1、1,蛋白质结构与功能 (学习要点),- 蛋白质3D结构取决于其氨基酸序列 - 蛋白质功能由其空间结构所决定：天然蛋白具有惟一或近乎惟一的构象 - 蛋白质结构的稳定主要依赖于大量的非共价性弱相互作用 - 不同的蛋白质具有某些基本结构模式,2,VLSEGEWQLVLHVWAKVEAD VAGHGGDILIRLFKSHPETLEK FDRFKHLKTEAEMKASEDLKK HGVTVLTALGAILKKKGHHEA ELKPLAQSHATKHKIPIKYLEFI SEAIIHVLHSRHPGDFGADAQ GAMNKALELFRKDIAAKYKEL GYGG,1 AA sequence,Space
2、-filling model,3D structure showing atoms, 一级氨基酸序列决定3D结构 (以肌红蛋白为例),- 为何有利?,- 如何形成?,P7-1,Myoglobin- 153 AA- Single peptidechain + heme,heme,疏水残基,N-terminus,C-terminus,3,Gly,chymotrypsin, 纤维蛋白和球蛋白的一般结构,胰凝乳蛋白酶,胶原蛋白,collagen,outer: hydrophilic inner: hydrophobic,4,6-2b,肽键具有部分双键性 而不能自由旋转,CN旋转角,CC旋转角,肽链处于
3、充分伸展构象时和均规定为180,其取值都将受到肽平面的限制,1. 肽单位是一个具有极性的平面单位,肽键连接的重复单位 (CCNC),5, 肽键以共振杂化形式存在,单键式,双键式,共振杂化式(反式),肽的C-N键略短：(resonance hybrid),羰基O具有部分负电荷而酰胺N具有部分正电荷，结果形成一个小电偶极，可同时用作H键供/受体 几乎所有的肽键均以反式构型存在,共振杂化作用- 限制绕肽键自由旋转- 肽键具有40%双键性- 形成肽平面- 肽键存在永久偶极,(cf. Fig. 3-3),6-2a,6,W2.4,N-end,C-end,trans 相邻残基的C分别处于肽键两侧,cis 相
4、邻残基的C处于肽键同侧,Pro肽键的顺/反构型对邻近C 上侧链基团的影响差别不大, 肽单位构型,顺式中相邻C的 侧链基团干扰大,7,W2.5,(a),(b), 多肽主链在构象上受到很大限制(不能自由旋转的肽键占1/3主链),肽平面处于稳定的 伸展构象,肽平面处于一种不稳定的构象 (相邻肽单位羰基O的 van der Waals半径重叠),8, 并非所有的和角都允许,P8-4,要想使和均为0将导致与同一个C连接的两个肽单位处于同一平面上，这实际上是不可能的：羰基O和酰胺H将发生空间重叠,(cf. Fig. 3-5),9,Tab W2.1,只有当大量的连续残基都具有类似的和值时才会形成相应的二级结
5、构,3.613-螺旋,(CN旋转),(CC旋转),(cf. Fig. 3-6),10,4-4 (2nd),N-C (f),C-C (y),3.613-螺旋：氢键封闭的13元环,H-bond几乎平行于长轴,除了末端残基外，-螺旋中各个肽键的 NH和CO都可参与形成两个H键 (n4),2. 二级结构是稳定的重复元件, -螺旋 (-helix),螺 距 5.4 (1.5/AA),11,常有带负电的残基在N-末端与肽链结合以稳定螺旋偶极矩的正电荷 N-末端积累了部分正电荷, C-末端积累了部分负电荷常有带正电的残基在C-末端与肽链结合以稳定螺旋偶极矩的负电荷, a-helix has a dipole
6、 moment,Partial (0.5-0.7 unit) charges can attract ligands of opposite charge,d+,d-,P8-12,偶极矩,可吸引带负电荷的配基如酸性AA或磷酸基等,肽键电偶极,12,R-侧链指向-螺旋外侧 有利于减少立体障碍,去稳定性因素- 相邻带同种电荷侧链之间的互作- 相距太近时， Asn, Ser, Thr, Leu等残基的侧链大小和形态可影响稳定(Hy) Pro- 不可能绕N-C旋转而引入结节- 酰胺N上也没有H可供形成H键Gly- 侧链仅为H，太容易绕C旋转稳定性因素- 每隔34个残基的正、负电荷侧链离子对- 每隔34
7、个残基的芳香族侧链的疏水互作, Influence of side chains on a-helix stability,P8-11,13,6-11,2,4,8,32,初原/中纤维之间的二硫键交联(未显示)可进一步增加毛发、皮肤和指甲等整体结构的稳定性，而且二硫键愈多质地也愈坚硬,双股左手螺旋链,右手螺旋,原细丝,初原纤维,中纤维, 毛发结构 (角蛋白构建),(cf. Fig. 3-13),14,b6-2, 烫发的生化反应,15,Parallel b-strand,H-bonds,6.5 REPEAT,C N,P8-13,R-groups protrude in opposite direc
8、tions,同 向,远比-螺旋更为伸展, -折叠 ( -strand),16,polypeptide chain almost fully stretched out,Antiparallel b-strand,H-bonds,7 REPEAT,Ca,Ca,Ca,C N,C N,N C,P8-14,反 向,more vertical,与-螺旋的链内氢键不同，-折叠主要依赖链间氢键维系其稳定,17, Protein 3-D structure:silk fibroin, a fibrous protein,Layers of antiparallel b-sheets, rich in Ala
9、and Gly, permitting close packing of b-sheets with an interlocking arrangement of R-groups:,Stabilized by H-bonding between all peptide linkages in each b-strand and by optimization of van der Waals interactions between b-sheets,P9-5,大多数丝心蛋白的一级结构中都含有长重复序列片段 -Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-,丝心蛋白,spinnerets,
10、18,AA 3 = Gly in Type II,b-turns often found near surface of a protein: peptide groups in AA 2 and 3 are free to form H-bonds with water,b-turns: 180, by 4 AA,P8-16, -转角与环 - 非重复性结构,-转角,19,6-13,相邻的各股胶原 螺旋均错位排列， 每5行重复一次,结缔组织的增龄性僵直和脆化主要与某些特殊的分子内/间共价交联衍生物的增多有关,(cf. Fig. 3-18),去氢羟赖氨酰正亮氨酸 (without Cys), 胶
11、原蛋白中存在有不同的螺旋结构,20, Collagen: a triple helix with a unique 2 structure,Repeating tripeptide of Gly-Pro-HyPro adopts left-handed helix with 3 AA / turn,3 helices wrapped round one another with right-handed twist = 1 collagen molecule,Glycines found at the tight junction where the 3 chains are in conta
12、ct (-N-H donor),P9-3,21,(cf. Fig. 3-17),X,Y,22,Every 3rd AA is a Gly, and many of the remainings are Pro/HyPro. Notice how the Gly forms a tiny elbow packed inside the helix, and notice how the Pro and HyPro smoothly bend the chain back around the helix. The larger Ala placed in the position normall
13、y occupied by Gly shows that it crowds the neighboring chains., A special AA sequence makes the tight collagen triple helix particularly stable,胶原蛋白分子中的三股右超螺旋为错位结构,H-bond donor,H-bond receptor,Pro/Lys的羟化需要Vc参与，可增加链间氢键,23,t6-1, 纤维蛋白的二级结构及其特性,24,于1959年以X-射线法测定出Mb的晶体结构：153个AA残基大多处于8个-螺旋中(AH)，大小约为 44442
14、5,V7-1,血红素 heme,Myoglobin (Mb),球蛋白三级结构特点,- 常由不同的二级结构元件组成 - 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链多暴露在表面 - 多肽链折叠盘绕呈球状 - 表面有裂隙，常为活性部位eg. enzymes and regulatory proteins,John C. Kendrew 1917-1997,(NP in Chemistry, 1962),3. 肌红蛋白是首个被确定具有三级结构的蛋白质,25,His F8,1,4,6,5,6-17, 血红素 Heme group,- 主体为原卟啉的四吡咯环系统 - 呈不饱和且高度共轭的平面结构 - 羧乙基取代基可
15、与临近的碱性残基以盐桥/离子键连接 - 还原态Fe2+取代原卟啉中的2个H+而形成共振杂化体,亚甲基桥连接吡咯环,Fe2+配位键,(cf. Fig. 3-32),26, 肌红蛋白三级结构(whales myoglobin),Space-filling model with all AA side chains,heme,疏水氨基酸侧链(Leu, Ile, Val, Phe, Met) 大多位于分子内部而形成致密的疏水 核心，H2O基本上均被排出,8 -helical segments (80% of Mbs 153AA),P9-6,除去heme以外的多肽链成分为珠蛋白(脱辅蛋白),疏水裂隙,2
16、7, 一些小分子蛋白质的3D结构,6-18,核糖核酸酶,细胞色素c,溶菌酶,function groups (usu. in cleft),28,t6-2,羧肽酶,常见单肽链蛋白质的基本二级结构组成,29,(cf. Fig. 3-22),一级结构上相距甚远的残基 可能在三级结构中靠得很近 而导致其侧链基团相应互作,- 非极性残基间的疏水互作(3)是多肽链折叠的主要驱动力(熵效应) - van der Waals力(4)和氢键(2)有助于稳定球蛋白的高级结构(fold strategy, cf. p80) - 共价交联(5)和离子互作(1)亦可协助维持天然构象的稳定, 球蛋白的折叠依赖于各种弱互
17、作,30,水分子围绕疏水溶质形成的笼形结构将导致 其有序度增加而熵值相应减小，结果将迫使 疏水溶质之间形成净吸引(= 疏水互作),G2-5,疏水互作 ( entropy effect),(cf. Fig. 3-24),31,32,- 起始结构单元的形成有助于后续结构单元的正确排列(cf. Fig. 3-29)- 酶催化的异构反应可以协助多肽链折叠蛋白质二硫键异构酶(PDI)催化二硫键交换或改组以确定天然配对方式肽酰脯氨酰顺反异构酶加速脯氨酰肽键的异构化- 分子伴侣能提高多肽链的正确折叠率,(cf. p80), 蛋白质折叠是协同、有序进行的,33,蛋白质二硫键异构酶作用机制,(protein d
18、isulfide isomerase),还原态PDI通过二硫键交换反应催化非天然态二硫键重排以产生其天然态连接,非天然态二硫键 (热力学不稳定),天然态二硫键 (热力学稳定),34,6-30, DnaJ和DnaK依次与松散/部分折叠的肽链相互作用, DnaJ激活DnaK水解ATP，DnaK-ADP与松散的肽链紧密结合, GrpE (in germ)激活ADP的释放，使DnaJ与DnaK脱离, ATP与DnaK结合、进入下一轮循环或释出已形成天然构象的蛋白质,非结合区段形成(部分)正确折叠,分子伴侣 作用机制,结合松散/部分折叠的肽链，避免裸露的疏水片段不恰当地结合,Chaperonin,在真核
19、类尚未确定其存在,相当于真核类的Hsp40和Hsp70,(cf. p81 & 633),35,43% -helix,30% -helix 43% -strand,错误折叠将因3D结构异常而可能导致 蛋白质失去正常功能甚至引发病变 (eg. Mad Cow Disease caused by Prion),Stanley Prusiner 1942,Med./Phys. NP 1997,36,常见变性因素 (cf. p78)- pH 影响AA残基侧链解离状态断裂氢键/破坏离子对/形成电荷排斥区- 加热 引起振动/增加旋转能量- 化学试剂 破坏疏水互作断裂二硫键等共价连接,Denaturation
20、,- 变性 某些环境因素或化学剂可能导致蛋白质天然构象被破坏并伴随其生物活性的丧失,相当于某些弱互作解体而使多肽链呈随机卷曲构象,吴宪 (1893-1959),4. 变性因素可引起蛋白质去折叠,37,26-84,40-95,58-110,65-72,Christian Anfinsen 1916-1995, 牛胰RNase A变-复性实验 (1957),natural RNase A- 124 AA- 4 pairs -S-S-,99%配对不正确 (酶活性仅有1%),2-巯基乙醇,in the air,1972 NP in Chemistry,(cf. Fig. 3-26),38,- 蛋白质的
21、天然构象通常处于某种边缘性稳定(变性所需能量通常仅相当于34个氢键被破坏),- 某些蛋白质在形成随机卷曲构象时就已经是完全去折叠了，但有些在变性时却仍能保留相当多的内部结构，因而在一定的条件下可以复性或重新折叠(eg.消除变性因素) renaturation,- 变-复性研究的理论意义：直接证实蛋白质的天然构象是由其一级结构所确定的,变-复性实验推论,- 二硫键是在多肽链依据其一级结构提供的信息自发折叠成其天然构象之后才形成的，以维系/锁定蛋白质构象的相对稳定,39,helix-loop-helix (),hairpin,Greek key,W2.14, 超二级结构是基本二级结构元件的组合,(
22、cf. p71),motif,- 通常由一级结构的相邻片段所组成,5. 球蛋白还具有超二级结构和结构域,40,W5-30,C-end,N-end, 超螺旋中的七残基重复序列,疏水残基,荷电残基,极性残基,superhelix,- 平行螺旋主要依靠相邻侧的疏水互作结合,- 外侧的荷电与极性残基可与溶剂水互作而稳定,(cf. Fig. 3-14),41, 结构域是三级结构内的球状分立单位,迂回,/折叠桶,W2.15,domain,- 通常涉及到一级结构中相距较远的片段 - 一般都具有特殊功能，eg. 结合小分子配体,42,6-21, 由若干个类似的基元构建而成的/折叠桶,兔丙酮酸激酶的一个结构域,
23、疏水结合 或反应区,43,甘油醛-3-磷酸脱氢酶 的双结构域亚基(x4),V6-30,底物结合结构域,肌钙蛋白C,Ca-结合结构域,结构域的形成：- 动力学上更为合理- 功能上便于结合底物,辅基结合结构域, 大蛋白一般含有多个结构域,(cf. Fig. 3-21),44,- 血红蛋白是四聚体 - 血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同 - 血红蛋白是别构蛋白 - 镰形细胞贫血病是一种分子病,(cf. Sec. 56),Max Perutz & John Kendrew spent nearly 20 years for solving the structures of myoglobin and
24、hemoglobin.,NP in Chemistry 1962 “for their studies of the struc- tures of globular proteins“,6. 具有四级结构的蛋白质是球状亚基的组装体,45, subunits (141 AA), subunits (146 AA),6-23,Hb实际上是二聚体 (互作要比/的强得多),Hemoglobin (22), 血红蛋白是四聚体 (cf. Fig. 3-34),四级缔合具有结构与 功能优越性(cf. p85),3*108 Hb/RBC (4.5 mmol/L),46, 脱氧Hb各亚基间 有八对盐键- 链内
25、两对- 链间四对- -链间两对 (cf. Fig. 3-41),7-9,All of these links are abolished in the deoxy to oxy transition.,47,Mb,Mb P50=2.8,Hb P50=26,- 高p(O2)时，Mb/Hb对O2的亲和性都很高，几乎均被饱和,- 低p(O2)时，Mb对O2的亲和性则明显高于Hb的，使O2被转移到Mb上,Zh2-22,两者的生理作用与其在低氧分压下对O2的相对亲和性直接相关, Mb和Hb的氧解离曲线不同 (cf. Fig. 3-31 & 3-36),工作肌肉中 毛细血管p(O2),y 10%,y 70
26、%,肺泡p(O2),48,Zh2-23/24,协同效应 (cooperation) 一个亚基与配体的结合会影响到另一个亚基结合其配体的能力, Hb与O2的结合表现为正协同效应(Perutz mechanism),49,7-10,- TR态转换使各亚基均发生相对位移，进而影响到某些离子对之间的相互作用,两对盐桥因His HC3旋转移位进入亚基间的空穴而不复存在,TR态转换导致 亚基间空穴缩小,50,7-11,- F螺旋肽段在Hb结合O2时发生的相对位移被认为是触发TR态转变之关键,结合O2后Fe2+因自旋态变化而半径变小，进入卟啉环0.6，通过拖动His F8而影响附近的肽段构象 亚基之间的盐键
27、断裂 使亚基之间的结合松弛而转变为R态 (cf. Fig. 3-39/40),51,- BPG在正常生理条件下带的电荷为5 - 正常红细胞约含4.5 mmol/L BPG，几乎与Hb等摩尔,G15.36, Hb是别构蛋白 (allosteric protein),2,3-Bisphosphoglycerate, 2,3-二磷酸甘油酸(BPG)是Hb的重要别构效应物(as IHP/ATP for bird/fish),别构效应 结合于蛋白质分子特定部位的配体对该蛋白其他部位产生的影响(eg.改变亲和力/催化能力),52,BPG能结合在T态Hb的中央空穴中而使之稳定，但R态中该空穴因两条链C-末端
28、His残基的移入而不足以容纳BPG,G15.37,BPG的5个负电荷被两条链伸出的8个阳离子基团所包围,Val 1 (NA1),His 2 (NA2),Lys 82 (EF6),His 143 (H21) Ser 143 forHbF (22),GluVal导致HbS,(cf. Fig. 3-44),53,7-17,BPG的结合使T态稳定 (降低Hb对O2的亲和性),Hb处于T态时，在链间与BPG负电荷相互作用的带正电荷肽段形成一个足够大的空穴，但在氧合并转化成R态之后该BPG结合空穴即不复存在,- BPG与脱氧Hb的结合,54,BPG和CO2对Hb的O2解离曲线的影响 (cf. Fig. 3
29、-42 & 3-43),G15.35,Christian Bohr 1855-1911,Bohr effect CO2使Hb对O2 的亲和性下降,CO2 + H2OH+ + HCO3pH 质子化形成有助于T态稳定的离子对,10% O2 more released when pH 7.47.2,55, BPG与高原适应 (cf. p97), 3,000m高度上的氧分压仅为海平面的70% (110 mmHg) 动脉血氧分压 ( 85 mmHg有害),生理性适应,- 红细胞大量合成BPG 4.5 7.5 mmol/L仅需12天,- 增加红细胞数量 一般需要数周时间/血液粘滞度,- 加大红细胞的Hb
30、正常值(4.5 mmol/L)已近结晶态,BPG Hb与O2亲和力 Hb释放O2,Note: 口服/注射BPG无效(磷酸糖不能穿过细胞膜),56,正常成熟红细胞(HbA)外形均一,镰形贫血病的红细胞(HbS)外形多变，长而僵硬，不易通过毛细血管，而且很容易破裂及凝集,7-18, 镰形细胞贫血病是一种分子病,James Herrick 1861-1954,- 最初于1904年在芝加哥的一名严重贫血的黑人大学生体内发现：Herricks syndrome - V. Mason于1922年定名为sickle cell anemia，但错误地认为是由显性基因造成的,57,- Linus Pauling
31、等(1940s)采用电泳法将HbA与HbS成功分离，首次揭示出遗传性疾病的分子基础，并进而证实了该病的隐性遗传特性,HbS携带的正电荷要比HbA的更多,- Vernon Ingram等(1956)在氨基酸序列分析中进一步发现，正是链的Glu6th被Val所替换导致了HbA转变成HbS，而这一致命的替换最终被证实是由编码该链的基因中单个核苷酸的突变所引发(GAA/GGUA/G),1924-,(cf. p54),58,- 脱氧HbS纤维结构,Val残基侧链,脱氧HbS在纤维中的排列 (仅显示3个亚基),HbS1的Val侧链嵌入HbS2中由Phe F1(85)和Leu F4(88)残基形成的疏水口袋
32、，而后者在R态中几乎不存在,V7-17g,59,突起加大容易相互凝集,7-19,直径220,- 脱氧HbS纤维的形成,60,要点提示, 蛋白质结构水平可分为四级：一级结构即氨基酸序列，二级指局部肽段的有规律折叠，三级是整条多肽链的3D构象，四级则是能稳定结合的两条及更多多肽链/亚基的空间关系 多肽链中相邻氨基酸残基通过肽键连接，肽键具有部分双键特性，使整个肽单位呈极性平面结构，且肽平面中的两个C大多为反式构型 基本二级结构包括-螺旋、-折叠和转角等，前两种分别依赖于链内及链间氢键稳定；三级和四级结构的稳定则主要依赖于疏水性和离子性等弱互作 变-复性实验表明，蛋白质空间结构及功能均取决于其一级结
33、构/氨基酸序列,61,要点提示 (续1), 肌红蛋白为单一多肽链蛋白，其氧合曲线呈双曲线型，功能主要是接收血红蛋白释放的氧；血红蛋白由22构成，各肽链均与肌红蛋白相似，其氧合曲线呈S型，表明与氧的结合具有协同性，功能是将氧由肺运送到外周组织 2,3-二磷酸甘油酸可结合脱氧血红蛋白而降低其对氧的亲和性，血液中的CO2可通过Bohr效应促进氧脱离血红蛋白 正常人血红蛋白中链的第六位是Glu，当其替换为Val时即导致镰形细胞贫血病,62,作 业,1) 多肽链片段是在疏水还是亲水环境中更利于-螺旋的形成？为什么？2) 简述牛胰核糖核酸酶(RNase A)变性-复性经典实验。该实验说明了什么问题？3)
34、维持蛋白质三维结构稳定的主要相互作用有哪些？分别涉及到蛋白质的哪些功能基团？4) 以Hb为例简述蛋白质结构与其功能之间的相互关系5) 为什么生物体内的许多蛋白质以寡聚体形式存在？,63,一、选择 2, 3, 5, 8, 9, 11, 16, 21 二、填空 3, 5, 8, 11, 15 三、名词解释 415 四、判断 5, 1113, 20, 21, 30, 31 五、简答与论述 4, 5, 8,复习题,p2833:,p3841:,一、选择 13 二、填空 2, 5 三、名词解释 2, 49 四、判断 4, 7, 14 五、简答与论述 7,64,65,Prions are pathogeni
35、c variants of proteins that are naturally produced in nerve cells and certain other cells. They have been implicated in a variety of transmissible spongiform encephalopathies, including sheep scrapie, mad cow disease, and human new-variant Creutzfeldt-Jakob disease. Normal, healthy prions are referr
36、ed to as prion protein cellular (PrPc). In the illustration, the production of PrPc is shown from the nucleus (a). RNA that codes for PrPc is produced in the nucleus and exits via the nuclear pore. The RNA then passes along ribosomes attached to the rough endoplastic reticulum (rER). PrPc is formed
37、in the rER and then progresses up through the Golgi complex. At the upper face of the Golgi, vesicles containing PrPc bud off and travel to the cell surface (b). There, they fuse with the cell membrane and so discharge their cargo (c). By this means, the cellular proteins come to sit on the exterior
38、 of the cell. In this illustration, PrPc particles encounter rogue prions, shown in purple (d). These are termed prion protein scrapie (PrPsc), for the prion disease of sheep. Such rogue prions seem to force normal proteins to change shape. Both types of proteinPrPc and its corresponding prionsare t
39、he same chemical, but in different shapes. Equivalent to the transmission of infection, such conformational shifting may take place at the cell surface or in caveolae (one is shown as a small invagination in the cell membrane). In such vesicles, residual PrPc may continue to be flipped by contact wi
40、th rogue conformations for some time. Prions polymerize, finally appearing as purple fibrils (e). PrPsc is resistant to degradation by the enzymes contained in lysosomes (shown here floating nearby). Consequently, PrPsc accumulates in the cell. PrPsc vesicles may also travel to the Golgi and interce
41、pt PrPc that is being processed there. In this way, PrPc particles can be switched to the rogue form before they reach the surface of the cell. By such mechanisms, PrPc may be switched to PrPsc at various points in and on the cell. Prions may enter the brain along the axons of neurons (f). This prob
42、ably happens by a retrograde flow of prion-filled vesicles (shown here as purple spheres ascending the axon). Another route of entry could be the blood, probably in immune cells. A lymphocyte is shown exiting the capillary at bottom left (g), where it could then contact the astrocyte (h). Astrocytes
43、 and other glial cells also support the production of prions.,66,字陶民，中国现代生物化学家及营养学家。1893年11月24日生于福建省福州市，1959年8月8日卒于美国马萨诸塞州的波士顿城；终生保持中国为其唯一的国籍。早年考入北京清华留美预备学校。1912年赴美入麻省理工学院攻读造船工程,后改习化学,1916年获理学士学位后留校任助教；1917年被哈佛大学医学院生物化学系O.福林教授录取为研究生，1919 年以“血液系统分析法”论文获博士学位。1920年回国，任北京协和医学院生物化学系助教，1924年为襄教授兼主任，1928 年
44、为教授。19351937年为该院执行院长职务的三人领导小组成员之一。1944 年在重庆中央卫生实验院组建营养研究所。1946年任中央卫生实验院北平分院院长兼营养研究所所长。1947年应联合国教科文组织的邀请，去英国出席第17届国际生理学会议。后被美国哥伦比亚大学聘为客座教授及研究员，1949 年应聘为亚拉巴马大学客座教授。1952年秋因患心脏病辞职。他一生发表论文163篇,其中有关血液及体液分析的27篇，气体、电解质平衡、仪器设备及蛋白质变性的43篇，营养、免疫及氨基酸代谢的74篇，其他方面的19篇；并出版了营养概论(1929初版,1935年已增订至5版)及物理生物化学原理（1934英文版）两
45、部著作。根据他于1919年提出的“血液系统分析法”，能制备出无蛋白质的血液,使血液中重要成分,如氨基酸、肌酸、肌酸酐、尿素、非蛋白氮、以及血糖、乳酸等得以测定出来。1929年在波士顿召开的第13届国际生理学会上他提出蛋白质变性学说：认为天然蛋白质分子不是一长的直链而是一紧密的结构；这种结构是借肽键之外的其他键，将肽链的不同部分连接而形成的，所以容易被物理及化学的力所破坏，即从有规则的折叠排列形式变成不规则及松散的形式。这个学说对于研究蛋白质大分子的高级结构有重要价值。1927年，他开始研究中国人的营养问题，着重阐明了素膳与荤膳的优缺点，并于1938年制定了中国民众最低限度之营养需要标准。他在临床化学、蛋白质化学、免疫化学以及营养学等领域都有许多创见和论述。他的血液系统分析法至今一直在临床诊断方面起着重要作用。他于19211927年任中国科学名词编审委员会化学组委员，1926年参与组织中国生理学会，并任第七届中国生理学会会长(1934)；19261941年任中国生理学杂志（英文版）编委会常务编委；19361938年任中华医学会营养委员会主席。他在美国曾参加多种有关生物科学及化学的学会，并任联合国粮农组织营养顾问委员会常务委员及热能需要量委员会委员；曾被选为德国自然科学院名誉院士及美国亚拉巴马州科学院院士。,
