第四章 蛋白质
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第四章蛋白质(中医)
去除尿素、 β-巯基乙醇
天然状态， 有催化活性
尿素、 β-巯基乙醇
非折叠状态，无活性
* 蛋白质沉淀 在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽 链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉 淀，但并不变性。
* 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固 的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
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。
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
脱水作用
++ +
+
+
+ ++
带正电荷的蛋白质
脱水作用
脱水作用
－－
碱
酸－
－
－
－－ －
不稳定的蛋白质颗粒
带负电荷的蛋白质
溶液中蛋白质的聚沉
三、蛋白质的变性、沉淀和凝固
* 蛋白质的变性(denaturation) 在某些物理和化学因素作用下，其特定的 空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无 序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生 物活性的丧失。
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn ) • 无规卷曲 ( random coil )
（1） -螺旋
第四章 蛋白质的功能【生物化学】
• 153个氨基酸残基的多肽主链 • 由长短不等的8段直ɑ-螺旋组 成(A,B,C,D,E,F,G,H) • 螺旋段间为自由卷曲，相应的 非螺旋区段(也称拐弯)为 NA(N-末端区段)、AB、 BC…FG、GH、HC （C-末端区 段）。其中4个脯氨酸各处于一 个拐弯处。Ser, Thr, Asn, lle处于 其余4个拐弯处； • 整个分子分成两层，构成其单 结构域。
卟啉环 血红素
卟啉的充填模型
氧可以与血红素辅基结合
蛋白质不能与氧发生可逆结合， 而是通过与原卟啉Ⅸ固定的铁原 子来进行的 原卟啉Ⅸ与Fe的络合物铁原卟 啉Ⅸ称血红素，血红素位于肌红 蛋白分子的一个沟缝中。 卟啉环的中心亚铁原子只有六 个配位键，四个与平面的卟啉环 的氮原子结合，另外两个与卟啉 平面垂直 配体的4个氮原子有助于抑制 血红素铁原子转变为三价态。亚 铁可以可逆地结合氧，三价铁则 不能结合氧。
氧与肌红蛋白的结合
氧结合部位
亚铁离子的第5配位键与肌红蛋 白组氨酸残基（His F8）（近侧） 的咪唑N结合 如果Fe以三价存在，Fe3+将与水 结合而不能再与氧结合,血红素周围 的疏水环境能保护Fe2+不被氧化成 Fe3+ 远侧组氨酸残基为E7，其咪唑环N 能与O2分子相互作用，使O2分子夹 在Fe和咪唑环中间的空间位阻区域。
Hb含4个血红素辅基，能结合4个O2。Hb中作为氧结合部位的空穴与 Mb中的极相似, 它们都有两个关键的His残基(E7和F8)和两个疏水残基 (Phe-CDl和Leu-F4)。
血红蛋白(Hb)的三维结构
四个氧的结合部位彼此保 持一定的距离 两个不同亚基间即α1β2 或α2β1间作用力大而α α或β β间作用力小.
血红蛋白的结构与功能
第四章蛋白质的共价结构
三字母符号时，氨基酸之间用连字符(－)或(· )隔开。
• 一级结构的全部内容包括： 多肽链数目、氨基酸组成、氨基酸顺序、连接方式、 二硫键的数目和位置、非氨基酸成分等
自1953年Sanger F.报道了牛胰岛素两条多肽链 的氨基酸序列以来，已有100，000多个不同蛋白质 的氨基酸序列被测定（简称蛋白质测序）。
蛋白质的一级结构研究
研究一级结构需要阐明的内容： • 1）蛋白质分子的多肽链数目。 • 2）每条肽链的末端残基种类。 • 3）每条肽链的氨基酸顺序。 • 4）链内或链间二硫键的配置等。
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。 • 可以为生物进化理论提供依据。 • 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。
CH C
N
CH COO -
O
Peptide bond
* 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……
* 由二十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)。
* 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)。
R2 O
R3 O
H2N CH C HN CH C HN CH C
N端
氨基酸残基 氨基酸残基
肽链书写方式：N端→C端 肽链有链状、环状和分支状。
Rn O HN CH COH
C端
命名：根据氨基酸组成，由N端→C端命名
O
O
H3C CH C HN CH2 C HN CH COOH
NH2
CH2
CH H3C CH3
蛋白质的一级结构是指蛋 白质多肽链中氨基酸的排 列顺序，包括二硫键的位 置。其中最重要的是多肽 链的氨基酸顺序，它是蛋 白质生物功能的基础。
• 一级结构的全部内容包括： 多肽链数目、氨基酸组成、氨基酸顺序、连接方式、 二硫键的数目和位置、非氨基酸成分等
自1953年Sanger F.报道了牛胰岛素两条多肽链 的氨基酸序列以来，已有100，000多个不同蛋白质 的氨基酸序列被测定（简称蛋白质测序）。
蛋白质的一级结构研究
研究一级结构需要阐明的内容： • 1）蛋白质分子的多肽链数目。 • 2）每条肽链的末端残基种类。 • 3）每条肽链的氨基酸顺序。 • 4）链内或链间二硫键的配置等。
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。 • 可以为生物进化理论提供依据。 • 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。
CH C
N
CH COO -
O
Peptide bond
* 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……
* 由二十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)。
* 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)。
R2 O
R3 O
H2N CH C HN CH C HN CH C
N端
氨基酸残基 氨基酸残基
肽链书写方式：N端→C端 肽链有链状、环状和分支状。
Rn O HN CH COH
C端
命名：根据氨基酸组成，由N端→C端命名
O
O
H3C CH C HN CH2 C HN CH COOH
NH2
CH2
CH H3C CH3
蛋白质的一级结构是指蛋 白质多肽链中氨基酸的排 列顺序，包括二硫键的位 置。其中最重要的是多肽 链的氨基酸顺序，它是蛋 白质生物功能的基础。
蛋白质
pH=9 -
pH>ppIH=pI
4.2 基本结构单位——氨基酸
阴离子 pI= ½ (pKn+pKn+1) = ½ (2.34+9.60) = 5.97
两性离子
阳离子
甘氨酸的滴定曲线
4.2 基本结构单位——氨基酸
光学性质
280nm吸收值的测定是蛋 白质定量最常用的方法
芳香族氨基酸 的紫外吸收谱
4.2 基本结构单位——氨基酸
4.3 肽
四肽的形成
4.3 肽
肽的结构和表示法
肽键 性质相当于双键 酰胺平面
氨基端 或N端
多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基 主链：氨基酸由肽键连接成的长链骨架 侧链：各氨基酸残基的R基团
羧基端 或C端
4.3 肽
中文表示法：从肽链的N端开始，对氨基酸残基逐一命名， 残基称氨酰，如：甲硫氨酰天冬氨酰亮氨酰酪氨酸 三字母表示法： Met-Asp-Leu-Tyr 或 Met.Asp.Leu.Tyr 单字母表示法：MDLY
4.4 蛋白质的分子结构
蛋白质的分子结构
4.4 蛋白质的分子结构
蛋白质的一级结构及其测定 蛋白质的分子构象 蛋白质分子结构与功能的关系
4.4 蛋白质的分子结构
蛋白质的一级结构及其测定 蛋白质的一级结构
指蛋白质分子中氨基酸残基的连接方式和排列 顺序。包括肽链的数目、端基的组成、氨基酸 的排列和二硫键的位置等，又称化学结构
表示法 三字母表示法 单字母表示法 标注二硫键
牛胰岛素
4.4 蛋白质的分子结构
蛋白质一级结构的测定
蛋白质制剂的纯化 活性蛋白质（未变性蛋白质）分子量测定 活性蛋白质肽链数的测定和分离 氨基酸序列测定
第四章__蛋白质--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版)
侧链含有羧基：Asp（D）, Glu（E）
侧链含酰胺基：Asn（N）, Gln（Q）
侧链显碱性：Arg（R）, Lys（K）
2.芳香族氨基酸 包括苯丙氨酸（Phe,F）和酪氨酸(Tyr,Y)两种。 酪氨酸是合成甲状腺素的原料。
3.杂环氨基酸 包括色氨酸(Trp,W)、组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)三种。其中的色氨酸与芳香族氨基酸都含苯环，都有紫外吸收(280nm)。所以可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质的含量。组氨酸也是碱性氨基酸，但碱性较弱，在生理条件下是否带电与周围内环境有关。它在活性中心常起传递电荷的作用。组氨酸能与铁等金属离子配位。脯氨酸是唯一的仲氨基酸，是α-螺旋的破坏者。
B是指Asx，即Asp或Asn；Z是指Glx，即Glu或Gln。
基本氨基酸也可按侧链极性分类：
非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种
极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种
带正电荷：Arg, Lys, His
二、蛋白质的分类
（一）按分子形状分类
1.球状蛋白 外形近似球体，多溶于水，大都具有活性，如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等。球状蛋白的长度与直径之比一般小于10。
2.纤维状蛋白 外形细长，分子量大，大都是结构蛋白，如胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白等。纤维蛋白按溶解性可分为可溶性纤维蛋白与不溶性纤维蛋白。前者如血液中的纤维蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等，后者如胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白等结构蛋白。
三.蛋白质的结构
一级结构 结构特点、测定步骤、常用方法、酶
二级结构 四种 结构特点、数据、超二级结构
侧链含酰胺基：Asn（N）, Gln（Q）
侧链显碱性：Arg（R）, Lys（K）
2.芳香族氨基酸 包括苯丙氨酸（Phe,F）和酪氨酸(Tyr,Y)两种。 酪氨酸是合成甲状腺素的原料。
3.杂环氨基酸 包括色氨酸(Trp,W)、组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)三种。其中的色氨酸与芳香族氨基酸都含苯环，都有紫外吸收(280nm)。所以可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质的含量。组氨酸也是碱性氨基酸，但碱性较弱，在生理条件下是否带电与周围内环境有关。它在活性中心常起传递电荷的作用。组氨酸能与铁等金属离子配位。脯氨酸是唯一的仲氨基酸，是α-螺旋的破坏者。
B是指Asx，即Asp或Asn；Z是指Glx，即Glu或Gln。
基本氨基酸也可按侧链极性分类：
非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种
极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种
带正电荷：Arg, Lys, His
二、蛋白质的分类
（一）按分子形状分类
1.球状蛋白 外形近似球体，多溶于水，大都具有活性，如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等。球状蛋白的长度与直径之比一般小于10。
2.纤维状蛋白 外形细长，分子量大，大都是结构蛋白，如胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白等。纤维蛋白按溶解性可分为可溶性纤维蛋白与不溶性纤维蛋白。前者如血液中的纤维蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等，后者如胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白等结构蛋白。
三.蛋白质的结构
一级结构 结构特点、测定步骤、常用方法、酶
二级结构 四种 结构特点、数据、超二级结构
食品营养学-第四章-蛋白质
下公式推算出蛋白质的大致含量：
1/16 % 100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
一块块砖头垒成了万里长城
氨基酸就是构成蛋白质这个 “万里长城”的基石
必需氨基酸 构成蛋白质的氨基酸常见约有20种,其中 有8种是人体自身不能合成的必需通过食物 摄入称为必需氨基酸。
缬氨酸 、亮氨酸、异亮氨酸、 苯丙氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、 苏氨酸、赖氨酸。
氨基酸模式 (amino acid pattern) 是指某种蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。
当食物蛋白质的氨基酸模式越接近人体蛋白质的 氨基酸模式时，必需氨基酸被机体利用的程度也越高， 则食物蛋白质的营养价值越高。 其中氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式最接近的 某种蛋白质常被作为参考蛋白 (reference protein) ，通常为鸡蛋蛋白质。
蛋白质的食物来源
蛋白质广泛存在于动物性食物（畜、禽、鱼、 蛋、奶）和植物性食物（豆类、谷类）中。
动物性蛋白质质量好，在人体内利用率高，但 同时富含脂肪酸和胆固醇。
植物性蛋白质利用率较低。我国膳食谷类蛋白 为主。 大豆蛋白质量好，利用率高。 应注意膳食中蛋白质互补！
6、蛋白质缺乏的表现
按照蛋白质营养价值高低分类
完全蛋白质
半完全蛋白质
不完全蛋白质
种类齐全 数量充足 比例合适
种类齐全
种类不全
食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸含量 相对较低，导致其它必需氨基酸在体内不能被 充分利用，造成食物蛋白质营养价值降低，则 这些含量较低的氨基酸称限制氨基酸 (limiting amino acid，LAA)。其中含量最低 的称第一限制氨基酸。
二、蛋白质的组成
第四章 蛋白质的性质、分类及研究方法
OUS PS EOVE RLA HOWT SEO WTOU VERL APS HO
多肽序列分析实例
蛋白质研究方法
假定你发现一种新的蛋白质：蛋白质X 1. 如何得到这种蛋白质?
蛋白质的分离、纯化技术 2. 这种蛋白质的大小？
（SDS-PAGE） 3.它的pI是多少？
（等电聚焦） 4. 其他细胞或其他生物体内是否存在？ （Western印迹） 5. 其一级结构如何？
`
• N末端:
• Sanger法（FDNB)
• C端：
肼解法
此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加 热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成 肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-
端氨基酸分离。
RO H2N CH C
R n-1O
Rn O
HN CH C HN CH C OH
几种蛋白酶特异性的比较
蛋白质的各种 间接测定法。
先得到某一种蛋白质基因的核苷酸序列，然后根据通用的 遗传密码表间接推导出由其决定的氨基酸序列。(DNA测定 序列简单，无法确定最终加工后蛋白质序列、修饰后蛋白 质序列、二硫键信息）
蛋白质一级结构直接测定法的主要步骤
沉降系数S：
大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场 的速度。 或S=v/ω^2‧r。s是沉降系数，ω是离心转子 的角速度（弧度/秒），r是到旋转中心的距 离，v是沉降速度。 沉降系数以每单位重力的沉降速度表示， （the velocity per unit force）并且生物大分 子通常为1～500×10^-13秒范围 如令1×10^-13=S 那么生物大分子沉降系数 通常为1～500S S=(p-m)V/f
第四章 蛋白质的性 质分类及研究方法
多肽序列分析实例
蛋白质研究方法
假定你发现一种新的蛋白质：蛋白质X 1. 如何得到这种蛋白质?
蛋白质的分离、纯化技术 2. 这种蛋白质的大小？
（SDS-PAGE） 3.它的pI是多少？
（等电聚焦） 4. 其他细胞或其他生物体内是否存在？ （Western印迹） 5. 其一级结构如何？
`
• N末端:
• Sanger法（FDNB)
• C端：
肼解法
此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加 热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成 肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-
端氨基酸分离。
RO H2N CH C
R n-1O
Rn O
HN CH C HN CH C OH
几种蛋白酶特异性的比较
蛋白质的各种 间接测定法。
先得到某一种蛋白质基因的核苷酸序列，然后根据通用的 遗传密码表间接推导出由其决定的氨基酸序列。(DNA测定 序列简单，无法确定最终加工后蛋白质序列、修饰后蛋白 质序列、二硫键信息）
蛋白质一级结构直接测定法的主要步骤
沉降系数S：
大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场 的速度。 或S=v/ω^2‧r。s是沉降系数，ω是离心转子 的角速度（弧度/秒），r是到旋转中心的距 离，v是沉降速度。 沉降系数以每单位重力的沉降速度表示， （the velocity per unit force）并且生物大分 子通常为1～500×10^-13秒范围 如令1×10^-13=S 那么生物大分子沉降系数 通常为1～500S S=(p-m)V/f
第四章 蛋白质的性 质分类及研究方法
第四章 蛋白质的重要性质
(六)蛋白质的的分离、纯化与鉴定
1.蛋白质分离、纯化的过程和一般原则
（1）前处理（Pretreatment）---细胞破碎，蛋白
质从原来的组织或细胞中以溶解的状态释放出来。
（2）粗分级（Rough fractionation） 当蛋白质混
合物的提取液获得后，选用一套适当分离纯化方法
，使目的蛋白与大量的杂蛋白分离开。
四.蛋白质的重要性质
(六)蛋白质的的分离、纯化与鉴定
2.蛋白质分离纯化的一般方法 （1）根据蛋白质分子大小不同的分离方法
a. 透析和超滤 透析（dialysis）
b. 和超滤（ultrafiltration）
四.蛋白质的重要性质
(六)蛋白质的的分离、纯化与鉴定 2.蛋白质分离纯化的一般方法 （1）根据蛋白质分子大小不同的分离方法 b. 密度梯度（区带）离心 c. 凝胶过滤（gel filtration）
2.蛋白质分离纯化的一般方法
（3）根据蛋白质电荷不同的分离方法 a. 电泳--在电场中，带电颗粒向着与其带相反电荷的 电极移动，这种现象称电泳（electrophoresis）。
四.蛋白质的重要性质
影响迁移率的因素：电位梯度
电流密度
导电性
环境pH （分子电荷）
离子强度
分子的大小、形状
根据电泳的原理和影响因素可以设计不同的电 泳方法以达到预期的目的
四.蛋白质的重要性质
(二)两性解离及等电点
蛋白质的等电点（pI）：当某蛋白质在一定的pH
的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场中既不向
阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值叫做该蛋白质
的等电点。
蛋白质的带电性质与溶液的pH有关。利用蛋白质 的两性解离可以通过电泳分离纯化蛋白质。
第四章 蛋白质化学
优点 缺点酸水解6M, HCI 或4M, H2SO4 回流煮沸20h不起消旋作用色氨酸被破坏，羟基氨基酸部分分解，酰氨 基水解碱水解5M NaOH 共煮10-20h色氨酸稳定多数氨基酸遭到不同程度的破坏，产生消旋现 象，得D ，L 混合物，精氨酸脱氨常见蛋白质氨基酸根据R 基的结构特性分为脂肪族；芳香族和杂环不常见蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸脯氨酸，无自由α-氨基，在肽链转角处丰富。
根据R 极性分为：非极性氨基酸、不带电荷的极性氨基酸、带正电荷的氨基酸和带负电荷的氨基酸。
Ⅱ、不常见的蛋白质氨基酸Ⅲ、非蛋白质氨基酸四、氨基酸的重要理化性质一般物理性质无色晶体，熔点极高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。
（一）氨基酸的酸碱化学Ⅰ、氨基酸的兼性离子形式⒈有关氨基酸的兼性离子形式推测的基础有机物分子：如以中性分子形式存在，熔点较低，如二苯氨是53℃，原因：晶体分子间维系力是靠范德华力作用，作用较弱；如以离子状态存在熔点较高，如氯化钠是200℃，原因：分子间靠离子键来维持，作用较强。
在溶液中非极性分子使溶液介电常数降低，而极性分子使溶液介电常数升高，而离子态是强的极性分子。
氨基酸分析结果发现：其晶体熔点高200℃以上，其溶液介电常数升高，说明氨基酸是以离子状态存在，氨基酸是两性电解质(ampholytes)，氨基酸完全质子化时是多元酸，侧链不解离的中性氨基酸是二元酸、酸性和碱性氨基酸可视为三元酸。
既可以被酸滴定又可以被碱滴定，Ⅱ、氨基酸的解离Ⅲ、氨基酸的等电点：曲线可知氨基酸可以带上正电或者负电荷，也可以带电荷为零。
静电荷为0时的pH 称为氨基酸的等电点（pI），对于不解离的中性氨基酸来说其等当点等于pK1，pK2 算术平均值；对侧链基团解离的氨基酸，等电点为其两侧pK 的算术平均值；等电点与离子浓度无关，只决定于兼性离子两侧pK 值。
当pH＞pI，带负电；当pH＝pI，不带电；当pH＜pI，带正点Ⅳ、氨基酸的甲醛滴定(formol titration)氨基酸既是酸又是碱，但却不能为酸或碱直接滴定；等当离子点时pH 过高或过低，滴定终点过高和过低，无适当的指示剂。
第四章蛋白质的营养
1）概念：某种或几种氨基酸含量不足，不能 满足动物需要，而影响动物的生产性能。
2）特点：缺乏的氨基酸常常是EAA ；常发 生在低蛋白饲粮和生长快、高产的动物； 缺乏症可通过补充所缺乏的氨基酸而缓解 或纠正。
（4）氨基酸中毒
由于饲粮中某种氨基酸含量过高而引起 动物生产性能下降，添加其他氨基酸可部 分缓解中毒症，但不能完全消除。
生长猪：10种EAA---- 赖 、蛋 、色 、苯丙、 亮、异亮、缬、苏、组、精氨酸；
成年猪禽：8种---不包含组氨酸和精氨酸；
生长禽：13种----部分节约EAA的AA。 丝氨酸→甘氨酸（部分） 胱氨酸→蛋氨酸（50%） 酪氨酸→苯丙氨酸（30-50%） 5.条件性必需氨基酸：
是指饲粮中各种氨基酸的数量和相互间的 比例与动物的需要量相符合。说明该饲粮 （料）的氨基酸是平衡的，反之，则为不 平衡。 只有在饲粮中氨基酸保持平衡状态下，氨 基酸才能最有效地被利用，任何一种氨基 酸的不平衡都会导致动物体内的蛋白质消 耗增多，而生产性能也将明显降低。
（2）水桶理论
（3）氨基酸的缺乏
9.氨基酸互补
也称蛋白质互补，是指两种或两种以上的 蛋白质通过混合，以弥补各自在氨基酸组 成和含量上的营养缺陷。
生产实践中，这是提高蛋白质生物学价值 的有效方法。混合料蛋白质的生物学价值 高于任何一种单一饲料的蛋白质生物学价 值。是配合饲料生产的理论基础之一。
三、AA平衡理论及理想蛋白质
1.AA平衡理论 （1）AA平衡的概念
特定条件下必需由饲料供给的AA.
如:对仔猪, Arg、Glu是条件性EAA
6.非必需氨基酸（NEAA，Non-essential amino acid）:是指可不由饲粮提供，动物体内的合成完
全可以满足需要的氨基酸。但并不是指动物在生 长和维持生命活动的过程中不需要这些氨基酸。
2）特点：缺乏的氨基酸常常是EAA ；常发 生在低蛋白饲粮和生长快、高产的动物； 缺乏症可通过补充所缺乏的氨基酸而缓解 或纠正。
（4）氨基酸中毒
由于饲粮中某种氨基酸含量过高而引起 动物生产性能下降，添加其他氨基酸可部 分缓解中毒症，但不能完全消除。
生长猪：10种EAA---- 赖 、蛋 、色 、苯丙、 亮、异亮、缬、苏、组、精氨酸；
成年猪禽：8种---不包含组氨酸和精氨酸；
生长禽：13种----部分节约EAA的AA。 丝氨酸→甘氨酸（部分） 胱氨酸→蛋氨酸（50%） 酪氨酸→苯丙氨酸（30-50%） 5.条件性必需氨基酸：
是指饲粮中各种氨基酸的数量和相互间的 比例与动物的需要量相符合。说明该饲粮 （料）的氨基酸是平衡的，反之，则为不 平衡。 只有在饲粮中氨基酸保持平衡状态下，氨 基酸才能最有效地被利用，任何一种氨基 酸的不平衡都会导致动物体内的蛋白质消 耗增多，而生产性能也将明显降低。
（2）水桶理论
（3）氨基酸的缺乏
9.氨基酸互补
也称蛋白质互补，是指两种或两种以上的 蛋白质通过混合，以弥补各自在氨基酸组 成和含量上的营养缺陷。
生产实践中，这是提高蛋白质生物学价值 的有效方法。混合料蛋白质的生物学价值 高于任何一种单一饲料的蛋白质生物学价 值。是配合饲料生产的理论基础之一。
三、AA平衡理论及理想蛋白质
1.AA平衡理论 （1）AA平衡的概念
特定条件下必需由饲料供给的AA.
如:对仔猪, Arg、Glu是条件性EAA
6.非必需氨基酸（NEAA，Non-essential amino acid）:是指可不由饲粮提供，动物体内的合成完
全可以满足需要的氨基酸。但并不是指动物在生 长和维持生命活动的过程中不需要这些氨基酸。
生物化学：第四章 蛋白质
➢ 氨基酸可用于食品强化剂、调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂。 如谷氨酸钠盐、赖氨酸。
➢ 氨基酸用于饲料添加剂，主要是甲硫氨酸、赖氨酸。 ➢ 氨基酸及其衍生物与皮肤成分相似，有调节皮肤pH值和保护皮
肤的功能，现已广泛用以配制各种化妆品。 ➢ 聚谷氨酸因性质上接近角蛋白，被开发作为人造革的涂料，使
人造革具备天然皮革的特点。
酪氨酸
色氨酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
R基团带正电荷的氨基酸
赖氨酸
精氨酸
组氨酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
R基团带负电荷的氨基酸
天冬氨酸
谷氨酸
氨基酸的分类
根据生物体的需要，可将氨基酸分为
必需氨基酸 半必需氨基酸 非必需氨基酸
Lys Val Ile Leu phe Met
氨基酸的分类
根据氨基酸R基侧链的极性，可将氨基酸分为 疏水性氨基酸（非极性氨基酸）
Ala Val Ile Leu Pro Met phe Trp
亲水性氨基酸（极性氨基酸）
不带电荷的极性氨基酸 带正电荷的碱性氨基酸 带负电荷的酸性氨基酸
Ser Thr Tyr Asn Gln Cys Gly
Lys Arg His
K2
2
氨基酸的酸碱性质
➢ 2个概念：氨基酸的等电点 pI 氨基酸的可解离基团的pK值
➢ 以谷氨酸为例：
pI= ½ (pK1+pKR) = ½ (2.19+4.25) = 3.22
氨基酸的酸碱性质
➢ 氨基酸的每一功能基团可被酸碱所滴定，可根据氨基酸的 滴定曲线来推算pK值。
氨基酸的酸碱性质
结论：
➢ 高于等电点的任何pH值，氨基酸带有净负电荷，在电场中 将向正极移动。
➢ 氨基酸用于饲料添加剂，主要是甲硫氨酸、赖氨酸。 ➢ 氨基酸及其衍生物与皮肤成分相似，有调节皮肤pH值和保护皮
肤的功能，现已广泛用以配制各种化妆品。 ➢ 聚谷氨酸因性质上接近角蛋白，被开发作为人造革的涂料，使
人造革具备天然皮革的特点。
酪氨酸
色氨酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
R基团带正电荷的氨基酸
赖氨酸
精氨酸
组氨酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
R基团带负电荷的氨基酸
天冬氨酸
谷氨酸
氨基酸的分类
根据生物体的需要，可将氨基酸分为
必需氨基酸 半必需氨基酸 非必需氨基酸
Lys Val Ile Leu phe Met
氨基酸的分类
根据氨基酸R基侧链的极性，可将氨基酸分为 疏水性氨基酸（非极性氨基酸）
Ala Val Ile Leu Pro Met phe Trp
亲水性氨基酸（极性氨基酸）
不带电荷的极性氨基酸 带正电荷的碱性氨基酸 带负电荷的酸性氨基酸
Ser Thr Tyr Asn Gln Cys Gly
Lys Arg His
K2
2
氨基酸的酸碱性质
➢ 2个概念：氨基酸的等电点 pI 氨基酸的可解离基团的pK值
➢ 以谷氨酸为例：
pI= ½ (pK1+pKR) = ½ (2.19+4.25) = 3.22
氨基酸的酸碱性质
➢ 氨基酸的每一功能基团可被酸碱所滴定，可根据氨基酸的 滴定曲线来推算pK值。
氨基酸的酸碱性质
结论：
➢ 高于等电点的任何pH值，氨基酸带有净负电荷，在电场中 将向正极移动。
第四章蛋白质的物理化学性质
熵也是如此，体系在一定状态下有一定的值，当体系发生变化时要用可逆变化过程中的热温熵来衡量 它的变化值。
7
•吉布斯自由能(Gibbs free energy,G):亦称吉布斯函数，它是定温定压下系统的状态函数。可以用 公式表示为：
G=H-TS=E+pV-TS 其中，T为绝对温度；S为体系的熵 注意:吉布斯自由能是体系的性质，它的大小只决定于体系的始态和终态，而及变化的途径无关 (即及可逆及否无关)。
21
氢键对蛋白质天然结构的稳定作用只能来自于水-水氢键+链内氢键，和水-肽链氢键两种情况下的自由能之差。蛋 白质中有许多种氢键。
分类 弱氢键 中强氢键 强氢键
υOH/cm-1 >3200
2800~3100 700~2700
R（O…O）/nm >0.270
0.260~0.270 0.240~0.260
8
二、热容量 热容量:指系统在某一过程中，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。热容量的单位是J/K。 系统的热容量及状态的转变过程有关，及它所包含的物质的质量成正比，不同过程的热容量不同。 系统吸收的热量为正值，释放的热量为负值 使用微分扫描量热仪直接测定热容量变化
9
三、van’t Hoff 焓 • Van’t Hoff 规则 ：荷兰科学家范特霍夫 提出, 温度每升高10 K, 反应速度增加2-4倍
实例 H2O(水、水合物) R—OH(醇、酚) R—COOH(羧酸) MH(RCOO)2(酸盐)
22
氢键在蛋白折叠过程中的作用 杜克大学（Duke University）的化学家们通过改变蛋白质关键部位的单个原子，发现了相对作用力 较弱的氢键在使线形蛋白折叠成能发挥生物活性的最稳定结构中有重要作用
7
•吉布斯自由能(Gibbs free energy,G):亦称吉布斯函数，它是定温定压下系统的状态函数。可以用 公式表示为：
G=H-TS=E+pV-TS 其中，T为绝对温度；S为体系的熵 注意:吉布斯自由能是体系的性质，它的大小只决定于体系的始态和终态，而及变化的途径无关 (即及可逆及否无关)。
21
氢键对蛋白质天然结构的稳定作用只能来自于水-水氢键+链内氢键，和水-肽链氢键两种情况下的自由能之差。蛋 白质中有许多种氢键。
分类 弱氢键 中强氢键 强氢键
υOH/cm-1 >3200
2800~3100 700~2700
R（O…O）/nm >0.270
0.260~0.270 0.240~0.260
8
二、热容量 热容量:指系统在某一过程中，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。热容量的单位是J/K。 系统的热容量及状态的转变过程有关，及它所包含的物质的质量成正比，不同过程的热容量不同。 系统吸收的热量为正值，释放的热量为负值 使用微分扫描量热仪直接测定热容量变化
9
三、van’t Hoff 焓 • Van’t Hoff 规则 ：荷兰科学家范特霍夫 提出, 温度每升高10 K, 反应速度增加2-4倍
实例 H2O(水、水合物) R—OH(醇、酚) R—COOH(羧酸) MH(RCOO)2(酸盐)
22
氢键在蛋白折叠过程中的作用 杜克大学（Duke University）的化学家们通过改变蛋白质关键部位的单个原子，发现了相对作用力 较弱的氢键在使线形蛋白折叠成能发挥生物活性的最稳定结构中有重要作用
第4章 蛋白质结构与功能的关系
在潜水型哺乳动物如鲸鱼、海豹和海豚的肌肉内特别丰富，通过肌
红蛋百贮氧和分配氧，使这些动物能够保持长时间潜水。
2. 折8段 段长：7－24AA ——α螺旋结构
转弯处1－8AA 松散结构 pro,Ile,Gly
螺旋区：A、B、C、D、E、F、G和H
非螺旋区：NA,AB,BC,CD,DE,EF,FG,GH,HC 9区
二、血红蛋白的结构与功能
(一)血红蛋白的主要地位 血红蛋白是最早得到结晶的蛋白质之一；是第一个与生 理功能相联系的蛋白质，是第一个得到X-射线结构分析初 步结果的蛋白质；从血红蛋白一级结构的研究中提出了分 子病，从血红蛋白与O2结合的研究中发现了协同效应，这 些都说明血红蛋白在生物化学和分子生物学发展中的地位。 迄今可以说，与其他蛋白质相比，在结构与功能关系方面， 它是研究得最清楚的蛋白质。
(二)血红蛋白的结构
1.一级结构：
① 4条肽链：2 条α链——141AA
2条β链——146AA
574AA
4分子血红素
②分子量：64000，比肌红蛋白大四倍
③ 形状：近球形 65×55×50Å
④α、β链三维空间结构十分相似，并与肌红蛋白(Mb)相似， 但
Hb与Mb一级结构差别较大。
Hbα、Hbβ链与Mb链有27个位置的残基是相同的
（1）CO与游离血红素的结合能力比氧高2万倍，但当血红素与 肌红蛋白结合时仅比O2高200倍，这是由于肌红蛋白的HisE7 的空间位阻造成的，它排斥了线性连接的CO，使肌红蛋白中 CO的结合会减弱。这种对CO结合的影响是有生理意义的， 因为CO是细胞代谢低水平的副产物。
（2）在肌红蛋白中，氧与血红素的结合也依赖于在蛋白质结构 内的分子运动，或“呼吸”。血红素包埋在折叠好的肽链的 内部，来自于周围溶液的氧不能直接与配体结合点连接。如 果蛋白质是刚性的，氧就不能以特定的速率进入或离开血红 素。然而，氨基酸侧连分子迅速伸缩，将在蛋白质结构中产 生瞬间的空腔，通过这些空腔氧显然可以实现进出。计算机 模拟肌红蛋白中快速的结构波动表明，存在许多这样的途径， 一个主要的路径是His64侧链旋转实现的。即使是微小的构象 变化，对蛋白质来说也是至关重要的。
第4章 蛋白质
将H原子靠近自己，观察CAR的走向，逆时 针（左转）为L型，顺时针（右转）为D型。 D：dextro 右 C：carboxyl group ; 拉丁语中 L： levo 左 A：amino group ;
R：residue ;
A L型
C R
R A
C D型
24
• 天然pr中的aa均为L-型； • 两型aa的生理功能不同。
抗 体
11
6、激素作用：
胰岛素等
7、接受和传递信息的受体：
受体蛋白
8、控制细胞生长、分化：
生长因子、阻遏蛋白
9、毒蛋白：
植物、微生物、昆虫所分泌
10、许多蛋白在凝血作用、通透作用、 营养作用、记忆活动等方面起重要作用。
12
二、蛋白质的含量与分布
动物性食品：肌肉、皮、骨骼、血液、乳 和蛋中； 植物性食品：籽实和块根、块茎； 在微生物中也含有丰富的蛋白质 一般食物蛋白质含量:肉类(包括鱼类)为10 %～30%；乳类为1.5%～3.8%；蛋类为11%～ 14%；干豆类20%～49.8%，坚果类(核桃仁、 榛子仁等)为15%～26%；谷类果实6%～10%， 薯类约为2%～3%。
6
一、蛋白质的生物学功能
（一）组织、细胞中主要蛋白质的功能 1、催化作用 • 几乎所有的酶都是蛋白质
7
2、生物体的结构成分
膜 蛋 白
8
3、运输和储存
血红蛋白在血中输送氧 肌红蛋白在肌肉中输送氧
•膜蛋白起运输作用
9
4、在协调运动中的作用中
动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动神经传 导
10
5、在识别、防御免疫保护作用
54
1．氨基酸的连接方式——肽键
• 肽键(peptide bond)：为1个氨基酸的α氨基和另一氨基酸的α-羧基之间脱水后 形成的共价键，即酰胺键。 • 此为蛋白质中氨基酸连接的基本方式。
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➢单链蛋白质只有一、二、三级结构，无四级 结构。
(a)
(b)
羧基肽酶A的结构域及其反应时结构域的相对运动
(a)未结合配体的酶的形式 (b)结合配体后的酶的形式
羧基肽酶的局部三级结构
第三节 蛋白质结构与功能的关系
1.一级结构相似的蛋白质功能相似 一级结构不同的蛋白质功能不同
胰岛素的一级结构及种属差异
氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；
➢⑶ 有Pro等亚氨基酸存在（不能形成 氢键），形成“结节”。
β-折叠(P66)
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。
2. β－折叠结构特点
(１) 相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
➢二级结构实质上是由肽键平 面盘折成的空间构象
2.类型 α-螺旋、 β-折叠、β-转角、无规卷曲
a-螺旋(P66)
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, 几乎都是右手螺旋
(2) 每3.6个氨基酸残基 绕成一个螺圈(3600)
➢从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准 氨基酸组成。形成复杂的氨基酸长链，中间 靠肽键连接，形成多肽或蛋白质。
氨基酸的结构特点（补）
❖氨基酸结构通式: COOH
COO-
H2N Cα
H 或 H3N+ Cα
H
R
R
构成蛋白质的氨基酸的结构特点:
1. 在α －碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)
2. α－碳原子为不对称碳原子或手性碳原子 (甘氨酸除外)
Met Phe Met Phe Lys Met Phe Lys Cys Thr
二肽
三肽 五肽
➢寡肽：由10个以内氨基酸连成的小肽 ➢多肽：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
氨基末端(Ｎ－端)
羧基末端(C －端)
2.维持蛋白质四级结构的作用力
次级键 主要是疏水作用 盐键、氢键
亚基
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
➢三级结构：整条多肽链或亚基通过盘旋、折 叠，形成紧密的、借各种次级键维持的球状 构象。
➢四级结构：寡聚蛋白中亚基种类、数目、空 间排布及亚基间相互作用力。
1. 肽键
共价键
维系蛋白质一级结构
2. 二硫键
共价键
维系蛋白质三级结构
3. 次级键
非共价键
维系蛋白质空间结构
非共价键
氢键 疏水相互作用 离子键
范德华力
二硫键
•
氢键
负电性很强的原子（如氧或氮） 和与氧或氮共价结合的氢原子相
互吸引，这种作用力称为氢键。
疏水相互作用
由非极性 基团受到 水分子排 斥相互聚 集在一起 的作用力
第四章 蛋白质
本章要点： 一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质水解的方法、基本单位及与蛋白质有关的氨基酸种 类 三、α-氨基酸的组成、结构及味感 四、氨基酸的基本性质：等电点的定义、意义 五、蛋白质一级结构：肽、多肽、肽键的定义 六、蛋白质二级结构包含的内容 七、蛋白质的等电点的定义、意义 八、蛋白质沉淀作用的定义及维持蛋白质稳定的因素 九、蛋白质变性作用的定义和引起变性的原因 十、蛋白质的分类
COO-
H3N+ Ca H
R
除碱性氨基酸外，其余氨基酸的等电点均小于7
➢pH > pI时，氨基酸带负电荷， —COOH解离成—COO-，向正极移动。
➢pH = pI时，氨基酸净电荷为零 ➢ pH < pI时，氨基酸带正电荷，
—NH2 解 离 成 —NH3+ ， 向 负 极 移 动 。
蛋白质含量计算
磷酸丙糖同分异构酶 a / β结构域
乳酸脱氢酶结构域 a / β结构域
Cu,Zn超氧化物歧化酶 全β-折叠结构域
β片层之间由无规肽链相连
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
ACTH 促肾上腺素皮质激素
MSH 促黑激素
2.蛋白质的空间结构决定生物学功能
例1
124个aa
4对二硫键
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
例2 血红蛋白 由4个亚基组成
功能:运输O2
变构效应
蛋白质分子与它的配体结合后构象发生变化,
其功能也随之变化的现象,称为变构效应
协同效应
➢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(amino acid residue)。
肽链的骨干是 由肽单元重复 排列而成长链， H2N
称为主链。
O
氨基酸残基的
HS
Ｒ－基连在主
链上成为侧链。
CH3 S
H2N
NH
NH
O
O
NH
O
NH NH
O HO H3C
HO
O OH
蛋白质三级结构的意义： 蛋白质的三级结 构决定了蛋白质 的生物学功能.
维持三级结构稳定的键
侧链基团 之间形的 氢 键、 离子键、 疏水作用、 分子引力、 二硫键
蛋白质的四级结构
1.概念
是指亚基间的空间排布、亚基间相互作用与 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。
第一章 蛋白质的化学组成与分类
一、蛋白质的化学组成（P52）
碳(C) 50% ~ 55%
元 素 组
氢(H) 氧(O)
6% ~ 8% 20% ~ 30%
成
氮(N) 15% ~ 18% 16%
硫(S)
0% ~ 4%
磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
❖由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，
在220～300nm有紫外吸收 苯环共轭双键 3.呈色反应
氨基酸能与某些化学试剂反应，产生颜色
氨基酸的味感
➢D-型氨基酸多数带有甜味 ➢L-型氨基酸有甜、苦、鲜、酸等四种不同 味感
两性解离性质（P57）
❖等电点(pI)
氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等，分 子所带的净电荷为零，此时溶液的pH值就称 为该氨基酸的等电点。
*类型
全a-螺旋、 a / β 全β-折叠、 无规卷曲
结构域：大的球蛋白分子中，多肽链形成几个紧密的球
状构象，彼此以松散的肽链相连，此球状构象是结构 域，结构域是多肽链的独立折叠单位，一般由100-200 个氨基酸残基构成。
由这些结构域缔合成具有三级结构的分子或亚基
噬菌体T4 全a-螺旋结构域
HN O
H3C
CH3
几个重要的肽
1.谷胱甘肽(GSH)
(1)组成
由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)和甘氨酸(Gly)组成
Glu
Cys
Gly
(2) 功能
GSH是体内重要的还原剂
谷胱甘肽 Glu—Cys—Gly
➢红细胞中的巯基缓冲剂。
➢参与氧化还原过程，清除内源性过氧化 物和自由基，维护蛋白质活性中心的巯 基处于还原状态。
所以，可以根据生物样品中的含氮量来 计算蛋白质的大概含量
❖蛋白质含量=生物样品中含氮量 6.25
二、蛋白质的分类（P52）
活性蛋白质 根据生物学功能分为
非活性蛋白质
根据化学组成分为 单纯蛋白质（简单蛋白质） 结合蛋白质
球状蛋白质 根据分子形状分为
纤维状蛋白质
第二节 氨基酸（P53）
❖氨基酸是蛋白质的基本组成单位
2GSH
GS—SG
H2O2 + 2GSH
2H2O + GS—SG
2、 短杆菌肽（抗生素）
由短杆菌产生的10肽环。临床用于治疗化 浓性病症。
第四节 蛋白质的分子结构
一、维系蛋白质结构的作用力 二、 蛋白质的一级结构 三、 蛋白质的二级结构 四、 蛋白质的三级结构 五、 蛋白质的四级结构
维系蛋白质结构的作用力
3.酸性氨基酸
R-基有COOH(COO-)
带负电荷
4.碱性氨基酸
R-基有NH2(NH3+)
带正电荷
赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His)
氨基酸的理化性质
1.两性解离性质
2.紫外吸收性质（P58）
20种氨基酸在 λ<220nm都有紫外吸收。 酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)和色氨酸(Trp)
1.凯氏定氮法
样品中蛋白质含量＝样品含氮量×6.25
2.比色法
L-B定律 A~C
（1）双缩脲法
（2）Folin-酚试剂法
（3）考马斯亮兰染色法
3.紫外分光光度法
第三节 肽（P63）
氨基酸之间的连接
1.肽键
一个氨基酸的α-羧基与另一个氨
HO 丙氨酸
(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。
平 行 式 反 平 行 式
（三）β-转角(P67)
1.概念
肽链出现1800回折的转角处结构
2.结构特征 称为β-转角。
*常见于球状蛋 白质分子表面.
*第一个残基的 C=O与第四个 残基的N-H形 成氢键.
(a)
(b)
羧基肽酶A的结构域及其反应时结构域的相对运动
(a)未结合配体的酶的形式 (b)结合配体后的酶的形式
羧基肽酶的局部三级结构
第三节 蛋白质结构与功能的关系
1.一级结构相似的蛋白质功能相似 一级结构不同的蛋白质功能不同
胰岛素的一级结构及种属差异
氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；
➢⑶ 有Pro等亚氨基酸存在（不能形成 氢键），形成“结节”。
β-折叠(P66)
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。
2. β－折叠结构特点
(１) 相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
➢二级结构实质上是由肽键平 面盘折成的空间构象
2.类型 α-螺旋、 β-折叠、β-转角、无规卷曲
a-螺旋(P66)
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, 几乎都是右手螺旋
(2) 每3.6个氨基酸残基 绕成一个螺圈(3600)
➢从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准 氨基酸组成。形成复杂的氨基酸长链，中间 靠肽键连接，形成多肽或蛋白质。
氨基酸的结构特点（补）
❖氨基酸结构通式: COOH
COO-
H2N Cα
H 或 H3N+ Cα
H
R
R
构成蛋白质的氨基酸的结构特点:
1. 在α －碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)
2. α－碳原子为不对称碳原子或手性碳原子 (甘氨酸除外)
Met Phe Met Phe Lys Met Phe Lys Cys Thr
二肽
三肽 五肽
➢寡肽：由10个以内氨基酸连成的小肽 ➢多肽：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
氨基末端(Ｎ－端)
羧基末端(C －端)
2.维持蛋白质四级结构的作用力
次级键 主要是疏水作用 盐键、氢键
亚基
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
➢三级结构：整条多肽链或亚基通过盘旋、折 叠，形成紧密的、借各种次级键维持的球状 构象。
➢四级结构：寡聚蛋白中亚基种类、数目、空 间排布及亚基间相互作用力。
1. 肽键
共价键
维系蛋白质一级结构
2. 二硫键
共价键
维系蛋白质三级结构
3. 次级键
非共价键
维系蛋白质空间结构
非共价键
氢键 疏水相互作用 离子键
范德华力
二硫键
•
氢键
负电性很强的原子（如氧或氮） 和与氧或氮共价结合的氢原子相
互吸引，这种作用力称为氢键。
疏水相互作用
由非极性 基团受到 水分子排 斥相互聚 集在一起 的作用力
第四章 蛋白质
本章要点： 一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质水解的方法、基本单位及与蛋白质有关的氨基酸种 类 三、α-氨基酸的组成、结构及味感 四、氨基酸的基本性质：等电点的定义、意义 五、蛋白质一级结构：肽、多肽、肽键的定义 六、蛋白质二级结构包含的内容 七、蛋白质的等电点的定义、意义 八、蛋白质沉淀作用的定义及维持蛋白质稳定的因素 九、蛋白质变性作用的定义和引起变性的原因 十、蛋白质的分类
COO-
H3N+ Ca H
R
除碱性氨基酸外，其余氨基酸的等电点均小于7
➢pH > pI时，氨基酸带负电荷， —COOH解离成—COO-，向正极移动。
➢pH = pI时，氨基酸净电荷为零 ➢ pH < pI时，氨基酸带正电荷，
—NH2 解 离 成 —NH3+ ， 向 负 极 移 动 。
蛋白质含量计算
磷酸丙糖同分异构酶 a / β结构域
乳酸脱氢酶结构域 a / β结构域
Cu,Zn超氧化物歧化酶 全β-折叠结构域
β片层之间由无规肽链相连
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
ACTH 促肾上腺素皮质激素
MSH 促黑激素
2.蛋白质的空间结构决定生物学功能
例1
124个aa
4对二硫键
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
例2 血红蛋白 由4个亚基组成
功能:运输O2
变构效应
蛋白质分子与它的配体结合后构象发生变化,
其功能也随之变化的现象,称为变构效应
协同效应
➢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(amino acid residue)。
肽链的骨干是 由肽单元重复 排列而成长链， H2N
称为主链。
O
氨基酸残基的
HS
Ｒ－基连在主
链上成为侧链。
CH3 S
H2N
NH
NH
O
O
NH
O
NH NH
O HO H3C
HO
O OH
蛋白质三级结构的意义： 蛋白质的三级结 构决定了蛋白质 的生物学功能.
维持三级结构稳定的键
侧链基团 之间形的 氢 键、 离子键、 疏水作用、 分子引力、 二硫键
蛋白质的四级结构
1.概念
是指亚基间的空间排布、亚基间相互作用与 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。
第一章 蛋白质的化学组成与分类
一、蛋白质的化学组成（P52）
碳(C) 50% ~ 55%
元 素 组
氢(H) 氧(O)
6% ~ 8% 20% ~ 30%
成
氮(N) 15% ~ 18% 16%
硫(S)
0% ~ 4%
磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
❖由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，
在220～300nm有紫外吸收 苯环共轭双键 3.呈色反应
氨基酸能与某些化学试剂反应，产生颜色
氨基酸的味感
➢D-型氨基酸多数带有甜味 ➢L-型氨基酸有甜、苦、鲜、酸等四种不同 味感
两性解离性质（P57）
❖等电点(pI)
氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等，分 子所带的净电荷为零，此时溶液的pH值就称 为该氨基酸的等电点。
*类型
全a-螺旋、 a / β 全β-折叠、 无规卷曲
结构域：大的球蛋白分子中，多肽链形成几个紧密的球
状构象，彼此以松散的肽链相连，此球状构象是结构 域，结构域是多肽链的独立折叠单位，一般由100-200 个氨基酸残基构成。
由这些结构域缔合成具有三级结构的分子或亚基
噬菌体T4 全a-螺旋结构域
HN O
H3C
CH3
几个重要的肽
1.谷胱甘肽(GSH)
(1)组成
由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)和甘氨酸(Gly)组成
Glu
Cys
Gly
(2) 功能
GSH是体内重要的还原剂
谷胱甘肽 Glu—Cys—Gly
➢红细胞中的巯基缓冲剂。
➢参与氧化还原过程，清除内源性过氧化 物和自由基，维护蛋白质活性中心的巯 基处于还原状态。
所以，可以根据生物样品中的含氮量来 计算蛋白质的大概含量
❖蛋白质含量=生物样品中含氮量 6.25
二、蛋白质的分类（P52）
活性蛋白质 根据生物学功能分为
非活性蛋白质
根据化学组成分为 单纯蛋白质（简单蛋白质） 结合蛋白质
球状蛋白质 根据分子形状分为
纤维状蛋白质
第二节 氨基酸（P53）
❖氨基酸是蛋白质的基本组成单位
2GSH
GS—SG
H2O2 + 2GSH
2H2O + GS—SG
2、 短杆菌肽（抗生素）
由短杆菌产生的10肽环。临床用于治疗化 浓性病症。
第四节 蛋白质的分子结构
一、维系蛋白质结构的作用力 二、 蛋白质的一级结构 三、 蛋白质的二级结构 四、 蛋白质的三级结构 五、 蛋白质的四级结构
维系蛋白质结构的作用力
3.酸性氨基酸
R-基有COOH(COO-)
带负电荷
4.碱性氨基酸
R-基有NH2(NH3+)
带正电荷
赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His)
氨基酸的理化性质
1.两性解离性质
2.紫外吸收性质（P58）
20种氨基酸在 λ<220nm都有紫外吸收。 酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)和色氨酸(Trp)
1.凯氏定氮法
样品中蛋白质含量＝样品含氮量×6.25
2.比色法
L-B定律 A~C
（1）双缩脲法
（2）Folin-酚试剂法
（3）考马斯亮兰染色法
3.紫外分光光度法
第三节 肽（P63）
氨基酸之间的连接
1.肽键
一个氨基酸的α-羧基与另一个氨
HO 丙氨酸
(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。
平 行 式 反 平 行 式
（三）β-转角(P67)
1.概念
肽链出现1800回折的转角处结构
2.结构特征 称为β-转角。
*常见于球状蛋 白质分子表面.
*第一个残基的 C=O与第四个 残基的N-H形 成氢键.