第二講蛋白質化學

第二講蛋白質化學第1頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一2第一節(jié)蛋白質概述

第2頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一3一、概述1、什么是蛋白質？蛋白質的定義由20種左右L型-氨基酸通過肽鍵構成并具有穩(wěn)定的構象和生物學功能的一類復雜高分子含氮化合物。特點：*構造復雜*功能多樣*分子量大*平均含氮量為16%

*具有膠體性質和兩性性質第3頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一4碳50%氫7%氧23%氮16%硫0-3%微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬。氮平均含16％。利用蛋白質含氮量16%特征可以進行蛋白質含量測定1克氮相當于含6.25克蛋白質蛋白質含量＝6.25×樣品含氮量不同來源蛋白質系數不同:

一般動物:6.25牛奶:6.38

植物:5.7大米:5.952、蛋白質的元素組成第4頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一5二、蛋白質的分類分類原則：按分子形狀、分子組成、溶解度、生物功能（一）按分子形狀：球狀蛋白、纖維狀蛋白、膜蛋白（近球狀）；（二）按分子組成：簡單蛋白和結合蛋白；（三）按溶解度：清蛋白、精蛋白、組蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、硬蛋白等（四）按功能分：酶、運輸蛋白、營養(yǎng)和貯存蛋白、激素、受體蛋白、運動蛋白、結構蛋白、防御蛋白。

第5頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一6

三、蛋白質的生物學功能由20種AA組成的20肽，其順序異構體有

20！=2×1018種1．酶2．結構成分（結締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白）第6頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一7血紅蛋白在血中輸送氧肌紅蛋白在肌肉中輸送氧膜蛋白起運輸作用3．貯藏（卵清蛋白、種子蛋白）4．物質運輸（血紅蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖運輸載體、脂蛋白、電子傳遞體）第7頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一85．細胞運動（肌肉收縮的肌球蛋白、肌動蛋白）6．激素功能（胰島素）7．具免疫防御機能（抗體、皮膚的角蛋白、血凝蛋白）8．生物膜受體功能-接受、傳遞信息（受體蛋白，味覺蛋白）9．調節(jié)、控制細胞生長、分化、和遺傳信息的表達（組蛋白、阻遏蛋白）胰島素模型抗體第8頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一9四、蛋白質的分子組成1、蛋白質水解作用分類酸水解（6MHCL,在100－120℃，10－24h)：色氨酸破壞，天冬酰胺、谷胺酰胺脫酰胺基；不消旋。堿水解（5MNaOH煮10－20h)：多數氨基酸受到不同程度的破壞，消旋，色氨酸穩(wěn)定；半胱氨酸，絲氨酸，蘇氨酸，胱氨酸遭破壞。酶水解：不產生消旋作用，也不破壞氨基酸；水解位點特異，用于一級結構分析，肽譜。兩種水解酶：內肽酶，外肽酶。第9頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一10四、蛋白質的分子組成2.蛋白質的水解產物蛋白質的水解過程為:

蛋白質多肽二肽α-氨基酸分子量：500-103200100

α-氨基酸(aminoacid)是蛋白質的基本組成單位第10頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一11第二節(jié)氨基酸的結構分類及性質第11頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一12一.氨基酸的結構特點特點：（1）都是α-氨基酸；（2）具有酸性的-COOH基及堿性的-NH2基，為兩性電解質；（3）除甘氨酸（R基是H原子）外，都是L-型氨基酸，具有旋光性；第12頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一13第13頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一14第14頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一15第15頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一16德國化學家埃米爾·費舍爾任意地將甘油醛一種形態(tài)規(guī)定為，L—甘油醛，而將它的鏡像化合物規(guī)定為D—甘油醛。第16頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一17氨基酸的構型與旋光性COOH

HCαNH2

RD-型氨基酸氨基酸的構型和旋光性是兩個不同的概念。COOH

NH2CαH

RL-型氨基酸構型：D-型，L-型旋光性：左旋（-）右旋（+）D（+）-型，D（—）-型X射線測定絕對構型第17頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一18二、氨基酸的種類及結構1、按結構可分為：4大類（1）脂肪族側鏈：甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸絲氨酸脯氨酸蘇氨酸第18頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一19

天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺半胱氨酸甲硫氨酸賴氨酸精氨酸第19頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一20（2）芳香族側鏈：

苯丙氨酸酪氨酸第20頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一21（3）雜環(huán)氨基酸

組氨酸色氨酸第21頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一22（4）雜環(huán)亞氨基酸脯氨酸第22頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一232、按R基團的極性分：

極性氨基酸：極性不帶電荷：絲、蘇、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪、半胱、極性帶負電荷：天冬、谷、極性帶正電荷：組、賴、精、非極性氨基酸：甘、丙、纈、亮、異亮、苯丙、甲硫、脯、色第23頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一24根據R基團的結構或性質特點，巧記20種氨基酸的口訣：甘、丙、纈、亮、異、脂鏈，（脂肪鏈R基團的5種）絲、蘇、半、蛋、羥硫添。（含-OH，-S者共4種）天、谷、精、賴、組、酸堿；（酸性堿性者5種）脯、酪、苯、色、雜芳環(huán)（芳香環(huán)和雜環(huán)R集團者4種）門冬酰胺、谷酰胺，（兩種酰胺）都有密碼屬“常見”。（常見氨基酸都有特異的遺傳密碼）第24頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一253、根據營養(yǎng)功能分類必需氨基酸：機體不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸。賴、色、蘇、纈、甲硫、亮、異亮、苯丙半必需氨基酸：人體可合成，但幼兒期合成速度不能滿足需要。組*、精*、非必需氨基酸：機體可自身合成的氨基酸。第25頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一264、非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸也具有生物活性。β-丙氨酸：泛酸及輔酶A的組成成分；鳥氨酸、瓜氨酸：尿素循環(huán)的中間體；D-谷氨酸、D-丙氨酸：參與細菌細胞壁組成的肽聚糖；D-苯丙氨酸：組成抗生素—短桿菌肽；第26頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一27三.氨基酸的性質（一）氨基酸的物理性質1.氨基酸均為無色結晶體或粉末，可用于鑒定；2.氨基酸的熔點較高，一般都大于200℃；（離子化合物）3.光吸收性質—芳香族氨基酸具有特征紫外吸收，280nm吸光值測定蛋白質含量；4.溶解性質—溶于水，在稀酸、稀堿中溶解度好，不溶于有機溶劑；5.20種標準氨基酸中，除Gly以外的19種氨基酸都有手性。第27頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一28（二）氨基酸的化學性質1.兩性解離和等電點第28頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一29

等電點：當調節(jié)氨基酸溶液pH值，是氨基酸分子上的-NH3+基和—COO-基的解離度完全相等時，即氨基酸所帶凈電荷為零，在電場中既不向陰極移動也不向陽極移動，此時氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點，用pI表示。特點：溶解度最小。應用：谷氨酸的生產；電泳法、離子交換法分離氨基酸；第29頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一30等電點的計算由式可知解離常數：R-R+R±K1=[R±][H+][R+]K2=[R±][R-][H+]K1K2=[R+]=[R±][H+][R±]K2K1[R-]=[H+][R±][H+]K1=[R±]K2[H+][H+]2第30頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一31兩邊取負對數：

-lg[H+]2=-lgK1－-lgK2∵-lg[H+]=pH-lgK1=

pK1-lgK2=

pK2∴2pH=pK1+pK2令pI為等電點時的pH，則

pI=?（pK1+pK2）Glu：pI=?（2.19+4.25)=3.22第31頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一32甘氨酸電離曲線第32頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一332.由α-氨基參加的反應與亞硝酸反應（α-氨基特有的反應）：VanSlyke氏氨基氮測定的理論基礎；與甲醛反應—甲醛滴定法；與2，4-二硝基氟苯的反應：氨基酸+DNFB→DNP-氨基酸，鑒定氨基酸或蛋白質結構測定；與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應Edman法測氨基酸序列的原理；酰胺化反應-多肽合成保護氨基成鹽反應；形成西夫堿--羰胺反應（美拉德反應），食品褐變，燒烤，薯條（丙烯酰胺）;脫氨基反應—形成α-酮酸；第33頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一343.由α-羧基參與的反應成鹽反應成酯反應酰氯化反應（氯化亞砜）-活化羧基脫羧基反應-氨基酸代謝疊氮反應-活化羧基第34頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一35茚三酮反應4.由α-氨基和α-羧基共同參加的反應第35頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一36與茚三酮的反應特點:(1)靈敏-毫克級氨基酸；

(2)定性作為分離氨基酸的層析圖譜上的顯色劑；

(3)定量比色（570nm）測定氨基酸的含量；

(4)多肽和蛋白質也能發(fā)生該反應；

(5)通過測定氣體CO2的量間接測定氨基酸的含量（定量）。成肽反應第36頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一37四.氨基酸的分離制備和用途（一）氨基酸的分離與檢測1.紙層析法2.柱層析法-高效液相3.薄層層析法4.電泳法5.氨基酸自動分析儀第37頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一38（二）氨基酸的制備1.水解蛋白質法2.人工合成法3.微生物發(fā)酵法（三）氨基酸的用途1.科學實驗2.醫(yī)藥衛(wèi)生3.工農業(yè)第38頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一39第三節(jié)蛋白質的結構第39頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一40蛋白質的結構一級結構：氨基酸的組成；二級結構：多肽鏈本身的折疊方式；三級結構：螺旋肽鏈結構盤繞、折疊成復雜的空間結構；四級結構：蛋白質亞基聚合成大分子蛋白質的方式；蛋白質的結構層次：一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→四級結構第40頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一41一.蛋白質的肽鏈結構—一級結構1.肽的一般概念肽鍵(peptidebond)：一個氨基酸的羧基與另一氨基酸的氨基縮水而成的酰胺鍵稱為肽鍵。（…CONH…）

肽平面(peptideunit)：由肽鍵中的四個原子和與之相鄰的兩個碳原子共同構成的剛性平面。（CαCONHCα）第41頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一42肽鍵平面的形成第42頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一43肽鍵平面示意圖第43頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一442.肽的命名及表達式（N端-C端）1、酪胺酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸2、Tyr-Gly-Gly-Phe-Met（甲硫氨酸型腦啡肽）3、H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-OH4、YGGFM第44頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一453、生物活性肽：(1)谷胱甘肽(2)神經肽：腦啡肽(3)肽類激素：催產素、加壓素等第45頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一46第46頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一47腦啡肽具有強烈的鎮(zhèn)痛作用（強于嗎啡），不上癮。Met-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu（2）神經肽（2）神經肽（3）催產素和升壓素均為9肽，第3位和第8位氨基酸不同。催產素使子宮和乳腺平滑肌收縮，具有催產和促使乳腺排乳作用。升壓素促進血管平滑肌收縮，升高血壓，控制大出血或侵入性手術前預防大出血。第47頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一484.蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構指肽鏈中氨基酸的排列順序和連接方式；穩(wěn)定一級結構的化學鍵：肽鍵；二～四級結構稱為蛋白質的空間結構，或空間構象；主要靠次級鍵維系，尤其是疏水鍵。一級結構體現生物信息：2×1018………….多樣一級結構是空間結構及生物活性的基礎…..特異一級結構的連接鍵：肽鍵（主要）、二硫鍵第48頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一49第49頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一50桑格(FrederickSanger)，英國生物化學家，歷經10年的研究之后，于1955年確定了牛胰島素的結構，獲得1958年諾貝爾化學獎。1980年他又因設計出一種測定DNA(脫氧核糖核酸)內核苷酸排列順序的方法而與W·吉爾伯特、P·伯格共獲1980年諾貝爾化學獎第50頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一51蛋白質測序儀第51頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一52

將蛋白質水解為氨基酸，測組成

確定N和C端氨基酸確定小肽段氨基酸序列確定小肽段氨基酸序列

利用兩組不同肽段序列確定完整氨基酸序列氨基酸序列確定過程第52頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一53胰蛋白酶作用胰凝乳蛋白酶作用拼出完整氨基酸序列第53頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一54概念：蛋白質空間結構又稱蛋白質的構象（高級結構），指蛋白質分子中所有原子和基團在三維空間的排列及肽鏈的走向。二、蛋白質的空間結構膠原蛋白血紅蛋白第54頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一55二、蛋白質的空間結構氫鍵：離子鍵：范德華力疏水相互作用力二硫鍵酯鍵金屬鍵（配位鍵）（一）維系蛋白質空間結構的化學鍵第55頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一561.氫鍵：氫鍵（hydrogenbond）的形成常見于連接在一電負性很強的原子上的氫原子，與另一電負性很強的原子之間，如>C=O┅┅H-N<。（一）維系蛋白質空間結構的化學鍵H與電負性強的原子X共價結合時，共用的電子對強烈地偏向X的一邊，使H帶有部分正電荷，能再與另一個電負性強的原子Y結合。第56頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一57蛋白質分子中氫鍵的形成H第57頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一58維系蛋白質分子構象的非共價鍵酪苯丙絲纈，亮第58頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一59在蛋白質分子中，由于存在數目眾多的氫鍵，故氫鍵在穩(wěn)定蛋白質的空間結構上起著重要的作用。但氫鍵的鍵能較低(~12kJ/mol)，易被破壞。

第59頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一602.疏水鍵：非極性物質在含水的極性環(huán)境中存在時，會產生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力（hydrophobicinteraction）。第60頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一61蛋白質分子中的許多氨基酸殘基側鏈也是非極性的，這些非極性的基團在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側鏈基團。第61頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一62維系蛋白質分子構象的非共價鍵第62頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一63離子鍵，又稱為鹽鍵（saltbond）是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質分子中的酸性氨基酸殘基側鏈電離后帶負電荷，而堿性氨基酸殘基側鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。

第63頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一64蛋白質分子中離子鍵的形成第64頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一65維系蛋白質分子構象的非共價鍵第65頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一664．范德華氏引力（vanderWaalsforce)：原子之間存在的相互作用力。第66頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一67第67頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一685.二硫鍵6.酯鍵第68頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一69（二）蛋白質的二級結構蛋白質的二級結構(secondarystructure)是指蛋白質多肽鏈主鏈原子局部的空間結構，但與側鏈R的構象無關，僅限于主鏈原子的局部空間排列。

維系蛋白質二級結構的主要化學鍵是氫鍵。第69頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一70蛋白質二級結構的類型：蛋白質的二級結構主要包括-螺旋，-折疊，-轉角及無規(guī)卷曲等幾種類型。第70頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一711.-螺旋（-helix）：左手和右手螺旋第71頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一72第72頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一73α-螺旋結構特征：（1）右手螺旋，類似棒狀的結構,側鏈R伸向外；（2）一個螺旋3.6個AA殘基，螺距為0.54nm，每個AA殘基沿軸上升0.15nm沿軸旋轉100°；（3）螺旋結構主要靠氫鍵穩(wěn)定；

1.-螺旋（-helix）第73頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一74典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6個殘基13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個原子第74頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一75影響-螺旋形成和穩(wěn)定的因素：（1）氨基酸R基所帶電荷性質；

多聚賴氨酸在pH7時以無規(guī)卷曲形式存在，在pH12時，聚賴氨酸即自發(fā)形成α-螺旋結構。（2）R基的大小連續(xù)兩個或兩個以上異亮、纈、亮，大R基，不易形成螺旋；（空間位阻）連續(xù)的幾個絲或蘇，會破壞α-螺旋（羥基爭奪氫鍵）；多肽鏈存在脯氨酸（無酰胺氫），α-螺旋即被中斷，形成一個“節(jié)結”；第75頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一76R基對α-螺旋的影響(Glu,PI=3.22,Lys,PI=9.74)（—）（+）第76頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一77又稱為β-片層結構，兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈側向聚集在一起，所形成的扇面狀片層構象；相鄰肽鏈主鏈上的氨基和羰基之間形成有規(guī)則的氫鍵，維持這種片層結構的穩(wěn)定性。2.-折疊（-pleatedsheet）第77頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一782.-折疊（-pleatedsheet）第78頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一79β-折疊結構特點：肽鏈幾乎是完全伸展的，呈鋸齒狀；氨基酸殘基之間的軸心距為0.35nm；相鄰肽鏈或肽段上的—CO—和—NH—形成氫鍵，氫鍵幾乎垂直與肽鍵;R側鏈基團在肽平面上、下交替出現；平行和反平行式；2.-折疊（-pleatedsheet）第79頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一80-折疊的平行式與反平行式排列第80頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一81第81頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一823.-轉角（-turn）第82頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一83-轉角是多肽鏈180°回折部分所形成的二級結構，約占轉角結構的75％。⑴主鏈骨架本身以大約180°回折;⑵回折部分通常由四個氨基酸殘基構成;⑶構象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。（4）甘氨酸常出現在轉角位，脯氨酸出現在中心位-轉角（-turn）的結構特征第83頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一844.無規(guī)卷曲（randomcoil）無規(guī)卷曲（自由回轉結構）為沒有一定規(guī)律的松散肽鏈的轉角結構，約占25%。對于特定的蛋白質分子而言，其無規(guī)卷曲部分的構象則是特異的。第84頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一85核糖核酸酶分子中的二級結構α-螺旋β-折疊β-轉角無規(guī)卷曲第85頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一86在蛋白質分子中，若干具有二級結構的肽段在空間上相互接近，形成的二級結構聚集體。-螺旋構象的聚集體（

型）-螺旋和-折疊構象的聚集體（

型）-折疊構象的聚集體（

型和

c型）超二級結構在結構層次上高于二級結構，但沒有聚集成具有功能的結構域。（三）超二級結構第86頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一87超二級結構第87頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一88鋅指結構(螺旋-折疊-折疊模體)第88頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一89域結構是在較大的蛋白質分子中所形成的兩個或多個在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結構域具有獨特的空間構象，與分子整體以共價鍵相連，并承擔特定的生物學功能。結構域與分子整體以共價鍵相連具有相對獨立的空間構象和生物學功能同一蛋白質中的結構域可以相同或不同，不同蛋白質中的結構域也可能相同或不同（四）結構域（domain）第89頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一90幾種常見的結構域蚯蚓血紅蛋白的結構域四個α螺旋。免疫球蛋白VL的結構域丙糖異構酶第90頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一91結構域通常是幾個超二級結構的組合，對于較小的蛋白質分子，結構域與三級結構等同，即這些蛋白為單結構域。結構域一般由100~200個氨基酸殘基組成，但大小范圍可達40~400個殘基。結構域之間常形成裂隙,比較松散，往往是蛋白質優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結構域的界面上。結構域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構象有一定的柔性，通過結構域之間的相對運動，使蛋白質分子實現一定的生物功能。結構域可作為結構單位相對獨立運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結構，甚至保留某些生物活性．結構域第91頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一92（五）蛋白質的三級結構蛋白質分子或亞基內所有原子的空間排布，也就是一條多肽鏈的完整的三維結構。多數同時含有α-螺旋和β-折疊許多在一級結構上相差很遠的aa殘基在三級結構上相距很近。球形蛋白的三級結構很密實，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，疏水基團在里面。二硫鍵不指導多肽鏈的折疊，三級結構形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構象。蛋白質三級結構指多肽鏈在二級結構,超二級結構及結構域的基礎上,由于側鏈基團間相互作用而進一步盤旋或折疊形成的空間構象。第92頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一93第93頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一94（六）蛋白質的四級結構亞基(subunit)：寡聚蛋白中的單條獨立的多肽鏈或以共價鍵連接在一起的幾條多肽鏈

，具有獨立的一、二、三級結構，單獨存在時一般無生物學活性。亞基之間以非共價鍵聯系，亞基可以相同或不同。亞基之間以非共價鍵聯系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力亞基可以相同或不同第94頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一95蛋白質的四級結構:在由多條肽鏈構成的蛋白質分子中，具有三級結構的蛋白質分子亞基彼此通過次級鍵相互連接聚合起來形成的空間構象。就是指蛋白質分子中亞基的種類、數量以及各個亞基在寡聚蛋白質中的空間排布，亞基間的相互作用與接觸部位的布局。第95頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一96亞基的立體排布方式第96頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一97血紅蛋白(hemoglobin)的四級結構第97頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一98煙草花葉病毒蛋白質亞基第98頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一99亞基之間不含共價鍵，亞基間次級鍵的結合比二、三級結構疏松第99頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一100小結：蛋白質分子的結構層次一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→亞基→四級結構第100頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一101小結：蛋白質分子的結構層次一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→亞基→四級結構一級結構（氨基酸排列順序）↓二級結構（α-螺旋、β-折疊、β-轉角、無規(guī)卷曲）↓超二級結構（二級結構單位的集合）↓結構域（在空間上可以明顯區(qū)分的區(qū)域）↓三級結構（球狀蛋白質中所有原子的空間位置）↓四級結構（復合蛋白質的結構特征，亞基的聚集體）第101頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一102a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力

d范德華力e二硫鍵f酯鍵小結：穩(wěn)定蛋白質結構的化學鍵

維系蛋白質分子的一級結構：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質分子的二級結構：氫鍵維系蛋白質分子的三級結構：疏水鍵、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質分子的四級結構：范德華力、鹽鍵、疏水鍵、氫鍵第102頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一103氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數量大疏水相互作用力對維持三級結構特別重要鹽鍵數量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質構象很重要，二硫鍵越多，蛋白質構象越穩(wěn)定離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用力小結：穩(wěn)定蛋白質結構的化學鍵第103頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一104第四節(jié) 蛋白質結構與功能的關系蛋白質一級結構是空間結構和生物功能的基礎，一級結構決定空間結構；但一級結構并非決定空間結構的唯一因素?？臻g結構是生物活性的直接體現。第104頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1051、一級結構決定了二級結構谷、蛋、丙、亮的殘基是α

-螺旋最強的生成者（出現頻率高），甘是α-螺旋最強的破壞者；甘、丙、絲是β

-折疊最強生成者；甘、脯、天冬、絲是β-轉角最強生成者；異亮、纈、亮是β-轉角最強的破壞者。2、一級結構決定三級結構牛核糖核酸酶一、一級結構與功能的關系第105頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一106第106頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一107第107頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一108谷A（極性）纈A（非極性）(了解)由于纈氨酸上的非極性基團與相鄰非極性基團間在疏水力作用下相互靠攏，并引發(fā)所在鏈扭曲為束狀，整個蛋白質由球狀變?yōu)殓牭缎?，與氧結合功能喪失，導致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲瘧疾。第108頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一109第109頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1102、一級結構并非影響空間結構的唯一因素分子伴侶：一類協助細胞內分子組裝和協助蛋白質折疊的蛋白質。

與未折疊的肽段（疏水部分）進行可逆的結合，輔助二硫鍵的正確形成；引導肽鏈的正確折疊并集合多條肽鏈成為較大的結構；可以解聚錯誤聚合的肽段，防止錯誤發(fā)生。第110頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1111、空間結構體現生物特異性2、空間結構體現生物活性3、空間結構的靈活性，體現了生物活性的可調節(jié)特性二、空間結構與功能的關系空間結構中的特定區(qū)域體現生物活性第111頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1124、空間構象并非生物活性的唯一影響因素【舉例】低溫下酶活性低，但并不影響構象；鹽析時沉淀的酶無活性，但構象不變。

5、蛋白構象疾?。哄e誤構象相互聚集(分子中β折疊增加

)，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病。老年癡呆瘋牛病亨汀頓舞蹈病第112頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一113第113頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1141、蛋白質的變性與復性去除部分變性劑溫和復性溫和復性天然蛋白（具有正確的一級結構和高級結構，因此具有生物活性）變性蛋白（具有正確的一級結構但無高級結構，無生物活性）變性環(huán)境非天然蛋白（具有正確的一級結構和錯誤的高級結構，無生物活性）【經典舉例】Rnase第114頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1152、前體蛋白與活性蛋白的轉變（切除冗余及其它變化）前體蛋白（一級結構冗余，高級結構錯誤，因此無生物活性）活性蛋白（具有正確的一級結構和高級結構，因此具有生物活性）適合環(huán)境【經典舉例】酶原激活：胃蛋白酶原切除N端42個氨基酸后形成活性中心及其他空間構象，轉變?yōu)榫咚獾鞍踪|活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除N端6個氨基酸后形成活性中心及其他正確構象，轉變?yōu)榫哂兴饣钚缘囊鹊鞍酌浮５?15頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1163、分子?。╩oleculardisease）：由于基因結構改變，蛋白質一級結構中的關鍵氨基酸發(fā)生改變，從而導致蛋白質功能障礙，出現相應的臨床癥狀，這類遺傳性疾病稱為分子病?！窘浀渑e例】鐮形細胞貧血癥：編碼珠蛋白β鏈的結構基因第六個密碼子由CTT→CAT，相應的多肽序列中N端的第六個氨基酸由Glu→Vla；其空間結構發(fā)生相應改變，在表面形成互補區(qū)，使蛋白質分子之間彼此聚合，促使紅細胞在低氧壓下變形成鐮形，喪失運輸氧的生物活性。第116頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1174、蛋白構象疾病：瘋牛病，由于朊病毒蛋白（PrP）構象改變導致蛋白質聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀。（二級結構及其它變化）正常動物PrPc

（二級結構多為α螺旋、對蛋白酶敏感、水溶性）致病蛋白PrPsc（一級結構相同，但二級結構全為β折疊，抗蛋白酶、水溶性差、蛋白聚集成淀粉樣沉淀）未知蛋白第117頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一118第五節(jié)蛋白質的理化性質第118頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一119第五節(jié)蛋白質的理化性質一、兩性性質及等電點二、膠體性質三、變性與復性作用四、蛋白質的沉淀作用五、沉降作用六、蛋白質的顏色反應七、蛋白質的紫外吸收性質第119頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一120一、蛋白質的兩性解離與等電點蛋白質分子中氨基酸殘基的側鏈上存在游離的氨基和羧基，因此蛋白質與氨基酸一樣具有兩性解離性質，具有特定的等電點（pI）。溶液pH＝pI時，蛋白質所帶正負電荷相等；

pH＞pI時，蛋白質帶凈負電荷；

pH＜pI時，蛋白質帶凈正電荷。第120頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一121

等電點時特點：（1）凈電荷為零（2）多數蛋白質在水中等電點偏酸

堿性AA/酸性AA等電點胃蛋白酶0.21.0

血紅蛋白1.76.7

細胞色素C2.910.7

（3）導電性、溶解度、黏度及滲透壓都最小。等電沉淀和蛋白電泳：遷移率與凈電荷量、分子大小、分子形狀等有關第121頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一122電泳：依據分子或顆粒所帶的電荷、形狀和大小等不同，因而在電場介質中移動的速度不同，從而達到分離的技術。一、蛋白質的兩性解離與等電點垂直電泳水平電泳第122頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一123蛋白質分子在一定pH的溶液中可帶凈的負電荷或正電荷，故可在電場中發(fā)生移動。不同蛋白質分子所帶電荷量不同，且分子大小也不同，故在電場中的移動速度也不同，據此可互相分離。一、蛋白質的兩性解離與等電點第123頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一124第124頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一125第125頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一126二、蛋白質的膠體性質蛋白質分子的顆粒直徑已達1-100nm，處于膠體顆粒的范圍。（親水膠體）蛋白質具有膠體溶液的性質：布朗運動、丁道爾現象、不能透過半透膜、具有吸附力等。1、蛋白質具有膠體溶液的性質第126頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一127二、蛋白質的膠體性質2、穩(wěn)定蛋白質親水溶膠的兩個重要因素：水化膜

通過氫鍵與水結合（排列整齊水分子，阻礙聚集）表面電荷

在非等電點狀態(tài)下，雙電層，帶同性電荷蛋白質分子互相排斥。

第127頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一128三、蛋白質的變性、復性與凝固作用是指蛋白質在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構象被改變，從而導致其理化性質的改變和生物活性的喪失，這種現象稱為蛋白質變性。第128頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1291、變性理論蛋白質的變性就是天然蛋白質分子中肽鏈的高度規(guī)則的緊密排列方式因氫鍵及其他次級鍵的破壞而變成不規(guī)則的松散排列方式。2、引起蛋白質變性的因素：①物理因素：高溫、高壓、紫外線、輻射、超聲波、機械攪拌②化學因素：強酸、強堿、有機溶劑、尿素、胍、重金屬鹽等。變性的因素及作用機制第129頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一130蛋白質變性的可逆性－復性：某些蛋白質變性后可以在一定的條件下重新形成原來的空間結構，并恢復原來部分理化特性和生物學活性，這個過程稱為蛋白質的復性。蛋白質變性的可逆性與復性

可逆變性：變性條件除去后仍可恢復天然狀態(tài)的變性。

不可逆變性：變性條件除去后不能恢復天然狀態(tài)的變性。第130頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一131核糖核酸酶的變性與復性去除變性劑并緩慢氧化天然構象尿素，-巰基乙醇變性狀態(tài)第131頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一132外加一些因素去除蛋白質膠體的穩(wěn)定因素后，使蛋白質分子相互聚集而從溶液中析出的現象稱為沉淀。變性后的蛋白質由于疏水基團的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白質不一定都是變性后的蛋白質。四、蛋白質的沉淀作用第132頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一1332.沉淀種類：可逆與不可逆四、蛋白質的沉淀作用3.沉淀方法：

沉淀后蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白質失去生物活性的沉淀方法第133頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一134四、蛋白質的沉淀作用3.沉淀方法：沉淀后蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法（1）鹽析－中性鹽沉淀法（2）有機溶劑沉淀法（3）酸沉淀法第134頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一135（1）鹽析—中性鹽沉淀

鹽溶作用少量鹽會增加蛋白質分子表面的電荷，增強蛋白質分子與水分子的作用

鹽析作用高濃度鹽離子使蛋白質表面雙電層厚度降低，靜電排斥作用減弱。中性鹽比蛋白質具更強的親水性，因此將與蛋白質爭奪水分子。

蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法第135頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一136常用的中性鹽：硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等。鹽析時，pH在蛋白質的等電點處效果最好。鹽析沉淀蛋白質通常不會引起蛋白質的變性。（1）鹽析—中性鹽沉淀

蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法第136頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一137

分段鹽析：

半飽和硫酸銨溶液可沉淀分子量較大的血漿球蛋白,而飽和硫酸銨溶液可沉淀分子量較小的血漿清蛋白。因此,使用不同濃度的硫酸銨溶液就可將分子量不同的蛋白質進行初步分離。（1）鹽析—中性鹽沉淀第137頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一138凡能與水以任意比例混合的有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白質。（低溫效果更好）沉淀原理：①脫水作用——破壞水化膜；②使水的介電常數降低，蛋白質溶解度降低。（2）有機溶劑沉淀法

蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法第138頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一139

處理條件：①低溫操作；②沉淀完全后盡快分離；（2）有機溶劑沉淀法

蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法機制：破壞電荷，等電點沉淀。（3）酸沉淀法第139頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一140（1）重金屬鹽沉淀法（2）生物堿試劑沉淀法（除蛋白作用）（3）熱凝固沉淀法（4）抗體對抗原蛋白質的沉淀3.沉淀方法：沉淀后蛋白質仍能保持生物活性的沉淀方法沉淀后蛋白質失去生物活性的沉淀方法四、蛋白質的沉淀作用第140頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一141六、蛋白質的顏色反應1.雙縮脲反應2.茚三酮反應3.考馬斯亮藍R2504.福林酚試劑反應5.黃色反應--芳香族氨基酸的特有反應6.米倫氏反應—酪氨酸的特有反應7.乙醛酸反應—色氨酸的特有反應8.坂口反應—精氨酸特有的反應第141頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一142六、蛋白質的顏色反應1.雙縮脲反應

兩分子雙縮脲與堿性硫酸銅作用，生成粉紅色復合物含有兩個或兩個以上肽鍵的化合物，能發(fā)生同樣反應肽鍵的反應，肽鍵越多顏色越深，粉紅，紫紅，藍紫受蛋白質特異性影響小蛋白質定量測定；測定蛋白質水解程度第142頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一143六、蛋白質的顏色反應2.茚三酮反應

靈敏度差。3.考馬斯亮藍與蛋白的親和力強，靈敏度高11000微克/毫升第143頁，共165頁，2023年，2月20日，星期一144六、蛋白質的顏色反應4.福林酚試劑反應酪氨酸、色氨酸的反應（還原反應）福林試劑：磷鉬酸-磷鎢酸（磷鉬酸被還原成鉬藍）比雙縮脲法靈敏5.米倫氏反應—酪氨酸的特有反應酪氨酸的顯色反應（酚羥基反應）米倫試劑為硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合物蛋白質溶液中，加入米倫試劑，產生白色沉淀，加熱后變成紅色第144頁，共165頁，2023年，