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第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学 Proteins2020/12/121重点内容重点内容氨基酸的结构、分类、性质氨基酸的结构、分类、性质肽的概念肽的概念蛋白质的结构、性质以及功蛋白质的结构、性质以及功能的相互关系能的相互关系蛋白质的分离纯化蛋白质的分离纯化2020/12/122精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”目目 录录第一节第一节 蛋白质元素组成及生理功能蛋白质元素组成及生理功能第二节第二节 蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位氨基酸氨基酸第三节第三节 肽及性质肽及性质第四节第四节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构第五节第五节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第六节第六节 蛋白质的重要性质蛋白质的重要性质2020/12/125一、蛋白质主要生理功能一、蛋白质主要生理功能l 生生命命细细胞胞内内含含量量最最丰丰富富、功功能能最最复复杂杂的的生生物物大分子，并参与几乎所的生命活动和生命过程。大分子，并参与几乎所的生命活动和生命过程。l 生生物物体体最最重重要要活活动动的的体体现现者者，具具有有以以下下主主要要功能：功能：催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能2020/12/126主要元素：主要元素：C、H、O、N、S 微量元素：微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等。等。含量恒定元素：含量恒定元素：N含量较恒定为含量较恒定为16%，即每，即每100g 蛋白质含蛋白质含16g氮。氮。(测蛋白含量方法一测蛋白含量方法一)凯氏定氮法凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：测蛋白质含量的理论依据：蛋蛋 白白 质质 含含 量量 蛋蛋 白白 质质 含含 N量量6.25（100/16）二、蛋白质主要元素组成二、蛋白质主要元素组成 2020/12/127三、蛋白含量测定方法三、蛋白含量测定方法原理原理耗时耗时灵敏度灵敏度特点特点凯氏定氮法凯氏定氮法蛋白氮转化为氮，用酸吸收后滴定费时8-10小时低，用于0.2-1mg标准蛋白含量准确测定，干扰少，费时长紫外吸收法紫外吸收法蛋白质中三种氨基酸在280nm处的光吸收值快速 5-10分较为灵敏50-100ug用于层析流出液的检测双缩脲法双缩脲法多肽键与Cu离子的紫色络合物中速 20-30分低，用于1-20mg用于快速测定，但不太灵敏Folin-酚法酚法反应试剂被氨基酸还原慢速 40-60分高，5ug耗时长，颜色深浅随不同蛋白变化考马斯亮兰考马斯亮兰G-250蛋白质与染料结合，吸光值与蛋白质浓度成正比。快速灵敏度最高广泛应用2020/12/128一、计算组成推测一、计算组成推测二、层析技术二、层析技术三、电泳技术三、电泳技术四、离心技术四、离心技术五、透析和超过滤五、透析和超过滤四、蛋白质分子量的测定四、蛋白质分子量的测定2020/12/1291 1、化学组成推测、化学组成推测 根据蛋白质样品中含有某种根据蛋白质样品中含有某种微量元素微量元素、原原子或某种基团子或某种基团的百分含量的百分含量,推测最低分子量。推测最低分子量。例如：肌红蛋白含铁例如：肌红蛋白含铁0.335%，其最低分子量其最低分子量:(铁的原子量铁的原子量/铁的百分含量铁的百分含量)100 (55.8/0.335)100 16657 真实分子量真实分子量 最低分子量最低分子量n n表示分子中该被测元素原子数或被测基团的真实个数。表示分子中该被测元素原子数或被测基团的真实个数。2020/12/12102、层析技术、层析技术洗脱液洗脱液样品样品填充物填充物分部收集分部收集玻璃柱玻璃柱原理：原理：利用混合物中各组分理化性利用混合物中各组分理化性质（如吸附力、分子形状和大小、质（如吸附力、分子形状和大小、分子极性、分子亲和力、溶解度等）分子极性、分子亲和力、溶解度等）的差异，使各组分不同程度地分布的差异，使各组分不同程度地分布在两相中，随着流动相从固定相上在两相中，随着流动相从固定相上流过，不同组分以不同速度移动而流过，不同组分以不同速度移动而最终被分离。最终被分离。2020/12/1211 混混合合物物在在层层析析系系统统中中的的分分离离决决定定于于该该混混合合物物的的组组分分在在两两相相中中的的分分配配情情况况，一一般般用用分分配配系系数数来来描描述述。混合物各组分的分配系数差异越大，越容易分离开。混合物各组分的分配系数差异越大，越容易分离开。Keff=某一物质在某一物质在A相中的总量相中的总量某一物质在某一物质在B相中的总量相中的总量应用：应用：测定分子量、脱盐和浓缩、测定分子量、脱盐和浓缩、分离提纯生物大分子、除去热原物质分离提纯生物大分子、除去热原物质2020/12/1212层析原理示意图层析原理示意图洗出洗出液中液中的蛋的蛋白质白质浓度浓度洗脱体积（洗脱体积（mLmL）蛋白质蛋白质MrMrlogMr洗脱体积与相对分子质量的关系洗脱体积与相对分子质量的关系2020/12/12133、电泳技术、电泳技术 原理：原理：混合物中各组分的结构组成不同，在某一混合物中各组分的结构组成不同，在某一pH溶液溶液中，组分所带电荷性质、电荷数量不同，加之其分子量不同，中，组分所带电荷性质、电荷数量不同，加之其分子量不同，在同一电场的作用下，各组分泳动的方向和速度也各异，而在同一电场的作用下，各组分泳动的方向和速度也各异，而达到分离鉴定各组分的目的。达到分离鉴定各组分的目的。2020/12/1214常用电泳技术常用电泳技术1、醋酸纤维薄膜电泳、醋酸纤维薄膜电泳2、聚丙烯酰胺凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳3、琼脂糖电泳、琼脂糖电泳 4、毛细管电泳、毛细管电泳2020/12/12154、离心技术离心技术1离心机离心机类别类别 普通离心机普通离心机 1000转转/分分 高速离心机高速离心机 2-3万转万转/分分 超速离心机超速离心机 3万转万转/分分2分离原理：分离原理：沉降系数（沉降系数（s）生生物物大大分分子子在在单单位位离离心心力力场场作作用用下下的的沉沉降降速速度度称称为为沉沉降降系系数数。即即微微颗颗粒粒在在离离心心力力场场的的作作用用下下，从从静静止止状状态态到达极限速度所需要的时间。到达极限速度所需要的时间。离心力离心力2020/12/1216沉降平衡法沉降平衡法在较低速度（在较低速度（8,000-20,000r/min）离心场中，分子）离心场中，分子颗粒发生沉降，由于沉降的结果造成浓度梯度。因而产颗粒发生沉降，由于沉降的结果造成浓度梯度。因而产生了扩散作用，扩散力的作用方向与离心力相反，当净生了扩散作用，扩散力的作用方向与离心力相反，当净离心力与扩散平衡时，在离心池内从液面到池低形成一离心力与扩散平衡时，在离心池内从液面到池低形成一个由低到高的恒定浓度梯度。如果测得相关参数即可算个由低到高的恒定浓度梯度。如果测得相关参数即可算出生物分子的分子量。出生物分子的分子量。2020/12/12175、透、透 析析半透膜袋半透膜袋蛋白质溶液蛋白质溶液透析液透析液 磁力搅拌棒磁力搅拌棒 原理：原理：利用蛋白质等大分子不利用蛋白质等大分子不能通过半透膜的性质，使蛋白能通过半透膜的性质，使蛋白质和其它小分子物质如无机盐质和其它小分子物质如无机盐单糖等分开。单糖等分开。常用的半透膜：常用的半透膜：玻璃纸玻璃纸（赛璐玢纸）；火绵纸（赛璐（赛璐玢纸）；火绵纸（赛璐玎纸）；其他改型纤维素材料玎纸）；其他改型纤维素材料2020/12/1218五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类1、简单蛋白质、简单蛋白质2020/12/12192、结合蛋白质、结合蛋白质2020/12/1220第二节第二节 氨基酸氨基酸1.构成蛋白质的氨基酸的结构通式构成蛋白质的氨基酸的结构通式2.蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸、稀稀有有的的蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸和和非非蛋白质氨基酸的概念蛋白质氨基酸的概念3.二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及三字符号三字符号4.氨基酸的性质氨基酸的性质2020/12/1221蛋白质分子组成单位氨基酸蛋白质分子组成单位氨基酸v 蛋白质是存在于一切生物体内最重要的蛋白质是存在于一切生物体内最重要的成分，占活细胞干重的成分，占活细胞干重的50左右。左右。v 其分子组成单位为氨基酸其分子组成单位为氨基酸 共有共有20种种L型型蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸 2020/12/12222、氨基酸的分类、氨基酸的分类氨基酸氨基酸300300多种多种u 蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸(20种种)u 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸 如如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等u非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸(280种种)如如D-谷氨酸和谷氨酸和D-丙氨酸、花生中丙氨酸、花生中的甲基谷氨酸、甘蔗中的氨基丁酸，刀豆中的刀豆氨酸等的甲基谷氨酸、甘蔗中的氨基丁酸，刀豆中的刀豆氨酸等 蛋白质是由蛋白质是由20多种氨基酸以不同形式连接而成多种氨基酸以不同形式连接而成的共价多肽链的共价多肽链2020/12/12233、氨基酸的结构通式、氨基酸的结构通式C羧酸基团羧酸基团氨基氨基HH H2 2N NCOOHCOOHR R不同的氨基酸在于不同的氨基酸在于 R R基团的不同基团的不同组成蛋白质的氨基组成蛋白质的氨基酸都为酸都为-氨基酸氨基酸（除脯氨酸（除脯氨酸Pro外）外）2020/12/12244、氨基酸分类、结构之一氨基酸分类、结构之一据R基团极性分类非极性R基团氨基酸（种）极性R基团氨基酸不带电荷（种）带电荷带正电荷（种）带负电荷（种）2020/12/1225不带电荷不带电荷R基团极性氨基酸基团极性氨基酸2020/12/1226带电荷带电荷R基团极性氨基酸基团极性氨基酸带正电荷极性氨基酸带负电荷极性氨基酸2020/12/12274、氨基酸分类、结构之二氨基酸分类、结构之二据据营养营养学分学分类类 必需氨基酸必需氨基酸 Lys、Trp、Phe、Val、Met Leu、Ile、Thr、Arg、His 非必需氨基酸非必需氨基酸据据R基团化基团化学结构学结构分类分类 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸(Phe、Tyr、Trp)杂环族氨基酸杂环族氨基酸(His、Pro、Trp)据据氨基、羧基氨基、羧基数数分类分类一氨基一羧基氨基酸一氨基一羧基氨基酸一氨基二羧基氨基酸一氨基二羧基氨基酸(Glu、Asp)二氨基一羧基氨基酸二氨基一羧基氨基酸(Lys、His、Arg)2020/12/1228氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）缬氨酸缬氨酸 （Val,V）亮氨酸亮氨酸 （Lue,L）异亮氨酸异亮氨酸 （Ile,I）丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）2020/12/1229氨基酸的结构氨基酸的结构天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）脯氨酸脯氨酸 （Pro）2020/12/12305、氨基酸的性质氨基酸的性质1.除除甘氨酸甘氨酸外，所有天然外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，具氨基酸都有不对称碳原子，具有旋光性。有旋光性。2.20种氨基酸中种氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸R基团中含有基团中含有共轭双键系统，在紫外光区（共轭双键系统，在紫外光区（220-300nm）显示特征吸收显示特征吸收谱带，最大光吸收分别谱带，最大光吸收分别 为为279、278、和和259nm。（紫外分光光度法测蛋白含量基础紫外分光光度法测蛋白含量基础）2020/12/1231含有氨基和羧基：含有氨基和羧基：氨基具有碱性，羧基具有酸性氨基具有碱性，羧基具有酸性l 氨氨基基酸酸溶溶液液在在某某一一pH值值时时，其其特特定定氨氨基基酸酸分分子子上上所所带带正正负负电电荷荷相相等等，在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动，此此时时溶溶液液的的pH值即为该氨基酸的值即为该氨基酸的等电点等电点。pH=pI 净电荷净电荷=0pH pI净电荷为负净电荷为负CH-NH3+RCOOH+H+OH-+H+OH-(pK1)(pK2)CHNH3+COO-RCH-NH3+RCOO-pH pI净电荷为正净电荷为正 氨基酸的两性解离性质氨基酸的两性解离性质 及等电点（及等电点（pI）2020/12/1232等电点的计算等电点的计算pI=1/2(pK1+pK2)pH pI 带负电，移向正级带负电，移向正级2020/12/12336、氨基酸的重要化学反应氨基酸的重要化学反应l与茚三酮反应与茚三酮反应:用于氨基酸用于氨基酸定量定性定量定性测定测定.lsanger反应（反应（2,4一二硝基氟苯）一二硝基氟苯）:用于蛋白质用于蛋白质N-端测定端测定lEdman反反应应（苯苯异异硫硫氰氰酯酯）：用用于于蛋蛋白白质质N-端端测测定定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。2020/12/1234氨基酸与茚三酮反应氨基酸与茚三酮反应l 反应分反应分2 2步；常用于氨基酸的定性和定量步；常用于氨基酸的定性和定量还原性茚三酮还原性茚三酮OOOHH NH3CO2RCHO水合茚三酮水合茚三酮RCHCOOHNH2OOO2NH3OOOHH OOOON O 3H2O蓝紫色化合物蓝紫色化合物（ProPro的茚三酮反的茚三酮反的茚三酮反的茚三酮反应呈黄色应呈黄色应呈黄色应呈黄色）OO2020/12/1235氨基酸与氨基酸与DNFB的反应（的反应（sanger反应）反应）弱碱溶液中，氨基酸的氨基与弱碱溶液中，氨基酸的氨基与2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)反应，生成黄色二硝基苯氨基酸（反应，生成黄色二硝基苯氨基酸（DNP-氨基酸氨基酸）。）。此反应最初被此反应最初被Sanger Sanger 用于测定肽链用于测定肽链 N-N-端氨基酸端氨基酸O2NNO2FH2NCHCOOHRO2NNO2 HNCHCOOHR HFDNP-AADNP-AADNFB2020/12/1236氨基酸与氨基酸与PITC的反应（的反应（Edman反应）反应）NCS40，弱碱，弱碱NCNHRCHCOS4040，H+、硝基甲烷硝基甲烷COOHH2NCHR PITC 异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯苯硫乙内酰脲氨基酸苯硫乙内酰脲氨基酸（用层析法鉴定氨基酸的种类）（用层析法鉴定氨基酸的种类）HNCNHRCHCOOHS此反应即是目前此反应即是目前“蛋白质顺序测定蛋白质顺序测定”的设计原理的设计原理2020/12/1237第三节第三节 肽肽一、肽一、肽(peptide)和肽键和肽键(peptide bend)的概念的概念二、肽的性质二、肽的性质 三、天然存在的活性肽三、天然存在的活性肽 生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子2020/12/12381、肽和肽键的形成、肽和肽键的形成肽单位肽单位 肽键肽键 氨基端氨基端羧基端羧基端l 肽键肽键(peptide bond)由一个氨基酸的由一个氨基酸的羧基端羧基端与另一个氨基与另一个氨基酸的酸的氨基端氨基端脱水缩合而形成的化学键。脱水缩合而形成的化学键。l 氨基酸借肽键连接起来叫肽，据氨基酸的含量分二肽、三氨基酸借肽键连接起来叫肽，据氨基酸的含量分二肽、三肽肽多肽多肽l 肽链两端有自由肽链两端有自由-NH2和和-COOH，NH2端称为端称为N-末端（氨末端（氨基基 末端），末端），COOH端称为端称为C-末端（羧基末端）末端（羧基末端）2020/12/1239肽的形成及肽单位肽的形成及肽单位 构成肽链的氨基酸构成肽链的氨基酸称为称为氨基酸残基氨基酸残基；肽链的顺序，肽链的顺序，N端端为头，为头，C端为尾，端为尾，多多肽链有方向性肽链有方向性。2020/12/12402、肽的性质、肽的性质l 肽键不同于肽键不同于C-N单键和单键和C=N双键；双键；l 肽键具有部分单键性质同时又有肽键具有部分单键性质同时又有双键双键性质；性质；l 肽键肽键不能自由旋转不能自由旋转；l 肽单位是肽单位是刚性平面刚性平面结构；结构；2020/12/1241二面角二面角l 二二面面角角 两两相相邻邻肽肽平平面面之之间间，以以共共同同的的C为为定定点点而而旋旋转转，绕绕C-N键键旋旋转转的的角角度度称称角角，绕绕C-C键键旋旋转转的的角角度度称称角角。和和称作二面角，亦称构象角。称作二面角，亦称构象角。2020/12/1242二面角完全伸展构象（不存在）二面角完全伸展构象（不存在）2020/12/1243 3、重要的天然活性肽、重要的天然活性肽谷胱甘肽的结构谷胱甘肽的结构l 三肽（三肽（Glu-Cys-Gly），分布广泛，具有很强的还原性。），分布广泛，具有很强的还原性。l在体内参与氧化还原过程，可作为体内重要的还原剂，在体内参与氧化还原过程，可作为体内重要的还原剂，l 也可保护某些蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使其处于也可保护某些蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使其处于活性状态。活性状态。l 防止过氧化物积累。防止过氧化物积累。2020/12/1244促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子 （TRH）短杆菌肽短杆菌肽S3、重要的天然活性肽、重要的天然活性肽2020/12/12453、重要的天然活性肽、重要的天然活性肽神经肽：内啡肽神经肽：内啡肽 P P物质物质脑啡肽脑啡肽 2020/12/12463、重要的天然活性肽、重要的天然活性肽牛催产素牛催产素舒缓激肽舒缓激肽两种脑啡肽两种脑啡肽2020/12/1247第四节第四节 蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构一级结构 共价结构共价结构（Primarystructure）二级结构二级结构（SecondaryStructure）超二级结构和结构域超二级结构和结构域三级结构三级结构（TertiaryStructure）四级结构四级结构（QuartenaryStructure）空间结构空间结构（构象）（构象）2020/12/1248l 定义定义 指多肽链中指多肽链中氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序。l 主要的化学键：主要的化学键：肽键肽键、还包括二硫键。、还包括二硫键。l 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。学功能的基础。l 一级结构的走向：一级结构的走向：N-端至C-端1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构2020/12/1249。牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构链内二硫键链内二硫键链间二硫键链间二硫键2020/12/1250 蛋白质一级结构测定蛋白质一级结构测定基本战略：片段重叠法氨基酸顺序直测法基本战略：片段重叠法氨基酸顺序直测法 要点：1.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分2.测定肽键的N末端和C末端氨基酸3.应用两种或两种以上肽键断裂方法，在不同位点断裂肽键。4.分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序5.将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。2020/12/1251将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序 将肽段分离并测出顺序将肽段分离并测出顺序专一性裂解专一性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定拆开二硫键拆开二硫键纯蛋白质纯蛋白质蛋白质顺序测蛋白质顺序测 定基本战略定基本战略2020/12/12522、蛋白质空间构象、蛋白质空间构象(1)蛋白质的构象（蛋白质的构象（conformation）(2)多肽链折叠的空间限制因素多肽链折叠的空间限制因素肽平面和二面角肽平面和二面角 侧链基团间的相互作用侧链基团间的相互作用水分子的作用水分子的作用(3)稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力2020/12/1253蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构螺旋（螺旋（helix）折叠（折叠（-pleated sheet）转角（转角（-turn）无规则卷曲（无规则卷曲（nonregular coil）定义：指肽链主链某一区段通过自身相互作用，即定义：指肽链主链某一区段通过自身相互作用，即该段肽该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧并不涉及氨基酸残基侧链的构象链的构象 。主要维持键：氢键主要维持键：氢键主要有以下类型：主要有以下类型：2020/12/1254螺旋（螺旋（helix）l特特征征：1、每每隔隔3.6个个氨氨基基酸酸残残基基螺螺旋旋上上升升一一圈圈，螺距螺距0.54nm;=-57,=-48 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向外外侧侧，链中的链中的全部全部C=0和和N-H几乎都平行于螺旋轴几乎都平行于螺旋轴;3、每每个个氨氨基基酸酸残残基基-NH与与前前面面第第四四个个氨氨基基酸酸残残基基的的-C=0形形成成氢氢键键，肽肽链链上上所所有有的的肽肽键键都都参参与与氢键氢键的形成。的形成。l 形成因素：与氨基酸组成和排列顺序相关。形成因素：与氨基酸组成和排列顺序相关。l 多多态态性性：多多数数为为右右手手（较较稳稳定定），亦亦有有少少数数左左手螺旋存在（不稳定）手螺旋存在（不稳定）2020/12/1255折叠（折叠（-pleated sheet）特特征征：两两条条或或多多条条伸伸展展的的多多肽肽链链（或或一一条条多多肽肽链链的的若若干干肽肽段段）侧侧向向集集聚聚，通通过过相相邻邻肽肽链链主主链链上上的的N-H与与C=O之之间间有有规规则则的的氢氢键键，形形成成锯锯齿齿状状片片层层结结构构，即即折折叠片。叠片。类别：类别：平行平行 反平行反平行2020/12/1256 转角（转角（-turn）特特征征：多多肽肽链链中中氨氨基基酸酸残残基基n的的羰羰基基上上的的 氧氧 与与 残残 基基（n+3）的的氮氮原原上上的的氢氢之之间间形形成成氢氢键键，肽键回折肽键回折1800。2020/12/1257无规则卷曲无规则卷曲无规则卷曲无规则卷曲2020/12/1258蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个螺旋或螺旋或折叠或折叠或转角）组合在一起，形成有规则的、在空间转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构（称为蛋白质的超二级结构（supersecondary structure)。主要组合方式：主要组合方式：；曲折曲折2020/12/1259超二级结构类型超二级结构类型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 2020/12/1260蛋白质的结构域蛋白质的结构域结构域结构域1结构域结构域2定定义义：二级结构基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立、近似球形、有有功功能能的的三三维维实实体体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域（结构域（structure domain）。形成意义如下形成意义如下:蛋白质（酶）活性部位常位于结构域之间，使其更具柔性.2020/12/1261+结构域结构域/结构域结构域无规则卷曲无规则卷曲+-回折结构域回折结构域2020/12/1262蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个螺旋组成的结构域螺旋组成的结构域携脂蛋白结构域携脂蛋白结构域无规则卷曲无规则卷曲+-螺旋结构域螺旋结构域2020/12/1263曲折结构曲折结构2020/12/1264-回折拓扑结构回折拓扑结构2020/12/1265Gamma-crystallin（晶体球（晶体球蛋白蛋白1A5D）2020/12/1266超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶2020/12/1267蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 定定义义：多多肽肽链链在在二二级级结结构构的的基基础础上上，通通过过侧侧链链基基团团的的相相互互作作用用进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠，形形成成空空间间构构象象，三三级级结结构构的的形形成成使使肽肽链链中中所所有有的的原原子子都都达达到到空空间间上上的的重重新新排排布布。即即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。肽链中所有原子在三维空间的排布位置。主要维持键主要维持键:疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 范德化力等。范德化力等。蛋白质表面：蛋白质表面：亲水性亲水性；内部：；内部：疏水性疏水性2020/12/1268维持蛋白质分子构象的作用力维持蛋白质分子构象的作用力a.盐键盐键 b.氢键氢键 c.疏水键疏水键 d.范得华力范得华力 e.二硫键二硫键2020/12/1269肌肌红红蛋蛋白白三三级级结结构构2020/12/1270酵母酵母Cu/Zn 超氧化物岐化酶（超氧化物岐化酶（1B4L）2020/12/1271牛过氧化氢酶牛过氧化氢酶2020/12/1272蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 定定义义：有有些些蛋蛋白白质质分分子子含含有有二二条条或或多多条条多多肽肽链链，每每一一条条多多肽肽链链都都有有完完整整的的三三级级结结构构，称称为为蛋蛋白白质质的的亚亚基基 (subunit)(subunit)。亚亚基基按按照照一一定定排排布布方方式式聚聚合合而而成成蛋蛋白白质质结结构，构，主主要要维维持持键键：疏疏水水键键、离离子子键键、氢氢键键、范范得得华华力力等等次次级级键。键。特特点点：亚亚基基本本身身都都具具有有球球状状三三级级结结构构，一一般般只只包包含含一一条条多多肽肽链链，也也有有的的由由二二条条或或二二条条以以上上由由二二硫硫键键连连接接的的肽肽链链组成。以组成。以二聚体、三聚体、四聚体二聚体、三聚体、四聚体等形式存在。等形式存在。2020/12/1273蛋白质四级结构的空间排列蛋白质四级结构的空间排列2020/12/1274Mn超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（1AR4）2020/12/1275Fe-Sod（1COJ）2020/12/1276人过氧化物酶人过氧化物酶2020/12/1277谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶2020/12/1278第五节第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系蛋白质的分子结构与功能的关系一一、一一级级结结构构决决定定高高级级结结构构，也也决定蛋白质的功能决定蛋白质的功能二、二、高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能2020/12/1279一级结构与功能一级结构与功能1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性、蛋白质一级结构的种属差异与同源性 实例：细胞色素实例：细胞色素2、蛋白质一级结构的变异与分子病、蛋白质一级结构的变异与分子病 实例：血红蛋白质异常病变实例：血红蛋白质异常病变-镰刀型贫血病镰刀型贫血病3、蛋白质前体的激活与一级结构、蛋白质前体的激活与一级结构 实例：胰岛素原的激活实例：胰岛素原的激活2020/12/1280一级结构的种属差异不同生物与人的细胞一级结构的种属差异不同生物与人的细胞色素色素C的氨基酸差异数目的氨基酸差异数目生物生物 与人不同的与人不同的AA数目数目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、猪、羊、狗11马12鸡、火鸡13响尾蛇14海龟15金枪鱼21角饺23小蝇25蛾31小麦35粗早链孢霉43酵母44 2020/12/1281正常红细胞与正常红细胞与镰刀形红细胞镰刀形红细胞的扫描电镜图的扫描电镜图 1 2 3 4 5 6 7 8（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys2020/12/1282猪胰岛素原激活成形成胰岛素猪胰岛素原激活成形成胰岛素2020/12/1283 高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能1、蛋白质高级构象破坏，功能丧失蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：实例：核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性2、蛋蛋白白质质在在表表现现生生物物功功能能时时，构构象象发发生生一定变化（即变构效应）一定变化（即变构效应）实例：实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能血红蛋白的变构效应和输氧功能2020/12/1284血红蛋白输氧功能和构象变化血红蛋白输氧功能和构象变化血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线0 20 40 60 80 100PO2MyoglobinHemoglobin2020/12/1285第六节蛋白质重要性质第六节蛋白质重要性质1.两性解离性质及等电点两性解离性质及等电点2.蛋白质胶体性质蛋白质胶体性质3.蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀4.蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性5.蛋白质的紫外吸收特性蛋白质的紫外吸收特性6.蛋白质呈色反应蛋白质呈色反应2020/12/1286 1、蛋白质两性解离性质和等电点蛋白质两性解离性质和等电点定定义义：当当蛋蛋白白质质溶溶液液在在某某一一定定pH值值时时，使使某某特特定定蛋蛋白白质质分分子子上上所所带带正正负负电电荷荷相相等等，成成为为两两性性离离子子，在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动，此此时时溶溶液液的的pH值值即即为为该该蛋蛋白白质质的的等等电电点点（isoelectric point，pI）。）。2020/12/12872、蛋白质胶体性质蛋白质胶体性质l 蛋白质分子量很大，达蛋白质分子量很大，达1 1万至万至100100万之多，在水溶液中形万之多，在水溶液中形成成1-1001-100nmnm的颗粒，具有胶体溶液的特征。的颗粒，具有胶体溶液的特征。l 蛋白质分子表面的亲水性氨基酸残基，可吸附水形成一蛋白质分子表面的亲水性氨基酸残基，可吸附水形成一层层水化层；水化层；同时残基带同时残基带电荷电荷，中和体系离子，形成电荷层，中和体系离子，形成电荷层，结果蛋白质溶液形成相当稳定的亲水胶体。结果蛋白质溶液形成相当稳定的亲水胶体。2020/12/12883、蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀 加加入入适适当当试试剂剂使使蛋蛋白白质质处处于于等等电电点点状状态态或或失失去去水水化化层层（消消除相同电荷，除去水膜），胶体状态不再稳定产生沉淀。除相同电荷，除去水膜），胶体状态不再稳定产生沉淀。沉淀方法类别沉淀方法类别:1、高浓度中性盐（盐析、盐溶）、高浓度中性盐（盐析、盐溶）2、酸碱（等电点沉淀）、酸碱（等电点沉淀）3、有机溶剂沉淀、有机溶剂沉淀 4、重金属盐类沉淀、重金属盐类沉淀 5、生物碱试剂和某些酸类沉淀、生物碱试剂和某些酸类沉淀 6、加热变性沉淀、加热变性沉淀2020/12/1289 4、蛋白质变性与复性、蛋白质变性与复性 变变性性定定义义：某某些些物物理理和和化化学学因因素素作作用用下下，特特定定空空间间构构象象破破坏坏，有有序序空空间间结结构构变变成成无无序序空空间间结结构构，从从而而导导致致其其理理化化性性质质改改变变和和生物活性丧失。生物活性丧失。l 变变性性表表现现：生生物物活活性性丧丧失失；物物理理性性质质（溶溶解解度度、粘粘度度、扩扩散系数、光谱特性等散系数、光谱特性等）化学性质）化学性质（化学反应，被酶解性）改变（化学反应，被酶解性）改变l 复复性性定定义义：变变性性作作用用如如果果不不过过于于剧剧烈烈，则则是是一一种种可可逆逆过过程程，除除去去变变性性因因素素后后，可可缓缓慢慢重重新新自自发发折折叠叠成成原原来来的的构构象象，恢恢复复原原有的理化性质和生物活性。有的理化性质和生物活性。l 实际运用：实际运用：灭菌、消毒；变性食品灭菌、消毒；变性食品2020/12/1290 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 变性因素：尿变性因素：尿素、素、-巯基乙巯基乙醇醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性2020/12/12915、蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收 蛋蛋 白白 质质 在在 紫紫 外外 光光 区区（200-400nm）有有较较大大的的吸吸收收，最最大大吸吸收收在在280nm处处，可可利利用用这这一一特特性性对对蛋蛋白白质质进进行行定定性性定量鉴定。定量鉴定。蛋白质质量浓度/（mg/ml）=1.55A1cm-0.76A1cm280 260测定范围：测定范围：0.10.5mg/ml2020/12/12926、蛋白质主要呈色反应蛋白质主要呈色反应蛋白质定量、定性常用方法蛋白质定量、定性常用方法1、双缩脲反应、双缩脲反应原原理理：稀稀稀稀碱碱碱碱溶溶溶溶液液液液中中中中与与与与硫硫硫硫酸酸酸酸铜铜铜铜共共共共热热热热，呈呈呈呈现紫色或红色，现紫色或红色，现紫色或红色，现紫色或红色，2、茚三酮反应、茚三酮反应 原原理理：蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质经经经经水水水水解解解解后后后后产产产产生生生生的的的的氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸也可发生茚三酮反应。也可发生茚三酮反应。也可发生茚三酮反应。也可发生茚三酮反应。双缩脲反应过程双缩脲反应过程2020/12/1293蛋白质的分离纯化及一般原则蛋白质的分离纯化及一般原则分分离离纯纯化化总总目目标标：去去除除杂杂质质、增增加加目目示示蛋蛋白白质质含含量量及及活力活力分离过程分离过程：前处理：细胞破碎前处理：细胞破碎粗分级分离：盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀等粗分级分离：盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀等细分级分离：层析、电泳细分级分离：层析、电泳精制：结晶、干燥精制：结晶、干燥 2020/12/1294复习及作业复习及作业 等电点、构型、结构域、超二级结构、双缩脲等电点、构型、结构域、超二级结构、双缩脲反应、兼性离子、盐析反应、兼性离子、盐析1.蛋白质的结构与功能的关系是什么？蛋白质的结构与功能的关系是什么？2.测定蛋白质多肽链测定蛋白质多肽链N端和端和C端的常用方法有哪端的常用方法有哪些，原理是什么？些，原理是什么？3.测定蛋白质含量的方法有哪些？简述其原理测定蛋白质含量的方法有哪些？简述其原理4.维持蛋白质结构的键有哪些？维持蛋白质结构的键有哪些？2020/12/1295
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