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1、关于蛋白质组成成分和氨基酸第1页，讲稿共125张，创作于星期三第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论蛋白质存在于所有的蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物细胞中，是构成生物体最基本的生物体最基本的结构结构物质和功能物质物质和功能物质。蛋白质是生命活动的蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了物质基础，它参与了几乎所有的生命活动几乎所有的生命活动过程。过程。第2页，讲稿共125张，创作于星期三一、蛋白质的功能多样性一、蛋白质的功能多样性1.1.催化功能催化功能 2.2.结构功能结构功能 3.3.运输功能运输功能 4.4.贮存功能贮存功能 5.5.运动功能运动功能 6.6.防御功能防御功能 7.7.调
2、节功能调节功能 8.8.信息传递功能信息传递功能 9.9.遗传调控功能遗传调控功能 10.10.其它功能其它功能 蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。第3页，讲稿共125张，创作于星期三二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类（一）按分子形状分类（一）按分子形状分类 1.1.球状蛋白球状蛋白 球形，多溶于水，球形，多溶于水，多具有活性，长度多具有活性，长度与直径之比一般小与直径之比一般小于于1010。如酶、转运蛋白、如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等。蛋白激素、
3、抗体等。2.2.纤维状蛋白纤维状蛋白 细长，分子量大，多细长，分子量大，多是结构蛋白。是结构蛋白。如胶原蛋白，弹性蛋如胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白等。白，角蛋白等。第4页，讲稿共125张，创作于星期三二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类（二）按分子组成分类（二）按分子组成分类1.1.简单蛋白简单蛋白 由氨基酸组成由氨基酸组成7 7类：类：清蛋白清蛋白球蛋白球蛋白组蛋白组蛋白精蛋白精蛋白谷蛋白谷蛋白醇溶蛋白和硬蛋白。醇溶蛋白和硬蛋白。2.2.结合蛋白结合蛋白 由蛋白质和非蛋白成分组由蛋白质和非蛋白成分组成，后者称为辅基。成，后者称为辅基。7 7类：类：核蛋白核蛋白脂蛋白脂蛋白糖蛋白糖蛋白磷蛋白磷蛋白血
4、红素蛋白血红素蛋白黄素蛋白和金属蛋白。黄素蛋白和金属蛋白。第5页，讲稿共125张，创作于星期三三、蛋白质的元素组成与分子量三、蛋白质的元素组成与分子量元素组成：元素组成：、含量含量 ：克克 6.256.25克克 蛋白质蛋白质每克样品中含每克样品中含N N克数克数6.251006.25100 =100 =100克样品中蛋白质的含量（克克样品中蛋白质的含量（克%）第6页，讲稿共125张，创作于星期三第二节第二节 氨基酸氨基酸一、氨基酸的结构与分类一、氨基酸的结构与分类（一）基本氨基酸（一）基本氨基酸 （二）（二）氨基酸的生物学功能氨基酸的生物学功能二、氨基酸的性质二、氨基酸的性质（一）物理性质（一
5、）物理性质 （二）化学性质（二）化学性质 第7页，讲稿共125张，创作于星期三（一）基本氨基酸（一）基本氨基酸1 1、种氨基酸的化学名称及结构通式：、种氨基酸的化学名称及结构通式：一、氨基酸的结构与分类一、氨基酸的结构与分类第8页，讲稿共125张，创作于星期三2 2、构型：、构型：从蛋白质水解得到的从蛋白质水解得到的氨基酸属氨基酸属 L L 氨基酸氨基酸COOHH2NCHR代表氨基酸的侧链（基团）代表氨基酸的侧链（基团）。不同的氨基酸，基团不同不同的氨基酸，基团不同。第9页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的分类氨基酸的分类根据氨基酸的侧链根据氨基酸的侧链R R基团的化学结构分类：基团的化学
6、结构分类：脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、甘、丙、缬、亮、异亮、蛋、半胱、丝、苏、谷、蛋、半胱、丝、苏、谷、谷酰、天、天酰、赖、精谷酰、天、天酰、赖、精芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：苯丙、酪、色苯丙、酪、色杂环氨基酸：杂环氨基酸：组、脯组、脯杂环亚氨基酸：杂环亚氨基酸：脯脯第10页，讲稿共125张，创作于星期三第11页，讲稿共125张，创作于星期三第12页，讲稿共125张，创作于星期三第13页，讲稿共125张，创作于星期三第14页，讲稿共125张，创作于星期三第15页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸氨基酸 基团基团 基团上有功能基团基团上有功能基团 丝丝Ser Ser 羟基
7、羟基 半胱半胱Cysh Cysh 巯基巯基 天酰天酰Asn Asn 酰胺基酰胺基谷酰谷酰GlnGln天冬天冬Asp Asp 羧基羧基谷谷GluGlu 赖赖LysLys 2 2氨基氨基 精精Arg Arg 胍基胍基 组组HisHis 咪唑基咪唑基第16页，讲稿共125张，创作于星期三极性氨基酸极性氨基酸：极性不带电荷：甘、丝、苏、天酰、极性不带电荷：甘、丝、苏、天酰、谷酰、谷酰、酪、半胱酪、半胱 极性带负电荷：天、谷极性带负电荷：天、谷极性带正电荷：组、赖、精极性带正电荷：组、赖、精非极性氨基酸非极性氨基酸：丙、缬、亮、异亮、丙、缬、亮、异亮、苯丙、蛋、脯、色苯丙、蛋、脯、色根据氨基酸的侧链根据
8、氨基酸的侧链R R基团的基团的极性极性分类：分类：第17页，讲稿共125张，创作于星期三必需氨基酸必需氨基酸：机机体体维维持持正正常常代代谢谢、生生长长所所必必需需，而而自自身身不不能能合合成成，需需从从外外界界获获取取的的氨氨基基酸酸。如如：PhePhe、TrpTrp、LysLys、MetMet、LeuLeu、I1eI1e、ThrThr、ValVal、HisHis、ArgArg。非必需氨基酸非必需氨基酸：体内能合成的氨基酸。体内能合成的氨基酸。1212种种第18页，讲稿共125张，创作于星期三（二）（二）氨基酸的生物学功能氨基酸的生物学功能1 1、合成蛋白质合成蛋白质，以满足机体生长发，以满
9、足机体生长发育和组织的更新修复等需要。育和组织的更新修复等需要。2 2、转变成具有重要生理功能的含氮转变成具有重要生理功能的含氮化合物化合物（如核苷酸、尼克酰胺、儿茶酚（如核苷酸、尼克酰胺、儿茶酚胺类激素、甲状腺素等）。胺类激素、甲状腺素等）。3 3、转变成、转变成糖类或脂肪糖类或脂肪。4 4、氧化供能氧化供能。第19页，讲稿共125张，创作于星期三二、氨基酸的重要理化性质氨基酸的重要理化性质（一）物理性质（一）物理性质（二）化学性质（二）化学性质第20页，讲稿共125张，创作于星期三紫外吸收紫外吸收参与蛋白质组成的参与蛋白质组成的20种氨基酸种氨基酸中色氨酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸、酪氨酸
10、(Tyr)和苯丙和苯丙氨酸氨酸(Phe)的的R基团中含有苯环共轭基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（吸收谱带，最大光吸收（max）分）分别为别为280、275、和和257nm。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量的快速简便的方法。量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收（一）物理性质（一）物理性质第21页，讲稿共125张，创作于星期三 与与苯异硫氰酸酯苯异硫氰酸酯(PIT
11、C)(PITC)的反应的反应 COOH COOH|+H H2 2N-CHN-CH|R R在弱碱中在弱碱中-NH-C-NH-CH-COOH苯氨基硫甲酰氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-(PTC-氨基酸氨基酸)S|RH+环化环化-N=C=S苯异硫氰酸酯苯异硫氰酸酯(PITC)(PITC)-NOCCH-RC NHS苯乙内酰硫脲氨基酸苯乙内酰硫脲氨基酸(PTH-(PTH-氨基酸氨基酸)无色无色EdmanEdman反应反应（二）化学性质（二）化学性质第22页，讲稿共125张，创作于星期三 与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯反应反应 COOH COOH|+H H2 2N-CHN-CH|R R在弱碱中
12、在弱碱中O2N-|NO2-F2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB(DNFB或或FDNB)FDNB)O2N-|NO2-2,4-2,4-二硝基苯二硝基苯-氨基酸氨基酸(DNP-(DNP-氨基酸氨基酸)黄色黄色 COOH COOH|NH-CH NH-CH|R R+HFSanger Sanger 反应反应 第23页，讲稿共125张，创作于星期三SangerSanger 反应反应2.42.4一二硝基氟苯（一二硝基氟苯（DNFBDNFB）DNP-DNP-氨氨基基酸酸，黄黄色色，层层析析法法鉴鉴定定，被被SangerSanger用用来来测测定定多多肽肽的的NHNH2 2末端氨基酸末端氨基酸 第24
13、页，讲稿共125张，创作于星期三 与茚三酮的反应与茚三酮的反应RCHCOOHNH2 氨基酸氨基酸OOOHOH2+沸腾沸腾蓝紫色化合物蓝紫色化合物第25页，讲稿共125张，创作于星期三成肽反应成肽反应 R1 R2 H2NCHCOOH H2NCHCOOH R1 R2 H2NCHCOHN CH COOH肽键肽键二肽二肽-H2O第26页，讲稿共125张，创作于星期三两性解离和等电点两性解离和等电点第27页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的兼性离子形式氨基酸的兼性离子形式 氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在。形式存在。晶体熔点高晶体熔点高离子晶格，不是分
14、子晶格。离子晶格，不是分子晶格。不溶于非极性溶剂不溶于非极性溶剂极性分子极性分子介电常数高介电常数高水溶液中的氨基酸是极性分子。水溶液中的氨基酸是极性分子。第28页，讲稿共125张，创作于星期三第29页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的氨基酸的等电点等电点 当溶液为某一当溶液为某一pHpH值时，氨基酸分子值时，氨基酸分子中所含的中所含的-NH-NH3 3+和和-COO-COO-数目正好相等，净数目正好相等，净电荷为电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的等电点值即为氨基酸的等电点（pIpI）。）。在等电点时，氨基酸既不向正在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性极
15、也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。离子状态。不同的氨基酸，其等电点（不同的氨基酸，其等电点（pIpI）不同。）不同。第30页，讲稿共125张，创作于星期三第31页，讲稿共125张，创作于星期三第32页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的等电点氨基酸的等电点 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKpK1 1和和pKpK2 2的算术平均值：的算术平均值：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2)/2 对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pIpI值也决定于两性离值也决定于两性离子两边的子两边
16、的pKpK值的算术平均值。值的算术平均值。酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2 )/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=(pKpI=(pK2 2+pK+pK3 3)/2)/2 对于丙氨酸等一氨基一羧基的中性型氨基酸来说对于丙氨酸等一氨基一羧基的中性型氨基酸来说,由于羧基电由于羧基电离度略大于氨基电离度离度略大于氨基电离度,所以溶于水时所以溶于水时,其负离子数将多于正离子其负离子数将多于正离子数数,因而在纯水中显微酸性因而在纯水中显微酸性.第33页，讲稿共125张，创作于星期三CH2SCH2SHHCHNH2CHNH2COOHCOOHCH2CH2CHNH2C
17、HNH2COOHCOOHHHS S+CH2CH2S SCHNH2CHNH2COOHCOOHCH2CH2CHNH2CHNH2COOHCOOHS S+-2H-2H+2H+2H形成二硫键形成二硫键形成二硫键形成二硫键第34页，讲稿共125张，创作于星期三第三节第三节 肽肽一、肽键及肽链二、肽的命名及结构三、天然存在的活性寡肽第35页，讲稿共125张，创作于星期三 蛋白质的基本结构单位是氨基酸，由20 种氨基酸组成了各种各样的蛋白质。研究证明，蛋白质是由许多氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键连接起来的生物大分子。第36页，讲稿共125张，创作于星期三 R1 R2 H2NCHCOOH H2NCHCOOH
18、R1 R2 H2NCHCOHN CH COOH肽键肽键二肽二肽 -H2O一、肽键及肽链 肽键（肽键（peptide bondpeptide bond）是）是蛋白质分子中氨基酸之间的蛋白质分子中氨基酸之间的主要连接方式，它是由一个氨基酸的主要连接方式，它是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基羧基与另一个氨基酸的酸的-氨基缩合脱水而形成的酰胺键。氨基缩合脱水而形成的酰胺键。第37页，讲稿共125张，创作于星期三 一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基之间失去一分子水相互连接而成的化合物称为肽（peptide），由2 个氨基酸缩合形成的肽叫二肽（dipeptide），由3 个氨基酸缩合形成的肽叫三肽（
19、tripeptide），少于10 个氨基酸的肽称为寡肽（oligopeptide），由10个以上氨基酸形成的肽叫多肽（polypeptide）。第38页，讲稿共125张，创作于星期三二、肽的命名及结构 肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成已经不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基（amino acidresidues）。肽的命名是从肽链的N-末端开始，按照氨基酸残基的顺序而逐一命名。氨基酸残基用酰来称呼，称为某氨基酰某氨基酰某氨基酸。例如，由丝氨酸、甘氨酸、酪氨酸、丙氨酸和亮氨酸组成的五肽就命名为丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸。第39页，讲稿共125张，创作于星期三 甘丙丝缬亮蛋赖赖精谷 Gly-
20、Ala-Ser-Val-Leu-Met-Lys-Lys-Arg-Glu G-A-S-V-L-M-K-K-R-E 在书写时，含自由氨基的一端总是写在左边，含自由羧基的一端总是写在右边。第40页，讲稿共125张，创作于星期三多肽链多肽链R1R2R3H2NCHCOHNCHCOHNCHCOOH多肽链中单位多肽链中单位氨基酸氨基酸残基；残基；多肽链有两端：多肽链有两端：氨基末端（端）氨基末端（端）羧基末端（端）羧基末端（端）多肽链的主链：多肽链的主链：侧链：各基团侧链：各基团第41页，讲稿共125张，创作于星期三第42页，讲稿共125张，创作于星期三第43页，讲稿共125张，创作于星期三谷胱甘肽的结构谷
21、胱甘肽的结构：SHCH2H2N-CH-CH2-CH2-CO-HN-CH-CO-HN-CH2-COOHCOOH-2H2G-SHG-S-S-G（还原型）（还原型）+2H 2H （氧化型）（氧化型）巯基三、天然存在的活性寡肽第44页，讲稿共125张，创作于星期三谷胱甘肽的功能谷胱甘肽的功能 GSH GSH可与氧化剂如可与氧化剂如H H2 2O O2 2起反应，从而保护起反应，从而保护一些含巯基的蛋白质或酶免遭氧化而丧一些含巯基的蛋白质或酶免遭氧化而丧失正常结构与功能。失正常结构与功能。如红细胞中的如红细胞中的GSHGSH可以保护细胞膜上含巯可以保护细胞膜上含巯基的蛋白质和酶，以维护膜的完整性和基的蛋
22、白质和酶，以维护膜的完整性和酶活性。酶活性。第45页，讲稿共125张，创作于星期三谷胱甘肽的功能谷胱甘肽的功能H2O22H2O2GSHGSSGNADP+NADPH+H+GSH过氧化物酶过氧化物酶GSH还原酶还原酶第46页，讲稿共125张，创作于星期三第四节 蛋白质的分子结构 蛋白质的结构可以分为四个层次来研究，即一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。其中一级结构又称蛋白质的化学结构（chemical structure）、共价结构或初级结构。而二级结构、三级结构和四级结构又称为蛋白质的空间结构或三维结构(three dimensional structure)。第47页，讲稿共125张，创作
23、于星期三一、蛋白质的一级结构 所谓蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序以及二硫键的位置。一级结构是蛋白质分子结构的基础，它包含了决定蛋白质分子所有结构层次构象的全部信息。蛋白质一级结构研究的内容包括蛋白质的氨基酸组成、氨基酸排列顺序和二硫键的位置，肽链数目，末端氨基酸的种类等。一级结构是蛋白质的肽键维系的。第48页，讲稿共125张，创作于星期三第49页，讲稿共125张，创作于星期三 T Trypsin rypsin：R R1 1=赖氨酸赖氨酸LysLys和精氨酸和精氨酸ArgArg侧链侧链（专一性较强，水解（专一性较强，水解速度快）。速度快）。肽链水解位点水解位点胰胰蛋蛋白白酶酶
24、第50页，讲稿共125张，创作于星期三肽链水解位点水解位点糜糜蛋蛋白白酶酶 或或胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（C Chymotrypsinhymotrypsin）：）：R1=R1=苯丙氨酸苯丙氨酸Phe,Phe,色色氨酸氨酸Trp,Trp,酪氨酸酪氨酸Tyr;Tyr;亮氨酸亮氨酸LeuLeu，蛋氨酸蛋氨酸MetMet和组氨酸和组氨酸HisHis水解稍慢。水解稍慢。第51页，讲稿共125张，创作于星期三肽链水解位点水解位点 胃胃蛋蛋白白酶酶 P Pepsinepsin：R1R1和和R2R2R1=R1=苯丙氨酸苯丙氨酸Phe,Phe,色氨酸色氨酸Trp,Trp,酪氨酸酪氨酸Tyr;Tyr;亮亮氨酸氨酸
25、LeuLeu以及其它疏水以及其它疏水性氨基酸，水解速度性氨基酸，水解速度较快较快。第52页，讲稿共125张，创作于星期三二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondary structure）是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。研究证明，蛋白质的二级结构主要有-螺旋、-折叠和转角。氢键是稳定二级结构的主要作用力。第53页，讲稿共125张，创作于星期三(一)肽单位的构象 肽单位（peptide group）是多肽链中从一个-碳原子到相邻-碳原子之间的结构。第54页，讲稿共125张，创作于星期三 肽单位的构象具有三个显著的特征：1肽单位是一个刚性的平面结构 肽键中羰基碳原子与氮原子之间所
26、形成的键不能自由旋转，因为这个键（C-N 键）的长度为0.132nm，比一般的C-N 单键（0.147nm）要短些，而比一般的C=N 双键（0.127nm）要长些，所以具有部分双键的性质，不能自由旋转，这样使得肽单位所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为酰胺平面或肽平面。第55页，讲稿共125张，创作于星期三2肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位置 由于连接在相邻两个-碳上的侧链基团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成，而有利于伸展的反式构象的形成，所以蛋白质中几乎所有的肽单位都是反式构象.第56页，讲稿共125张，创作于星期三3C和亚氨基N 及C与羰基C 之间的键是单键，可以
27、自由旋转 -碳原子与羰基碳原子之间的键是一个纯粹的单键，-碳原子与亚氨基氮原子之间的键也是一个纯粹的单键，因此，可以自由旋转。C-N 键旋转的角度通常用表示；C-C 键旋转的角度用表示，它们被称为C原子的二面角或肽单位二面角.第57页，讲稿共125张，创作于星期三第58页，讲稿共125张，创作于星期三(二)蛋白质的二级结构 1951 年，Pauling 和Corey 根据对一些简单化合物（如氨基酸和寡肽）的X-射线晶体图的数据，提出了两个周期性的多肽结构模型，分别称为-螺旋结构和-折叠结构。第59页，讲稿共125张，创作于星期三1-螺旋(-helix)结构-螺旋结构具有以下主要特征：（1）-螺
28、旋结构是一个类似棒状的结构，从外观看，紧密卷曲的多肽链主链构成了螺旋棒的中心部分，所有氨基酸残基的R 侧链伸向螺旋的外侧，这样可以减少立体障碍。肽链围绕其长轴盘绕成右手螺旋体。第60页，讲稿共125张，创作于星期三（2）-螺旋每圈包含3.6 个氨基酸残基，螺距为0.54nm，即螺旋每上升一圈相当于向上平移0.54nm。相邻两个氨基酸残基之间的轴心距为0.15nm，每个残基绕轴旋转100。第61页，讲稿共125张，创作于星期三（3）-螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键维持。螺旋中每个氨基酸残基的羰基氧与它后面第4 个氨基酸残基的-氨基氮上的氢之间形成氢键，所有氢键与长轴几乎平行。螺旋内的一个氢键对结
29、构的稳定性的作用并不大，但-螺旋内的许多氢键的总体效应却能稳定螺旋的构象。实际上，-螺旋结构是最稳定的二级结构。第62页，讲稿共125张，创作于星期三第63页，讲稿共125张，创作于星期三第64页，讲稿共125张，创作于星期三2-折叠结构 又称为-折叠片层（-plated sheet）结构和-结构等。这是Pauling 和Corey 继发现-螺旋结构后在同年又发现的另一种蛋白质二级结构。-折叠结构是一种肽链相当伸展的结构，多肽链呈扇面状折叠。第65页，讲稿共125张，创作于星期三-折叠结构的特点如下：（1）在-折叠结构中，多肽链几乎是完全伸展的。相邻的两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。侧链
30、R 交替地分布在片层的上方和下方，以避免相邻侧链R 之间的空间障碍。第66页，讲稿共125张，创作于星期三（2）在-折叠结构中，相邻肽链主链上的C=O 与N-H 之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。所有的肽键都参与了链间氢键的形成，因此维持了-折叠结构的稳定。第67页，讲稿共125张，创作于星期三（3）相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。在平行的-折叠结构中，相邻肽链的走向相同，氢键不平行。在反平行的-折叠结构中，相邻肽链的走向相反，但氢键近于平行。从能量角度考虑，反平行式更为稳定。第68页，讲稿共125张，创作于星期三3-转角结构 -转角结构（-turn）又称为-弯曲、-回折、发夹结构
31、和U型转折等。蛋白质分子多肽链在形成空间构象的时候，经常会出现180的回折（转折），回折处的结构就称为-转角结构，一般由四个连续的氨基酸组成。第69页，讲稿共125张，创作于星期三第70页，讲稿共125张，创作于星期三三、超二级结构和结构域（一）超二级结构 蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中形成有规则二级结构聚集体，如-螺旋聚集体（型）、-折叠聚集体（型）以及-螺旋和-折叠的聚集体，常见的是型聚集体。在球状蛋白质中常见的是两个聚集体连在一起，形成结构，称为Rossmann 卷曲。这种由二级结构间组合的结构层次称为超二级结构。超二级结构一般以一个整体参与三维折叠，作为三级结构的构件。第71页，讲稿
32、共125张，创作于星期三（二）结构域 结构域（structural domain）是介于二级和三级结构之间的另一种结构层次。所谓结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域，又称为辖区。多肽链首先是在某些区域相邻的氨基酸残基形成有规则的二级结构，然后，又由相邻的二级结构片段集装在一起形成超二级结构，在此基础上多肽链折叠成近似于球状的三级结构。第72页，讲稿共125张，创作于星期三四、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构及其特点 蛋白质的三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构、超二级结构以及结构域的基础上，进一步卷曲折叠形成复杂的球状分子结构。三级结构包括多肽链
33、中一切原子的空间排列方式。维持这种特定构象稳定的作用力主要是次级键，它们使多肽链在二级结构的基础上形成更复杂的构象。肽链中的二硫键可以使远离的两个肽段连在一起，所以对三级结构的稳定也起到重要作用。第73页，讲稿共125张，创作于星期三第74页，讲稿共125张，创作于星期三蛋白质的三级结构有以下共同特点：（1）具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，内部有时只能容纳几个水分子。第75页，讲稿共125张，创作于星期三（2）大多数疏水性氨基酸侧链都埋藏在分子内部，它们相互作用形成一个致密的疏水核，这对稳定蛋白质的构象有十分重要的作用，而且这些疏水区域常常
34、是蛋白质分子的功能部位或活性中心。第76页，讲稿共125张，创作于星期三（3）大多数亲水性氨基酸侧链都分布在分子的表面，它们与水接触并强烈水化，形成亲水的分子外壳，从而使球蛋白分子可溶于水。第77页，讲稿共125张，创作于星期三五、蛋白质的四级结构具有独立三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互连接而形成的聚合体结构就是蛋白质的四级结构（quaternary structure）。在具有四级结构的蛋白质中，每一个具有独立的三级结构的多肽链称为该蛋白质的亚单位或亚基（subunit）。亚基之间通过其表面的次级键连接在一起，形成完整的寡聚蛋白质分子。第78页，讲稿共125张，创作于星期三第79页，讲稿
35、共125张，创作于星期三第80页，讲稿共125张，创作于星期三第五节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质的种类很多，各种蛋白质都有其独特的生物学功能，而实现其生物功能的基础就是蛋白质分子所具有的结构，其中包括一级结构和空间结构，从根本上来说取决于它的一级结构。第81页，讲稿共125张，创作于星期三一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）分子病与结构的关系 分子病是指蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常顺序有所不同的遗传病，如镰刀型贫血病就是一例。第82页，讲稿共125张，创作于星期三镰刀形红细胞贫血症血红蛋白遗传信息的异常镰刀形红细胞贫血症血红蛋白遗传信息的异常DNADNA.TGT GGG C.TG
36、T GGG CT TT CTT TTT T CTT TTT mRNA ACA CCC GmRNA ACA CCC GA AA GAA AAA.A GAA AAA.HbHbA A链链链链N N端端端端 苏苏苏苏 脯脯脯脯 谷谷谷谷 谷谷谷谷 赖赖赖赖.正常正常正常正常DNADNA.TGT GGG C.TGT GGG CA AT CTT TTT T CTT TTT mRNA ACA CCC GmRNA ACA CCC GU UA GAA AAA.A GAA AAA.HbSHbS链链链链N N端端端端 .苏苏苏苏 脯脯脯脯 缬缬缬缬 谷谷谷谷 赖赖赖赖.异常异常异常异常HbAHbA：正常成人：正常成
37、人HbHbHbsHbs：镰刀形红细胞贫血症镰刀形红细胞贫血症HbHb第83页，讲稿共125张，创作于星期三（二）同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属差异 有些蛋白质存在于不同的生物体中，但具有相同的生物学功能，这些蛋白质被称为同功能蛋白质或同源蛋白质。研究发现，不同种属的同一种蛋白质其一级结构上有些变化，这就是所谓的种属差异。第84页，讲稿共125张，创作于星期三（三）一级结构的局部断裂与蛋白质的激活 生物体中的很多酶、蛋白激素、凝血因子等蛋白质都具有重要的生物学功能，但它们在体内往往以无活性的前体（precursor）形式贮存着，酶的无活性的前体称为酶原。这些酶原在体内被切去一个或几个段肽后才能被
38、激活成有催化活性的酶。第85页，讲稿共125张，创作于星期三二、蛋白质的空间结构与功能的关系（一）核糖核酸酶的变性与复性第86页，讲稿共125张，创作于星期三蛋白质的变性是可逆的，同时也说明，蛋白质分子多肽链的氨基酸排列顺序包含了自动形成正确的空间构象所需要的全部信息，蛋白质的特定的空间结构是其特有的生物功能的基础。第87页，讲稿共125张，创作于星期三（二）蛋白质的变构现象 一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间结构发生变化，导致其生物功能的改变，称为蛋白质的变构现象或别构现象。变构现象是蛋白质表现其生物功能的一种普遍而十分重要的现象，也是调节蛋白质生物功能的极为有效的方式。第
39、88页，讲稿共125张，创作于星期三第89页，讲稿共125张，创作于星期三NH3+PrCOOH NH3+Pr COO-NH3 Pr COO-OH-OH-H+H+阳离子阳离子阴离子阴离子兼性离子兼性离子（pHPI）（pH=PI）（pHPI）一、蛋白质的两性性质和等电点第六节 蛋白质的重要性质第90页，讲稿共125张，创作于星期三PrCOOHNH2PrCOO-NH2PrCOOHNH2OH-+H+(H2O)H+PrCOOHNH3+PrCOOHNH2pHPrCOO-NH3+（pI）使蛋白质呈电中性的溶液使蛋白质呈电中性的溶液 PH PH 值值pIpH=pI：pHpI：pH pI：蛋白质处于中性环境，两
40、边解离趋势相等而成兼性离子蛋白质处于中性环境，两边解离趋势相等而成兼性离子蛋白质处于碱性环境，羧基解离趋势大于氨基而成负离子蛋白质处于碱性环境，羧基解离趋势大于氨基而成负离子蛋白质处于酸性环境，氨基解离趋势大于羧基而成正离子蛋白质处于酸性环境，氨基解离趋势大于羧基而成正离子第91页，讲稿共125张，创作于星期三溶液中蛋白质的带电状况与其所处环境的pH 有关。当溶液在某一特定的pH 条件下，蛋白质分子所带的正电荷数与负电荷数相等，即净电荷为零，此时蛋白质分子在电场中不移动，这时溶液的pH 称为该蛋白质的等电点，此时蛋白质的溶解度最小。由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以都有其特定的等电点，在同一
41、pH 条件下所带净电荷不同。第92页，讲稿共125张，创作于星期三带电质点在电场中向相反电荷的电极移动，这种现象称为电泳（electrophoresis）。由于蛋白质在溶液中解离成带电的颗粒，因此可以在电场中移动，移动的方向和速度取决于所带净电荷的正负性和所带电荷的多少以及分子颗粒的大小和形状。由于各种蛋白质的等电点不同，所以在同一pH 溶液中带电荷不同，在电场中移动的方向和速度也各不相同，根据此原理就可利用电泳的方法将混合的各种蛋白质分离开。第93页，讲稿共125张，创作于星期三二、蛋白质的胶体性质 蛋白质是生物大分子，蛋白质溶液是稳定的胶体溶液，具有胶体溶液的特征，其中电泳现象和不能透过半
42、透膜对蛋白质的分离纯化都是非常有用的。蛋白质之所以能以稳定的胶体存在主要是由于：第94页，讲稿共125张，创作于星期三（1）蛋白质分子大小已达到胶体质点范围（颗粒直径在1100nm 之间），具有较大表面积。（2）蛋白质分子表面有许多极性基团，这些基团与水有高度亲和性，很容易吸附水分子。（3）蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，即在酸性溶液中带有正电荷，在碱性溶液中带有负电荷。由于同性电荷互相排斥，所以使蛋白质颗粒互相排斥，不会聚集沉淀。第95页，讲稿共125张，创作于星期三NH3+PrCOOH NH3+Pr COO-NH3 Pr COO-OH-OH-H+H+阳离子阳离子阴离子阴离子兼性离子兼
43、性离子（pHPI）（pH=PI）（pHPI）第96页，讲稿共125张，创作于星期三三、蛋白质的变性与复性 蛋白质因受某些物理或化学因素的影响，分子的空间构象被破坏，从而导致其理化性质发生改变并失去原有的生物学活性的现象称为蛋白质的变性作用。变性作用并不引起蛋白质一级结构的破坏，而是二级结构以上的高级结构的破坏，变性后的蛋白质称为变性蛋白。第97页，讲稿共125张，创作于星期三引起蛋白质变性的因素很多，物理因素有高温、紫外线、X-射线、超声波、高压、剧烈的搅拌、震荡等。化学因素有强酸、强碱、尿素、胍盐、去污剂、重金属盐（如Hg2+、Ag+、Pb2+等）三氯乙酸，浓乙醇等。不同蛋白质对各种因素的敏
44、感程度不同。第98页，讲稿共125张，创作于星期三蛋白质变性后许多性质都发生了改变，主要有以下几个方面：（一）生物活性丧失（二）某些理化性质的改变（三）生物化学性质的改变第99页，讲稿共125张，创作于星期三如果变性条件剧烈持久，蛋白质的变性是不可逆的。如果变性条件不剧烈，这种变性作用是可逆的，说明蛋白质分子内部结构的变化不大。这时，如果除去变性因素，在适当条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性，这种现象称为蛋白质的复性（renaturation）。第100页，讲稿共125张，创作于星期三四、蛋白质的颜色反应 蛋白质分子中的肽键、苯环、酚以及分子中的某些氨基酸可与某些试剂产生颜色反应，这些
45、颜色反应可应用于蛋白质的分析工作，定性定量地测定蛋白质。第101页，讲稿共125张，创作于星期三（一）双缩脲反应 双缩脲是由两分子尿素缩合而成的化合物。将尿素加热到180，2 分子尿素缩合成1 分子双缩脲并放出1 分子氨：第102页，讲稿共125张，创作于星期三双缩脲在碱性溶液中能与硫酸铜反应产生红紫色络合物，此反应称双缩脲反应（biuret reaction）。蛋白质分子中含有许多肽键，结构与双缩脲相似，因此也能产生双缩脲反应，所以可用此反应来定性定量地测定蛋白质。凡含有两个或两个以上肽键结构的化合物都可有双缩脲反应。第103页，讲稿共125张，创作于星期三（二）蛋白质黄色反应 蛋白质溶液遇
46、硝酸后先产生白色沉淀，加热则白色沉淀变成黄色，再加碱，颜色加深呈橙黄色。这是因为硝酸将蛋白质分子中的苯环硝化，产生了黄色硝基苯衍生物。第104页，讲稿共125张，创作于星期三第105页，讲稿共125张，创作于星期三第八节 蛋白质的分离纯化及鉴定一、蛋白质分离纯化的一般原则 蛋白质提纯的目的是增加产品的纯度和产量，同时又要保持和提高产品的生物活性。因此，要分离纯化某一种蛋白质，首先应选择一种含目的蛋白质较丰富的材料。其次，应设法避免蛋白质变性，以制备有活性的蛋白质。对于大多数蛋白质来说，纯化操作都是在04的低温下进行的。同时也应避免过酸、过碱的条件以及剧烈的搅拌和振荡。第106页，讲稿共125张
47、，创作于星期三二、分离纯化蛋白质的一般程序分离纯化蛋白质的一般程序可分为以下几个步骤：（一）材料的预处理及细胞破碎 分离提纯某一种蛋白质时，首先要把蛋白质从组织或细胞中释放出来并保持原来的天然状态，不丧失活性。所以要采用适当的方法将组织和细胞破碎。常用的破碎组织细胞的方法有：第107页，讲稿共125张，创作于星期三1.机械破碎法2.渗透破碎法3.反复冻融法4.超声波法5.酶法第108页，讲稿共125张，创作于星期三(二)蛋白质的抽提 通常选择适当的缓冲液溶剂把蛋白质提取出来。抽提所用缓冲液的pH、离子强度、组成成分等条件的选择应根据欲制备的蛋白质的性质而定。第109页，讲稿共125张，创作于星
48、期三（三）蛋白质粗制品的获得 选用适当的方法将所要的蛋白质与其它杂蛋白分离开来。常用的有下列几种方法：第110页，讲稿共125张，创作于星期三1.1.透析透析 将蛋白质溶液将蛋白质溶液(不纯不纯)放入透析袋中，放放入透析袋中，放在流水中（纯水），让低分子杂质（如盐在流水中（纯水），让低分子杂质（如盐类）透过半透膜扩散入水内，蛋白质则留类）透过半透膜扩散入水内，蛋白质则留在袋中，分离纯化蛋白质。在袋中，分离纯化蛋白质。第111页，讲稿共125张，创作于星期三半透膜阻留半透膜阻留prpr分子，分子，而让小的溶质分子和而让小的溶质分子和水通过，以达到除去水通过，以达到除去蛋白质溶液中小分子蛋白质溶液
49、中小分子（盐、低分子酸等）。（盐、低分子酸等）。第112页，讲稿共125张，创作于星期三2.利用分离蛋白质的沉淀作用 蛋白质的沉淀作用是指在蛋白质溶液中加入适当试剂，破坏了蛋白质的水化膜或中和了其分子表面的电荷，从而使蛋白质胶体溶液变得不稳定而发生沉淀的现象。下列方法可使蛋白质产生沉淀并可有效地用于蛋白质的分离。第113页，讲稿共125张，创作于星期三盐析 在蛋白质溶液中加入一定量的中性盐（如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等）使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析（salting out）。这是由于这些盐类离子与水的亲和性大，又是强电解质，可与蛋白质争夺水分子，破坏蛋白质颗粒表面的水膜。另外，大量
50、中和蛋白质颗粒上的电荷，使蛋白质成为既不含水膜又不带电荷的颗粒而聚集沉淀。第114页，讲稿共125张，创作于星期三另外，当在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋白质溶解度会增加，这种现象称为盐溶（salting in），这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质颗粒带同种电荷而相互排斥，并且与水分子的作用加强，从而溶解度增加。第115页，讲稿共125张，创作于星期三调pH至等电点 当蛋白质溶液处于等电点pH 时，蛋白质分子主要以两性离子形式存在，净电荷为零。此时蛋白质分子失去同种电荷的排斥作用，极易聚集而发生沉淀。第116页，讲稿共125张，创作于星期三有机溶剂 有些与水互溶的有机溶