第2章 第4节蛋白质的四级结构和血红蛋白
4蛋白质2
二、β折叠片(β—pleated sheet)
β-折叠的结构特点
多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿 状，R基交替地伸向锯齿状结构的上下方。 若两条肽段走向一致（N端、C端方向相同），称为 顺向平行；反之，称之为逆向平行，逆向更稳定。 走向相反时，两条反平行肽链的间距是0.70nm。若 干肽段互相靠拢，平行排列，通过氢键连接。氢键 的方向与长轴垂直。
水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基 埋藏在分子的内部。这一现象被称为疏水作用或疏 水效应，它在稳定蛋白质的三维结构方面占有突出 地位。 疏水作用其实并不是疏水基团之间有什么吸引力的 缘故，而是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要 而被迫接近。 疏水作用的主要动力是蛋白质溶液系统的熵增的结 果。
结构域的特点
结构域之间常常只有一段 柔性的肽链连接，形成所 谓铰链区，使结构域容易 发生相对运动，这是结构 域的一大特点。 结构域之间的这种柔性将 有利于活性中心结合底物 和施加应力。
最突出的例子 免疫球蛋白
免疫球蛋白含12个结构 轻链各含2个结构域 重链各含4个结构域
球状蛋白质的三级结构
概念 指整条肽链中所有原子的空间排布，它包括 主链构象和侧链构象。 主要化学键 疏水键、氢键、盐键等非共价键和二硫键。 疏水作用力是维持三级结构稳定的最主要作 用力。
溶菌酶的二级结构
超二级结构(super—secondary struture)
由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相 互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级 结构组合体。 超二级结构组合形式主要有： αα、βαβ、ββ。
β β
αα
βαβ
结构域 (domain)
结构域概念 多肽链在二级结构或超二级结构的基础上 成三级结构的局部折叠区，它是相对独立 紧密球状实体，称为结构域。 结构域是由二级结构单元和超二级结构的不同 组合而形成的高级结构。 结构域常由100-200个残基组成。 大的蛋白质可有多个结构域
简述血红蛋白的结构及其结构与功能的关系
血红蛋白的结构及其结构与功能的关系1. 引言血红蛋白是存在于人体红细胞中的一种重要蛋白质，它负责运输氧气到全身各个组织和器官。
血红蛋白的结构与功能密切相关，通过对血红蛋白结构的研究，可以更好地理解其功能机制以及与疾病的关系。
本文将从血红蛋白的结构入手，详细探讨血红蛋白的结构及其与功能的关系。
2. 血红蛋白的结构血红蛋白是由四个亚基组成的复合物，每个亚基都含有一个血红素分子。
血红蛋白的结构可以分为四个层次：初级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
2.1 初级结构血红蛋白的初级结构是指其氨基酸序列。
人体血红蛋白由两个α链和两个β链组成，每个链上有约140个氨基酸残基。
这些氨基酸残基中，有一部分是与血红素结合的位点，起到固定血红素的作用。
2.2 二级结构血红蛋白的二级结构是指氨基酸链的局部折叠形式。
血红蛋白中存在α螺旋和β折叠这两种常见的二级结构。
α螺旋主要存在于α链中，而β折叠主要存在于β链中。
2.3 三级结构血红蛋白的三级结构是指整个蛋白质分子的折叠形式。
血红蛋白的四个亚基通过非共价键相互连接，形成一个四聚体结构。
这种四聚体结构的形成是由于亚基之间存在的电荷相互作用、氢键和疏水效应等。
2.4 四级结构血红蛋白的四级结构是指多个蛋白质分子之间的相互组合形成的超级结构。
在血红蛋白中，四个亚基的结合形成了一个稳定的四聚体结构，这种四聚体结构使血红蛋白具有高度的稳定性和特异性。
3. 血红蛋白的功能血红蛋白的功能主要是运输氧气到全身各个组织和器官。
血红蛋白的结构与其功能密切相关，下面将详细介绍血红蛋白结构与功能的关系。
3.1 血红蛋白与氧气结合血红蛋白的四个亚基中，每个亚基都含有一个血红素分子。
血红素分子中的铁离子能够与氧气发生结合，形成氧合血红蛋白。
血红蛋白的结构决定了其与氧气结合的能力和速度。
具体来说，血红蛋白中的氨基酸残基可以通过氢键和静电作用与氧气分子相互作用，从而实现氧气的结合和释放。
3.2 血红蛋白的氧气运输血红蛋白通过与氧气的结合，将氧气从肺部运输到全身各个组织和器官。
生物化学—蛋白质四级结构精选全文完整版
（二）血红蛋白的氧合曲线: S形曲线
低氧分压时，血红蛋白亚基与氧亲合力低；有利于氧的 释放。
（三）波耳效应
1914年 Bohr发现： 增加CO2浓度，降低pH，能降低Hb对氧的 亲和力；高浓度的氧促使CO2， H+从Hb上释 放。这种现象称为波耳效应。
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。（）
第四节 蛋白质四级结构（quarternary structure）
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：
分子系
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：
二面角是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。（）
大学生物化学课件 蛋白质的四级结构
蛋白质的二级结构 ★★★
蛋白质的二级结构是指多肽链中主链原子在各局部空间的排列分布状况，而不涉及各R 侧链的空间排布。在所有已测定的蛋白质中均有二级结构的存在，主要形式包括螺旋 结构、B折叠和B转角等。 构成蛋白质二级结构（即主链构象）的基本单位是肽键平面或称酰胺平面。【肽 键平面示意图一】 肽键具有双键性质，不能自由旋转而成平面结构。此平面结构两侧的、与α 碳原子 相连的单键则可自由旋转。经过折叠、盘曲可形成α -螺旋和β-片层结构。稳定二级结 构的主要因素是氢键。 1. α-螺旋结构 在α-螺旋中肽链如螺旋样盘曲上升，每旋转一圈为3.6个氨基酸残 基，其中每个氨基酸残基升高0.15nm，螺旋上升一圈的高度（即螺距）为0.54nm （3.6nm×0.15nm）。【见示意图二】 每个氨基酸残基的－NH－与间隔三个氨基酸残基的=C=0形成氢键【见详图三】。 每个肽键的=C=0与－NH－都参加氢键形成，因此保持了α -螺旋的最大稳定性。 绝大多数蛋白质以右手α -螺旋形式存在。1978年发现蛋白质结构中也有左手α -螺 旋结构。 2. β-折叠结构 它是两条肽链或一条肽链内的各肽段之间的=C=0与－NH－形成 氢键而成。两肽链可以是平行的，也可以是反平行的。 【顺平行折叠图四】 【反平行折叠图五】 多肽链除此两种局部折叠形式外，还有β转角（β-turn，或称β-发夹结构）和无规 卷曲（random coil）等。
蛋白质的四级结构
Part 1 练习
1. 组成蛋白质的基本单位是什么？
2. 什么是等电点？
Part 2 练习 分子筛层析时，先流出的是较大 的蛋白还是较小的蛋白？
弱碱条件
苯氨基硫甲酰肽(PTC-肽）
苯乙内酰硫氨基酸(PTH-aa)
环化
水解
失去原N-端氨基酸的肽
剩下的肽可反复进行上述处理，依次生成各种PTH-aa，
层析鉴定就可N-端开始确定被测肽段的氨基酸排列顺序
Edman降解法的示意图
第五步
肽链一级结构的确定
一般常用多种方法使肽链断裂， 并分析出各肽段中的氨基酸顺序。由
肌红蛋白（1个亚基）与血红蛋白（4个亚基） 且一级结构有较大差异，但均具有与氧可逆地 结合的能力 其结构特点是，都与血红素（辅基）共价结合
O2
（二）血红蛋白构象变化与结合氧的能力
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
蛋白质分子中的1个亚基与其的配体结合后,
四、蛋白质空间结构的测定
1. X射线晶体衍射法 X-衍射图代表射线穿过（蛋白质）晶体的 一系列平行剖面的各原子的电子密度，然后再 借助计算机绘制出三维的电子密度图 2.二维磁共振技术 3. 蛋白质空间结构的预测 （1）根据分子力学、分子动力学、物理化学 原理，从理论上计算推测蛋白质的空间结构 （2）从已知蛋白空间结构规律，从一级结 构推测空间结构
强酸、
生物碱、
强碱、 尿素、
有机溶剂、
胍、 重金属
•物理因素
热、 紫外线、 超声波、 剧烈振荡
变性蛋白质的主要特征:
（1）蛋白质分子中的次级键断裂,构象破坏，但 不涉及共价键的破坏,一级结构不变 （2） 生物活性丧失 （3） 变性蛋白质的溶解度常降低、粘度增加、 扩散系数减小 （4） 变性蛋白质容易消化
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质（protein）是组成人体一切细胞、组织的重要成分。
机体所有重要的组成部分都需要有蛋白质的参与。
一般说，蛋白质约占人体全部质量的18%，最重要的还是其与生命现象有关。
蛋白质是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。
没有蛋白质就没有生命。
氨基酸是蛋白质的基本组成单位。
它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。
机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。
蛋白质占人体重量的16%~20%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。
人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸（Amino acid）按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新.蛋白质是由C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）组成，一般蛋白质可能还会含有P（磷）、S（硫）、Fe（铁）、Zn（锌）、Cu（铜）、B（硼）、Mn（锰）、I（碘）、Mo（钼）等。
这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50%、氢7%、氧23%、氮16%、硫0~3%、其他微量。
（1）一切蛋白质都含氮元素，且各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%；（2）蛋白质系数：任何生物样品中每1g元氮的存在，就表示大约有100/16=6.25g蛋白质的存在， 6.25常称为蛋白质常数。
整体结构蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物高分子。
蛋白质分子上氨基酸的序列和由此形成的立体结构构成了蛋白质结构的多样性。
蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构，蛋白质分子的结构决定了它的功能。
一级结构（primary structure）：氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序称为蛋白质的一级结构，每种蛋白质都有独立而确切的氨基酸序列。
肽键是一级结构中连接氨基酸残基的主要化学键，有些蛋白质还包括二硫键。
二级结构（secondary structure）：蛋白质分子中肽链并非直链状，而是按一定的规律卷曲（如α-螺旋结构）或折叠（如β-折叠结构）形成特定的空间结构，这是蛋白质的二级结构。
第二章 蛋白质的结构与功能
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起 来的，具有特定分子结构的高分子化合物。
蛋白质的分子结构可人为划分为一、二、三、 四级结构。除一级结构外，蛋白质的二、三、 四级结构均属于空间结构，即构象。
构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。 蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维 系。
人胰岛素的一级结构
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。 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。
二、蛋白质的空间结构
空间结构：指Pr分子内各原子围绕某些 共价键的旋转而形成的各种空间排布及 相互关系，称为Pr的构象。 主链构象 侧链构象
手性C原子：与α-C原子相连的四个 原子或基团各不相同。
L-α -氨基酸的结构通式
（三）氨基酸的分类 自然界存在的aa有300种，但作为 蛋白质基本单位的aa有20种，且 都有特异的遗传密码，为编码aa。
根据R侧链基团解离性质的不同，可将 氨基酸进行分类： 1.酸性侧链氨基酸——Glu，Asp；侧 链基团在中性溶液中解离后带负电荷 的氨基酸。
一、蛋白质的一级结构
1、概念： 蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中通过肽 键连接起来的氨基酸的排列顺序，即多肽链的 线状结构。 2、 维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键 3、胰岛素（Insulin）由51个氨基酸残基组成， 分为A、B两条链。A链21个氨基酸残基，B链30 个氨基酸残基。A、B两条链之间通过两个二硫 键联结在一起，A链另有一个链内二硫键。
2、两性解离与等电点
A、aa是两性电解质：有碱性的-NH2 和酸性的-COOH B、等电点（PI）： aa处于两性离子时溶液的PH值
解释蛋白质的四级结构
解释蛋白质的四级结构
嘿，你知道吗？蛋白质这家伙可有大学问呢！蛋白质的四级结构，
就像是一个超级团队的组合。
咱就拿一场足球比赛来类比吧。
比如说，一个足球队里有前锋、中场、后卫和守门员（这就好比蛋白质的不同
亚基），他们各自有着不同的职责和特点，但只有当他们团结协作，
共同组成一个完整的队伍时，才能在球场上发挥出最大的作用，去赢
得比赛（这就类似蛋白质四级结构形成后发挥功能）。
蛋白质的四级结构就是指由多个具有独立三级结构的多肽链（也就
是亚基）通过非共价键相互结合形成的聚合体。
你想想啊，每个亚基
就像是球队里的一名球员，都有着自己独特的能力和作用。
比如说血红蛋白，它就是由四个亚基组成的。
这四个亚基就像是四
个小伙伴，紧密地合作着。
当氧气出现的时候，它们就一起行动起来，把氧气抓住，然后运送到身体需要的地方去。
这多神奇啊！
再看看肌红蛋白，它虽然只有一个亚基，但它也有着自己的重要使
命呀。
在我们身体里，蛋白质的四级结构起着至关重要的作用呢。
它决定
了蛋白质的功能和活性，就像球队的战术决定了比赛的胜负一样。
如
果四级结构出了问题，那可不得了，就好像球队里队员之间不配合了，那还怎么赢得比赛呀？我们的身体也会出现各种问题呢！
总之，蛋白质的四级结构真的超级重要，它让蛋白质变得更加复杂和多样化，也让我们的身体能够正常地运转。
你现在是不是对蛋白质的四级结构有了更深刻的理解呢？我觉得啊，了解这些真的很有意思呢，能让我们更好地认识自己的身体呀！。
以肌红蛋白和血红蛋白为例,论述蛋白质结构和功能的关系
以肌红蛋白和血红蛋白为例，论述蛋白质结构和功能的关系蛋白质是生物体内最重要的功能性分子之一，其结构和功能之间存在着密切的关系。
以肌红蛋白和血红蛋白为例，我们可以深入探讨这种关系。
1. 肌红蛋白（Myoglobin）:-结构：肌红蛋白是一个含有单一多肽链的球状蛋白质，这个多肽链折叠成一个特定的三维结构。
该蛋白质的一个显著特点是它包含一个血红素基团，这是一个铁离子中心，能够结合氧分子。
-功能：肌红蛋白的主要功能是在肌肉细胞中储存和运输氧气。
当肌肉细胞需要更多的氧气时，肌红蛋白可以迅速释放所储存的氧气以满足需求。
2. 血红蛋白（Hemoglobin）:-结构：血红蛋白是一个四聚体蛋白质，由两个α-亚基和两个β-亚基组成。
每个亚基都包含一个血红素基团，总共有四个，这使得血红蛋白能够结合四个氧分子。
-功能：血红蛋白的主要功能是在血液中运输氧气从肺部到身体的各个部位。
此外，它还参与二氧化碳的运输。
结构和功能的关联：-血红素基团：肌红蛋白和血红蛋白都具有血红素基团，这是它们能够结合氧的关键结构特征。
血红素基团的存在使得这两种蛋白质都能够执行其氧气运输的功能。
-四级结构：尽管肌红蛋白和血红蛋白都是由多肽链组成的，但它们的四级结构不同。
血红蛋白的四聚体结构使其能够高效地在血液中运输氧气，而肌红蛋白的单体结构则使其更适合在肌肉细胞中储存氧气。
-调控机制：肌红蛋白和血红蛋白的结构决定了它们对氧气的亲和力。
例如，血红蛋白在肺部的高氧浓度下容易结合氧气，而在组织的低氧浓度下容易释放氧气，这是由于其结构变化导致的。
总的来说，肌红蛋白和血红蛋白的特定结构赋予了它们特定的功能。
这些蛋白质的结构决定了它们如何与其他分子相互作用，以及它们如何在生物体内执行其功能。
血红蛋白的一级结构二级结构三级结构四级结构
血红蛋白的一级结构二级结构三级结构四级结构血红蛋白是一种存在于红细胞中的蛋白质，其主要功能是将氧气从肺部输送到身体各个组织和器官。
血红蛋白的结构是由四个亚单位组成的复合物，包括两个 alpha亚单位和两个 beta亚单位。
这四个亚单位之间通过非共价键连接在一起，形成一个稳定的四聚体结构。
血红蛋白的一级结构指的是其氨基酸序列，而二级结构、三级结构和四级结构则涉及到蛋白质的空间结构。
一级结构：血红蛋白的一级结构是指其氨基酸序列。
人体中的血红蛋白一共包含574个氨基酸残基，其中两个 alpha亚单位各有 141个氨基酸残基，两个 beta亚单位各有146个氨基酸残基。
这些氨基酸残基的顺序决定了血红蛋白的功能和结构。
二级结构：血红蛋白的二级结构主要由 alpha螺旋和 beta折叠构成。
每个alpha亚单位都含有8个 alpha螺旋结构，而每个 beta亚单位则含有 8个 alpha-helix 结构和2个 beta折叠结构。
这些二级结构的形成是由于氢键的形成而稳定起来的，使得蛋白质在空间上具有一定的稳定性。
三级结构：血红蛋白的三级结构是指亚单位内部的空间结构。
每个亚单位都折叠成一个由 alpha螺旋和 beta折叠组成的球形结构。
这种球状结构由大量的氢键、离子键和疏水性作用力等非共价键的相互作用来保持稳定。
同时，亚单位之间也通过一些非共价键相互连接在一起，形成一个四聚体结构。
四级结构：血红蛋白的四级结构是指四个亚单位之间的相互作用和组装方式。
在血红蛋白的四级结构中，alpha亚单位和beta亚单位之间通过非共价键的相互作用连接在一起。
这些相互作用包括电荷相互作用、疏水性作用、氢键、离子键等。
这种四个亚单位的组装方式使得血红蛋白具有足够的稳定性和功能。
总结起来，血红蛋白是由四个亚单位组成的复合蛋白质，其中每个亚单位具有特定的一级结构，形成了稳定的二级结构，进而折叠成三级结构。
这些亚单位之间通过非共价键相互作用连接在一起，形成了四级结构。
第二章_蛋白质结构基础
半胱氨酸 Cys 组氨酸 His 酪氨酸 Tyr 色氨酸 Trp
极性氨基酸
二硫键的作用 1 稳定蛋白质的三维结构； 2 将不同的多肽链连接在一起； 3 分子内二硫键可稳定单肽链的 折 叠，使蛋白质不易被降解。
特点： 侧链都可以解离使残基带上正 或负电荷
天冬氨酸 Asp 谷氨酸 Glu 精氨酸 Arg 赖氨酸 Lys
HN
精氨酸 Arginine
碱性氨基酸
O H2 N CH C CH2 CH2 CH2 NH C NH2 NH OH
精氨酸 Arginine
赖氨酸 Lysine
碱性氨基酸
O H2N CH C CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 OH
精氨酸 Arginine
赖氨酸 Lysine 组氨酸 Histidine
稳定α -螺旋的因素
α-螺旋具有极性：
N
所有氢键都沿螺旋轴指向同一方向
α -螺旋的特征
• • • • 肽平面的键长和键角一定； 肽键的原子排列呈反式构型； 相邻的肽平面构成两面角； α -螺旋的中心没有空腔
C
-helix不稳定的因素：
R基团带同种电荷： pH=7时，多聚Lys或多聚 Glu ； R基团较大时造成空间位阻， 如Ile； 多肽链中有 Pro 或 HO-Pro，α—helix 中 断，产生‘结节’kink 它改变多肽链的方向，并终止螺旋。
含酰胺氨基酸
O H2 N CH C CH2 CH2 C NH2 O OH
氨基酸的分类
疏水氨基酸
氨基酸
极性氨基酸
荷电氨基酸
特点： 1 残基的侧链一般没有化学反应性； 2 疏水作用，趋于彼此间或与其他 非极性原子相互作用
丙氨酸 Ala 缬氨酸 Val 亮氨酸 Leu 异亮氨酸 Ile
第二章蛋白质的结构与功能
一,氨基酸
存在自然界中的氨基酸有300余种 存在自然界中的氨基酸有300余种, 300余种, 20种 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20 种 , 氨基酸(甘氨酸除外) 且均属 L-氨基酸(甘氨酸除外).
目录
(一) 氨基酸的一般结构 一
COO
+
H CH3 R
H
目录
(三)β-转角
β-转角
(四)无规卷曲
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部 分肽链结构. 分肽链结构.
目录
(五)模体是具有特殊功能的超二级结构 模体是具有特殊功能的超二级结构
在许多蛋白质分子中, 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 有二级结构的肽段,在空间上相互接近, 个有规则的二级结构组合,被称为超二级结构. 有规则的二级结构组合,被称为超二级结构. 超二级结构 二级结构组合形式有3 二级结构组合形式有3种:αα,βαβ,ββ . αα,βαβ,
第2章
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
目录
什么是蛋白质? 什么是蛋白质? 蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键 通过肽键(peptide bond)相连 通过肽键 相连 形成的高分子含氮化合物. 形成的高分子含氮化合物.
目录
二个或三个具有二级结构的肽段, 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, 上相互接近,形成一个特殊的空间构象,称为 模体(motif) . 模体 模体是具有特殊功能的超二级结构. 模体是具有特殊功能的超二级结构.
第四节蛋白质的四级结构 和血红蛋白
4、生活当中的亚硝酸盐
n (1)路边烧烤
– 少量的亚硝酸盐 （硝，红粉）可以增 加食品色泽和提升食 品口感
– 路边烧烤很多大量使 用，作为发色剂，改
善肉的色泽
– 或者添加很多嫩肉
粉，内含较多的亚哨
酸盐
李新梅
湖南大学生物学院
3、如何治疗亚硝酸盐中毒？
n 治疗亚硝酸盐中毒采用 小剂量的亚甲蓝，维生 素C和葡萄糖
1
– 7月26日，小龙的检查表明体内亚硝酸盐含 量较高，进行洗胃、吸氧，还是处于恶心、 四肢无力的状态
n 2013年6月16日，家住山东禹城的12岁陈玉杰 随父亲回家收麦，吃了烤鸭后上吐下泻死亡， 医院初步断定是亚硝酸盐中毒
2、亚硝酸盐为什么可以导致中 毒？
n 中毒量为0.2～0.5克， 致死量为3克
2
n （3）燕窝 – 2011年9月，香港科技大学中药研发中心研究 发现，所有种类的燕窝均含亚硝酸盐，尤以血 燕最严重 – 2011年浙江工商局称血燕有毒物质亚硝酸盐的 含量最高者超过了限量标准350倍之多
李新梅 湖南大学生物学院
血红蛋白具有运输O2，CO2的功能
n 人类每个红细胞中充填了大 约3亿个血红蛋白分子 – 约为红细胞质量的34%溶 解于红细胞的溶胶中 – 在肺中获得动脉血可以达 到96%饱和度 – 回到心脏的静脉血仅为 64% – 每100ml血释放6.5ml氧气
应调节
李新梅 湖南大学生物学院
1、成年人血红蛋白 结构（HbA）
n （1）成年人的血红蛋白空间 结构由四个亚基组成
– Hb有四个多肽链 – 每条都具有独立的三级结
构
– 这种具有独立三级结构的 多肽链称为亚基
• 亚基独立存在时不具备 原有蛋白质的生物活性
第二章 蛋白质组成及结构
2、蛋白质家族与超家族（protein
family and superfamily）
1、同源蛋白质（homologous protein ）
定义：结构和功能类似的蛋白质。包括来自同一
祖先，随趋异进化为结构类似和功能差异的蛋白
质（也包括在一定条件下，由不同祖先趋同进化
为结构和功能类似的蛋白质）。
产生变异原因：
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
3.羟基氨基酸与含硫氨基酸
丝氨酸（Ser, S） 半胱氨酸（Cys, C）
苏氨酸（Thr, T）
甲硫氨酸（Met, M）
Cys在蛋白质中属希有残基（2%）。
Serine Ser、 S
Threonine Thr T
●侧链带有羟基，可形成氢键, 也可通过水分子间接形成氢键 ●羟基化学性质活泼，具有重要的功能，如磷酸化，糖基化。 ●苏氨酸为必需AA，而丝
酶促催化丝氨酸而形成硒代半胱氨酸，再进酸，称非蛋白氨基酸。
它们多是基本氨基酸的衍生物（包括D-氨基酸、β、γ、δ-氨基酸），部 分是代谢物前体或中间物（如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间物，β-
丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体，γ-氨基丁酸是传递神经冲动
插入外）的氨基酸相同，才可能属于同一家族，15%-25% 的残
基相同者属于准同源；
同源蛋白质拥有共同的三维结构和高度保守的氨基酸（如维持 胰岛素结构：24AA（多为非极性）,6Cys,3对二硫键）。
2、蛋白质家族与超家族
蛋白质家族（family)和超家族(superfamily)尚无明确定义， 有时可通用 。 蛋白质家族：一般将序列及结构域同源、进化上相关、且功能 相同的蛋白质归为同一家族。常常是基因家族的同义词。
第二章蛋白质化学蛋白质的结构(共67张PPT)
肽键为一平面
相邻的a碳原子呈反式构型
3、肽的命名及结构
• 1、根据所含AA数目：二肽、三肽、四肽等 • 2、根据来源和功能：如，脑啡肽、短杆菌肽S等。 • 3、肽结构：自然界中存在的肽有开链式结构和
环状结构。环状结构中没有游离的氨基末端和 游离的羧基末端，微生物中常见，如，短杆菌 肽S 。
4、多肽链的表达式
〔1〕组成蛋白质的多肽链数目； 2、根据来源和功能：如，脑啡肽、短杆菌肽S等。
2、亚基间呈特定的三维空间排布，依赖次级键维持其结构稳定 ．
〔2〕多肽链的氨基酸顺序； 3、蛋白质分子中亚基可相同，也可不相同。
常用的有巯基乙醇(mercaptoethanol) 、巯基乙酸(mercaptoacetic acid) 、二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT)等。 硼氢化锂〔LiBH4〕
2H2O
GSSG
NADP+
GSH复原酶
NADPH+H+
2. 多肽类激素及神经肽
• 体内许多激素属寡肽或多肽
• 神经肽(neuropeptide)
(三)蛋白质一级结构的测定
要求
• 样品必须是均一的。纯度在>97%以上 • 知道蛋白质的相对分子质量
• (1)组成蛋白质的多肽链数目 (2)多肽链的氨基酸种类、数目及排列顺序; (3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 ★其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白 质高级结构及其生物功能的根底。
化学裂解法
溴化氰法〔CNBr〕:特异性水解对Met羧基形成的 肽键 羟胺法:羟胺专一裂解Asn-Gly的肽键，酸性条件下 裂解Asn-Pro肽键。
酶水解法〔专一性高，水解产率高〕
胰蛋白酶: 胰凝乳蛋白酶〔糜蛋白酶〕: 胃蛋白酶:
血红蛋白 四级结构
血红蛋白四级结构一、血红蛋白的概述血红蛋白是一种重要的蛋白质，存在于人体的红细胞中。
它具有四级结构，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
血红蛋白在运输氧气和二氧化碳方面发挥着重要的作用。
本文将深入探讨血红蛋白的四级结构。
二、血红蛋白的一级结构血红蛋白的一级结构指的是由氨基酸组成的线性序列。
人类血红蛋白由四个亚单位组成，分别是两个α链和两个β链。
每个亚单位都含有一个铁原子，可以与氧气结合。
血红蛋白的一级结构是由基因编码的，每条链都有一个特定的氨基酸序列。
这一序列对于血红蛋白的功能至关重要。
血红蛋白的基因编码血红蛋白的基因编码是由人体的DNA中的α和β基因来实现的。
这些基因位于染色体上，并且在基因组中有多个拷贝。
基因的突变或缺失可能导致血红蛋白的异常，如地中海贫血等遗传性疾病。
氨基酸序列血红蛋白的氨基酸序列由一系列氨基酸残基组成。
α链和β链中分别有约141个氨基酸。
其中一些氨基酸对于蛋白质的结构和功能至关重要。
例如，血红蛋白的亲合力与其亚单位中存在的组氨酸残基有关。
三、血红蛋白的二级结构血红蛋白的二级结构是指其折叠形态和氢键网络。
血红蛋白的二级结构包括α螺旋和β折叠。
这些结构使血红蛋白具有稳定的空间构型。
α螺旋α螺旋是一种常见的二级结构，包括氢键和螺旋稳定。
血红蛋白中的α链主要采用α螺旋结构。
β折叠β折叠是另一种常见的二级结构，也包括氢键和折叠稳定。
血红蛋白中的β链主要采用β折叠结构。
四、血红蛋白的三级结构血红蛋白的三级结构指的是其空间构型和亚单位之间的相互作用。
血红蛋白的空间构型在氧气运输和释放方面起着重要作用。
亚单位间的相互作用血红蛋白的四个亚单位之间通过多种非共价相互作用保持在一起。
这些相互作用包括氢键、离子键、范德华力和疏水效应。
这些相互作用使得血红蛋白具有稳定的立体构型。
空间构型的变化血红蛋白的空间构型可以通过氧气的结合和释放来发生变化。
当氧气结合到血红蛋白中的铁原子时，其空间构型会发生变化，使氧气更容易结合。
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血红蛋白中一个氧分 子的结合一个亚基后， 改变了整个蛋白质空 间构象，促进后续氧 的结合，称为氧分子 的正协同效应
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氧结合血红蛋白的正协同效应属于 一种别构效应
什么是别构效应？
–小分子与寡聚蛋白的结合通过 亚基的相互作用，改变了整个 蛋白质的空间结构，从而影响 其生物活性的现象。
Hb氧合曲线是S形，Mb氧合曲线是双 曲线
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（2）肌红蛋白对氧的亲和力高
同样的氧分压下，Mb对氧亲和力高于Hb –所以红细胞中血红蛋白载有的很多氧被 释放出来，释放出来的氧都可被肌肉中 的肌红蛋白结合
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Y1 △Y
Y2 Y1
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为什么烤鸭中会有亚硝酸盐？
少量的亚硝酸钠不会对人体造成太大伤害， 还会有增加食品色泽和提升食品口感的作用
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亚硝酸盐可以使肌红蛋白氧化成稳定的 亮红色
亚硝酸盐为什么可以导致中毒？
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过量的亚硝酸盐将血红蛋白的二价铁氧化 为三价铁
2、HbA中亚基的空间排布
a和β位于四面体的四个角，隔着一 个空腔彼此相向
3、HbA亚基的结构 和功能
–a和β的三级结构 和功能都很类似于 肌红蛋白
–每个亚基的血红素 都可以可逆性的结 合氧
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a和β的一级结构差异较大
–肌红蛋白有153个氨基酸残基，a为141 氨基酸残基， β为146氨基酸残基
第四节蛋白质的四级结构 和血红蛋白
蛋白质的结构
第一节 蛋白质的 一级结构
•氨基酸
第二节 蛋白质的二级结 构和纤维状蛋白质
第三节 蛋白质的三级 结构和肌红蛋白
第四节 蛋白质的四级 结构和血红蛋白
•肽平面
•结构域 •超二级结构
•亚基
一、血红蛋白 的功能
1、案例—警惕生活中的亚硝酸盐
吃过烤鸭，猫亡，男孩险丧命
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a亚基内部的4对盐桥
β亚基内部的2对盐桥， a 和 β之间有2对
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3、氧分子的正协同别构效应
在血红蛋白中，四个吡咯环形成一个平
面，在未与氧结合时Fe2+的位置高于平面 0.7nm
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氧与Fe2+的结合会使Fe2+嵌入四吡咯平面 中，也即向该平面内移动约0.75nm
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为什么血红蛋白具有运输氧功 能？（S曲线）
1、血红蛋白的4个亚基都可以 结合氧
2、脱氧血红蛋白不容易和氧结合
脱氧血红蛋白各个亚基形成八对盐桥，与氧 结合位点很难暴露出来，形成T态
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八对盐桥：a亚基之间有4对
–a 和β之间有2对
–β亚基内部有2对 李新梅 湖南大学生物学院
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（3） 2，3-BPG的 作用是降低Hb的氧 亲和力
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1 torr＝1mmHg
2，3-BPG提供5个负电荷，β亚基 提供8个正
电(1)N1(2)His2(3)Lys82(4)His143 ，形成6个
盐键
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4、 2,3BPG的别构效应
（1）什么是2,3BPG？
–2,3-二磷酸-D-甘油酸 –非底物分子，降低Hb的氧亲和力
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（2） 2,3BPG的结合部位 –2,3BPG与血红蛋白结合 部位，位于两个β－亚基 之间的空隙中
–氧合之后,两个β－亚基 距离减少，而将BPG排挤 出去
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2、在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排 布、相互作用以及接触部位间的空间结 构称之为（ ）
A、三级结构；B、缔合现象；
C、四级结构；D、变构现象
3、具有四级结构的蛋白质是： （ ）
A、胰岛素；B、核糖核酸酶；
C、血红蛋白；
D、肌红蛋白李；新梅E、胰凝乳蛋白
高浓度起到 氧化作用
低浓度时起还原作用， 可以还原高铁血红蛋白
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生活中的亚硝酸盐
(1) 腌制时间太短的咸菜（7-8天最高）
（2）煮久的火锅汤，腐烂的蔬菜，隔 夜剩菜
（3）燕窝
–2011年香港科技大学中药研发中心研究 发现，所有种类的燕窝均含亚硝酸盐， 尤以血燕最严重
（3）Hb结合氧和释放氧的速度快 –当氧分压变化相同时，血红蛋白 的ΔY变化比较大，表明Hb结合氧 和释放氧的速度比Mb快 –Hb适合于运输氧
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因此血红蛋白和肌红蛋白功能不同 –血红蛋白结合氧并运输氧
·从肺中结合氧，转运到身体的各个部分 释放利用
·从组织中结合CO2，转运到肺中释放
–只有27个氨基酸是这三者共有的
（二）蛋白质的四级结构
1、什么是亚基？ –四级结构蛋白质的结构单位 –四级结构蛋白质中每一条具有独立三 级结构的多肽链称为亚基 –单独存在时没有原有蛋白质的生物学 活性。
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2、什么是寡聚蛋白质？ –由两条或两条以上亚基组成的蛋白质 称为寡聚蛋白质 –就是指具有四级结构的蛋白质
相同的氧分压下，具有2,3BPG的红细胞 中的血红蛋白对氧的亲和性要比没有 2,3BPG的要低，称为是2,3BPG的别构 效应
–实质是降低了血红蛋白对氧的亲和性, 使血红蛋白的氧合曲线右移
–肌红蛋白的功能贮存氧
·从血红蛋白中获取氧
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肌红蛋白和血红蛋白对氧亲和性的差异 形成一个有效的转运系统
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习题
1、下列有关血红蛋白运输氧的叙述哪 些是正确的？（ ） –A.以血红蛋白结合氧的百分数对氧分 压作图，曲线呈S形 –B.氧与血红蛋白的结合能力比氧与肌 红蛋白的亲和力要弱 –C.氧与血红蛋白的结合并不引起血红 素中铁离子价数的变
如何应对高原反应? –预防为主 • 有心，肺疾病，肥胖和高血压人群要特别注意
–应在原高度处停留休息3-5天并吸氧 •或立即下降数百米高度
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在休息的过程中机体产生一系列适应 –合成更多的2,3-BPG
长期在高原地区机体产生更多的血红蛋白和 红细胞，加上皮肤角质层薄，最终产生高原 红
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二、血红蛋白 的结构和蛋白 质的四级结构
案例：吸血鬼和卟啉病
关于吸血鬼传说起源的最普遍的解释是 卟啉病
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卟啉即存在于肌红蛋 白和血红蛋白的血红 素
血红素的合成在肝脏和骨髓中进行，需 要8个酶
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任何一种酶缺陷都会有发病可能
血红素合成途径当中，由于缺乏某种酶 或酶活性降低，而引起的一组卟啉代谢 障碍性疾病
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2、判断 –肌红蛋白和血红蛋白的功能都是运输 氧。（ ） –血红蛋白由四个亚基组成，而肌红蛋 白只有一条肽链，因此在一定的氧分压 条件下，血红蛋白与氧的亲和力较肌红 蛋白更强。（ ）
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4、学习小结
生物分子 功能
结构
血红蛋白
血红蛋白的 肌红蛋白和血红蛋白氧合功能 功能是什么？有什么不同？
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使血红蛋白成为高铁血红蛋白，失去携带氧的能 力，造成机体缺氧
亚硝酸盐中毒潜伏期短，一般为数十分钟或1～3小时， 症状以紫绀为主，并有头痛、头晕、心率加快、恶心、 呕吐、腹痛、腹泻
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如何治疗亚硝酸盐中毒？
治疗亚硝酸盐中毒采用小剂量的亚甲蓝，维 生素C和葡萄糖
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案例：你了解高原反应吗？
三、血红蛋白 为什么可以运 输氧？
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高原反应：即高原病，指未经适应训练的人迅速进入 3000米以上高原地区，由于大气压中氧分压降低，机 体对低氧环境耐受性降低，难以适应而造成缺氧
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脸色苍白、急度呼吸困难、剧烈咳嗽、 大汗淋漓，并咳出带粉红色泡沫痰
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6、判断:
–(1)两条单独肽链经链间二硫键交联组 成蛋白质分子，这两条肽链是该蛋白质 的两个亚基。（ ）
–(2)血红蛋白由四个亚基组成，而肌红 蛋白只有一条肽链，因此在一定的氧分 压条件下，血红蛋白与氧的亲和力较肌 红蛋白更强。（ ）
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7、血红蛋白和肌红蛋白的空间结构相 比，它们共同之处在于（ ），不同 之处在于（ ）。
2、血红蛋白具有运输O2，CO2的功能
人类每个红细胞中充填了大约3千万 个血红蛋白分子
3、肌红蛋白和血红蛋白的氧合功 能有什么不同？
肌红蛋白=Mb,血红蛋白=Hb
肌红蛋白和血红蛋白氧合曲线的不同体 现在–形ຫໍສະໝຸດ 不同–肌红蛋白对氧的亲和力大
–血红蛋白结合氧和释放氧的速度快
（1）氧合曲线形状不同
维持力： –非共价键
•为各亚基之间的作用力如氢键、离子键、 疏水键，范德华力
–共价键
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抗体是四条多肽链构成的四级结构，存 在四个二硫键
5、寡聚蛋白和配体分子
寡聚蛋白质一般具有 多个配体结合部位
配体可以是多种小分 子 –底物：如氧气 –调节物：如2,3-BPG