頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一三級結(jié)構(gòu)形成后，生物學活性必需基團靠近，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)揮生物學功能的特定區(qū)域。結(jié)構(gòu)如圖所示:第88頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第89頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一七.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

二個或二個以上具有獨立的三級結(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)的實質(zhì)是亞基在空間排列的方式。單獨亞基，多無生物學功能，二個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90頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第91頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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92頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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93頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第94頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第95頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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96頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一2、

膠原蛋白3、

彈性蛋白4、

肌球蛋白、肌動蛋白和微管蛋白第97頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一球狀蛋白質(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98頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第三節(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化

對于不同種屬來源的同種蛋白質(zhì)進行一級結(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99頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

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)系和進化。親源關(guān)系越遠，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。細胞色素C，分子量12500左右，氨基酸殘基：100個左右，單鏈。25種生物中，細胞色素C的不變殘基35個。60種生物中，細胞色素C的不變殘基27個。親源關(guān)系越近的，其細胞色素C的差異越小。親源關(guān)系越遠的，其細胞色素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100頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一細胞色素C第101頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（三）前體與活性蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的關(guān)系

由108個氨基酸殘基構(gòu)成的前胰島素原pre-proinsulin），在合成的時候完全沒有活性，當切去N-端的24個氨基酸信號肽，形成84個氨基酸的胰島素原（proinsulin），胰島素原也沒活性，在包裝分泌時，A、B鏈之間的33個氨基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素。如圖所示:第102頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第103頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一（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，導致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的改變，其運輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細胞呈鐮刀狀。第104頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一生理條件下電荷：

Glu-Va10

親水疏水第105頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一鐮刀細胞血紅蛋白正常紅細胞鐮刀形紅細胞生理條件下電荷：

Glu-Va10

親水疏水

第106頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一二、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107頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第108頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第109頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

Hb由4條肽鏈組成：2α、2β，功能是運載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，第一個亞基與O2結(jié)合時，鹽鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當血紅蛋白的一個亞基結(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，此時破壞鹽鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導致血紅蛋白對氧的親和力大大增強，因此第四個亞基結(jié)合氧的能力比第一個大幾百倍。第110頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一

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，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)效應能更有效地行使其運氧的生物學功能?？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功能相適應，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。第111頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一血紅蛋白分子中的鹽鍵如圖所示:

第112頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第113頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一第五節(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，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雜。對某一蛋白質(zhì)而言，在某一pH下，當它所帶正負電荷相等的時候，該溶液的pH就稱為該蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)的等電點的大小與蛋白質(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。當破壞這兩個因素時，蛋白質(zhì)中從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀。

第114頁，共125頁，2023年，2月20日，星期一三、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，會導致蛋白質(zhì)的溶解度增加，該現(xiàn)象稱為鹽溶。鹽析的機理：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