生物化学蛋白质的结构与功能

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1、第第 二二 章章Structure and Function of Protein本章主要内容本章主要内容蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系蛋白质的理化性质与分离纯化蛋白质的理化性质与分离纯化植物的种子植物的种子抗体抗体动物的肌肉、动物的肌肉、皮肤、毛发等皮肤、毛发等酶酶血红蛋白血红蛋白激素激素感知生活感知生活1、能举例说说、能举例说说你你身边的身边的蛋白质蛋白质吗？吗？你对蛋白质知多少？你对蛋白质知多少？蛋白质蛋白质想想平时吃的食物中，哪些富含蛋白质?身边的蛋白质身边的蛋白质蛋白质的

2、用途蛋白质的用途蛋白质蛋白质动物的毛、动物的毛、蚕丝是很好蚕丝是很好的纺织原料的纺织原料动物的皮动物的皮革是衣服革是衣服的原料的原料驴皮熬制的驴皮熬制的胶是一种药胶是一种药材材阿胶阿胶牛奶中的蛋牛奶中的蛋白质与甲醛白质与甲醛制酪素塑料制酪素塑料各种生物酶各种生物酶均是蛋白质均是蛋白质人类的主要食品人类的主要食品 南方网讯南方网讯 5月月10日日4个月个月大大的男婴刘金鹏进入湖南的男婴刘金鹏进入湖南儿童医院治疗儿童医院治疗,被确诊为被确诊为患有患有重度营养不良症重度营养不良症的的“大头娃娃大头娃娃”，医院曾一，医院曾一度向家属下达了度向家属下达了病危病危通知。通知。我们非常缺蛋白我们非常缺蛋白头

3、大，头大，嘴小，嘴小，浮肿，浮肿，低烧。低烧。SARSSARS病毒的电子图片病毒的电子图片 SARSSARS病的凶手病的凶手冠状病毒，冠状病毒，有自有自己的核酸和蛋白质。它进入人体后，己的核酸和蛋白质。它进入人体后，借助人体内的原料合成病毒。当我们借助人体内的原料合成病毒。当我们人体发病时，就是它的蛋白质对我们人体发病时，就是它的蛋白质对我们起了作用。起了作用。禽流感病毒禽流感病毒禽流感病毒正在侵蚀健康的肌体禽流感病毒正在侵蚀健康的肌体 (蓝色的为禽流感病毒蓝色的为禽流感病毒)第一节 概 述第一节第一节 概述概述思考思考生命是蛋白质存在的一种形式恩格斯一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋

4、白质(protein)(protein)是由许多氨基酸通过肽键相连形是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。成的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的子，占人体干重的4545，某些组织含量更高，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达8080。蛋白质结构的多样

5、性氨基酸的种类不同，构成的肽链不同氨基酸的种类不同，构成的肽链不同氨基酸的数目不同，构成的肽链不同氨基酸的数目不同，构成的肽链不同氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同不同 催化催化功能（如：酶）功能（如：酶）调节调节功能（如：胰岛素和生长激素）功能（如：胰岛素和生长激素）结构结构功能（如：胶原蛋白、弹性蛋白）功能（如：胶原蛋白、弹性蛋白）运动运动功能（如：骨骼肌功能（如：骨骼肌 肌肉收缩）肌肉收缩）储储存和营养存和营养功能（如：氮）功能（如：氮）防御（免疫）防御（免疫）功能（

6、如：抗体）功能（如：抗体）运输运输功能（如：血红蛋白）功能（如：血红蛋白）识别（信息传递）识别（信息传递）功能（如：激素与受体的识别）功能（如：激素与受体的识别）蛋白质功能的多样性 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特

7、点蛋白质元素组成的特点测氮的方法：凯氏定氮法举例：举例：如果样品中氮含量3.0 g,试计算样品中的蛋白质浓度.Key:18.75 g四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类1.1.根据组成成分分为：根据组成成分分为：单纯（简单）蛋白质单纯（简单）蛋白质全部由全部由aaaa组成组成结合（缀合）蛋白质结合（缀合）蛋白质除蛋白部分外，除蛋白部分外，还含非蛋白部分还含非蛋白部分结合蛋白质中的非蛋白部分称为辅基，常以结合蛋白质中的非蛋白部分称为辅基，常以 共价键与蛋白部分相连共价键与蛋白部分相连辅基辅基：包括色素、寡糖、脂类、磷酸、金属：包括色素、寡糖、脂类、磷酸、金属 离子乃至核酸等离子乃至核酸等简单蛋白质分

8、类简单蛋白质分类结合蛋白质分类结合蛋白质分类2.2.根据其形状和溶解度分为：根据其形状和溶解度分为：纤维蛋白质纤维蛋白质分子状如纤维，又分为可分子状如纤维，又分为可溶性纤维蛋白和不溶性纤维蛋白。溶性纤维蛋白和不溶性纤维蛋白。球状蛋白质球状蛋白质分子状如球形或椭圆形分子状如球形或椭圆形 常作为细胞支架和细胞连接，如大量存常作为细胞支架和细胞连接，如大量存在于结缔组织中在于结缔组织中可溶于水，如可溶于水，如:酶、转运蛋白、免疫球蛋白等酶、转运蛋白、免疫球蛋白等膜蛋白膜蛋白与细胞的膜系统结合，与细胞的膜系统结合，不溶于不溶于水。水。第二节第二节氨基酸氨基酸蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子一、一、氨基

9、酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位 存在于自然界中的氨基酸有存在于自然界中的氨基酸有180180余种，但组余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有成人体蛋白质的氨基酸仅有2020种。种。仔细观察下列氨基酸的结构，总结结构特点。仔细观察下列氨基酸的结构，总结结构特点。H2NCCOHOH2NCCOHOHHH2NCCOHOHCHCH3CH3CH3CHCHCH3CH3H2NCCOHHHOR氨基羧基侧链基团OC OHCHH2N氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式一个中心一个中心（C 原子原子）三个支点三个支点（氨基、自由氢、羧基）一个可变项（R基团）中心C原子，又称碳原子自由氢总结：总结：1.1.每种氨

10、基酸都每种氨基酸都至少至少含有一个含有一个氨基氨基和一个和一个羧基羧基，并且都有一个氨基和羧基连接在，并且都有一个氨基和羧基连接在同同一个一个碳原子碳原子上。上。2.2.基不同，氨基酸就不同。基不同，氨基酸就不同。下列下列4 4种物质，能构成生物体蛋白质的氨基种物质，能构成生物体蛋白质的氨基酸是酸是()()NHNH2 2CHCH2 2CHCH2 2COOHCOOH A A、C C、B B、CHCH2 2 NHNHC CH H2 2COOHCOOH NHNH2 2C CH H2 2COOHCOOH D D、NHNH2 2C CH HCOOHCOOH CHCH2 2SHSHD D氨基酸的构型标记采

11、用氨基酸的构型标记采用D/LD/L标记法：标记法：L-丝氨酸丝氨酸(Serine)L-蛋氨酸蛋氨酸(Methionine)L-组氨酸组氨酸(Histidine)COOHCH2OHH2NHCOOHCH2SCH3H2NHCOOHCH2NNH2NHH自然界获得氨基酸基本都是自然界获得氨基酸基本都是 L-L-型。型。蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位H3NCHCOOR-+H2NCHCOOHR或或L-氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式(费歇尔投影式费歇尔投影式)与羧基相邻的与羧基相邻的-碳原子上都有碳原子上都有一个氨基，因而称为一个氨基，因而称为-氨基酸。氨基酸。丙氨酸的两种立体异构体丙氨酸的两种立体异构体

12、构型：分子中各原子构型：分子中各原子或基团之间的连接方或基团之间的连接方式称为分子的构型。式称为分子的构型。组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸除除GlyGly以外都有以外都有手性碳手性碳原子原子，在三维空间上，在三维空间上就有两种不同的排列就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分这两种不同的构型分别称为别称为D-D-型和型和L-L-型。型。二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族A A（中性、含羟基或巯基、酸性、

13、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、TrpTrp)杂环杂环(HisHis、Pro)Pro)据据R基团基团极性分类极性分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA（种）（种）不带电荷不带电荷（种）种）带电荷：正电荷带电荷：正电荷（种）负电荷种）负电荷（种）种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(GluGlu、AspAsp)二氨基一羧基二氨基一羧基(LysLys、HisHis、ArgArg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeu

14、IleIleThrThrArgArg、HisHis氨基酸结构特点：氨基酸结构特点：20种氨基酸：1.均为L-氨基酸，各种aa的R侧链各不相同 2.-碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)3.-碳原子为手性碳原子(甘氨酸除外）甘氨酸甘氨酸（Gly）无光学活性无光学活性CHH-OOC+H3N几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 脯氨酸脯氨酸 ProPro （亚氨基酸）（亚氨基酸）按侧链按侧链R R基的结构基的结构二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类必需氨基酸（必需氨基酸（8 8种）种）：人体不能自我合成，必须从外界中摄取的氨基酸人体不能

15、自我合成，必须从外界中摄取的氨基酸假 设 来 借 甲硫氨酸 色氨酸 赖氨酸 缬氨酸 Met Trp Lys Val1 两 本 书异亮氨酸 亮氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸三、蛋白质的水解 酸或碱能将蛋白质完全水解 酶水解是部分水解 产物：氨基酸混合物酸水解：6mol/L的HCL或4mol/LH2SO4在105110条件下水解，反应时间20h。优点：水解完全，不会产生消旋物。缺点：会破坏部分氨基酸。碱水解：5mol/L的NaOH煮沸1020h。优点：水解完全，不会破坏氨基酸。缺点：会产生消旋物。酶水解：目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白酶已有10多种。酶水解多肽不破坏氨基酸，也不发生消选作用，水解的产物为较小

16、的肽段。部分水解，时间长。氨基酸的晶形不一样，无色，味道不同，熔点高，一般在200以上，可以溶解于稀酸或稀碱中，不溶于有机溶剂（除脯氨酸）。除甘氨酸外，都具有D-及L-型之分，且具有旋光性。1、物理性质:四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质2.2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸在 280 nm 左右波长处具有特异性吸收峰。由于大多数蛋白由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残质含有这些氨基酸残基，故通过基，故通过测量测量280nm280nm波长的紫外吸光度可波长的紫外吸光度可对蛋白质溶液进行定对蛋白质溶液进行定量分析量分析。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收酪氨酸（278nm）、色氨酸

17、 (279nm)、苯丙氨酸(259nm)。氨基酸具有氨基酸具有氨基氨基、羧基羧基等等能电离能电离出出H H+而成而成COOCOO-具酸性具酸性3 3、两性电离和等电点：、两性电离和等电点：R-CH-COOHR-CH-COOHNH3NH2OHPHPI(兼性离子)+R-CH-COONH2R-CH-COOPHPHPIPINH3+OHH+H+某一PH时，氨基酸所带正负电荷相等时溶液的pH值称该氨基酸的等电点（pI）4.4.茚三酮反应（氨基酸呈色反应）茚三酮反应（氨基酸呈色反应）氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝蓝紫色紫色化合物，最大吸收峰在化合物，最大吸收峰在570nm

18、570nm处处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为比关系，因此可作为氨基酸定量分析氨基酸定量分析方法方法。但：脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成但：脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色黄色化合物化合物 谢谢大家！谢谢大家！蛋蛋 白白 质质 的的 结结 构构 第第 三三 节节蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构基本结构基本结构空间结构空间结构一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结构定义：指多肽链中氨基酸的组成及排列定义：指多肽链中氨基酸的组成及排列顺序。顺序

19、。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键：主要的化学键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。有些蛋白质还包括二硫键。意义：决定蛋白质的空间结构意义：决定蛋白质的空间结构*肽键肽键(peptide bond)(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧羧基与另一个氨基酸的基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成氨基脱水缩合而形成的化学键。的化学键。（一）肽（一）肽肽键中，与肽键中，与-相连的相连的O O和和H H呈反式构型呈反式构型（反式）（反式）（顺式）（顺式）C CN NO OH HC CN NO OH H肽键的特点：肽键的特点：肽键的特点肽键的特点C-N单键为

20、0.149nmC=N双键为0.127nm具有部分双键性质具有部分双键性质不能自由旋转不能自由旋转肽键中键长为肽键中键长为0.132nm0.132nmC CN NO OH HNH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽：由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸缩合则形成三分子氨基酸缩合则形成三肽三肽HisHisPhePhe二肽二肽CysCysTh

21、rLysMetMetHisHis五肽五肽寡肽寡肽:10 10个以内氨基酸连成。个以内氨基酸连成。多肽：多肽：多个氨基酸连成的肽，其形状为一条没多个氨基酸连成的肽，其形状为一条没有分支的长链，又称多肽链或肽链。有分支的长链，又称多肽链或肽链。肽命名 肽的命名通常以含C-端的氨基酸为母体称为某氨酸，而肽链中其他的氨基酸残基从N-端开始依次称某氨酰，置于母体名称之前。在多数情况下，也可用英文或中文符号表示，从N-端开始依次书写氨基酸残基的符号。如：丙氨酸+甘氨酸 肽的书写与命名：肽的书写与命名：命名：丙氨酰甘氨酰丝氨酸命名：丙氨酰甘氨酰丝氨酸 （或简写：（或简写：H-丙丙-甘甘-丝丝-OH）OOO

22、H2N-CH-C-N-CH-C-N-CH-C-OHCH3CH2OHHHH 谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH）*OOH2N-CH-CH2-CH2-C-N-CH-C-N-CH-COOHHHHCH2SHCOOH谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸抗氧化，保护含巯基膜蛋白及巯基酶。抗氧化，保护含巯基膜蛋白及巯基酶。蛋白质和肽功能相同，都是氨基酸通过肽键连接而成的分子，只是分子大小不同而定。一般将 低聚肽低聚肽(不多于不多于25个个AA残基残基)多肽多肽(25个个AA残基残基)蛋白质（蛋白质（50个氨基酸残基）个氨基酸残基）胰岛素有51个氨基酸残基，称为相对分子量最小的蛋白质。H2NCHCOR1CHCOR

23、2NHCHCOHOR3NH（1 1）氨基末端：通常在多肽链的一端含有一个游氨基末端：通常在多肽链的一端含有一个游离的离的-氨基，称为氨基末端或氨基，称为氨基末端或N N末端，末端，写在左边写在左边；（2 2）羧基末端：在另一端含有一个游离的）羧基末端：在另一端含有一个游离的-羧基，羧基，称为羧基末端或称为羧基末端或C C末端，末端，写在右边写在右边。肽链的肽链的N N末端与末端与C C末端：末端：（3 3）主链：）主链：肽键与肽键与a-a-碳原子形成多肽链的骨架。碳原子形成多肽链的骨架。（4 4）侧链：氨基酸的）侧链：氨基酸的R R基团称为基团称为R R侧链。侧链。氨基端氨基端(端端)羧基端羧

24、基端(C(C端端)CysMet His LysSer ThrLeuNH2COOH氨基酸顺序：氨基酸的顺序是 从N末端的氨基酸残基开始，写在左边，以C末端氨基酸残基为终点，写在右边。N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶一级结构是蛋白质空间结构和特定生物学功能一级结构是蛋白质空间结构和特定生物学功能的基础。的基础。根据下面图解，回答问题：根据下面图解，回答问题：（1）该图示）该图示_肽化合物；含肽化合物；含_个肽键。（个肽键。（2）填写）填写虚线框内结构的名称：虚线框内结构的名称：A_ B_ C_（3）生成此化合物的反应叫）生成此化合物的反应叫_。氨基氨基肽键肽键羧基羧基缩合缩合二、蛋白质

25、的二级结构二、蛋白质的二级结构主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 定义定义:指蛋白质分子中某一段肽链的指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链骨局部空间结构，也就是该段肽链骨架原子的相对空间位置，不包括架原子的相对空间位置，不包括R侧侧链的构象。链的构象。肽键平面肽键平面123.5120.5116122119.5118.5肽键平面（肽单元，肽键平面（肽单元，peptide unit）参与构成肽键的参与构成肽键的6个原子（个原子（C 1、C、O、N、H、C 2)被约束在同一个被约束在同一个平面上，平面上，C 1和和C 2处平面对角，这样处平面对角，这样的平面单位称为肽平面。的平面单

26、位称为肽平面。蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-pleated sheet)-转角转角 (-turn)-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)（一）（一）-螺旋螺旋 1.多肽链主链围绕一个多肽链主链围绕一个“中中心轴心轴”呈有规律地螺旋式上呈有规律地螺旋式上升，上升一圈包含升，上升一圈包含3.6个氨个氨基酸残基，螺距为基酸残基，螺距为0.54nm，每 个 氨 基 酸 残 基 上 升每 个 氨 基 酸 残 基 上 升0.15nm，每个氨基酸残基，每个氨

27、基酸残基旋转旋转100。2.R侧链在侧链在a螺旋的外侧。螺旋的外侧。3.氢键是维系氢键是维系a螺旋的主螺旋的主要作用力。要作用力。4.天然蛋白质的天然蛋白质的a螺旋大螺旋大多数是多数是顺时钟走向，即右手顺时钟走向，即右手螺旋螺旋 -螺旋结构的要点如下：螺旋结构的要点如下：左手和右手螺旋左手和右手螺旋-折叠（折叠（-pleated sheets）肽链沿长轴充分伸展，整个肽链形成一肽链沿长轴充分伸展，整个肽链形成一个锯齿状结构，几条肽链彼此平行，靠个锯齿状结构，几条肽链彼此平行，靠H键维系固定，就形成了片层结构键维系固定，就形成了片层结构 特点：折纸状，平行或反平行排列特点：折纸状，平行或反平行排

28、列 -折叠折叠（-sheet）平行平行俯视俯视侧视侧视反平行反平行俯视俯视侧视侧视-折叠折叠 多肽链主链走向呈折纸状，而氨基酸侧链基团交替地位于折纸状结构上下方。在两条相邻的肽链之间形成氢键。-转角是指蛋白质分子的多肽链经常出转角是指蛋白质分子的多肽链经常出现现180180的回折，在回折角上的结构就称的回折，在回折角上的结构就称-转角。转角。通常由个氨基酸残基组成，第二个残通常由个氨基酸残基组成，第二个残基常为脯氨酸。由第一个氨基酸残基的基常为脯氨酸。由第一个氨基酸残基的C=OC=O与第四个氨基酸残基的与第四个氨基酸残基的NHNH之间形成氢键。之间形成氢键。-转角转角 CNNHOCNNNCCC

29、CCCCOOOR3R2R4R1HHHHHHR2常为常为Pro无规则卷曲无规则卷曲无规则卷曲是指没有确定规律性的局无规则卷曲是指没有确定规律性的局部肽链结构。部肽链结构。H H2 2N NCOOHCOOH超二级结构超二级结构 是指在多肽链内顺序上相互靠近的是指在多肽链内顺序上相互靠近的二级结构，常常在空间折叠中彼此相互二级结构，常常在空间折叠中彼此相互作用，形成规则的二级结构聚合体；作用，形成规则的二级结构聚合体；它是蛋白质构象中二级和三级结构它是蛋白质构象中二级和三级结构之间的一个层次，故称超二级结构。之间的一个层次，故称超二级结构。通常类型有：通常类型有：1.2 3.结构域：结构域：是指在较

30、大蛋白质分子中，由于多肽链上是指在较大蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别的局部区域（一般为球在空间上可以明显区别的局部区域（一般为球状），该区域称为结构域。状），该区域称为结构域。超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域。超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域。抗体分子中结构域示意图抗体分子中结构域示意图三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键（最主要）、疏水键（最主要）、离子键、氢键和范德华力等。离子键、氢键和范德华力等。主要的化学键主要的化学键:定义定义:一条多肽链中所有原子一条多肽链中

31、所有原子在三维空间的整体排布包含了主在三维空间的整体排布包含了主链构象和侧链构象的内容称为蛋链构象和侧链构象的内容称为蛋白质的三级结构白质的三级结构 蛋白质三级结构的意义：蛋白质三级结构的意义：蛋白质的三级结构决定了蛋白质的蛋白质的三级结构决定了蛋白质的生物学功能生物学功能疏水区：疏水区：疏水区从位于分子内部，往往疏水区从位于分子内部，往往 是与辅酶是与辅酶/基或底物结合位点基或底物结合位点维持蛋白质三级结构稳定的因素维持蛋白质三级结构稳定的因素亲水区：亲水区：亲水区多位于分子表面，故球形亲水区多位于分子表面，故球形 蛋白质水溶性较好蛋白质水溶性较好1963年年Kendrew等通过鲸肌红蛋白的

32、等通过鲸肌红蛋白的x-射线衍射分析，射线衍射分析，测得了它的空间结构。测得了它的空间结构。肌红蛋白(Mb)1.1.MbMb是一个只有三级结构是一个只有三级结构的单链蛋白质，有的单链蛋白质，有8 8段段-螺旋结构。螺旋结构。2.2.整条多肽链折叠成紧密整条多肽链折叠成紧密球形分子，氨基酸侧链球形分子，氨基酸侧链上的疏水侧链大都在分上的疏水侧链大都在分子内部，富极性及电荷子内部，富极性及电荷的则在分子表面。的则在分子表面。3.3.MbMb分子内部有一个袋形分子内部有一个袋形空穴，血红素居与其中。空穴，血红素居与其中。血红素辅基与蛋白质部血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。分稳定结合。四、蛋白质的四级结

33、构四、蛋白质的四级结构对蛋白质分子的二、三级结构而言，只涉对蛋白质分子的二、三级结构而言，只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。而有些蛋白及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。而有些蛋白质分子质分子含有二条或多条多肽链，其中每一个具含有二条或多条多肽链，其中每一个具有独立三级结构的多肽链称为蛋白质的亚基有独立三级结构的多肽链称为蛋白质的亚基 。蛋白质分子中各亚基之间的相对空间位置，蛋白质分子中各亚基之间的相对空间位置，称为称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。主要的化学键主要的化学键主要是疏水键、氢键和离子键。主要是疏水键、氢键和离子

34、键。血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构 血红蛋白：具有个亚基组成的四级结构，可结合血红蛋白：具有个亚基组成的四级结构，可结合分子氧。成人由两条分子氧。成人由两条-肽链和两条肽链和两条-肽链组成。肽链组成。氨基酸如何一步步组成蛋白质？肽链肽链蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function The Relation of Structure and Function of Proteinof Protein第第 四四 节节（一）一级结构是空间结构和特定生物学（一）一级结构是空间结构和特定生物学功能的基础。功能的基础。一级结

35、构相似的多肽或蛋白质，一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。其空间构象以及功能也相似。一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 （二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系例：例：镰刀状红细胞贫血镰刀状红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)正常人血红蛋白链的第6位氨基酸是Glu，而镰刀状细胞贫血病人的血红蛋白中，Glu变成了Val，仅此一个氨基酸之差，本是水溶性的血红蛋白，就聚集成不溶性的纤维束，并引起

36、红细胞变形成镰刀状而极易破裂，产生贫血。这种由蛋白质分子一级结构发生变异所导致的疾这种由蛋白质分子一级结构发生变异所导致的疾病，称为病，称为“分子病分子病”。（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 肌红蛋白肌红蛋白和血红蛋白血红蛋白是两个研究得最透彻的蛋白质，它们是蛋白质结构与功能的范例。肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生：若蛋白

37、质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理：蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。这类疾病包括：这类疾病包括：疯牛病、肌萎缩性脊髓侧疯牛病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症、老年痴呆症等。索硬化症、老年痴呆症等。疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白

38、疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,(prion protein,PrPPrP)引起的一种人和动物神经退行性病变。引起的一种人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPPrPc c。PrPPrPc c在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPPrPscsc，从而致病。，从而致病。PrPPrPc c-螺旋螺旋PrPPrPscsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第五节第五节蛋白质的性质蛋白质的性质一、蛋白质的两性电离一、蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基

39、和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。蛋白质是两性电解质。在溶液中的带电状况蛋白质是两性电解质。在溶液中的带电状况主要取决于溶液的主要取决于溶液的pHpH值值PrPrCOOHCOOHNHNH3 3+PrPrCOOCOO-NHNH3 3+PrPrCOOCOO-NHNH2 2+OH+OH-+H+H+OH+OH-+H+H+pH=pIpH=pIpHpIpHpIpHpI此时溶液的此时溶液的pHpH值称为蛋白质的等电点值称为蛋白质的等电点(pI(pI)等电点（等电点

40、（pIpI）：）：在某一在某一pHpH值溶液中，值溶液中，蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质分子所带正负电荷相等，净电荷为零蛋白质分子所带正负电荷相等，净电荷为零 由于蛋白质分子很大，在水中形成胶体溶液。由于蛋白质分子很大，在水中形成胶体溶液。蛋白质（主要是指球状蛋白质）有亲水面，它的蛋白质（主要是指球状蛋白质）有亲水面，它的亲水基团都在表面，因此与水有很大的亲和力，亲水基团都在表面，因此与水有很大的亲和力，成为成为亲水胶体亲水胶体。蛋白质的亲水胶体溶液是相蛋白质的亲水胶体溶液是相当稳定的，一方面由于蛋白质表当稳定的，一方面由于蛋白质表面的亲

41、水基团会吸引它周围的水面的亲水基团会吸引它周围的水分子，使水分子定向排列在它的分子，使水分子定向排列在它的周围，形成周围，形成“水化膜水化膜”。另一方。另一方面由于蛋白质在非等电点时带有面由于蛋白质在非等电点时带有同种同种电荷电荷，同种电荷相斥，也使，同种电荷相斥，也使蛋白质分子保持一定的距离而不蛋白质分子保持一定的距离而不会聚合。会聚合。-+-二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质 *维持蛋白质亲水胶体稳定的因素：维持蛋白质亲水胶体稳定的因素：水化膜水化膜颗粒表面电荷颗粒表面电荷蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质 蛋白质是高分子化合物，不易透过半透蛋白质是高分子化合物，不易透过半透膜，因此可

42、用透析法纯化蛋白质；膜，因此可用透析法纯化蛋白质；+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用 脱水脱水 作用作用脱水作脱水作 用用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质的沉淀作用 可逆沉淀：蛋白质沉淀后，用透析等方法除去使蛋白质沉淀的因素，使蛋白质恢复原来的溶解状态。可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法盐析：盐析：高浓度盐沉淀溶液中的蛋白质，称

43、为盐析。高浓度盐沉淀溶液中的蛋白质，称为盐析。如：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等如：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等 原理：破坏水化膜和中和电荷。原理：破坏水化膜和中和电荷。不可逆沉淀：蛋白质沉淀后，且不能用透析等方法除去沉淀剂而使蛋白质重新溶解于原来的溶剂中。如：重金属盐类、有机溶剂、生物碱试剂。有机溶剂沉淀法：加入极性的有机溶剂如乙醇、丙酮等，破坏水化层而沉淀。重金属盐沉淀法：当pH大于等电点，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重金属离子结合成不溶性盐沉淀。（Ag+、Hg+、Pb+）生物碱或酸类沉淀法：当pH小于等电点时，蛋白质颗粒带净正电荷，易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀。(单宁酸、苦味酸、三氯乙

44、酸)加热变性沉淀法：蛋白质因加热变性而凝固。（四）蛋白质的变性（四）蛋白质的变性蛋白质的变性：蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，其在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。其理化性质改变和生物活性的丧失。变性的本质：变性的本质：主要为二硫键和非共价键的破坏，主要为二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构的改变。不涉及一级结构的改变。变性后，其溶解度降低，粘度增变性后，其溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易加，结晶能力消

45、失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。被蛋白酶水解。变性因素：变性因素：1）物理因素：高温、高压、射线、剧烈）物理因素：高温、高压、射线、剧烈搅拌等搅拌等 2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐、）化学因素：强酸、强碱、重金属盐、某些有机溶剂（乙醇、尿素）等某些有机溶剂（乙醇、尿素）等若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation(renaturation)。1、误食重金属盐类时，喝大量牛奶、蛋清或豆浆来解毒。2、医院里用高温蒸煮来消毒。3、在

46、伤口处涂抹酒精溶液来消毒杀菌。知识应用知识应用 4、生物学中用福尔马林溶液保存生物标本 5、消毒柜中安装红外线或紫外线灯 6、做胃透视时要服“钡餐”BaSO4为何不会中毒，能否改服BaCO3?7 7、鸡蛋、肉类等经加温后蛋白质变性，熟、鸡蛋、肉类等经加温后蛋白质变性，熟了可以吃。了可以吃。（五）蛋白质的呈色反应（五）蛋白质的呈色反应茚三酮反应茚三酮反应蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。茚三酮反应。蓝紫色蓝紫色双缩脲反应双缩脲反应 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为酸铜共热

47、，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲双缩脲反应反应。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。（六）蛋白质的紫外吸收（六）蛋白质的紫外吸收n蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外线，主要蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外线，主要是由带芳香环的氨基酸决定的。其对紫外光吸收是由带芳香环的氨基酸决定的。其对紫外光吸收能力的强弱顺序为：色（能力的强弱顺序为：色（TrpTrp）酪（酪（TyrTyr）苯丙苯丙由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在色氨酸，因此在280nm280nm波长处有特征性吸收峰。波长处有特征性吸收峰。蛋白质的蛋白质的

48、ODOD280280与其浓度呈正比关系，因此可与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。作蛋白质定量测定。第六节第六节蛋白质的分离和纯化蛋白质的分离和纯化蛋白质的分离纯化方法蛋白质的分离纯化方法分子大小分子大小透析和超过滤透析和超过滤密度梯度离心密度梯度离心凝胶过滤凝胶过滤溶解度溶解度等电点沉淀和等电点沉淀和pHpH控制控制盐溶和盐析盐溶和盐析有机溶剂分级分离法有机溶剂分级分离法温度沉淀温度沉淀电荷电荷离子交换层析离子交换层析等电聚焦等电聚焦层析聚焦层析聚焦电泳电泳区带电泳区带电泳聚丙烯酰氨凝胶电泳（聚丙烯酰氨凝胶电泳（PAGEPAGE）毛细管电泳毛细管电泳（一）透析及超滤法（一）透析及超滤

49、法*透析透析 利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。物分开的方法。透析是利用蛋白质分子不能通过半透膜而透析是利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小分子分离。与小分子分离。*超滤法超滤法 应用正压或离心力应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜（半截留分子量的超滤膜（半透膜）透膜），达到浓缩蛋白，达到浓缩蛋白质溶液的目的。质溶液的目的。（二）凝胶过滤又称分子筛层析（二）凝胶过滤又称分子筛层析 柱填料多用葡聚糖。柱填料多用葡聚糖。利用各蛋白质分子大小不同分离。利用各蛋白质分子大小不同分离。用于分离的材料是充满孔径的凝

50、胶颗粒，用于分离的材料是充满孔径的凝胶颗粒，小的分子可进入孔径内大分子无法进入，在小的分子可进入孔径内大分子无法进入，在洗脱过程中，大分子先流出，小分子由于路洗脱过程中，大分子先流出，小分子由于路程较长而后流出，从而使蛋白质得以分离。程较长而后流出，从而使蛋白质得以分离。（三）蛋白质电泳（三）蛋白质电泳蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术术,称为称为电泳电泳 。应用：电泳技术是生化常用分

51、析技术之一应用：电泳技术是生化常用分析技术之一几种重要的蛋白质电泳几种重要的蛋白质电泳*SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子，常用于蛋白质分子量的测定。量的测定。等电聚焦电泳等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。离蛋白质的电泳方法。双向凝胶电泳双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。是蛋白质组学研究的重要技术。跟踪练习跟踪练习1下列过程中不可逆的是下列过程中不可逆的是（）A蛋白质的盐析蛋白质的盐析 B酯的水解酯的水解C蛋白质的变性蛋白质的变性 D氯化铁的水解氯化铁的水解 2误食重金属盐会引起中毒，可用于急误食重

52、金属盐会引起中毒，可用于急救解毒方法有（救解毒方法有（）A服用大量水服用大量水 B服用足量的牛奶服用足量的牛奶 C服用足量的酒精服用足量的酒精 D服用足量服用足量Na2S溶液溶液 3为了鉴别某白色纺织品的成分，是蚕为了鉴别某白色纺织品的成分，是蚕丝还是人造丝，可选用的方法是（丝还是人造丝，可选用的方法是（）A滴加浓硝酸滴加浓硝酸 B滴加浓硫酸滴加浓硫酸 C滴加酒精滴加酒精 D灼烧灼烧 4、要使蛋白质从水溶液中析出而又不改、要使蛋白质从水溶液中析出而又不改变蛋白质的主要性质，最好多加入（变蛋白质的主要性质，最好多加入（）A.饱和饱和Na2SO4溶液溶液 B.稀稀NaOH溶液溶液 C.甲醛溶液甲醛

53、溶液 D.稀稀BaCl2溶液溶液5下图表示蛋白质分子结构的一部分，图中下图表示蛋白质分子结构的一部分，图中A A、B B、C C、D D标出了分子中不同的键，当蛋白质发生水解时，标出了分子中不同的键，当蛋白质发生水解时，断裂的键是（断裂的键是（）R RR R|NHNHCHCHCOCONHNHCHCHCOCO (A)(B)(C)(D)(A)(B)(C)(D)6天然皮革是（天然皮革是（）（A）纤维素制品）纤维素制品 （B）酯类制品）酯类制品（C）合成高分子制品）合成高分子制品 （D）变性的蛋）变性的蛋白质白质7.7.多肽链中主连骨架的组成是多肽链中主连骨架的组成是()()A -NCCNNCCNNC

54、CN-B -CHNOCHNOCHNO-C -CONHCHCONHC-D -CNOHCNOHCNOH-E -CNHOCNHOCNHO-8.8.关于肽键的特点哪个叙述是不正确的关于肽键的特点哪个叙述是不正确的?A 肽键中的C-N键比相邻的N-C键短B 肽键的C-N键具有部分双键性质C 与碳原子相连的N和C所形成的化 学键可以自由旋转D 肽键的C-N键可以自由旋转E 肽键中的C-N键所连的四个原子在同 一平面上9.9.蛋白质中的蛋白质中的 螺旋与螺旋与 折叠都属于折叠都属于()()A 一级结构B 二级结构C 三级结构D 四级结构E 侧链结构10.10.关于关于 螺旋的论述哪一项是不正确的螺旋的论述哪

55、一项是不正确的?A 螺旋是二级结构的常见形式B 多肽链的盘绕方式是右手螺旋C 每3.6个氨基酸残基盘绕一圈D 其稳定性靠相邻的肽键平面间形成的氢键E 影响螺旋的因素是氨基酸残基侧链的结构与性质11.11.下列关于下列关于 折叠结构的论述那些是正确的折叠结构的论述那些是正确的?A 是一种伸展的肽链结构B 肽键平面折叠成锯齿状C 两条以上的多肽链可顺向或反向平行D 两条链间聚合力维持其稳定E R基团交替分布在片层的上下方12.12.蛋白质变性是由于蛋白质变性是由于()()A 一级结构改变B 辅基的脱落C 亚基解聚D 蛋白质水解E 空间构象改变13.13.蛋白质特异的生物学功能主要有蛋白质特异的生物学功能主要有()()A 是各种组织的基本组成成分B 催化功能C 收缩及运动功能D 免疫功能E 调节功能作 业 P51：1题、题、3题、题、6题题 要求要求:班级班级 姓名姓名 学号学号 上交时间：下周一上交时间：下周一