第二章蛋白质的结构与功能
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蛋白质的结构与功能
三、氨基酸的理化性质：
1．两性解离及等电点： (1) 氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在 ①晶体溶点高 → 离子晶格，不是分子晶格。 ②不溶于非极性溶剂 →极性分子 ③介电常数高→ 水溶液中的氨基酸是极性分子。 (2) 氨基酸的两性解离和酸碱滴定曲线 HA → A- + H+ pH=pKa/ +Log[A-]／[HA] pKa/ 就是HA50%解离（[碱] = [酸]）时溶液的pH值， Ka/就是此时溶液的[H+] 当HA50%解离时，溶液的pH值等于pKa/ pH = pKa/ 时，[碱] = [酸]（50%解离） pH > pKa/ 时，[碱] > [酸]（＞50%解离） pH < pKa/ 时， [酸] > [碱]（＜50%解离）
蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链主链
原子局部的空间结构，但不包括与其他肽
段的相互关系及侧链构象的内容。维系蛋
白质二级结构的主要化学键是氢键。
酰胺平面（肽平面） 1. 由于C=O双键中的π 电子云与N原子上 的未共用电子对发生“电子共振”，使肽 键具有部分双键的性质，不能自由旋转。 2. 与肽键相连的六个原子构成刚性平面 结构，称为肽单元或肽键平面。但由于 α - 碳原子与其他原子之间均形成单键， 因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。
氨基酸的光吸收性 Tyr、Phe、Trp的 R基含有共轭双键， 在220-300nm近紫外 区有吸收。 λ（nm） ε Tyr 275 1.4×103 Phe 257 2.0×102 Trp 280 5.6×103
3．氨基酸的化学反应
（1）氨基参与的反应
与亚硝酸反应（Van Slyke 法测定氨基酸） Sanger 反应 ：2.4一二硝基氟苯（DNFB） Edman反应：苯异硫氰酸酯，PITC 生成西佛碱的反应（Schiff）：西佛碱是某 些酶促反应的中间产物（如转氨基反应的中 间产物）。 甲醛反应
第二章第二节 蛋白质的结构与功能
（2）R基不同，氨基酸的种类不同。
探究二：蛋白质的结构、功能
• 氨基酸是组成蛋白质的基本单位，氨基酸是如 何构成蛋白质的呢？
• 若10个氨基酸脱水缩合形成一条肽链，该化合 物的名称是什么？此时氨基酸数与肽链数、肽 键数及脱去的水分子数之间的数量关系。
氨基酸的连接方式：
R1
H — C — CO-OH NH2
比较下列氨基酸并找到他们的共同部分： H H H2 N C H
甘氨酸
COOH
H2 N
C
COOH
CHCOOH
天冬氨酸
H H2 N C COOH H2 N
H C COOH
CH3
丙氨酸
CH2CH2CO基酸结构通式
C
COOH
羧基
H
（1）至少含一个氨基和一个羧基，并且都有
一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上
多肽链
空间结构
☞ 请阅读课本第19页2-4表格，了解蛋
白质的功能？
1.催化作用 细胞内的化学反 应离不开酶的催 化。绝大多数酶 都是蛋白质。 （图示为胃蛋白 酶结晶）
2.运输作用 作为运输载体， 如血红蛋白、载 体蛋白。
3.运动
肌动蛋白
4、防御作用： 抗体
5.调控 ：生长激素
肢 端 肥 大 症
脱水缩合
R2
H-N — C — COOH
H
H H
H2O
R1 R2
H — C — CO
NH2
肽键
NH — C — COOH
H
二肽
探究二：蛋白质的结构、功能
若一个蛋白质是由n个氨基酸构 成的m条肽链，且氨基酸的平均分 子量为A，则该蛋白质的相对分子 量为多少？
探究二：蛋白质的结构、功能
• 氨基酸是组成蛋白质的基本单位，氨基酸是如 何构成蛋白质的呢？
• 若10个氨基酸脱水缩合形成一条肽链，该化合 物的名称是什么？此时氨基酸数与肽链数、肽 键数及脱去的水分子数之间的数量关系。
氨基酸的连接方式：
R1
H — C — CO-OH NH2
比较下列氨基酸并找到他们的共同部分： H H H2 N C H
甘氨酸
COOH
H2 N
C
COOH
CHCOOH
天冬氨酸
H H2 N C COOH H2 N
H C COOH
CH3
丙氨酸
CH2CH2CO基酸结构通式
C
COOH
羧基
H
（1）至少含一个氨基和一个羧基，并且都有
一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上
多肽链
空间结构
☞ 请阅读课本第19页2-4表格，了解蛋
白质的功能？
1.催化作用 细胞内的化学反 应离不开酶的催 化。绝大多数酶 都是蛋白质。 （图示为胃蛋白 酶结晶）
2.运输作用 作为运输载体， 如血红蛋白、载 体蛋白。
3.运动
肌动蛋白
4、防御作用： 抗体
5.调控 ：生长激素
肢 端 肥 大 症
脱水缩合
R2
H-N — C — COOH
H
H H
H2O
R1 R2
H — C — CO
NH2
肽键
NH — C — COOH
H
二肽
探究二：蛋白质的结构、功能
若一个蛋白质是由n个氨基酸构 成的m条肽链，且氨基酸的平均分 子量为A，则该蛋白质的相对分子 量为多少？
第二章 蛋白质的结构与功能(中职护理 《生物化学》)
HN O H2 N CH C CH2 OH
氨基酸的结构
亚氨基酸
脯氨酸 Proline
H N C OH O
2，根据R侧链的极性分类
非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸
1，非极性疏水性氨基酸
特点：含有非极性的侧链，具有疏水性（在中性水 溶液中的溶解度较小）,共7种。
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸
3， β-转角
定义： 在肽链进行180° 回折时的转角上，通 常由四个氨基酸残基 构成，其中第二个残 基常为脯氨酸。
作用力：氢键
4，无规卷曲
定义： 是指多肽链中没有确定规 律性的那部分肽链构像。
（二）三级结构
定义：
蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再 进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间 结构，称为蛋白质的三级结构。
含硫氨基酸
O H2N CH C CH2 SH OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate
酸性氨基酸
O H2 N CH C CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate
谷氨酸 Glutamate
酸性氨基酸
O H2N CH C CH2 CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位
۶ 组成人体蛋白质的20种氨基酸均 属于L--氨基酸
• 存在自然界中的氨基酸有300余种， 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。
۶ 组成蛋白质的氨基酸
（一）氨基酸的结构
1、结构通式
侧链基团
氨基 羧基
2、结构特点：
① 每种氨基酸分子中至少都含有一个氨基和一个羧 基，并且连接在同一个碳原子上，故称α -氨基酸 （脯氨酸除外：亚氨基——NH2+）。 ②除甘氨酸的R为H外，其他氨基酸的Cα 是不对称 碳原子，因此具有L型与D型两种不同的构型，组成 人体的都是L型。 ③不同氨基酸的R侧链各异，它 们的分子量、解离程度和化学反 应性质也不相同。
氨基酸的结构
亚氨基酸
脯氨酸 Proline
H N C OH O
2，根据R侧链的极性分类
非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸
1，非极性疏水性氨基酸
特点：含有非极性的侧链，具有疏水性（在中性水 溶液中的溶解度较小）,共7种。
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸
3， β-转角
定义： 在肽链进行180° 回折时的转角上，通 常由四个氨基酸残基 构成，其中第二个残 基常为脯氨酸。
作用力：氢键
4，无规卷曲
定义： 是指多肽链中没有确定规 律性的那部分肽链构像。
（二）三级结构
定义：
蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再 进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间 结构，称为蛋白质的三级结构。
含硫氨基酸
O H2N CH C CH2 SH OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate
酸性氨基酸
O H2 N CH C CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate
谷氨酸 Glutamate
酸性氨基酸
O H2N CH C CH2 CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位
۶ 组成人体蛋白质的20种氨基酸均 属于L--氨基酸
• 存在自然界中的氨基酸有300余种， 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。
۶ 组成蛋白质的氨基酸
（一）氨基酸的结构
1、结构通式
侧链基团
氨基 羧基
2、结构特点：
① 每种氨基酸分子中至少都含有一个氨基和一个羧 基，并且连接在同一个碳原子上，故称α -氨基酸 （脯氨酸除外：亚氨基——NH2+）。 ②除甘氨酸的R为H外，其他氨基酸的Cα 是不对称 碳原子，因此具有L型与D型两种不同的构型，组成 人体的都是L型。 ③不同氨基酸的R侧链各异，它 们的分子量、解离程度和化学反 应性质也不相同。
第二章蛋白质的结构和生理功能
二、氨基酸的性质和生理特点 （一）性质 1.物理性质 无味、无色晶体物质； 熔点200－300oC之间，会分解成胺和CO2； 具有较高的介电常数； 一般可溶于水，其水溶液为无色透明液体， 溶解度各不相同； 一般不溶于有机溶剂； 均溶于稀酸或稀碱。
2.氨基酸的晶体存在形式
氨基酸晶体是以离子晶格组成的，维系晶 格中质点的作用力是较强的静电吸引力，因而 熔点高，而一般的有机化合物晶体是由分子晶 格组成，其维系力为较弱的范德华力，此类物 质熔点较低。
蛋白质功能的多样性
• 具有储藏氨基酸的功能。用作有机体及其胚胎 或幼体生长发育的原料。如蛋类中的卵清蛋白、 乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇蛋白。 • 运输功能。脊椎动物红细胞里的血红蛋白、无 脊椎动物中的血蓝蛋白在呼吸过程中起着输送 氧气的作用；血液中的脂蛋白随血流输送脂质； 生物氧化过程中的某些色素蛋白如细胞色素C 等起电子传递体的作用。
• • • • 氨基酸排列随机性 周期性的重复未发现 二硫键的数目和位置也没有明显的规律 每种蛋白质化学结构的独特性 在同源蛋白质氨基酸顺序中有许多位置的氨基 酸对所有种属来说是相同的（不变残基），但 其他位置的氨基酸却不同（可变残基）。这种 相似性被称为顺序同源现象。
蛋白质一级结构的重要性
氨基酸组成及顺序不同会导致蛋 白质生物功能的改变（病态现象）。如 镰刀形细胞贫血病就是血红蛋白（4个 亚基，582个氨基酸组成）中的一个谷 氨酸变为缬氨酸导致的。 一级结构是立体结构的基础。
在研究蛋白质氨基酸组成时一般先用完全 水解的方法，将蛋白质水解成各种氨基酸的 混合物，然后采用高效液相色谱等方法进行 定量测定。通常采用的水解方法有酸水解、 碱水解和酶水解。
酸水解
用硫酸(6 mol/L)或盐酸(4 mol/L)煮沸回流20小时。
第二章--蛋白质的结构和功能
COOH
COO-
H2N C H 或 H3N+ C H
R
R
R代表氨基酸侧链
1.组成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸 （脯氨酸为α-亚氨基酸）。
α -碳原子，即与-COOH相邻碳原子。 氨基均连在α -碳原子上，故为α-氨基 酸。
2.组成人体蛋白质的氨基酸都是 L 型，即 L-α-氨基酸。
不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余 氨基酸的α-碳原子分别连接 4 个不同原子或基团， 是手性碳原子，有两种不同的构型，即L型和D型。
(一)氨基酸的命名
1.系统命名法 以 羧基为母体，碳原子的 位次以阿拉伯数字或希 腊字母标示。
2.俗称
H3C CH COOH NH2
α -氨基丙酸（丙氨酸）
（二）氨基酸的结构特点
自然界存在的氨基酸有300多种，但组成人体 蛋白质氨基酸仅有20种，且都有特异的遗传密码， 为编码氨基酸。
氨基酸的结构通式可用下式表示：
COOH
H2N C H R
L-α -氨基酸
COOH
H C NH2 R
D-α -氨基酸
（三）氨基酸的分类
（三）氨基酸的分类
基本氨基酸的分类方法一： 按侧链结构分类
脂肪族氨基酸(15种) 芳香族氨基酸(3种) 杂环氨基酸(2种)
（三）氨基酸的分类
基本氨基酸的分类方法二： 按侧链R基团极性分类 非极性(疏水)氨基酸(9种) 极性不带电荷氨基酸(6种) 极性带正电荷氨基酸(碱性氨基酸)(3种) 极性带负电荷氨基酸(酸性氨基酸)(2种)
蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接形成 的具有特定分子结构的高分子化合物。
蛋白质的分子结构可分为一级、二级、三级和 四级。一级结构是蛋白质的基本结构，二级、 三级、四级结构称为高级或空间构象。
第2章蛋白质的结构与功能
O
O
NH2-CH-C-N-CH-C
H H H OH
肽键
甘氨酰甘氨酸
* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化 合物。
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨 基酸缩合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连 形成的肽称多肽(polypeptide)。(分界..)
亮氨酸 leucine Leu L 5.98
异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02
苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48
脯氨酸 proline
Pro P 6.30
目录
2. 极性中性氨基酸
色氨酸 tryptophan Trp W 5.89
丝氨酸 serine
Ser S 5.68
高级 结构
一、蛋白质的一级结构
★定义(primary structure) 蛋白质的一级结构指在蛋白质分子中,从N端
至C端的氨基酸的排列顺序。
主要的化学键 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
氨基酸与多肽
（一）肽(peptide)
* 肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合 而形成的化学键。
细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机
分子，占人体干重的45％，某些组织含量更 高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用(TRH) 3）免疫保护作用:IgA,IgM, IgM, IgG; 4）物质的转运和存储(Hb) 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
第二章 蛋白质的结构与功能
无规则卷曲（ random coil ）
定义：没有明确规律性的那部分肽段的结构。
但这些“无规则卷曲”也象其他二级结构那样是 明确而稳定的结构。即蛋白质在其多肽链的不同 区段可形成不同的二级结构。
作用：赋予蛋白质较大的构象柔性，常构成蛋
白质的特定功能部位。
（三）超二级结构(supersecondary structure)和 结构域(domain)
H3N
C C R1
+
O C
H
H
+
H
C C R2
O O-
N
O-
H -H2O
H
+
H N C C
O O-
H3N
C
H R2 R1 peptide bone
Features of peptide bond
键长为0.132nm ,介于单键（键长为
0.147nm）与双键（键长为0.128nm） 之间。 具双键的性质，即不能旋转。
β-折叠的要点：
多肽链较伸展, 遇Cα发生折叠, R侧链交错 位于锯齿状(hackle)结构上下方； 两条或多条肽链片段平行排列，靠链间氢 键稳定构象（-CO和-NH） ； 两条肽链的走向可以是顺向平行或反向平 行（残基间距离前者为0.65nm，后者为 0.70nm）或混合排列。
-转角 （ -turn)
α-螺旋的要点：
一般为右手螺旋； 每个螺旋圈含3.6个氨基酸残基，螺距为 0.54nm; 螺旋圈之间通过氢键（aa1的C=O和aa4 的-NH之间）维持结构稳定; R侧链位于螺旋外侧，其大小、形状及 电荷等是影响此结构形成的主要因素。
例1
Hair α-keratin is an elongated aα-helix with somewhat thicker domains near the amino and carboxy termini. Pairs of these helices are interwound, probably in a lefthanded sense, to form two-chain coiled coils.
第二章 蛋白质的结构与功能
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起 来的，具有特定分子结构的高分子化合物。
蛋白质的分子结构可人为划分为一、二、三、 四级结构。除一级结构外，蛋白质的二、三、 四级结构均属于空间结构，即构象。
构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。 蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维 系。
人胰岛素的一级结构
测定蛋白质的一级结构的主要意义: 一级结构是研究高级结构的基础。
可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功 能的关系。 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。
二、蛋白质的空间结构
空间结构：指Pr分子内各原子围绕某些 共价键的旋转而形成的各种空间排布及 相互关系，称为Pr的构象。 主链构象 侧链构象
手性C原子：与α-C原子相连的四个 原子或基团各不相同。
L-α -氨基酸的结构通式
（三）氨基酸的分类 自然界存在的aa有300种，但作为 蛋白质基本单位的aa有20种，且 都有特异的遗传密码，为编码aa。
根据R侧链基团解离性质的不同，可将 氨基酸进行分类： 1.酸性侧链氨基酸——Glu，Asp；侧 链基团在中性溶液中解离后带负电荷 的氨基酸。
一、蛋白质的一级结构
1、概念： 蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中通过肽 键连接起来的氨基酸的排列顺序，即多肽链的 线状结构。 2、 维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键 3、胰岛素（Insulin）由51个氨基酸残基组成， 分为A、B两条链。A链21个氨基酸残基，B链30 个氨基酸残基。A、B两条链之间通过两个二硫 键联结在一起，A链另有一个链内二硫键。
2、两性解离与等电点
A、aa是两性电解质：有碱性的-NH2 和酸性的-COOH B、等电点（PI）： aa处于两性离子时溶液的PH值
第二节蛋白质的结构与功能
第二章蛋白质的结构与功能蛋白质(protein)是生命的物质基础。
种类繁多，人体含蛋白质种类在10万种以上。
是生物体含量最丰硕的生物大分子，约占人体固体成份的45%，细胞干重的70％。
几乎所有的器官都含有蛋白质，并各自具有其特殊的结构，因此决定了蛋白质功能的多样性。
第一节蛋白质的分子组成(protein composition and construction )一、蛋白质的元素组成蛋白质的元素要紧有碳（50%～55%）、氢（6%～7%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%）。
大部份蛋白质还含有硫，有的还含有少量的磷或铁、锰、锌、铜、钴、钼，个别还含有碘。
蛋白质元素组成特点：含氮量很接近，平均为16%。
1g氮相当于6.25g蛋白质。
测定诞生物样品的含氮量可按下式计算出其蛋白质大致含量：100g样品中蛋白质含量（g%）＝每克样品中含氮克数××100二、蛋白质的大体组成单位——氨基酸（the basic unit of protein composition——amino acid）氨基酸(amino acid)是组成蛋白质的大体单位。
（一）氨基酸的命名（略）（二）氨基酸的结构特点自然界中的氨基酸有300余种，组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种。
都有相应的遗传密码，故又称为编码氨基酸。
氨基酸的结构通式可用下式表示（R为氨基酸侧链）：尽管各类氨基酸结构各不相同，但都具有如下特点：1.组成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸。
即氨基均连在α-碳原子上。
脯氨酸为α-亚氨基酸。
2.除甘氨酸外，其余氨基酸的α-碳原子是不对称碳原子，有两种不同的构型，即L型和D型。
组成人体蛋白质的氨基酸都是L型，即L-α-氨基酸。
L-α-氨基酸 D-α-氨基酸（三）氨基酸的分类氨基酸的按侧链的结构和理化性质可分为４类：非极性侧链氨基酸：甘氨酸（Gly），丙氨酸(Ala)，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，丙氨酸，脯氨酸(Pro)；侧链为烃基、吲哚环或甲硫基等非极性疏水集团。
第二章讲义蛋白质的结构与功能
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41
谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65
苏氨酸 threonine
Thr T 5.60
目 录目录
3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97 谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22
高级 结构
目录
一、蛋白质的一级结构
定义: 蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至
C-端的氨基酸排列顺序。 主要的化学键:
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
目录
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能 的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
目录
二、蛋白质二级结构
定义: 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间
精品
第二章蛋白质的结构与功能
什么是蛋白质? 蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸
(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
目录
第1节 蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
目录
结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空 间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
主要的化学键：氢键
目录
参与肽键形成的6个原子在同一平面上
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平 面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同 一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
（二）天然存在的活性肽
蛋白质化学-蛋白质结构和功能关系
• 变性的本质
—— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白 质的一级结构。
•造成变性的因素 物理因素：加热、紫外线、X线、超声波 化学因素：乙醇等有机溶剂、强酸、强 碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
➢ 变性特征： 生物活性丧失；
理化性质改变：溶解度降低、球状蛋白质的 不对称性增加、粘度增加、扩散系数降低，某 些蛋白质不能够再形成结晶, 变性后分子结构 松散、易被水解，变性蛋白易被酶消化。
2、不可逆沉淀
▪ 定义：蛋白质发生沉淀后，不能用透析等方法除 去沉淀剂而使蛋白质重新溶解的现象
▪ 在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液 的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质， 产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。
▪ 由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化， 所以又称为变性沉淀。
▪ 如加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物 碱沉淀等都属于不可逆沉淀。
肌红蛋白（myoglobin, Mb）
肌红蛋白是一个只有三级结
构的蛋白质，有8段α-螺旋
结构，分别成为A B C D E F G H肽段。整条多肽链折叠 成紧密球状分子，氨基酸残 基上的疏水侧链大都在分子 内部，富极性及电荷的则在 分子表面，因此水溶性较好。 Mb分子内部有个袋形空穴， 血红素居于其中。
（1）抗体的基本结构
Ig分子基本结 构是由四个肽 链组成的。
包括二条较小 的轻链和二条 较大的重链。
轻链与重链之 间是由二硫键 连接形成Ig分 子单体。
（1）抗体的基本结构
（2）可变区和恒定区
➢ 可变区和抗原识别有关，决定抗体识别的特异 性，而恒定区和效应功能相关。
➢ 此外在Y形分子伸出的两臂和主干之间还有个 可弯曲的铰链区(hinge R)，能改变两个结合抗 原的Y形臂之间的距离。
(生物化学)第二章蛋白质的结构与功能
06
蛋白质的结构与功能的关系
蛋白质结构与功能的关联性
蛋白质一级结构与功能的关系：蛋白质的一级结构决定了其二级结构和三级结构，进而影响其 功能。
蛋白质二级结构与功能的关系：蛋白质的二级结构如α-螺旋、β-折叠等，对其三级结构和功 能具有重要影响。
蛋白质三级结构与功能的关系：蛋白质的三级结构决定了其四级结构和功能，如酶的活性中心、 运输蛋白的通道等。
蛋白质功能异 常的检测方法： 如基因测序、 质谱分析等可 用于检测蛋白 质功能异常。
蛋白质功能异 常的治疗方法： 针对不同疾病， 可采用不同的 治疗方法，如 药物治疗、基 因治疗等。
07
蛋白质的研究方法与应用
蛋白质的分离与纯化技术
分离技术：根据蛋白质的理化性质进行分离，如盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀等。
学院
生物化学第二章蛋白质的结构与功 能
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汇报人：
目录
01
单击添加目录项标题
02
03蛋白质的结构来自0405蛋白质的合成与降解
06
07
蛋白质的研究方法与应用
蛋白质的组成与分类 蛋白质的功能
蛋白质的结构与功能的关系
01
添加章节标题
02
蛋白质的组成与分类
氨基酸的种类与结构
氨基酸的种类：20种天然氨基酸
细胞生物学方法：通过观察细胞内蛋白质的表达、定位、相互作用等，研究蛋白质在细胞生物学过程中的功 能
蛋白质在生物医药领域的应用
蛋白质的结构与功能：介绍蛋白质的基本结构、功能及其在生物医药领域的应用
蛋白质的功能调节
蛋白质的磷酸化修饰
蛋白质的乙酰化修饰
蛋白质的糖基化修饰
蛋白质的泛素化修饰
第二章蛋白质的结构与功能
当p(O2)低时，Y (O2)随p(O2)增加变 化很小，但当p(O2)达到某一阈值并结 合了第一个O2分子后，Y值迅速增加。
50
毛细血管的p(O2)约 为30 torr，肌红蛋白
Mb很快被饱和，代
谢活跃的细胞线粒体
80
p(O2)约1 torr（此 氧压下Mb约为25%
饱和），当肌肉收缩
引起线粒体氧压下降
23
24
蛋白质空间结构稳定的因素
主要是一些弱的相互作用或称非共价键， 包括静电相互作用（主要是盐键和范德 华力）、氢键、疏水作用。 共价二硫键在稳定某些蛋白质的构象方 面也起着重要作用。
25
26
蛋白质的变性与复性
天然蛋白质分子受到某些物理因素（如热、紫 外线照射、高压和表面张力等）或化学因素 （如有机溶剂、脲素、盐酸胍、酸、碱等）的 影响时，生物活性丧失，一些侧链基团暴露溶 解度降低，粘度增加，旋光和紫外吸收变化以 及其它的物理化学常数发生改变，这种过程称 为蛋白质变性。其实质为蛋白质分子中的次级 键被破坏，天然构象解体。变性不涉及共价键 的破裂，一级结构保持完好。
16
纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可 溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹 性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包 括微管(microtubule)、肌动蛋白细丝 (actin filament)或鞭毛( flagella)，它 们是球状蛋白质的长向聚集体。
17
3、球状蛋白质与三级结构
氧通过血红蛋白从肺部转运到组织毛细 血管，然后从毛细血管扩散到组织中并 被肌红蛋白结合，肌红蛋白刺激O2迅速 扩散，氧化过程产生的CO2通过该转运 系统从肺部排出。
34
肌红蛋白和血红蛋白的结构
肌红蛋白的分子十分致密结实，含亲水 侧链的氨基酸残基几乎全分布于分子外 表面，而含疏水侧链的氨基酸残基几乎 都被埋在分子内部。 肌红蛋白由一条含153个氨基酸残基的多 肽链和一个辅基血红素构成。肌红蛋白 分子中多肽主链由长短不等的8段α螺旋 组成。分子中80%的残基处于α螺旋区 内。8段螺旋分别命名为A、B、C、D、 E、F、G、H。
50
毛细血管的p(O2)约 为30 torr，肌红蛋白
Mb很快被饱和，代
谢活跃的细胞线粒体
80
p(O2)约1 torr（此 氧压下Mb约为25%
饱和），当肌肉收缩
引起线粒体氧压下降
23
24
蛋白质空间结构稳定的因素
主要是一些弱的相互作用或称非共价键， 包括静电相互作用（主要是盐键和范德 华力）、氢键、疏水作用。 共价二硫键在稳定某些蛋白质的构象方 面也起着重要作用。
25
26
蛋白质的变性与复性
天然蛋白质分子受到某些物理因素（如热、紫 外线照射、高压和表面张力等）或化学因素 （如有机溶剂、脲素、盐酸胍、酸、碱等）的 影响时，生物活性丧失，一些侧链基团暴露溶 解度降低，粘度增加，旋光和紫外吸收变化以 及其它的物理化学常数发生改变，这种过程称 为蛋白质变性。其实质为蛋白质分子中的次级 键被破坏，天然构象解体。变性不涉及共价键 的破裂，一级结构保持完好。
16
纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可 溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹 性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包 括微管(microtubule)、肌动蛋白细丝 (actin filament)或鞭毛( flagella)，它 们是球状蛋白质的长向聚集体。
17
3、球状蛋白质与三级结构
氧通过血红蛋白从肺部转运到组织毛细 血管，然后从毛细血管扩散到组织中并 被肌红蛋白结合，肌红蛋白刺激O2迅速 扩散，氧化过程产生的CO2通过该转运 系统从肺部排出。
34
肌红蛋白和血红蛋白的结构
肌红蛋白的分子十分致密结实，含亲水 侧链的氨基酸残基几乎全分布于分子外 表面，而含疏水侧链的氨基酸残基几乎 都被埋在分子内部。 肌红蛋白由一条含153个氨基酸残基的多 肽链和一个辅基血红素构成。肌红蛋白 分子中多肽主链由长短不等的8段α螺旋 组成。分子中80%的残基处于α螺旋区 内。8段螺旋分别命名为A、B、C、D、 E、F、G、H。
农学考研第二章蛋白质的结构与功能(简答论述)
第二章蛋白质的结构与功能（简答论述）1.什么是蛋白质变性？指出3种常见蛋白质的变性剂。
变性后的蛋白质能否复性？(简答已考，还是要掌握住，应对选择)解:天然蛋白质分子受到某些物理因素或化学因素的影响时，次级键被破坏，天然构象解体，生物活性丧失，这种作用称为蛋白质变性作用。
蛋白质变性后，理化性质也会有明显改变，如溶解度降低，黏度增加，扩散系数降低。
蛋白质研究中常用的变性剂有脲(尿素)、盐酸胍、SDS等。
变性后的蛋白质有的可以复性，有的不能，这既取决于蛋白质本身的结构、组成，也与变性条件强度有关。
蛋白质结构组成越简单，变性条件越温和，复性的可能性就越大。
2.试比较肌红蛋白和血红蛋白在结构、功能上的异同点(掌握住下表)解:主要异同点如下表3. 什么是蛋白质辅基？以肌红蛋白为例，阐述辅基与蛋白质结构、功能的关系？（掌握住第一段，例子理解即可）解:蛋白质辅基是缀合蛋白质分子中的非蛋白部分。
辅基与蛋白质结合紧密，以共价键相连，用普通透析技术不能除去。
辅基是整个分子一部分，是蛋白质实现功能所必需的，脱辅基蛋白会部分甚至完全丧失活性。
肌红蛋白的辅基是血红素。
血红素位于肌红蛋白分子表面裂缝的疏水微环境中，它由有机分子和Fe原子两部分组成。
Fe原子除了与原卟啉环上的4个N原子分别形成4个配位键外，在环一侧与附近多肽链上的His形成1个配位键，在环另一侧与氧形成1个配位键。
可见没有肌红蛋白多肽链折叠成合适的微环境，血红素就不能与蛋白质亚基结合，肌红蛋白也就没有结合氧的能力。
4.还原性谷胱甘肽分子中的肽键有何特点？还原性与氧化性谷胱甘肽的结构有何不同？(这道题曾经出现在2010年研究生统考题中)。
解:典型的肽键是一个氨基酸的a羧基和另一个氨基酸的a氨基脱水形成的。
而还原性谷胱甘肽分子中的肽键为r-肽键，即谷氨酸的r羧基和半胱氨酸的氨基脱水所形成的肽键。
还原性与氧化性谷胱甘肽的结构区别主要有两点：①还原性谷胱甘肽含有自由巯基(- SH)，氧化性谷胱甘肽含有二硫键。
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C 端 N 端
（二）血红蛋白构象变化与结合氧的能力
100% -
Mb
氧 饱 和 度
Hb
静脉血
P50
动脉血
氧分压
血红蛋白与氧结合的正协同效应
* 协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体
结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与
配体结合能力的现象，称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity)
MSH 促黑激素
HbS与HbA的区别
Β-亚基第6位氨基酸
正常人：Glu
患者：Val
二、蛋白质空间结构与功能的关系
蛋白质的空间结构决定生物学功能
（一）肌红蛋白（Mb）与血红蛋白结构（Hb）
肌红蛋白（1个亚基）与血红蛋白（4个亚基） 且一级结构有较大差异，但亚基三级结构相似， 其结构特点是，都与血红素（辅基）共价结合， 均具有与氧可逆地结合的能力。
NH2 Met Phe Lys Cys Ser Thr Val
COOH
各种蛋白质的根本差异在于一级结构的不同
胰岛素的一级结构
二、蛋白质二级结构
• 概念：
指蛋白质分子中一段多肽链的局部空间结构， 即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置， 并不涉及到aa侧链R基团的构象。 • 肽单元（肽平面）：
肽键的6个原子Cα1 、C、N、O、H、 C α2位于同 一平面，构成所谓的肽单元
(2) 功能
GSH是体内重要的还原剂
2.促甲状腺素释放激素(TRH)
(1) 组成
pyro-Glu
焦谷氨酸
His
组氨酸
Pro-NH2
脯氨酰胺
(2) 功能
由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放促 甲状腺素(调节糖代谢)。
三、蛋白质的分类
1. 根据组成成分分为：
单纯蛋白质——全部由aa组成；
结合蛋白质——除蛋白部分外， 还含非蛋白部分。 结合蛋白质中的非蛋白部分称为辅基， 常以共价键与蛋白部分相连。 辅基：包括色素、寡糖、脂类、磷酸、金属 离子乃至核酸等
少量的 磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
一
氨基酸(amino acid)
——蛋白质的基本构成
氨 COO COOH 基 酸 结 H 2N Cα H Cα H 或 H N+ 3 构 通 R R 式 构成蛋白质的20种氨基酸(aa)的结构特点: 1. 均为L－α氨基酸，各种aa的R侧链各不相同 2. α －碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外) 3. α-碳原子为不对称(手性)碳原子(甘氨酸除外）
如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein
与接触部位的布局，不包括亚基本身的 空间结构。亚基间以次级键相连，绝无 共价键。
亚基(subunit)
蛋白质分子由两条或两条以上肽链组 成，每条肽链各自形成了独立的三级 结构，分子中的每一个具有独立三级 结构肽链,称为亚基
2.维持蛋白质四级结构的作用力
次级键 疏水作用（主）、离子键、氢键
聚合体(polymer)
COO
+
CH 3 H R
H
C
NH3
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
（一）氨基酸的分类
根据氨基酸侧链基团(Ｒ)的结构和理化性 质，将其分为5类： 1.非极性氨基酸 2.不带极性氨基酸 3.芳香族氨基酸
4.带正电荷的碱性氨基酸
5.带负电荷的酸性氨基酸
1. 非极性氨基酸（基团疏水） 包括7个：甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、 缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸 （Ile）、脯氨酸（Pro）和甲硫氨酸（Met）
1.概念
肽键平面呈伸展的锯齿状排列 形成的结构称β －折叠。
常为两条或两条以上伸展的多肽链 侧向聚集在一起形成扇面状， 故又称β－折叠片或β－片层。
2. β－折叠结构特点
(１) 相邻肽键平面的夹角为110 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
0
(２) ２～５条肽段平行排列构成，肽段之间 可顺向平行(均从N-C)，也可反向平行 。 (３)由氢键维持稳定。其方向与折叠的长轴 接近垂直。
(2) 每3.6个氨 基酸残基绕成 一个螺圈(3600) 螺距为0.54nm
每个氨基酸 上升0.15nm
(4) 1C-O和4N-H 形成氢键 氢键的方向与中 心轴大致平行, 是稳定螺旋的主 要作用力
(3)主链原子构成螺旋的主体, 侧链在其外部
（二）β －折叠 (β －pleated sheet)
以124个氨基酸残基组成的牛胰核糖核
酸酶（4对二硫键）为例说明
牛胰核糖核酸酶的变性与复性
尿素或盐酸胍 β-巯基乙醇 透析
天然状态，有活性
非折叠状态，无活性
（二）一级结构与功能的关系 1.一级结构相似的蛋白质功能相似
胰岛素的一级结构及种属差异
2.一级结构不同的蛋白质功能不同
ACTH 促肾上腺素皮质激素
一个氨基酸的α-羧基与 另一个氨基酸的α-氨基 脱去一分子水缩合形成的键 称肽键(peptide bond)
O
CH3
C C HO H 丙氨酸 CH3 NH2 O C
CH2 C NH2
+
OHale Waihona Puke HO H -H2OCH2 C H NH2 苯丙氨酸
O
C
HO
C H
N H
C
二肽
肽键
丙苯氨丙氨酸
肽
氨基酸借肽键相连而形成的化合物称肽(peptide)
• 肌红蛋白 (Mb)
由氨基酸亲水侧链组成的亲水基团在蛋白分子表面，
而疏水基团在蛋白分子内部，形成完整的三级结构。
C 端 N端
3.维持蛋白质三级结构稳定的因素
亲水区： 亲水区多位于分子表面， 故球 形蛋白质水溶性较好。
疏水核： 疏水区从位于分子内部， 往往 是与辅酶/基或底物结合位点。
维持三级结构稳定的键
2. 根据其形状分为：
纤维蛋白质——分子状如纤维，其长轴 比纵轴大于10：1 常难溶于水，常作为细胞支架和细 胞连接，如大量存在于结缔组织中 球状蛋白质——分子状如球形或椭圆形 常可溶于水，如酶、转运蛋白、 免疫球蛋白等
第二节
蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
某些蛋白质单体可以进一步聚合形成聚合体， 每个单体一般都具有完整的三级、四级结构。
如具有四级结构的胰岛素单体，可形成二 聚体或六聚体
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
一、蛋白质一级结构与功能的关系 （一） 一级结构是空间构象的基础
氨基末端(Ｎ－端)
羧基末端(C －端)
氨基酸在形成肽链时丢失了一分子水，肽链 中的氨基酸分子已不完整，称为氨基酸残基。
（二）生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione，GSH)
(1)组成
由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)和甘氨酸(Gly) 组成的三肽 Glu Cys Gly
构成第一个肽键的羧基是谷氨酸的γ -羧基
第二章
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
第一节 蛋白质(protein)的化学组成
碳(C) 50% ~ 55% 6% ~ 8%
元 氢(H) 素 氧(O) 组 成 氮(N)
硫(S)
19% ~ 24%
13% ~ 19%
0% ~ 4%
~16%； N(g)×6.25 = 样品Pr含量
蛋白质的二级结构类型
α －螺旋结构( -helix ) β －折叠结构( -pleated sheet ) β-转角( -turn )
无规卷曲( random coil )
（一）α －螺旋 (α －helix)
1.概念 由肽键平面盘旋 形成的螺旋状构象
2.α －螺旋的结构特征 (1)以肽键平面为 单位,以α －碳原 子为转折盘旋形成 右手螺旋
Met Phe Met Phe Lys Met Phe Lys
Cys
Thr
二肽 三肽 五肽
寡肽(oligopeptide) 由10个以内氨基酸连成的小肽 多肽(polypeptide) 由许多氨基酸连成的肽
其形状为一条没有分支的长链， 又称多肽链或肽链 NH2 Met Phe Lys Cys Ser Thr Val COOH
2.结构域(domain)
*概念
一条肽链通过盘 曲折叠,常形成2 个或多个在空间 上可以明显区分 的折叠实体，各 行使其功能，称 为结构域.
结构域: 三级结构层次上的局部折叠区
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧 密的区域，并各行其功能，称为结构域 (domain) 。
纤连蛋白分子的结构域
H2N
COOH
（五）模体(motif)
在许多蛋白质分子中，可发 现二个或三个具有二级结构的肽 段，在空间上相互接近，形成一 个特殊的空间构象，具有其特征 性的氨基酸序列，发挥特殊的功 能，被称为模体。例：锌指结构
反平行 β-折叠
α －螺旋
三 蛋白质的三级结构
1.概念
一条多肽链中所有原子在三维空 间的整体排布，包含了主链构象 和侧链构象的内容
（二） 氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点