1、第 1 章,蛋白质,Protein,希腊语，第一重要的，最原初的。,早在1878年，思格斯就在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”,Protein,第1节 蛋白质概述,一、蛋白质的特点,1. 组成简单,2. 存在普遍,一、蛋白质的特点,1. 组成简单,2. 存在普遍,3. 种类繁多,4. 结构复杂,5. 功能多样,单细胞生物,胞外酶 鞭毛-蛋白质（运动器官） 细胞壁-糖、脂、肽 细胞膜-载运蛋白、膜蛋白 细胞质-酶蛋白（催化物质） 细胞核-酶蛋白（遗传）,多细胞动物,个体层次,毛发、皮肤-角蛋白,骨骼、牙齿-钙+胶原蛋白
2、 肌肉-肌球蛋白/肌丝蛋白,食道-消化酶血管中-免疫蛋白-激素蛋白,器官层次,巨噬细胞,细胞水平,为什么人体细胞有不同的形状？细胞内有支撑体 ？,细胞内丝网状骨架蛋白（决定细胞形状及运动）；,带有,细胞粘连物质-胶原蛋白,结构蛋白 均为纤维状,功能 蛋 白大多为 球 状,细胞膜载体蛋白（物质、信号）、酶,细胞质(包括细胞器)酶（物质代谢）、信号传递,细胞核酶（遗传）、结构蛋白（染色体骨架）,二、蛋白质的功能,1、催化功能 酶 2、结构成分 皮、毛、骨、牙、细胞骨架 3、运输作用 血红蛋白 4、运动作用 肌动蛋白和肌球蛋白 5、调节作用 基因调控因子 6、防御作用 免疫球蛋白 7、贮存作用 乳、
3、蛋、谷蛋白 8、信息传递 信号蛋白 9、异常功能 视色素、味觉蛋白、毒素,生老病死，万物轮回(蛋白质层次),生（诞生、生长）：在酶催化下老细胞计划性凋亡和新细胞的再生、 活细胞的代谢-（新陈代谢） 老？蛋白质功能普遍衰退 病？个别蛋白质的功能障碍 死？蛋白质功能的全部停止/分解蛋白质生物功能分子,三、蛋白质的组成,1、蛋白质的元素组成,蛋白质的含氮量,由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： 蛋白质含量（克）=每克生物样品中含氮的克数 6.25 凯氏定氮法,蛋白质月示胨多肽肽氨基酸1*104 5*103 2*103 1000 200 100
4、-500,所以，氨基酸(amino acid)是蛋白质的基本结构单元。,2、蛋白质的氨基酸组成,第2节 氨基酸,一、蛋白质氨基酸的结构及分类（amino acid, AA, aa, Aa),要求熟记氨基酸的： 分子式 三字符缩写 单字符缩写,（一）氨基酸共有的结构特征,一、氨基酸的结构及分类,地球上天然形成的氨基酸有300种以上，但是构成蛋白质的常见氨基酸有20种,且都是-氨基酸。,非极性氨基酸,一、氨基酸的结构及分类,20种氨基酸,极性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,非解离的极性氨基酸,（二）氨基酸的分类,R基团不同：脂肪族 15种 支链：Arg Thr Val Ile Leu直链: Asp
5、 Asn Glu Gln LysSer Cys Gly Ala Met 芳香族 3种 Tyr Phe Trp 杂环族 2种 His Pro,一、氨基酸的结构及分类,结构特点：1.含苯环: Phe 2.含酚羟基: Tyr 3.含吲哚环: Trp4.含羟基: Ser Thr 5.含硫: Cys Met 6.含胍基: Arg7.含咪唑基: His,一、氨基酸的结构分类,酸碱性:酸性氨基酸: 2 个COOH、 1个-NH2Asp Glu碱性氨基酸: 1 个COOH、 2个碱性基团（氨基、胍基、咪唑基） Arg Lys His中性氨基酸: 1 个COOH、 1个-NH2极性非极性,一、氨基酸的结构及分类
6、,课后作业：熟记20种 L-氨基酸的三字符、单字符和结构式与性质。,每种氨基酸都有专用的缩写名,一、氨基酸的结构及分类,（三）稀有氨基酸,在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸或稀有氨基酸。,一、氨基酸的结构及分类,（四）非蛋白质氨基酸,至今发现大于200种，功能各异 -丙氨酸、-氨基丁酸、高半胱氨酸高丝氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸苯甘氨酸、甲基天门冬氨酸,一、氨基酸的结构及分类,有些aa在人和反刍动物体内不能合成，需从食物中吸取以保证正常生命活动的需要，称必需氨基酸。,苏缬亮异亮，苯丙是芳香， 还有色赖蛋，缺一人遭秧。,一、氨基酸的结构及分类,（五）必需氨基酸,一两色素本
7、来淡些,半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要 组氨酸和精氨酸,1、氨基酸的物理性质,熔点：200-300 溶解度：脯氨酸最易溶于水不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂氨基酸的盐酸盐比游离氨基酸易溶于乙醇。,二、氨基酸的性质,2、氨基酸的两性解离与等电点,(1) 氨基酸的存在形式,两性离子：,在同一个氨基酸分子上，含有等量的正负两种电荷，由于正负电荷相互中和而呈电中性。,偶极离子、兼性离子,二、氨基酸的性质,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,加 酸,总电荷 “+”,二、氨基酸的性质,（2）氨基酸的两性解离,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,总电荷 0,加 碱,总电荷 “-”,H2N,H2O,
8、二、氨基酸的性质,（3）氨基酸的等电点,等电点：当溶液为某一pH值时，氨基酸分子中所带正电荷和负电荷数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI（isoelectric point)。,二、氨基酸的性质,羧基的电离度氨基 中性氨基酸的pI7,pH=pI aa呈电中性 pHpI aa带负电荷应用： 电泳分离蛋白质,二、氨基酸的性质,(4) 等电点计算,中性氨基酸：pI = (pK1 + pK2 )/2 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR )/2,二、氨基酸的性质,提问:为什么不同氨基酸的pI不同? -R 有电性区别。
9、 中性氨基酸pI一般为5.0-6.0 提问：为什么偏酸性？ 答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？ 更酸（3.0 左 右）碱性氨基酸pI更碱（7.610.7)(只有三种） 提问：大多数氨基酸在中性pH=7时，带 电？ 提问：等电点时的氨基酸溶解度最大或最小？ 最小。易 于 沉 淀 提问：为什么？ 较小的同性排斥,-,二、氨基酸的性质,二、氨基酸的性质,手性-碳原子(不对称C)都具有旋光性。,3、氨基酸的光学性质,（1）氨基酸的立体化学,组成蛋白质的氨基酸中19种具有旋光性（Gly除外），都为L-型氨基酸,二、氨基酸的性质,（2）氨基酸的光
10、吸收,二、氨基酸的性质,可见光区：无光吸收 远紫外和红外区：都有光吸收 近紫外区（220300nm）：Tyr/Trp/Phe,应用：蛋白质测定,二、氨基酸的性质,Tyr max278nm Phe max259nm Trp max279nm,思考题,1. 构成蛋白质的氨基酸属于下列哪种氨基酸?( )A. L-氨基酸 B. L-氨基酸 C. D- -氨基酸 D. D- 氨基酸 2. 含有2个羧基的氨基酸是( )A.谷氨酸 B. 苏氨酸 C.丙氨酸 D. 甘氨酸3.天然蛋白质中不存在的氨基酸是( )A. 半胱氨酸 B. 瓜氨酸 C. 蛋氨酸 D. 羟脯氨酸,二、氨基酸的性质,4. 280nm处有吸收
11、峰的氨基酸( ) A. 精氨酸 B. 色氨酸 C. 丝氨酸 D. 谷氨酸5. 大多数蛋白质中的含氮量( )A. 6% B. 16% C. 23% D. 10%,二、氨基酸的性质,4、氨基酸的化学反应P39,（1）茚三酮反应-氨基酸的定量氨基酸+茚三酮试剂-紫兰色复合物（2）桑格反应（sanger)2，4-二硝基氟苯反应(3) Edman降解反应,二、氨基酸的性质,弱酸 加热, Pro和Hpro无游离氨基，只能形成黄色化合物（440nm）； 可鉴定某化合物是否有可能是AA； 如果是AA可用 测压法 分光光度法定量测定AA的含量,弱碱性,DNP-氨基酸 （黄色）,DNFB,Sanger 法测定N末
12、端氨基酸基础,pH8.3,无水HF,苯异硫氰酸酯PITC,苯氨基硫甲酰衍生物,苯乙内硫脲衍生物,Edman降解法基础,重复测定多肽链N端AA排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”,三、肽,氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？,成 肽 反 应,CH,COOH,NH2,R1,COOH,CH,H2N,R2,NH2,CH,R1,OC,NH,CH,COOH,R2,肽键,肽,N端,肽链氨基端,肽链羧基端,C端,肽键与肽的概念？,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间脱水形成的酰胺键称为肽键(peptide bond)，所形成的化合物称为肽(peptide)。,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽
13、则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,（1）肽键的作用：蛋白质分子中的主要共价键（酰胺键）（2）肽键的特点：1、单键，具部分双键性质，不能自由旋转。 2、与C-N相连的H、O均为反式形成肽键平面,（3）肽键平面连接在肽键两端的C=O、N-H，及两个-碳原子共6个原子，空间位置在一个平面上，称为肽键平面 ，或肽平面，肽单位（能自由旋转的键为C-N，C-C）,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，所形成的链称为肽链。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
14、基开始，以C-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-Tyr-Asp-Gln,重要的天然寡肽,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu短杆菌肽S(环十肽)由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。,第3节 蛋白质的分子结构,蛋白质的结构层次,一级结构,二级结构 超二级结构 结构
15、域 三级结构 四级结构,高级结构 空间构象,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。,示例,蛋白质的各级结构的基本概念,一级结构：肽链中的氨基酸排列顺序。 二级结构：多肽链沿着肽链主链规则或周期性折叠。 超二级结构：若干相邻的二级结构单元按照一定规律有规则组合在一起，相互作用，形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位。 结构域：一条多肽链独立折叠近似球形的区域。 三级结构：已含有二级结构的多
16、肽链进一步折叠或卷曲成复杂的空间结构。包括肽链中所有原子的空间排布方式。 四级结构：蛋白质亚单位的立体排布和相互作用。,一、蛋白质的一级结构,一、蛋白质的一级结构,（一）蛋白质分子的一级结构 （primary structure）,1、定义：指蛋白质的aa组成。 （1）多肽链中氨基酸（残基）的排列顺序。 （2）是蛋白质的基本结构。 （3）是空间结构、生理功能的基础。2、维系键肽键、二硫键3、举例,二、蛋白质的一级结构,我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。,蛋白质一级结构的测定,蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从1953年F.Sanger测定了
17、胰岛素的一级结构以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。,1.样品必需纯（97%以上）； 2.知道蛋白质的分子量； 3.知道蛋白质由几个亚基组成； 4.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。 5.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。,1.测定蛋白质的一级结构的要求,2. 测定步骤,(1) 多肽链的拆分 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,(2) 测定蛋白质分子中多肽链的数目 通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,(3) 二硫键的断裂 几
18、条多肽链通过二硫键交联在一起。可在可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。,蛋白质一级结构的测定,(4)测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比；,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,2. 测定步骤,(5)分析多肽链的N-末端和C-末端 多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸。 在肽链氨基酸顺序
19、分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。DNFB(二硝基氟苯)Sanger法PITC（苯异硫腈法） Edman法或PTH法DNS法（丹磺酰氯）氨肽酶法,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,(6)多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,(7)测定每个肽段的氨基酸顺序,蛋白质一级结构的测定,2. 测定步骤,(8)确定肽段在多肽链中的次序利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。,蛋白质一级结构的测定,Trypsin ：产物是以赖氨酸Lys和精氨酸Arg为C
20、-末端残基的肽段。,肽链,水解位点,胰蛋白酶,R1=Phe（F）、 Trp（W）Tyr（Y）等疏水性AA Leu、Met和His稍慢 R2=Pro（抑制） pH8-9,肽链,水解位点,糜蛋白酶/胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）,水解速度与相邻AA性质有关: 酸性：-/碱性：+,R2=Phe（F）、 Trp（W）、 Tyr（Y）、Leu（L）、Ile（I）、Met（M）、Val（V）及其它疏水性强的AA水解速度较快,肽链,水解位点,R2= Pro或Gly，不水解 R1或R3=Pro，抑制水解,嗜热菌蛋白酶（thermolysin),溴化氰(Cyanogen bromide) 选择性地切割
21、由Met羧基形成的肽键。,2. 测定步骤,(9)确定原多肽链中二硫键的位置,蛋白质一级结构的测定,一般采用胃蛋白酶处理没有断开二硫键的多肽链， 再利用双向电泳技术分离出各个肽段，用过甲酸处理后，将每个肽段进行组成及顺序分析， 然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。,二硫键位置的确定,2. 测定步骤,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,构型和构象,构型： 原子或基团在空间的相对分布或排列。 涉及共价键的断裂。 构象： 当单键旋转时，取代基团可能形成不同的立体结构。 不涉及共价键的断裂。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,1.共价键,肽键、二硫键和配位键。 二硫键：由含硫氨基酸形成
22、。在蛋白质分子中，起着稳定肽链空间结构的作用。二硫键被破坏，蛋白质的生物活性丧失。 配位键：两个原子之间形成的共价键，共用电子对由其中的一个原子提供。金属离子与蛋白质的结合往往是配位键，例如：血红蛋白、细胞色素C等。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,2.非共价键,共价键存在于一个分子或多个分子的原子之间，决定分子的基本结构。非共价键（又称为次级键或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的高级结构。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,（1）氢键,氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成。XHY它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互
23、作用。 氢键具有方向性，氢键的方向用键角表示，是指XH与HY之间的夹角，一般为180250。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,（2）范德华力,这是一种普遍存在的作用力，是原子、基团或分子之间比较弱的、非特异性的作用力。 这种作用力分：极性基团之间的相互吸引（取向力）；极性基团与非极性基团之间的相互吸引（诱导力）；非极性基团之间的相互吸引（色散力）。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,（3）疏水作用,非极性侧链在极性溶剂水中为了避开水相而彼此靠近所产生的一种作用力。主要存在于蛋白质的内部结构。 蛋白质和酶的表面通常具有非极性链或区域，这是由构成它们的氨基酸侧链上的烷基链或苯环在空间上相互接
24、近时形成的。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,（4）离子键,又称盐键，一种具有相反电荷的两个基团之间的库仑作用。这种键可以解离。,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,键 能 肽键 二硫键 离子键 氢键 疏水键 范德华力,数量巨大,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,二、蛋白质的构象和维持构象的作用力,三、蛋白质的二级结构,二级结构：肽链有规则地折叠或旋转。指肽链主链骨架原子的相对空间位置。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键不涉及残基侧链。,主要有-螺旋、 -折叠、-转角、无规卷曲、-螺旋、环等。,维持二级结构的主要作用力是氢键。,三、蛋白质的二级结构,（一）多肽链折叠的空间限制,
25、（1）肽键的性质,肽键中C-N键有部分双键性质不能自由旋转 组成肽键原子处于同一平面（肽平面） 键长及键角一定 大多数情况以反式 结构存在,三、蛋白质的二级结构,共价主链,三、蛋白质的二级结构,（2）酰胺平面与碳原子的二面角,三、蛋白质的二级结构,C- N： C- C：,多肽链：通过可旋转的C连接的酰胺平面链 这种旋转是受到限制的,三、蛋白质的二级结构,三、蛋白质的二级结构,三、蛋白质的二级结构,1.-螺旋（ -helix）,-螺旋是蛋白质中最常见、最典型的、含量最丰富的二级结构元件。,1951年 Pauling L.和Corey R等,（2）蛋白质的构象单元,三、蛋白质的二级结构,三、蛋白质
26、的二级结构,基本特点： a、单链、右手螺旋 b、每一螺旋由3.6氨基酸残基组成 c、螺距0.54nm,上升0.15nm/aa d、相邻2圈螺旋间1个肽键的C=O与隔3个aa（即A1与A5，A2与A6）第5个肽键的N-H形成氢键，中间包括13个原子，又称3.613螺旋 e、氢键方向与纵轴平行，链内氢键是螺旋稳定的主要因素 f、侧链基团位于螺旋外，不参与螺旋的组成，但影响螺旋的形成与稳定。,三、蛋白质的二级结构,制约螺旋形成的因素（P31）： 1）某些氨基酸。如Pro, 羟脯氨酸 2）大侧链氨基酸 3）相同电荷的残基过于密集,三、蛋白质的二级结构,角蛋白 Keratin,角蛋白广泛存在于动物的皮肤
27、及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。 -角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手-螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。 例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。 -角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度-拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折叠结构，称为-角蛋白。,三、蛋白质的二级结构,毛发的结构,一根毛发周围是一层鳞状细胞(scaIe cell)，中间为皮层细胞(cortical celI)。皮层细胞横截面直径约为20m。在这些细胞中，大
28、纤维沿轴向排列。所以一根毛发具有高度有序的结构。 毛发性能就决定于螺旋结构以及这样的组织方式。,卷发(烫发)的生物化学基础,烫发时,还原剂,三、蛋白质的二级结构,三、蛋白质的二级结构,三、蛋白质的二级结构,2. -折叠（-pleated sheet）,-伸展的肽链结构 a、基本特征肽键平面之间折叠成锯齿状。两个aa之间的轴心距为0.35nm。 b、结构的维系依靠肽链间的氢键，氢键的方向与肽链长轴垂直 c、肽链的N末端在同一侧-顺向平行，反之为反向平行。,三、蛋白质的二级结构,-角蛋白,丝心蛋白(fibroin) 是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。
29、主要由六肽重复连接而成，每隔一个氨基酸残基就有一个甘氨酸残基。,三、蛋白质的二级结构,3.-转角 -turn,基本特征： a、肽链出现1800回折的“U”结构 b、由第1个氨基酸残基的C=O与第4个氨基酸残基的N-H形成氢键，中间包括11个原子。 c、常连接-折叠的肽键。,泛指不能归入明确的二级结构如折叠片和螺旋的多肽片断。 没有一定规律的松散结构。,无规则卷曲（random coil）,三、蛋白质的二级结构,思考题： 已知某分子量为240000的蛋白质多肽链的一些 节段是-螺旋,而另一些节段是-折叠,其分子长 度为5.06x10 -5 cm,求分子-螺旋和-折叠的百 分率？,超二级结构（ s
30、uper secondary structure ）：若干相邻的二级结构单元相互作用，进一步组合成有规则的结构组合体。如： 、 、,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,四、超二级结构与结构域,由二级结构组合而成。 充当三级结构的构件。 结构域是蛋白质分子上的一个功能单位，亦可称为功能域。,四、超二级结构与结构域,结构域（domain)：存在于球状蛋白质分子中的两个或多个相对独立的、在空间上能辩认的三维实体。,五、蛋白
31、质的三级结构,蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)：在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。特点（1）是球状或椭圆状蛋白质 （2）形成亲水表面和疏水内核表面也可有些“沟”“穴” 作用力：氢键、疏水键、离子键和范德华力等。 尤其是疏水键。,五、蛋白质的三级结构,肌红蛋白,六、蛋白质的四级结构,1、定义相同或不同亚基按照一定排布方式聚合而成的蛋白结构.亚基（subunit)-在蛋白质的四级结构中，每个各具独立三级结构的多肽链称为亚基。蛋白质分子中的最小共价单位。寡聚蛋白特有的空间结构寡聚蛋白由几个亚基组
32、成的蛋白.。,(quaternary stucture),六、蛋白质的四级结构,2、特点 在具有四级结构蛋白质中，亚基单独存在无活性 不是所有的蛋白质都具有四级结构， 亚基间以次级键相连（疏水键、氢键、离子键、范德华力等）,六、蛋白质的四级结构,第4节 蛋白质结构与功能的关系,蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序蛋白质的空间构象蛋白质的功能,一级结构变化，功能改变。 一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化，不影响生物活性。 一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可导致功能变化。,一、一级结构与功能的关系,同源蛋白： 来自不同生物体、执行同一 /相似功能的蛋白 AA序列具有明显的相似性序列同源性（se
33、quence homology） 不变残基和可变残基,1、种属差异与分子进化,104 个AA残基 MW约12.5103 28个不变残基 进化位置相差愈远，AA序列差别愈大 用于核对各物种间的分类学关系以及 绘制系统树/进化树,细胞色素C与系统树,几种生物和人的细胞色素C的 氨基酸组成的差异,分子病：由于基因突变导致蛋白质一级结构发生变异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失，造成生理功能的变化而引起的疾病。 镰刀型贫血症（sickle-cell anemia）,2、一级结构变异与分子病,镰刀状贫血病血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息,正常细胞 镰刀形细胞,它是最早认识的一种分子病。流行于非洲
34、，死亡率极高，大部分患者童年时就夭折，活过童年的寿命也不长，它是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构的突变。,正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys - 链 谷氨酸 镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys - 链 缬氨酸,谷A（极性） 缬A（非极性） (了解)由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失， 导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。,二、空间结构与功能的关系,Anfinsen,(R) relaxed state,(T) tense sta
35、te,血中氧分子的运送：,静脉,动脉,环境氧高时 Hb 快速吸收氧分子,环境氧低时 Hb 迅速释放氧分子,释放氧分子后 Hb 变回 T state,大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 这三种氨基酸的在280nm 附近有最大吸收。因此，大多数蛋白质在280nm 附近显示强的吸收。 利用这个性质，可对蛋白质进行定量。,一.蛋白质的紫外吸收,第5节 蛋白质的重要性质,蛋白质与氨基酸一样，能够发生两性解离，也有等电点。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。 在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。pHpI,负电荷,向正极移动；pHpI,正电荷,向负极移动;pH=pI,净
36、电荷为零，不移动。,二.蛋白质的两性解离及等电点,蛋白质的两性电离及等电点 提问：为什么蛋白质具有两性（酸、碱性）？ 含有酸碱氨基酸残基 碱/酸 越大 pI ？ 越大,电泳,蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。,胶体溶液： 分子直径在1-100nm 内 具有丁达尔效应、布朗运动等性质 不能透过半透膜,三.蛋白质的胶体性质,提问：什么样的分子是水溶性的？ 答案：分子直径胶体颗粒大小（1100 nm)且不易聚集沉淀。 大多数球状蛋白溶于水，能形成稳定的胶体溶液。,提问：稳定蛋白质胶体溶液的原因是什么？ 答案： 1.同种电荷相互排斥； 2.水化膜
37、的存在,1.定义(denaturation) ：某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的空间结构，引起蛋白质理化性质改变并导致生物学功能丧失。,四.蛋白质的变性,机制：蛋白质空间结构破坏,一级结构不变。,（1）物理因素 有哪些？ 加热（70100）、剧烈振荡或搅拌 例如 卤水点豆腐、煎炒烹炸 紫外线、X射线、超声波 例如 皮肤粗糙、白内障、杀菌,2.变性因素：,（2）化学因素 有哪些？ 强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。 例如 胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒（3）机理 分子机理？ 变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键以及二硫键。,复 性（renatur
38、ation),去除变性因素后，变性蛋白恢复原来的空间结构，恢复生物活性的现象。 本质一级结构决定高级结构 提问：是否所有的蛋白质变性都是可逆的？为什么？,3、变性后蛋白质的性质,（1）生物活性丧失 （2）一些侧链基团暴露 （3）某些物理化学性质改变粘度增加，扩散系数降低，溶解度下降， 分子形状改变，结晶能力丧失 （4）生物化学性质改变（如：对蛋白酶降解的敏感性增大）,5、蛋白质变性原理的应用,（1）促使蛋白质变性 （2）防止蛋白质变性,1、沉淀概念关键：水化膜的破坏，电荷的消失方法,五、蛋白质的沉淀,a、盐析（salting out）盐溶：蛋白质在低浓度盐中溶解度增加的现象。 盐析：蛋白质在高
39、浓度盐中溶解度降低析出的现象。,等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀溶解盐溶 提问：原因？,盐溶盐析,盐析,向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出 提问：原因？,b、有机溶剂沉淀法 原理 c、重金属沉淀法 原理 d、生物碱试剂,六、蛋白质的颜色反应,自学,第6节 蛋白质的研究方法,一、蛋白质含量的测定,1、凯氏定氮法 2、紫外吸收法 3、,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。,
40、二、蛋白质的相对分子质量,1道尔顿1C12绝对质量/121.6610-27千克,测定蛋白质分子量的常用方法,1、沉降速度法 一种蛋白质分子在单位离心场的沉降速度 为恒定值，称为：沉降常数/系数（S）,瑞典的蛋白质化学家T.Svedberg 1S=10-13秒,2、凝胶过滤法,3、SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法,蛋白质颗粒电泳时迁移率取决于： 所带电荷 分子量 分子形状,变性,？,迁移率与电荷和形状无关，仅取决于相对分子质量,巯基乙醇破坏二硫键,第6节 蛋白质的分类,1、 依据蛋白质的外形分类球状蛋白质：globular protein纤维状蛋白质：fibrous protein膜蛋白质：membr
41、ane protein,2、依据蛋白质的组成分类,简单蛋白(simple protein) 结合蛋白(conjugated protein) 。,简单蛋白质,又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。1、清蛋白和球蛋白：albumin and globulin 2、谷蛋白(glutelin)和醇溶蛋白(prolamin) 3、精蛋白和组蛋白 4、硬蛋白,结合蛋白质,由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成， 色蛋白：如血红蛋白，叶绿蛋白和细胞色素等。 糖蛋白：如细胞膜中的糖蛋白等。 脂蛋白：如血清-，-脂蛋白等。 核蛋白：如细胞核中的核糖核蛋白等。 磷蛋白：如胃蛋白酶等。
42、金属蛋白：如铁硫蛋白，固氮酶等。,第7节 蛋白质的分离纯化及应用,一、蛋白质分离纯化的一般原则,层析法 电泳法 超离心法 透析和超滤,盐析（硫酸铵盐析） 等点电沉淀 有机溶剂沉淀 离心,前处理 粗分级 细分级 ,材料选择与处理 细胞破碎 有效成分的抽提 浓缩,生物组织 提取液 粗产品,干燥与保存,分子大小 溶解度 电荷性质 吸附性质 生物亲和力,依据原理,二、蛋白质的应用,本章小节,1. 蛋白质的生物学作用 2. 蛋白质的组成（元素组成、化学组成）及蛋白质含量的测定 3. 20种氨基酸的结构、分类、名称、三字缩写符 4. aa的重要理化性质：两性解离、等电点等 5. 蛋白质的一级结构：肽、肽键
43、、活性多肽 6. 蛋白质的空间结构：二级结构单元（ -螺旋、-折叠、 -转角）、三级与四级结构（超二级结构、结构域、亚基）及结构与功能的关系 7. 蛋白质的性质：大分子性质、两性解离（等电点、电泳）、胶体性质、蛋白质沉淀、蛋白质变性、紫外吸收及颜色反应 8. 蛋白质的分类：按外形及组成分类,选择题 1. 在下列有关谷胱甘肽的叙述中,正确的是( ) A. 谷胱甘肽中含有胱氨酸 B. 谷胱甘肽是体内重要的氧化剂C. 谷胱甘肽谷氨酸的-羧基是游离的 D. 谷胱甘肽的C-端是主要的功能基团 2. 在有关蛋白质三级结构的描述中, 错误的是( )A. 具有三级结构的多肽链都有生物学活性B. 三级结构是单体
44、蛋白质或亚基的空间结构C. 三级结构的稳定性由次级键维持 D. 亲水基团多位于三级结构的表面 3. 在有关蛋白质四级结构的描述中, 正确的是( )A. 蛋白质四级结构的稳定性由二硫键维系B. 四级结构是蛋白质保持生物学活性的必要条件C. 蛋白质都有四级结构 D. 蛋白质亚基间由非共价键聚合,4. 每一种完整蛋白质分子必定具有（ ）A. 螺旋 B. -折叠 C. 三级结构 D. 四级结构5. 盐析法沉淀蛋白质的原理A. 中和电荷，破坏水化膜 B. 盐与蛋白质结合成不溶性蛋白盐C. 调节蛋白质溶液的等电点 D. 降低蛋白质溶液的介电常数,6. 变性蛋白质溶解度减少的原因是（）A 蛋白质分子表面电荷减少 B 蛋白质分子表面极性残基减少C疏水残基外露 D 蛋白质聚集 E 以上全部 填空题 1. 根据氨基酸的酸碱性质可分为-、三类。 2. 多肽链的氨基酸的称为一级结构，主要化学键为。 3. 蛋白质为两性电解质，大多数在酸性条件下带电荷。在碱性条件下电荷。当蛋白质净电荷为，此时溶液的pH值称为。,4.蛋白质变性主要是其结构受到破坏，而其结构仍为完 好。5.维持蛋白质高级结构的非共价键有、等。,
