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1、第一节 蛋白质（protein）及其生物学功能 生物化学的基本内容包括：发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质；生物分子的功能与生命现象的关系；生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。第1页/共176页生物信息大分子具有如下特征：生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质分子量一般都很大由结构小分子结构单元组成.顺序排列。结构复杂：线性信息，三维信息第2页/共176页第3页/共176页2、蛋白质的重要生物学功能、蛋白质的重要生物学功能3、氧化供能、氧化供能其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白第4页/共176页第二节第二节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第5
2、页/共176页一、元素组成一、元素组成1、主要元素：、主要元素：碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。质还含有少量磷和金属元素。2、特点：、特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为氮量为16%。3、定氮法测定蛋白质含量：、定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量6.25样品含氮量样品含氮量 第6页/共176页二、结构单位二、结构单位氨基酸氨基酸（amino acid）1、蛋白质的结构单位、蛋白质的结构单位第7页/共176页D-氨基酸：抗生素，生物碱第8页/共176页第9页/共176页第10页/共176页第11页/
3、共176页第12页/共176页第13页/共176页第14页/共176页Tyr第15页/共176页第16页/共176页存在和用途存在和用途Gly甜味，胶原中含25%，可治疗胃酸过多与肌力衰竭Ala丝纤维蛋白中含25%Val卵和乳蛋白含10%Leu谷物，玉米蛋白中含22-24%Ile蜂蜜、肉蛋白中含5-6.5%Phe一般蛋白含4-5%Tyr奶酪中含量最多，明胶中最少Try各种蛋白中均含少量Ser丝蛋白中含量丰富，精蛋白中占7.8%Thr酪蛋白较多，肉、乳、卵蛋白占5%，有抗贫血作用第17页/共176页存在和用途存在和用途Cys毛，发，角，蹄等角蛋白中含量多，解毒，促进细胞再生Met肉、卵蛋白中含3
4、-4%，抗脂肪肝，治疗肝炎，肝硬化Asp多种蛋白中均有，植物蛋白中尤多Glu谷物蛋白中含20-45%，用于降血氨，治肝昏迷，味精Asn多种蛋白中均有Gln多种蛋白中均有Arg鱼精蛋白的主要成分Lys肉、卵蛋白中含7-9%，血红蛋白中含量也高His血红蛋白中含量最高，可作消化性溃疡的辅助治疗剂Pro结缔组织与谷蛋白中最多，明胶中含20%第18页/共176页第19页/共176页非蛋白质氨基酸存在和用途存在和用途-丙氨酸泛酸及辅酶A的组成成分-氨基丁酸与脑组织营养及神经传递有关高半胱氨酸甲硫氨酸生物合成的中间产物高丝氨酸Thr，Asp，Met代谢的中间产物鸟氨酸尿素生成的中间产物瓜氨酸尿素生成的中间
5、产物苯甘氨酸抗菌素甲基天冬氨酸天冬霉素第20页/共176页n蛋白质基本结构单位：蛋白质基本结构单位：L 氨基酸氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（无不对称氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外）除外n 氨基酸结构通式：氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类：常见氨基酸种类：20种。种。小结第21页/共176页2、氨基酸分类：、氨基酸分类：按其侧链按其侧链R的结构和理化性质分类的结构和理化性质分类非极性、疏水氨基酸非极性、疏水氨基酸(非极性非极性R基氨基酸基氨基酸)：Val,Leu,Ile（支链）；（支链）；Gly（无旋光异构
6、）；（无旋光异构）；Met（含硫）；（含硫）；Phe（芳香族）；（芳香族）；Pro（亚氨基）（亚氨基）极性、中性氨基酸极性、中性氨基酸(不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸)：Ser,Thr（含羟基）；（含羟基）；Tyr,Trp（芳香族）；（芳香族）；Cys（含硫）；（含硫）；Gln,Asn（含酰氨）（含酰氨）第22页/共176页 酸性氨基酸（含有两个羧基）：酸性氨基酸（含有两个羧基）：Glu（含（含羧基）、羧基）、Asp（含（含羧基）羧基）碱性氨基酸（含有两个以上氨基）：碱性氨基酸（含有两个以上氨基）：Arg（胍基）、（胍基）、His（咪唑基）、（咪唑基）、Lys（氨基）氨基）n含
7、硫氨基酸：含硫氨基酸：Met、Cysn芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp第23页/共176页三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质1、物理性质、物理性质2、两性解离、两性解离n等电点（等电点（isoelectric point,pI）：在某一）：在某一pH环环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带相等，所带净电荷为零净电荷为零，在电场中不泳动。此时，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的氨基酸所处环境的pH值值称为该种氨基酸的等电点称为该种氨基酸的等电点(pI)。第24页/共176页甘氨酸的酸碱滴定曲线第25页/共176
8、页(zwitterion)第26页/共176页n等电点计算等电点计算侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：基酸：pI=(pK1+pK2)酸性氨基酸酸性氨基酸(Glu、Asp)及及Cys：pI=(pK1+pKR)碱性氨基酸碱性氨基酸(赖、精、组赖、精、组)：pI=(pK2+pKR)n带电状态判定带电状态判定 pI-pH0 .带正电带正电 pI-pH0 .不带电不带电第27页/共176页等电点的计算第28页/共176页3、紫外吸收：、紫外吸收：nTrp、Tyr和和Phe在在280nm波波长长附附近近具具有有最最大大吸吸收收峰峰，其其中中Trp的的
9、最最大大吸吸收最接近收最接近280nm第29页/共176页第30页/共176页氨基酸的化学反应由-氨基参与的反应1.与亚硝酸的反应：Van Slyke定氮法,生产上常用于测定蛋白质的水解程度。第31页/共176页氨基酸的化学反应由-氨基参与的反应2.与甲醛反应：甲醛滴定法应用：氨基酸定量分析甲醛滴定法（间接滴定）A.直接滴定，终点pH过高（12），没有适当指示剂。B.与甲醛反应，滴定终点在9左右，可用酚酞作指示剂。C.避免氨基的干扰D.简单快速，一般用于测定蛋白质的水解速度。3.与醛类反应第32页/共176页氨基酸的化学反应由-氨基参与的反应4.氨基酰化：氨基保护第33页/共176页氨基酸的化
10、学反应由-氨基参与的反应5.二硝基氟苯：黄色，肽链末端分析应用：鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸A.虽然多肽侧链上的-NH2、酚羟基也能与DNFB反应，但其生成物，容易与-DNP氨基酸区分和分离首先由Sanger应用，确定了胰岛素的一级结构A.肽分子与DNFB反应，得DNP-肽B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游离氨基酸C.分离DNP-氨基酸D.层析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的种类、数目第34页/共176页氨基酸的化学反应由-氨基参与的反应6.与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应第35页/共176页Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的
11、特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。肽链（N端氨基酸）与PITC偶联，生成PTC-肽环化断裂：最靠近PTC基的肽键断裂，生成PTC-氨基酸和少 一残基的肽链，同时PTC-氨基酸环化生成PTH-氨基酸分离PTH-氨基酸层析法鉴定Edman降解法的改进方法-DNS-Edman降解法用DNS(二甲基萘磺酰氯)测定N端氨基酸原理DNFB法相同但水解后的DNS-氨基酸不需分离，可直接用电泳或层析法鉴定由于DNS有强烈荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，比Edman法高几到十几倍可用于微量氨基酸的定量第36页/共176页第37页/共176页氨基酸的化学反应由-羧基参与的反应1
12、.成盐反应2.成酯反应第38页/共176页氨基酸的化学反应由-羧基参与的反应3.酰化反应4.脱羧反应第39页/共176页显色反应：显色反应：n茚三酮反应茚三酮反应:氨基羧基同时参加反应氨基羧基同时参加反应氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮。NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。第40页/共176页显色反应：显色反应：n茚三酮反应茚三酮反应n茚三酮反应茚三酮反应:脯氨酸，羟脯氨酸，黄色物质脯氨酸，羟脯氨酸，黄色物质例外：例外：Pro黄色；黄色
13、；Asn棕色棕色第41页/共176页成肽反应：成肽反应：第42页/共176页黄色反应：与黄色反应：与HNO3生成黄色物质生成黄色物质鉴定苯丙氨酸、酪氨酸鉴定苯丙氨酸、酪氨酸Millon：HgNO3和HNO3(红色物)Folin：还原磷钼酸、磷钨酸(蓝色物)鉴定酪氨酸，蛋白质定性定量测定乙醛或二甲基氨甲醛(紫红色化合物)还原磷钼酸、磷钨酸(蓝色物质)鉴定色氨酸，蛋白质定性定量测定坂口反应：-萘酚+次氯酸钠(红色物质)鉴定精氨酸Pauly反应：重氮盐化合物(棕红色物质)组氨酸、酪氨酸测定亚硝基亚铁氰酸钠(红色)半胱氨酸、胱氨酸测定乙酸或磷酸成酯保护丝氨酸、苏氨酸羟基，蛋白质合成第43页/共176页
14、第三节 氨基酸的分离纯化(一)层析技术的原理俄国植物学家M.Tswett发现并使用这一技术证明了植物的叶子中不仅有叶绿素还含有其它色素。现在层析法已成为生物化学、分子生物学及其它学科领域有效的分离分析工具之一。第44页/共176页一、层析技术的原理层析法是利用不同物质理化性质的差异而建立起来的技术。所有的层析系统都由两个相组成：一是固定相，它或者是固体物质或者是固定于固体物质上的成分；另一是流动相，如水和各种溶剂。当待分离的混合物随流动相通过固定相时，由于各组份的理化性质存在差异，与两相发生相互作用（吸附、溶解、结合等）的能力不同，与固定相相互作用力越弱的组份，随流动相移动时受到的阻滞作用小，
15、向前移动的速度快。反之，与固定相相互作用越强的组份，向前移动速度越慢。分部收集流出液，可得到样品中所含的各单一组份，从而达到将各组份分离的目的。第45页/共176页第46页/共176页第47页/共176页利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。分配层析（萃取的原理）第48页/共176页A、B两个溶液系统、I（A:B=2:1）1g II（A:B=1:3）1g第一次萃取后A中I有2/3g,II有1/4g I:II=8:3（2.6倍）B中I有1/3g,II有3/4g I:II=4:9（2
16、.15倍）第二次萃取后A中I有4/9g,II有1/16g I:II=64:9（7.1倍）B中I有1/9g,II有9/16g I:II=16:81（5.1倍）第49页/共176页第50页/共176页第51页/共176页第52页/共176页第53页/共176页第54页/共176页第55页/共176页第56页/共176页HPLC:根据出峰的位置及峰高或峰面积，可以定性及定量。层析法与光学、电学或电化学仪器连用，可使操作及数据处理自动化，大大缩短分析时间。由于层析法具有分辨率高、灵敏度高、速度快等特点，因此适用于杂质多、含量少的复杂样品分析，尤其适用于生物样品的分离分析。近年来，已成为生物化学及分子生
17、物学常用的分析方法。在医药卫生、环境化学、高分子材料、石油化工等方面也得到了广泛的应用。第57页/共176页二、电泳法(electrophoresis)概念：带点质点在电场中与本身电荷相反的电极移动的现象。氨基酸具有两性解离，PH值决定带电情况。凝胶电泳等点聚焦电泳双向凝胶电泳第58页/共176页第59页/共176页第60页/共176页第61页/共176页第62页/共176页三、氨基酸的显色反应各种氨基酸各种氨基酸0.5%茚三酮乙醇溶液茚三酮乙醇溶液蓝紫色蓝紫色多种氨基酸1%吲哚醌酒精冰醋酸溶液不同颜色各种氨基酸1%溴酚蓝酒精溶液蓝色甘氨酸0.1%邻苯二醛酒精溶液墨绿色酪氨酸-亚硝基-萘酚酒精
18、硝酸溶液红色酪氨酸对氨基苯磺酸-碳酸溶液浅红色组氨酸对氨基苯磺酸-碳酸溶液桔红色丝氨酸碘酸钠甲醇溶液及醋酸铵溶液黄色精氨酸尿素萘酚酒精溶液、氢氧化钠溴溶液红色半胱氨酸亚硝酸铁氰化钠甲醇溶液红色脯氨酸吲哚醌-醋酸锌异丙醇溶液蓝色色氨酸对甲基苯甲醛丙酮溶液蓝紫色第63页/共176页第四节第四节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构第64页/共176页概念蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大,从大约6000到1000000道尔顿甚至更大第65页/共176
19、页一、蛋白质分类生物体内的作用不同结构蛋白功能蛋白：活性蛋白、信息蛋白分子形状分球状蛋白纤维状蛋白第66页/共176页一、蛋白质分类分子组成成分1.单纯蛋白(1)清蛋白、球蛋白：水，甘氨酸(2)谷蛋白、醇溶蛋白：不溶于水(3)精蛋白、组蛋白：碱性氨基酸，细胞核(4)硬蛋白：纤维状蛋白，不溶于水、稀酸稀碱和有机溶剂，含大量胱氨酸第67页/共176页一、蛋白质分类分子组成成分1.结合蛋白(1)核蛋白：核酸(2)色蛋白：辅基是金属色素(3)糖蛋白：辅基是糖或者糖的衍生物，所有组织，多种功能(4)脂蛋白：脂肪类脂结合，与脂质代谢、运输(5)磷蛋白：辅基磷酸。酯键，丝氨酸，苏氨酸羟基结合。酪蛋白第68页
20、/共176页二、蛋白质结构中的化学键1.肽键 peptide bond（化学键）2.二硫键 disuffide bond（化学键）不同肽链，同一肽链不同部位半胱氨酸稳定共价键、稳定肽链空间结构破坏，蛋白质活性丧失。角蛋白第69页/共176页二、蛋白质结构中的化学键3.酯键 ester bond（化学键）丝氨酸、苏氨酸羟基与氨基酸的羧基磷蛋白：丝氨酸、苏氨酸羟基维系蛋白质结构，行使功能4.离子键 ionic bond（库伦作用）相反电荷的基团碱性氨基酸，生理条件下高浓度盐、过高过低PH羧基PK低，氨基PK高，1-2个PH单位第70页/共176页二、蛋白质结构中的化学键5.配位键 dative b
21、ond（共价键）金属离子：Fe,Cu,Mn,Zn高级结构：锌指结构螯合剂，蛋白质解离成亚基，变形失活6.氢键 hydrogen bond氢原子与两个电负性强的原子（F,O,N）弱键，供体原子、氢、受体原子处在一条直线氢供体：=NH,-OH,-NH2,-NH3+,-CONH2氢受体：-COO-,C=O第71页/共176页二、蛋白质结构中的化学键7.范德华作用力 原子、基团、分子之间弱相互作用非专一性的吸引力取向力、诱导力，色散力与距离6次方成反比，吸引不相碰蛋白质内部非极性结构，维系蛋白质高级结构8.疏水作用hydrophobic bond非极性侧链（疏水基团）在极性溶剂中为了避开水相互彼此靠近
22、所产生的作用力本质范德华作用力蛋白质的内部结构中第72页/共176页次次级级键键介介导导蛋蛋白白质质高高级级结结构构形形成成第73页/共176页（一）、蛋白质的基本结构形式（一）、蛋白质的基本结构形式1、连接方式：、连接方式：肽键肽键n肽键肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（肽键。（CONH）n肽平面肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（平面。（CCONHC）第74
23、页/共176页特点：肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。组成肽键的原子处于同一平面。在大多数情况下，以反式结构存在。第75页/共176页第76页/共176页第77页/共176页第78页/共176页2、肽分类、命名、肽分类、命名第79页/共176页在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-
24、Tyr-Asp-Gln第80页/共176页3、生物活性肽：、生物活性肽：n谷胱甘肽谷胱甘肽n神经肽：脑啡肽神经肽：脑啡肽(5)、内啡肽、内啡肽(31-16)、强啡肽强啡肽(17,9)、P物质、物质、Y肽肽n肽类激素：催产素、胰高血糖素、促肾肽类激素：催产素、胰高血糖素、促肾上腺皮质激素、加压素等上腺皮质激素、加压素等n其他：生长因子；短杆菌肽；青霉素等其他：生长因子；短杆菌肽；青霉素等第81页/共176页第82页/共176页第83页/共176页第84页/共176页第85页/共176页二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构(primary structure)一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸
25、的排列一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序；主要靠肽键维系。顺序；主要靠肽键维系。二四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间二四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间构象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。构象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。n一级结构体现生物信息：一级结构体现生物信息：20n .多样多样n一级结构是空间结构及生物活性的基础一级结构是空间结构及生物活性的基础.特异特异第86页/共176页（一）蛋白质的氨基酸组成氨基酸组成的种类、含量蛋白质纯化蛋白质彻底水解成氨基酸利用层析技术将氨基酸进行分离氨基酸定性定量分析蛋白质氨基酸组成：残基质量百分数氨基酸分子数目第87页/共176页例题
26、1：100g胰岛素经过分析苯丙氨酸有8.6g，苯丙氨酸残基质量百分数是多少（苯丙氨酸相对分子量是147，苯丙氨酸残基165）8.6X(147/165)=7.7g例题2：胰岛素的相对分子质量是6000，经过分析丙氨酸占4.6%，请计算胰岛素中有多少个氨基酸残基（丙氨酸相对分子量是89，丙氨酸残基71）4.6%X(71/89)=3.66%6000X3.66%=219219/71=3第88页/共176页第89页/共176页第90页/共176页三、二级结构三、二级结构蛋白质的二级结构是指蛋白质的二级结构是指多肽链骨架原子多肽链骨架原子的相对的相对空间空间位置，位置，不涉及侧链不涉及侧链的构象，也就是该
27、肽段主链骨架原的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有子的相对空间位置，主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角转角和无规则卷曲和无规则卷曲。维持二级结构的力量为。维持二级结构的力量为氢键氢键。构型：不对称化合物中不对称中心上的几个原子构型：不对称化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。排列方式改变共价键形成或基团的空间排布方式。排列方式改变共价键形成或破坏，与氢键无关。或破坏，与氢键无关。构象：分子结构中一切原子沿共价单键转动时产构象：分子结构中一切原子沿共价单键转动时产生的不同空间排列。不改变共价键，涉及氢键的形生的不同空间排列。不改变共价键，涉及氢键的形成或破坏
28、。成或破坏。第91页/共176页第92页/共176页1、-螺旋螺旋(-helix)血浆蛋白、多肽激素、钙调蛋白、蛋白激酶血浆蛋白、多肽激素、钙调蛋白、蛋白激酶n角蛋白、肌肉的肌球蛋白，数条角蛋白、肌肉的肌球蛋白，数条-螺旋缠绕，机械螺旋缠绕，机械强度、弹性强度、弹性n蛋白质表面存在蛋白质表面存在-螺旋，具两性特点螺旋，具两性特点n-47-57 第93页/共176页1、-螺旋螺旋(-helix)n右手螺旋：右手螺旋：3.6个个AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm；n每个肽键每个肽键N-H与第四个肽键的羰基形成氢键与第四个肽键的羰基形成氢键n氢键维系：链内氢键（氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平
29、行长轴；），平行长轴；n侧链伸出螺旋侧链伸出螺旋nSN：S为螺旋每圈的残基数，为螺旋每圈的残基数，N是形成氢键是形成氢键O与与N原子间原子间在主链上的原子数在主链上的原子数n3.613第94页/共176页1、-螺旋螺旋(-helix)n蛋白质中都是右手的，右手比左手稳定蛋白质中都是右手的，右手比左手稳定第95页/共176页第96页/共176页第97页/共176页2、-折叠折叠(-pleated sheet)n多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；比多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；比-螺旋更坚硬螺旋更坚硬n肽键肽键4个原子处于同一平面，个原子处于同一平面，-碳原子位于折叠的角上碳原子位于折叠的
30、角上第98页/共176页2、-折叠折叠(-pleated sheet)n侧链交错位于锯齿状结构的上下方，与棱角垂直侧链交错位于锯齿状结构的上下方，与棱角垂直第99页/共176页2、-折叠折叠(-pleated sheet)n氢键维系：氢键的方向垂直长轴；不同肽链、同一肽链不氢键维系：氢键的方向垂直长轴；不同肽链、同一肽链不同肽段，所有肽键参与同肽段，所有肽键参与n可有顺平行片层和反平行片层结构。可有顺平行片层和反平行片层结构。第100页/共176页2、-折叠折叠(-pleated sheet)n顺平行顺平行片比反平行片比反平行片更规则，最适合氢键形成片更规则，最适合氢键形成n顺平行顺平行片是大
31、结构，大于片是大结构，大于5个，反平行个，反平行片可以少到两个片可以少到两个n球状蛋白是顺平行反平行都有、纤维状蛋白主要是反平行球状蛋白是顺平行反平行都有、纤维状蛋白主要是反平行第101页/共176页3、其它、其它（1）肽链主链出现的）肽链主链出现的180回折部分称回折部分称-转角。由转角。由4个连个连续氨基酸组成，第一个残基的续氨基酸组成，第一个残基的CO与第四个氨基酸的与第四个氨基酸的NH形成氢键。形成氢键。甘氨酸和脯氨酸甘氨酸和脯氨酸 -转角在球蛋白中大量存在，约占全部残基的转角在球蛋白中大量存在，约占全部残基的1/4第102页/共176页3、其它、其它（2）蛋白质分子中那些没有确定规律
32、性的部分肽链构象）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。称为无规卷曲。第103页/共176页影响二级结构形成的因素影响二级结构形成的因素第104页/共176页四、超二级结构、域结构四、超二级结构、域结构1、超二级结构、超二级结构(supersecondary structure)（1）基序或模序（）基序或模序（motifs or modules，模体符），模体符）在一些具有特殊功能的球状蛋白质中，由若干个相邻的二在一些具有特殊功能的球状蛋白质中，由若干个相邻的二级结构单元按照一定规律有规则地组合在一起，相互作用，级结构单元按照一定规律有规则地组合在一起，相互作用，形成在空间
33、构象上可彼此区别的二级结构组合单位称超二形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位称超二级结构或模序。它们可直接作为三级结构的级结构或模序。它们可直接作为三级结构的“建筑块建筑块”或或域结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。域结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。（2）类型：）类型：、锌指结构、亮氨酸拉链、锌指结构、亮氨酸拉链第105页/共176页第106页/共176页2、域结构（、域结构（domain，结构域），结构域）域结构是在较大的蛋白质分子中，一条长的多肽域结构是在较大的蛋白质分子中，一条长的多肽链有时要先分别折叠成几个相对独立的区域，在组链有时要先分别折叠成几个相对独立
34、的区域，在组装成球状或颗粒状的三级结构。这种自二级或超二装成球状或颗粒状的三级结构。这种自二级或超二级结构基础上形成的特定区域，称为结构域。级结构基础上形成的特定区域，称为结构域。短的多肽如果只有短的多肽如果只有1个结构域，结构域与三级个结构域，结构域与三级结构为同一结构层次结构为同一结构层次较大蛋白质有多个结构域较大蛋白质有多个结构域第107页/共176页2、域结构（、域结构（domain，结构域），结构域）n每个结构域自身是紧密装配的每个结构域自身是紧密装配的n结构域之间的联系可以松散，可以形成功能域结构域之间的联系可以松散，可以形成功能域n具有相对独立的空间构象和生物学功能具有相对独立的
35、空间构象和生物学功能n同一蛋白质中的结构域可以相同（硫氰酸酶）或不同同一蛋白质中的结构域可以相同（硫氰酸酶）或不同（木瓜蛋白酶）（木瓜蛋白酶）n不同蛋白质中的结构域也可能相同或不同不同蛋白质中的结构域也可能相同或不同第108页/共176页五、三级结构五、三级结构蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布，包括主链和侧链。是由不同区段的整体空间排布，包括主链和侧链。是由不同区段上上R基相互作用形成的空间构象。三级结构的形成基相互作用形成的空间构象。三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠
36、近。n长度缩短：球形、椭球形、杆状，等长度缩短：球形、椭球形、杆状，等n多数同时含有多数同时含有-螺旋和螺旋和-折叠折叠n氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表面，少数内部）、带电（表面）（表面，少数内部）、带电（表面）n次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键键n功能区：表面或特定部位功能区：表面或特定部位第109页/共176页第110页/共176页第111页/共176页蛋白质分子中各个亚基的三维空间排布及亚基接触部位蛋白质分子中各个亚基的三维空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称
37、为蛋白质的四级结构的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构n亚基亚基(subunit)：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。亚基可以相同或不同。亚基可以相同或不同。n亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、氢键、范德华力氢键、范德华力n亚基可以相同或不同亚基可以相同或不同n亚基不一定只有一条链（胰岛素中亚基不一定只有一条链（胰岛素中A链与链与B链，二硫键连链，二硫键连接接)六、四级结构六、四级结构第1
38、12页/共176页第113页/共176页第四节第四节 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一级结构是空间结构和生物功能的蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。构是生物活性的直接体现。第114页/共176页1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（1）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构【经典举例经典举例】蛋白变性与复性蛋白变性与复
39、性一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系第115页/共176页第116页/共176页1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（2）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结构不同功能构不同功能一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系第117页/共176页1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（3）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨基酸）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨基酸不变，功能不变不变，功能不变【经典举例经典举例】分子病分子病一、一级结构与功
40、能的关系一、一级结构与功能的关系第118页/共176页第119页/共176页2、一级结构并非影响空间结构的唯一因素、一级结构并非影响空间结构的唯一因素n分子伴娘分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侣，分子伴侣)：在：在蛋白质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞蛋白质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转位过程中起关键作用的一类蛋白质。器的转位过程中起关键作用的一类蛋白质。The GroEL-GroES-ADP complex crystal structure第120页/共176页2、一级结构并非影响空间结构的唯一因素、一级结构并非影响空间结构的唯一因素n分子伴
41、娘分子伴娘与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二硫键的正确形成；硫键的正确形成；引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构；引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构；可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。第121页/共176页1、空间结构体现生物特异性、空间结构体现生物特异性2、空间结构体现生物活性、空间结构体现生物活性3、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调节特性节特性二、空间结构与功能的关系二、空间结构与功能的关系空间结构中的特定区域体现生物活
42、性空间结构中的特定区域体现生物活性第122页/共176页肌红蛋白与血红蛋白肌红蛋白与血红蛋白第123页/共176页第124页/共176页n别构效应（别位效应、变位效应，别构效应（别位效应、变位效应，allosteric effect）：蛋白质分子的特定部位（调节部位）与）：蛋白质分子的特定部位（调节部位）与小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构效应。包括正协同、负协同效应效应。包括正协同、负协同效应【经典举例经典举例】血红蛋白（血红蛋白（Hb）：由）：由22
43、四聚体组成，四聚体组成，每个亚基含有每个亚基含有1个血红素辅基；个血红素辅基；Hb的氧解离曲线呈的氧解离曲线呈“S”型。型。n多种空间构象，多种活性状态多种空间构象，多种活性状态第125页/共176页第126页/共176页第127页/共176页第128页/共176页第129页/共176页第130页/共176页第131页/共176页第132页/共176页4、空间构象并非生物活性的唯一影响因素、空间构象并非生物活性的唯一影响因素【举例举例】低温下酶活性低，但并不影响构象；盐低温下酶活性低，但并不影响构象；盐析时沉淀的酶无活性，但构象不变。析时沉淀的酶无活性，但构象不变。5、蛋白构象疾病：、蛋白构象
44、疾病：错误构象相互聚集，形成抗错误构象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。n老年痴呆老年痴呆n疯牛病疯牛病n亨汀顿舞蹈病亨汀顿舞蹈病第133页/共176页第134页/共176页1、蛋白质的变性与复性、蛋白质的变性与复性去除部分变性剂去除部分变性剂温和复性温和复性温和复性温和复性天然蛋白天然蛋白（具有正确的一级结（具有正确的一级结构和高级结构，因此构和高级结构，因此具有生物活性）具有生物活性）变性蛋白变性蛋白（具具有有正正确确的的一一级级结结构构但但无无高高级结构，无生物活性）级结构，无生物活性）变性环境变性环境非天然蛋白非天然
45、蛋白（具具有有正正确确的的一一级级结结构构和和错错误误的高级结构，无生物活性）的高级结构，无生物活性）【经典举例经典举例】Rnase蛋白质的活性状态与非活性状态蛋白质的活性状态与非活性状态第135页/共176页2、前体蛋白与活性蛋白的转变、前体蛋白与活性蛋白的转变（切除冗余及（切除冗余及其它变化）其它变化）前体蛋白前体蛋白（一级结构冗余，高（一级结构冗余，高级结构错误，因此无级结构错误，因此无生物活性）生物活性）活性蛋白活性蛋白（具有正确的一级结（具有正确的一级结构和高级结构，因此构和高级结构，因此具有生物活性）具有生物活性）适合环境适合环境【经典举例经典举例】酶原激活：胃蛋白酶原切除酶原激活
46、：胃蛋白酶原切除N端端42个个氨基酸后形成活性中心及其他空间构象，转变为氨基酸后形成活性中心及其他空间构象，转变为具水解蛋白质活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除具水解蛋白质活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除N端端6个氨基酸后形成活性中心及其他正确构象，转个氨基酸后形成活性中心及其他正确构象，转变为具有水解活性的胰蛋白酶。变为具有水解活性的胰蛋白酶。蛋白质的活性状态与非活性状态蛋白质的活性状态与非活性状态第136页/共176页3、分子病（、分子病（molecular disease）：由于基因结构改）：由于基因结构改变，蛋白质一级结构中的关键氨基酸发生改变，从而变，蛋白质一级结构中的关键氨基酸发生改变，
47、从而导致蛋白质功能障碍，出现相应的临床症状，这类遗导致蛋白质功能障碍，出现相应的临床症状，这类遗传性疾病称为分子病。传性疾病称为分子病。【经典举例】镰形细胞贫血症：编码血红蛋白【经典举例】镰形细胞贫血症：编码血红蛋白亚基亚基的结构基因第六个密码子由的结构基因第六个密码子由CTTCAT，相应的多肽，相应的多肽序列中序列中N端的第六个氨基酸由端的第六个氨基酸由GluVla；其空间结构；其空间结构发生相应改变，在表面形成互补区，使蛋白质分子之发生相应改变，在表面形成互补区，使蛋白质分子之间彼此聚合，促使红细胞在低氧压下变形成镰形，丧间彼此聚合，促使红细胞在低氧压下变形成镰形，丧失运输氧的生物活性失运
48、输氧的生物活性。蛋白质的活性状态与非活性状态蛋白质的活性状态与非活性状态第137页/共176页4、蛋白构象疾病：疯牛病，由于朊病毒蛋白、蛋白构象疾病：疯牛病，由于朊病毒蛋白（PrP）构象改变导致蛋白质聚集，形成抗蛋白水）构象改变导致蛋白质聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀。解酶的淀粉样纤维沉淀。（二级结构及（二级结构及其它变化）其它变化）正常动物正常动物PrPPrPc c（二级结构多为二级结构多为螺旋、螺旋、对蛋白酶敏感、水溶性对蛋白酶敏感、水溶性）致病蛋白致病蛋白PrPsc（一级结构相同，但二级（一级结构相同，但二级结构全为结构全为折叠，抗蛋白折叠，抗蛋白酶、水溶性差、蛋白聚集酶、水溶性
49、差、蛋白聚集成淀粉样沉淀）成淀粉样沉淀）未知蛋白未知蛋白蛋白质的活性状态与非活性状态蛋白质的活性状态与非活性状态第138页/共176页第五节第五节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质及分离纯化及分离纯化 第139页/共176页第140页/共176页第141页/共176页第142页/共176页第143页/共176页1、两性解离与等电点：同、两性解离与等电点：同“氨基酸两性解离氨基酸两性解离”2、紫外吸收：最大吸收波长、紫外吸收：最大吸收波长280nm 3、胶体性质：不能透过半透膜、胶体性质：不能透过半透膜4、沉淀、凝固、沉淀、凝固蛋白质在溶液中维持稳定的因素：蛋白质在溶液中维持稳定的因素：表面电荷
50、、水化层（溶剂化层）表面电荷、水化层（溶剂化层）变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性一、理化性质一、理化性质第144页/共176页蛋白质的变性作用：蛋白质的变性作用：（1）沉淀：）沉淀：不稳定蛋白质从溶液中析出不稳定蛋白质从溶液中析出（2）结絮：）结絮：变性蛋白质不一定发生沉淀，变性蛋白质不一定发生沉淀，因为电荷稳定因素未被破坏，当调节因为电荷稳定因素未被破坏，当调节PH到到等电点，立即结成絮状不溶物的现象。等电点，立即结成絮状不溶物的现象。絮状絮状沉淀可溶于强酸、强碱沉淀可溶于强酸、强碱（3）凝固：）凝固：絮状沉淀如加热，则变成坚固絮状沉淀如加热，