第4章 蛋白质的化学
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CH3 H
PITC
五肽标记
HS NC
HO
HN C C N Asp Phe Glu Thr COOH
CH3 H
PTC—肽
裂解环化
S NC C NH O CH
CH3
H2N Asp Phe Glu Thr COOH
PTH—氨基酸
四肽
肼解法（hydrazinolysis）
R1 H2N CH CO
Rn-1
Rn
第六节 蛋白质的分离与纯化的基本原理
根据分子大小不同的分离纯化方法：
透析
分子排阻层析（molecular-exclusion chromatography）
凝胶层析
根据电离性质不同的分离纯化方法： 离子交换层析（ion-exchange chromatography）
根据配基特异性的分离纯化方法：
Pr NH3+ COO-
+ OH+ H+
Pr NH2 COO-
pH = pI
净电荷=0
pH > pI
净电荷为负
四 嗠
水化膜
蛋 白
+++
酸
碱
－－
－
－
质
+
+碱
的
++
酸
－ －－
－
胶
带正电荷的蛋白质 在等电点的蛋白质 带负电荷的蛋白质
体 脱水作用
性 质
++ +
+
+
+ ++
脱水作用 碱
脱水作用
－－
酸－
－
－
－－ －
NH CH CO NH CH COOH
H2N NH2
R1
Rn-1
H2N CH CO NH NH2 NH2 CH CO NH NH2
氨基酸酰肼化合物
苯甲酸
Rn
H2N CH COOH
C-末端氨基酸 （上清液）
二苯基衍生物（沉淀）
二、蛋白质的构象 （嗻 conformation）
一 嗼 化 学 键
维持蛋白质分子构象的作用力 a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
精氨酸
组氨酸
稀有氨基酸：
HO
COOH N
H
L-羟脯氨酸 （Hyp）
H2N CH2 CH CH2 CH2 CH COOH
OH
NH2
L-羟赖氨酸 （Hyl）
第三节 蛋白质的分子结构
一、蛋白质的一级结构 （primary structure）
嗻
一
嗼 肽
氨基酸1
键
和
肽
链
肽键
氨基酸2
二肽
多肽链中的氨基酸，由于参与肽键的形成， 已非原来完整的分子，称为氨基酸残基（residue）。
一级结构 二级结构
三级结构
四级结构
三
嗠
NCN
H2O
NHCNH
蛋
O
白 质 和 多 肽
DCCI 基团保护
R1 H2NCHCOOH
Cbz-Cl
R1 Cbz NHCHCOOH
DCU
R2 H2NCHCOOH
C2H5OH R2 H2NCHCOOC2H5
合
成
接肽缩合
-DCU +DCCI
的
R1 O
R2
基
Cbz NHCH C N CHCOOC2H5
肽平面
肽平面
肽单位的特性： （1）肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间
不能自由旋转
（2）肽单位的六个原子同处于一个平面
2. α-螺旋（ α-helix）
3.β-折叠（β-pleated sheet）
4.β-转角（β-turn）
5.无规线团 （random coil）
无规则卷曲 细胞色素C
氨基酸残基数 51 104 241 574
～1320 ～4100 4636 ～8300
多肽链数 2 1 3 4 4 5 1
～40
分子筛层析法
（a） 凝胶过滤层析示意图 ； （b） 洗脱曲线； （c） 已知蛋白质相关洗脱体积对分子量的对数作图
SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
生物质谱
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）
一级结构的变化与疾病的关系
正常血红蛋白
N-末端
C-末端
OH
CH3 O CH2 O
H2N C C N CH C N CH2COOH
H
H
丙氨酸
丝氨酸
甘氨酸
蛋白质的一级结构是指由不同种类、数量 的氨基酸，通过肽键而构成的排列顺序。
半胱氨酸 半胱氨酸
胱氨酸
（二）一级结构测定
DNFB—F
HO H2N C C N Asp Phe Glu Thr
本
除去保护基团
H NaOH，H2/Pd
原 理
R1 O
R2
H2NCH C N CHCOOH
H
合成肽化合物
化学合成法的基本原理
C-端氨基酸固相化 树脂
脱保护基
树脂
接肽缩合
树脂
脱树脂和保护基 树脂
树脂
CH2 Cl
R1 HOOCCHNH BOC
R1 CH2 O COCHNH BOC
+HCl -HAC R1 CH2 O COCHNH2 R2
H
C
+ R C COOH
C OH
NH2
O
O
C
H
C
+ RCHO + NH3 + CO2
C OH
O
O
C
H
C+
C OH
O
O C
C
C O
O + 2NH3
O NH2
O
C
C
CNC
C
C
O
O
+ 2H2O
茚三酮反应
OO
H2N H2N
C
O+
H2N H2N
C
O
180 0C
H2NCNHCNH2 + NH3
H2N
CO
HN
+ Cu2+
血红蛋白四级结构
一级结构
primary structure
二级结构
secondary structure
超二级结构 supersecondary structure
结构域 Structure domain
三级结构
Tertiary structure
四级结构
quariernary structure
第二节 蛋白质的化学组成
H 2N
COOH CH R
氨基酸通式
COOH H2N C H
R
L-AA
COOH H C NH2
R
D-AA
氨基酸的结构:
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
蛋氨酸
脯氨酸
苯丙氨酸
色氨酸
甘氨酸
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
天冬酰胺
谷氨酰胺
酪氨酸
天冬氨酸
谷氨酸
赖氨酸
（二）蛋白质的二级结构 （secondary structure）
二级结构是指多肽链的主链骨架中若 干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折迭， 并以氢键为主要的次级键而形成有规则 的构象，如α螺旋、β折迭和β转角等。
1.肽单位（peptide unit）
肽键与相邻的两个α碳原子所组成的基团， 称为肽单位或肽平面（peptide unit）
亲和层析
（a） 亲和层析示意图； （b） 洗脱曲线
CO
H2N
H
_ OC N
OH
NH
OC N
H
H
N Cu2+
CO NH
N CO
H
H
H
H
R
氨基酸或氨基酸残基的特殊呈色反应
氨基酸名称 酪氨酸*
色氨酸*
精氨酸* 组氨酸* 半胱氨酸 脯氨酸 甘氨酸 含硫氨基酸 芳香族氨基酸 α氨基酸
反应名称 Millon
酚试剂反应 黄色蛋白反应 乙醛酸反应
Ehrlich 坂口反应 Pouly反应 硝普盐试验
一、蛋白质大小、形状及分子量的测定
一些蛋白质的分子资料
蛋白质 牛胰岛素 人细胞色素C 牛胰糜蛋白酶 人血红蛋白 人免疫球蛋白 E.coli RNA聚合酶 人载脂蛋白B 牛肝谷氨酸脱氢酶
分子量 5 733 13 000 21 600 64 500 145 000 450 000 513 000
1 000 000
带正电荷的蛋白质 不稳定的蛋白质颗粒
带负电荷的蛋白质
五、蛋白质的沉淀反应
COOPro
NH3+
pH>pI
COOPro
NH2
COOAg Ag+ Pro
NH2
COOPro
NH3+
COOH pH<pI Pro
NH3+
CCl3COO-
COOH Pro
NH3+CC l3COO-
六、蛋白质的颜色反应
O
C OH
人胰岛素酯
+H+
B29 B30 HI Lys Thr OH
脱保护基
人胰岛素
酶工程（enzyme engineering）技术合成蛋白质
第四节 蛋白质的结构与功能
一、蛋白质一级结构与功能的关系
加压素
H2N 半胱 酪 苯丙 谷胺 天胺 半胱 脯 精 甘 CO NH2
S
S
催产素 H2N
亮
异亮
3
8
一级结构不同、生物学功能各异
CH3 H
—HF 标记
COOH
HO
DNP NH C C N Asp Phe Glu Thr COOH
CH3 H
+HCl 水解
H
DNP NH C COOH Asp Phe Glu Thr
CH3
DNP 氨基酸
非N-端氨基酸混合物
二硝基氟苯法（DNFB）
Edman降解法
NCS
HO H2N C C N Asp Phe Glu Thr COOH
患者血红蛋白
二、蛋白质的空间构象与功能的关系
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
不同生物与人的Cytc的AA差异数目
生物
与人不同的AA数目
黑猩猩
0
恒河猴
1
兔
9
袋鼠
10
牛、猪、羊、狗 11
马
12
鸡、火鸡
13
响尾蛇
14
海龟
15
金枪鱼
21
角饺
23
小蝇
25
蛾
31
小麦
35
粗早链孢霉
43
酵母
44
第五节 蛋白质的性质
HOOCCHNH BOC
R1
O R2
CH2 O COCH N C CH NH BOC
H
HBr
CH2 Br
R1
R2
HOOCCHNHCOCHNH2
合成肽化合物
PI
B29 B30 Lys Ala OH
Thr(But)OBut
蛋白酶 HI
LBy29s BT3h0r(But)OBut
-Ala
猪胰岛素
苏氨酸酯
醋酸铅反应 黄色蛋白反应
Folin反应
试剂 硝源自文库汞溶于亚硝酸
磷钼钨酸 浓硫酸
乙醛酸+浓硫酸 对二甲氨基苯甲醛+浓盐酸 α萘酚+次氯酸钠碱性溶液
偶氮磺胺酸碱性溶液 亚硝酰铁氰化钠+稀氨水
酸性吲哚醌 邻苯二醛乙醇溶液
强碱+醋酸铅 浓硫酸
1，2萘醌4磺酸钠碱性液
颜色 红色
蓝色 黄色 紫色 蓝色 深红色 桔红色 红色 蓝色 墨绿 黑色沉淀 黄色→橙色 深红
二、蛋白质的变性
复性
天然状态，有活性 变性
非折叠状态，无活性
三、蛋白质的两性电离与等电点
COOH Pro
NH2
COOH OH-
Pro NH3+
H+
COO- OH-
COO-
Pro NH3+
H+
Pro NH2
pH<pI
pH=pI
pH>pI
Pr NH3+ COOH
+ OH+ H+
pH< pI
净电荷为正
（三）超二级结构（super-secondary structure）
超二级结构又称模体（motif）或模序是指 在多肽内顺序上相邻的二级结构常常在空间 折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的 二级结构聚集体。
αα组合
βββ组合
βαβ组合
（四）结构域（domain）
结构域是位于超二级结构和三级结构 间的一个层次。结构域是在蛋白质的三级 结构内的独立折叠单元，其通常都是几个 超二级结构单元的组合。
第四章 蛋白质的化学
第一节 蛋白质是生命的物质基础
人体部分组织器官中蛋白质含量（蛋白质g/100g干组织）
器官或组织 体液组织 神经组织 脂肪组织 消化道 横纹肌
皮肤 骨骼
蛋白质含量 85 45 14 63 80 63 28
器官或组织 心 肝 胰 肾 脾 肺
蛋白质含量 60 57 47 72 84 82
IgG的结构域示意图
（五）蛋白质的三级结构（tertiary structure）
在一条多肽链中所有原子或基团在 三维空间的整体排布称为三级结构。
肌红蛋白三级结构
溶菌酶的三级结构
（六）蛋白质的四级结构 （quaternary structure）
蛋白质的每条肽链被称为一个亚基（subunit）。 由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非 共价键相联而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四 级结构。
PITC
五肽标记
HS NC
HO
HN C C N Asp Phe Glu Thr COOH
CH3 H
PTC—肽
裂解环化
S NC C NH O CH
CH3
H2N Asp Phe Glu Thr COOH
PTH—氨基酸
四肽
肼解法（hydrazinolysis）
R1 H2N CH CO
Rn-1
Rn
第六节 蛋白质的分离与纯化的基本原理
根据分子大小不同的分离纯化方法：
透析
分子排阻层析（molecular-exclusion chromatography）
凝胶层析
根据电离性质不同的分离纯化方法： 离子交换层析（ion-exchange chromatography）
根据配基特异性的分离纯化方法：
Pr NH3+ COO-
+ OH+ H+
Pr NH2 COO-
pH = pI
净电荷=0
pH > pI
净电荷为负
四 嗠
水化膜
蛋 白
+++
酸
碱
－－
－
－
质
+
+碱
的
++
酸
－ －－
－
胶
带正电荷的蛋白质 在等电点的蛋白质 带负电荷的蛋白质
体 脱水作用
性 质
++ +
+
+
+ ++
脱水作用 碱
脱水作用
－－
酸－
－
－
－－ －
NH CH CO NH CH COOH
H2N NH2
R1
Rn-1
H2N CH CO NH NH2 NH2 CH CO NH NH2
氨基酸酰肼化合物
苯甲酸
Rn
H2N CH COOH
C-末端氨基酸 （上清液）
二苯基衍生物（沉淀）
二、蛋白质的构象 （嗻 conformation）
一 嗼 化 学 键
维持蛋白质分子构象的作用力 a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
精氨酸
组氨酸
稀有氨基酸：
HO
COOH N
H
L-羟脯氨酸 （Hyp）
H2N CH2 CH CH2 CH2 CH COOH
OH
NH2
L-羟赖氨酸 （Hyl）
第三节 蛋白质的分子结构
一、蛋白质的一级结构 （primary structure）
嗻
一
嗼 肽
氨基酸1
键
和
肽
链
肽键
氨基酸2
二肽
多肽链中的氨基酸，由于参与肽键的形成， 已非原来完整的分子，称为氨基酸残基（residue）。
一级结构 二级结构
三级结构
四级结构
三
嗠
NCN
H2O
NHCNH
蛋
O
白 质 和 多 肽
DCCI 基团保护
R1 H2NCHCOOH
Cbz-Cl
R1 Cbz NHCHCOOH
DCU
R2 H2NCHCOOH
C2H5OH R2 H2NCHCOOC2H5
合
成
接肽缩合
-DCU +DCCI
的
R1 O
R2
基
Cbz NHCH C N CHCOOC2H5
肽平面
肽平面
肽单位的特性： （1）肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间
不能自由旋转
（2）肽单位的六个原子同处于一个平面
2. α-螺旋（ α-helix）
3.β-折叠（β-pleated sheet）
4.β-转角（β-turn）
5.无规线团 （random coil）
无规则卷曲 细胞色素C
氨基酸残基数 51 104 241 574
～1320 ～4100 4636 ～8300
多肽链数 2 1 3 4 4 5 1
～40
分子筛层析法
（a） 凝胶过滤层析示意图 ； （b） 洗脱曲线； （c） 已知蛋白质相关洗脱体积对分子量的对数作图
SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
生物质谱
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）
一级结构的变化与疾病的关系
正常血红蛋白
N-末端
C-末端
OH
CH3 O CH2 O
H2N C C N CH C N CH2COOH
H
H
丙氨酸
丝氨酸
甘氨酸
蛋白质的一级结构是指由不同种类、数量 的氨基酸，通过肽键而构成的排列顺序。
半胱氨酸 半胱氨酸
胱氨酸
（二）一级结构测定
DNFB—F
HO H2N C C N Asp Phe Glu Thr
本
除去保护基团
H NaOH，H2/Pd
原 理
R1 O
R2
H2NCH C N CHCOOH
H
合成肽化合物
化学合成法的基本原理
C-端氨基酸固相化 树脂
脱保护基
树脂
接肽缩合
树脂
脱树脂和保护基 树脂
树脂
CH2 Cl
R1 HOOCCHNH BOC
R1 CH2 O COCHNH BOC
+HCl -HAC R1 CH2 O COCHNH2 R2
H
C
+ R C COOH
C OH
NH2
O
O
C
H
C
+ RCHO + NH3 + CO2
C OH
O
O
C
H
C+
C OH
O
O C
C
C O
O + 2NH3
O NH2
O
C
C
CNC
C
C
O
O
+ 2H2O
茚三酮反应
OO
H2N H2N
C
O+
H2N H2N
C
O
180 0C
H2NCNHCNH2 + NH3
H2N
CO
HN
+ Cu2+
血红蛋白四级结构
一级结构
primary structure
二级结构
secondary structure
超二级结构 supersecondary structure
结构域 Structure domain
三级结构
Tertiary structure
四级结构
quariernary structure
第二节 蛋白质的化学组成
H 2N
COOH CH R
氨基酸通式
COOH H2N C H
R
L-AA
COOH H C NH2
R
D-AA
氨基酸的结构:
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
蛋氨酸
脯氨酸
苯丙氨酸
色氨酸
甘氨酸
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
天冬酰胺
谷氨酰胺
酪氨酸
天冬氨酸
谷氨酸
赖氨酸
（二）蛋白质的二级结构 （secondary structure）
二级结构是指多肽链的主链骨架中若 干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折迭， 并以氢键为主要的次级键而形成有规则 的构象，如α螺旋、β折迭和β转角等。
1.肽单位（peptide unit）
肽键与相邻的两个α碳原子所组成的基团， 称为肽单位或肽平面（peptide unit）
亲和层析
（a） 亲和层析示意图； （b） 洗脱曲线
CO
H2N
H
_ OC N
OH
NH
OC N
H
H
N Cu2+
CO NH
N CO
H
H
H
H
R
氨基酸或氨基酸残基的特殊呈色反应
氨基酸名称 酪氨酸*
色氨酸*
精氨酸* 组氨酸* 半胱氨酸 脯氨酸 甘氨酸 含硫氨基酸 芳香族氨基酸 α氨基酸
反应名称 Millon
酚试剂反应 黄色蛋白反应 乙醛酸反应
Ehrlich 坂口反应 Pouly反应 硝普盐试验
一、蛋白质大小、形状及分子量的测定
一些蛋白质的分子资料
蛋白质 牛胰岛素 人细胞色素C 牛胰糜蛋白酶 人血红蛋白 人免疫球蛋白 E.coli RNA聚合酶 人载脂蛋白B 牛肝谷氨酸脱氢酶
分子量 5 733 13 000 21 600 64 500 145 000 450 000 513 000
1 000 000
带正电荷的蛋白质 不稳定的蛋白质颗粒
带负电荷的蛋白质
五、蛋白质的沉淀反应
COOPro
NH3+
pH>pI
COOPro
NH2
COOAg Ag+ Pro
NH2
COOPro
NH3+
COOH pH<pI Pro
NH3+
CCl3COO-
COOH Pro
NH3+CC l3COO-
六、蛋白质的颜色反应
O
C OH
人胰岛素酯
+H+
B29 B30 HI Lys Thr OH
脱保护基
人胰岛素
酶工程（enzyme engineering）技术合成蛋白质
第四节 蛋白质的结构与功能
一、蛋白质一级结构与功能的关系
加压素
H2N 半胱 酪 苯丙 谷胺 天胺 半胱 脯 精 甘 CO NH2
S
S
催产素 H2N
亮
异亮
3
8
一级结构不同、生物学功能各异
CH3 H
—HF 标记
COOH
HO
DNP NH C C N Asp Phe Glu Thr COOH
CH3 H
+HCl 水解
H
DNP NH C COOH Asp Phe Glu Thr
CH3
DNP 氨基酸
非N-端氨基酸混合物
二硝基氟苯法（DNFB）
Edman降解法
NCS
HO H2N C C N Asp Phe Glu Thr COOH
患者血红蛋白
二、蛋白质的空间构象与功能的关系
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
不同生物与人的Cytc的AA差异数目
生物
与人不同的AA数目
黑猩猩
0
恒河猴
1
兔
9
袋鼠
10
牛、猪、羊、狗 11
马
12
鸡、火鸡
13
响尾蛇
14
海龟
15
金枪鱼
21
角饺
23
小蝇
25
蛾
31
小麦
35
粗早链孢霉
43
酵母
44
第五节 蛋白质的性质
HOOCCHNH BOC
R1
O R2
CH2 O COCH N C CH NH BOC
H
HBr
CH2 Br
R1
R2
HOOCCHNHCOCHNH2
合成肽化合物
PI
B29 B30 Lys Ala OH
Thr(But)OBut
蛋白酶 HI
LBy29s BT3h0r(But)OBut
-Ala
猪胰岛素
苏氨酸酯
醋酸铅反应 黄色蛋白反应
Folin反应
试剂 硝源自文库汞溶于亚硝酸
磷钼钨酸 浓硫酸
乙醛酸+浓硫酸 对二甲氨基苯甲醛+浓盐酸 α萘酚+次氯酸钠碱性溶液
偶氮磺胺酸碱性溶液 亚硝酰铁氰化钠+稀氨水
酸性吲哚醌 邻苯二醛乙醇溶液
强碱+醋酸铅 浓硫酸
1，2萘醌4磺酸钠碱性液
颜色 红色
蓝色 黄色 紫色 蓝色 深红色 桔红色 红色 蓝色 墨绿 黑色沉淀 黄色→橙色 深红
二、蛋白质的变性
复性
天然状态，有活性 变性
非折叠状态，无活性
三、蛋白质的两性电离与等电点
COOH Pro
NH2
COOH OH-
Pro NH3+
H+
COO- OH-
COO-
Pro NH3+
H+
Pro NH2
pH<pI
pH=pI
pH>pI
Pr NH3+ COOH
+ OH+ H+
pH< pI
净电荷为正
（三）超二级结构（super-secondary structure）
超二级结构又称模体（motif）或模序是指 在多肽内顺序上相邻的二级结构常常在空间 折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的 二级结构聚集体。
αα组合
βββ组合
βαβ组合
（四）结构域（domain）
结构域是位于超二级结构和三级结构 间的一个层次。结构域是在蛋白质的三级 结构内的独立折叠单元，其通常都是几个 超二级结构单元的组合。
第四章 蛋白质的化学
第一节 蛋白质是生命的物质基础
人体部分组织器官中蛋白质含量（蛋白质g/100g干组织）
器官或组织 体液组织 神经组织 脂肪组织 消化道 横纹肌
皮肤 骨骼
蛋白质含量 85 45 14 63 80 63 28
器官或组织 心 肝 胰 肾 脾 肺
蛋白质含量 60 57 47 72 84 82
IgG的结构域示意图
（五）蛋白质的三级结构（tertiary structure）
在一条多肽链中所有原子或基团在 三维空间的整体排布称为三级结构。
肌红蛋白三级结构
溶菌酶的三级结构
（六）蛋白质的四级结构 （quaternary structure）
蛋白质的每条肽链被称为一个亚基（subunit）。 由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非 共价键相联而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四 级结构。