蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第1頁(yè)蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一切生命活動(dòng)物質(zhì)基礎(chǔ)，生物體內(nèi)生理活動(dòng)往往經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)主要功效主要表現(xiàn)形式以下:①催化作用。生物體內(nèi)化學(xué)過(guò)程都是經(jīng)過(guò)酶催化來(lái)完成，酶是蛋白質(zhì)，因?yàn)槊缸饔?，新陳代謝才能沿著一定方向進(jìn)行，從而表現(xiàn)出各種生命現(xiàn)象。②激素作用。動(dòng)物體內(nèi)起代謝調(diào)整作用一些激素是蛋白質(zhì)或多肽，如胰島素、生長(zhǎng)素等。③肌肉收縮作用。肌肉中蛋白質(zhì)主要是肌動(dòng)球蛋白④運(yùn)輸貯藏功效。⑤免疫作用。⑥生物膜功效⑦控制遺傳信息表示及生長(zhǎng)和分化。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第2頁(yè)

第一節(jié)蛋白質(zhì)分子組成一蛋白質(zhì)元素組成

依據(jù)元素分析可知，蛋白質(zhì)主要含碳（50～55％）、氫（6～8％）、氧（20～23％）、氮（15～17％）、硫（0～4％）等元素組成，除此之外，有些蛋白質(zhì)還含有微量磷、鐵、銅、鋅等金屬元素。因?yàn)榇蠖鄶?shù)蛋白質(zhì)中含氮量比較靠近，普通為15～17％，平均16％，能夠經(jīng)過(guò)測(cè)定樣品中氮含量計(jì)算其中蛋白質(zhì)含量。Kjeldahl定氮法正是依此來(lái)計(jì)算蛋白質(zhì)量。所測(cè)得含氮量乘以6.25即算出樣品中蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)含量(g/100g樣品)=

每克樣品含氮量(g)×6.25×100蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第3頁(yè)二、蛋白質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單位——氨基酸蛋白質(zhì)雖種類(lèi)繁多，功效多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其徹底水解終產(chǎn)物都是氨基酸，所以氨基酸是蛋白質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單位。組成蛋白質(zhì)基礎(chǔ)氨基酸有20種，除脯氨酸為α-亞氨基酸外，均為α-氨基酸，其結(jié)構(gòu)以下：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第4頁(yè)R為側(cè)鏈。除R為氫原子（甘氨酸）外，其它氨基酸α-碳原子都是不對(duì)稱碳原子（手性碳原子），因而可形成不一樣構(gòu)型，具旋光性質(zhì)。構(gòu)型書(shū)寫(xiě)形式，羧基寫(xiě)在α-碳原子上方，側(cè)鏈R基寫(xiě)在下方，氨基在α-碳原子左邊為L(zhǎng)-型，在右邊為D-型。天然蛋白質(zhì)中氨基酸皆為L(zhǎng)-型-α-氨基酸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第5頁(yè)從不一樣角度出發(fā)能夠?qū)?0種氨基酸分為不一樣類(lèi)別.按氨基酸R基團(tuán)極性不一樣，可把20種氨基酸分為極性氨基酸和非極性氨基酸兩大類(lèi)：a非極性氨基酸：有9種,它們R基團(tuán)包含甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸等。b極性氨基酸：有11種，依據(jù)它們?cè)谒袔щ娗闆r，又可區(qū)分為：①極性不帶電荷：包含絲氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸；②極性帶負(fù)電荷：包含天冬氨酸、谷氨酸；③極性帶正電荷：包含組氨酸、賴氨酸、精氨酸等。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第6頁(yè)因?yàn)橘?、蘇、甲硫、纈、亮、異亮、色、苯丙氨酸人體無(wú)法合成，必須從食品中攝取才能滿足機(jī)體需要，稱為必需氨基酸。精氨酸與組氨酸合成不足，新生兒不能合成酪氨酸與半胱氨酸，也稱半必需氨基酸。其余10種氨基酸人體能夠本身合成而不依賴從外界食物中攝取，為非必需氨基酸。因在食物蛋白質(zhì)中含量較少并所以影響其它氨基酸吸收利用必需氨基酸稱限制性氨基酸。植物蛋白質(zhì)中蘇、賴、蛋、色氨酸等經(jīng)常是主要限制性氨基酸。在生物體內(nèi)已發(fā)覺(jué)150各種其它類(lèi)型氨基酸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第7頁(yè)

天然氨基酸分類(lèi)表

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第8頁(yè)(三)氨基酸主要理化性質(zhì)

普通物理性質(zhì)氨基酸為無(wú)色晶體，熔點(diǎn)超出200℃，個(gè)別超出300℃，原因是氨基酸在晶體時(shí)也以兩性離子形式存在，類(lèi)似于無(wú)機(jī)鹽。α-氨基酸有酸、甜、苦、鮮4種不一樣味感。氨基酸普通都溶于水，但在水中溶解度差異很大。除甘氨酸外，其它氨基酸都含有旋光性，不一樣氨基酸旋光方向并不一致。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第9頁(yè)1.兩性解離和等電點(diǎn)

氨基酸分子含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH），它-COOH基能象酸一樣解離提供H+，其-NH2也能象堿一樣接收H+，變?yōu)?NH3+，這么就成同一分子上帶有正、負(fù)兩種電荷偶極離子，所以它是兩性電解質(zhì)，在酸性和堿性介質(zhì)中解離情況可用下式表示：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第10頁(yè)在酸性介質(zhì)中，氨基酸主要以正離子狀態(tài)存在，在外加電場(chǎng)中移向陰極；在堿性介質(zhì)中，它以負(fù)離子狀態(tài)存在，在電場(chǎng)中移向陽(yáng)極。就一個(gè)氨基酸而言，調(diào)整其介質(zhì)酸、堿度到達(dá)某一pH值時(shí)，使氨基酸-NH3+和-COO-解離度相等，氨基酸凈電荷為零偶極離子態(tài)存在，該氨基酸在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極移動(dòng)，也不向陰極移動(dòng)，這時(shí)溶液pH值稱為該氨基酸等電點(diǎn)(簡(jiǎn)稱PI)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第11頁(yè)以丙氨酸為例說(shuō)明氨基酸解離情況，分步解離以下：在等電點(diǎn)時(shí)氨基酸所帶凈電荷為零，帶正電荷離子數(shù)目等于帶負(fù)電荷離子數(shù)目。即:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第12頁(yè)則:方程兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)后得:2pH＝pK1＋pK2此時(shí)pH值即為pI值。所以pI＝pH＝（pK1＋pK2）/2丙氨酸pK1、pK2值，代入上式得丙氨酸pI＝（2.34＋9.69）/2＝6.022.

氨基酸不吸收可見(jiàn)光，在遠(yuǎn)紫外光區(qū)有吸收，在近紫外光區(qū)，只有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸有吸收光能力，蛋白質(zhì)因含有這些氨基酸，所以也有紫外吸收能力，普通最大光吸收在280nm處。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第13頁(yè)3.氨基酸呈色反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)α-氨基酸與水合茚三酮在微酸性溶液中共熱，生成藍(lán)紫色化合物（波長(zhǎng)570nm），同時(shí)放出CO2。其反應(yīng)過(guò)程以下：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第14頁(yè)與二硝基氟苯反應(yīng)

在弱堿性條件下，氨基酸α-氨基很輕易與2，4，二硝基氟苯(DNFB)作用，生成黃色2，4-二硝苯氨基酸(簡(jiǎn)寫(xiě)DNP-氨基酸)．蛋白質(zhì)多肽鏈N-末端氨基酸α-氨基也能與DNFB反應(yīng)，產(chǎn)物DNP-多肽或DNP-蛋白質(zhì)用酸水解，肽鍵斷裂，分離和判定DNP-氨基酸，可確定多肽或蛋白質(zhì)N末端氨基酸。F.Sanger首先利用這個(gè)反應(yīng)測(cè)定蛋白質(zhì)氨基酸序列，也被稱作Sanger反應(yīng)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第15頁(yè)與異硫氰酸苯酯反應(yīng)

氨基酸中α-氨基能夠與異硫氰酸苯酯(PITC)反應(yīng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)苯氨基硫甲酰氨基酸(簡(jiǎn)稱PTC-氨基酸)，在無(wú)水酸中，PTC-氨基酸環(huán)化變?yōu)楸搅蛞覂?nèi)酰脲(簡(jiǎn)稱PTH)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第16頁(yè)蛋白質(zhì)多肽鏈N-末端氨基酸α-氨基也可與PITC起上述反應(yīng)，生成PTC-蛋白質(zhì)，經(jīng)酸液個(gè)別水解，釋放出末端PTH氨基酸和比原來(lái)少了一個(gè)氨基酸殘基多肽鏈。PTH-氨基酸經(jīng)乙酸乙酯抽提，進(jìn)行判定，確定N-末端氨基酸種類(lèi)。剩下肽鏈能夠重復(fù)這個(gè)操作測(cè)定其N(xiāo)-端第二個(gè)氨基酸、第三個(gè)氨基酸、……，如此重復(fù)屢次就可從N-末端開(kāi)始進(jìn)行氨基酸序列測(cè)定。最早Edman用此反應(yīng)測(cè)定蛋白質(zhì)中氨基酸序列，故又叫Edman反應(yīng)。當(dāng)前所用氨基酸序列分析儀工作原理就是基于這一反應(yīng)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第17頁(yè)第二節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)

許多氨基酸經(jīng)過(guò)特定共價(jià)鍵肽鍵連接而成鏈狀大分子，稱為多肽鏈。蛋白質(zhì)分子是由一條或多條多肽鏈組成。一.肽鍵與肽（一）肽鍵與肽一個(gè)氨基酸α-羧基和另一個(gè)氨基酸α-氨基脫水連接形成一個(gè)酰胺鍵，也稱肽鍵。氨基酸以酰胺鍵連接起來(lái)化合物稱為肽(peptide)。由兩個(gè)氨基酸形成化合物稱為二肽。上面二肽分子中還有一個(gè)自由α-氨基和一個(gè)自由α-羧基，所以還能和第三個(gè)氨基酸借肽鍵縮合成三肽。多個(gè)氨基酸分子以上述方式相結(jié)合，則形成多肽。由10個(gè)以下氨基酸連接而成多肽稱為寡肽，多個(gè)氨基酸連接成肽稱多肽。蛋白質(zhì)就是由幾十個(gè)到幾百個(gè)甚至幾千個(gè)氨基酸分子借肽鍵相互連接起多肽鏈。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第18頁(yè)多肽鏈中由氨基酸羧基與氨基形成肽鍵個(gè)別重復(fù)規(guī)則排列，組成肽鏈骨架，稱為共價(jià)主鏈。肽鏈上R代表各氨基酸不一樣側(cè)鏈上基團(tuán)，它們對(duì)維持蛋白質(zhì)分子立體結(jié)構(gòu)和行使功效都起著主要體用。能夠看到多肽鏈中氨基酸單位已不是原來(lái)完整氨基酸分子，所以稱為氨基酸殘基。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第19頁(yè)一條多肽鏈有兩個(gè)末端，有α-氨基一端稱氨基末端或N端，書(shū)寫(xiě)時(shí)放在左邊。有α-羧基一端稱羧基末端或C端，書(shū)寫(xiě)時(shí)放在右邊。肽命名是依據(jù)組成氨基酸殘基來(lái)確定，即從多肽N-末端氨基酸殘基開(kāi)始向C-末端按次序依次稱為某氨基酰某氨基酰…氨基酸。有些蛋白質(zhì)分子是多條肽鏈組成；還有成環(huán)狀。多肽鏈共價(jià)結(jié)構(gòu)除肽鍵外，還有二硫鍵。這是由肽鏈上兩個(gè)半胱氨酸殘基巰基脫氫形成，又稱“硫橋”（―S―S―）。含二硫鍵多蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，如皮、毛、發(fā)、角質(zhì)蛋白質(zhì)含二硫鍵則多。因?yàn)槭枪矁r(jià)結(jié)構(gòu)，可在兩條多肽鏈之間形成，也可在一條多肽鏈上形成，也屬蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)研究?jī)?nèi)容，但二硫鍵對(duì)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)很主要。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第20頁(yè)

(二)生物活性肽人體內(nèi)存在許多寡肽和多肽，含有生物活性和主要生理功效，這類(lèi)肽統(tǒng)稱為生物活性肽。

1．谷胱甘肽(glutathione，GSH)

由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成三肽。第一個(gè)肽鍵與普通不一樣，是由谷氨酸

-羧基與半胱氨酸

-氨基脫水縮合而成，故又稱為

-谷胱甘肽(圖a)。分子中―SH是主要活性功效基團(tuán)，所以谷胱甘肽英文縮寫(xiě)GSH。

GSH是體內(nèi)主要還原劑，能保護(hù)巰基酶或巰基蛋白免遭氧化而處于活性狀態(tài)。GSH除了可將細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生H2O2還原成H2O外，還因它嗜核特征而非常輕易地把那些善于攻擊細(xì)胞核氧化性很強(qiáng)外源性毒物(如致癌劑)或藥品還原失活，使核內(nèi)DNA、RNA或蛋白質(zhì)免受損傷，保護(hù)機(jī)體。2分子GSH氧化后生成氧化型谷胱甘肽(GSSG)，而失去還原活性，但在谷胱甘肽還原酶催化下又可重新還原。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第21頁(yè)2．肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽體內(nèi)有些激素其化學(xué)本質(zhì)是寡肽或多肽，如催產(chǎn)素(九肽)、促腎上腺皮質(zhì)激素(三十九肽)、促甲狀腺素釋放激素(三肽)等。促甲狀腺素釋放激素(TRH)結(jié)構(gòu)較特殊(圖b)，其N(xiāo)端谷氨酸殘基環(huán)化成焦谷氨酸，C端脯氨酸被酰胺化，整個(gè)肽分子既無(wú)游離

-氨基，也無(wú)游離

-羧基。該激素由下丘腦分泌，其功效是促進(jìn)腺垂體分泌促甲狀腺素。

神經(jīng)肽是在神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程中起著信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用一類(lèi)寡肽或多肽。如腦啡肽(五肽)、

-內(nèi)啡肽(三十一肽)和強(qiáng)啡肽等。因?yàn)樗鼈兣c中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生痛覺(jué)抑制有親密關(guān)系，故常見(jiàn)于臨床鎮(zhèn)痛治療。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第22頁(yè)

二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基組成及其排列次序稱為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)。從化學(xué)本質(zhì)上講，是指蛋白質(zhì)中氨基酸間共價(jià)連接與次序。各種蛋白質(zhì)所含氨基酸數(shù)目不一樣、氨基酸組成和各種氨基酸百分比也不相同，所以生物界中各種蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是千差萬(wàn)別。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是由遺傳基因決定，不一樣生物有不一樣基因組成，編碼各自蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出生物性狀和功效是不相同。從生物進(jìn)化角度看，全部生物都是同源。所以，存在于不一樣種類(lèi)生物體內(nèi)同種蛋白質(zhì)其一級(jí)結(jié)構(gòu)必定存在相同之處．而且生物親緣關(guān)系越近，其蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)就越相同。比如，從單細(xì)胞真核生物酵母到植物、低等動(dòng)物、高等動(dòng)物乃至人類(lèi)，都存在一個(gè)在體內(nèi)起電子傳遞作用蛋白質(zhì)——細(xì)胞色素c，然而，將酵母和人細(xì)胞色素c一級(jí)結(jié)構(gòu)作比較，在全部氨基酸殘基中只有35個(gè)是相目標(biāo)。而人與猴比較，二者僅差1個(gè)氨基酸殘基。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第23頁(yè)以胰島素為例說(shuō)明蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)。胰島素是第一個(gè)被說(shuō)明一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，是1953年被Sanger提出，并所以于1958年被授予獲諾貝爾獎(jiǎng)，牛胰島素是我國(guó)科學(xué)家1965年完成第一個(gè)人工合整天然蛋白質(zhì)。它由51個(gè)氨基酸組成，分子量5734，A和B兩條肽鏈經(jīng)過(guò)兩對(duì)二硫鍵連接起來(lái)，A鏈中有21個(gè)氨基酸，B鏈中有30個(gè)氨基酸，A鏈本身6位和11位上兩個(gè)半胱氨酸經(jīng)過(guò)二硫鍵相連形成鏈內(nèi)小環(huán)。牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)以下：FrederickSanger蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第24頁(yè)三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)又稱高級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在空間排列分布和肽鏈走向．蛋白質(zhì)分子多肽鏈并不是線形伸展，而是按一定方式折疊盤(pán)繞成特有空間結(jié)構(gòu)，通常稱為蛋白質(zhì)構(gòu)象，依據(jù)折疊程度不一樣可細(xì)分為蛋白質(zhì)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)；而蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)是蛋白質(zhì)構(gòu)型。（一）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽主鏈本身折疊和盤(pán)旋在空間形成構(gòu)象，它不包括側(cè)鏈構(gòu)象。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第25頁(yè)蛋白質(zhì)肽鏈骨架重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是肽鍵，其中單鍵、雙鍵誘導(dǎo)特點(diǎn)是：C-N單鍵含有約40％雙鍵性質(zhì)即不能沿C-N鍵自由旋轉(zhuǎn)，鍵長(zhǎng)不一樣于普通單鍵；C＝O雙鍵約有40％單鍵性質(zhì)，即比普通雙鍵長(zhǎng)，肽鍵亞氨基-NH-在pH值為0-14范圍內(nèi)，沒(méi)有顯著解離和質(zhì)子化傾向；肽健中四個(gè)原子和它相鄰兩個(gè)α-碳原子都處于同一平面上，此剛性結(jié)構(gòu)平面稱肽平面或酰胺平面，其中H和O原子處于C-N鍵兩側(cè)形成反式，與C-N相連N-Cα和C-Cα鍵都能夠旋轉(zhuǎn)。以下式所表示：圖肽鍵連接方式（圖示鍵長(zhǎng)和鍵角）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第26頁(yè)蛋白質(zhì)多肽鏈中有很多酰胺鍵平面，其所處方位不一樣就會(huì)派生出很多可能構(gòu)象。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)中肽單元?jiǎng)傂云矫娼Y(jié)構(gòu)特征，以及氨基酸側(cè)鏈影響，實(shí)際上在溫度和pH值正常生物學(xué)條件下，一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈僅有1個(gè)(或非常少)構(gòu)象，這就是含有生物活性天然構(gòu)象，這說(shuō)明天然蛋白質(zhì)主鏈中單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，天然構(gòu)象相當(dāng)穩(wěn)定。圖圍繞多肽鏈單鍵發(fā)生有限旋轉(zhuǎn)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第27頁(yè)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)包含α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、自由回轉(zhuǎn)。1.-螺旋

-螺旋是指多肽鏈主鏈骨架?chē)@螺旋中心軸一圈一圈地上升而形成螺旋式構(gòu)象，螺旋構(gòu)象依靠氫鍵來(lái)維持。其特征有：①螺旋體中每隔3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈；螺距即螺旋沿中心軸每上升一圈相當(dāng)于向上平移0.54nm,每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升高度0.15nm;螺旋上升時(shí)，每個(gè)氨基酸殘基沿軸螺旋100°；螺旋體表觀直徑約為0.6nm（見(jiàn)圖3-5所表示）。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第28頁(yè)②氨基酸殘基側(cè)鏈伸向螺旋體外側(cè)，其形狀大小及電荷影響到螺旋穩(wěn)定性；相鄰螺旋之間形成鏈內(nèi)氫鍵，由每個(gè)肽單元亞氨基強(qiáng)電負(fù)性N原子上H和它后面第四個(gè)肽單元(間隔3個(gè)氨基酸殘基)羰基上O之間所形成，既全部主鏈上CO和NH都結(jié)成氫鍵；氫鍵取向幾乎與中心軸平行。Α-螺旋體結(jié)構(gòu)允許全部肽鍵都能參加鏈內(nèi)氫鍵形成，所以α-螺旋構(gòu)象是相當(dāng)穩(wěn)定。圖α－螺旋示意圖(A－示螺旋體，B－示氫鍵生成和走向)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第29頁(yè)α-螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與其氨基酸組成和排列次序直接相關(guān)，若多肽鏈上連續(xù)存在酸性或堿性氨基酸殘基，因?yàn)橥噪姾上喑舛柚箽滏I形成，則螺旋構(gòu)象就不穩(wěn)定。若這些氨基酸殘基分散存在，螺旋體穩(wěn)定性則大大提升；若多肽鏈中有脯氨酸或羥脯氨酸存在時(shí)，螺旋就無(wú)法形成，產(chǎn)生一個(gè)“結(jié)節(jié)”，這是因?yàn)楦彼帷獊啺被螲原子參加肽鍵形成后，再?zèng)]有多出H原子形成氫鍵，且N原子位于吡咯環(huán)中，Cα-N單鍵不能旋轉(zhuǎn)，所以在多肽鏈有脯氨酸殘基時(shí)，肽鏈就拐彎不再形成α-螺旋。假如側(cè)鏈R基較大（如異亮、苯丙、色氨酸等）氨基酸殘基在多肽鏈上集中分布，會(huì)因空間位阻而不利于α-螺旋形成。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第30頁(yè)α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋兩種，天然蛋白質(zhì)α-螺旋絕大多數(shù)都是右手螺旋，即從R-CH-NH-端作起點(diǎn)，圍繞著螺旋軸心向右盤(pán)旋。左手螺旋不如右手螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因?yàn)樵谧笫枝?螺旋中L-氨基酸側(cè)鏈第一個(gè)C原子過(guò)分靠近羧基上氧原子，并同位于內(nèi)側(cè)，分子阻力大，能量較高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，α-右手螺旋就沒(méi)有此問(wèn)題存在。

-螺旋是蛋白質(zhì)多肽鏈一個(gè)主要結(jié)構(gòu)，不但纖維狀蛋白（如毛、發(fā)、爪、蹄、羽毛、甲殼、指甲等）中有，在球狀蛋白（如血紅蛋白）中也有，只是多寡而已。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第31頁(yè)2β-折疊在這種結(jié)構(gòu)中，多肽鏈按一定軸向呈鋸齒狀伸展?fàn)顟B(tài)，相鄰兩個(gè)氨基酸殘基軸向距離為0.35nm，軸同一側(cè)兩個(gè)相鄰肽鍵距離是0.7nm。兩條和多條肽鏈（也能夠是同一條肽鏈不一樣片段）按層排列，相鄰肽鏈上羰基和氨基形成氫鍵，氫鍵幾乎垂至于中心軸。相鄰氨基酸側(cè)鏈R基團(tuán)膠體分布于片層下方和上方并與片層垂直（如圖）維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第32頁(yè)圖

折疊中肽鍵平面、氫鍵和側(cè)鏈走向蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第33頁(yè)相鄰肽鏈能夠是平行，也能夠是反平行。所謂平行，即全部肽鏈N-末端都在同一端，是同方向，如β-角蛋白。反平行折疊就是兩條肽鏈N端一正一反地排列著，絲心蛋白就屬于這一類(lèi)型。從能量角度看，反平行式結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。若氨基酸R基體積較大并帶有同種電荷，則不易形成β-折疊。這種結(jié)構(gòu)除了纖維狀蛋白質(zhì)中有，也存在于球狀蛋白質(zhì)中。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第34頁(yè)3β-轉(zhuǎn)角

也叫U形轉(zhuǎn)折、鏈回轉(zhuǎn)、發(fā)夾結(jié)構(gòu)等。蛋白質(zhì)分子中肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180°回折，這就是β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)中第一個(gè)氨基酸殘基上氨基氫和羰基氧，分別與第四個(gè)氨基酸殘基上羰基氧和氨基氫形成氫鍵，產(chǎn)生一個(gè)很不穩(wěn)定環(huán)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)前發(fā)覺(jué)β-轉(zhuǎn)角多數(shù)處于球狀蛋白分子表面，在這些位置改變多肽鏈方向阻力較小。而且形成β-轉(zhuǎn)角后，少許疏水側(cè)鏈R基位于蛋白分子內(nèi)部形成疏水區(qū)，極性側(cè)鏈R基暴露在蛋白分子表面形成親水區(qū)。在球狀蛋白分子中，參加形成β-轉(zhuǎn)角氨基酸總數(shù)約占全部氨基酸四分之一。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第35頁(yè)4無(wú)規(guī)則卷曲也叫無(wú)規(guī)構(gòu)象、無(wú)規(guī)線團(tuán)等，指沒(méi)有規(guī)則那個(gè)別肽鏈構(gòu)象。酶功效部位常在這種構(gòu)象區(qū)域中，所以倍受關(guān)注。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第36頁(yè)

超二級(jí)結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中，尤其是球狀蛋白質(zhì)中常看到若干相鄰二級(jí)結(jié)構(gòu)組合在一起，相互作用，形成有規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，稱超二級(jí)結(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)到三級(jí)結(jié)構(gòu)組織層次上一個(gè)過(guò)渡構(gòu)象層次，雖高于二級(jí)結(jié)構(gòu)，但還沒(méi)有組成完整結(jié)構(gòu)域。超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)組合形式有幾個(gè)，如

、

、

。

是兩或三股右手

-螺旋彼此纏繞而形成左手超螺旋，因?yàn)槌砬Y(jié)果，

-螺旋出現(xiàn)偏差，每圈螺旋為3.5個(gè)殘基，螺旋之間相互作用是由非極性側(cè)鏈裝配而控制向著超螺旋內(nèi)部，躲開(kāi)與水接觸，極性側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子表面。這是

-角蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白及纖維蛋白原中一個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第37頁(yè)

是由二段平行

-折疊和一段連接鏈組成，連接鏈可是

-螺旋或無(wú)規(guī)則卷曲。此種最常見(jiàn)組合是由三段平行

-折疊和二段

-螺旋組成。

形式

-波折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二種，前者是一條肽鏈連續(xù)而又相鄰三條反平行

-折疊經(jīng)過(guò)緊湊

-轉(zhuǎn)角連接而成結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗瑲滏I數(shù)與

-螺旋相近，這種結(jié)構(gòu)廣泛而穩(wěn)定地存在。后者也是反平行

-折疊由

-轉(zhuǎn)角相連，結(jié)構(gòu)與希臘式鑰匙花紋相近。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第38頁(yè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第39頁(yè)

在許多蛋白質(zhì)分子中，存在著2～3個(gè)空間上相互靠近且含有二級(jí)結(jié)構(gòu)肽段，它們形成一個(gè)含有特殊功效空間結(jié)構(gòu)，被稱為模體或基序(motif)。模體是含有特殊功效超二級(jí)結(jié)構(gòu)。模體氨基酸序列都含有一些特征，發(fā)揮特殊功效。在許多鈣結(jié)合蛋白中通常有一個(gè)結(jié)合鈣離子模體，它由

-螺旋―環(huán)―-螺旋三個(gè)肽段組成(圖a)，在環(huán)中有幾個(gè)恒定親水側(cè)鏈，側(cè)鏈末端氧原子經(jīng)過(guò)氫鍵而結(jié)合鈣離子。多年發(fā)覺(jué)鋅指結(jié)構(gòu)(zincfinger)也是一個(gè)常見(jiàn)模體例子。此模體由一個(gè)

-螺旋和兩個(gè)反平行

-折疊三個(gè)肽段組成(圖b)，形似手指，含有結(jié)合鋅離子功效。此模體N端有一對(duì)半胱氨酸殘基，C端有一對(duì)組氨酸殘基，此四個(gè)殘基在空間上形成一個(gè)洞穴，恰好容納一個(gè)Zn2+。因?yàn)閆n2+可穩(wěn)固模體中

-螺旋結(jié)構(gòu)，致使此

-螺旋能鑲嵌于DNA大溝中，所以含鋅指結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)都能與DNA或RNA結(jié)合?？梢?jiàn)模體特征性空間構(gòu)象是其特殊功效結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。有些蛋白質(zhì)模體僅有幾個(gè)氨基酸殘基組成，比如纖連蛋白中能與其受體結(jié)合肽段，只是RGD三肽。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第40頁(yè)（二）蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域

蛋白質(zhì)分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上深入卷波折疊，組成一個(gè)含有特定空間構(gòu)象蛋白質(zhì)分子。這種由α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角等二級(jí)結(jié)構(gòu)之間相互配置而成構(gòu)象稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)，它也是指多肽鏈中全部原子或基團(tuán)空間排列。圖蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)組裝和結(jié)構(gòu)域（a）蚯蚓血紅蛋白結(jié)構(gòu)域，（b）免疫球蛋白VL結(jié)構(gòu)域，（c）丙糖磷酸異構(gòu)酶，（d）羧肽酶。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第41頁(yè)結(jié)構(gòu)域，也是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象中一個(gè)層次。多肽鏈?zhǔn)紫仍谝恍﹨^(qū)域形成有規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)，然后，相鄰二級(jí)結(jié)構(gòu)片段集裝在一起形成超二級(jí)結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，多肽鏈折疊成近乎球狀三級(jí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于較大蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往以超二級(jí)結(jié)構(gòu)為單元組成兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立三維區(qū)域而形成三級(jí)結(jié)構(gòu)，這種相對(duì)獨(dú)立三維區(qū)域就稱結(jié)構(gòu)域。對(duì)于那些較小蛋白質(zhì)分子或亞基來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，也就是說(shuō)這些蛋白質(zhì)是單結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第42頁(yè)結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)基礎(chǔ)功效單位，含有生物活性蛋白質(zhì)空間構(gòu)象形成實(shí)質(zhì)上是特定結(jié)構(gòu)域形成過(guò)程，多肽鏈折疊最終一步是結(jié)構(gòu)域締合。從結(jié)構(gòu)形成角度看，一條長(zhǎng)多肽鏈，先分別拆疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立區(qū)域，再締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)要比整條多肽鏈直接折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)上是更為合理路徑。從功效角度看，含有多結(jié)構(gòu)域酶其活性中心都位于結(jié)構(gòu)域之間。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)域輕易構(gòu)建含有特定三維構(gòu)象活性中心。結(jié)構(gòu)域與結(jié)構(gòu)域之間經(jīng)常有一段肽鏈相連形成所謂“鉸鏈區(qū)”，使結(jié)構(gòu)域能夠發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)域之間這種特征有利于活性中心與底物結(jié)合，也有利于別構(gòu)中心結(jié)合調(diào)整物和發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第43頁(yè)

肌紅蛋白就是最早研究三級(jí)結(jié)構(gòu)一個(gè)很好例子。肌紅蛋白是哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)氧、運(yùn)輸氧蛋白質(zhì)，在鯨、海豚、海豹等潛水動(dòng)物肌肉中肌紅蛋白含量尤其豐富，所以這些動(dòng)物能長(zhǎng)時(shí)間潛在水下。

1963年Kendrew等用X-射線衍射技術(shù)對(duì)抹香鯨(spermwhale)肌紅蛋白空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。肌紅蛋白是由153個(gè)氨基酸殘基組成一條多肽鏈，含有一個(gè)血紅素輔基，分子量為l7,800。整個(gè)肽鏈盤(pán)繞成一個(gè)外圓中空不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，共折疊成8段長(zhǎng)度不等α-螺旋體，分別命名為A、B、…H等，分子中80％氨基酸殘基處于螺旋區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)非螺旋區(qū)肽段為NA、AB、……HC等（其中N表示-NH2末端，C表示-COOH末端）。段間拐角處都有一段渙散肽鏈，在C-末端也有渙散肽鏈。有4個(gè)脯氨酸殘基以及異亮氨酸、絲氨酸都存在于拐角處。分子內(nèi)部只有一個(gè)適于包涵四個(gè)水分子空間。含有極性基團(tuán)側(cè)鏈氨基酸殘基幾乎全個(gè)別布在分子表面，而非極性殘基則被埋在分子內(nèi)部，不與水接觸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第44頁(yè)圖肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖（依據(jù)0.2nm分辨率X-射線衍射資料分析所得）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第45頁(yè)

血紅素輔基垂直地伸出在分子表面，并經(jīng)過(guò)肽鏈上組氨酸殘基與肌紅蛋白分子內(nèi)部相連。卟啉環(huán)中心亞鐵原子有六個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與平面卟啉N結(jié)合，第五個(gè)與卟啉面垂直且與多肽鏈第93位上組氨酸（His）咪唑環(huán)N結(jié)合，第6個(gè)處于開(kāi)放狀態(tài)，用作O2結(jié)合部位。血紅素與蛋白質(zhì)結(jié)合后能進(jìn)行可逆氧合作用，其二價(jià)鐵不發(fā)生價(jià)態(tài)改變。血紅素中鐵假如處于水環(huán)境中很輕易被氧化成三價(jià)鐵，并所以失去氧合能力。一氧化碳能與氧競(jìng)爭(zhēng)血紅素中那個(gè)開(kāi)放配位鍵，且CO結(jié)合能力比O2結(jié)合能力大200倍左右，CO中毒時(shí)肌紅蛋白運(yùn)輸氧功效喪失。（三）蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)很多蛋白質(zhì)分子是由二條或二條以上含有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈組成，這些多肽鏈之間無(wú)共價(jià)鍵聯(lián)絡(luò)，而是借助次級(jí)鍵彼此締合在一起，形成有特定構(gòu)象更大分子，稱蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)。其中每條多肽鏈形成獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)單元稱為亞基或亞單位。有亞基由二條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈相互間以二硫鍵相連。亞基也稱為單體。由二、三或多個(gè)亞基組成稱為二、三或多聚體蛋白質(zhì)，它們可統(tǒng)稱為寡聚蛋白質(zhì)。亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物活性，只有聚合成四級(jí)結(jié)構(gòu)才含有完整生物活性。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第46頁(yè)

血紅蛋白就是一個(gè)經(jīng)典例子。血紅蛋白是由兩條相同α-鏈和兩條β-鏈組成（注:這里α、β與前面α螺旋和β折疊含義不一樣），是一個(gè)含有兩種不一樣亞基四聚體。α-鏈由141個(gè)氨基酸組成，β-鏈由146個(gè)氨基酸組成，各自都有一定排列次序。α-鏈和β-鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)差異較大，但它們?nèi)?jí)結(jié)構(gòu)卻大致相同，并和肌紅蛋白極相同。其疏水側(cè)鏈多位于分子內(nèi)部，極性基團(tuán)暴露在分子表面。分子中四條鏈各自折疊卷曲成三級(jí)結(jié)構(gòu)后，再經(jīng)過(guò)分子表面一些次級(jí)鍵(主要是鹽鍵和氫鍵)結(jié)合而聯(lián)絡(luò)在一起，相互凹凸相嵌排列，形成一個(gè)四聚體功效單位，如圖。

其中每個(gè)α鏈與每個(gè)β鏈接觸，而兩個(gè)α鏈或兩個(gè)β鏈之間卻極少有相互作用。整個(gè)血紅蛋白分子靠近于一個(gè)球體，直徑5.5nm。每一個(gè)亞基含有一個(gè)血紅素輔基，它位于分子表面空穴里。4個(gè)氧結(jié)合部位彼此保持一定距離，兩個(gè)最近鐵原子之間距離為2.5nm。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第47頁(yè)圖血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第48頁(yè)

纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)構(gòu)象是指外形呈纖維狀或細(xì)棒狀一類(lèi)蛋白質(zhì)，廣泛地分布于脊椎和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)，是動(dòng)物體基礎(chǔ)支架和外保護(hù)成份，也稱為結(jié)構(gòu)蛋白，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量二分之一以上。這類(lèi)蛋白質(zhì)普通都有以下特征：不溶于水；在一定程度內(nèi)伸長(zhǎng)后還能恢復(fù)；不被普通蛋白酶水解；氨基酸組成不一樣于球蛋白。依據(jù)肽鏈構(gòu)象不一樣，又分為：α-角蛋白組(α-螺旋型)、絲心蛋白組(β-折疊型)和膠原組(三股螺旋型)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第49頁(yè)aα-角蛋白組（α-螺旋型）包含α-角蛋白、肌球蛋白、表皮和纖維蛋白原等。其共同點(diǎn)是都有α-螺旋結(jié)構(gòu)。α-角蛋白存在于動(dòng)物毛、發(fā)、鱗、爪、蹄、羽毛、甲殼和角甲中。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第50頁(yè)毛發(fā)纖維是經(jīng)典角蛋白，它疏水性氨基酸和半胱氨酸含量較高，半胱氨酸達(dá)11％，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單位是右手α-螺旋。3股α-螺旋相互纏繞，經(jīng)過(guò)二硫鍵連在一起，形成一繩狀直徑約2nm左手超螺旋，這種超螺旋又稱原纖維。原纖維按“9+2”電纜式排列，形成直徑約8nm微纖維。微纖維包埋于含硫很高無(wú)定形基質(zhì)中。成百根微纖維結(jié)合成一不規(guī)則直徑約200nm巨纖維。一根毛發(fā)周?chē)且粚喻[狀細(xì)胞，中間為皮層細(xì)胞，在這些細(xì)胞中，巨纖維沿軸向排列形成羊毛纖維（圖）。毛發(fā)性能就取決于α-螺旋結(jié)構(gòu)以及這么組織方式。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第51頁(yè)b絲心蛋白組（β-折疊型）絲心蛋白存在于蠶絲和蜘蛛絲中，是一個(gè)β-角蛋白，其中甘、丙、絲氨酸含量高達(dá)87％。其一級(jí)結(jié)構(gòu)含有-(Gly－Ser—Gly－A1a—Gly－Ala)n重復(fù)結(jié)構(gòu)，全部甘氨酸位于折疊片平面一側(cè)，絲、丙等氨基酸在平面另一側(cè)。絲心蛋白含有經(jīng)典反平行β-折疊片層結(jié)構(gòu)，鏈間主要以氫鍵連接；因?yàn)椴缓腚装被釟埢?，片層之間靠范德華引力維系。因?yàn)棣?折疊片層結(jié)構(gòu)存在，絲心蛋白有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟特征，但不能拉伸。絲蛋白分子還有一些大側(cè)鏈氨基酸殘基如酪、纈、脯氨酸等，由它們組成區(qū)域是無(wú)規(guī)則非晶區(qū)。分子中有序晶狀區(qū)和無(wú)序非晶狀區(qū)交交替出現(xiàn)，因?yàn)闊o(wú)序區(qū)而使絲心蛋白有一定伸長(zhǎng)度（如圖）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第52頁(yè)圖絲心蛋白氨基酸殘基堆積形式（a-丙氨酸；g-甘氨酸）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第53頁(yè)C膠原蛋白組

膠原蛋白廣泛地存于各種動(dòng)物體內(nèi)，占機(jī)體總蛋白25％-30％，是皮膚、軟骨、動(dòng)脈管壁以及結(jié)締組織成份。其甘(33％)、脯(12％)、羥脯氨酸(9％)含量尤其高。膠原蛋白分子在體內(nèi)以膠原纖維形式存在。其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單位是分子量為360KDa原膠原蛋白分子。原膠原蛋白分子是直徑1.4nm、長(zhǎng)280nm棒狀物。由3條多肽鏈組成，每條多肽鏈含有約l000個(gè)氨基酸殘基，分子量約120KDa。每條多肽鏈略微向左扭成左手螺旋，3條多肽鏈相互絞合成右手大螺旋，也叫超螺旋。在此螺旋中，肽鏈之間靠氫鍵聯(lián)絡(luò)，氫鍵垂直于纖維軸。原膠原蛋白分子頭尾相連并排成束，形成膠原纖維。不過(guò)頭尾連接處是錯(cuò)開(kāi)(圖)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第54頁(yè)圖膠原蛋白分子結(jié)構(gòu)示意圖蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第55頁(yè)伴隨年紀(jì)增加，在原膠原三螺旋內(nèi)和三螺旋之間共價(jià)交聯(lián)鍵形成得越來(lái)越多，所以使得結(jié)締組織中膠原纖維越來(lái)越硬而脆，結(jié)果改變了肌腰，韌帶、軟骨機(jī)械性能，使骨頭變脆，眼球角膜透明度減小。膠原在水中煮沸時(shí)，變成一個(gè)混合多肽，即明膠。明膠作為添加劑廣泛應(yīng)用于糖果、冰淇淋等食品生產(chǎn)中，也用于藥品膠囊、膠片等。膠原蛋白不易被普通蛋白酶水解，但能被動(dòng)物膠原酶斷裂。斷裂碎片自動(dòng)變性，可被普通蛋白酶水解。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第56頁(yè)維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定除二硫鍵屬共價(jià)鍵外，其余是非共價(jià)鍵，屬次級(jí)鍵。a二硫鍵是由兩個(gè)半胱氨酸殘基中巰基氧化共價(jià)連接在一起而形成，它對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)很主要。試驗(yàn)證實(shí)，一些二硫鍵是生物活性所必需，這些二硫鍵被還原后，將引發(fā)蛋白質(zhì)天然構(gòu)象改變和生物活性喪失。b氫鍵是H原子同電負(fù)性大原子形成吸引作用力，雖在次級(jí)鍵中鍵能較小，但在蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子之間有大量存在。大多數(shù)蛋白質(zhì)所采取折疊策略是使主鏈內(nèi)形成最大數(shù)目標(biāo)分子內(nèi)氫鍵（如α-螺旋和β-折疊），與此同時(shí)，保持大個(gè)別能成氫鍵側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子表面與水作用。所以氫鍵對(duì)維持蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很主要。在側(cè)鏈間或主鏈骨架間生成氫鍵是維持蛋白質(zhì)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)所需。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第57頁(yè)c鹽鍵 是由正、負(fù)離子之間靜電引力所形成化學(xué)鍵。蛋白質(zhì)分子中，有可帶正、負(fù)電荷基團(tuán)如羧基、氨基、咪唑基等，在空間結(jié)構(gòu)和環(huán)境適宜情況下，就能夠形成離子鍵。高濃度鹽、過(guò)高或過(guò)低pH值，能夠破壞蛋白質(zhì)構(gòu)象中離子鍵。d疏水作用力在水溶液中，蛋白質(zhì)非極性氨基酸殘基側(cè)鏈彼此緊密靠近形成一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)，藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部以避開(kāi)與水接觸。這種作用叫疏水鍵。疏水基團(tuán)聚集本身是有序化過(guò)程（熵減），若破壞這種聚集結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)分子展開(kāi)并與水分子充分接觸，就需要外界提供能量。所以，疏水相互作用是維持蛋白質(zhì)三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要原因。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第58頁(yè)e范德華力范德華力其實(shí)質(zhì)是靜電引力，包含：①定向力發(fā)生在極性分子(或基團(tuán))與極性分子(或基團(tuán))之間，因含有偶極而相互吸引。②誘導(dǎo)力是指極性分子(或基團(tuán))偶極與非極性分子(或基團(tuán))誘導(dǎo)偶極之間相互吸引。③分散力指非極性分子(或基團(tuán))瞬時(shí)偶極之間相互吸引。這是大多數(shù)情況下起主要作用范德華力。范德華力是很弱作用力，它們共同點(diǎn)是：引力與距離6次方倒數(shù)成正比。但當(dāng)上述兩基團(tuán)靠得很近時(shí)，電子云之間斥力就增大，使二者不能碰撞。范德華作用力數(shù)量很大，是維持蛋白質(zhì)三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)中不可忽略力量。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第59頁(yè)f配位鍵是指兩個(gè)原子之間，由單方提供電子對(duì)所形成共價(jià)鍵。不少蛋白質(zhì)含有金屬離子(如血紅蛋白)，金屬離子往往以配位鍵同蛋白質(zhì)連接，并可經(jīng)過(guò)配位鍵參加維持蛋白質(zhì)三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)用螯合劑從蛋白質(zhì)中除去金屬離子時(shí)，蛋白質(zhì)分子便解離成亞單位或三級(jí)結(jié)構(gòu)也遭到局部破壞，蛋白質(zhì)分子喪失生物活性。維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象各種作用力可用圖3-14形式表示。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第60頁(yè)圖維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象各種作用力

a-離子鍵；b-氫鍵；c-疏水鍵；d-范德華力；e-二硫鍵；f-酯鍵。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第61頁(yè)第三節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系一蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與高級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)是由其一級(jí)結(jié)構(gòu)決定。也就是說(shuō)，有什么樣氨基酸排列次序，就有什么樣構(gòu)象。核糖核酸酶中二硫鍵還原和氧化引發(fā)酶活性改變就是一個(gè)顯著例子。核糖核酸酶由一條多肽鏈組成，含有124個(gè)氨基酸殘基，有4對(duì)二硫鍵。在8M尿素存在下，用大量β—巰基乙醇處理，4對(duì)二硫鍵全部被還原成巰基，酶活力全部喪失。不過(guò)將還原劑與變性劑透析除去以后，酶活力可逐步恢復(fù)，活力水平靠近于天然酶，且復(fù)原后酶理化性質(zhì)與天然酶性質(zhì)完全一樣。值得注意是，在復(fù)性過(guò)程中，肽鏈8個(gè)巰基借空氣中氧重新氧化成4個(gè)二硫鍵時(shí)，它們配對(duì)完全與天然分子中相同，準(zhǔn)確無(wú)誤。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第62頁(yè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第63頁(yè)幾率計(jì)算表明，在隨機(jī)重組情況下，8個(gè)巰基形成4個(gè)二硫鍵時(shí)，共有105種不一樣方式。然而走向隨機(jī)渙散核糖核酸酶肽鏈，在復(fù)性過(guò)程中，卻只選擇其中一個(gè)方式。說(shuō)明了核糖核酸酶肽鏈上氨基酸次序(即一級(jí)結(jié)構(gòu))控制著肽鏈本身折疊盤(pán)繞成特定天然構(gòu)象方式，并由此確定了二硫鍵正確位置（圖）。一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，環(huán)境條件是主要。只有在特定條件下，才能產(chǎn)生特定高級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第64頁(yè)

圖

核糖核酸酶（RNase）變性和復(fù)性示意圖

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第65頁(yè)二蛋白質(zhì)分子一級(jí)結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)不一樣，生物功效各異不一樣蛋白質(zhì)或多肽有時(shí)僅只是一級(jí)結(jié)構(gòu)上微小差異，表現(xiàn)出生物學(xué)功效就不一樣。催產(chǎn)素與加壓素都是下丘腦神經(jīng)細(xì)胞合成9肽激素，結(jié)構(gòu)十分相近，僅第3與8位兩個(gè)氨基酸不一樣，催產(chǎn)素是異亮與亮氨酸殘基，加壓素是苯丙與精氨酸殘基，生理功效卻有根本區(qū)分，催產(chǎn)素刺激平滑肌引發(fā)子宮收縮，起催產(chǎn)功效；加壓素促進(jìn)血管收縮，升高血壓，促進(jìn)腎小管重吸收水。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第66頁(yè)催產(chǎn)素結(jié)構(gòu)式加壓素結(jié)構(gòu)式蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第67頁(yè)（二）種屬差異生物體內(nèi)不一樣物種中執(zhí)行同一功效蛋白質(zhì)含有一定差異，即蛋白質(zhì)種屬差異，胰島素就是經(jīng)典例子。哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)胰島素均由51個(gè)氨基酸組成，但它們A鏈中第8、9、10位和B鏈第30位氨基酸殘基有差異，這些部位氨基酸改變并不影響胰島素生物活性，或者說(shuō)這些氨基酸殘基對(duì)胰島素生物活性并不其決定性作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第68頁(yè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第69頁(yè)胰島素功效發(fā)揮需要適當(dāng)空間構(gòu)象，與受體結(jié)合氨基酸位于胰島素分子表面。胰島素分子表面由兩個(gè)別組成，一是含有相當(dāng)面積疏水區(qū)，另一是分散于疏水區(qū)周?chē)恍y帶電荷或極性基團(tuán)。疏水區(qū)是這個(gè)表面主題，其中芳香環(huán)十分主要，它們除疏水相互作用外，可識(shí)別受體、在結(jié)合過(guò)程中或結(jié)合后誘發(fā)受體分子構(gòu)象改變等，其它基團(tuán)或主鏈個(gè)別變換只要這個(gè)疏水表面仍能維持1.5nm2左右，則不會(huì)過(guò)于嚴(yán)重影響胰島素分子受體相互作用。（三）分子病因?yàn)镈NA分子結(jié)構(gòu)基因突變，而合成了失去正常功效異常蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生先天性疾病，這種病稱為分子病(也稱遺傳性疾病)。在非洲人中流行著一個(gè)鐮刀形紅細(xì)胞貧血病，就是經(jīng)典分子病。

患者紅細(xì)胞中血紅蛋白（HbA）是異常血紅蛋白(HbS)，它一級(jí)結(jié)構(gòu)只是β-鏈第6位氨基酸殘基不一樣，在HbA中是谷氨酸，在HbS中是纈氨酸。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第70頁(yè)從空間結(jié)構(gòu)看，β-鏈第6位氨基酸殘基在Hb分子表面。這種結(jié)構(gòu)上改變，即使不影響單位HbS分子載氧功效。不過(guò)，紅細(xì)胞中HbS在濃度很高情況下，卻促進(jìn)了HbS分子之間相互作用，使HbS分子一個(gè)接一個(gè)地線性凝集，產(chǎn)生溶解度較低線性凝聚物，從而造成紅細(xì)胞變成鐮刀狀和易于破裂?；颊咭装l(fā)生溶血現(xiàn)象，引發(fā)頭昏、胸悶等貧血癥狀，嚴(yán)重者能夠引發(fā)死亡。研究發(fā)覺(jué)，血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)基團(tuán)上遺傳密碼發(fā)生突變所造成。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第71頁(yè)三、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功效關(guān)系蛋白質(zhì)分子含有特定空間構(gòu)象是表現(xiàn)其生物學(xué)功效所必需，若空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，則生物學(xué)功效喪失，如蛋白質(zhì)變性。以無(wú)活性形式存在一些蛋白質(zhì)，在一定條件下才轉(zhuǎn)變?yōu)榫咛囟臻g結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)而表現(xiàn)出生物活性，如酶原激活，凝血酶和凝血因子活化等。一些蛋白質(zhì)尤其是含有亞基蛋白質(zhì)，它們功效往往是經(jīng)過(guò)構(gòu)象改變來(lái)調(diào)整，如血紅蛋白構(gòu)象改變與氧結(jié)合能力表現(xiàn)出別構(gòu)效應(yīng)。由多個(gè)亞基組成蛋白質(zhì)因一個(gè)亞基構(gòu)象改變引發(fā)其它亞基構(gòu)象改變并進(jìn)而改變蛋白活性現(xiàn)象，稱為別構(gòu)現(xiàn)象或別構(gòu)效應(yīng)（或變構(gòu)效應(yīng)），含有這種效應(yīng)蛋白質(zhì)叫別構(gòu)蛋白。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第72頁(yè)

血紅蛋白是動(dòng)物和人體內(nèi)運(yùn)輸氧球狀蛋白質(zhì)，整個(gè)分子是由4個(gè)亞基組成四聚體。成年人血紅蛋白主要是HbA，分子中含2個(gè)

-亞基和2個(gè)

-亞基，簡(jiǎn)寫(xiě)為

2

2；另一個(gè)成人血紅蛋白是HbA2，由2個(gè)

-亞基和2個(gè)

-亞基組成，記為

2

2；胎兒期血紅蛋白是HbF，記為

2

2。由上可見(jiàn)，不一樣發(fā)育時(shí)期血紅蛋白都由兩種亞基組成，且都存在

-亞基，所不一樣是另一個(gè)亞基，這是由血紅蛋白基因表示調(diào)控決定。

血紅蛋白在未與氧結(jié)合時(shí)，Hb

1／

1和

2／

2呈對(duì)角排列，結(jié)構(gòu)較為緊密，此時(shí)構(gòu)象稱為擔(dān)心態(tài)(tensestate)構(gòu)象或稱T態(tài)構(gòu)象(圖)，每個(gè)亞基對(duì)氧親和力都很低，二者不易合。當(dāng)血紅蛋白在氧分壓高肺泡中與氧結(jié)合時(shí)，因?yàn)檠t素中Fe2+與O2結(jié)合后半徑變小，進(jìn)人卟啉環(huán)中間小孔(圖)，使之經(jīng)過(guò)F8位組氨酸殘基而牽動(dòng)了它所在肽段，從而影響了亞基與亞基之間相互作用，個(gè)別鹽鍵斷裂，造成亞基間聚合變得疏松。此時(shí)Hb分子構(gòu)象稱為松弛態(tài)(relaxedstate)構(gòu)象，或稱R態(tài)構(gòu)象。Hb分子只要有1個(gè)亞基與氧結(jié)合就會(huì)使其構(gòu)象發(fā)生連續(xù)改變，愈加輕易與氧結(jié)合。當(dāng)氧合血紅蛋白(HbO2)在組織中釋出氧后，整個(gè)分子構(gòu)象又恢復(fù)T態(tài)(圖)。正是經(jīng)過(guò)T態(tài)和R態(tài)構(gòu)象互變，Hb分子才能實(shí)現(xiàn)其運(yùn)氧功效。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第73頁(yè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第74頁(yè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第75頁(yè)蛋白質(zhì)分子與一些效應(yīng)劑結(jié)合后，其構(gòu)象發(fā)生改變，功效隨之改變現(xiàn)象，稱為變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)。使Hb分子發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)劑是氧，Hb功效由原來(lái)不易與氧結(jié)合而變得更輕易與氧結(jié)合。蛋白質(zhì)分子中某個(gè)亞基與變構(gòu)效應(yīng)劑結(jié)合后能影響別亞基與效應(yīng)劑結(jié)合現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。若是促進(jìn)者，稱為正協(xié)同效應(yīng)，反之，稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。Hb含有正協(xié)同效應(yīng)，這有利于Hb與氧結(jié)合和運(yùn)氧。研究發(fā)覺(jué)，脫氧血紅蛋白對(duì)氧親和力低于單獨(dú)α-或β-亞單位對(duì)氧親和力，也低于肌紅蛋白對(duì)氧親和力。伴隨氧濃度增加，當(dāng)氧首先與其中一個(gè)亞基α-亞基而不是β-亞基血紅素鐵結(jié)合后，該α-亞基構(gòu)象發(fā)生改變，又會(huì)引發(fā)另外三個(gè)亞基構(gòu)象改變，亞基間次級(jí)鍵被破壞，整個(gè)分子空間構(gòu)象改變，使得全部亞基血紅素鐵更輕易與氧結(jié)合，因而血紅蛋白與氧結(jié)合速度大大加緊。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第76頁(yè)氧合血紅蛋白氧解離曲線呈S型特征，S型曲線上部較為平坦，氧分壓下降時(shí)，氧合蛋白中氧飽和度（Y）下降較小，所以，當(dāng)血液流經(jīng)O2分壓較高肺部時(shí)，即使氧分壓有相當(dāng)大改變，血液Y值也無(wú)多大改變，依然保持較多脫氧血紅蛋白與氧結(jié)合。不過(guò)在S型曲線中段，氧分壓對(duì)蛋白氧飽和度影響較大，這么能夠確保血液在流經(jīng)O2分壓較低組織時(shí)，即使O2分壓有較小改變，氧合血紅蛋白解離卻有顯著增加，從而釋放出更多氧，供給組織需要。

圖血紅蛋白氧合曲線（呈S型）圖中，血液氧飽和度是指血液中氧合血紅蛋白數(shù)量對(duì)血紅蛋白總量百分比。能夠表示為：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第77頁(yè)血紅蛋白與氧結(jié)合還受到環(huán)境中其它原因影響，如H+、CO2和有機(jī)磷酸物等，增加CO2濃度可顯著降低血紅蛋白對(duì)氧親和力，降低pH值也會(huì)促進(jìn)血紅蛋白釋放氧。早在1914年C.Bohr等就發(fā)覺(jué)了這一現(xiàn)象，稱為波爾效應(yīng)。其過(guò)程可表示為：

波爾效應(yīng)含有主要生理意義。當(dāng)血液流經(jīng)組織尤其是代謝快速肌肉時(shí)，因?yàn)檫@里pH值較低，CO2濃度較高，有利于血紅蛋白釋放CO2，使組織比單純氧分壓降低時(shí)取得更多氧，而氧釋放又促進(jìn)血紅蛋白與H＋和CO2結(jié)合，以賠償因?yàn)榻M織呼吸形成CO2所引發(fā)pH值降低。當(dāng)血液流經(jīng)肺部時(shí)，因?yàn)榉闻菅醴謮焊?，有利于血紅蛋白與O2結(jié)合并所以促進(jìn)了H＋和CO2釋放，同時(shí)CO2呼出又有利于氧合血紅蛋白生成。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第78頁(yè)二磷酸甘油酸(DPG)是另一個(gè)影響血紅蛋白氧合進(jìn)程原因。當(dāng)DPG濃度增高，氧對(duì)血紅蛋白親和力降低。這是因?yàn)镈PG與血紅蛋白結(jié)合后，改變了血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)，降低了血紅蛋白氧親和力，但DPG不能與完全氧合血紅蛋白結(jié)合，因?yàn)橥耆鹾涎t蛋白分子中央空穴大小不能容納DPG分子。DPG在人細(xì)胞中摩爾濃度幾乎與血紅蛋白相等。DPG在生理上有相當(dāng)主要作用。假如沒(méi)有DPG，血紅蛋白在較低氧分壓（3.466kPa）下對(duì)氧親和力依然相當(dāng)高(Y＝50％)，當(dāng)血液流經(jīng)毛細(xì)血管時(shí)，只能釋放極少許氧，不能滿足生理活動(dòng)需要。假如有DPG存在，則能增強(qiáng)把氧轉(zhuǎn)移給肌紅蛋白效率。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第79頁(yè)當(dāng)人從平原到高原，幾小時(shí)之內(nèi)，紅細(xì)胞中DPG含量就會(huì)增加。高原地域大氣壓低，肺部氧分壓降低了。因?yàn)镈PG含量增高，血紅蛋白與氧結(jié)合能力也降低。從圖能夠看到，血紅蛋白在組織中釋放氧比肺部結(jié)合氧要多得多。這么便能夠填補(bǔ)因?yàn)榇髿鈮航档投l(fā)供氧不足。假如生長(zhǎng)在高原上人來(lái)到平原，紅細(xì)胞中DPG含量便會(huì)發(fā)生相反改變。這充分反應(yīng)了其生物適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)與功效高度統(tǒng)一性。圖諸原因?qū)ρt蛋白氧合曲線影響上述原因?qū)ρt蛋白氧合曲線影響匯總于圖3-17。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第80頁(yè)四蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化已經(jīng)知道，核酸是遺傳信息攜帶者，而蛋白質(zhì)是遺傳信息表示結(jié)果。生物在長(zhǎng)久進(jìn)化過(guò)程中，遺傳信息攜帶者核酸在不停地受到外界環(huán)境影響，不可逆地發(fā)生改變，即就是基因突變，造成蛋白質(zhì)分子中氨基酸組成出現(xiàn)變異。普通講這些變異發(fā)生在蛋白質(zhì)非“關(guān)鍵”部位，不致影響生物體正常生命活動(dòng)而非致死性，這么才會(huì)使這些變異在生物進(jìn)化過(guò)程中被保留下來(lái)。變異是逐步產(chǎn)生，也是不停積累，變異也可能造成程度不一樣疾病，如遺傳性分子病，但變異也可能產(chǎn)生功效愈加完備蛋白質(zhì)，或者為適應(yīng)新環(huán)境而產(chǎn)生出具新功效蛋白質(zhì)。生命形式進(jìn)化程度越高越復(fù)雜，生物體含有愈加復(fù)雜多樣且更強(qiáng)大功效，擔(dān)負(fù)這些功效蛋白質(zhì)種類(lèi)也會(huì)更多。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第81頁(yè)研究不一樣種屬生物同一個(gè)主要蛋白質(zhì)氨基酸組成差異，可反應(yīng)出它們?cè)谶M(jìn)化上親緣關(guān)系，可從分子水平上為生物進(jìn)化研究提供新有價(jià)值依據(jù)。經(jīng)典例子為細(xì)胞色素C研究。細(xì)胞色素C是線粒體膜上生物氧化系統(tǒng)中電子傳遞體，為單條多肽鏈和血紅素輔基組成結(jié)合蛋白質(zhì)。對(duì)快要一百個(gè)生物種屬（包含動(dòng)物、植物及各種微生物）細(xì)胞色素C一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析測(cè)定和比較，表明親緣關(guān)系愈近，氨基酸組成差異愈小，結(jié)構(gòu)更相近。反之，差異便愈大。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第82頁(yè)脊椎動(dòng)物細(xì)胞色素C多肽鏈為104個(gè)氨基酸殘基組成，無(wú)脊椎動(dòng)物、酵母和高等植物等細(xì)胞色素C在N端還額外多一肽段，如小麥多一段八肽，此肽段對(duì)細(xì)胞色素C功效無(wú)影響。對(duì)80種真核生物細(xì)胞色素C一級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，有26個(gè)氨基酸為各種生物所共有，且保持恒定，說(shuō)明它們是細(xì)胞色素C結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部位。而且從親緣關(guān)系上看，人與黑猩猩細(xì)胞色素C結(jié)構(gòu)大致相同，人與恒河猴有1個(gè)氨基酸差異，與豬牛羊有10個(gè)氨基酸不一樣，與雞相比有13個(gè)氨基酸差異，與金槍魚(yú)相比氨基酸差異到達(dá)21個(gè)。對(duì)胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)分析也有相同結(jié)果。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第83頁(yè)第四節(jié)蛋白質(zhì)理化性質(zhì)蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，它理化性質(zhì)與氨基酸性質(zhì)有些相同，不過(guò)，各種氨基酸組成蛋白質(zhì)，從量變到質(zhì)變，與氨基酸已經(jīng)有質(zhì)區(qū)分，因而表現(xiàn)出一些特有性質(zhì)。一蛋白質(zhì)分子大小及分子量不一樣蛋白質(zhì)分子量不一樣，其改變范圍普通為6KDa-l000KDa或更大些。因分子量大，又有許多親水基團(tuán)，在水液中成為親水膠體溶液，不能透過(guò)半透膜。常見(jiàn)這一性質(zhì)脫去蛋白質(zhì)水溶液中無(wú)機(jī)或有機(jī)小分子。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第84頁(yè)利用蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)可測(cè)定蛋白質(zhì)分子量，主要方法有滲透壓法、超速離心法、凝膠過(guò)濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳法等，更常見(jiàn)是凝膠過(guò)濾法和聚丙烯酰胺凝膠電泳法。以上方法所測(cè)定蛋白質(zhì)分子量都有一定誤差，可選擇幾個(gè)不一樣方法測(cè)定后進(jìn)行比較，計(jì)算出較可靠分子量數(shù)值。蛋白質(zhì)（包含核酸）相對(duì)分子量常見(jiàn)S表示，這是超速離心法測(cè)定結(jié)果一個(gè)表示單位，它是指單位離心場(chǎng)強(qiáng)度沉降速度，稱沉降系數(shù)。一個(gè)S單位為1×10-13秒，S值隨分子量增大而增大。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第85頁(yè)

二蛋白質(zhì)紫外吸收大個(gè)別蛋白質(zhì)均含有芳香族氨基酸殘基(Trp、Tyr、Phe殘基)，所以在280nm處有最大吸收。利用這一性質(zhì)，能夠用紫外分光光度計(jì)測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)含量。另外蛋白質(zhì)還有一個(gè)主要吸收區(qū)，即在波長(zhǎng)190－220nm附近，它是因?yàn)殡逆I吸收而產(chǎn)生，并受肽鏈構(gòu)象影響。三蛋白質(zhì)旋光性蛋白質(zhì)分子旋光性是由組成其結(jié)構(gòu)各種氨基酸旋光度和蛋白質(zhì)分子中。α-螺旋結(jié)構(gòu)所決定。通常蛋白質(zhì)溶液是右旋，但變性后螺旋結(jié)構(gòu)松開(kāi)，其左旋性增大。利用這一性質(zhì)，能夠推算出蛋白質(zhì)分子中α-螺旋結(jié)構(gòu)百分含量。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第86頁(yè)四兩性解離與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)同氨基酸一樣，也是兩性電解質(zhì)，能接收質(zhì)子，也能釋放質(zhì)子。在蛋白質(zhì)分子中，能夠解離基團(tuán)除了肽鏈末端自由氨基和羧基外，還有許多氨基酸殘基側(cè)鏈，如ε-氨基、β-羧基、γ-羧基、咪唑基、胍基、巰基、酚基等。假如是結(jié)合蛋白質(zhì)，可能還有非氨基酸成份可解離基團(tuán)。因而可將蛋白質(zhì)看成是一個(gè)多價(jià)離子，所帶電荷性質(zhì)和數(shù)量是由蛋白質(zhì)分子中可解離基團(tuán)種類(lèi)和數(shù)量及溶液pH值所決定。在酸性溶液中各堿性基團(tuán)與質(zhì)子結(jié)合，使蛋白質(zhì)帶正電荷，在堿性溶液中酸性基團(tuán)解離出質(zhì)子，與環(huán)境中0H―結(jié)合成水，使蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷。在某一溶液pH下蛋白質(zhì)所帶正電荷與負(fù)電荷恰好相等，凈電荷為零，這時(shí)溶液pH值稱為該蛋白質(zhì)等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第87頁(yè)各種蛋白質(zhì)等電點(diǎn)和它所含氨基酸種類(lèi)和數(shù)量相關(guān)，含堿性氨基酸較多，其等電點(diǎn)偏堿，比如魚(yú)精蛋白含精氨酸多，其等電點(diǎn)為12.0-12.4；含酸性氨基酸較多，其等電點(diǎn)偏酸，比如胃蛋白酶含酸性氨基酸殘基為37個(gè)，而堿性氨基酸殘基僅含6個(gè)，其等電點(diǎn)為1左右。體內(nèi)多數(shù)蛋白質(zhì)含酸性和堿性氨基酸殘基數(shù)目相近，其等電點(diǎn)大多為5.0左右．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第88頁(yè)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)會(huì)伴隨溶液中離子組成改變而改變，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)中可解離基團(tuán)，能夠同溶液中陰離子或陽(yáng)離子結(jié)合。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，其分子凈電荷為零，因?yàn)闆](méi)有相同電荷相互排斥影響，蛋白質(zhì)顆粒極易借靜電引力快速結(jié)合成較大聚集體，從溶液中沉淀析出，所以蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小，最不穩(wěn)定。等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)粘度、滲透壓，膨脹性以及導(dǎo)電能力均為最?。诘鞍踪|(zhì)分離、提純和分析時(shí)常利用其兩性解離和等電點(diǎn)這一主要性質(zhì)，如蛋白質(zhì)等電沉淀、離子交換和電泳等就是利用各種蛋白質(zhì)等電點(diǎn)不一樣，分子量大小和形狀各異來(lái)進(jìn)行。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第89頁(yè)五膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是高分子化合物，并帶有一定電荷，它在水溶液中所形成顆粒直徑為在1-100nm，含有膠體溶液經(jīng)典特征，如布朗運(yùn)動(dòng)，丁道爾現(xiàn)象，不能透過(guò)半透膜以及含有吸附能力等．利用蛋白質(zhì)不能透過(guò)半透膜性質(zhì)，可用羊皮紙，火棉膠，玻璃紙等來(lái)分離純化蛋白質(zhì)，這個(gè)方法稱透析法．操作時(shí)將含有小分子雜質(zhì)蛋白質(zhì)放入透析袋中，置于流水中進(jìn)行透析，此時(shí)小分子化合物不停地從透析袋中滲出，而大分子蛋白質(zhì)仍留在袋內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，就可到達(dá)純化目標(biāo)，試驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上超濾技術(shù)提純蛋白質(zhì)就是基于這一特征。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第90頁(yè)蛋白質(zhì)顆粒大，在溶液中含有較大表面，且表面分布著各種極性和非極性基團(tuán)，因而對(duì)許多物質(zhì)都有吸附能力，普通極性基團(tuán)易與水溶性物質(zhì)結(jié)合，非極性基團(tuán)易與脂溶性物質(zhì)結(jié)合，這是多蛋白質(zhì)含有一定乳化性和持水性原因。蛋白質(zhì)水溶液是一個(gè)比較穩(wěn)定親水膠體，其原因主要有兩個(gè)：一是水化膜作用，蛋白質(zhì)顆粒表面帶有很多高度親水性極性基團(tuán)如-NH3+、―C00―、-OH、-SH、-CONH2等，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與水相遇起水合作用，在蛋白質(zhì)顆粒外面形成一層水膜(又稱水化層)．水膜存在使蛋白質(zhì)顆粒相互隔開(kāi)，不會(huì)直接碰撞聚成大顆粒．所以蛋白質(zhì)在水溶液中比較穩(wěn)定。二是在非等電狀態(tài)時(shí)蛋白質(zhì)帶有相同電荷，使蛋白質(zhì)顆粒之間相互排斥，不致相互凝集沉淀。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第91頁(yè)圖3-18蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定性過(guò)程示意圖蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第92頁(yè)蛋白質(zhì)親水膠體性質(zhì)含有主要生物意義。生物體中最多成份是水，蛋白質(zhì)生物學(xué)作用主要是在水中表現(xiàn)出來(lái)，如細(xì)胞原生質(zhì)等便為具各種流動(dòng)性膠體系統(tǒng)。各種細(xì)胞組織之間含有一定形狀、彈性、粘度等性質(zhì)，都與蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)相關(guān)。親水膠體在一些條件下能夠由溶膠狀態(tài)變?yōu)槟z。溶膠是一個(gè)蛋白質(zhì)顆粒分散在水中形成膠體，而凝膠能夠看成是水分散在蛋白顆粒之中所形成膠體。干燥過(guò)凝膠能吸收大量水分，同時(shí)體積增大，變成柔軟而有彈性膠塊，這種作用稱為膨脹，并可產(chǎn)生很大壓力。水溶性清蛋白能夠經(jīng)過(guò)無(wú)限膨脹直至溶解，而谷蛋白只能作有限膨脹。大豆蛋白質(zhì)做成食用腐竹就利用了這一特征。蛋白質(zhì)吸水對(duì)植物種子發(fā)芽含有主要意義。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第93頁(yè)六沉淀作用如上所述，蛋白質(zhì)在水溶液中成穩(wěn)定膠體是有條件，假如破壞蛋白質(zhì)水化膜或中和了蛋白質(zhì)電荷，則蛋白質(zhì)分子相互聚集而從溶液中析出沉淀。使蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀方法有：⑴中性鹽沉淀法高濃度中性鹽類(lèi)如硫酸銨，硫酸鈉、氯化鈉等能夠破壞蛋白質(zhì)水膜，又中和其所帶電荷，而使蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀，這種現(xiàn)象稱為鹽析。不一樣蛋白質(zhì)鹽析時(shí)所需鹽濃度不一樣，所以調(diào)整鹽濃度，可使蛋白質(zhì)混合液中幾個(gè)蛋白質(zhì)分段析出，叫做分部鹽析。比如血清中加硫酸銨至50％飽和度時(shí)球蛋白先沉淀析出，繼續(xù)加硫酸銨至飽和，則清蛋白(白蛋白)沉淀析出。這是分離制備蛋白質(zhì)常見(jiàn)方法。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第94頁(yè)⑵有機(jī)溶劑沉淀法酒精、丙酮等與水有較強(qiáng)作用有機(jī)溶劑，可破壞蛋白質(zhì)分子周?chē)?，使蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀。如在等電點(diǎn)時(shí)，加入這些有機(jī)溶劑可加速蛋白質(zhì)沉淀，也可用來(lái)分離或純化蛋白質(zhì)。但此法有時(shí)會(huì)引發(fā)蛋白質(zhì)變性，應(yīng)注意控制操作溫度、有機(jī)溶劑濃度和沉淀時(shí)間。⑶重金屬鹽沉淀法蛋白質(zhì)在堿性溶液中帶負(fù)離子，可與如氯化高汞、硝酸銀、醋酸鉛等這些重金屬離子作用生成不溶性鹽而沉淀?？捎玫鞍踪|(zhì)對(duì)重金屬中毒進(jìn)行解毒。⑷一些酸類(lèi)沉淀法如苦味酸，單寧酸，三氯乙酸、磷鉬酸、磺基水楊酸等能和蛋白質(zhì)化合成不溶解蛋白質(zhì)而沉淀。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第95頁(yè)沉淀蛋白質(zhì)有兩個(gè)目標(biāo)：一是為了制備含有生物活性蛋白質(zhì)制劑，常見(jiàn)鹽析法和低溫下加有機(jī)溶劑脫水法，這么制取蛋白質(zhì)依然保持天然蛋白質(zhì)原有生物活性，重新將蛋白質(zhì)溶于水仍可得到穩(wěn)定膠體溶液。但在溫度稍高情況下加有機(jī)溶劑沉淀分離蛋白質(zhì)，或已用有機(jī)溶劑沉淀得到蛋白質(zhì)未能及時(shí)與有機(jī)镕劑分開(kāi)，都會(huì)引發(fā)蛋白質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變。二是為了除去雜蛋白，如制備核酸及中止酶作用時(shí)，常見(jiàn)加熱及加重金屬鹽、磷鎢酸、三氯乙酸和生物堿及苯酚等試劑，沉淀蛋白質(zhì)。這些方法往往使蛋白質(zhì)變性，且不易重新溶解，故不宜制備含有生物活性蛋白質(zhì)制劑。做豆腐是利用沉淀反應(yīng)最普遍例子。在豆?jié){中加入石膏(CaSO4)或鹵鹽（MgCl2），使大豆蛋白沉淀后擠壓即成豆腐。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第96頁(yè)七變性作用天然蛋白質(zhì)受到一些物理、化學(xué)原因影響后，其分子空間構(gòu)象發(fā)生改變或破壞，失去原有生物活性，并伴伴隨物理、化學(xué)性質(zhì)改變，但不破壞蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性。變性后蛋白質(zhì)叫變性蛋白質(zhì)。影響變性物理原因有熱、紫外線、超聲波、高壓、表面張力、猛烈振蕩、攪拌和研磨等?；瘜W(xué)原因有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、胍、去污劑、重金屬鹽、三氯乙酸、磷鎢酸、苦味酸、濃乙醇等。但不一樣蛋白質(zhì)對(duì)各種原因敏感程度是不一樣。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第97頁(yè)蛋白質(zhì)變性后引發(fā)以下各種改變：

①物理性質(zhì)改變蛋白質(zhì)旋光值改變、特征粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低、溶解度下降、結(jié)晶能力喪失，有時(shí)甚至發(fā)生凝聚、沉淀等。②化學(xué)性質(zhì)改變往往肽鏈變渙散，被酶水解速度加緊。熟雞蛋中蛋白質(zhì)消化率比生雞蛋中蛋白質(zhì)消化率高，與此關(guān)系極大。普通認(rèn)為蛋白質(zhì)變性是天然蛋白質(zhì)在體內(nèi)消化第一步。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第98頁(yè)蛋白質(zhì)變性后，可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)增多。變性前，一些基團(tuán)埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，不能與有些試劑發(fā)生反應(yīng)。變性后，這些基團(tuán)暴露到蛋白質(zhì)分子表面，變得易發(fā)生反應(yīng)。研究最多是疏基、苯酚基和咪唑基。比如天然β-乳球蛋白中能與2，4-DNFB發(fā)生反應(yīng)賴氨酸ε-NH2有12個(gè)，但變性后有31個(gè)。胱氨酸-SH基及酪氨酸-OH基都有這種現(xiàn)象，能夠經(jīng)過(guò)測(cè)定這些基團(tuán)暴露程度而確定蛋白質(zhì)變性程度。另外，原來(lái)藏于分子內(nèi)部疏水基團(tuán)在變性后暴露在分子表面，降低蛋白質(zhì)水溶性。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第99頁(yè)③生物活性喪失或降低，如酶失活、激素失去調(diào)整作用、抗體失去免疫作用、血紅蛋白變性后失去運(yùn)輸氧和二氧化碳功效、毒素蛋白失去毒力等等。植物種子貯存太久或在不良條件下引發(fā)蛋白質(zhì)變性，降低種子發(fā)芽率。我國(guó)生物化學(xué)先驅(qū)吳憲早在20世紀(jì)30年代指出，蛋白質(zhì)變性就是它肽鏈從有規(guī)則卷曲變到伸展過(guò)程。當(dāng)代立體化學(xué)研究表明，蛋白質(zhì)變性就是蛋白質(zhì)在一定條件下處理時(shí)，原有次級(jí)鍵（包含二硫鍵）改變或破壞，特定構(gòu)象逐步改變，失去生物活性過(guò)程，肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)未改變。多亞基蛋白質(zhì)用去污劑十二烷基硫酸鈉（SDS）處理后，亞基便分開(kāi)；SDS也會(huì)破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)疏水作用使非極性基團(tuán)暴露與介質(zhì)水中。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第100頁(yè)

蛋白質(zhì)變性有可逆和不可逆變性兩種。變性作用不過(guò)于猛烈，除去變性原因，蛋白質(zhì)構(gòu)象能夠恢復(fù)到原狀叫可逆變性。變性蛋白構(gòu)象恢復(fù)到原狀稱蛋白質(zhì)復(fù)性。反之，不能恢復(fù)到原狀蛋白質(zhì)變性就是不可逆變性。不可逆變性后蛋白質(zhì)不能復(fù)性，蛋白質(zhì)變性有很多用途，如制備酶制劑和蛋白類(lèi)激素時(shí)，要注意在處理過(guò)程中預(yù)防蛋白質(zhì)變性失活；酒精消毒、高溫、高壓及紫外線殺菌，就是使微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)變性失活；利用蛋白質(zhì)對(duì)變性劑不一樣敏感性，在提取、分離和純化蛋白質(zhì)時(shí)，選擇恰當(dāng)處理?xiàng)l件，使所需要蛋白質(zhì)不變性，不需要蛋白質(zhì)變性后除去等。蛋白質(zhì)變性和沉淀，即使有一定關(guān)系，不過(guò)兩個(gè)不一樣概念。蛋白質(zhì)變性并不一定沉淀，如牛奶加熱沸騰，酪蛋白變性了，但并不沉淀；沉淀蛋白質(zhì)不一定變性，如用(NH4)2SO4沉淀蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)不變性。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第101頁(yè)八蛋白質(zhì)顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中一些氨基酸或特殊結(jié)構(gòu)可與一些試劑能夠發(fā)生顏色反應(yīng)，這些常作為測(cè)定蛋白質(zhì)依據(jù)，主要顏色反應(yīng)有：（1）雙縮脲反應(yīng)

蛋白質(zhì)在堿性溶液中能與硫酸銅反應(yīng)產(chǎn)生紅紫色絡(luò)合物，這是因?yàn)殡逆I與雙縮脲結(jié)構(gòu)相同，而且肽鍵越多，顏色越深，反應(yīng)產(chǎn)生顏色在540nm處比色，通?？捎么朔磻?yīng)來(lái)定性定量測(cè)定蛋白質(zhì)．（2）酚試劑(福林試劑)反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中酪氨酸、色氨酸能將福林（Folin）酚試劑中磷鉬酸及磷鎢酸還原成藍(lán)色化合物(即鉬藍(lán)和鎢藍(lán)混合物)，此法是定量測(cè)定蛋白質(zhì)含量常見(jiàn)方法之一，靈敏度高，可測(cè)微克水平蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第102頁(yè)（3）黃色反應(yīng)是含有芳香族氨基酸尤其是含有酪氨酸和色氨酸蛋白質(zhì)所特有顏色反應(yīng)。蛋白質(zhì)溶液遇硝酸后，先產(chǎn)生白色沉淀，加熱則白色沉淀變成黃色，再加堿顏色加深呈橙黃色，這是因?yàn)橄跛釋⒌鞍踪|(zhì)分子中苯環(huán)硝化，產(chǎn)生了黃色硝基苯衍生物．皮肽、指甲和毛發(fā)等遇濃硝酸會(huì)變成黃色即是此原因。（4）乙醛酸反應(yīng)在蛋白質(zhì)溶液中加入乙醛酸，并沿試管壁慢慢注入濃硫酸，在兩液層之間就會(huì)出現(xiàn)紫色環(huán)，凡含有吲哚基化合物都有這一反應(yīng)．色氨酸及含有色氨酸蛋白質(zhì)有此反應(yīng)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第103頁(yè)九蛋白質(zhì)免疫學(xué)性質(zhì)人和動(dòng)物抵抗和毀滅入侵病原微生物，以及對(duì)一些物質(zhì)產(chǎn)生特異排除或處理反應(yīng)稱免疫反應(yīng)，而能刺激人和動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生特異免疫反應(yīng)物質(zhì)稱為抗原，免疫反應(yīng)方式之一就是產(chǎn)生能與抗原特異結(jié)合球蛋白―抗體。免疫反應(yīng)是機(jī)體一個(gè)正常保護(hù)作用，只有出現(xiàn)異常，發(fā)生紊亂時(shí)免疫反應(yīng)對(duì)本身才會(huì)產(chǎn)生危害，如過(guò)敏、紅斑狼瘡、白細(xì)胞降低等，還有器官移植排異性也是因?yàn)槊庖叻磻?yīng)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第104頁(yè)反抗原而言，它含有異物性，即與機(jī)體組織細(xì)胞與體液成份有差異，差異越大，免疫原性越強(qiáng)；大分子性，普通分子量在10000Da以上，分子量越大，免疫原性越強(qiáng)；特異性，是由分子表面上特異化學(xué)基團(tuán)決定。蛋白質(zhì)多為大分子異體物質(zhì)，含有強(qiáng)抗原性，而許多抗原便是蛋白質(zhì)。然而作為抗原蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與其所含芳香族氨基酸關(guān)系極大，缺乏芳香族氨基酸明膠，盡管分子量高達(dá)十萬(wàn)卻無(wú)抗原性，如將酪氨酸、谷氨酸連接至多聚丙氨酸末端則有抗原性，而連接到多聚丙氨酸內(nèi)端，直接與多聚賴氨酸主鏈連接便又無(wú)抗原性。小分子半抗原本身沒(méi)有抗原性，與蛋白質(zhì)結(jié)合后則含有抗原性，如脂類(lèi)、青霉素、磺胺，這也是它們引發(fā)過(guò)敏反應(yīng)原因。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能第105頁(yè)抗體是免疫球蛋白，它能特異地與抗原發(fā)生反應(yīng)。抗體特異性在于抗原分子表面特殊化學(xué)基團(tuán)，稱為抗原決定簇。抗原分子上有許多抗原決定簇，用它免疫動(dòng)物得到血清中抗