1 第一章 蛋白质的结构与功能
蛋白质的结构与功能
（一）肽单元
肽单元——参与肽键的6个原子Cα1、C、O、N、H和
且均为L-α-氨基酸（甘氨酸除R
外）。
H
Cα NH3+
二、氨基酸的分类
根据氨基酸侧链的结构和理化性质可分为： 非极性脂肪族氨基酸，如：甘氨酸、脯氨酸等五
种； 极性中性氨基酸，如：丝氨酸、半胱氨酸等五种； 芳香族氨基酸，如：苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸； 酸性氨基酸，如：天冬氨酸、谷氨酸； 碱性氨基酸，如：组氨酸、赖氨酸、精氨酸。
1.谷胱甘肽（GSH）
谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽， 其分子中的巯基是主要官能团。
SH
H
O
CH2
HCH2 COOH
HOOC
H
O
γ-谷氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
谷胱甘肽有亲核性的-SH能与亲电子的外源毒物结合，起
到解毒与保护作用。
谷胱甘肽还是体内重要的还原剂，能防止蛋白质分子中
4
5
6
色氨酸
3
峰在280nm左右，以色氨酸
2
吸收最强。 可利用此性质采用紫外分
分光度法测定蛋白质的含 量。
1
酪氨酸
苯丙氨酸
0230 240 250 260 270 280 290 300
波长nm
（三） 氨基酸的呈（颜）色反应
茚三酮反应
氨基酸
茚三酮水合物
NH3
+ 茚三酮 +
茚三酮水合物 还原产物
NH2
N
N
H2N
N
NH2
三聚氰胺
O H2N C NH2
尿素
一、组成人体蛋白质的氨基酸
第一章蛋白质的结构与功能
蛋白质的分类
单纯蛋白质和结合蛋白质 • 前者只含有氨基酸后者除蛋白质部 分外还含有非蛋白质部分 纤维状蛋白质和球状蛋白质 • 前者多为结构蛋白质较难溶于水， 作为细胞坚实的支架或连接各细胞 组织器官的细胞外成分，如胶原蛋 白，弹性蛋白，角蛋白等。 • 后者多数可溶于水许多具有生理学 功能的蛋白质如酶，转运蛋白，蛋 白质类激素等。ຫໍສະໝຸດ α -螺旋 β-折叠
β-转角和无规转曲
无规转曲是用来阐述没 有确定规律性的那部分 肽链结构
模体
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，被称为模体
氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
蛋白质的二级结构是以一级结构为基础的。一段肽 链其氨基酸残基的侧链适合形成α -螺旋或β-折叠， 他就会出现相应的二级结构。
第一章蛋白质的结构与功能
蛋白质的分子结构包括
一级结构，
二级结构，三级结构，四级结构→高级结构
蛋白质的一级结构
• 定义 蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的排列 顺序 • 主要的化学键 肽键，有的蛋白质含有双硫键
蛋白质中的二级结构
定义 • 蛋白质分子中某一段肽链的局部空 间结构，就是该段肽链主链骨架原 子的相对空间结构，并不涉及氨基 酸残基侧链的构象。 主要的化学键 • 氢键
蛋白质的三级结构
定义 • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对 位置。即肽链中所有原子在三维空 间排布的位置。 主要的化学键 • • • • 疏水键 盐键 氢键 范德华力
第一章蛋白质的结构与功能蛋白质的...
第一章蛋白质的结构与功能一.蛋白质的分子组成组成蛋白质的元素主要:C、H、O、N、S，各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-α-氨基酸（甘氨酸除外）氨基酸等电点：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。
此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(pI)。
色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物肽键：由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸组成的三肽。
第一个肽键与一般的不同，甘氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的氨基组成，分子中半胱氨酸的巯基是主要功能基团。
GSH的巯基有还原性，可作为体内重要的还原剂，保护体内蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使蛋白质和酶保持活性状态。
二．蛋白质的分子结构α-螺旋的结构特点：1.多个肽键平面通过α-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋2.主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm，这与X线衍射图符合3.相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和NH形成许多链内氢健，这是稳定α-螺旋的主要键4.肽链中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α-螺旋的形成基团影响α-螺旋的稳定性包括以下三个方面：1.酸性或碱性氨基酸集中区域（两种电荷相互排斥）2.脯氨酸不利于α-螺旋的形成3.较大R基团侧链集中区域（空间位阻效应）β-折叠要点:1.是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状2.依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的C＝O与H形成氢键，使构象稳定3.氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方4.两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的超二级结构有三种基本形式：1.α-螺旋组合(αα)2.β-折叠组合(ββ)3.α-螺旋β-折叠组合(βαβ)三．蛋白质结构与功能的关系镰刀形红细胞贫血：血红蛋白有2个α亚基和2个β亚基组成，其中β亚基的第六个氨基酸谷氨酸突变成缬氨酸。
生物化学 第一章 蛋白质的结构与功能
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
第一节 蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
概述
什么是蛋白质(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。
芳香族氨基酸的紫外吸收
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝 紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。
由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正 比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的 多肽链
（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide)
+NH3
+NH3
二硫键
•胱氨酸
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化 性质
（一）氨基酸具有两性解离的性质
两性解离
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所 处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI)
在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子 和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈 电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电 点。
问题
对碱性氨基酸而言，要使溶液的pH达 到pI，则必须加‗‗‗（酸，碱）；因此， 碱性氨基酸的pI ‗‗‗（>7，<7）。
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸的 最大吸收峰在 280 nm 附近。
大多数蛋白质含有 这两种氨基酸残基，所 以测定蛋白质溶液 280nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白质含量的 快速简便的方法。
蛋白质的结构与功能
第一章蛋白质的结构与功能一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，即它的化学结构。
二级结构：指借助主链(不包括侧链)的氢键形成的具有周期性的构象。
三级结构：指1条肽链(包括主链和侧链)完整折叠而形成的构象。
四级结构：指含有多条肽链的寡聚蛋白质分子中各亚基间相互作用，形成的构象。
超二级结构和结构域是在蛋白质二级和三级结构之间的两个层次。
超二级结构：指相邻的二级结构单元，在侧链基团次级键的作用下彼此靠近而形成的规则的聚集结构。
结构域：指在1条肽链内折叠成的局部结构紧密的区域。
组成四级结构的多肽链称为蛋白质的亚基，多个亚基组成的蛋白质为寡聚蛋白质1 维持蛋白质分子构象的作用力，主要包括氢键、疏水性相互作用、范德华引力、离子键和二硫键。
2 二级结构主要包括下面几种基本类型 (一) α—螺旋 (二)β折叠(三)转角 (四) β突起 (五)卷曲 (六)无序结构3 β折叠有两种类型，1种是平行式，1种是反平行式。
反平行折叠在能量上更稳定。
4 转角主要分两类：β转角和γ转角。
转角结构通常负责各种二级结构单元之间的连接作用。
5 常见的3种超二级结构单元为：αα ββ，βαβ。
6 结构域不仅仅是折叠单位和有一定功能的结构单位，还是一个遗传单位7结构域可以分为4种类型：反平行α，平行α/β，反平行β，不规则的小结构1、多肽链的折叠过程天然蛋白质是多肽链合成后经折叠而形成的热力学上稳定的构象。
多肽链的折叠是一自发过程..人们现已提出了一些多肽链的折叠模型,大致可以分为二类。
一种模型认为多肽链的折叠是逐步进行的，先形成一种稳定的二级结构作为核心，然后二级结构的氨基酸侧链进一步发生交互作用，扩大成天然三维结构；另一种模型提出，多肽链可能由于其疏水侧链的疏水交互作用而突然自发折叠，形成一种含二级结构的紧密状态，最后调整成天然结构。
这两种模型看来不是排斥的，有些多肽链的折叠可能以其中之一为主，有些多肽链的折叠兼而有之。
在这两种情况下，超二级结构的形成都可能起着导引作用，弱键则做最后的热力学上的调整。
沈阳药科大学考研生化笔记 第一章 蛋白质的结构与功能
3.各种蛋白质分子中氨基酸的序列都不同，甚至同一种族的不同个体的同一种蛋白质的组成和序列也有差别。个体差异、排异反应。
4.有三种形式：开链多肽、分枝开链多肽、环状多肽。
5.蛋白质一级结构是高级结构的基础，但不是唯一决定因素。（提出问题：还有分子伴侣 chaperon ）
一、蛋白质的元素组成及特点
蛋白质是大分子化合物，相对分子质量（Mr）一般上万，结构十分复杂，但都是由C、H、O、N、S等基本元素组成，有些蛋白质分子中还含有少量Fe、P、Zn、Mn、Cu、I等元素，而其中氮的含量相对恒定，占13%～19%，平均为16%，因此通过样品中含氮量的测定，乘以6.25，即可推算出其中蛋白质的含量。
第一章 蛋白质的结构与功能
蛋白质在生命活动中的中重要功能
1. 蛋白质是生命的物质基础，一切生命活动离不开蛋白质。
蛋白质普遍存在于生物界，从病毒、细菌到动、植物都含有蛋白质，病毒除核酸外几乎都由蛋白质组成，甚至朊病毒（prion）就只含蛋白质而不含核酸。蛋白质也是各种生物体内含量最多的左右，细菌占50%～80%。占本书的篇幅最多。核酸是遗传大分子，蛋白质是功能大分子，都是生命的物质基础。
3. 分子伴侣。蛋白质空间构象的正确形成，除一级结构为决定因素外，还需分子伴侣的参与。分子伴侣是一类帮助新生多肽链正确折叠的蛋白质，其作用：1．蛋白质在合成时，分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。2．分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。3．分子伴侣对蛋白质分子中二硫键的正确形成，起到重要作用。
氨基酸分子的结构通式为：
生物化学名词解释
生物化学名词解释第一章蛋白质的结构与功能1.肽键：一分子氨基酸的氨基和另一分子氨基酸的羧基通过脱去水分子后所形成的酰胺键称为肽键。
2.等电点：在某一pH溶液中，氨基酸或蛋白质解离成阳离子和阴离子的趋势或程度相等，成为兼性离子，成点中性，此时溶液的pH称为该氨基酸或蛋白质的等电点。
3.模体：在蛋白质分子中，由两个或两个以上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，并发挥特殊的功能，称为模体。
4.结构域：分子量较大的蛋白质三级结构常可分割成多个结构紧密的区域，并行使特定的功能，这些区域被称为结构域。
5.亚基：在蛋白质四级结构中每条肽链所形成的完整三级结构。
6.肽单元：在多肽分子中，参与肽键的4个原子及其两侧的碳原子位于同一个平面内，称为肽单元。
7.蛋白质变性：在某些理化因素影响下，蛋白质的空间构象破坏，从而改变蛋白质的理化性质和生物学活性，称之为蛋白质变性。
第二章核酸的结构与功能1. DNA变性：在某些理化因素作用下，DNA分子稳定的双螺旋空间构象破环，双链解链变成两条单链，但其一级结构仍完整的现象称DNA变性。
2. Tm：即溶解温度，或解链温度，是指核酸在加热变性时，紫外吸收值达到最大值50%时的温度。
在Tm时，核酸分子50%的双螺旋结构被破坏。
3.增色效应：核酸加热变性时，由于大量碱基暴露，使260nm处紫外吸收增加的现象，称之为增色效应。
4. HnRNA：核内不均一RNA。
在细胞核内合成的mRNA初级产物比成熟的mRNA分子大得多，称为核内不均一RNA。
hnRNA在细胞核内存在时间极短，经过剪切成为成熟的mRNA，并依靠特殊的机制转移到细胞质中。
5.核酶：也称为催化性RNA，一些RNA具有催化能力，可以催化自我拼接等反应，这种具有催化作用的RNA分子叫做核酶。
6.核酸分子杂交：不同来源但具有互补序列的核酸分子按碱基互补配对原则，在适宜条件下形成杂化双链，这种现象称核酸分子杂交。
第一章 蛋白质的结构和功能
Ve logM=a-b V
M=
SRT
D(1-υρ)
M：分子量，υ：蛋白质偏微比容，ρ：溶剂 密度，D：扩散系数，S：沉降系数，R：气体 常数，T：绝对温度。
二、蛋白质的变性：在某些物理和 化学的因素作用下，使蛋白质分子 的空间构象发生改变或破坏，导致 其理化性质的改变及生物活性的丧 失的现象称蛋白质的变性。 1、变性的本质 (1)蛋白质变性后分子从规则的紧密 结构变为无规则的松散状态 (2)变性只涉及次级键的断裂
Hb
Myoglobin
O2
Hemoglobin
O2
0毛细 血管中的PO2
肺泡中的PO2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
三、蛋白质的结构与生物进化
第五节 蛋白质的性质 一、蛋白质分子的大小、形状及分子 量的测定 蛋白质分子量一般在1×104～ 1×106Da范围或更大。 凝胶过滤法 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法 超速离心法 质谱法
(2)β-折叠( β-片层β-pleated sheet structure) β-片层的结构要点： ①肽链相对伸展成锯齿状，侧链基团 伸在肽链的上下两侧。 ②两条以上肽链(或同一条多肽链的不 同部分)平行排列，相邻肽键相互交替 形成许多氢键。氢键是维持β-片层的 主要次级键。 ③肽链平行的走向有顺式和反式两种， 肽链的N端在同侧为顺式，N端不在同 侧称反式。
(五)蛋白质的三级结构(tertiary structure)： 多肽链在二级结构的基础上所进行的折 叠和盘旋。或多肽链中个元素在空间的 相对位置。
N
Lys41 His119 His12
C
细胞色素c分子的空间结构
不变的AA残基
(六)蛋白质的四级结构(quarternary structure)：两条或两条以上肽链构成 的蛋白质，其中每条多肽链均具有独 立的三级结构，每条多肽链称为一个 亚基。由亚基相互聚合而成的结构称 四级结构。
生物必修一第一课时 蛋白质的结构与功能含答案
第一课时蛋白质的结构与功能
姓名班级得分
1.元素组成：除 C H O N 外，大多数蛋白质还含有 S
2.基本组成单位：氨基酸（组成蛋白质的氨基酸约 20 种）
氨基酸结构通式：
氨基酸的判断：①同时有氨基和羧基
②至少有一个 H 和一个 R 连在 C 碳原子上。
（组成蛋白质的20种氨基酸的区别： R 的不同）
3．形成：许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键（结构式为 -CO-NH- ）相连而成肽链，多条肽链折叠盘曲形成有具有一定空间结构的蛋白质
4.蛋白质结构的多样性的原因：组成蛋白质多肽链的氨基酸的数目、种类、
排列顺序的不同；构成蛋白质的多肽链的数目、空间结构不同
5．计算：
一个蛋白质分子中肽键数（脱去的水分子数）＝氨基酸数目－肽链数目。
水中的氢来自氨基和羧基，水中的氧来自羧基。
一个蛋白质分子中至少含有氨基数（或羧基数）= 肽键的条数
6．功能：生命活动的承担者。
如催化作用的酶，运输作用的载体、血红蛋白，防御作用的抗体，调节作用的激素。
7．蛋白质鉴定：
原理：蛋白质与双缩脲试剂产生紫色的颜色反应。
蛋白质的结构与功能
多肽链具有方向性：头端为氨基端（N端），尾端为羧基端（C端）。
第二节 蛋白质的分子结构
一、蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构（primary structure）是 指蛋白质分子中，从N-端到C-端氨基酸残基 的排列顺序。 主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
牛胰岛素的一级结构
二、蛋白质的二级结构
② 化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐
等。
变性蛋白质的性质改变： ① 物理性质：旋光性改变，溶解度下降，沉降率 升高，粘度升高，光吸收度增加等； ② 化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水 解。 ③ 生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改
变。
蛋白质变性的可逆性：
a)
蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下是不能
为β-折叠的PrPsc，从而致病。 PrPc α-螺旋 正常 PrPsc β-折叠 疯牛病
要点：
蛋白质结构与功能的关系
一级结构与功能的关系：一级结构是空间构象的基础，一级结构相
似的蛋白质具有相似的高级结构与功能；一级结构不同的蛋白质 具有不同的高级结构与功能。 空间结构与功能的关系：蛋白质正常的生物功能依赖其完整的空间
要点：
蛋白质的四级结构（quaternary structure）：就是指蛋白质分子
中亚基的立体排布，亚基间的相互作用与接触部位的布局。维系
蛋白质四级结构的主要是氢键、盐键、等非共价键。 亚基（subunit）：就是指参与构成蛋白质四级结构的、每条具有 三级结构的多肽链。
第 三 节蛋白质结构与功能的关系
蛋白质的二级结构(secondary structure)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
生物化学 第一篇 蛋白质的结构与功能
第一篇蛋白质的结构与功能（第一～四章小结）第一章氨基酸氨基酸是一类同时含有氨基和羧基的有机小分子。
组成多肽和蛋白质的氨基酸除Gly外，都属于L型的α- 氨基酸（Pro为亚氨基酸）。
氨基酸不仅可以作为寡肽、多肽和蛋白质的组成单位或生物活性物质的前体，也可以作为神经递质或糖异生的前体，还能氧化分解产生ATP。
目前已发现蛋白质氨基酸有22种，其中20种最为常见，而硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸比较罕见。
非蛋白质氨基酸通常以游离的形式存在，作为代谢的中间物和某些物质的前体，具有特殊的生理功能。
22种标准氨基酸可使用三字母或单字母缩写来表示。
某些标准氨基酸在细胞内会经历一些特殊的修饰成为非标准蛋白质氨基酸。
氨基酸有多种不同的分类方法：根据R基团的化学结构和在pH7时的带电状况，可分为脂肪族氨基酸、不带电荷的极性氨基酸、芳香族氨基酸、带正电荷的极性氨基酸和带负电荷的极性氨基酸；根据R基团对水分子的亲和性，可分为亲水氨基酸和疏水氨基酸；根据对动物的营养价值，可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
氨基酸的性质由其结构决定。
其共性有：缩合反应、手性（Gly除外）、两性解离、具有等电点，以及氨基酸氨基和羧基参与的化学反应，包括与亚硝酸的反应、与甲醛的反应、Sanger反应、与异硫氰酸苯酯的反应和与茚三酮的反应等。
与亚硝酸的反应可用于Van Slyke定氮，与甲醛的反应可用于甲醛滴定，Sanger反应和与异硫氰酸苯酯的反应可用来测定N-端氨基酸。
只有脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质，其余生成蓝紫色物质，利用此反应可对氨基酸进行定性或定量分析。
多数氨基酸的侧链可能发生特殊的反应，可以此鉴定氨基酸。
不同氨基酸在物理、化学性质上的差异可用来分离氨基酸，其中最常见的方法是电泳和层析。
第二章蛋白质的结构肽是氨基酸之间以肽键相连的聚合物，它包括寡肽、多肽和蛋白质。
氨基酸是构成肽的基本单位。
线形肽链都含有N端和C端，书写一条肽链的序列总是从N端到C端。
生物化学蛋白质结构与功能
氧化供能
基因工程研究所
蛋白质结构与功能
1
蛋白质的分子组成
2
蛋白质的分子结构
3
蛋白质结构与功能的关系
4
蛋白质的理化性质
5 蛋白质的分离纯化与结构分析
2014.09.02
基因工程研究所
第一节 蛋白质的分子组成
The Molecular Components of Protein
一、 蛋白质的元素组成
• 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide) 。
• 由十个以上更多的氨基酸相连形成的肽称 多肽(polypeptide)。
2014.09.02
基因工程研究所
* 多肽是链状化合物，故又称多肽链(polypeptide chain)
* 多肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全， 被称为氨基酸残基(residue)。
两性解离与等电点、紫外吸收（280nm）、茚三酮反应 肽及相关的概念 氨基酸残基 生物活性肽： GSH
2014.09.02
基因工程研究所
更正： 2014.09.02 主编“李安”应为“李基因工凌程研”究所 ！
第二节 蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
胰岛素
1953年Sanger阐明了其一级结构
维持蛋白质一级结构的主要化学键: 主要是肽键，另外还有二硫键
2014.09.02
基因工程研究所
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 。
特点：
1. 局部或某一段肽链 2. 主链构象（-N-C-C-N-C-C-) 3. 不含侧链（R）的构象
01、【生物化学笔记、复习资料】蛋白质的结构与功能
第一章蛋白质的结构与功能1.20种基本氨基酸中,除甘氨酸外,其余都是L-α-氨基酸.2.支链氨基酸(人体不能合成:从食物中摄取):缬氨酸亮氨酸异亮氨酸3.两个特殊的氨基酸：脯氨酸：唯一一个亚氨基酸甘氨酸：分子量最小，α-C原子不是手性C原子，无旋光性.4.色氨酸：分子量最大5.酸性氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸6.侧链基团含有苯环：苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸7.含有—OH的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸8.含有—S的氨基酸：蛋氨酸和半胱氨酸9.在近紫外区（220—300mm）有吸收光能力的氨基酸：酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸10.肽键是由一个氨基酸的α—羧基与另一个氨基酸的α—氨基脱水缩合形成的酰胺键11.肽键平面：肽键的特点是N原子上的孤对电子与碳基具有明显的共轭作用。
使肽键中的C-N 键具有部分双键性质，不能自由旋转，因此。
将C、H、O、N原子与两个相邻的α-C原子固定在同一平面上，这一平面称为肽键平面12.合成蛋白质的20种氨基酸的结构上的共同特点：氨基都接在与羧基相邻的α—原子上13.是天然氨基酸组成的是：羟脯氨酸、羟赖氨酸，但两者都不是编码氨基酸14.蛋白质二级结构的主要形式：①α—螺旋②β—折叠片层③β—转角④无规卷曲。
α—螺旋特点：以肽键平面为单位，α—C为转轴，形成右手螺旋，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺径为0.54nm，维持α-螺旋的主要作用力是氢键15.举例说明蛋白质结构与功能的关系①蛋白质的一级结构决定它的高级结构②以血红蛋白为例说明蛋白质结构与功能的关系：镰状红细胞性贫血患者血红蛋白中有一个氨基酸残基发生了改变。
可见一个氨基酸的变异（一级结构的改变），能引起空间结构改变，进而影响血红蛋白的正常功能。
但一级结构的改变并不一定引起功能的改变。
③以蛋白质的别构效应和变性作用为例说明蛋白质结构与功能的关系：a.别构效应，某物质与蛋白质结合，引起蛋白质构象改变，导致功能改变。
第一章 蛋白质结构与功能
第三节 蛋白质结构与功能的关系
一、一级结构与功能关系; 二、空间结构与功能关系;
一、一级结构与功能关系
（一）一级结构是空间结构的基础 上世纪60年代，C.Anfinsen对核糖核 酸酶（RNase）空间构象拆分和复原 实验：
细胞色素C的一级结构与物 种进化间的关系-----物种进 化树（phylogenetic tree）
空间结构（高级结 构）：二、三、四级 结构
一、一级结构
1、定义： 蛋白质多肽链中的氨基酸种类、数目 和特定排列顺序，还包括肽链数目和二 硫键位置等 2、稳定作用力－肽键
胰岛素的一级结构： 两条肽链，A链和B链
NH3+
51个氨基酸残基
COO-
3 个二硫键
COO-
二、蛋白质的空间结构
二级结构 三级结构 四级结构
DNA 异常 mRNA
Hbs （亚基）N … —Thr — Pro—Val — Glu—Lys—…
两种最重要的生物大分子比较
蛋白质 组成单位 种 类 氨基酸 20种 核酸 核苷酸
A、C 、G 、T (DNA) A、C 、G 、U (RNA)
（二）氨基酸的理化性质
两性电离及等电点 紫外吸收 显色反应（印三酮反应等）
1、两性电离及等电点
两性电离
兼性离子（zwitterion）
等电点 （isoelectric point,pI）
2、紫外吸收
芳香族氨基酸的紫外吸收 芳香族氨基酸在波长约为280nm处有最大光吸收峰 吸收强度比较：色氨酸>酪氨酸>苯丙氨酸 应用：测定生物样品中蛋白质的含量
α-螺旋的要点：
一般为右手螺旋
每圈含3.6个氨基酸残基 氢键 维持结构稳定 侧链位于螺旋外侧
蛋白质的结构与功能
第一章蛋白质的结构与功能一名词解释别构效应别构效应又称为变构效应，是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象，导致蛋白质生物活性改变的现象。
蛋白质变性由于稳定蛋白质构象的化学键被破坏，造成其四级结构、三级结构甚至二级结构被破坏，导致其天然构象部分或完全破坏，理化性质改变，活性丧失。
等电点在某一PH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的程度和趋势相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。
氨基酸残基：肽键中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全被称为氨基酸残基。
亚基在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能.没一条多肽链都有其完完整的三级结构,称为亚基（subunit）。
二蛋白质平均含氮量是多少？有何意义？蛋白质的元素组成为C,H,O,N,S等含氮量为16% 其意义是蛋白质含量=含氮量/16%=含氮量*6.25三如何对氨基酸进行分类？氨基酸根据理化性质分为非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸碱性侧链氨基酸（精氨酸，赖氨酸，组氨酸）酸性侧链氨基酸（天冬氨酸，谷氨酸）芳香族氨基酸（苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸）四何谓蛋白质一至四级结构？维持其稳定的化学键分别是什么？蛋白质分子的一级结构：蛋白质分子中，从N-端到C-端的氨基酸排列顺序氢键和二硫键蛋白质分子的二级结构：指蛋白质分子中某一肽链的局部主链空间结构。
氢键上下两册一个氨基酸残基的C=O与第四个残基的N-H之间形成氢键，从而使结构稳定蛋白质的三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。
疏水键，离子键，氢键，van der waals力蛋白质的四级结构：亚基与亚基之间呈特定的三维空间分布,并以非共价键相链接,这种蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,称为蛋白质的四级结构。
在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能.没一条多肽链都有其完完整的三级结构,称为亚基（subunit）。
氢键盐键五举例论证蛋白质结构和功能之间有何关系？蛋白质的一级结构是高级结构与功能的基础1一级结构是空间构象的基础蛋白质以及结构决定蛋白质的空间结构或构象，蛋白质的空间结构或构想决定蛋白质的功能由于血红蛋白分子的构象可以发生一定程度的变化，从而影响了血红蛋白与氧的结合能力。
《生物化学与分子生物学》(人卫第八版)-第一章蛋白质的结构与功能归纳总结
第一章蛋白质·蛋白质(protein)就是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(prpide bond)相连形成得高分子含氮化合物。
·具有复杂空间结构得蛋白质不仅就是生物体得重要结构物质之一,而且承担着各种生物学功能,其动态功能包括:化学催化反应、免疫反应、血液凝固、物质代谢调控、基因表达调控与肌收缩等;就其结构功能而言,蛋白质提供结缔组织与骨得基质、形成组织形态等。
·显而易见,普遍存在于生物界得蛋白质就是生物体得重要组成成分与生命活动得基本物质基础,也就是生物体中含量最丰富得生物大分子(biomacromolecule)·蛋白质就是生物体重要组成成分。
分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;细胞得各个部分都含有蛋白质含量高:蛋白质就是细胞内最丰富得有机分子,占人体干重得45%,某些组织含量更高,例如:脾、肺及横纹肌等高达80%。
·蛋白质具有重要得生物学功能。
1）作为生物催化剂(酶)2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质得转运与存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递·氧化功能第一节蛋白质得分子组成(The Molecular Structure of Protein)1、组成元素:C(50%-55%)、H(6%-7%)、O(19%-24%)、N(13%-19%)、S(0-4%)。
有些但被指含少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别还含碘。
2、各蛋白质含氮量接近,平均为16%。
100g样品中蛋白质得含量(g%)=每克样品含氮克数*6、25*100,即每克样品含氮克数除以16%。
凯氏定氮法:在有催化剂得条件下,用浓硫酸消化样品将有机氮都转化为无机铵盐,然后在碱性条件下将铵盐转化为氨,随水蒸气蒸馏出来并为过量得硼酸液吸收,再以标准盐酸滴定,就可计算出样品中得氮量。
此法就是经典得蛋白质定量方法。
一、氨基酸——组成蛋白质得基本单位存在于自然界得氨基酸有300余种,但组成人体蛋白质得氨基酸仅有20种,且均属L-氨基酸(甘氨酸除外),手性,具有旋光性(甘氨酸除外,甘氨酸R基团为-H)。
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二、蛋白质空间结构与功能的关系
肌红蛋白（myoglobin, Mb） 血红蛋白（hemoglobin, Hb）
Mb与Hb氧解离曲线的比较
◆氧饱和度=
HbO2 HbO2+Hb
×100%
◆Myoglobin
has a very high affinity for oxygen ; it is already 50 percent saturated with oxygen at only 1 to 2mmHg .
（二）理化性质
1、两性解离及等电点
*氨基酸的等电点(isoelectric point, pI)
2、紫外吸收：280nm 芳香族氨基酸，共轭双键
3、茚三酮反应： 蓝紫色化合物, 570nm,
氨基酸的定量分析
二、肽
（一） *肽键与肽
二肽
寡肽、多肽、蛋白质、氨基酸残基
*谷胱甘肽（glutathione, GSH）
血红蛋白的 四级结构
五、蛋白质的分类 按组成成分： 单纯蛋白（仅含氨基酸） 结合蛋白（单纯蛋白+辅基） 按形状分： 纤维蛋白 球蛋白
六、蛋白质组学
（一）蛋白质组学基本概念
蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表 达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的 全套蛋白质”。
（二）蛋白质组学研究技术平台
蛋白质组学是高通量，高效率的研究: 双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析
带负电荷的蛋白质
脱水作用 酸
+ + + + + + + +
带正电荷的蛋白质
－ － － － － －－ －
带负电荷的蛋白质
不稳定的蛋白质颗粒
溶液中蛋白质的聚沉
蛋白质的变性
二硫键及非共价键被破坏， 肽键不断裂，一级结构不变。
*天然蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其特定的 空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性 的丧失，称为蛋白质的变性作用(denaturation)。
胱氨酸
1968年美國的科研人员,在研究人體營養 ， 學工作中，利用結晶氨基酸配出了 氨基酸 輸液，挽救了很多病人的生命，爲胃腸外 營養療法的發展做出了巨大的貢獻。因此 氨基酸營養輸液是繼―疫苗‖、―維生素‖、 ―抗生素‖之後，被譽爲二十世紀醫療史上 的第四個里程碑。 目前全世界輸液用的氨基 酸估計在3萬噸以上，輸液 量估計在8億瓶以上。日、 美、德、法、瑞典等國均大 量生産、銷售氨基酸輸液， 氨基酸輸液在我國1980年開 始發展，現已約達8000萬瓶 /年。
二级结构的*几种形式：
*α-螺旋 (α-helix) β-折叠(β-pleated sheet)
β-转角 (β–turn or β -bend)
无规卷曲 (random coil)
*α-helix：
◆以α-碳原子为
结构特点
转折点，以肽键 平面为单位，盘 曲成右手螺旋状 的结构。
◆螺旋上升一圈
含3.6个氨基酸残 基，螺距0.54nm
肌红蛋白
22页
（myoglubin，Mb）一 条多肽链/血红素辅基 /153个氨基酸/有8段螺旋结构(A、B、C、D、
E、F、G及H）
功能:储存O2
血红素的结构式
肌红蛋白结合氧示意图
Fe
吡咯环/甲炔基桥/配位键
*蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、
疏水键以及范德华力(Van der Wasls力)等。
蛋白质的胶体性质
蛋白质分子量大，已达到胶粒1～100nm范围。因
此蛋白质溶液具有胶体溶液的性质。
蛋白质溶液在一定条件下相当稳定，稳定该亲
水胶体的因素是：水化膜、电荷。
水化膜
+ + + + + + +
带正电荷的蛋白质 脱水作用
酸 碱 在等电点的蛋白质 脱水作用 碱
碱 酸
－ － － － － －－ －
*分
酸性：Asp, Glu 碱性：Arg, Lys, His 含S：Met, Cys 含-OH：Tyr, Thr, Ser 芳香族：Tyr, Trp, Phe 含支链：Val, Leu, Ile 酰胺：Asn, Gln 亚氨基酸：Pro 特殊的：Gly, Ala
类
◆The
oxygen saturation curve of myoglobin is a simple hyperbolic curve .
Mb与Hb氧解离曲线的比较
◆ The
affinity of hemoglobin for oxygen is much lower, the oxygen saturation curve of hemoglobin is sigmoid .
◆This
shape indicates that the affinity of hemoglobin for binding the first molecule of oxygen is relatively very low.
◆In
fact, the increase in the affinity of hemoglobin for oxygen ,after the first oxygen is bound, is almost 500-fold.
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
3）免疫保护作用
4）物质的转运和存储
5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
蛋白质还可以氧化供能
第一节
蛋白质的分子组成
元素组成:碳 氢 氧 氮 硫 （ C、H、O、N、S ） 以及磷 铁 铜 锌 碘 硒 *蛋白质平均含氮量（N %）:16%
其特定的结构与功能
Fireflies emit light catalyzed by luciferase with ATP
Erythrocytes contain a large amount of hemoglobins, the oxygen-transporting protein.
The protein keratin is the chief structural components of hair, scales, horn, wool, nails and feathers.
蛋白质含量=含氮克数 X 6.25
（凯氏定氮法）
一、基本组成单位——氨基酸（amino acid）
1. 结构通式： 2. 种类：20种编码氨基酸 ◆与羧基相邻的α-碳原子上有一个氨 基，称为α-氨基酸（脯氨酸是亚氨 基酸） ◆除甘氨酸外，其它氨基酸α-碳原子 是不对称碳原子。 ◆蛋白质由近20种L-α-氨基酸组成
α
H
①非极性脂肪族氨基酸
（一）分类：根据侧链的结构和理化性质可分为五类 ③芳香族氨基酸 ⑤碱性氨基酸
②极性中性氨基酸
④酸性氨基酸
基 酸
(二) 极性中性氨基酸
巯基
含硫氨基酸
甲硫基 酰氨基
(三) 芳香族氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸 εδγβ
胍基
咪唑基
Hb的变构效应
一个亚基与配体结合 后，影响另一亚基与配体
的结合能力。
促结合——正协同效应
促解聚——负协同效应
疯牛病
英国 1985
由朊病毒蛋白（prion protein, PrP）引起的一 组人和动物神经退行性病变，脑中细胞组织呈 淀粉状纤维沉淀。
疯牛病的机理
一种称为PrPsc的物质， 是体内自然产生的 PrPc的一种异常变体。 正常蛋白质分子的高 级结构发生改变，从 而导致了其理化性质
相似。
蛋白质分子中关键氨基酸的缺失或被替代，则影响其功能。 镰刀状红细胞性贫血症:β亚基N端的第6号氨基酸残基发生了改 变异，Glu(谷)→Val(缬)。
正常
Hba
N端 苏
脯
谷
谷
赖
异常
Hbs
N端 苏
脯
缬
谷
赖
血红蛋白结构示意图
镰刀型红细胞贫血症
镰状红细胞不能通过 毛细血管,加上HbS的 凝胶化使血液的黏滞 度增大,阻塞毛细血 管,引起局部组织器 官缺血缺氧,产生脾 肿大、胸腹疼痛等临 床表现。
蛋白构象疾病
的改变。
第四节
蛋白质的理化性质及其分离纯化
一、蛋白质的理化性质 蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质 一部分与氨基酸相似，如两性电离、等电点、呈色反应等， 也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、胶体性质、变性 等。
蛋白质的两性电离及等电点
*蛋白质的等电点（pI） 蛋白质的电泳
*蛋白质的四级结构(quarternary
structure):蛋白质分子中各个亚 基的空间排布及亚基接触部位的布 局和相互作用
稳定因素：非共价键 氢键、离子键、疏水键
血红蛋白结构示意图
由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子 结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子 结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。
（三）蛋白质组学研究的科学意义
第三节 蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质的一级结构与功能的关系
（一）蛋白质一级结构是空间结构的基础
蛋白质的一级结构决定其空间结构，空间结构
决定其功能。
Anfinsen 经典实验 核糖核酸酶 变性
复性
相似的一级结构有相同或相似的生物学功能
B30 B30 B30
物种间越接近， 一级结构越相似， 空间结构和功能也
γ-酰胺键
Cys
H
还原型
Gly Glu
氧化型