蛋白质的化学结构
生物化学-蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子结构包括：
一级结构 (primary structure) 二级结构 (secondary structure) 三级结构 (tertiary structure) 四级结构 (quaternary structure)
高级结构
一、蛋白质的一级结构
定义：
蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。
主要化学键：肽键 二硫键的位置属于一级结构研究范畴。
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。
21 30
胰岛素的一级结构
二、蛋白质的二级结构 定义：
蛋白质分子中某一段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，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
稳定因素： 氢键
（一）肽键平面
HO NH3
(Thr)
3. 酸性氨基酸
OOC2 HCHCOO OOC C2 HC2 HCHCOO
Baidu Nhomakorabea
NH 3
天 冬 氨 酸 Asparticacid(Asp)
NH 3
谷 氨 酸 Glutamicacid(Glu)
4. 碱性氨基酸
NH2CH2CH2CH2CH2 CH COO NH2CNHC2CHH2CH2 CH COO
蛋白质元素组成的特点 蛋白质的含氮量平均为16％。
• 通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式： 蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) × 6.25
生物化学名词解释——蛋白质
简单蛋白质：完全由氨基酸构成的蛋白质
结合蛋白质：由AAs和其他非蛋白质化合物所组成
球状蛋白质：多肽链能够折叠，使分子外形成为球状的蛋白质。
纤维状蛋白质：能够聚集为纤维状或细丝状的蛋白质。主要起结构蛋白的作用，其多肽链沿一个方向伸展或卷曲，其结构主要通过多肽链之间的氢键维持。
单体蛋白质：仅含有AAs
寡聚蛋白质：由两个以上、十个以下亚基或单体通过非共价连接缔合而成的蛋白质。
等电点：蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。符号为pI。
氨基酸残基：在多肽链中的氨基酸，由于其部分基团参与了肽键的形成，剩余的结构部分则称氨基酸残基。它是一个分子的一部分，而不是一个分子。氨基酸的氨基上缺了一个氢，羧基上缺了一个羟基。简单的说，氨基酸残基就是指不完整的氨基酸。一个完整的氨基酸包括一个羧基（—COOH)，一个氨基(—NH2)，一个H，一个R基。缺少一个部分都算是氨基酸残基,并没有包括肽键的。
钛键：氨基和羧基脱去一分子水形成的化学键。
钛键平面：肽键所在的酰胺基成为的刚性平面。由于肽键具有部分双键性质，使得肽基的六个原子共处一个平面，称为肽平面。
同源蛋白质：在不同有机体中实现同一功能的蛋白质。（结构和功能类似的蛋白质。）
蛋白质一级结构：蛋白质多肽链的氨基酸通过肽键连接形成的线性序列。
蛋白质二级结构：指多肽链借助H键折叠盘绕成沿一维方向具有周期性结构的构象。
构象：分子的三维结构即分子中的所有原子在空间的位置总和。
构型：分子中的原子在空间的相对取向。
高级生物化学名词解释（重点）
高级生物化学名词解释（重点）
高级生物化学名词解释
(考试重点)
1. 肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩
合，除去一分子水形成的酰氨键。
2. 肽(peptide)：两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接形成的聚合
物。通常，由≤10个氨基酸通过肽键连接在一起的线性序列叫寡肽；10~40个氨基酸通过肽键连接在一起的线性序列叫多肽；≥40个氨基酸通过肽键连接在一起的线性序列叫蛋白质。但非绝对划分。
3. 蛋白质的化学结构：肽链数目、端基组成、氨基酸残基序列和二硫键位置。
4. 蛋白质一级结构(protein primary structure)：指蛋白质氨基酸残基从
N末端到C末端的排列顺序或氨基酸序列。
5. 蛋白质二级结构(protein secondary structure)：指肽链主链不同肽段
通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元，通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持。常见的有α-螺旋、β-折叠、β-转角、Q环和无规则卷曲等。
6. 蛋白质三级结构(protein tertiary structure)：是指多肽链在二级结构
的基础上，通过氨基酸侧链之间的疏水相互作用，借助氢键、范德华力和盐键维持力使α-螺旋、β-折叠、β-转角等进一步盘旋、折叠形成特定的构象。
7. 蛋白质四级结构(protein quaternary structure)：多亚基蛋白质的三维
结构。实际上是具有三级结构多肽（亚基）以适当方式聚合所呈现的三维结构。
生物化学—蛋白质四级结构
一、定义
有些蛋白质是以多个球状蛋白质的聚集体形式 存在。各球状蛋白质通过非共价键彼此缔合在 一起，这样的聚集体形式称为四级结构。其中 每个球状蛋白质称为亚基或亚单位（subunit）。
结构特点：
分子具有对称性；亚基间以非共价键缔合
二、蛋白质四级结构与功能的关系
3.613 helix 中的数字是指
。
-折叠片中所有肽键都参与氢键的交联。（）
维持蛋白质三级结构的力以 键为主。
SDS就是十二烷基磺酸钠。（）
肌红蛋白含有
辅基。
只有二价铁的血红素才能结合氧。（）
肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线相似。（）
血红蛋白四级结构完整时方能执行正常输氧功能。（）
蛋白质必须具备四级结构方能执行正常功能。（）
增加二氧化碳和降低pH能降低血红蛋白对氧的亲合力。 （）
血红蛋白是一种变构蛋白。（）
名词：
－螺旋、－折叠片、－转角、二面角、 Ramachandran 构象图、蛋白质二级结构、 超二级结构、三级结构、结构域、亚基、 四级结构、波耳效应、蛋白质变性作用
讨论题：
举例说明蛋白质高级结构与功能的关系
是非与填空：
二面角百度文库指两个相邻肽平面之间的夹角。（）
一对二面角决定了两个相邻肽单位的相对位置。（）
第三章 蛋白质化学3-蛋白质的三维结构_2010
4. 离子键（盐键）P204： 离子键（盐键） 204： 离子键( bond)是由带正电荷基团与 • 离子键 ( salt bond) 是由带正电荷基团与 带负电荷基团之间相互吸引而形成的化 学键。 学键。 • 在近中性环境中 ， 蛋白质分子中的 酸性 在近中性环境中， 蛋白质分子中的酸性 氨基酸残基侧链电离后带 负电荷， 侧链电离后带负电荷 氨基酸残基 侧链电离后带 负电荷 ， 而 碱 性氨基酸残基侧链电离后带 正电荷， 性氨基酸残基 侧链电离后带 正电荷 ， 二 侧链电离后带正电荷 者之间可形成离子键。 者之间可形成离子键。
蛋白质分子中离子键的形成
5、二硫键 P204
• 二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。 二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。 然而一旦蛋白质采取了它的三维结构则 二硫键的形成将对此构象起稳定作用。 二硫键的形成将对此构象起稳定作用。 • 在绝大多数情况下，二硫键是在多肽键 在绝大多数情况下， 转角附近形成的。 的β转角附近形成的。
丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列 成反向β 折叠结构。分子中不含α 螺旋。 成反向β-折叠结构。分子中不含α-螺旋。
2、
胶原蛋白
• 胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动 胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动 物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质， 物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它 也属于结构蛋白质，使骨、 也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具 有机械强度。 有机械强度。 • 腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile 腱的胶原纤维具有很高的抗张强度( strength)，约为20 30kg 20- kg／ 相当于12 strength)，约为20-30kg／mm2， 相当于12 号冷拉钢丝的拉力。 号冷拉钢丝的拉力。
生物化学中的蛋白质结构和功能
生物化学中的蛋白质结构和功能蛋白质是生物体内最基本的组成成分之一，它们不仅以组成细
胞及其器官的结构蛋白质的形式存在，还扮演着激素、酶、抗体
等重要的生物功能。在蛋白质结构方面，研究人员在过去的数十
年中已经取得了长足的进展，但是尚存在一些问题迫切需要解决。今天，我们将介绍蛋白质的结构与功能，探讨有关这方面基础研
究领域的最新成果。
1. 蛋白质的结构
蛋白质分为多种类型，其结构形态各异。主要的类别包括纤维
状蛋白质、球状蛋白质和膜状蛋白质。
纤维状蛋白质的分子结构外观类似于一条细长的线，其汇集成
的结构可以形成胶原蛋白、骨胶原或者由透明质酸分泌的骨骼基
质等纤维组织。
球状蛋白质则由大约60%的多肽链通过不规则的贡献得以互相
缠结而成。这使得球状蛋白质在空间结构方面具有极高的复杂性
和五彩斑斓的外观。球状蛋白质不仅构成人体骨骼肌纤维、胰岛
素、载脂蛋白等基础蛋白质，还形成了各种酶如蛋白水解酶、细
胞色素酶等。
膜状蛋白质则被包裹在细胞膜的两层磷脂双分子层当中。这类
蛋白质功能多样，包括跨膜蛋白质、刺突蛋白质和细胞膜上酶等。此类蛋白质亦可构成各种细胞间的纽带，如胰岛素受体、细胞膜
上的钠离子通道等。
蛋白质的功能和活性与其结构密切相关。一个蛋白质的组成要
素是其20种不同类型的氨基酸，并通过这些氨基酸形成了不同的
二级结构如螺旋状、片层状、β折叠等，最终构成了具有特定功能的复杂三维结构。
2. 蛋白质的功能
蛋白质是生命体系中不可或缺的重要物质，它们在生命的各个
环节中起到了至关重要的作用。
酶是蛋白质家族中一个最值得注意的亚群。它们是生物体的化
蛋白质—蛋白质的结构及性质(食品生物化学课件)
团，由于这些极性基
团同水分子之间的吸
引力，使水溶液中的
A
蛋白质分子成为高度
B C
水化的分子。这就是
蛋白质的水化作用。
影响水化作用的因素
➢ 1.蛋白质自身的状况 形状、表面积大小、蛋白质粒子表面极性基团
数目、蛋白质粒子的微观结构是否多孔等。 ➢ 2.蛋白质溶液的pH值 ➢ 3.电解质
应用
1
脱 水 猪 肉 的 加 工
蛋白质两性解离示意图
H2N——P——COOH 分子形式
+H3N——P——COO- 两性离子
H2N——P——COO-
碱性条件下，pH＞pI
+H3N——P——COOH
酸性条件下，pH＜pI
蛋白质的等电点
对某一种蛋白质来说，在某一pH时，它所带的 正电荷与负电荷恰好相等，即总的净电荷为零， 这一pH值称这一种蛋白质的等电点。（以pI 表示） • pH > pI • pH = pI • pH < pI
豆腐生产工艺
点卤
成品
思考
在豆腐制作 过程中哪些环节 考虑了蛋白质的 性质而选择了相 应的工艺参数？
讨论
浸泡大豆时常选用碱液作为浸 泡液，为什么？
总结
与蛋白质的等电点有关，同 时有助于抑制脂肪氧化酶活性， 与蛋白质的结合风味性质有关。
蛋白质的风味结合性质
蛋白质的化学构成
蛋白质的化学构成
蛋白质主要是由20多种氨基酸组成，还有少量的磷（P )、铁（Fe )、锍Mn )、锌（Zn )、碘等。而氨基酸则是由碳（C )、氢（H )、氧（O )、笥（N )、硫（S ）导化学兀索所组成的。其中，碳51.0%~55.0%、氢 6.5%~7.3%、氧21.59%~23.5%、氮15.5%~18.0%、硫0.5%~2.0%。
蛋白质一结构
一、蛋白质的一级结构（Primary structure）
又称为共价结构或化学结构。它是指蛋白质中的氨基酸依照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。
肽键：一个氨基酸的α-COOH 和相邻的另一个氨基酸的α-NH2脱水形成共价键。
1)组成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；
2)肽链中的氨基酸的排列顺序，一样-NH2端开始，由N指向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。
肽的颜色反映: 多肽可与多种化合物作用，产生不同的颜色反映。这些显色反映，可用于多肽的定性或定量鉴定。如黄色反映，是由硝酸与氨基酸的苯基（酪氨酸和苯丙氨酸）反映生成二硝基苯衍生物而显黄
色。
多肽的双缩脲反映是多肽特有的颜色反映;双缩脲是两分子的尿素经加热失去一分子NH3而取得的产物。
双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜-双缩脲络合物，称为双缩脲反映。含有两个以上肽键的
多肽，具有与双缩脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反映，生成紫红色或蓝紫色络合物。这是多
肽定量测定的重要反映.
（二）天然活性肽
1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸普遍存在于生物细胞中，含有自由的
-SH，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，爱惜某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。
2.促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可增进甲状腺素的释放。
3.短杆菌素S：环十肽，含有D-苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，要紧作用于细胞膜。
4.青霉素：含有D—半胱氨酸和D—缬氨酸的二肽衍生物。要紧破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引发溶菌。
第二章蛋白质化学蛋白质的结构(共67张PPT)
〔1〕过甲酸氧化法-直接撤除并固定
过甲酸可使蛋白质分子 中的二硫键断裂。反响 一般在0℃下进行2小时 左右，使二硫键中的两 个硫全部转变为磺酸基。 这样被氧化的半胱氨酸 称为磺基丙氨酸。
〔2〕巯基化合物复原法-先撤除后再固定
常用的有巯基乙醇(mercaptoethanol) 、巯基乙酸 (mercaptoacetic acid) 、二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT)等。反响中需参加8M尿素或6M盐酸胍使蛋白质 变性，多肽链松散成为无规那么的构象，有利于巯基 乙醇作用于二硫键。
Pro和Gly时，或R1 R3为 时，抑制水解 十肽顺序为：Ala-Phe-Gly-Lys-Asn-Tyr-Arg-Trp-His-Val
、
Pro
• 例如，某肽链，末端分析知N-末端为Ala，C-末端为Val，通过氨基酸组成 分析其为十肽，假设先以糜蛋白酶水解，得一套肽段〔A〕；再以胰蛋白酶 水解，那么得到另一套肽段〔B〕。肽段的顺序分析结果如下：
〔2〕巯基化合物复原法-先撤除后再固定
为防止巯基重新氧化，可用碘乙酸、碘乙酰胺、 乙腈、氨乙基等使其烷化，进行保护
〔3〕别离纯化多肽链
拆开的肽链要进行别离纯化，方法有：凝胶 过滤、离子交换层析、电泳等
3、每一条肽链的氨基酸组成分析
• 〔1〕酸碱水解：6mol/L HCL或4mol/L H2SO4， 5mol/L NaOH可使蛋白质完全水解。用氨基酸分析仪 进行测定〔或层析法〕。
生物化学课件-蛋白质结构与功能
链内 二硫键
链间 二硫键
我国1965年在世界上第一个用化 我国1965年在世界上第一个用化 1965 学方法人工合成这种牛胰岛素。 学方法人工合成这种牛胰岛素。 牛胰岛素
牛 胰 核 糖 核 酸 酶 的 一 级 结 构
蛋白质一级结构测定的步骤
蛋白质样品的预处理； （1）蛋白质样品的预处理； 测定每条多肽链的氨基酸组成； （2）测定每条多肽链的氨基酸组成； 测定多肽链的 末端和C 末端； 多肽链的N （3）测定多肽链的N-末端和C-末端； （4）应用两种或两种以上不同的水解方法将所要 测定的蛋白质断裂， 测定的蛋白质断裂，各自得到一系列大小不同 的肽段； 的肽段； 分离提纯所产生的肽，并测定它们的序列； （5）分离提纯所产生的肽，并测定它们的序列； （6）从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白 质中全部氨基酸顺序。 质中全部氨基酸顺序。
由4个βαβ 组成的α/β 组成的α/β 桶结构域 βαβ α/β桶结构域： α/β桶结构域：丙酮酸激酶 桶结构域
丙 酮 酸 激 肌红蛋白 前清蛋白 酶
免疫球蛋白 己糖激酶
5.三级结构 Structure） 5.三级结构（Tertiary Structure）
• 在二级结构基础上，肽链不同区段的侧 在二级结构基础上，
（1）α-螺旋(α-helix) ——最常见 ——最常见
• 多肽链中的各个肽平面围绕
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第二章蛋白质
第三节蛋白质的化学结构
一、肽键及多肽链
（一）基本概念
肽键：蛋白质分子中不同氨基酸是以相同的化学键连接的，即前一个氨基酸分子的α-羧基与下一个氨基酸分子的α-氨基缩合，失去一个水分子形成肽（peptide），该C-N化学键称为肽键（peptide bond）。
多肽：由两个氨基酸分子缩合而成的肽称为二肽；含三个氨基酸的肽，称为三肽，以此类推；
含20个以上的称多肽（polypeptide）。
肽与蛋白质之间无明显界限，50个以上氨基酸构成的肽一般称蛋白质。
氨基酸残基：蛋白质中的氨基酸不再是完整的氨基酸分子，称为氨基酸残基。
H2N CH C O
CH C
OH
O
H2N CH C
R
O
N CH C
R OH
O
H
多肽链：通过肽键连接而成的链状结构称为多肽链（polypeptide chain），其骨架由-N-Cα-C-重复构成。
书写格式：把含有α-NH2的氨基酸残基写在多肽链的左边，称为N-末端（氨基端），把含有α-COOH的氨基酸残基写在多肽的右边，称为C-末端（羧基端）。
除肽键外，蛋白质中还含有其他类型的共价键，例如，蛋白质分子中的两个半胱氨酸可通过其巯基形成二硫键(-S-S-,又称二硫桥)，这是蛋白质分子中一种常见的共价键，可存在于多肽链内部或两条肽链之间。
（二）肽类存在的生理意义
肽类作为小分子蛋白质，在体内有一些相当重要的功能，并有一定的应用价值。
如：1.神经肽的类似物内啡肽（endorphins），可作为天然的止痛药物；
2.动物体内的谷胱甘肽具有重要生理功能，它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸构成，其中
谷氨酸以γ-羧基而不是α-羧基与半胱氨酸形成肽键。
二、蛋白质的一级结构
（一）蛋白质一级结构的概念
蛋白质的一级结构（primary structure）是指多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序。一级结构的基本结构键是肽键。一级结构是蛋白质的结构基础，也是各种蛋白质的区别所在，不同蛋白质具有不同的一级结构。
（二）一级结构的测定
三、蛋白质的高级结构
构象：蛋白质在体内发挥各种功能不是以简单的线性肽链形式，而是折叠成特定的、具有生物活性的立体结构，即构象（conformation）。蛋白质的构象是指分子中所有原子和基团在空间的排布，又称空间结构或三维结构（three dimensional structure），是由于化学键的旋转造成的。与构型不同。
（一）蛋白质结构的层次
蛋白质分子是结构极其复杂的生物大分子，有的蛋白质分子只包含一条多肽链，有的则包含数条多肽链。为研究方便，可将蛋白质的结构划分为几个层次，包括：
蛋白质一级结构
↓
二级结构（secondary structure）
↓
超二级结构（super secondary structure）
↓
结构域(structural domain)
↓
三级结构(tertiary structure)
↓
四级结构(quaternary structure)
一级结构：指多肽链上的氨基酸排列顺序。
二级结构：指多肽链主链骨架的局部空间结构。
超二级结构：指二级结构的组合。
结构域：指多肽链上致密的、相对独立的球状区域。
三级结构：指多肽链上所有原子和基团的空间排布。
四级结构：则由几条肽链构成。
（二）肽单位和二面角
1 . 肽单位的结构特征
蛋白质中肽键的C、N及其相连的4个原子共同组成肽单位（peptide unit），这几个原子形成一个平面，称肽平面或酰胺平面。
肽平面具有以下结构特征：
①N-C肽键的键长介于典型的C-N单键和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转。
②肽平面具有顺式（cis）和反式（trans）两种构型，反式构型中相邻的两个Cα在肽链的两侧。由于立体结构的制约，蛋白质中几乎所有的肽平面都呈反式结构，仅有少数是顺式结构。
2. 二面角
多肽链中所有的肽单位大多数具有相同的结构，每个α-碳原子和与其相连的4个原子都呈现正四面体构型。因此，多肽链的主链骨架构象是由一系列α-碳原子的成对二面角决定的。
（三）维持蛋白质分子构象的化学键
蛋白质分子构象主要靠非共价键维持，如氢键、范德华力、疏水作用力、离子键。在某些蛋白质中二硫键、配位键也参与维持构象。
（四）二级结构
二级结构：多肽链主链骨架中局部的规则构象称为二级结构，是主链肽键形成氢键造成的，不包括R侧链的构象。包括α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet)和β-转角(β-turn)和无
规则卷曲。
1.α-螺旋
典型的α-螺旋具有下列特征：
（1）多肽链主链骨架围绕同一中心轴呈螺旋式上升，形成棒状的螺旋结构。每圈包含3.6个氨基酸残基（1个羧基、3个N-Cα-C单位、1个N），螺距为0.54nm，因此，每个氨基酸
残基围绕螺旋中心轴旋转100度，上升0.15nm。
（2）相邻的螺旋之间形成氢键，氢键的方向与α-螺旋轴的方向几乎平行。α-螺旋中每个羧基氧原子（n）与朝向羧基C-末端的第4个氨基酸残基的α-氨基N原子（n+4）形成氢键。
由氢键封闭的环共包含13个原子，故典型的α-螺旋又称3.613螺旋。每个肽键均参与氢键
形成，因此，尽管氢键的键能不大，但大量氢键的累加效应使α-螺旋成为最稳定的二级结
构。
2. β-折叠（β-pleated sheet或称β-sheet）
β-折叠：也是蛋白质中最常见的一种主链构象，是指蛋白质主链中伸展的、周期性折叠的构象，很像α-螺旋适当伸展形成的锯齿状肽链结构。
β-折叠分为两种形式：
平行β-折叠：两条β-折叠股走向相同。
反平行β-折叠：两条β-折叠股走向相反。