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1、第五章第五章蛋白质（蛋白质（Protein)第一节第一节引言（引言（Introduction）n蛋白质是构成生物体的基本物质。蛋白质是构成生物体的基本物质。病病毒毒，细细菌菌，植植物物和和动动物物细细胞胞原原生生质质都都是是以蛋白质为基础的。以蛋白质为基础的。n酶是蛋白质酶是蛋白质已经发现数以千计的酶。已经发现数以千计的酶。n生生物物活活性性蛋蛋白白胰胰岛岛素素、生生长长激激素素、收收缩缩蛋蛋白、转移蛋白、白、转移蛋白、免疫蛋白、毒蛋白免疫蛋白、毒蛋白n蛋白质是由蛋白质是由20种氨基酸构成的聚合物。种氨基酸构成的聚合物。一、蛋白质的分类：一、蛋白质的分类：（一）根据组成分类根据组成分类 简简单
2、单蛋蛋白白质质（homoproteins）在在细细胞胞中中未未经经酶酶催催化改性的蛋白质。仅含有氨基酸。化改性的蛋白质。仅含有氨基酸。结结合合蛋蛋白白质质（conjugatedproteins）或或杂杂蛋蛋白白质质（heteroproteins）经经过过酶酶催催化化改改性性的的或或与与非非蛋蛋白白质质组组分复合的蛋白质。含有氨基酸和其它非蛋白质化合物。分复合的蛋白质。含有氨基酸和其它非蛋白质化合物。辅辅基基（prostheticproteins）结结合合蛋蛋白白中中的的非非蛋蛋白白质组分。质组分。（二）根据大体上的结构形式分类（二）根据大体上的结构形式分类球球蛋蛋白白（Globular Glo
3、bular proteinsproteins）以以球球状状或或椭椭圆圆状状存在的蛋白质，由多肽链自身折叠而成；存在的蛋白质，由多肽链自身折叠而成；纤纤维维状状蛋蛋白白（Fibrous Fibrous proteinsproteins）棒棒状状分分子子，含含有有相相互互缠缠绕绕的的线线状状多多肽肽链链（例例如如，原原肌肌球球蛋蛋白白、胶胶原原蛋蛋白白、角角蛋蛋白白和和弹弹性性蛋蛋白白）。纤纤维维状状蛋蛋白白也也能能由由小小的的球球状状蛋蛋白白经经线线性性聚聚集集而而成成，例例如如肌动蛋白和血纤维蛋白肌动蛋白和血纤维蛋白。大大多多数数酶酶是是球球状状蛋蛋白白，而而纤纤维维状状蛋蛋白白总总是是起着结
4、构蛋白的作用。起着结构蛋白的作用。二、蛋白质的生物功能二、蛋白质的生物功能酶酶结构蛋白结构蛋白收缩蛋白收缩蛋白（肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白）（肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白）激素激素（胰岛素、生长激素）（胰岛素、生长激素）传递蛋白传递蛋白（血清蛋白、铁传递蛋白、血红蛋白）（血清蛋白、铁传递蛋白、血红蛋白）抗体抗体（免疫球蛋白）（免疫球蛋白）储藏蛋白储藏蛋白（蛋清蛋白、种子蛋白）（蛋清蛋白、种子蛋白）储藏蛋白主要存在于蛋和植物种子中。储藏蛋白主要存在于蛋和植物种子中。保护蛋白保护蛋白（毒素和过敏素）。（毒素和过敏素）。食品蛋白质食品蛋白质易于消化易于消化无毒无毒富有营养富有营养显示功能特性显示功
5、能特性来源丰富来源丰富表表4-1常用食物的蛋白质含量常用食物的蛋白质含量食物食物蛋白质蛋白质食物食物蛋白质蛋白质食物食物蛋白质蛋白质(%)(%)(%)猪肉猪肉13.3-18.5鸡蛋鸡蛋13.4花生花生25.8牛肉牛肉15.8-21.5稻米稻米8.5大豆大豆39.0羊肉羊肉14.3-18.7小麦小麦12.4菠菜菠菜1.4鸡肉鸡肉21.5小米小米9.4油菜油菜1.4肝肝18-19玉米玉米8.6大白菜大白菜1.1脑脑7-9高梁高梁9.6白萝卜白萝卜0.6鲤鲤18.1小麦粉小麦粉11.0桔子桔子0.9牛乳牛乳3.5红薯红薯1.3苹果苹果0.2n组组成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸除除了了脯脯氨氨酸酸和
6、和羟羟脯脯氨氨酸酸外外都都是是氨基酸氨基酸。n都是都是L-L-型的型的-氨基酸氨基酸。决定物化性质决定物化性质 按侧链基团的按侧链基团的极性极性可分为四类可分为四类1.非非极极性性氨氨基基酸酸或或疏疏水水性性氨氨基基酸酸。含含有有脂脂肪肪族族（AlaAla、IleIle、LeuLeu、MetMet、ProPro和和ValVal）和和芳芳香香族族侧侧链链的的氨氨基基酸酸(PhePhe，TrpTrp)是是疏水疏水的。的。2.不不带带电电荷荷的的极极性性氨氨基基酸酸，侧侧链链与与水水结结合合氢氢键键如如：SERSER，THRTHR，TYRTYR，CYSCYS，ASPASP，GLYGLY。3.在在pH
7、7时时(生生理理条条件件下下)带带正正电电荷荷的的极极性性氨氨基基酸酸（碱碱性性氨氨基酸），如基酸），如LYSLYS，ARGARG，HISHIS。4.在在pH7时时(生生理理条条件件下下)带带负负电电荷荷的的极极性性氨氨基基酸酸（酸酸性性氨氨基酸），基酸），如如ASPASP，GLUGLU。碱性和酸性氨基酸具有很强的亲水性。碱性和酸性氨基酸具有很强的亲水性。必需氨基酸必需氨基酸n有有些些氨氨基基酸酸，机机体体合合成成不不足足，必必需需从从食食物物或或饲饲料料中中供供给给，如如果果食食物物或或饲饲料料中中缺缺乏乏这这些些氨氨基基酸酸，就就会会影影响机体的正常生长和健康。响机体的正常生长和健康。n人
8、人体体必必需需氨氨基基酸酸有有LYSLYS，PHE,PHE,VAL,VAL,MET,MET,TRP,TRP,LEU,LEU,ILEILE及及THRTHR八八种种，此此外外，HISHIS对对于于婴婴儿儿的的营营养养也也是必需的是必需的。（二）氨基酸的立体化学（二）氨基酸的立体化学n除甘氨酸外都具有旋光性。除甘氨酸外都具有旋光性。n在在植植物物或或动动物物组组织织的的蛋蛋白白质质水水解解物物中中，仅仅发发现现型型异异构体。构体。ILE和和THR的的-碳原子也是不对称的，因碳原子也是不对称的，因此他们都有此他们都有4个对映体。个对映体。（三）氨基酸的酸碱性质：离子化（三）氨基酸的酸碱性质：离子化n在
9、在中中性性pHpH范范围围，-氨氨基基和和羧羧基基都都处处在在离离子子化化状状态态，此时是此时是偶极离子或两性离子偶极离子或两性离子。两性电解质。两性电解质。n偶极离子偶极离子以电中性状态存在时的以电中性状态存在时的pHpH被称为被称为等电点等电点（pIpI）。n当当COOCOO-和和COOHCOOH的浓度相等时的的浓度相等时的pHpH被称为被称为pKapKa1 1（即离解常数（即离解常数a a1 1的的负对数）。负对数）。n当当NHNH3 3+和和NHNH2 2浓度相等时的浓度相等时的pHpH被称为被称为pKapKa2 2。（四）氨基酸的疏水性（四）氨基酸的疏水性n蛋蛋白白质质在在水水中中的
10、的溶溶解解度度主主要要取取决决于于氨氨基基酸酸组组分分侧侧链链上上极极性性（带带电电或或不不带带电电）和和非非极极性性（疏疏水水）基基团的分布团的分布。n氨氨基基酸酸在在水水中中和和极极性性溶溶剂剂（例例如如乙乙醇醇）中中的的相相对对溶溶解解度度决决定定着着氨氨基基酸酸以以及及多多肽肽和和蛋蛋白白质质的的疏疏水水性性。如如果果不不考考虑虑活活度度系系数数，那那么么摩摩尔尔氨氨基基酸酸从从乙乙醇醇转转移移到到水水溶溶液液的的自自由由能能变变化化可可表表示示 氨氨基基酸酸的的疏疏水水性性。GGt t（E Et tWW）n具有大的正的具有大的正的Gt的的AA侧链侧链n疏水性强疏水性强n优先选择处在有
11、机优先选择处在有机相相n倾向于配置在蛋白倾向于配置在蛋白质分子的内部质分子的内部n具有负的具有负的Gt的的AA侧链侧链n亲水性的亲水性的n配置在蛋白质分子配置在蛋白质分子的表面的表面二、氨基酸的化学反应性二、氨基酸的化学反应性n存存在在于于游游离离氨氨基基酸酸和和蛋蛋白白质质分分子子中中的的反反应基团应基团 氨基、羧基、巯基、酚羟基、羟基、氨基、羧基、巯基、酚羟基、羟基、硫醚基（硫醚基（MetMet）、咪唑基和胍基）、咪唑基和胍基 与茚三酮反应与茚三酮反应n常用来定量游离氨基酸。常用来定量游离氨基酸。n1 1摩摩尔尔的的氨氨基基酸酸，产产生生1 1摩摩尔尔的的氨氨、醛醛、COCO2 2和和二二
12、氢氢化化茚茚亭亭。释释放放出出的的氨氨随随即即与与1 1摩摩尔尔茚茚三三酮酮和和1 1摩摩尔尔二二氢氢化化茚茚亭亭反反应应生生成成一一种种被被称称为为RuhemannRuhemanns s紫紫的的紫紫色色物物质质，后后者者在在570 570 nmnm显显示示最高吸收。最高吸收。n脯脯氨氨酸酸和和羟羟基基脯脯氨氨酸酸产产生生一一种种黄黄色色物物质质，它它在在440 440 nmnm显显示示最最高吸收。高吸收。与邻与邻-苯二甲醛反应苯二甲醛反应n当当存存在在2-2-巯巯基基乙乙醇醇时时氨氨基基酸酸与与邻邻-苯苯二二甲甲醛醛反反应应（1 1，2-2-苯苯二二甲甲醛醛）反反应应生生成成高高荧荧光光的的
13、衍衍生生物物，它它在在380 380 nmnm激激发发时时在在450 nm450 nm具有最高荧光发射。具有最高荧光发射。第三节第三节蛋白质的结构蛋白质的结构（一）一级结构一）一级结构n 一一级级结结构构 指指氨氨基基酸酸在在蛋蛋白白质质分分子子中中按按一一定定顺顺序序以以肽肽键键连连接形成多肽链接形成多肽链。n构成蛋白质的主要氨基酸有构成蛋白质的主要氨基酸有2020种。种。n蛋蛋白白质质的的一一一一级级级级结结结结构构构构（primary primary structurestructure）是是指指蛋蛋白白质质肽肽链链中中氨氨基基酸酸的的排排列列顺顺序序。而而蛋蛋白白质质的的化化学学结结构
14、构包包括括肽肽链链数数目目、端端基基组组成成、氨氨基基酸酸序序列列和和二二硫硫键键的的位位置置，又又称称共共价价结结构构。蛋蛋白白质质的的一一级级结结构构是是最最基基本本的的结结构构，它它决决定定着着蛋蛋白白质质高高级级结构。结构。一、蛋白质的结构水平一、蛋白质的结构水平CN键具有部分双键的性质键具有部分双键的性质CO键仅有键仅有60%的双键性质而的双键性质而CN键亦有键亦有40%的双键性质的双键性质.CN键不能旋转，这对蛋白质的的空间结构有很大影响。键不能旋转，这对蛋白质的的空间结构有很大影响。N-C和和C-C键键具具有有转转动动自自由由度度，分分别别被被定定义义为为和和两两面面角角，也称为
15、主链扭转角。也称为主链扭转角。理理论论上上和和具具有有360度度转转动动自自由由度度，但但实实际际转转动动自自由由度度由由于于C原子上侧链原子的立体位阻而被限制原子上侧链原子的立体位阻而被限制.多肽链主链基本上可被描述为通过多肽链主链基本上可被描述为通过C原子连结原子连结的一系列的一系列-C-CO-NH-C-平面平面 几几乎乎所所有有的的蛋蛋白白质质肽肽键键都都以以反反式式构构型型存存在在，在热力学上反式比顺式稳定在热力学上反式比顺式稳定（二）二级结构（二）二级结构蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构多多肽肽链链的的某某些些部部分分的的氨氨基基酸酸残残基基周周期期性性的的（有有规规则则的的）空空间
16、间排排列列，即即沿沿着着肽肽链链轴轴所采取的特有的空间结构。所采取的特有的空间结构。1 1）肽肽链链中中的的酰酰胺胺平平面面绕绕C C相相继继旋旋转转一一定定角角度度形形成成-螺螺旋旋，并并盘盘绕绕前前进进。每每隔隔3.63.6个个氨氨基基酸酸残残基基，螺螺旋旋上上升升一一圈圈；每每圈圈间间距距0.54nm0.54nm，即即每每个个氨氨基基酸酸残残基基沿沿螺螺旋旋中中心心轴上升轴上升0.15nm0.15nm，旋转，旋转100100。-螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.-螺旋(-helix)2 2）螺螺旋旋体体中中所所有有氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链都都伸伸向外侧；向外侧；肽肽链链上上
17、所所有有的的肽肽键键都都参参与与氢氢键键的的形形成成，链链中中的的全全部部C=OC=O和和N-HN-H几几乎乎都都平平行行于于螺旋轴螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴氢键几乎平行于中心轴;3 3）绝大多数天然蛋白质都是右手螺）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。每个氨基酸残基的旋。每个氨基酸残基的N-HN-H都与前面都与前面第四个残基第四个残基C=OC=O形成氢键形成氢键。R为为Gly（甘氨酸）时，由于（甘氨酸）时，由于Ca上有上有2个氢，个氢，使使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。-螺旋遇到螺旋遇到
18、Pro就会被中断而拐弯，因就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。为脯氨酸是亚氨基酸。带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。链上时，螺旋的稳定性降低。侧链在侧链在-螺旋结构中的作用：螺旋结构中的作用：2、-折叠(-pleatedsheet)-折折叠叠是是由由两两条条或或多多条条伸伸展展的的多多肽肽链链靠靠氢氢键键联联结结而成的锯齿状片状结构。而成的锯齿状片状结构。侧侧链链基基团团与与C C间间的的键键几几乎乎垂垂直直于于折折叠叠平平面面，R R基基团团交替地分布于片层平面两侧。交替地分布于片层平面两侧。-折叠分平行式和反平行式，后者更为稳
19、定折叠分平行式和反平行式，后者更为稳定。N N端在同一端。氨基酸端在同一端。氨基酸之间沿轴相距之间沿轴相距0.325nm0.325nmN N端不在同一端。氨基酸端不在同一端。氨基酸之间沿轴相距之间沿轴相距0.35nm0.35nm（a）平行式）平行式（b）反平行式）反平行式维持维持-折叠结构稳定性的折叠结构稳定性的力力 氢键氢键由一条链上的由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在链与链间形成，即氢键是在链与链之间形成的。之间形成的。含含有有高高比比例例的的-折折叠叠片片结结构构的的蛋蛋白白质质一一般般呈呈现现高高变变性性温度。温度。当当-螺螺旋旋类类型型的的
20、蛋蛋白白质质溶溶液液经经加加热热和和冷冷却却时时，-螺螺旋旋结结构构通通常常转转变变成成-折折叠叠片片结结构构。-折折叠叠片片结结构构不不会转变成会转变成-螺旋结构。螺旋结构。3、-转角（-turn）也也称称-回回折折，存存在在于于球球状状蛋蛋白白中中。其其特特点点是是肽肽链链回回折折180180，使使得得氨氨基基酸酸残残基基的的C=OC=O和和与与第第四四个个残残基基的的N-HN-H形形成氢键。成氢键。-转角都在蛋白转角都在蛋白质分子的表面。质分子的表面。最常见于最常见于-旋转旋转结构中的氨基酸残结构中的氨基酸残基是基是AspAsp、CysCys、AsnAsn、GlyGly、TyrTyr和和
21、ProPro。4、无规则卷曲（non-regular coil）又又称称自自由由卷卷曲曲，是是指指没没有有一一定定规规律律的的松松散散肽肽链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域。链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域。无无规规卷卷曲曲常常出出现现在在a-a-螺螺旋旋与与a-a-螺螺旋旋、a-a-螺螺旋旋与与-折折叠叠、-折折叠叠与与-折折叠叠之之间间。它它是形成蛋白质三级结构所必需的是形成蛋白质三级结构所必需的。三三级级结结构构（tertiary structure）：指指的的是是多多肽肽链链在在二二级级结结构构的的基基础础上上，主主链链构构象象和和侧侧链链构构象象相相互互作用，进一步盘曲
22、折叠形成球状分子结构。作用，进一步盘曲折叠形成球状分子结构。（三）三级结构（三）三级结构 具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含有单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含有 螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规卷曲四种二级结构转角和无规卷曲四种二级结构 溶菌酶的三级结构溶菌酶的三级结构溶菌酶的三级结构溶菌酶的三级结构 分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心白质的活性中心 大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核；大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核；而
23、极性侧链在分子表面，形成亲水面。而极性侧链在分子表面，形成亲水面。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。肌红蛋白由肌红蛋白由条多肽链和一个血红素（条多肽链和一个血红素（heme）辅）辅基构成，分子量为基构成，分子量为16700，含，含153个氨基酸残基。个氨基酸残基。抹香鲸肌红蛋抹香鲸肌红蛋抹香鲸肌红蛋抹香鲸肌红蛋白的三级结构白的三级结构白的三级结构白的三级结构 n三三级级结结构构的的形形成成包包括括在在蛋蛋白白质质中中各各种种不不同同的的基基团团之之间间相相互互作作用用（疏疏水水、静静电电和和范范德德华华力力）和和氢氢键键的的优优化化，使使得得蛋蛋白白质质分
24、分子子的的自自由由能能尽尽可可能能地地降降至至最低。最低。n一一级级结结构构决决定定着着蛋蛋白白质质分分子子的的形形状状。含含有有大大量量的的并并均均匀匀地地分分布布在在氨氨基基酸酸序序列列中中的的亲亲水水性性氨氨基基酸酸残残基基的的蛋蛋白白质质分分子子将将呈呈拉拉长长或或棒棒状状。含含有有大大量量的的疏疏水性氨基酸残基的蛋白质分子将呈球状水性氨基酸残基的蛋白质分子将呈球状。n大多数蛋白质由大多数蛋白质由1 1个以上的氨基酸残基构成。个以上的氨基酸残基构成。四级结构四级结构（quaternary structure）：由两条）：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有或两条以上具有三级
25、结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为亚基。亚基。四级结构是蛋白质亚基非共价结合的结果。稳四级结构是蛋白质亚基非共价结合的结果。稳定四级结构的键或力除了二硫键外和稳定三级结定四级结构的键或力除了二硫键外和稳定三级结构的是相同的。构的是相同的。血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。因为每条链上
26、含有一个血红素辅基。（四）四级结构（四）四级结构血红蛋白血红蛋白的四级结的四级结构构ThequaternarystructureofliveralcoholdehydrogenaseThequaternarystructureofliveralcoholdehydrogenaseTheoligonericstatesofhemerythrininvariousmarineworms.Theoligonericstatesofhemerythrininvariousmarineworms.a.asamonomer;b.theoctamerichemerythrin;andc.thea.asamo
27、nomer;b.theoctamerichemerythrin;andc.thetrimerichemerythrintrimerichemerythrinSummarySummary（五）蛋白质结构中的相互作用和键（五）蛋白质结构中的相互作用和键-稳定蛋白质结构的作用力稳定蛋白质结构的作用力蛋蛋白白质质的的天天然然构构象象是是一一种种热热力力学学状状态态，在在此此状状态态有有利利的的相相互作用达到最大，不利的相互作用降到最小。互作用达到最大，不利的相互作用降到最小。蛋蛋白白质质的的稳稳定定性性 使使蛋蛋白白质质分分子子能能达达到到和和保保持持它它们们的的天天然然构构象象的的一一种种状状态态，
28、但但这这并并不不排排除除生生理理功功能能所所必必需需的的构构象象的的调调整。整。影响蛋白质折叠的作用力包括两类：影响蛋白质折叠的作用力包括两类：（a a）蛋蛋白白质质分分子子固固有有的的作作用用力力所所形形成成的的分分子子内内相相互互作作用用。范范德德华华相相互互作作用用（Van Van der der Waals Waals interactioninteraction）和和空空间间相相互互作作用用（steric interactionsteric interaction）（b b）受受周周围围溶溶剂剂影影响响的的分分子子内内相相互互作作用用。氢氢键键、静静电电相相互互作作用用和和疏疏水相互
29、作用水相互作用。1.1.空空间间相相互互作作用用 大大多多数数氨氨基基酸酸残残基基含含有有庞庞大大的的侧侧链链，某某些扭角是不可能存在些扭角是不可能存在的。的。理理论论上上和和角角在在具具有有360360的的转转动动自自由由度度，实实际际上上由由于于侧链原子的空间位阻而使它们的转动受到很大的限制。侧链原子的空间位阻而使它们的转动受到很大的限制。2.2.Van Van der der WaalsWaals 相相互互作作用用 存存在在于于原原子子之之间间。原原子子间间距距离离较较大大，相相互互作作用用小小；距距离离减减小小，吸吸引引力力逐逐渐渐增增大大；如如果果距距离离进一步减小，斥力将增大。进一
30、步减小，斥力将增大。吸吸引引能能6 6次次方方反反比比于于相相互互作作用用的的原原子子间间的的距距离离，而而排排斥斥相相互作用互作用7 7次方反比次方反比于该距离。于该距离。n范范德德华华相相互互作作用用对对于于蛋蛋白白质质的的折折叠叠和和稳稳定定性性的的贡贡献献是是很很显著的。显著的。3.静电相互作用静电相互作用n蛋白质含有一些带有可离解基团的氨基酸残基。蛋白质含有一些带有可离解基团的氨基酸残基。在在中中性性pHpH，AspAsp和和GluGlu残残基基带带负负电电荷荷，而而LysLys、ArgArg和和HisHis带带正正电电荷荷；在在碱碱性性pHpH，CysCys和和TyrTyr残残基基
31、带带负负电电荷荷。在在中中性性pHpH，蛋蛋白白质质分分子子带带净净的的负负电电荷荷或或净净的的正正电电荷荷，这这取取决于分子中负电荷和正电荷残基的相对数目。决于分子中负电荷和正电荷残基的相对数目。n蛋蛋白白质质分分子子净净电电荷荷为为0 0时时的的pHpH被被定定义义为为蛋蛋白白质质的的等电点（等电点（pIpI）。）。n等离子等离子点是指不存在电解质时蛋白质溶液的点是指不存在电解质时蛋白质溶液的pHpH。n排排斥斥作作用用或或许许会会导导致致蛋蛋白白质质结结构构不不稳稳定定。吸吸引引作作用用有有助于蛋白质结构的稳定。助于蛋白质结构的稳定。n处处在在蛋蛋白白质质分分子子表表面面的的带带电电基基
32、团团对对蛋蛋白白质质结结构构的的稳稳定定性没有重要的贡献。性没有重要的贡献。n处在蛋白质分子内部的带电基团对蛋白质结构的稳定处在蛋白质分子内部的带电基团对蛋白质结构的稳定性有重要的影响性有重要的影响 4.4.氢氢键键 主主要要通通过过羰羰基基及及亚亚氨氨基基通通过过氢氢氧氧而而形成的一种键。形成的一种键。蛋蛋白白质质含含有有一一些些能能形形成成氢氢键键的的基基团团。可可在在两两肽链间，或一条肽链的不同部位形成氢键。肽链间，或一条肽链的不同部位形成氢键。在在-螺螺旋旋和和-折折叠叠片片结结构构中中肽肽键键的的N-HN-H和和C=OC=O之间形成了最大数目的氢键。之间形成了最大数目的氢键。氢氢键键
33、对对于于维维持持蛋蛋白白质质二二级级结结构构，保保持持蛋蛋白白质质稳定性，起着重要的作用。稳定性，起着重要的作用。5.疏水相互作用疏水相互作用n在在水水溶溶液液中中，非非极极性性基基团团之之间间的的疏疏水水相相互互作作用用是是水水与非极性基团之间热力学上不利的相互作用的结果。与非极性基团之间热力学上不利的相互作用的结果。n在在水水溶溶液液中中水水结结构构诱诱导导的的非非极极性性基基团团之之间间的的相相互互作作用用被称为被称为疏水相互作用疏水相互作用。n在在蛋蛋白白质质中中，氨氨基基酸酸残残基基非非极极性性侧侧链链之之间间的的疏疏水水相相互作用是蛋白质折叠成独特的三维结构的主要原因互作用是蛋白质
34、折叠成独特的三维结构的主要原因6.二硫交联二硫交联二硫键二硫键(-S-S-)(-S-S-)两个硫原子间的化学键两个硫原子间的化学键由由二二个个半半胱胱氨氨酸酸分分子子通通过过脱脱氢氢氧氧化化而而结结合合成成的的一一种种化化学学键键。键键能能很很大大（30-100 30-100 千千卡卡/摩摩尔尔），对对稳稳定定蛋蛋白白质质空空间间结结构构起着重要作用起着重要作用。二硫键数目多、稳定二硫键数目多、稳定，如毛、发。，如毛、发。天天然然存存在在于于蛋蛋白白质质中中的的唯唯一一的的共共价价侧侧链链交交联联。既既能能存存在在于于分分子内，也能存在于分子间。子内，也能存在于分子间。在在单单体体蛋蛋白白质质
35、中中二二硫硫键键的的形形成成是是蛋蛋白白质质折折叠叠的的结结果果。二二硫硫键键一旦形成就能帮助稳定蛋白质的折叠一旦形成就能帮助稳定蛋白质的折叠结构。结构。7.金属离子金属离子一一些些蛋蛋白白质质结结合合特特定定的的金金属属离离子子，如如钙钙，镁镁和和钠钠离离子子等等。这种结合能稳定蛋白质的结构这种结合能稳定蛋白质的结构稳稳定定的的机机制制或或许许是是通通过过中中和和电电荷荷的的效效应应和和促促进进其其他他相相互互作用（疏水相互作用使蛋白质的分子构型更牢固作用（疏水相互作用使蛋白质的分子构型更牢固)。-淀粉酶蛋白淀粉酶蛋白 钙稳定酶蛋白的构象。钙稳定酶蛋白的构象。牛乳清蛋白天然结构稳定的必需条件
36、是结合钙离子。牛乳清蛋白天然结构稳定的必需条件是结合钙离子。总总之之，一一个个独独特特的的三三维维蛋蛋白白质质结结构构的的形形成成是是各各种种排排斥斥和和吸吸引引的的非非共共价价相相互互作作用用以以及及几几个个共共价价二硫键的净结果。二硫键的净结果。第四节第四节蛋白质的变性蛋白质的变性n蛋白质变性的一般概念蛋白质变性的一般概念 外外界界因因素素的的作作用用使使构构成成空空间间结结构构的的氢氢键键等等副副键键遭遭受受破破坏坏，导导致致蛋蛋白白质质的的二二级级，三三级级和和四四级级结结构构的的变变化化，天天然然蛋蛋白白质质的的空空间间构构型型则则解解体体，有有秩秩序序的的螺螺旋旋型型，球球状状构构
37、型型变变为为无无秩秩序序的的伸伸展展肽肽链链，使使天天然然蛋蛋白白质质的的理理化化性性质质改改变变并并失失去去原原来来的生理活性，这种作用称为的生理活性，这种作用称为蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用。在在某某些些情情况况下下，变变性性过过程程是是可可逆逆的的，例例如如，有有的的蛋蛋白白质质在加热时发生变性，冷却后，又可复原。在加热时发生变性，冷却后，又可复原。可逆变性可逆变性一般只涉及蛋白质分子的三级和四级结构变化一般只涉及蛋白质分子的三级和四级结构变化，不可逆变性不可逆变性能使二级结构也发生变化能使二级结构也发生变化。如如果果二二硫硫键键起起着着稳稳定定蛋蛋白白质质构构象象的的作作用用，那那
38、么么它它的的断断裂裂往往导致不可逆的变性。往往导致不可逆的变性。一、一、概述概述蛋白质变性后其物理化学性质变化表现为：蛋白质变性后其物理化学性质变化表现为：（）因疏水性基团的暴露而导致溶解度的下降（）因疏水性基团的暴露而导致溶解度的下降 （）结合水能力的改变（）结合水能力的改变 （）失去生物活力（酶活力或免疫活力）（）失去生物活力（酶活力或免疫活力）（）对蛋白酶的敏感性（肽键暴露）（）对蛋白酶的敏感性（肽键暴露）（）蛋白质固有粘度增加（）蛋白质固有粘度增加 （）没有结晶能力（）没有结晶能力引起蛋白质变性的因素引起蛋白质变性的因素n物理因素：物理因素：温度、紫外线、超声波、高压温度、紫外线、超声
39、波、高压等。等。n化学因素：化学因素：酸酸、碱碱、有有机机溶溶剂剂、重重金金属属盐盐类类、脲、胍、表面活性剂脲、胍、表面活性剂等。等。二、引起蛋白质变性的因素二、引起蛋白质变性的因素1.热热最常见的变性现象，最常见的变性现象，热变性热变性。热变性所需热变性所需温度与蛋白质本质、纯度和温度与蛋白质本质、纯度和pHpH值有关值有关。蛋白质受热变性的机理蛋白质受热变性的机理 在在较较高高温温度度下下，保保持持蛋蛋白白质质空空间间构构象象的的那那些些副副键键断断裂裂，破破坏坏了了肽肽链链的的特特定定排排列列，原原来来在在分分子子内内部部的的一一些些非非极极性性基基团团暴暴露露到到了了分分子子的的表表面
40、面，因因而而降降低低了了蛋蛋白白质质的的溶溶解解度度，促促进进了了蛋蛋白白质质分分子子之之间间相相互互结结合合而而凝凝集集，形成不可逆的凝胶而凝固。形成不可逆的凝胶而凝固。（一）物理因素（一）物理因素n氢氢键键、静静电电和和范范德德华华尔尔相相互互作作用用具具有有放放热热的的性性质质。它它们们在在高高温温下下去去稳稳定定而而在在低温下稳定。低温下稳定。n疏疏水水相相互互作作用用是是吸吸热热的的。它它们们在在高高温温下下稳稳定定，而而在在低低温温下下去去稳稳定定。然然而而，疏疏水水相相互互作作用用的的稳稳定定性性也也不不会会随随温温度度的的提提高高而而无无限限制制地地增增强强疏疏水水相相互互作作
41、用用的的强强度在度在60-7060-70时达到最高时达到最高。构象熵：构象熵：T Sconfn一一般般认认为为，温温度度愈愈低低蛋蛋白白质质的的热热稳稳定定性性愈愈高高，但但并非总是如此。并非总是如此。n肌肌红红蛋蛋白白和和T4T4噬噬菌菌体体突突变变株株溶溶菌菌酶冷诱导变性。酶冷诱导变性。极性和非极性相互作用对蛋白质稳定性的影响极性和非极性相互作用对蛋白质稳定性的影响n蛋蛋白白质质的的分分子子中中极极性性相相互互作作用用超超过过非非极极性性相相互互作作用用，蛋蛋白白质质在在冻冻结结温温度度和和低低于于冻冻结结温温度度时比较高温度时更稳定时比较高温度时更稳定。n蛋白质的稳定主要依靠蛋白质的稳定
42、主要依靠疏水相互作用疏水相互作用时，蛋时，蛋白质在白质在室温时比在冻结温度时更稳定室温时比在冻结温度时更稳定。含有含有较高比例的疏水性较高比例的疏水性氨基酸残基（尤其是氨基酸残基（尤其是ValVal、IleIle、LeuLeu和和PhePhe）的蛋白质）的蛋白质比亲水性较强的蛋白质一般更为稳定比亲水性较强的蛋白质一般更为稳定。蛋白质的平均疏水性和热变性温度之间的蛋白质的平均疏水性和热变性温度之间的正相关只是一个近正相关只是一个近似似，二硫键、盐桥等对蛋白质的稳定性也有贡献。，二硫键、盐桥等对蛋白质的稳定性也有贡献。影响热变性的因素影响热变性的因素（）组成蛋白质的氨基酸的种类（）组成蛋白质的氨基
43、酸的种类蛋蛋白白质质分分子子中中的的-SH-SH 含含量量与与变变性性蛋蛋白白质质在在水水中中凝凝固固作作用用成成正正比比。如如大大豆豆蛋蛋白白质质(含含硫硫氨氨基酸较少基酸较少)脯脯氨氨酸酸或或羟羟脯脯氨氨酸酸能能阻阻碍碍蛋蛋白白质质分分子子彼彼此此形形成成交交联联，使使蛋蛋白白质质不不易易凝凝固固。如如醇醇溶溶谷谷蛋蛋白白(含脯及羟脯氨酸较多含脯及羟脯氨酸较多)。（）温度（）温度n一般是在一般是在50-7050-70之间之间n蛋白质凝固的温度因其种类而不同，蛋白质凝固的温度因其种类而不同，n容易凝固的蛋白质有容易凝固的蛋白质有可溶性清蛋白和球蛋可溶性清蛋白和球蛋白白。如牛乳中含有酪蛋白，有
44、少许乳清蛋。如牛乳中含有酪蛋白，有少许乳清蛋白，所以在一般情况下，牛乳不易凝。白，所以在一般情况下，牛乳不易凝。（）水（）水n水分愈少所需变性温度愈高。水分愈少所需变性温度愈高。水水能能显显著著地地促促进进蛋蛋白白质质的的热热变变性性。干干蛋蛋白白质质粉粉对热变性是非常稳定的。对热变性是非常稳定的。在在干干燥燥状状态态，蛋蛋白白质质具具有有静静止止的的结结构构，多多肽肽链链段段的的移移动动受受到到限限制制。水水分分含含量量的的增增加加，水水合合作作用用和和水水部部分分地地穿穿透透至至蛋蛋白白质质结结构构的的空空洞洞的的表表面面导导致致蛋蛋白白质质的的肿肿胀胀。蛋蛋白白质质的的肿肿胀胀提提高高了
45、了多多肽肽链链的的移移动动性性和和柔柔性性，使使蛋蛋白白质质分分子子可可以以采采取取动动力力学学上上更更为为熔熔融融的的结结构构，当当加加热热时时，此此动动力力学学上上柔柔性性结结构构比比起起干干燥燥状状态态能能提提供供给给水水更更多多的的机机会会接接近近盐盐桥桥和和肽肽的的氢氢键，于是造成较低的键，于是造成较低的T Td d值。值。（）（）电解质电解质 蛋蛋白白质质凝凝固固温温度度因因电电解解质质的的存存在在而而降降低低，其其反反应应速速度度则则增增加加，化化合合价价大大的的离离子子易易使使蛋蛋白白质质凝凝固固。例例如如制制造造豆豆腐腐时时，豆豆浆浆中中的的球球蛋蛋白白仅仅加加热热是是不不会
46、会凝凝固固的的，但但在在7070以以上上添添加加氯氯化化镁镁或或硫硫酸酸钙钙即可凝固。即可凝固。（）氢离子浓度（）氢离子浓度 蛋白质凝固温度，亦受氢离子浓度的影响，蛋白质凝固温度，亦受氢离子浓度的影响，一般一般在等电点范围内，最易凝固（在等电点范围内，最易凝固（分子间容易靠分子间容易靠近近）。加酸过多至。加酸过多至pH4.8pH4.8以下，则凝固温度上升，以下，则凝固温度上升，甚至不会凝固。甚至不会凝固。2.冷冷n 低温能导致一些蛋白质的变性。低温能导致一些蛋白质的变性。一一些些在在室室温温下下稳稳定定的的酶酶在在时时变变得得较较不不稳稳定。定。一些蛋白质在低温时聚集或沉淀。一些蛋白质在低温时
47、聚集或沉淀。高高疏疏水水性性极极性性氨氨基基酸酸比比例例的的组组成成及及结结构构决定疏水相互作用，决定疏水相互作用，易低温变性易低温变性。3.机械处理机械处理n揉揉搓搓、振振动动、打打擦擦等等操操作作产产生生的的机机械械剪剪切切可可能能使使蛋蛋白白质质变变性性。揉揉搓搓或或滚滚压压产产生生剪剪切切力力可可打打破破螺螺旋。旋。n当当一一个个转转动动的的叶叶片片产产生生高高剪剪切切时时，造造成成亚亚音音速速的的脉脉冲冲，在在叶叶片片的的尾尾随随边边缘缘也也出出现现空空化化，导导致致蛋蛋白白质变性。剪切速度愈高，蛋白质变性程度愈高。质变性。剪切速度愈高，蛋白质变性程度愈高。n高高温温和和高高剪剪切切
48、力力相相结结合合能能导导致致蛋蛋白白质质不不可可逆逆的的变变性。性。4.压力压力压压力力诱诱导导蛋蛋白白质质变变性性主主要要是是因因为为蛋蛋白白质质是是柔柔性性的的和和可可压压缩缩的的。球球状状蛋蛋白白质质分分子子结结构构的的内内部部有有一一些些空空穴穴仍仍然然存存在在，这使得蛋白质分子结构具有这使得蛋白质分子结构具有可压缩性可压缩性。压力诱导的蛋白质变性是高度可逆的。压力诱导的蛋白质变性是高度可逆的。大多数大多数纤维蛋白纤维蛋白无空穴，故其对静水压的稳定性较高。无空穴，故其对静水压的稳定性较高。大多数蛋白质在大多数蛋白质在100100 1200 Mpa1200 Mpa压力下诱导变性。压力下诱
49、导变性。压力诱导转变的中点出现在压力诱导转变的中点出现在400400 800 Mpa800 Mpa。5.5.辐照辐照 芳芳香香族族氨氨基基酸酸残残基基吸吸收收紫紫外外线线，若若能能量量高高，能能打断二硫键。其它射线能起氧化或打破共价键作用。打断二硫键。其它射线能起氧化或打破共价键作用。6.6.界面界面 当当分分子子吸吸附附在在水水和和空空气气、水水和和非非水水液液体体或或水水和和固体的界面时，通常会导致不可逆变性。固体的界面时，通常会导致不可逆变性。（二）引起蛋白质变性的化学因素（二）引起蛋白质变性的化学因素1.pH常温下，常温下，大多数蛋白质仅在大多数蛋白质仅在pH4-10pH4-10的范围
50、内是稳定的的范围内是稳定的。酸碱引起蛋白质变性的机理酸碱引起蛋白质变性的机理 蛋蛋白白质质溶溶液液pHpH值值的的改改变变导导致致多多肽肽链链中中某某些些基基团团发发生生解离，从而破坏了静电作用形成的键。解离，从而破坏了静电作用形成的键。蛋蛋白白质质在在等等电电点点时时比比在在任任何何其其他他pHpH值值时时对对变变性性作作用用更更加稳定（加稳定（自身不容易展开自身不容易展开）在在中中性性pHpH附附近近，净净负负电电推推斥斥能能量量小小于于其其他他稳稳定定蛋蛋白质的相互作用的能量，因此大多数蛋白质是稳定的。白质的相互作用的能量，因此大多数蛋白质是稳定的。在在极极端端pHpH值值，高高静静电电