第四章 蛋白质化合物

转角结构
转角结构通常负责各种二级结构单元之间的连接作用， 它对于确定肽链的走向起着决定性的作用。
β 转角
无规卷曲

无规卷曲：多肽链主链不规则随机盘曲形成的构象。
球蛋白分子中，往往含有较多的无规卷曲，它使蛋白质肽 链从整体上形成球状构象。

无规卷曲与生物活性有关，对外界理化因子极为敏感。
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各类氨基酸与蛋白质二级结构关系
丙氨酸
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氨基酸的分类
根据氨基酸R基团极性分类
根据侧链基团的化学结构分类 根据生物体的需要分类
非编码氨基酸
非蛋白氨基酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
非极性、疏水R基团氨基酸
甘氨酸
丙氨酸
脯氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
极性、 R基团不带电荷的氨基酸
氨基酸的光吸收性
• 芳香族侧链有紫外吸收，所以280nm处光吸收值的测定， 是定量蛋白质浓度最常用的方法。
• 紫外吸收性受溶液pH的影响
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氨基酸的化学反应
(1)与茚三酮反应 α-氨基酸与水合茚三酮试剂共热，可发生反应，生成 蓝紫化合物。
氨基酸的化学反应
茚三酮与脯氨酸和羟脯氨酸反应则生成黄色化合物， 其结构如下所示：
反应生成的化合物的颜色深浅程度以及CO2生成量， 均可作为氨基酸定量分析依据。
氨基酸的化学反应
(2)与亚硝酸反应

含游离α-氨基的氨基酸能与亚硝酸起反应，定量放出氮气， 氨基酸被氧化成羟酸。 含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应。 Van Slyke(文斯莱克)氨基氮测定法——测定N2的体积，即 可算出氨基酸的含量。
氨基酸之间通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称 为肽键）连接而成。
N端
C端
寡肽——10个以下氨基酸组成的肽
以二肽 为例
肽键
-CO-NH-
肽的命名
• 多肽化合物的名称，通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序， 以残基名称（如某某氨酰）从N端依次阅读到C端，并以C 端残基全名结束肽的名称。 • 例如：下列五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸
共价结构 空间结构
蛋白质的三级结构
蛋白质的四级结构
维持蛋白质分子构象的化学键 蛋白质构象的研究方法
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蛋白质的一级结构
一级结构： 组成多肽链的氨基酸残基的连接方式(包括肽键和二硫键) 和排列顺序。 二硫键：
• 肽键的测定： • 双缩脲反应：
蛋白质一级结构的测定
氨基酸组成分析
氨基酸末端分析 蛋白质中肽链的拆离 肽链的部分降解及肽片断的分离 肽段氨基酸顺序测定及肽段重叠 二硫键与酰胺基的定位
β 折叠

β 折叠结构主要特点：
1、肽链几乎是完全伸展的；0.36 nm/氨基酸残基 2、肽链呈锯齿状，按层平行排列，肽平面呈片状，称为折 叠片； 3、相邻肽链上的-CO-与-NH-形成氢键，氢键几乎垂直于肽 链；
4、肽链的R基团在肽平面的上下交替出现；
5、折叠片有平行与反平行两种。
β 折叠
平行β折叠
疏水性氨基酸（非极性氨基酸） 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
Asp Glu
Lys Arg His
Ala Val Ile Leu Pro Met phe Trp
Ser Thr Tyr Asn Gln Cys Gly
氨基酸的分类
根据生物体的需要，可将氨基酸分为
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二级结构的基本构象
α 螺旋
β 折叠 转角结构 无规卷曲 氨基酸与蛋白质 二级结构的关系
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α 螺旋
俯视图
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α螺旋

α螺旋结构主要特点：
右 手 型 α 螺 旋 结 构 模 型
1、多肽主链沿“中心轴”螺旋上升，每 3.6个氨基酸上升一圈，螺距0.54nm；
2、相邻螺圈之间形成链内氢键；
3、R侧链在螺旋的外侧； 4、天然蛋白质的α螺旋结构多为右手螺旋。
不是蛋白质的组成成分
以游离或结合的形式存在于生物界 大都是常见氨基酸的衍生物


还有些是β-,γ-,δ-, 和D-型氨基酸
一些是代谢中间产物，如瓜氨酸、鸟氨酸；γ-氨基丁酸等
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胱氨酸
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氨基酸的理化性质
氨基酸的一般物理性质
氨基酸的酸碱性质 氨基酸的光吸收性 氨基酸的化学反应
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氨基酸的一般物理性质
4. 了解蛋白质的重要理化性质。
5. 了解蛋白质分离、纯化方法及其理论依据。
6. 有那些结合蛋白？它们的分布、特性和生物功能。
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蛋白质的生物学功能
蛋白质作为生命现象的物质基础之一，构成一切细胞和
组织结构的最重要的组成成分，具有重要的生物学功能。
（一）酶的催化功能
（二）调节功能：调节蛋白质 包括激素、受体、毒蛋白等 （三）结构功能 （四）运输功能
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。

低于等电点的任何pH值，氨基酸带有净正电荷，在电场中 将向负极移动。
在一定pH值范围内，氨基酸溶液的pH值离等电点愈远，氨 基酸携带的净电荷数愈大。

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氨基酸的光吸收性
色氨酸
酪氨酸
• 芳香族氨基酸在pH8时紫外吸收光谱
• 氨基酸是氨基取代的羧酸。
• 氨基酸结构通式:
氨基酸的结构
• α-氨基酸有两种构型：D构型和L构型
• 蛋白质是由廿种基本氨基酸组成的，全是L型。 • 氨基酸的构型是与甘油醛或乳酸相比较而决定的。
– 凡是与L-甘油醛(或L-乳酸) 构型相同的，就定义为L-氨基酸
– 反之为D-氨基酸
氨基酸的结构
甘油醛
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。
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4.3 肽

肽的基本概念
生物活性肽
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肽的基本概念
一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸α-氨基脱水缩合 的化合物叫做肽。
氨基酸的分类
氨基酸的理化性质 氨基酸的分离分析 氨基酸的制备与应用
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蛋白质水解是产生氨基酸的手段
1、酸水解：5至10倍20%HCl回流16至24小时，破坏全部色 氨酸以及部分含羟基氨基酸。
2、碱水解：所有氨基酸产生外消旋。
3、酶水解：反应条件温和，不破坏色氨酸也不产生外消旋， 但副产物多。
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氨基酸的结构
蛋白质的三级结构指
多肽链中所有氨基酸 残基的空间关系，其
具有二级结构或结构
（五）免疫作用
（六）运动功能 （七）储藏功能：酪蛋白、 卵清蛋白 （八）生物膜功能
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蛋白质的概念
氨基酸
1、蛋白质的基本组成单位
主要组成元素为碳、氢、氧、氮 有的还含有硫、磷、碘或金属元素（如铁、铜、锌等） 平均含氮量16％
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4.2 氨基酸

蛋白质水解是产生氨基酸的手段
氨基酸的结构



α氨基酸为无色晶体，不同氨基酸其晶体形状不相同。 氨基酸熔点一般在200～300℃。 氨基酸溶于水，但溶解度各不相同。能溶解于稀酸或稀碱 中，但不能溶解于有机溶剂中。 各种氨基酸有不同的味感，如甘氨酸具有甜味，谷氨酸呈 酸味，其单钠盐呈鲜味。 除甘氨酸外，每种氨基酸都有旋光性和一定的比旋光度。

凯氏定氮法
• 样本的分解： 蛋白质 + H2SO4 → (NH4)2SO4(aq)
+ CO2(g) + SO2(g) + H2O(g)
• 铵盐的分解： (NH4)2SO4(aq) + 2NaOH →
Na2SO4(aq) + 2H2O(l) + 2NH3(g)
• 氨的固定： B(OH)3 + H2O + NH3 →
NH4+ + B(OH)4–
• 反滴定： B(OH)3 + H2O + Na2CO3 → NaHCO3(aq)
+ NaB(OH)4(aq) + CO2(g) + H2O
氨基酸的化学反应
(4)与荧光胺反应
氨基酸可与荧光胺反应，产生荧光产物，可用荧光分 光光度计测定氨基酸含量。
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氨基酸的分离分析
1．纸层析法：根据溶解度不同分离
必需氨基酸 半必需氨基酸 非必需氨基酸
其余氨基 酸 Arg His Lys Val Ile Leu phe Met Trp Thr
氨基酸的分类
——非编码氨基酸
• 非编码氨基酸属于氨基酸的衍生物，也称为修饰氨基酸。
• 如：胱氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸、L-甲状腺素等
氨基酸的分类
——非蛋白质氨基酸

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氨基酸的酸碱性质
氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以两性离子的形 式存在。
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。
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
天冬酰胺
谷氨酰胺
氨基酸的分类
——根据氨基酸R基侧链的极性
芳香族R基团氨基酸
苯丙氨酸
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
根据氨基酸R基侧链的极性，可将氨基酸分为
2．薄层层析法：根据吸附性不同分离 3．离子交换柱层析法 4．高效液相层析法 5．纸电泳
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氨基酸的制备与应用
(二)氨基酸的应用

氨基酸不仅是蛋白质的基本组成，而且对生物体还具有其他特 殊的生理作用，参与许多代谢作用，不少已用来治疗疾病。

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。
还 原 型 谷 胱 甘 肽 （ GSH ）
氧化型谷胱甘肽（GSSG）
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• 谷胱甘肽的重要生理功能：

维护蛋白质活性中心的巯基 参与二硫化合物相互转化 某些酶的辅酶，在体内氧化还原过程中起重要 的作用
抗菌肽
NH2
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4.4 蛋白质的分子结构

蛋白质的一级结构
蛋白质的二级结构
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超二级结构
(1)
αα
(2)
βXβ
超二级结构
(3)
βββ
A. β 迂回
B.希腊钥匙
C.双希腊钥匙
结构域
结构域的定义
多肽链上由相邻二级结构单 元联系而成的局部性区域。
最突出的例子： 免疫球蛋白
是多肽链的独立折叠单位。
结构域的大小
变化很大。
常见的范围在100-200个残基 之间。
蛋白质的三级结构
肽链的部分降解及肽片断的分离

酶水解法
常用的酶：
胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 嗜热菌蛋白酶等
优越性：
专一性较高 水解效率较高
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蛋白质的二级结构
• 是指蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，包括α螺旋、β 折叠和β转角等。 多肽主链的基本结构
二级结构的基本构象 超二级结构 结构域
第四章 蛋白质
学习要求
概述
蛋白质的分子结构
氨基酸
蛋白质的分子结构 和功能的关系
肽
蛋白质的性质及分离纯化
学习要求
1. 了解蛋白质生物功能、分类。
2. 了解氨基酸分类、结构、重要化学反应和分离、分析方法， 重点弄清楚它的两性性质, pI和pK。
3. 弄清楚蛋白质的一级结构及其序列分析方法。了解二、三 和四级结构基本概念。
温和条件下可以解离
通过二硫键连接的多肽链
胰岛素 免疫球蛋白 等
需要较强的条件将二硫键切断 还原法
氧化法
肽链的部分降解及肽片断的分离
化学裂解法 溴 化 氰 法 酶水解法 羟 胺 法
肽链的部分降解及肽片断的分离

溴化氰法
溴化氰对甲硫 氨酸羧基形成 的肽键特异
肽链的部分降解及肽片断的分离

羟胺法
羟胺能专一地裂解 Asn-Gly的肽键， 酸性条件下裂解 Asn-Pro肽键。
氨基末端 羧基末端
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生物活性肽
生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、 免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均 涉及到活性肽。生物活性肽是机体内传递信息、调节代谢和 协调器官活动的重要化学信使。 • 谷胱甘肽 • 神经肽 • 激素 • 抗菌肽
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谷胱甘肽
• 它的分子中有一个特殊的γ肽键，是由谷氨酸的γ羧基与半 胱氨酸的α氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯 基很容易氧化，二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型的 谷胱甘肽(GSSG)。
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氨基酸末端分析
二硝基氟苯 （FDNB法）
N-末端分析
二甲基氨基萘磺酰氯法 （DNS-Cl法） 异硫氰酸苯酯法 （Edman法）
肼解法
C-末端分析
羧肽酶法
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异硫氰酸苯酯法(Edman法)
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肼解法
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蛋白质中肽链的拆离
肽链间的结合
非共价键连接的多肽链
血红蛋白(四聚 体) 烯醇化酶(二聚 体)