生物化學(xué)第二章-蛋白質(zhì)

第二章蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的種類、含量與分類二、氨基酸三、肽四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)六、食物中的蛋白質(zhì)七、蛋白質(zhì)的分離與純化目錄一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類主要組成元素：C、H、O、N、S及P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等微量元素。百分?jǐn)?shù)約為：碳占50~55%，氫占6~8%，氧占20~30%，氮占15~18%及硫占0~4%。大多數(shù)蛋白質(zhì)所含氮素約為16%，因該元素容易用凱氏(Kjeldahl)定氮法進(jìn)行測(cè)定。故蛋白質(zhì)的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)計(jì)算出來(lái):

即：蛋白質(zhì)含量＝6.25×樣品含氮量

根據(jù)分子形狀分球狀蛋白質(zhì)（分子對(duì)稱性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類）纖維狀蛋白質(zhì)（對(duì)稱性差，分子類似細(xì)棒或纖維。它又可分成可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)

）典型的有：膠原蛋白質(zhì)、彈性蛋白質(zhì)、角蛋白質(zhì)、絲蛋白質(zhì)等根據(jù)組成分簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)根據(jù)功能分活性蛋白質(zhì)（如酶蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、運(yùn)動(dòng)蛋白、保護(hù)和防御蛋白和受體蛋白）非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）按溶解度分：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、精蛋白、組蛋白、硬蛋白等。簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)這類蛋白質(zhì)只含由

-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分1、清蛋白：廣泛存在于生物體內(nèi)，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白：普遍存在于生物體內(nèi)，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物種子球蛋白等。3、谷蛋白：如米谷蛋白和麥谷蛋白等。4、醇溶谷蛋白：這類蛋白質(zhì)主要存在于植物種子中。如玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白等。5、組蛋白：分子中組氨酸、賴氨酸較多，分子呈堿性。如小牛胸腺組蛋白等。6、魚(yú)精蛋白：分子中堿性氨基酸特別多，因此呈堿性。如鮭精蛋白等。7、硬蛋白：這類蛋白是動(dòng)物體內(nèi)作為結(jié)締及保護(hù)功能的蛋白質(zhì)。例如，角蛋白、膠原、網(wǎng)硬蛋白和彈性蛋白等。結(jié)合蛋白質(zhì)由簡(jiǎn)單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成1、核蛋白：輔基是核酸，如脫氧核糖核蛋白、核糖體、病毒等。2、脂蛋白：與脂質(zhì)結(jié)合的蛋白質(zhì)，脂質(zhì)成分有磷脂、固醇和中性脂等。3、蛋白和粘蛋白：輔基成分為半乳糖、甘露糖、硫酸或磷酸等。4、磷蛋白：磷酸基通過(guò)酯鍵與蛋白質(zhì)中的絲氨酸或蘇氨酸殘基側(cè)鏈相連。如酪蛋白、胃蛋白酶等。5、血紅素蛋白：輔基為血紅素，它是卟啉類化合物。6、黃素蛋白：輔基為黃素腺膘呤二核苷酸。如琥珀酸脫氫酶7、金屬蛋白：與金屬直接結(jié)合的蛋白質(zhì)。

生物體內(nèi)常見(jiàn)氨基酸的分類：蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)中常見(jiàn)的20種氨基酸稀有的蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成中，除上述20種常見(jiàn)氨基酸外，從少數(shù)蛋白質(zhì)中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應(yīng)常見(jiàn)氨基酸的衍生物。如4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等。非蛋白質(zhì)氨基酸：生物體內(nèi)呈游離或結(jié)合態(tài)的氨基酸。二、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位------氨基酸蛋白質(zhì)的水解：蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵與一般的酰胺鍵一樣可以被酸、堿或蛋白酶催化水解，最終得到各種氨基酸的混合物。所以說(shuō)，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由20種氨基酸組成。這20種氨基酸被稱為基本氨基酸。二、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位------氨基酸1、酸水解

常用6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸，回流煮沸20小時(shí)左右可使蛋白質(zhì)完全水解。優(yōu)點(diǎn)：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。缺點(diǎn)：是色氨酸完全被沸酸破壞；羥基氨基酸（絲氨酸或蘇氨酸）有一小部分被分解；天門冬酰胺和谷氨酰胺酰胺基被水解成了羧基。2、堿水解

一般用5mol/L氫氧化鈉煮沸10-20小時(shí)。

優(yōu)點(diǎn)：可使蛋白質(zhì)完全水解，色氨酸在水解中不受破壞。

缺點(diǎn)：由于水解過(guò)程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率不高。

部分的水解產(chǎn)物發(fā)生消旋化，其產(chǎn)物是D-型和L-型氨基酸的混合物。3、酶水解優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)破壞氨基酸，也不會(huì)發(fā)生消旋化。缺點(diǎn)：使用一種酶往往水解不徹底，需要多種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解。另外所需時(shí)間較長(zhǎng)。最常見(jiàn)的蛋白水解酶有以下幾種：

胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶等。蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)中存在的20種氨基酸，除脯氨酸外，在其α-碳原子上都有一個(gè)自由的羧基及一個(gè)自由的氨基；由于脯基酸的α-氨基被取代，它實(shí)際上是一種α-亞氨基酸。此外，每種氨基酸都有一個(gè)特殊的R基團(tuán)。

生物體內(nèi)常見(jiàn)氨基酸的分類：蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)中常見(jiàn)的20種氨基酸稀有的蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成中，除上述20種常見(jiàn)氨基酸外，從少數(shù)蛋白質(zhì)中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應(yīng)常見(jiàn)氨基酸的衍生物。如4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等。非蛋白質(zhì)氨基酸：生物體內(nèi)呈游離或結(jié)合態(tài)的氨基酸。二十種常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)及三字符號(hào)

據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類必需ＡＡ（EＡＡ）非必需ＡＡ據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類脂肪族ＡA（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)雜環(huán)ＡＡ(His、Pro)據(jù)R基團(tuán)極性分類極性R基團(tuán)AA非極性R基團(tuán)AA（８種）不帶電荷（７種）據(jù)氨基、羧基數(shù)分類一氨基一羧基ＡＡ一氨基二羧基ＡＡ(Glu、Asp)二氨基一羧基ＡＡ(Lys、His、Arg)

人體必需氨基酸Lys

PheVal

Met

Trp

Leu

Ile

Thr

His、Arg帶電荷：正電荷（３種）負(fù)電荷（２種）MetTrp

LysValIle

Leu

Phe

Thr

“假設(shè)來(lái)借一兩本書(shū)”氨基酸的記憶法絲蘇天谷（酰）酪半，雖有極性不帶電天冬氨酸、谷氨酸，極性顯酸帶負(fù)電還有賴、組、精氨酸極性顯堿帶正電除去上述氨基酸，其它無(wú)極又無(wú)電甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）纈氨酸（Val,V）亮氨酸（Lue,L）異亮氨酸（Ile,I）中性脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸（Ser,S）蘇氨酸（Thr,T）半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）纈氨酸（Val,V）亮氨酸（Lue,L）異亮氨酸（Ile,I）中性脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸（Ser,S）蘇氨酸（Thr,T）半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）堿性氨基酸

賴氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）組氨酸（His,H）雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸

組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）芳香族氨基酸

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trp,W）非蛋白質(zhì)氨基酸

除去蛋白質(zhì)的20種普通氨基酸及少數(shù)稀有氨基酸外，已發(fā)現(xiàn)有150多種其它氨基酸，存在于各種細(xì)胞及組織中，呈游離狀態(tài)或者結(jié)合狀態(tài)，但并不存在于蛋白質(zhì)中，所以稱為非蛋白質(zhì)氨基酸。L-瓜氨酸、L-鳥(niǎo)氨酸：參加尿素循環(huán)；

β-丙氨酸：維生素前體；γ-氨基丁酸：神經(jīng)遞質(zhì)；

D-谷氨酸、D-丙氨酸：細(xì)菌細(xì)胞壁的組分。

氨基酸的性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì)溶解度：水中溶解度差別較大，不溶于有機(jī)溶劑。

熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)極高，一般在200℃以上。光吸收性：可見(jiàn)光區(qū)無(wú)光吸收，參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)顯示特征的吸收譜帶，最大光吸收（

max）分別為280、275、和257nm。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這些氨基酸殘基，因此用紫外分光光度法可測(cè)定蛋白質(zhì)含量。旋光性：氨基酸具有旋光性（除甘氨酸外），采用（＋）和（－）表示，（＋）代表右旋，（－）代表左旋。物質(zhì)的旋光性與手性原子上的構(gòu)型沒(méi)有確定的關(guān)系。左旋（-）：能使偏振光向左；右旋（+）：能使偏振光向右。

旋光特性表示：比旋光度[α]D味感：不同味道（與構(gòu)型有關(guān)）：甜、苦、鮮、酸味。TryTyrPhe的紫外吸收光譜

摩爾吸收系數(shù)波長(zhǎng)

α-氨基酸的構(gòu)型：構(gòu)型：由于基團(tuán)或原子在空間排列的不對(duì)稱性而引起的光學(xué)活性立體結(jié)構(gòu)稱立體構(gòu)型。立體構(gòu)型：氨基在左為L(zhǎng)-型；氨基在右為D-型（二）兩性解離和等電點(diǎn)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。H3N—CH—COOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2N—CH—COO-R在堿性溶液中的氨基酸（pH＞pI）

調(diào)節(jié)氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3+基和-COO-基的解離程度完全相等時(shí)，即所帶凈電荷為零，此時(shí)氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。

等電點(diǎn)（pI）pH>pI

aa“-”aa向正極移動(dòng)pH<pI

aa“+”aa向負(fù)極移動(dòng)pH=pI

aa“0”aa不移動(dòng)pI的測(cè)定：酸堿滴定法；基于aa所帶基團(tuán)均可解離；得到弱酸弱堿曲線；根據(jù)aa上可解離基團(tuán)的pK值計(jì)算等電點(diǎn)：

pK：解離常數(shù)。以甘氨酸為例：由此可知：在生理pH內(nèi)，aa

的羧基和氨基全部解離；具有這種性質(zhì)的物質(zhì)稱兩性電解質(zhì)；帶有相反基團(tuán)的分子叫兩性離子；滴定中Gly的陽(yáng)離子（R+）、陰離子（R-）和兩性離子（R°）的比例隨pH而變；當(dāng)溶液中只有兩性離子時(shí)，

pH=pI

由式可知解離常數(shù)：

R-R+R±K1=[R±][H+][R+]K2=[R+][R-][H+]K1K2由此可知：

已知在pI時(shí)，[R+]=[R-]，∴整理可得：K1K2=[R+]=[R±][H+][R±]K2K1[R-]=[H+][R±][H+]K1=[R±]K2[H+][H+]2兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)：

-lg

[H+]2=-lg

K1+-lg

K2∵-lg

[H+]=pH-lg

K1=

pK1-lg

K2=

pK2∴2pH=pK1+pK2令pI為等電點(diǎn)時(shí)的pH，則

pI=?（pK1+pK2）Gly：pI=?（2.4+9.6)=5.97由此可知:

等電點(diǎn)相當(dāng)于該aa兩性離子狀態(tài)兩側(cè)

基團(tuán)pK值之和的一半。

A、對(duì)側(cè)鏈R基不解離的中性氨基酸：

pI=1/2（pK1+pK2）即：等電點(diǎn)pH值與離子濃度無(wú)關(guān)，只取決于兼性離子兩側(cè)基團(tuán)的pK值。B、對(duì)有三個(gè)可解離基團(tuán)的氨基酸：如：酸性氨基酸、堿性氨基酸的pI計(jì)算：

a、先寫出其解離公式；

b、后取兼性離子兩側(cè)基團(tuán)的pK值的平均值。如：天冬氨酸如賴氨酸：甘氨酸滴定曲線甘氨酸鹽酸鹽（A+）等電點(diǎn)甘氨酸（A

）甘氨酸鈉（A-）一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2谷氨酸（A）和賴氨酸（B）滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′2+pK′3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mL數(shù)加入的OH-mL數(shù)pHpH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)。

pI=(pK1，+pK2，)/2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)。

pI=(pK1，+pK2，)/2堿性氨基酸：

pK2，為α—氨基的解離常數(shù)，pK3，為側(cè)鏈氨基的解離常數(shù)。

pI=(pK2，+pK3，)/2總結(jié)等電點(diǎn)計(jì)算①側(cè)鏈為非極性基團(tuán)或雖為極性基團(tuán)但不解離的氨基酸：pI=?(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=?(pK1+pKR)③堿性氨基酸(賴、精、組)：pI=?(pK2+pKR)帶電狀態(tài)判定

pI-pH<0…………….帶負(fù)電

pI-pH>0…………….帶正電

pI-pH＝0…………….不帶電●氨基的化學(xué)反應(yīng):◆與茚三酮

(ninhydrin)的反應(yīng)

定量反應(yīng)

◆與亞硝酸的反應(yīng)

VanSlyke定氮

◆與2,4-二硝基氟苯

(FDNB)的反應(yīng)

測(cè)序

◆與甲醛的反應(yīng)氨基滴定

◆與?；姆磻?yīng)

氨基保護(hù)基◆與二甲基氨基萘磺酰氯

(DNS-Cl)的反應(yīng)

測(cè)序◆與熒光胺的反應(yīng)微量檢測(cè)

■與Edman試劑

(苯異硫氫酸)和

測(cè)序

有色Edman試劑的反應(yīng)（三）化學(xué)性質(zhì)------氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（I）●羧基的化學(xué)反應(yīng)▲Strecker降解:

弱氧化劑

(次氯酸鈉,N-bromosuccin

imide)作用下生成NH3和醛(RCHO)▲特殊條件下,還原成氨基醇、氨基醛▲與肼(hydrazine)的反應(yīng)C端氨基酸分析●側(cè)鏈的化學(xué)反應(yīng)▲羥基:酯化(生物體內(nèi)的磷酸化)▲巰基:氧化還原參考文獻(xiàn)：ChemistryandBiochemistryoftheaminoacids,G.C.Barrett,ChapmanandHall,1985氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（II）茚三酮(無(wú)色)+（1）與茚三酮的反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。在570nm（藍(lán)紫色）或440nm（黃色）定量測(cè)定（幾μg）。加熱（弱酸）NH3CO2RCHO+還原性茚三酮+2NH3+氧化性茚三酮還原性茚三酮3H20紫色化合物（2）與甲醛的反應(yīng)：氨基酸的甲醛滴定法(3)與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)----Sanger反應(yīng)（黃色）多用來(lái)鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)------Edman反應(yīng)—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3無(wú)水HF多用于重復(fù)測(cè)定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計(jì)出“多肽順序自動(dòng)分析儀”與亞硝酸反應(yīng)：

在室溫下亞硝酸能與含游離α-氨基的氨基酸起反應(yīng)，定量地放出氮?dú)?，氨基酸被氧化成羥酸(注：含亞氨基的脯氨酸則不能與亞硝酸反應(yīng))。三、肽

氨基酸彼此以酰胺鍵互相連接在一起形成的化合物為肽。這個(gè)鍵稱肽鍵。兩個(gè)分子氨基酸所形成的肽稱為二肽，三個(gè)氨基酸縮合成的肽稱為三肽，依此類推。若一種肽含有少于10個(gè)氨基酸，則為寡肽，超過(guò)此數(shù)的肽統(tǒng)稱為多肽。肽鍵：肽鍵(peptidebond)：一個(gè)氨基酸的羧基與另一氨基酸的氨基縮水而成的酰胺鍵稱為肽鍵。（…CONH…）肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。

組成肽鍵的原子處于同一平面。肽平面(peptideunit)：由肽鍵中的四個(gè)原子和與之相鄰的兩個(gè)碳原子共同構(gòu)成的剛性平面。（CαCONHCα）。蛋白質(zhì)中氨基酸的連接方式肽單位肽鍵肽平面N-末端（氨基端）：多肽鏈中有自由氨基的一端C-末端（羧基端）：多肽鏈中有自由羧基的一端N末端C末端牛核糖核酸酶多肽鏈結(jié)構(gòu)示意圖

天然存在的重要多肽：

在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。天然存在的活性肽

類別：激素、抗菌素、輔助因子

實(shí)例：谷胱甘肽(glutathione)

短桿菌肽

促甲狀腺素釋放因子（TRH）

-天冬氨酰(Asp)-苯丙氨酸(phe)甲酯（甜味劑）

谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2O

GSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+

促甲狀腺素釋放因子（TRH）短桿菌肽S

-天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯CH2NH2

CH

C

NH

CH

C

OO

CH2COOH

OCH3

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-腦啡肽

Leu-腦啡肽四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域

supersecondarystructureStructuredoman蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)第一階段：1959年以前提出蛋白質(zhì)立體化學(xué)原理α-螺旋模型1951年P(guān)auling

和Gorey奠定了蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)研究理論基礎(chǔ)蛋白質(zhì)分子構(gòu)象研究進(jìn)展

第二階段：1959年以后Kendrew采用X-射線結(jié)構(gòu)分析法揭示了肌紅蛋白的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)分析方法的應(yīng)用：中子衍射、二維核磁共振法、圓二色法、激光拉曼光譜法等首次證實(shí)了α-螺旋在蛋白質(zhì)中存在一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，又稱為化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指氨基酸在肽鏈中的排列順序及二硫鍵的位置，是多肽鏈具有共價(jià)鍵的主鏈結(jié)構(gòu)。

多肽鏈的氨基酸順序，是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

多肽鏈中氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的位置稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)。這是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)，它內(nèi)寓著決定蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)和生物功能的信息。例：牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)

指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵相互作用而形成的空間關(guān)系；是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。二級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

主要有以下類型：(１)α－螺旋（α－h(huán)elix）(２)β－折疊（β-pleatedsheet）(３)β－轉(zhuǎn)角（β-turn）(４)無(wú)規(guī)則卷曲（nonregularcoil）

(１)α－螺旋①多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離0.15nm。②肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的-NH基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的-CO基形成氫鍵。③蛋白質(zhì)分子為右手

-螺旋。螺距0.54nm每殘基的軸向高度0.15nm每殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100o(２)β－折疊

許多多肽鏈或一條多肽鏈的一部分與另一部分并排。肽鏈按層排列，依靠相鄰肽鏈上的羰基和氨基形成的氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。β-折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。NNCNNCCC平行反平行NNN平行式NCN反平行式(３)β－轉(zhuǎn)角

在

-轉(zhuǎn)角部分，由四個(gè)氨基酸殘基組成；

彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的-C=O和第四個(gè)殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)（多肽鏈中氨基酸殘基n的羰基上的氧與殘基（n+3）的氮原上的氫之間形成氫鍵，肽鍵回折180度）。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。

為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個(gè)氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個(gè)氨基酸的氨基氫上。β-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行β-折疊片的端頭。(４)無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)規(guī)則卷曲細(xì)胞色素C的三級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)

在蛋白質(zhì)中，特別是球狀蛋白質(zhì)中，經(jīng)?？梢钥吹接扇舾上噜彽亩?jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成規(guī)則的，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)。已知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有三種基本組合形式：（αα），（βαβ）和（βββ）。

大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)

。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的近似球形的結(jié)構(gòu)，具有部分生物功能。對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)類型

X

超二級(jí)結(jié)構(gòu)類型βββααβ×β12345

52341

Β-鏈βαββ-迂回回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)β-迂回結(jié)構(gòu)域(structuredomail)

類型：α-螺旋域；β-折疊域；α+β域；

α/β域；無(wú)規(guī)則卷曲+β-回折域；無(wú)規(guī)則卷曲+α-螺旋結(jié)構(gòu)域概念：

對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)，這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱結(jié)構(gòu)域。

現(xiàn)在，結(jié)構(gòu)域的概念有三種不同而又相互聯(lián)系的涵義:即獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位、獨(dú)立的功能單位和獨(dú)立的折疊單位。

結(jié)構(gòu)域是在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個(gè)或多個(gè)在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，與分子整體以共價(jià)鍵相連，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能。卵溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域

-螺旋

-轉(zhuǎn)角

-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2蚯蚓血紅蛋白中四個(gè)

-螺旋組成的結(jié)構(gòu)域

免疫球蛋白VLβ-折疊結(jié)構(gòu)域兩個(gè)鐵原子α/β結(jié)構(gòu)域

丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域4木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域1無(wú)規(guī)則卷曲+α-螺旋結(jié)構(gòu)域無(wú)規(guī)則卷曲+β-回折結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1α+β結(jié)構(gòu)域3-P-甘油醛脫氫酶結(jié)構(gòu)域2木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域2三級(jí)結(jié)構(gòu)概念:多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象相互作用，沿三維空間多方向卷曲，進(jìn)一步盤曲折疊形成特定的具有一定剛性球狀分子結(jié)構(gòu)。β-折疊β-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)則卷曲空穴

包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布。一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面．主要的化學(xué)鍵：維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水相互作用，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定疏水相互作用氫鍵范德華引力靜電相互作用二硫鍵穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力四級(jí)結(jié)構(gòu)

四級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條或多條肽鏈以特殊方式結(jié)合成有生物活性的蛋白質(zhì)。其中每條多肽鏈稱為亞基。

通常亞基只有一條多肽鏈，但有的亞基由兩條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈間多以二硫鍵相連亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物學(xué)活性。

維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力:氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。即亞基之間主要是通過(guò)次級(jí)鍵彼此締合在一起。疏水鍵是最主要的作用力。

-折疊片

-螺旋體

松散肽段亞基三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象示意圖從一級(jí)結(jié)構(gòu)到四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊Primary

structureSecondary

structure蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure化學(xué)鍵共價(jià)鍵次級(jí)鍵肽鍵二硫鍵氫鍵疏水鍵鹽鍵范德華力一級(jí)結(jié)構(gòu)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵維系蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵

a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力

d范德華力e二硫鍵f酯鍵氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級(jí)鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數(shù)量大疏水相互作用力對(duì)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)特別重要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用力蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系1、一級(jí)結(jié)構(gòu)不同,蛋白質(zhì)功能不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系2、一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分相同，功能相同：不同來(lái)源的胰島素都由A、B鏈，51個(gè)aa組成，但一級(jí)結(jié)構(gòu)的aa種類并不完全相同。以胰島素為例：由51個(gè)aa組成的一級(jí)結(jié)構(gòu)中：不變部分：有22個(gè)aa始終不變；其中：6個(gè)半胱氨酸殘基位置始終不變其余為非極性帶疏水側(cè)鏈的aa。可變部分：不同來(lái)源哺乳動(dòng)物胰島素在A8、9、10；B30處有差異。如B30：人為Thr；豬為Ala。3、一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)及功能改變?nèi)纾虹牭缎拓氀⊙t蛋白僅一級(jí)結(jié)構(gòu)：

β6Glu換成β6Val

由此引起三級(jí)結(jié)構(gòu)多一疏水鍵，四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生線性締合，導(dǎo)致紅細(xì)胞發(fā)生溶血。

3、一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)及功能改變

蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和生物功能的基礎(chǔ)，一級(jí)結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)；但一級(jí)結(jié)構(gòu)并非決定空間結(jié)構(gòu)的唯一因素。空間結(jié)構(gòu)是生物活性的直接體現(xiàn)。

分子病—指蛋白質(zhì)分子中由于AA排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變?cè)斐傻?。鐮刀形貧血?。翰∫颍貉t蛋白AA順序的細(xì)微變化正常紅細(xì)胞與鐮刀形紅細(xì)胞的掃描電鏡圖

-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…

Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…鐮刀形紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞

谷氨酸在生理pH值下為帶負(fù)電荷R基氨基酸，而纈氨酸卻是一種非極性R基氨基酸，就使得HbS分子表面的荷電性發(fā)生改變，引起等電點(diǎn)改變，溶解度降低，使之不正常地聚集成纖維狀血紅蛋白，致使紅細(xì)胞變形成鐮刀狀,輸氧功能下降,細(xì)胞脆弱易溶血。

鐮刀形貧血?。翰∪梭w內(nèi)血紅蛋白的含量乃至紅細(xì)胞的量都較正常人少，且紅細(xì)胞的形狀為新月形，即鐮刀狀。此種細(xì)胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；再者，發(fā)生鐮變的細(xì)胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機(jī)能降低，使臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡。4、蛋白構(gòu)象疾病錯(cuò)誤構(gòu)象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病。老年癡呆瘋牛病亨汀頓舞蹈病五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)(一)、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量很大，一般在10000（1萬(wàn)）至1000000（1百萬(wàn)）之間，在水溶液中形成1-100nm的顆粒，因此它的水溶液具有膠體的性質(zhì)，如布朗運(yùn)動(dòng)、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過(guò)半透膜及吸附能力等。蛋白質(zhì)是親水力很強(qiáng)的膠體。在這些膠體顆粒的表面上有一層很厚的水膜而且?guī)в邢嗤碾姾墒鼓z體顆?；ハ嗯懦猓誓茉谒芤褐惺诡w粒相互隔開(kāi)而不致聚合下沉，保持其穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)的應(yīng)用由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過(guò)半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。透析法：以半透膜提純蛋白質(zhì)的方法叫透析法半透膜：只允許溶劑小分子通過(guò)，而溶質(zhì)大分子不能通過(guò)，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等溶于水的蛋白質(zhì)能形成穩(wěn)定的親水膠體，統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)溶膠。一定濃度的蛋白質(zhì)溶液冷卻后能形成蛋白質(zhì)凝膠。蛋白質(zhì)凝膠具有一定的形狀和彈性，具有半固體的性質(zhì)。蛋白質(zhì)的膠凝作用

蛋白質(zhì)的凝膠化作用是指變性的蛋白質(zhì)分子聚集并形成有序的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)程。蛋白質(zhì)溶膠能發(fā)生膠凝作用形成凝膠。在形成凝膠的過(guò)程中，蛋白質(zhì)分子以各種方式交聯(lián)在一起，形成一個(gè)高度有組織的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。水分充滿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間的空間，不析出。

蛋白質(zhì)溶膠是蛋白質(zhì)分子分散在水中的分散體系；蛋白質(zhì)凝膠是水分散在蛋白質(zhì)中的一種膠體狀態(tài)。氫鍵疏水作用靜電作用金屬離子的交聯(lián)作用二硫鍵凝膠化的相互作用蛋白質(zhì)凝膠化作用在食品加工中的應(yīng)用形成固態(tài)彈狀凝膠增稠提高吸水性提高乳狀液和泡沫的穩(wěn)定性(二)蛋白質(zhì)的沉淀鹽析作用：在蛋白質(zhì)溶液中加入定量的中性鹽時(shí)，則能使蛋白質(zhì)脫水并中和其電荷而從溶液中沉淀出來(lái)，中性鹽的這種沉淀作用稱為鹽析作用。硫酸銨、硫酸鈉和氯化鈉是常見(jiàn)的幾種蛋白質(zhì)鹽析劑。不可逆沉淀：在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。加熱沉淀、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀?？赡娉恋恚涸跍睾蜅l件下，通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。在沉淀過(guò)程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒(méi)有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液。等電點(diǎn)沉淀法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀法等均屬于可逆沉淀法。注意：變性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定變性。+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)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溶液中蛋白質(zhì)的聚沉生物堿試劑沉淀法（條件：pH稍小于pI）

生物堿是植物組織中具有顯著生理作用的一類含氮的堿性物質(zhì)。能夠沉淀生物堿的試劑稱為生物堿試劑。生物堿試劑一般為弱酸性物質(zhì)，如單寧酸、苦味酸、三氯乙酸等。

生物堿試劑沉淀蛋白質(zhì)的機(jī)理：

在酸性條件下，蛋白質(zhì)帶正電，可以與生物堿試劑的酸根離子結(jié)合而產(chǎn)生沉淀。

例如：“柿石癥”（三）蛋白質(zhì)的兩性解離及等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)與多肽、氨基酸一樣，能夠發(fā)生兩性解離，也有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)(IsoelectricpointpI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。

在外液pH低于等電點(diǎn)的溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)；在外液pH高于等電點(diǎn)的溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳------帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)的現(xiàn)象。電泳蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)pH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將不同帶電性質(zhì)和不同大小、形狀的蛋白質(zhì)分子進(jìn)行分離純化。根據(jù)蛋白質(zhì)凈電荷的差異來(lái)分離蛋白質(zhì)的一種方法是電泳法。（四）蛋白質(zhì)的水化作用（五）蛋白質(zhì)的變性

當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學(xué)因素的影響，使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)構(gòu)象發(fā)生變化時(shí)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或喪失，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱為變性作用（denaturation）。蛋白質(zhì)的變性作用如果不過(guò)于劇烈，則是一種可逆過(guò)程，變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來(lái)的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為復(fù)性（renaturation）。引起蛋白質(zhì)變性的主要因素：1.物理因素：加熱、高壓、紫外線照射、X-射線、超聲波、劇烈振蕩和攪拌等2.化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、脲、去污劑（十二烷基硫酸鈉（SDS））、重金屬鹽、三氯醋酸、濃乙醇等。蛋白質(zhì)的變性后的表現(xiàn)生物活性喪失；溶解度降低，對(duì)于球狀蛋白粘度增加；光吸收系數(shù)增大；生物化學(xué)性質(zhì)改變。

組分和分子量不變。物理性質(zhì)的改變凝集、沉淀流動(dòng)雙折射粘度增加旋光值改變紫外、熒光光譜發(fā)生變化化學(xué)性質(zhì)的改變酶水解速度增加分子內(nèi)部基團(tuán)暴露生物性能的改變抗原性改變生物功能喪失蛋白質(zhì)變性現(xiàn)象蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)：

分子中各種次級(jí)鍵斷裂，使其空間構(gòu)象從緊密有序的狀態(tài)變成松散無(wú)序的狀態(tài)，破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，一級(jí)結(jié)構(gòu)不破壞。

變性后的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上雖有改變，但組成成分和相對(duì)分子質(zhì)量不變。

天然狀態(tài)，有催化活