第二章蛋白质2
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第二章 蛋白质分离纯化技术(2)
28
几种盐在不同温度下的溶解度（克/100毫升水）
温度
0℃ 20℃ 80℃ 100℃
（NH4)2SO4 70.6 75.4
95.3
103
Na2SO4 4.9 18.9
43.3
42.2
NaH2PO4 1.6
7.8 93.8
101
1）硫酸铵在0℃时的溶解度，远远高于其它盐类
29
2) 分离效果好：有的提取液加入适量硫 酸铵盐析，一步就可以除去75％的杂 蛋白，纯度提高了四倍。
3) 温度：为防止变性和降解，制备具有活性的蛋白 质和酶，提取时一般在0℃～5℃的低温操作。
4) 防止蛋白酶的降解作用：加入抑制剂或调节提 取液的pH、离子强度或极性等方法使相应的水解 酶失去活性，防止它们对欲提纯的蛋白质、酶的降 解作用。
15
5) 搅拌与氧化：搅拌能促使被提取物的溶解， 一般采用温和搅拌为宜，速度太快容易产生大 量泡沫，增大了与空气的接触面，会引起酶等 物质的变性失活。因为一般蛋白质都含有相当 数量的巯基，有些巯基常常是活性部位的必需 基团，若提取液中有氧化剂或与空气中的氧气 接触过多都会使巯基氧化为分子内或分子间的 二硫键，导致酶活性的丧失。在提取液中加入 少量巯基乙醇或二硫苏糖醇以防止巯基氧化。
1) 盐浓度（即离子强度）：
离子强度对生物大分子的溶解度有极大的影响，绝大多数蛋 白质和酶，在低离子强度的溶液中都有较大的溶解度，如在 纯水中加入少量中性盐，蛋白质的溶解度比在纯水时大大增 加，称为“盐溶”现象。盐溶现象的产生主要是少量离子的 活动，减少了偶极分子之间极性基团的静电吸引力，增加了 溶质和溶剂分子间相互作用力的结果。
带正电荷蛋白质
（疏水胶体）
阴离子
不稳定蛋白颗粒
几种盐在不同温度下的溶解度（克/100毫升水）
温度
0℃ 20℃ 80℃ 100℃
（NH4)2SO4 70.6 75.4
95.3
103
Na2SO4 4.9 18.9
43.3
42.2
NaH2PO4 1.6
7.8 93.8
101
1）硫酸铵在0℃时的溶解度，远远高于其它盐类
29
2) 分离效果好：有的提取液加入适量硫 酸铵盐析，一步就可以除去75％的杂 蛋白，纯度提高了四倍。
3) 温度：为防止变性和降解，制备具有活性的蛋白 质和酶，提取时一般在0℃～5℃的低温操作。
4) 防止蛋白酶的降解作用：加入抑制剂或调节提 取液的pH、离子强度或极性等方法使相应的水解 酶失去活性，防止它们对欲提纯的蛋白质、酶的降 解作用。
15
5) 搅拌与氧化：搅拌能促使被提取物的溶解， 一般采用温和搅拌为宜，速度太快容易产生大 量泡沫，增大了与空气的接触面，会引起酶等 物质的变性失活。因为一般蛋白质都含有相当 数量的巯基，有些巯基常常是活性部位的必需 基团，若提取液中有氧化剂或与空气中的氧气 接触过多都会使巯基氧化为分子内或分子间的 二硫键，导致酶活性的丧失。在提取液中加入 少量巯基乙醇或二硫苏糖醇以防止巯基氧化。
1) 盐浓度（即离子强度）：
离子强度对生物大分子的溶解度有极大的影响，绝大多数蛋 白质和酶，在低离子强度的溶液中都有较大的溶解度，如在 纯水中加入少量中性盐，蛋白质的溶解度比在纯水时大大增 加，称为“盐溶”现象。盐溶现象的产生主要是少量离子的 活动，减少了偶极分子之间极性基团的静电吸引力，增加了 溶质和溶剂分子间相互作用力的结果。
带正电荷蛋白质
（疏水胶体）
阴离子
不稳定蛋白颗粒
2第二章蛋白质
(DNFB) 反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。
O2N
R
室温
F ＋ H2N CH COOH
O2N
pH8～9
NO2
R HN CH COOH＋ HF
NO2
DNFB
DNP - 氨基酸 此反应最初被Sanger 用于测定
肽链 N-端氨基酸种类和数目
第二节 蛋白质的构件组成单位-氨基酸
蛋白质的水解（了解）
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分 水解两种情况： —完全水解或彻底水解，得到的水解产物是各种 氨基酸的混合物； —部分水解（不完全水解），得到的产物是各种 大小不等的肽段和氨基酸.
① 酸水解：常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。
极 性 中 性 氨 基 酸
带负电荷的氨基酸 带正电荷的氨基酸
练习题 1：下列含有两个羧基的氨基酸是： A．精氨酸 B．甘氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
练习题 2：下列含有咪唑环的氨基酸是： A．精氨酸 B．组氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸 练习题 3：下列哪种氨基酸为亚氨基酸： A．精氨酸 B．脯氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935
Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al
牛角 奶酪 奶酪 奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
氨基酸的名称与符号
alanine
丙氨酸
AlaLeabharlann Aarginine
精氨酸
Arg
练习题：测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此 样品约含蛋白质多少？ A．2．00g B．2．50g C．6．40g D．3．00g
O2N
R
室温
F ＋ H2N CH COOH
O2N
pH8～9
NO2
R HN CH COOH＋ HF
NO2
DNFB
DNP - 氨基酸 此反应最初被Sanger 用于测定
肽链 N-端氨基酸种类和数目
第二节 蛋白质的构件组成单位-氨基酸
蛋白质的水解（了解）
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分 水解两种情况： —完全水解或彻底水解，得到的水解产物是各种 氨基酸的混合物； —部分水解（不完全水解），得到的产物是各种 大小不等的肽段和氨基酸.
① 酸水解：常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。
极 性 中 性 氨 基 酸
带负电荷的氨基酸 带正电荷的氨基酸
练习题 1：下列含有两个羧基的氨基酸是： A．精氨酸 B．甘氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
练习题 2：下列含有咪唑环的氨基酸是： A．精氨酸 B．组氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸 练习题 3：下列哪种氨基酸为亚氨基酸： A．精氨酸 B．脯氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935
Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al
牛角 奶酪 奶酪 奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
氨基酸的名称与符号
alanine
丙氨酸
AlaLeabharlann Aarginine
精氨酸
Arg
练习题：测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此 样品约含蛋白质多少？ A．2．00g B．2．50g C．6．40g D．3．00g
第二章蛋白质化学2
第二章核酸的结构和功能一、选择题1、热变性的DNA分子在适当条件下可以复性，条件之一是（B）。
A、骤然冷却B、缓慢冷却C、浓缩D、加入浓的无机盐2、在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（D）。
A、DNA的Tm值B、序列的重复程度C、核酸链的长短D、碱基序列的互补3、核酸中核苷酸之间的连接方式是（C）。
A、2’，5’—磷酸二酯键B、氢键C、3’，5’—磷酸二酯键D、糖苷键4、tRNA的分子结构特征是（A）。
A、有反密码环和3’—端有—CCA序列B、有反密码环和5’—端有—CCA序列C、有密码环D、5’—端有—CCA序列5、下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系（D）是不正确的。
A、C+A=G+TB、C=GC、A=TD、C+G=A+T6、下面关于Watson-Crick DNA双螺旋结构模型的叙述中（A）是正确的。
A、两条单链的走向是反平行的B、碱基A和G配对C、碱基之间共价结合D、磷酸戊糖主链位于双螺旋内侧7、具5’－CpGpGpTpAp-3’顺序的单链DNA能与下列（C）RNA杂交。
A、5’-GpCpCpAp-3’B、5’-GpCpCpApUp-3’C、5’-UpApCpCpGp-3’D、5’-TpApCpCpGp-3’8、RNA和DNA彻底水解后的产物（C）。
A、核糖相同，部分碱基不同B、碱基相同，核糖不同C、碱基不同，核糖不同D、碱基不同，核糖相同9、下列关于mRNA描述，（A）是错误的。
A、原核细胞的mRNA在翻译开始前需加“PolyA”尾巴。
B、真核细胞mRNA在3’端有特殊的“尾巴”结构C、真核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构D、原核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构10、tRNA的三级结构是（B ）。
A、三叶草叶形结构B、倒L形结构C、双螺旋结构D、发夹结构11、维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是（C）。
A、氢键B、离子键C、碱基堆积力D范德华力12、下列关于DNA的双螺旋二级结构稳定的因素中（A）是不正确的。
动物生物化学 第二章 蛋白质
肽链内形成氢键，氢键的取向 几乎与轴平行，第一个氨基酸 残基的酰胺基团的-CO基与第 四个氨基酸残基酰胺基团的NH基形成氢键（包含13个原 子）。
蛋白质分子为右手-螺旋。
（1）-螺旋
-螺旋
表 几种螺旋结构参数
结构类型 残基/圈 1个氢键环的原子数 每个残基高度（nm） Φ Ψ
310螺旋 3.0
位 置
及顺序分析，
的 然后同其它方法分析的肽段进行比较，
确 确定二硫键的位置。
定
2.4 蛋白质的高级结构
2.4.1 肽单位平面结构和二面角
O
O
O
H
H
H
H2N
C
C
N H
C
C
N H
C
C
R
R
R
N端
肽单位
肽单位
O
H
H
NH C C N C COOH
H
R
R
C端
肽单位： 主肽链中的重复单位
肽键平面—由于肽键的双键性质，使得形成肽键的N、C原子以及它们相 连的四个原子形成一个平面，这个平面就叫肽键平面。
蛋白质构件分子是氨基酸。 氨基酸是蛋白质的基本单位。 自然界存在的氨基酸有300多 种，但合成蛋白质的氨基酸只 有20种，都属于α-氨基酸，其 中除甘氨酸外，其余都是L-α氨基酸。
蛋白质分子中的20种 氨基酸在DNA分子中有它 们特异的遗传密码相对应，
因而也称编码氨基酸 （Coding amino acid）。 新近发现的硒代半胱氨酸 （SeCys）也是一种编码 氨基酸。
由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 ， 由 多 个 氨 基酸组成的肽则称为多肽。因为多肽呈链状， 所以又称为多肽链。组成多肽的氨基酸单元称 为氨基酸残基。
蛋白质分子为右手-螺旋。
（1）-螺旋
-螺旋
表 几种螺旋结构参数
结构类型 残基/圈 1个氢键环的原子数 每个残基高度（nm） Φ Ψ
310螺旋 3.0
位 置
及顺序分析，
的 然后同其它方法分析的肽段进行比较，
确 确定二硫键的位置。
定
2.4 蛋白质的高级结构
2.4.1 肽单位平面结构和二面角
O
O
O
H
H
H
H2N
C
C
N H
C
C
N H
C
C
R
R
R
N端
肽单位
肽单位
O
H
H
NH C C N C COOH
H
R
R
C端
肽单位： 主肽链中的重复单位
肽键平面—由于肽键的双键性质，使得形成肽键的N、C原子以及它们相 连的四个原子形成一个平面，这个平面就叫肽键平面。
蛋白质构件分子是氨基酸。 氨基酸是蛋白质的基本单位。 自然界存在的氨基酸有300多 种，但合成蛋白质的氨基酸只 有20种，都属于α-氨基酸，其 中除甘氨酸外，其余都是L-α氨基酸。
蛋白质分子中的20种 氨基酸在DNA分子中有它 们特异的遗传密码相对应，
因而也称编码氨基酸 （Coding amino acid）。 新近发现的硒代半胱氨酸 （SeCys）也是一种编码 氨基酸。
由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 ， 由 多 个 氨 基酸组成的肽则称为多肽。因为多肽呈链状， 所以又称为多肽链。组成多肽的氨基酸单元称 为氨基酸残基。
生物化学 第二章 蛋白质化学 上
一 氨基酸的一般结构特征
氨基酸的基本结构特征：
•酸性：
•碱性：
•手性（旋光性）：
•特异性
蛋白质是由20种L-型 的α-氨基酸构成。
非极性氨基酸（6个）
极性不带电荷（6个）
芳香族（3个）
带电荷（5个）
二 氨基酸的分类和结构 1．按照氨基酸侧链的极性分类 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（碱性氨基酸） 带负电荷：Asp, Glu（酸性氨基酸）
胶联剂、可制作金属涂料和车辆、电器用高档氨基树脂装饰漆。
第二节 蛋白质的组成单位-氨基酸
发现：
法国化学家H Braconnot 纤维素酸热解---葡萄糖（单体） 明胶酸热解----含氮化合物（甘氨酸） 肌肉酸水解---含氮化合物（含氨基和羧基）---氨基酸 蛋白质的基本组成单位是（***）氨基酸（amino acid，AA）
3 根据组成分类 简单蛋白质 分子中只有氨基酸 结合蛋白质 简单蛋白+非蛋白成分，
也称复合蛋白质（conjugated protein）或全蛋白质（holoprotein） 结合蛋白根据结合的非蛋白成分进一步分为：
① 色蛋白（chromoprotein）色素+Pr
血红素蛋白；细胞色素类（蛋白）；叶绿素蛋白；血蓝蛋白；黄 素蛋白
Tyr、Phe
Trp
N
红色 胍基 Arg
酚试剂反应 (Folin-Cioculteu 反应)
Ellman反应
碱性 CuSO4 及磷 钨酸-钼酸
二硫硝基苯甲酸 DTNB
第二章蛋白质的结构和生理功能
二、氨基酸的性质和生理特点 （一）性质 1.物理性质 无味、无色晶体物质； 熔点200－300oC之间，会分解成胺和CO2； 具有较高的介电常数； 一般可溶于水，其水溶液为无色透明液体， 溶解度各不相同； 一般不溶于有机溶剂； 均溶于稀酸或稀碱。
2.氨基酸的晶体存在形式
氨基酸晶体是以离子晶格组成的，维系晶 格中质点的作用力是较强的静电吸引力，因而 熔点高，而一般的有机化合物晶体是由分子晶 格组成，其维系力为较弱的范德华力，此类物 质熔点较低。
蛋白质功能的多样性
• 具有储藏氨基酸的功能。用作有机体及其胚胎 或幼体生长发育的原料。如蛋类中的卵清蛋白、 乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇蛋白。 • 运输功能。脊椎动物红细胞里的血红蛋白、无 脊椎动物中的血蓝蛋白在呼吸过程中起着输送 氧气的作用；血液中的脂蛋白随血流输送脂质； 生物氧化过程中的某些色素蛋白如细胞色素C 等起电子传递体的作用。
• • • • 氨基酸排列随机性 周期性的重复未发现 二硫键的数目和位置也没有明显的规律 每种蛋白质化学结构的独特性 在同源蛋白质氨基酸顺序中有许多位置的氨基 酸对所有种属来说是相同的（不变残基），但 其他位置的氨基酸却不同（可变残基）。这种 相似性被称为顺序同源现象。
蛋白质一级结构的重要性
氨基酸组成及顺序不同会导致蛋 白质生物功能的改变（病态现象）。如 镰刀形细胞贫血病就是血红蛋白（4个 亚基，582个氨基酸组成）中的一个谷 氨酸变为缬氨酸导致的。 一级结构是立体结构的基础。
在研究蛋白质氨基酸组成时一般先用完全 水解的方法，将蛋白质水解成各种氨基酸的 混合物，然后采用高效液相色谱等方法进行 定量测定。通常采用的水解方法有酸水解、 碱水解和酶水解。
酸水解
用硫酸(6 mol/L)或盐酸(4 mol/L)煮沸回流20小时。
生物化学第二章蛋白质知识点归纳
一、概述
结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。按辅基种类分为： 1 核蛋白（nucleoprotein ） 核酸 2 脂蛋白（lipoprotein ） 脂质 3 糖蛋白（glycoprotein） 糖 4 磷蛋白（phosphoprotein） 磷酸基 5 血红素蛋白（hemoprotein ） 血红素 6 黄素蛋白（flavoprotein ） FAD 7 金属蛋白（metallaprotein ） 金属
据R基团 极性分类
例外：
COO+α
H3N C H
R
Gly —— 没有手性
构型与旋光方向没有直接对应关系，L-α-氨基酸有的为左旋，有的为右旋， 即使同一种L-α-氨基酸，在不同溶剂也会有不同的旋光度或不同的旋光方向。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据R基团化学 结构分类
脂肪族ＡA（烃链、含羟基或巯基、羧基、碱性基团） 杂环ＡＡ(His、Pro) 芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)
6 结构蛋白（structural protein）
7 防御蛋白（defense protein） 8 异常蛋白 (exotic protein)
二
氨基酸
1.蛋白质的水解 2.氨基酸的结构与分类 3.氨基酸的理化性质
一、蛋白质水解
完全水解得到各种氨基酸的混合物； 部分水解通常得到肽片段及氨基酸的混合物。 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成，这20种
一、概述
按生物功能分：
1 酶（enzyme）
2 调节蛋白（regulatory protein）
3 转运蛋白（transport protein） 4 储存蛋白（nutrient and storage
2.蛋白质2
鹅膏蕈碱的化学结构
二、一级结构（Primary structure）
也称共价结构，基本结构，1°结构。
维系一级结构的主要化学键是肽键和二硫键
一级结构：多肽链的氨基酸序列（IUPAC规定） 组成蛋白质分子中的多肽链的数目，每条多肽链 的氨基酸的组成和排列顺序，以及多肽链内或链 间二硫键的数目和位置。
一、肽 、肽键和肽链
1. 肽是氨基酸的线性聚合物，因此也常称 作肽链（peptide chain）。 蛋白质是由一条或多条具有确定的氨 基酸序列的多肽链构成的大分子。 除蛋白质外，蛋白质的部分水解产物 和生物体内游离存在的一些激素和抗生素也 是多肽。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常 是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为 蛋白质。
② 还原法：
肽链C末端AA ↓硼氢化锂 α－氨基醇 ↓水解 氨基醇＋aa ↓层析法 鉴别氨基醇种类
③ 羧肽酶法：
最有效，最常用的测C端残基方法
性质：羧肽酶是一种肽链外切酶，它能专一的从多肽 链的C-端逐个的水解，释放出游离AA。根据不同的反 应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从 而知道蛋白质的C-末端残基顺序。
不是只能水解以Leu为N末端的肽键，只是水解以 Leu为N末端的肽键速度最大
N末端残基的氨基封闭情况：
N末端是焦谷AA残基
焦谷氨酸 不能用Edman降解法
（层析法鉴定）
测定顺序
（2）C末端测定法
① 肼解法 蛋白质or 多肽＋无水肼 ↓△ 肼解 ↙ ↘ C末端aa以 其他aa转变为 游离形式存在 相应的aa酰肼化物 ↓ ↓＋苯甲醛 存在于上清液中 二苯基衍生物（沉淀） ↓ DNFB、DNS、层析法。 缺点：谷氨酰胺、天冬酰胺、半胱aa破坏不易测出, C末端的Arg→鸟aa
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
第二章蛋白质的结构与功能
目录
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.
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.
蛋白质2
（3） Temperature
0－40 ℃蛋白质的溶 解度随温度的提高而 提高。 温度超过40℃时，由 于热动能的增加导致 蛋白质结构的展开 （变性），蛋白质内 部的疏水基团暴露， 促进蛋白质聚集和沉 淀。
PDI和NSI已被确定为美国油脂化学家协会的法定方法
2.4 影响蛋白质溶解性的因素
（2）盐浓度
“盐溶”（salted in）：中性盐的离子在 0.1-1Ｍ能提高蛋白质的溶解度。 增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质 分子与水分子的作用。 “盐析” （salted out）中性盐的离子 大于１Ｍ，蛋白质的溶解度降低，并可能 导致蛋白质沉淀。 高浓度盐离子可夺取蛋白质分子的水化层， 使蛋白质失水，聚合沉淀。
3.3.2、化学因素
1.pH
蛋白质所处介质的pH 对变性过程有很大的 影响，蛋白质在等电点时最稳定，溶解度最低， 在中性pH 环境中，除少数几个蛋白质带有正电 荷外，大多数蛋白质都带有负电荷。
酸碱引起的蛋白质变性可能是因为蛋白质溶 液pH值的改变导致多肽链中某些基团的解离 程度发生变化，从而破坏了维持蛋白质分子 空间结构所必需的某些带相反电荷基团之间 因静电作用形成的键。
Several environmental factors, such as pH, ionic strength, type of salts, temperature, and protein conformation, influence the water binding capacity of proteins.
各种蛋白质的水合能力
a f c 0.4 f p 0.2 f N
a: g water/ g protein fC: charged residues in the protein fP: polar residues in the protein fN: nonpolar residues in the protein
生物人教版必修1课件：第2章 第2节 第2课时 蛋白质的结构与功能
答案：(1)氨基酸种类和排列顺序 (2)氨基 酸的种类、数量、排列顺序不同 (3)1 1 肽 链两端 (4)49 (5)调节 免疫 运输 570 (6)多样性 蛋白质分子具有多种功能
•不习惯读书进修的人，常会自满于现状，觉得没有什么事情需要学习，于是他们不进则退2022年4月13日星期三2022/4/132022/4/132022/4/13 •读书，永远不恨其晚。晚比永远不读强。2022年4月2022/4/132022/4/132022/4/134/13/2022 •正确的略读可使人用很少的时间接触大量的文献，并挑选出有意义的部分。2022/4/132022/4/13April 13, 2022 •书籍是屹立在时间的汪洋大海，试从蛋白质的功能角度分析原因。
提示：营养不良导致蛋白质摄入不足，影 响血红蛋白和抗体的合成。血红蛋白具有运输 O2 的功能，抗体具有免疫功能。
[特别提醒] 蛋白质的盐析和变性的区别 (1)盐析：鸡蛋清中加入食盐溶液看到白色 絮状物，加水后白色絮状物消失。盐析属于物 理变化。 (2)变性：高温、过酸、过碱或在重金属离 子的作用下，蛋白质的分子结构变得伸展、松 散，失去活性。变性属于化学变化。
(6)这些实例说明蛋白质的分子结构具有 ____，这种结构特点决定了___________。
解析：(1)虽然①②③的氨基酸数目相同，但其 种类和排列顺序未必相同，因此形成的多肽结 构不同，生理功能各异。(2)结构的特异性决定 了功能的专一性，就③与④、⑤与⑥而言，均 为肽类物质，其结构的差异是由氨基酸的种 类、数量、排列顺序不同导致的。(3)从氨基酸 脱水缩合生成多肽的过程可知，肽链为开链式 结构，其两端各游离着一个氨基和一个羧基。
解析：蛋白质的多样性可以从氨基酸和肽 链两个角度来分析。氨基酸的种类、数目、排 列顺序和肽链的空间结构不同都会导致蛋白 质的结构不相同。D 项最符合。
蛋白质的结构与功能(2)
NH3+
+H+
R CH COO - +OH- R CH COO-
NH3 +
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
氨基酸的兼性离子
pH>pI
阴离子
38
总结
a、各种aa的pI不同； b、同一pH下，各种aa所带电荷不同；用
离子交换、电泳将aa分开。 pH＜pI ：aa+ pH＞pI：aac、处于pI时，aa溶解度最小，易沉淀； 可分离aa。
26
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS -CH 2-CH -COO -
+NH3
-HH
+ NH3
-OOC -CH -CH 2-S S -CH 2-CH -COO -
+ NH 3
+ NH 3
二硫键
胱氨酸
27
28
三、稀有氨基酸(也称修饰氨基酸)
是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。 （1）4-羟脯氨酸 （2）5-羟赖氨酸 这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白中。 （3）6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中） (4)г-羧基谷氨酸 存在于凝血酶原及某些具有结合Ca2+离子功能的蛋白质中。 （5）Tyr的衍生物： 3.5 -二碘酪氨酸、甲状腺素 （甲状腺蛋
第二章 蛋白质的结构与功能 Chapter 2 Structure and Function of
Protein
1
第一节 蛋白质的一般概念
生命是蛋白体 的存在方式，这种 存在方式本质上就 在于这些蛋白体的 化学组成部分的不 断自我更新。
恩格斯《反杜林 论》1878
第2章2蛋白质的构件氨基酸及多肽ppt课件
含羟基氨基酸
O H 2N CH C OH
CH OH CH 3
2019/12/29
氨基酸的结构
天冬酰胺 Asparagine
2019/12/29
含酰胺氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CO NH 2
氨基酸的结构
天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine
2019/12/29
• [a]=100a/lc，[a]为比旋度、a为旋度值、l为旋光管长（ 单位为dm）、c为每100ml溶液中的样品重量（单位为g ）
2019/12/29
氨基酸的光吸收
• 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光 吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。
• 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨 酸和色氨酸有吸收光的能力。
2019/12/29
2.1 氨基酸
• 2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类 • 除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下
结构通式。
-氨基酸
2019/12/29
2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分 类
• 氨基酸分类的方法有多种，目前常以氨基酸的R基团的 结构和性质作为氨基酸分类的基础。
• 根据R基团的结构可将20种氨基酸分为七类：①R为脂 肪族基团的氨基酸；②R为芳香族基团的氨基酸；③R 为含硫基团的氨基酸；④R为含羟基基团的氨基酸；⑤ R为碱性基团的氨基酸；⑥R为酸性基团的氨基酸；⑦ R为含酰胺基团的氨基酸。
甘氨酸 Glycine 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
第二章 蛋白质
第二节 肽
一、肽、肽链和肽键
氨基酸与氨基酸之间通过α -氨基和α -羧基形成酰胺键共价地 结合在一起,这样形成的产物叫做肽（Peptide）。
在蛋白质化学中，这种酰胺键称为肽键（Peptide bond）。
由氨基酸借肽键所形成的一条线性的链状分子就叫做肽链 (peptide chain) 。在肽链结构中,每个的氨基酸不再是完整的， 因此叫做氨基酸残基（residue）。
第二章 蛋白质
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
氨基酸 肽 蛋白质的分离与鉴定 蛋白质的结构 蛋白质的变性与复性
蛋白质概述
蛋白质-英文为“Protein”——第一重要
生老病死，万物轮回(蛋白质层次)
生（诞生、生长）：在蛋白质（酶）控 制（催化）下的老细胞计划性凋亡和新细胞的 再生（细胞新陈代谢）、活细胞物质的代谢。 老？ 蛋白质功能的普遍衰退(?)。
提问：什么是α-氨基酸？
----C-C-C-C(NH2)-COOH
----C-C-C (NH2)- C - COOH
α-氨基酸
β-氨基酸
----C-C (NH2)- C - C - COOH γ-氨基酸
（二）氨基酸侧链的性质与分类
常见的蛋白质氨基酸有20种
20种都是-氨基酸 除甘氨酸(Gly)外， -C都是不对称碳原子，且 都为L-构型 脯氨酸(Pro)不含游离的氨基，为亚氨基酸 半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)含有S元素
五、 氨基酸的化学性质
1、与茚三酮的反应
弱酸 加热 茚三酮
<氨基与羧基共同参加的反应>
脱羧，脱氨
还原茚三酮
脯氨酸与茚三酮反应生成亮黄色化合物 天冬酰胺--棕色
生物化学 第2章 蛋白质(2)
目标蛋白质的分离纯化程序主要包括:
1 3 材料的选择； 蛋白质初步提纯；
2 组织匀浆的方法除去杂蛋白,直至完全纯化；
5 目标蛋白的鉴定。 用于研究目的蛋白质通常应保持它的生物活性。因此，在目标蛋白 质的整个分离纯化过程中要在较低温度下(0－4℃)操作，注意使用蛋 白酶(使蛋白质降解的酶)的抑制剂，避免使用剧烈条件，以免蛋白质 特定的折叠结构受到破坏。
600g,3 min.上清 沉淀：细胞核 6000g,8 min.上清 沉淀：线粒体，叶绿体， 溶酶体，过氧化酶体 沉淀：细胞质膜，高尔基 体和内质网膜的碎片 沉淀：核糖体亚基
40000g.30 min.上清 100000g.90 min.上清
细胞液
平衡密度梯度离心： 用不同的离心速度、依据被分离物的密度而进 行分离的效果；通常是将没有纯化的物质铺在密度 溶液（如蔗糖溶液，氯化铯溶液为介质，离心管内 的溶液密度从底部到顶部是浓至稀的梯度）的顶层， 通过离心（160000g，3h）细胞内各成分不停地下 沉分别达到与溶液的密度相等时的位置。其介质的 密度范围宽于被分离组分的密度。
二 蛋白质一级结构测定 蛋白质测序的一般步骤：
首先目标蛋白质分离纯化得到高度纯净的蛋白质 样品。 （1） 测定蛋白质分子中多肽链的数目，末端分析， 分析多肽链的N末端和C末端。 （2） 拆分蛋白质分子中的多肽链。断裂链内二硫键。 （3） 测定多肽链的氨基酸组成，酸水解或碱水解。 （4） 多肽链部分裂解成肽段，专一性酶解。 （5） 测定各个肽段的氨基酸顺序。 （6） 确定肽段在多肽链中的顺序。 （7） 确定多肽链中二硫键的位置。
（五）电泳后的蛋白质检测：
考马斯亮蓝染色是常用的一项电泳染色方法,是根据 考马斯亮蓝能与蛋白质多肽链定量结合的原理而建立起的。 对于一个混合蛋白质的电泳分离来说,它只能检测样品的 分离情况；如果被检蛋白质的位置可以确定,可以将该蛋 白质的色带切下之后进行脱色,测定脱色液光吸收值,能对 该蛋白质进行定量分析。
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肌红蛋白是哺乳动物肌肉中运输氧的蛋白质 由153个氨基酸残基和一个血红素辅基组成
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球状蛋白的三级的结构特怔 蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。 大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏 水核；而极性侧链在分子表面，形成亲水 面。 分子表面往往有一个内陷的空隙，它常 常是蛋白质的活性中心
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象单元彼此作用，进一步组合成有规则的
结构组合体，如α－螺旋—β－转角—α螺旋，
β－片层－α－螺旋－β－片层等。
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• 结构域：是指存在于球状蛋白质分子中的
两个或多个相对独立的、在空间上能辩认
的三维实体，每个由二级结构组合而成，
充当三级结构的构件。例如，弹性蛋白酶
含有两个相似的结构域，木瓜蛋白酶含有
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注意
（1）α－螺旋分为左手α－螺旋和右手α－螺旋。 左手α－螺旋不稳定，右手α－螺旋很稳定。天 然蛋白质的α－螺旋绝大多数是右手螺旋。 螺旋都是有L-型氨基酸构成的（Gly除外）。 （2）毛、发、蹄、角等的纤维蛋白，常见α－螺 旋。 （3）脯aa 中断α-螺旋，因亚氨基形成肽键之后 无H 原子，无法充当氢键供体。
肽所取构象的范围是很有限的。
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总结
1.肽键具有部分双键性质： 2.肽键不能自由旋转 3.组成肽键的四个原子和与之相连的两个碳原 子（C）都处于同一个平面内，此刚性结构的 平面叫肽平面（peptide plane）或酰胺平面 （amide plane）。 4.二面角所决定的构象能否存在，主要取决于两 个相邻肽单位中，非键合原子之间的接近有无阻 碍。
反平行式在能量上更稳定
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β-折叠
亦称β－片层，由两条或多条（或一条肽链的若干
肽段）几乎完全伸展的多肽链侧向聚集，通过相 邻肽链上的N－H 与C=O之间有规则的氢键，形成
β－折叠片。这种构象可分为平行式（N－端在同
一方向）和反平行式（N－端一顺一反地交替排
列）两种类型。从能量角度而言，反平行式的β－
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（4） R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使CaC、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很
小，所以使螺旋的稳定性大大降低。
（5）带相同电荷的氨基酸残基连续出现在 肽链上时，螺旋的稳定性降低。 （6） -螺旋折叠过程中存在协同性。
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α-角蛋白
纤丝
大纤维 细胞 纤丝
-螺旋
一根头发
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α螺 旋
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三、蛋白质的二级结构
二级结构的概念：（主链的构象）
蛋白质的二级结构是指多肽链主链在空间盘绕、 折叠所形成的立体结构形态。不涉及氨基酸残基 侧链的构象。
稳定的因素：氢键 构象形式： α-螺旋 、β-折叠、β转角以及 无规则卷曲等。
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（一） α-螺旋
•多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升，从
个不很稳定的环状结构。
• 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。
• Pro和Gly经常在-转角序列中存在。
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（四）无规则卷曲
• 又称自由回转，是指多肽链主链既非螺旋、又非折
叠片或转角的没有一定规律的松散结构。
酶的功能 部位常常 处于这种 构象区域。
四、超二级结构
• 超二级结构：是指多肽链上若干相邻的构
然可以有顺式和反式两种排布，但是，实际上除
含有Pro的肽单位以外，多肽链上绝大多数肽单
位，其C＝O和N-H都是反式排布的。
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2.二面角
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• 肽平面之间的Cα分别以两个单键（Cα－Ｎ１和Ｃ
α－C2）与两个肽平面相连。
• 绕Cα－N1 键旋转的角度称φ角，绕Cα－C2 键旋
转的角度称ψ角，这两个旋转角度叫二面角。可表 示出相邻的两个肽平面的相对位置。 • 虽然φ和ψ角理论上可以取+180°－ -180°之间的 任何值，但考虑到非键合原子之间的最小接触距 离，实际上立体化学允许出现的角度只是其中很 少一部分，加上侧链R 基团之间空间位阻的限制，
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蛋白质顺序测 定基本战略
纯蛋白质
二硫键拆开
末端氨基酸测定 专一性裂解
将肽段分离并测出顺序
将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
二、蛋白质的构象和维持构象的作用力
（一）构象与构型
1、构象：取代基团当单键旋转时形成的不同的立体 结构。构象的改变不涉及共价键的断裂。 2、构型：立体异构体分子中取代原子或基团在空间 的取向，两种构型若无共价键的断裂则不能互变。
（三）β- 转角
特征：多肽 链中氨基酸 残基的羰基
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 。
β-转角都在蛋白质分子的表面。
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• 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;
• 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第
四个残基的 –N-H 之间形成氢键，形成一
折叠片更为伸展、稳定。
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• 丝心蛋白(fibroin)：这是蚕丝和蜘蛛丝的一 种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地 柔软的特性，但不能拉伸。丝心蛋白是典型 的反平行式-折叠片，多肽链取锯齿状折叠 构象。
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丝蛋白的 结构
• 丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列 成反向-折叠结构。分子中不含-螺旋。 丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复 而成。这六肽的氨基酸顺序为： • -（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n返回
一级结构
决定
高级结构
决定
性质与功能
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3、蛋白质一级结构的表示方法 • 通常根据参与组成多肽链的氨基酸残基种类，按 照其排列顺序，从N-末端氨基酸残基开始,依次命
名。
中文氨基酸残基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸 中文单字表示法：酪-甘-甘-苯丙-甲硫 1 2 3 4 5 三字母符号表示法：Tyr· G1y· Met G1y· Phe·
细胞膜 脂双层
头发丝中的α-螺旋
红细胞膜中的血糖蛋白
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（二）β-折叠
β- 折叠中多肽链的主链相对较伸展，多肽链的肽平 面之间呈手风琴状折叠，肽链片段之间靠氢键侧向 结合。
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特点: ①肽链相当伸展 ②肽链片段侧向形成氢键 ③R-在片层结构的上下方，交替出现。
平行式β-折叠
O R 1H H O R 3H H C N C C N C C N C C N O H N H R 3H C C O
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（二）维持蛋白质构象的作用力
a. 盐键
b..氢键
c. 疏水作用
d. 范德华力 e. 二硫键
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范德华引力
疏水作用力
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（三）肽单位与二面角
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1、肽单位平面结构的特征
多肽链的基本结构
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肽链主链结构
肽单位
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肽单元
H
O
肽单元
H
C
Cα-CO-NH-Cα
R
N
Cα
Cα
ψ
N
φ
C
H
R
H
O
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血红蛋白
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• 单体蛋白：指由一条多肽链组成的蛋白 质。 • 寡聚蛋白：指由两条或更多的具备三级 结构的多肽链以次级键相互谛合而成的 聚集体。
• 亚基：聚集体（寡聚蛋白）中每一条多 肽链称为一个亚基。
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亚基的特性
（1）亚基单独存在时没有生物活性。 （2）亚基都是具有三级结构的多肽链，反之 不一定。因为有些具有三级结构的多肽链 单独存在时有活性，我们称他为蛋白质分 子，不能叫做亚基。如肌红蛋白是一条具 有三级结构的多肽链。 （3）一条肽链不涉及到四级结构。
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维持蛋白质空间结构的化学作用力
①氢键 ②疏水作用 ③离子键 ④二硫键 ⑤范德华力
离子键
HOOC
疏水作用
-
α－螺旋
COO
-
COO
+
R R R R R
+
COO
M
-
N H3
COO
CH 2 O H O
氢键
S S
CH 2
CH 2
NH2
β－折叠
HO
C
CH
二硫键
六、四级结构
• 两条或两 条以上具 有三级结 构的多肽 链聚合而 成的特定 构象。
H N
反平行式β-折叠
O C N R 1H C C H N C O R 3H C N C C O H N C O H O C C R 1H R 2H R 2H C N H O H N C O H O C C R 3H N H
O H R 1H O H R 2H O
C N C C N C C N H R 2H O H
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四、三级结构
（一）含义：指在一条多肽链中所有原子的
整体空间排布，包括主链和侧链。三级结
构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸
侧链相互靠近。
（二）特点：疏水区－烷基－苯基－内拉－
疏水核心；亲水区－羟基、羧基、氨基、
胍基－形成亲水表面。
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8段α螺旋 最长23个残基，最短 的8个残基 80％残基处于螺旋中 拐角处有1～8个氨基 酸残基的松散结构
而形成一个螺旋式的构象，此构象称为螺旋构象。
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α－螺旋的特征
• 蛋白质中的-螺旋几乎都是 右手螺旋。 • 螺距为0.54nm,含3.6个氨基 酸残基；两个氨基酸之间的 距离为0.15nm; • 肽链内形成氢键，氢键的取 向几乎与轴平行， • 每个氨基酸残基的C=O氧与 其后第四个(n+4)氨基酸残 基的N-H氢形成氢键。 • α－螺旋中氨基酸残基的侧 链基团伸向外侧。