生物化学蛋白质
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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。
生物化学总结 蛋白质
蛋白质一、概述1.蛋白质：一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分子质量，复杂的分子结构和特定的生物功能；是表达生物遗传性状的一类主要物质。
2.元素组成：CONH。
基本组成单位：氨基酸(氨基酸通过肽键连接为无分支的长链，该长链又称为多肽链)。
一些蛋白质含有非氨基酸成分.3.分类：按形状和溶解性：纤维状蛋白质(形状呈细棒或纤维状，多不溶于水);球状蛋白质(形状接近球形或椭球形，可溶于水);膜蛋白(与细胞的各种膜系统结合而存在。
“溶于膜”)。
4.性质：生物大分子；胶体性质；带电性质；溶解性与沉淀；灼烧时可以产生特殊气味；颜色反应；可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。
5.为什么加热降低了蛋白质的溶解性？二、氨基酸1.α－氨基酸结构：2.分类：必需/半必需/非必需~~根据R基团的化学结构:脂肪族/芳香族/杂环~~根据R基团的极性和带电性质：a.非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trpb.极性氨基酸：不带电：Ser、Thr、Tyr、Asn、Gln、Cys；带正电：His、Lys、Arg；带负电：Asp、Glu*非极性氨基酸:R基团为一个氢原子/R基团为脂肪烃/R基团为芳香环。
*不带电荷的极性氨基酸:R基团含有羟基/R基团含有巯基(SH)/R基团含有酰胺基。
*带负电荷的极性氨基酸，R基团带有负电。
*带正电荷的极性氨基酸，R基团带有正电。
3.酸碱化学：氨基酸是两性电解质，氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以不带电形式和兼性离子形式离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的－NH3+正离子和能接受质子的－COO-负离子。
氨基酸完全质子化时，可以看成是多元酸，侧链不解离可看作二元酸（阳离子—兼性离子—阴离子）。
氨基酸的解离常数K1/K2可用测定滴定曲线的实验方法求得，二元酸的滴定曲线可大致分解为2条一元酸的滴定曲线。
生物化学蛋白质
碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子， 其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定， 这叫甲醛滴定法，可用于测定氨基酸。
(3) 与2，4-二硝基氟苯的反应 (Sanger反应）
在弱碱性溶液中，氨基酸的α- 氨基很容 易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成 稳定的黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写 为DNP-氨基酸）。
负电荷（２种）Asp、Glu
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His（半必需）
氨基酸的结构、代号
（三）氨基酸的重要理化性质
1 氨基酸的两性解离性质及等电点
R
CH NH3+ COOH
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R
CH NH3+ COO
（三）肽链中AA的排列顺序和命名
参见p31
通常在多肽链的一端含有一个游离的氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有 一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开 始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。 如下面的五肽可表示为：
Ser-Gly-Tyr-Val-Leu
肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸
• 蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级 结构、结构域、三级结构和四级结构等。
1 维持蛋白质构象的作用力
维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键，即氢键和盐 键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。
氢键： x — H … y 离子键（盐键）：它是由带相反电荷的两个基团
间的静电吸引所形成的 疏水作用力（疏水键）：是指非极性基团即疏水基团为
(3) 与2，4-二硝基氟苯的反应 (Sanger反应）
在弱碱性溶液中，氨基酸的α- 氨基很容 易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成 稳定的黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写 为DNP-氨基酸）。
负电荷（２种）Asp、Glu
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His（半必需）
氨基酸的结构、代号
（三）氨基酸的重要理化性质
1 氨基酸的两性解离性质及等电点
R
CH NH3+ COOH
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R
CH NH3+ COO
（三）肽链中AA的排列顺序和命名
参见p31
通常在多肽链的一端含有一个游离的氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有 一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开 始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。 如下面的五肽可表示为：
Ser-Gly-Tyr-Val-Leu
肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸
• 蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级 结构、结构域、三级结构和四级结构等。
1 维持蛋白质构象的作用力
维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键，即氢键和盐 键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。
氢键： x — H … y 离子键（盐键）：它是由带相反电荷的两个基团
间的静电吸引所形成的 疏水作用力（疏水键）：是指非极性基团即疏水基团为
生物化学——蛋白质
38
1、氨基酸的物理性质
（一）一般物理性质
熔点：无色晶体，熔点高（200～300℃），均大于200℃。
研究发现aa都是晶体，而同等分子量的其它有机物则 是液态。 这说明了aa是以离子状态存在的（由静电引力维持的 离子晶格） ，而不是以中性分子存在的。
39
1、氨基酸的物理性质
（二）紫外吸收：
27
丙氨酸 精氨酸 天冬酰胺 天冬氨酸 半胱氨酸 谷氨酰胺 谷氨酸 甘氨酸 组氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸 酪氨酸
缬氨酸
Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr
K1 K2 = [H+ ]2 ·
已知在pI时， [R+]= [R-]
+ ]2 [H K1 K2 =
45
两边取负对数： -lg [H+ ] 2 = (- lg K1 ) + (- lg K2 ) ∵ -lg [H+ ] = pH; - lg K1 = pK1 ； - lg K2 = pK2 ∴ 2 pH = pK1 + pK2 令 pI为等电点时的pH，则 pI = ½ （ pK1 +pK2）
56
(5) 与异硫氰酸苯酯的反应
在弱碱性条件下，氨基酸中的 - 氨基还可以与 异硫氰酸苯酯 (PITC) 反应，产生相应的苯氨基 硫甲酰氨基酸 (PTC- 氨基酸 ) 。在硝基甲烷中与 酸作用发生环化，生成相应的苯硫乙内酰脲 （PTH-氨基酸)。
一氨基一羧基Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Met,Cys,Ser,Thr 一氨基二羧基Glu, Gln, Asp, Asn 二氨基一羧基Lys, Arg
生物化学第一章蛋白质化学
组成蛋白质的元素：
主要元素组成： 碳(C) 50% ~ 55% 氧(O) 19% ~ 24% 氢(H) 6% ~ 8% 氮(N) 13% ~ 19% 硫(S) 0% ~ 4%
少量的 磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
蛋白质元素组成特点：
各种蛋白质含氮量很接近，平均为16％
故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 样品中蛋白质的含量〔g〕
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、沉淀与凝固
1. 蛋白质的变性〔denaturation〕 在某些理化因素作用下，蛋白质的构
象被破坏，失去其原有的性质和生物活性， 称为蛋白质的变性作用。
变性后的蛋白称为变性蛋白质。
常见的变性因素：
2. 极性中性氨基酸
R-基含有极性基团； 生理pH条件下不解离。 包括7个：
甘氨酸(Trp)、 丝氨酸(Ser)、
半胱氨酸(Cys)、 谷氨酰胺(Gln)、 天冬酰胺(Asn)、 酪氨酸(Tyr) 苏氨酸(Thr)
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+)
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
有活性
无活性
〔二〕一级构造与功能的关系 1.一级构造相似的蛋白质功能相似 一级构造不同的蛋白质功能不同
胰岛素的一级构造及种属差异
一级构造不同的蛋白质功能不同
ACTH 促肾上腺素皮质激素
MSH 促黑激素
生物化学-蛋白质
For Example
pI
• Glycine
的
计
• Glutamate
算:
• Histidine
pI = (pK1+pK2)/2
An acidic amino acid pI=(pK1+pKR)/2
A basic amino acid pI=(pKR+pK2)/2
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质 进行分类
➢ 非极性脂肪族氨基酸 ➢ 极性中性氨基酸 ➢ 芳香族氨基酸 ➢ 酸性氨基酸 ➢ 碱性氨基酸
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族 氨基酸
(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性 中性氨基酸
(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
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)。
多肽链(polypeptide chain)是指许多氨 基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
多肽链有两端： N 末端：多肽链中有游离α-氨基的一端 C 末端：多肽链中有游离α-羧基的一端
多肽链
多肽链
N末端
C末端
牛核糖核酸酶
H OH
甘氨酸
O NH-CH-C
H H OH
甘氨酸
-HOH
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)。
生物化学第一章蛋白质概论
一般动物: 6.25 牛奶: 6.38
植物: 5.7
大米: 5.95
（二） 蛋白质的分子组成
1.蛋白质的水解产物
• 蛋白质的水解过程为:
蛋白质 月示 胨 多肽 二肽 α-氨基酸 分子量：>104 5×103 2×103 500-103 200 100
• α-氨基酸(amino acid)是蛋白质的基本组成 单位
2.根据R基团的化学结构分类
（1）脂肪族氨基酸：Gly,Ala,Val,Leu,IleSer,Thr，
Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg；
（2）芳香族氨基酸：Phe,Tyr,Try； （3）杂环氨基酸：His； （4）杂环亚氨基酸：Pro；
3.根据R基团的极性分类
（1）非极性氨基酸
（二）蛋白质在自然界的分布及重要性
2. 凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质在起作用。
蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。 蛋白质是生Байду номын сангаас表现千差万别的功能的基本物质。
3．蛋白质在食品加工中的重要性；
蛋白质的加工特性影响食品的营养及感官品质; 某些食品的制造利用蛋白质的特性;
二、蛋白质的分类
•按分子形状分两类： 球状蛋白和纤维状蛋白
（二）蛋白质在自然界的分布及重要性
1.蛋白质是一切生物体的重要组成成分
•从高等动植物到低等微生物 •从最复杂的人类到最简单的病毒 例：蛋白质在生物体中占干重为
人体：45% 横纹肌：80% 心脏：60% 细菌：50~80% 酵母：46.6% 病毒： 60% 小麦：约9% 大豆：约36% 花生：26%
营养和贮存功能----为机体提供养料如醇溶蛋白、卵清蛋 白、酪蛋白
生物化学第2章 蛋白质
蛋白质的生物学意义
生命是蛋白质的存在形式，是重要的生物大分子； 蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种 或几种特定的蛋白质；
蛋白质有极其重要的生物学意义（生物学功能）：
蛋白质功能多样性 5-1（阅读）
蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种
或几种特定的蛋白质；
蛋白质的生物学功能有以下几个方面： 内各种化学反应几乎都是在相应酶参与下进行的，催化 效率远大于合成的催化剂；
极移动，即处于等电兼性离子（极少数为中性分子）状
态，少数解离成阳离子和阴离子，但解离成阳离子和阴 离子的数目和趋势相等；
第2章
蛋白质
2.1 蛋白质的分类 2.2 蛋白质的组成单位—氨基酸
2.3 肽 2.4 蛋白质的结构
2.5 蛋白质结构与功能的关系 2.6 蛋白质的性质与分离、分析技术
2.1 蛋白质的分类
P17
蛋白质分类方法至少有4种：
1. 根据分子形状分类；
2. 根据分子组成分类 ；
3.根据功能分类；
2. 1. 1 根据分子形状分类
引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素 （色氨酸稳定）；
3. 酶水解:
优点：不破坏氨基酸，不产生消旋作用。 缺点：使用一种酶常水解不彻底，需几种酶协同作用才 能使蛋白质完全水解；水解所需时间较长；
酶法主要用于部分水解； 常用的蛋白水解酶： 胰蛋白酶、糜（胰凝乳）蛋白酶、胃蛋白酶等；
这些酶的作用点见第6章（酶）表6-3 （P148） 。
泌一类胶质蛋白，能将贝壳牢固地粘在岩石或其他硬表
面上；
2. 2 蛋白质的组成单位--氨基酸
生物化学——第一章蛋白质
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
O H 2N CH C OH
CH CH 3 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
谷氨酸（二羧基一氨基） pK1 pK2 pK3
碱性氨基酸：pI = (pK2 + pK3 )/2
赖氨酸（一pK羧1 基二p氨K2基pK）3
• 中性氨基酸pI一般为6.0答案：
• 提问：为什么偏酸性？
• -COOH解离程度略大于-NH2 • 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
• 更酸（3.0 左 右）
非极性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH CH 3 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH CH 3 CH 2 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
H N
CO OH
吡咯
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
2、分类
各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。 20种基本氨基酸按R的极性可分为： （1）非极性氨基酸 （2）极性氨基酸 （不带电荷氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸）
生物化学第一章蛋白质121
R CH NH2 COO
pH > pI
净电荷为负
当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负 电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动， 此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。
甘
甘氨酸盐酸盐（A+） 等电点甘氨酸（A）
甘氨酸钠（A-）
蛋白质主要元素组成：C、H、O、N、S 微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等。
蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定 氮法测蛋白质含量的理论依据：
蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.25
蛋白质的分类
• 根据分子形状分类：
• 根据化学组成分类：
蛋白质主要功能：
催化功能； 调节功能； 运动功能； 信息功能；
特征：两条或多 条伸展的多肽链 侧向集聚，通过 相邻肽链主链上 的N-H与C=O之间 有规则的氢键， 形成锯齿状片层 结构，即β－折 叠片。
• 类别： • 平行：N端在同一方向。 • Φ=-119°，ψ=+113° • 反平行：N端一顺一反交替排列。 • Φ=-139°，ψ=+135°
特征：多肽 链中氨基酸 残基n的羰基 上的氧与残 基 （ n+3 ） 的 氮原上的氢 之间形成氢 键，肽键回 折 1800 。 形 成 10 个 原 子 组成的环。
β－转角（β-turn）
无
规
则
卷
曲
无规则卷曲
示
意
图
细胞色素C的三级结构
超二级结构
(super-secondary structure)
在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质 中，由若干相邻的二级结构单元（即α— 螺旋、β—折叠片和β—转角等）彼此相互 作用组合在一起，，形成有规则、在空间 上能辨认的二级结构组合体，充当三级结 构的构件单元，称超二级结构。
生物化学第二章 蛋白质
第二章
蛋白质
目 录
一、蛋白质的种类、含量与分类 二、氨基酸 三、肽 四、蛋白质的结构 五、蛋白质的性质 六、食物中的蛋白质 七、蛋白质的分离与纯化
一、蛋白质的化学组成与分类
主要组成元素：C、H、O、N、S 及 P、Fe、 Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。 百分数约为：碳占50~55%，氢占6~8%， 氧占20~30%，氮占15~18%及硫占0~4%。 大多数蛋白质所含氮素约为16%，因该元素容 易用凯氏(Kjeldahl)定氮法进行测定。 故蛋白质的含量可由氮的含量乘以 6.25(100/16)计算出来: 即：蛋白质含量＝6.25×样品含氮量
aa向正极移动 aa向负极移动 aa不移动
pI的测定：
酸碱滴定法； 基于aa所带基团 均可解离； 得到弱酸弱碱曲 线； 根据aa上可解离 基团的pK值计算 等电点： pK：解离常数。 以甘氨酸为例：
由此可知：
在生理pH内，aa 的羧基和氨基全部解离； 具有这种性质的物质称两性电解质； 带有相反基团的分子叫两性离子； 滴定中Gly的阳离子（R+）、阴离子（R-） 和两性离子（R°）的比例随pH而变； 当溶液中只有两性离子时， pH = pI
蛋白质氨基酸
蛋白质中存在的20种氨基酸，除脯氨酸外，在其 α -碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基； 由于脯基酸的α -氨基被取代，它实际上是一种α -亚 氨基酸。此外，每种氨基酸都有一个特殊的R基团。
生物体内常见氨基酸的分类：
蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20 种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些 稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。 如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨 基酸。
蛋白质
目 录
一、蛋白质的种类、含量与分类 二、氨基酸 三、肽 四、蛋白质的结构 五、蛋白质的性质 六、食物中的蛋白质 七、蛋白质的分离与纯化
一、蛋白质的化学组成与分类
主要组成元素：C、H、O、N、S 及 P、Fe、 Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。 百分数约为：碳占50~55%，氢占6~8%， 氧占20~30%，氮占15~18%及硫占0~4%。 大多数蛋白质所含氮素约为16%，因该元素容 易用凯氏(Kjeldahl)定氮法进行测定。 故蛋白质的含量可由氮的含量乘以 6.25(100/16)计算出来: 即：蛋白质含量＝6.25×样品含氮量
aa向正极移动 aa向负极移动 aa不移动
pI的测定：
酸碱滴定法； 基于aa所带基团 均可解离； 得到弱酸弱碱曲 线； 根据aa上可解离 基团的pK值计算 等电点： pK：解离常数。 以甘氨酸为例：
由此可知：
在生理pH内，aa 的羧基和氨基全部解离； 具有这种性质的物质称两性电解质； 带有相反基团的分子叫两性离子； 滴定中Gly的阳离子（R+）、阴离子（R-） 和两性离子（R°）的比例随pH而变； 当溶液中只有两性离子时， pH = pI
蛋白质氨基酸
蛋白质中存在的20种氨基酸，除脯氨酸外，在其 α -碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基； 由于脯基酸的α -氨基被取代，它实际上是一种α -亚 氨基酸。此外，每种氨基酸都有一个特殊的R基团。
生物体内常见氨基酸的分类：
蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20 种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些 稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。 如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨 基酸。
生物化学生物化学第一章蛋白质
PAGE
垂
直
平
低浓度浓缩胶
板
电
泳
高浓度分离胶
示
意
图
生物化学生物化学第一章蛋白质
生物化学生物化学第一章蛋白质
生物化学生物化学第一章蛋白质
生物化学生物化学第一章蛋白质
生物化学生物化学一章蛋白质
• 肌红蛋白和血红蛋白的每条链都含一个血 红素辅基。
• 血红素由四个吡咯环构成的原卟啉Ⅸ和一 个铁离子组成。作为亚铁离子，可形成6个 配位键：其中4个与卟啉与环的氮原子连接， 第五个与His93相连，第六个与氧可逆结合 附近有个His64辅助氧的结合。
生物化学生物化学第一章蛋白质
肌红蛋白与血红蛋白的结构与功能
生物化学生物化学第一章蛋白质
目录
• 肌红蛋白(Mb)由153个氨基酸残基组成,血 红蛋白(Hb)的α亚基有141个氨基酸,β亚基 有146个氨基酸残基。Mb and Hb的两种亚 基氨基酸残基数和序列均有变化，但它们 的三级结构几乎完全相同。
• 同功能蛋白质：不同生物体中表现同一功 能的蛋白质，又称同源蛋白质。
生物化学生物化学第一章蛋白质
• 对比不同生物的同源蛋白质的氨基酸序列 可以发现，它们长度相同或相近，而且许 多位置的氨基酸是相同的。这些相同的氨 基酸残基称为不变残基。
• 不变残基对于同源蛋白的功能是必需的。
生物化学生物化学第一章蛋白质
• 说明肌红蛋白和血红蛋白的α亚基和β亚基 都起源于一个共同的祖先。
生物化学生物化学第一章蛋白质
• 在血红蛋白和肌红蛋白分子中与辅基血红 素相连的氨基酸都是组氨酸。说明不同氨 基酸序列中只有关键的氨基酸不变才能产 生相同的构象，执行相同的功能。
• 这种关键氨基酸通常提供形成蛋白质构象 的必要基团。
生物化学--蛋白质
3.超二级结构和结构域 蛋白质二级结构和三级结构的过渡态。
（1）超二级结构 二级结构组合体，但没有结构域。
胶原蛋白
弹性蛋白
角蛋白
几种超二级结构
• 胶原蛋白 脊椎动物中最多、最普遍的蛋白质 普遍存在于结缔组织、真皮、腱、韧带、骨及软骨、血管壁、角膜 等处的细胞外基质中。
每条肽链是α左手 螺旋
共价键
③加人可与蛋白质结合成不溶解的化合物的物质 （变性）
重金属离子
酸根
4.蛋白质的变构和变性
（1）变构 蛋白质与效应物的结合引起整个蛋白质分子构象发生改变的现象就称为蛋白质的变构作用， 又称别构作用。（只涉及非共价键的断裂，是可逆的） （2）变性 蛋白质分子的空间结构发生改变和破坏从而丧失生物活性的现象叫变性。 一级结构不变，破坏二级结构以上的结构，即氢键等次级键部分或全部断裂。 溶解度降低，易沉淀（内部的疏水基团暴露）； 失去结晶能力； 肽链松散，易被水解； 辅酶脱离。 蛋白质复性：如果不过于剧烈，变性后的蛋白质可以在一定的条件下恢复其生物活性。 ②致变因素 高温、振荡、搅拌、超声波、X射线、紫外线; 重金属离子、强酸、强碱、尿素，去污剂以及酒精、丙酮等有机溶剂等。
螺距0.54nm 3.6个氨基酸残基
右手螺旋居多
（2）β-折叠 并列的比α螺旋更为伸展的肽链，互相以氢键连接起来而成片层状的结构。 肽链比较伸展，弹性较差。
（3）β-转角和不规则卷曲 β转角：使多肽链发生180°的回折。 不规则卷曲：使一种没有规律的松散肽链结构。酶的功能部位常常 位于这种构象区域里。
3条α-螺旋共价相 连，形成右手螺 旋。
长， 肽链间的共价键数目增 加，使胶原纤维越来越 硬而脆，结果改变了结 缔组织的机械性能。
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C、D、E、F、G、H），其辅基为血红素。
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2
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C
1
N
N
2
C
1
血红蛋白的四级结构
成人血红蛋白由2条链和2条链组成,各亚基分别含一个血红素.
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血红蛋白空间结构与功能的关系
成人血红蛋白由2个亚基与2个亚基组成的 四聚体（ 22 ），每个亚基含1个血红素分子。
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15°
2
1
+ O2
2
1
– O2
1
2
1
2
T态
R态
血红蛋白T态与R态
血红蛋白4个亚基的排布是1/1和22呈双重对称排布。紧张态（T态）Hb对氧 的亲和力低。当血红蛋白结合氧时，由于铁离子的位移带动-螺旋F做相应的移 动，进而引发亚基间的盐键断裂，使亚基间的结合松弛，1/1和22之间移位
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NH2
1
Gly
15
Tyr Gln
Leu
Leu
Ile
Ser
Glu
HOOC Thr 30
A链 Val 5 Cys Ile 10
Glu Gln Cys
Ser
Cys Thr
Asn Gln His Leu
Val 1 Phe
5
Cys
Gly
不同生物细胞色素C的氨基酸差异数（以人为基数）
差异数
差异数
黑猩猩
0
猴子
1
免
9
猪
10
牛
10
狗
11
驴
12
鸡
13
响尾蛇
14
海龟
15
金枪鱼
21
小麦
35
酵母
51
哺乳类
小鼠
9
马、猪、羊、牛 2
狗、海豹、蝙蝠 2
硬骨鱼类
河马 金枪鱼
两棲类
牛蛙
蚯蚓 23
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
人类、猩猩 2 4猴
兔
5
15；松弛态（R态）的Hb亚基对氧的亲和力高，容易与氧结合。
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正常朊病毒蛋白结构 （显示-螺旋）
朊病毒结构 （显示-片层结构）
朊病毒蛋白（prion protein, PrP）存在于人体神经原、神经胶质细胞等多种细胞的细胞 膜上的糖蛋白。朊病毒是正常朊病毒蛋白空间构象由螺旋变成折叠所致。
为S形曲线,表明血红蛋白四个亚基对氧的结合具有正协同效应。
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N
F 8 H is
N
N
F 8 H is
N
I
N
IV N Fe 2+
N
II
卟啉平面
O2
HO
N
O
III
O OH
O2 N
E 7 H is
N
N
F 8 H is
N
O2
血红素与氧结合：血红素是4个吡咯环形成的铁卟啉化合物，2价铁离子 居于中央。铁离子有6个配位键，其中4个与4个吡咯环的N原子相连，1个
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二、肌红蛋白和血红蛋白的资空料仅供间参考,不结当之处构，请联与系改正功。 能的关系 （一）肌红蛋白的空间结构与功能的关系
肌红蛋白（myoglobin, Mb）是由153个氨基酸残
基组成的单一多肽链的蛋白质，含8个螺旋（A、B、
血红蛋白每1个亚基可结合1个氧分子。一分子 血红蛋白4个亚基可结合运输4个氧分子。
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肌红蛋白
结合氧
释放氧
血红蛋白
肌红蛋白与血红蛋白的带氧曲线 肌红蛋白的氧饱和曲线为距形双曲线,血氧饱和度为20%时仍能带氧,肌肉 缺氧时(氧饱和度为5%)大量释放氧,以供肌肉收缩需要;血红蛋白的氧饱和曲线
Ser
Asn
COOH
Tyr
20
Cys
Asn
Lys Pro Thr
Tyr
Val
Cys
Gly Glu
Leu 20 Arg
Gly
Phe Phe
25
Tyr
NH2
10 His
Leu 15
B链
Leu
Ala
Val Glu
胰岛素的一级结构： A链由21个氨基酸残基组成; B链由30个氨基酸残基组成
A链含一个链内二硫键 A链与B链之间有二个二硫键
B30
Thr Ala Ala Ser Ala Ala Ala Ala Ala
表中九种动物之间胰岛素分子一级结构中存在的氨基酸残基 组成的差异不影响胰岛素的生物活性。临床上曾经应用猪和牛的 胰岛素治疗人的糖尿病，取得了显著的疗效。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（三）一级结构的种属差异与分子进化
1 1
33 1
21
6
鲤鱼
鸸 袋鼠 1
鸽
1 鸵鸟 1 鸡、火鸡
1
企鹅
鸭2 1 1
11
6龟
鸟类和与爬行类
6
1
6
34
18 角鲨
响尾蛇
7
2
9
软骨鱼类
2
8
七鳃鳗
9
海星
蛾 ,天 蛾
蜜蜂
8
昆虫类
9
16
苍蝇
16
8
1
蝗虫
7
13
真菌
5
植物
动物体细胞色素C一级结构的进化树
图中的数字表示该类动物与其祖先相比细胞色素C一级结构氨基酸残基的差异数
氧分子与血红蛋白的结合具有正协同效应
紧张态（T态）：铁原子偏离卟啉平面约0.06nm,偏向F8 His侧，
121与22呈双重对称排布，
对氧的亲和力低。 松弛态（R态）：铁原子被氧分子拉入卟啉环中，
牵动作用Hb亚基三维结构发生改变， 亚基间盐键断裂，亚基间结合疏松，
121与22 之间移位15°，
对氧的亲和力高。
胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
来源
人 猪 狗 兔 牛 羊 马 抹香鲸
鲸
A8
Thr The Thr Thr Ala Ala Thr Thr Ala
氨基酸残基的差异部分
A9
Ser Ser Ser Ser Ser Gly Gly Ser Ser
A10
Ile Ile Ile Ile Val Val Ile Ile Thr
与F8（-螺旋F中第8个残基）组氨酸（93）相结合，氧分子则与第6个配 位键相结合，血红素未结合氧时，Fe偏离卟啉平面约0.06nm，偏向-螺
旋F8组氨酸侧，当结合氧后，Fe被拉入卟啉环中，这样带动F8发生位移， 进而引发一系列构象改变。
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（四）一级结构与分子病 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
例镰刀状红细胞贫血
HbA β肽链
N-Val .his .leu .thr .pro .glu .glu ….C (146)
HbS β肽链
N-Val .his .leu .thr .pro .val .glu ….C (146)
这种由蛋白质分子异常引起的疾病，称分子病
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2
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C
1
N
N
2
C
1
血红蛋白的四级结构
成人血红蛋白由2条链和2条链组成,各亚基分别含一个血红素.
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血红蛋白空间结构与功能的关系
成人血红蛋白由2个亚基与2个亚基组成的 四聚体（ 22 ），每个亚基含1个血红素分子。
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15°
2
1
+ O2
2
1
– O2
1
2
1
2
T态
R态
血红蛋白T态与R态
血红蛋白4个亚基的排布是1/1和22呈双重对称排布。紧张态（T态）Hb对氧 的亲和力低。当血红蛋白结合氧时，由于铁离子的位移带动-螺旋F做相应的移 动，进而引发亚基间的盐键断裂，使亚基间的结合松弛，1/1和22之间移位
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NH2
1
Gly
15
Tyr Gln
Leu
Leu
Ile
Ser
Glu
HOOC Thr 30
A链 Val 5 Cys Ile 10
Glu Gln Cys
Ser
Cys Thr
Asn Gln His Leu
Val 1 Phe
5
Cys
Gly
不同生物细胞色素C的氨基酸差异数（以人为基数）
差异数
差异数
黑猩猩
0
猴子
1
免
9
猪
10
牛
10
狗
11
驴
12
鸡
13
响尾蛇
14
海龟
15
金枪鱼
21
小麦
35
酵母
51
哺乳类
小鼠
9
马、猪、羊、牛 2
狗、海豹、蝙蝠 2
硬骨鱼类
河马 金枪鱼
两棲类
牛蛙
蚯蚓 23
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
人类、猩猩 2 4猴
兔
5
15；松弛态（R态）的Hb亚基对氧的亲和力高，容易与氧结合。
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正常朊病毒蛋白结构 （显示-螺旋）
朊病毒结构 （显示-片层结构）
朊病毒蛋白（prion protein, PrP）存在于人体神经原、神经胶质细胞等多种细胞的细胞 膜上的糖蛋白。朊病毒是正常朊病毒蛋白空间构象由螺旋变成折叠所致。
为S形曲线,表明血红蛋白四个亚基对氧的结合具有正协同效应。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
N
F 8 H is
N
N
F 8 H is
N
I
N
IV N Fe 2+
N
II
卟啉平面
O2
HO
N
O
III
O OH
O2 N
E 7 H is
N
N
F 8 H is
N
O2
血红素与氧结合：血红素是4个吡咯环形成的铁卟啉化合物，2价铁离子 居于中央。铁离子有6个配位键，其中4个与4个吡咯环的N原子相连，1个
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二、肌红蛋白和血红蛋白的资空料仅供间参考,不结当之处构，请联与系改正功。 能的关系 （一）肌红蛋白的空间结构与功能的关系
肌红蛋白（myoglobin, Mb）是由153个氨基酸残
基组成的单一多肽链的蛋白质，含8个螺旋（A、B、
血红蛋白每1个亚基可结合1个氧分子。一分子 血红蛋白4个亚基可结合运输4个氧分子。
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肌红蛋白
结合氧
释放氧
血红蛋白
肌红蛋白与血红蛋白的带氧曲线 肌红蛋白的氧饱和曲线为距形双曲线,血氧饱和度为20%时仍能带氧,肌肉 缺氧时(氧饱和度为5%)大量释放氧,以供肌肉收缩需要;血红蛋白的氧饱和曲线
Ser
Asn
COOH
Tyr
20
Cys
Asn
Lys Pro Thr
Tyr
Val
Cys
Gly Glu
Leu 20 Arg
Gly
Phe Phe
25
Tyr
NH2
10 His
Leu 15
B链
Leu
Ala
Val Glu
胰岛素的一级结构： A链由21个氨基酸残基组成; B链由30个氨基酸残基组成
A链含一个链内二硫键 A链与B链之间有二个二硫键
B30
Thr Ala Ala Ser Ala Ala Ala Ala Ala
表中九种动物之间胰岛素分子一级结构中存在的氨基酸残基 组成的差异不影响胰岛素的生物活性。临床上曾经应用猪和牛的 胰岛素治疗人的糖尿病，取得了显著的疗效。
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（三）一级结构的种属差异与分子进化
1 1
33 1
21
6
鲤鱼
鸸 袋鼠 1
鸽
1 鸵鸟 1 鸡、火鸡
1
企鹅
鸭2 1 1
11
6龟
鸟类和与爬行类
6
1
6
34
18 角鲨
响尾蛇
7
2
9
软骨鱼类
2
8
七鳃鳗
9
海星
蛾 ,天 蛾
蜜蜂
8
昆虫类
9
16
苍蝇
16
8
1
蝗虫
7
13
真菌
5
植物
动物体细胞色素C一级结构的进化树
图中的数字表示该类动物与其祖先相比细胞色素C一级结构氨基酸残基的差异数
氧分子与血红蛋白的结合具有正协同效应
紧张态（T态）：铁原子偏离卟啉平面约0.06nm,偏向F8 His侧，
121与22呈双重对称排布，
对氧的亲和力低。 松弛态（R态）：铁原子被氧分子拉入卟啉环中，
牵动作用Hb亚基三维结构发生改变， 亚基间盐键断裂，亚基间结合疏松，
121与22 之间移位15°，
对氧的亲和力高。
胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
来源
人 猪 狗 兔 牛 羊 马 抹香鲸
鲸
A8
Thr The Thr Thr Ala Ala Thr Thr Ala
氨基酸残基的差异部分
A9
Ser Ser Ser Ser Ser Gly Gly Ser Ser
A10
Ile Ile Ile Ile Val Val Ile Ile Thr
与F8（-螺旋F中第8个残基）组氨酸（93）相结合，氧分子则与第6个配 位键相结合，血红素未结合氧时，Fe偏离卟啉平面约0.06nm，偏向-螺
旋F8组氨酸侧，当结合氧后，Fe被拉入卟啉环中，这样带动F8发生位移， 进而引发一系列构象改变。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（四）一级结构与分子病 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
例镰刀状红细胞贫血
HbA β肽链
N-Val .his .leu .thr .pro .glu .glu ….C (146)
HbS β肽链
N-Val .his .leu .thr .pro .val .glu ….C (146)
这种由蛋白质分子异常引起的疾病，称分子病