3蛋白质高级结构与性质
生物化学 第二版 3蛋白质的性质
NH2
H+
P COO- OH-
负离子
（pH>pI）
NH+3
P
COO-
H+ OH-
两性离子
（pH=pI ）
NH+3
P
COOH
正离子 （pH<pI）
蛋白质的等电点（pI）： 在某一pH值的溶液中，可以使蛋白质所带的正电荷与负电
荷恰好相等，分子总电荷为零，呈电中性。这时的pH值就是 蛋白质的等电点。
一、蛋白质的两性解离
➢蛋白质胶体溶液的稳定性：
（1）水化层 （2）同种电荷层
➢应用：蛋白质的分离----透析。
H2O H2O
H2O
+ ++
四、蛋白质的沉淀
主要原因：水化层和电荷层被破坏。
四、蛋白质的沉淀方法
1.盐析：
破坏水化层电荷层
2.有机溶剂沉淀法： 乙醇（甲醇）+ 蛋白质破坏水化层 蛋白质
3. 加热沉淀法
四、蛋白质的沉淀方法
（1）
。
（2）
如溶解度降低，粘度增加，
易发生凝集、沉淀，易被蛋白酶水解。
二、蛋白质的变性
变性的应用：
➢ 豆腐的制作； ➢ 用高温蒸煮、照射紫外线、75%酒精等方法消毒杀菌； ➢随年龄增大皮肤变粗糙、干燥； ➢白内障； ➢植物种子放久后失去发芽能力。
三、蛋白质的胶体性质
➢蛋白质分子颗粒在1～100nm之间，溶于水后形成胶体溶液。
应用--分离蛋白质 1.等电点沉淀法 等电点时，总电荷为零，没有相同电荷的排斥，易沉淀析出。
2.电泳法 ➢ 带电颗粒在电场中向电荷相反的电极方向移动； ➢ 电泳的速度主要取决于颗粒所带电荷的多少和颗粒的大小。
蛋白质的化学结构
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 OCH COHOH2N CH CRON CH CR OHOH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）。
【知识解析】蛋白质的结构与性质
蛋白质的结构与性质1．蛋白质的存在蛋白质广泛存在于生物体内，是组成细胞的基础物质。
动物的肌肉、皮肤、血液、乳汁以及毛、发、蹄、角等都是由蛋白质构成的。
许多植物（如大豆、花生、小麦、稻谷）的种子里也含有丰富的蛋白质。
2．蛋白质的组成和结构蛋白质的相对分子质量很大，从几万到几千万。
例如，烟草斑纹病毒的核蛋白的相对分子质量就超过两千万。
因此，蛋白质属于天然有机高分子化合物。
（1）蛋白质的组成蛋白质是一类非常复杂的化合物，由C、H、O、N、S等元素组成，有些蛋白质含有P，少数蛋白质还含有微量Fe、Cu、Zn、Mn等。
（2）蛋白质分子的结构氨基酸是构成蛋白质的物质基础，氨基酸分子的种类和排列顺序决定了蛋白质分子的种类及相对分子质量的大小。
名师提醒（1）蛋白质是由不同氨基酸按不同顺序相互结合而形成的高分子化合物。
（2）蛋白质溶液具有胶体的性质。
3．蛋白质的性质（1）蛋白质的物理性质溶解性：有的蛋白质不溶于水，如丝、毛等；有的蛋白质溶于水，如鸡蛋清等。
少量的盐（如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等）能促进蛋白质溶解。
当向蛋白质溶液中加入的盐溶液达到一定浓度时，反而使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，这种作用称为盐析。
实验探究 教材P89实验4－2 蛋白质的盐析名师提醒（1）盐析只改变蛋白质的溶解度，不改变其结构和化学性质，析出的蛋白质还能溶于水。
（2）盐析必须是浓的盐溶液，少量盐能促进蛋白质溶解。
（3）盐析常用于分离提纯蛋白质。
（2）蛋白质的化学性质 ①蛋白质的两性形成蛋白质的多肽是由多个氨基酸脱水形成的，在多肽链的两端存在着自由的—NH 2和—COOH 。
而且，侧链中也有酸性或碱性基团。
因此，蛋白质与氨基酸一样具有两性，既能与酸反应，又能与碱反应。
②蛋白质的水解在酸、碱或酶的催化作用下，蛋白质能发生水解反应。
蛋白质是由多种氨基酸构成的高分子化合物，其水解反应逐步进行：蛋白质−−−−−→水解酸、碱或酶相对分子质量较小的肽类化合物−−−→水解各种氨基酸。
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。
蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。
蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。
蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。
蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。
【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。
二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。
三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。
四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。
通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。
蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。
对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。
2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。
蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。
蛋白质的结构层级
蛋白质的结构层级蛋白质是生物体中最基本的大分子之一，它在维持生命活动中发挥着重要作用。
蛋白质的结构层级描述了蛋白质分子从原子级别到整体结构的组织和排列方式。
本文将从最基本的一级结构开始，逐层介绍蛋白质的结构层级。
一级结构：氨基酸序列蛋白质的一级结构是指由氨基酸组成的线性序列。
氨基酸是蛋白质的构建单元，共有20种不同的氨基酸。
它们以特定的顺序连接在一起，形成多肽链，通过脱水缩合反应形成肽键。
不同的氨基酸序列决定了蛋白质的功能和特性。
二级结构：α-螺旋和β-折叠蛋白质的二级结构是指多肽链中氨基酸的局部排列方式。
其中最常见的二级结构包括α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种螺旋状的结构，多肽链围绕中心轴形成螺旋，每转一圈约有 3.6个氨基酸残基。
β-折叠是由多个β-折叠片段相互连接而成，形成一种折叠的结构。
α-螺旋和β-折叠是由氢键和内部相互作用力稳定的。
三级结构：立体构型蛋白质的三级结构是指整个多肽链的立体构型。
它是由一级结构中相邻氨基酸残基之间的相互作用力和二级结构之间的相互作用力所决定的。
蛋白质的三级结构可以是球状、螺旋状或片状等不同的立体构型。
这种立体构型的形成主要依赖于静电相互作用、氢键、疏水效应和范德华力等力的作用。
四级结构：多个多肽链的组装一些蛋白质由多个多肽链组装而成，这种组装形成了蛋白质的四级结构。
四级结构的形成是通过多个多肽链之间的非共价相互作用力，如离子键、氢键和范德华力等稳定的。
四级结构可以使蛋白质形成复杂的功能结构，例如酶和抗体等。
蛋白质的结构层级是相互关联、相互作用的。
一级结构决定了二级结构的形成，而二级结构决定了三级结构的形成，最终四级结构决定了蛋白质的整体功能和特性。
蛋白质的结构层级对于理解蛋白质的功能和性质具有重要意义。
总结：蛋白质的结构层级包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指氨基酸的线性序列，二级结构是指氨基酸的局部排列方式，三级结构是指整个多肽链的立体构型，四级结构是指多个多肽链的组装。
蛋白质的一二三四结构
一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构（primary structure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。
它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。
各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。
迄今已有约一千种左右蛋白质的一级结构被研究确定，如胰岛素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。
蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，成百亿的天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。
二、蛋白质的空间结构蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。
蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。
例如球状蛋白质（多见于血浆中的白蛋白、球蛋白、血红蛋白和酶等）和纤维状蛋白质（角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等），前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。
蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。
（一）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
1.肽键平面（或称酰胺平面，amide plane）。
Pauling等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等进行了X线衍射分析，得出图1-2所示结构，从一个肽键的周围来看，得知：（1）中的C-N键长0.132nm，比相邻的N-C单键（0.147nm）短，而较一般C=N双键（0.128nm）长，可见，肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之内。
关于蛋白质分子三级结构的描述
关于蛋白质分子三级结构的描述蛋白质是生命体中的主要生物分子，其功能与其特定的三维结构密切相关。
蛋白质的三级结构是指其链上各个氨基酸残基之间的空间排列方式，包括了蛋白质的局部结构、次级结构、超级结构等层次。
蛋白质的三级结构对其功能的发挥起着重要作用，并对蛋白质的稳定性和可折叠性产生影响。
本文将对蛋白质的三级结构进行详细描述。
蛋白质的三级结构由其氨基酸序列及其氨基酸残基之间的非共价相互作用所决定。
这些相互作用包括了氢键、范德华力、离子键和疏水相互作用等。
通过这些非共价相互作用，蛋白质可以在细胞中形成稳定的结构。
蛋白质的局部结构是指相互作用在局部产生的结构模式。
其中最常见的局部结构是α螺旋和β折叠，它们是蛋白质中常见的结构单元。
α螺旋是一种右旋稳定结构，其中氢键将多个氨基酸残基链接在一起。
β折叠是由两个或多个β片段通过氢键相互连接而成的结构，常形成蛋白质的折叠面。
除此之外，还有一些其他的局部结构，如β转角、β螺旋和短片段等。
蛋白质的次级结构是指具有相对独立的局部结构模式在蛋白质链上的排列方式。
其中最常见的次级结构是α螺旋和β折叠。
蛋白质的次级结构对蛋白质的稳定性起着重要作用。
一些氨基酸序列中具有多个α螺旋和β折叠可以形成更复杂的次级结构，如α+β结构，这些次级结构可以进一步形成蛋白质的域。
蛋白质的超级结构是由多个次级结构组合形成的更大的结构单元。
蛋白质的超级结构决定了蛋白质的整体形状和功能。
超级结构的组合方式是通过一些特定的连接模式实现的，如两个蛋白质链之间的非共价连接、蛋白质链的环状连接以及链内的交链连接等。
超级结构的形成更多是通过蛋白质的序列信息以及非共价相互作用的共同作用完成的。
总之，蛋白质的三级结构涉及了蛋白质的局部结构、次级结构和超级结构。
蛋白质的三级结构对其功能的发挥起着重要作用，决定了蛋白质的形状和稳定性。
蛋白质的三级结构的形成依赖于其氨基酸序列以及其残基之间的非共价相互作用。
对蛋白质的三级结构的研究有助于我们更好地理解蛋白质的功能和机制，也为药物设计和生物工程提供了重要的基础。
第三章 蛋白质结构(3)(共39张PPT)
破坏蛋白质外表净电荷。
酸
碱
碱
酸
碱
酸
溶液中蛋白质的聚沉
3. 有机溶剂沉淀法：
在蛋白质溶液中，参加能与水互溶的 有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产 生沉淀。
有机溶剂沉淀法的机理：
破坏蛋白质的水化膜。
注意：有机溶液沉淀蛋白质通常在低 温条件下进行，否那么有机溶剂与水 互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变 性。
根据蛋白质净电荷 的差异来别离蛋白质 的一种方法是电泳法 。
二.蛋白质胶体性质
由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成直径1-100nm 之间的颗粒，已到达胶体颗粒范围的大小，因而具有胶 体溶液的通性。
蛋白质的水溶液能形成稳定的亲水胶体的原因：
１、蛋白质多肽链上含有许多极性基团。 2、蛋白质是两性电解质，在非等电状态时，相同 如蛋：白－质N颗H3粒＋带、有－同CO性O电－荷、，－与O周H、围-的SH反、离-C子O构NH成-等稳，定 它的们双都电具层有。高使度蛋的白亲质水颗性粒，之当间与相水互接确排时斥，，极保易持吸一附定水距 分离子，，不使致蛋互白相质凝颗聚粒而外沉围淀形。成一层水化膜，将颗粒彼此 隔开，不致因互相碰撞凝聚而沉淀。
起。
• 疏水键是最主要的作用力。
3.血红蛋白的结构与功能
〔1〕血红蛋白的结构特点：
a.是四个亚基的寡聚蛋白，574个AA残基，分子量65000
b.是由相同的两条 有机溶剂沉淀法的机理：
如肌红蛋白与氧的结合
链和两条
链组成四聚体
2
2，成
四级结构是指由两 个或两个以上具有三级结构的多肽链按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。
在外液pH高于等电点的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。 少量盐促进蛋白质加热凝固。
蛋白质性质与结构分析
蛋白质性质与结构分析蛋白质是生命中非常重要的一种生物大分子，它们在机体中发挥着至关重要的作用。
蛋白质的分子结构非常复杂，包括多肽链中的氨基酸序列、三维空间构型、分子量、电荷、水溶解度、菌落总量等多种特性。
在本篇文章中，将主要从蛋白质的性质和结构入手，探讨其在生命过程中的重要性。
一、蛋白质的性质1.氨基酸序列蛋白质是由氨基酸组成的多肽链，不同的氨基酸序列决定了不同的蛋白质。
目前已知的氨基酸有20种，它们的不同配比和连接方式，会决定了蛋白质的结构和功能。
2.分子量蛋白质分子量通常为几千至几十万道尔顿。
蛋白质的分子量是由氨基酸残基数目决定的，因为每个氨基酸都有一个相对分子量。
这个数字对于蛋白质的纯度和品质至关重要。
3.电荷蛋白质的电荷是负责维持其结构和功能的重要特性之一。
它们的正电荷和负电荷在水溶液中的分布情况，决定了它们在电泳的过程中的迁移速度和方向。
通过测定电荷性质，可以判断蛋白质的同质性和纯度。
二、蛋白质的结构1.一级结构一级结构就是蛋白质的氨基酸序列，这个序列决定了蛋白质的其它结构。
在一级结构中，每个氨基酸通过肽键与相邻氨基酸相连，形成线性的多肽链。
二级结构是蛋白质中最为常见和稳定的结构形式之一。
二级结构是指氨基酸序列中的局部区域的空间排列方式，它由α-螺旋，β-折叠和氨基酸残基间的氢桥相互作用形成。
α-螺旋一般呈右旋螺旋，每个螺旋中有大约3.6个氨基酸，呈螺旋状排列在一起。
3.三级结构三级结构是指多肽链的氨基酸链在空间中的排列方式，这种方式由氨基酸残基间的共价键和非共价键相互作用所决定的。
三级结构通常是由单个二级结构单元（α-螺旋或β-折叠）连接起来的，形成稳定的三维结构。
4.四级结构四级结构是蛋白质分子中各个多肽链之间的排列方式，这种方式只在一些高级蛋白质中存在。
在这些分子中，多个多肽链通过强烈的非共价键相互联系，形成完整的、复杂的蛋白质。
三、蛋白质在生命中的重要性1.结构与功能蛋白质的复杂结构和其中包含的氨基酸序列，在机体中发挥着许多重要的功能。
蛋白质的结构与功能及理化性质
一、肽和键肽
（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。
R1 H2N C C
HO
H
OH + H N C COOH
H R2
H2O
R1
HH
H2N C C N C COOH
HO
R2
肽键
• 多肽链(polypeptide chain) • 二肽，三肽…… • 寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide) • 氨基酸残基(residue) • 氨基末端（amino terminal）和羧基末端
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
一、氨基酸
——蛋白质的基本组成单位
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）。
（一）生物化学与疾病的发生 （二）生物化学与疾病的诊断 （三）生物化学与疾病的治疗
四、如何学好生物化学
（一）建立广泛的联想，与其他学科联系。 （二）不要把注意力放在结构式上。 （三）理解记忆。 （四）做好预习和复习。
第二章 蛋白质和核酸化学
第一节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蛋白质的分子组成
蛋白质的元素组成
主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、 Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还 含有 I 。
（一）氨基酸的结构
• 特点：一个氨基和一个羧基链 接在同个碳原子上
简述蛋白质结构与功能的关系
简述蛋白质结构与功能的关系蛋白质是生物体中至关重要的一种生物大分子。
它不仅通过形态、功能多样性支持或调节生命的各种机能，还参与到能量代谢、信号传导等重要生理过程中。
而蛋白质的各种功能与其特殊的空间结构密不可分。
本文将从蛋白质结构与功能的角度，对蛋白质在生命体系中的功能所产生的原因作出简要阐述。
一、蛋白质的结构分类和性质蛋白质的三级结构是由其一级和二级结构组成的，主要具有弯曲、环形和螺旋等基本结构类型。
一级结构是指蛋白质分子中由一系列氨基酸以特定顺序连接而成的线性多肽链。
二级结构是由α-螺旋、β-折叠等二级元件，按一定的空间位置和拓扑关系连接成的规则性结构。
而三级结构则是指由多个不同的二级结构等连接成的如几何形态般的折堆交错折叠结构。
根据蛋白质聚合体的不同构成成分，可将蛋白质分为单体、多聚体和复合物三种类型。
同时，一些蛋白质具有可溶、可短期和积累的特性。
其中可溶的蛋白质通过其在水溶液中易游离运动以及能够与其他蛋白质、多肽和其他有机化合物进行相互作用；可短期的蛋白质能够在一段时间内做出响应，而不必长期存在；积累性蛋白质则具有很高的保持稳定模式、生物限制性、自限制性等性质，可以被识别和分解。
二、蛋白质的功能种类及作用机制蛋白质有多种功能种类，主要分为催化酶、结构性蛋白、纤维蛋白、激素、受体、抗体、运输蛋白、负责调节稳态和保护细胞膜等职能，下面将简要介绍蛋白质在这些方面的具体作用。
1. 催化酶：酶是一种特殊的蛋白质，它们能够将化学反应加速到生命体系所需要的速率。
若缺少某些酶，代谢过程就会相应受到抑制，从而会引起很多严重的疾病。
蛋白质的酶活性主要是由其特定的氨基酸在二级结构与三级结构的互作下构成的特殊酶活位及酶标志序列所决定。
不同的酶活性模型在与其底物相互作用的过程中，往往对应不同的催化过程。
2. 结构性蛋白和纤维蛋白：如胶原蛋白和骨架蛋白，主要在细胞形态和组织形态方面发挥作用，为细胞组织赋予一定的强度和支撑作用。
蛋白质的结构和功能
蛋白质的结构和功能蛋白质是生物体内重要的有机物质，其在细胞功能和生物体机体过程中发挥着关键作用。
蛋白质的结构和功能密不可分，下面将从蛋白质的结构以及其所承担的功能两个方面进行探讨。
一、蛋白质的结构蛋白质的结构可分为四个层次，分别是一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构蛋白质的一级结构指由氨基酸残基的线性排列方式所决定的序列。
氨基酸的种类和顺序决定了蛋白质的特定功能和结构。
在水溶液中，氨基酸残基以离子形式存在，通过胺基和羧基之间的肽键连接起来形成多肽链。
2. 二级结构蛋白质的二级结构是指蛋白质中局部区域的空间构象，主要包括α-螺旋和β-折叠两种常见的结构。
α-螺旋是由多肽链的螺旋形状而成，通过氢键的形成保持稳定。
β-折叠则是由多个β折叠片段组合而成，也是通过氢键的形成维持稳定。
3. 三级结构蛋白质的三级结构是指蛋白质中整个多肽链的立体构象。
多肽链在二级结构的基础上进一步折叠和组装，形成复杂的三维结构。
这个结构的形成主要由各个氨基酸残基之间的相互作用所决定，包括疏水相互作用、氢键、电离相互作用、范德华力和二硫键等。
4. 四级结构蛋白质的四级结构是指由多个多肽链通过相互作用而形成的功能完整的蛋白质分子。
这些多肽链可以是相同的或不同的，它们之间通过各种各样的键连接在一起，形成复杂的结构。
二、蛋白质的功能蛋白质的结构决定了其功能。
蛋白质在生物体内扮演着多种重要的角色，包括酶、结构蛋白、运输蛋白和抗体等。
1. 酶酶是一类催化生物化学反应的蛋白质，可以加速化学反应发生的速率。
酶的活性与其结构密切相关，酶的活性位点具有与底物相互作用的特定结构。
2. 结构蛋白结构蛋白是细胞中的主要组成部分，为细胞提供了稳定的支持和形状。
它们形成了细胞的骨架，维持细胞的稳定性和形态。
3. 运输蛋白运输蛋白可以将物质从细胞内部输送到细胞外部，或者从细胞外部运输到细胞内部。
例如，血红蛋白可以运输氧气到全身各个组织和器官。
蛋白质的高级结构
蛋白质的高级结构1 . 氨基酸等电点：氨基酸分子净电荷为零时溶液的 PH 值称为等电点。
2. 肽键：氨基酸之间脱水后形成的共价键。
肽键的结构与性质：具有部分双键性质的肽键不能自由旋转，参与肽键形成的6个原子共处于一个平面--肽平面（Cα1，C，O，N，H，Cα2）与Cα相连的两个单键可以置于旋转，由此产生两个旋转角（Cα-N小写，Cα-C大写，拉式作图）多为反式，X-Pro除外N带部分正电荷，O带部分负电荷3.蛋白质的一级结构:是指蛋白质肽链中氨基酸的序列，它们之间以肽键相连，有的还有二硫键。
蛋白质的一级结构是最基本的结构，决定了蛋白质的高级结构。
4. 构型：指不对称碳上相连的各原子/取代基的空间排布（D/L型）--构型改变涉及共价键5. 构象：在相同构型的化合物中，与碳原子相连的各原子/取代基在单键旋转时形成的空间排布蛋白质的构象：肽键具有部分双键性质，不能自由旋转；氨基酸残基侧链还有空间位阻和静电效应6. a-螺旋： a-螺旋是蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构。
由多肽主链盘绕形成。
每圈螺旋包括 3.6 个氨基酸残基，螺距 0.54nm，每个 aa 沿轴上升 0.1 5nm。
a-螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧。
相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的趋向几乎与螺旋轴平行。
•肽链中的肽平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋，并盘绕前进•3.6个aa螺旋上升一圈；间距0.54nm•右手螺旋，每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键（13个原子）•侧链：o遇到Pro就会被中断而拐弯（亚氨基酸，不能充当氢键供体，刚性的环）o Gly上只有两个H，两个单键旋转自由度很大，螺旋稳定性大大降低o带相同电荷的氨基酸残基连续出现时，稳定性降低o N端为酸性，C端为碱性可以中和N端为正，C端为负的偶极矩的影响；还可以是N与磷酸基团结合，C端与金属离子结合（不重要）7. B-折叠：在相邻肽链主链上的-NH 和 C=O 之间形成有规则的氢键的多肽链构象。
蛋白质的结构与功能-3
蛋白质的结构与功能-3
(Structure and function of Proteins)
内
容
蛋白质的分子组成（1） 蛋白质的分子结构（2） 蛋白质结构与功能的关系（3） 蛋白质的理化性质（4） 蛋白质的分离、纯化与结构分析（4）
要求 （蛋白质的分子结构）
肌红蛋白的氧解离曲线
1.氧饱和度（Y），携氧肌红蛋白 分子数和去氧肌红蛋白以及携氧肌 红蛋白分子数的比值。当Y 为1时， 所有的肌红蛋白被氧饱和。 2.P50 肌红蛋白被半数饱和时的 氧分压。
直角双曲线
3.线粒体中的氧浓度为0-10torr，静脉血中为15torr，或更高一些。肌红蛋 白P50 为2torr，因此大多数情况下，肌红蛋白是高度氧合的。如果由于肌肉 收缩而使线粒体中氧含量下降，它可以立即供氧。
一级结构：氨基酸的排列顺序
二级结构：主链原子的局部空间结构
α-螺旋，β-折叠、 β-转角、无规卷曲 超二级结构（模体）
三级结构：所有原子空间分布，结构域 四级结构：亚基的空间排布和相互作用（两 条多肽链以上）
五、蛋白质的分类
（1）按组成成分：
单纯蛋白（仅含氨基酸）
结合蛋白（单纯蛋白+辅基）
分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境 从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。 * 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。
* 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。
* 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正 确形成起了重要的作用。
……TGT GGG CAT CTT TTT 苏 脯 缬 谷 赖
蛋白质的三维结构和功能
R－基团 延伸性 升1AA残基高度 举 例
三、β -转角结构 (-turn)
• 蛋白质分子多肽链上经常出现180°的回折，在这种肽链 的回折角上就是β -转角结构，它是由第一个氨基酸残基 的C=O与第四个氨基酸残基的N-H之间形成氢键（发夹结构） • β -转角处富含Ala,Pro • -转角的特点：都有四个氨基酸残基，弯角处第一个残基 的C＝O和第四个残基的NH之间形成氢键，产生一种不稳定 的环形结构。 • 存在于多肽链的转角部位，可使多肽链急剧地扭转走向， 形成蛋白质地密集球形结构。-转角多数存在于球状蛋白 质中。
• Val、Ileu和苏氨酸β碳位上有分支，不 能形成α-螺旋. • Glu、Met、Ala、Leu在α-螺旋中出现的 频率比在其他二级结构元件中高。相反， G1y和Pro在α-螺旋中频率很低。但它们 在β-转角中很高。Val、I1c和芳香族氨 基酸在β-折叠片中频率很高，而Asp、 GIu和Pro在折叠片中则很低。
四、无规则卷曲 （non-regular coil）
又称自由回转、自由绕曲。是指没有一定规律的松 散肽链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域里， 所以越来越受到人们的重视。
§5-2
纤维状蛋白质
1、角蛋白
• 角蛋白有α -角蛋白和β －角蛋白两类。
（1） α -角蛋白
α -角蛋白中，α -螺旋→原纤维→微纤维→大纤维→毛发 由-螺旋构象的多肽链构成。 三股右手-螺旋向左缠绕，拧成一根原纤维。 螺旋由半胱氨酸残基间的二硫键交朕起来，结构的稳定性 主要是由二硫键保证。二硫键数目越大，纤维刚性越强。 • α -角蛋白的伸缩性能很好，一根毛发可以拉长到原来的2 倍，这时α -螺旋被撑开，各圈间的氢键被破坏，转变为 β -折叠结构。当张力除去后，单靠氢键不能使纤维恢复到 原来的状态。 • 富含Cys • • • •
蛋白质的理化性质
三级结构是指整条肽链的折叠 和盘绕方式，形成具有特定空 间构象的完整蛋白质分子。
蛋白质的高级结构决定了其生 物学活性和功能，是蛋白质发
挥生物学功能的基础。
Байду номын сангаас2
蛋白质的理化性质
溶解性
蛋白质的溶解性主要取决于其氨基酸组成和分子结构。一些氨基酸如极性氨基酸可以增加蛋白质的水溶性，而疏水性氨基酸 则会使蛋白质更难溶于水。此外，蛋白质的溶解度还受到pH值、离子强度和温度等因素的影响。
蛋白质的溶解度对其功能性质有重要影响，如形成凝胶、乳化和稳定性等。在食品加工过程中，蛋白质的溶解度决定了其在 不同条件下的行为和功能表现。
黏度
蛋白质的黏度主要取决于其分子大小、形状和浓度。蛋白质 分子在溶液中会形成网状结构，从而产生黏度。此外，蛋白 质的黏度还受到温度、pH值和离子强度等因素的影响。
03
蛋白质的分类
按功能分类
结构蛋白
主要参与细胞和组织的结构组 成，如胶原蛋白和角蛋白。
酶蛋白
具有催化生物化学反应的功能 ，如羧基酶和脱氢酶。
运输蛋白
负责运输分子和离子，如血红 蛋白和转运蛋白。
免疫蛋白
参与免疫应答，如抗体和免疫 球蛋白。
按分子量分类
低分子量蛋白质
相对分子质量较小，通常在 10,000-50,000之间，如肌红蛋 白和细胞色素C。
酶的活性受温度、pH值、激活 剂和抑制剂等多种因素影响，需 要在适宜的条件下才能发挥最佳
效果。
酶在生物体内发挥着广泛的作用， 如消化、代谢、免疫等，对于生 物的生长、发育和繁殖至关重要。
激素活性
激素活性是指蛋白质在生物体 内作为激素的能力，能够调节 生物体的代谢、生长和发育等
976-习题作业-蛋白质的结构及性质
等。
3.已知 α-脂蛋白 pI 为 5.8，当其在 pH 为 5.0 的条件下，电泳时的泳动方向为 。
4.蛋白质在等电点时
最小，颗粒间极易相互碰撞凝集而沉淀析出，这是等电点沉淀的
基本原理。
5.加入低浓度的中性盐可使蛋白质溶解度________，这种现象称为________，而加入高浓
度的中性盐，当达到一定的盐饱和度时，可使蛋白质的溶解度______并__________,这种现
3.食品卫生中的利用乙醇消毒灭菌和加热蒸煮杀菌，是利用了蛋白质的
（）
A.水化作用 B.乳化性质 C.变性作用 D.胶凝作用
4.使肌肉呈红色的蛋白质是
（）
A.肌溶蛋白 B.肌粒蛋白 C.肌红蛋白 D.肌球蛋白
5.小麦蛋白并不是一种良好蛋白质来源，需要与其他蛋白质配合因为其中缺乏 （ ）
A.色氨酸 B.赖氨酸 C.组氨酸 D.酪氨酸
象称为_______。
6.蛋白质的沉淀分为______________和________________两种，加入硫酸铵等强电解质可
以使蛋白质沉淀下来，加水后沉淀会___________，这是因为__________________________
_______，此过程属于___________沉淀。
6.热处理对蛋白质有有利的一面，主要有
（）
A.引起含硫蛋白质的分解 B.在热处理过程中发生的褐变反应
C.导致蛋白质效价的降低 D.产生有毒物质
7.食品中粗蛋白质测定方法中，最为经典的测定方法是
பைடு நூலகம்（）
A.凯氏定氮法 B.双缩脲法 C.紫外分光光度法 D.水杨酸比色法
8.蛋白质变性是由于
（）
A.一级结构改变 B.空间构象破坏 C.辅基脱落 D.蛋白质水解
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结 构 决 定 形 状
一、蛋白质的形状分球状和纤维状；稳定的蛋白质结构倾向与拥有最多量
的氢键； 二、球状蛋白质都有疏水核心，由疏水侧链构成，亲水侧链大多分布在蛋白 质的表面（油滴法则），蛋白质的内部不得有空隙；纤维状蛋白也符合 这一规律； 三、多聚体化是球状蛋白质的普遍现象，不正常聚合成纤维状可导致疾病； 四、穿膜区一定呈α螺旋结构，侧链外露。 五、蛋白质与蛋白质的相互作用，蛋白质与核酸的相互作用，比较简单的体 系有血红蛋白、限制性内切酶等，复杂体系有核糖体、病毒、肌肉蛋白 等。 斗鸡眼法
利用分子量差异 利用电荷差异 利用亲疏性差异
利用特异性亲和
利用非特异性吸附
What is chromatography?
层析载体的粒径越小，分离效果越好。这就是为什 么要发展高压液相色谱（HPLC）
分子筛层析 也叫凝胶过 滤层析，等
离子交换层析 Principles of Ion-Exchange Chromatography
T态
波尔效应 Bohr effect
胎儿22
镰状细胞贫血症
(血红蛋白分子病)
有时候蛋白质上的一个点突变会造成巨大影响
β-6 Glu-----Val，血红蛋白S(Hbs) ；地中海贫血等
蛋白质的理化性质 和分离纯化手段
Characteristics of Proteins & Purification methods
蛋白质的理化性质
• 蛋白质溶液是一种胶体溶液(colloid)； • 特定的空间构象，分子量 分子筛层析； • 在大部分pH条件下，蛋白质分子同时存在两种电荷 等电 点沉淀，有机溶剂沉淀,盐溶，盐析，透析，电泳，离子交换 层析等； • 一般而言，蛋白质分子上同时存在疏水和亲水区域 疏水 层析(反相层析)；
蛋白质的高级结构
（一种蛋白质一张脸、氨基酸序列决定三维结构、次级 键维持结构、结构决定功能、构象间转换实现功能、）
蛋白质的结构层次
Hiberarchy of Protein Structure
一级结构：氨基酸序列 二级结构：α螺旋，β折叠 超二级结构 高级结构 结构域（domain） 立体结构 三级结构：所有原子空间位置 构象 四级结构：蛋白质多聚体 蛋白质中原子的空间排列称为构象.一 个蛋白质的可能构象包括任何可以通 过不断开共价键所形成的结构状态.
变性与复性
变性与复性
蛋白质在受热、紫外光、高浓度的尿素、 盐酸胍等化学试剂作用下会丧失活性，该现 象称为蛋白质的变性（denatur-ation）。蛋 白质变性的的化学本质是高级结构的破坏 （一级结构不被破坏），特别是氢键的破坏。 有些蛋白质的变性是可逆的，通过适当的方 法（如透析）将变性剂除去后，蛋白质可以 恢复其天然立体结构，这个过程称为复性 （renaturation）。
Features of Proteins
Salting-in & Salting-out
蛋白质分离纯化的具体方法
Steps for Protein Purification
• • • •
初提 盐析 有机溶剂沉淀 等电点沉淀 结晶
精纯化 • 离子交换层析 • 分子筛层析 • 疏水/反相层析 • 亲和层析
Lefthanded peptide
righthanded
Viewed from one end
20种标准氨基酸结构
The
20
basic “elements”
Side chains in βsheets
Antiparallel βsheet structure in silk fibroin
蛋白质结构与功能
结构形状决定功能
• 结构蛋白一 般都呈纤维 状; • 酶蛋白一般 都呈球状; • 一个蛋白质 一个功能, 不同的功能 一般由多个 结构域来完 成; • 复合蛋白质 是结构复杂 体系,如病毒.
蛋白质立体结构是特定和唯一的
蛋白质以多肽链的形式被合成出来后，要 形成特定的立体结构后才有生理活性。拥有 生理活性的立体结构对每种蛋白质而言，是 特定的和唯一的，通常称之为天然结构 （native structure）。 蛋白质的天然立体结构在溶液中有一定 的可塑性（弹性）。有些蛋白质被合成以后， 自己不能独立形成自由能最低的立体结构， 而需要一类蛋白质来催化，这类蛋白质称为 分子伴侣 （ molecular chaperone）。
维持空间构象的作用力
Interactions stabilizing the conformation of a protein
作用力 (次级键) 破坏因子 氢键： α-螺旋，β-折叠 尿素，盐酸胍 疏水作用： 形成球蛋白的核心 去垢剂，有机溶剂 Van der Waals力：稳定紧密堆积的集团和原子 离子键：稳定α-螺旋，三、四级结构 酸、碱 二硫键：稳定三、四级结构 还原剂 配位键：与金属离子的结合 螯合剂 EDTA
银染结果
考马斯亮蓝染色为蓝色
PAGE电泳
SDS电泳
双向电泳
正常 prion
异常 prion
纤维状prion
Prion在病理组织中的 纤维状聚合体
结 构 与 功 能
血红蛋白（Hb） 肌红蛋白（Mb）
正常红细胞
异常红细胞
配体（ligand）、 结合部位（binding site）、 别构蛋白质（allosteric protein） 同促效应（homotropic interaction） 异促效应（heterotropic interaction）
Anfinsen的实验
Amino sequence of a protein determines its 3D-structure
Anfinsen’s experiment
核糖核酸酶
Anfinsen的实验_2
Anfinsen’s Experiment
葡萄球菌核酸酶 1~5、6~48或6~49、 49~149或50~149
蛋白质一级结构决定立体结构
Amino acid sequence of a protein determines its 3D structure
• 蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言 之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其 氨基酸的序列。蛋白质的天然立体结构一 般是自由能最低的状态。 • Anfinsen （1972诺贝尔奖获得者, 1916年3月26日-1995年5月14日） 用极其简单的实验证明了蛋白质 的 一级结构决定其高级结构。
蛋白质分离纯化的几个基本原则
Principles of Protein Purification
• 选择好的材料 • 摸清目的蛋白质的稳定性 • 探索有效的抽提法方法贮存
层析的种类
Chromatographies in Common Use
• 分子筛层析 • 离子交换层析 • 疏水/反相层析 • 亲和层析 • 物理吸附层析
分子伴侣molecular chaperone普
遍存在于真核生物和原核生物中， 一般使用ATP的能量帮助其它蛋 白质形成自由能最低的立体结构， 但不改变自己。(二硫键、顺反式)
蛋白质立体结构的特定和唯一的
Protein Structure and Human Diseases
一条肽链对应一个 特定的空间结构 这条法则的破坏是 灾难性的。导致疯牛 病的prion就是一个 例子。
肽平面的相叠形成α 螺旋
α-helix formed by peptide
planes
α 螺旋的特性
Characteristics of α-helix
右旋，3.6个氨基 酸一个周期，螺 距0.54 nm
氢键取向与主 轴基本平行,侧 链在外侧
Pauling预测的三种螺旋
Three types of helix proposed by Pauling π16 helix
阳离子 交换剂
亲和层析 Affinity chromatography
几种常用的电泳
Most useful types of electrophoresis
• 等电聚焦 • 纸电泳 • 聚丙烯酰胺凝胶电 泳 • SDS-聚丙烯酰胺 凝胶电泳 • O’Farrell的双向 电泳
O’Farrell’s 2-D Electrophoresis
3.010 helix
α helix(3.613)
αhelix(4.416)
β转角
βturn equals half of 3.010 helix
Keratin的结构特征
Structure of keratin
烫发——生物化学工程
Collagen的结构特征
Gly-X-Pro; Gly-X-HyPro