02 第一章 蛋白质化学.ppt

第1页：第一章 蛋白质化学

第一章蛋白质化学

第2页：第一节 概述

第一节概述

第3页：蛋白质的概念

一、蛋白质的概念（一）蛋白质的概念英文名称protein，字源出Ⅱροτο；蛋白质的定义----由20种左右L型α-氨基酸通过肽键构成并具有稳定的构象和生物学功能的一类复杂高分子含氮化合物。特点：*构造复杂*功能多样*分子量大*平均含氮量为16% *具有胶体性质和两性性质

第4页：蛋白质在自然界的分布及重要性

蛋白质在自然界的分布及重要性数据表：下表列出相关数据。

第5页：蛋白质在自然界的分布及重要性

（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。蛋白质是生物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;

第6页：蛋白质的分类

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•按蛋白质的溶解度分七种：清蛋白、鱼精蛋白、组蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白•按组成分成三类：简单蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质结合蛋白质=简单蛋白质+辅基•按蛋白质的功能分两类：活性蛋白质和非活性蛋白质

第7页：蛋白质的生物学功能

三、蛋白质的生物学功能由20种AA组成的20肽，其顺序异构体有20！=2×1018种催化功能----酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶调节功能----激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素结构成分或支持功能----结构蛋白如胶原蛋白、α-角蛋白、丝纤蛋白等运输功能----运输小分子和离子如血红蛋白、色素蛋白、血清蛋白免疫防御功能----保护自身生命活动如免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素

第8页：收缩或运动功能

收缩或运动功能----鞭毛运动和肌肉收缩如肌动蛋白和肌球蛋白营养和贮存功能----为机体提供养料如醇溶蛋白、卵清蛋白、酪蛋白生物膜受体功能----接受和传递调节信息如激素受体蛋白和感觉蛋白（味觉蛋白）毒素蛋白----如细菌毒素、蛇毒等控制生长、分化和遗传功能----如组蛋白、阻遏蛋白、表皮生长因子、DNA蛋白等蛋白质是生命现象的体现者

第9页：蛋白质的化学组成

四、蛋白质的化学组成（一）蛋白质的元素组成C：50~55%O：20~23%H：6~8%S：0~4%N：15~18%含氮量平均16%是蛋白质重要特征

第10页：利用蛋白质含氮量

利用蛋白质含氮量数据表：下表列出相关数据。

第11页：蛋白质的分子组成

（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：>1045×1032×103500-103200 100•α-氨基酸(amino acid)是蛋白质的基本组成单位

第12页：蛋白质的分子组成

（二）蛋白质的分子组成2.蛋白质水解作用分类(1)完全水解(强酸强碱高温作用,迅速彻底,产物氨基酸）酸法水解法，碱水解法；(2)不完全水解(稀酸稀碱酶催化,条件温和，产物除氨基酸外,还有肽和多肽）酶水解法；

第13页：第二节 氨基酸的结构分类及性质

第二节氨基酸的结构分类及性质

第14页：氨基酸的结构特点

• 一.氨基酸的结构特点1.结构特征---氨基酸是含有NH2的有机酸NH2 NH3+R C αCOOH R C αCOO--H H特点：（1）都是α-氨基酸；
• （2）具有酸性的-COOH基及碱性的-NH2基，为两性电解质；
• （3）除甘氨酸（R基是H原子）外，都是L-型氨基酸，具有旋光性；

第15页：氨基酸的构型与旋光性

氨基酸的构型与旋光性COOHH C αNH2RD-型氨基酸氨基酸的构型和旋光性是两个不同的概念。COOH N H2C αHRL-型氨基酸构型：D-型，L-型旋光性：左旋（-）右旋（+）

第16页：氨基酸的种类及其结构

2.氨基酸的种类及其结构（1）常见氨基酸甘氨酸Gly(G) 丙氨酸Ala(A) 缬氨酸Val(V)亮氨酸Leu(L) 异亮氨酸Ile(I) 苯丙氨酸Phe(F) 酪氨酸Tyr(Y) 色氨酸Try,Trp(W) 丝氨酸Ser(S) 苏氨酸Thy(T) 半胱氨酸Cys(C) 甲硫氨酸Met(M)天门冬氨酸Asp(D) 谷氨酸Glu(E) 天门冬酰胺Asn(N) 谷氨酰胺Gln(Q) 精氨酸Arg(R) 赖氨酸Lys(K)组氨酸His(H) 脯氨Pro(P)（2）稀有氨基酸羟脯氨酸(Hyp) 羟赖氨酸(Hyly) 胱氨酸(Cys)

第17页：根据R基团的结构或性质特点

根据R基团的结构或性质特点，巧记20种氨基酸的口诀：甘、丙、缬、亮、异、脂链，（脂肪链R基团的5种）丝、苏、半、蛋、羟硫添。（含-OH，-S者共4种）天、谷、精、赖、组、酸碱；（酸性碱性者5种）脯、酪、苯、色、杂芳环（芳香环和杂环R集团者4种）门冬酰胺、谷酰胺，（两种酰胺）都有密码属“常见”。（常见氨基酸都有特异的遗传密码）

第18页：氨基酸的分类

• 二.氨基酸的分类（一）分类----氨基酸的四种分类方法1.根据氨基酸的酸碱性质分类;
• 2.根据R基团的化学结构分类;
• 3.根据R基团的极性分类;
• 4.根据营养功能分类;
• （二）非蛋白质氨基酸

第19页：根据氨基酸的酸碱性质分类

• 1.根据氨基酸的酸碱性质分类（1）中性氨基酸：15种，最简单为Gly；
• （2）酸性氨基酸：Asp，Glu；
• （3）碱性氨基酸：Lys、Arg、His；
• 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；

第20页：根据R基团的极性分类

3.根据R基团的极性分类（1）非极性氨基酸脂肪烃侧链Ala,Val,Leu,Ile；芳香环Phe,Try；含硫氨基酸：Met；亚氨基酸：Pro（2）极性氨基酸极性不带电氨基酸7种：Ser，Thr，Tyr；Asn，Gln；Cys；极性带正电荷的氨基酸3种：Lys，Arg，His；极性带负电荷的氨基酸2种：Asp、Glu；

第21页：根据营养功能分类

4.根据营养功能分类（1）必需氨基酸人体和动物生长发育所必需的，但自身不能合成，必需由食物中供给的氨基酸；赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸（2）非必需氨基酸（3）半必需氨基酸组氨酸，精氨酸和酪氨酸（儿童必需的氨基酸）

第22页：非蛋白质氨基酸

（二）非蛋白质氨基酸重要的非蛋白质氨基酸有：β-丙氨酸：泛酸及辅酶A的组成成分；鸟氨酸、瓜氨酸：尿素循环的中间体；D-谷氨酸、D-丙氨酸：参与细菌细胞壁组成的肽聚糖；D-苯丙氨酸：组成抗生素—短杆菌肽；

第23页：氨基酸的性质

• 三.氨基酸的性质（一）氨基酸的物理性质1.氨基酸均为无色结晶体或粉末，可用于鉴定；
• 2.氨基酸的熔点较高，一般都大于200℃；
• 3.光吸收性质—芳香族氨基酸具有特征紫外吸收，280nm吸光值测定蛋白质含量；
• 4.溶解性质—溶于水，在稀酸、稀碱中溶解度好，不溶于有机溶剂；
• 5.旋光性质--比旋光值[α]Dt，旋光性物质的特征常数；

第24页：氨基酸的化学性质

（二）氨基酸的化学性质1.两性解离和等电点NH2NH3+R C αCOOH R CαCOO-H H 兼性离子两性离子是指在同一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

第25页：氨基酸的化学性质（续）

• NH3+NH3+NH2OH--OH--R CH COOH R CH COO--R CH COO—H +H +在酸性溶液中晶体或水溶液中在碱性溶液中正离子pH<pI 两性离子pH=pI 负离子pH>pIν等电点：当调节氨基酸溶液pH值，是氨基酸分子上的-NH3+基和—COO-基的解离度完全相等时，即氨基酸所带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点，用pI表示。
• 特点：溶解度最小。
• 应用：谷氨酸的生产；电泳法、离子交换法分离氨基酸；

第26页：氨基酸的化学性质（续）

氨基酸等电点的计算NH3+NH3+NH2K 1K2R CH COOH R CH COO--R CH COO—H+H+A+ A±A-K1=[ A±][ H+]/[ A+]，[A+]=[ A±][ H+]/ K1K2=[ A-][ H+]/[ A±]，[A-]=[ A±] K2/[ H+]当到达等电点时，[ A±][ H+]/ K1=[ A±] K2/[ H+]，即：K1K2=[ H+]2方程两边取对数，—lg[ H+]=--lg K1—lg K2，即：2pH=pK1+pK2令pI为等电点是的pH，则pI=（pK1+pK2）/2

第27页：氨基酸的化学性质（续）

天冬氨酸解离方程式如下：NH3+NH3+NH3+NH2K 1K2CH COOH CH COO--CH COO—CH COO—CH2COOH H+CH2COOH H+ CH2COO—H+ CH2COO—Asp+ Asp±Asp-Asp2-ν对于中性和酸性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；•对于碱性氨基酸：pI=（pK2+pK3）/2；pH>pI 氨基酸带净负电荷；pH<pI 氨基酸带净正电荷；pH=pI 氨基酸所带净电荷为零；

第28页：氨基酸的化学性质（续）

氨基酸等电点的计算NH3+NH3+NH2K 1K2R CH COOH R CH COO--R CH COO—H+H+A+ A±A-氨基酸的滴定曲线在第一个pH转折点上[A+]=[ A±]；在第二个pH转折中点，[ A±]= [A-]；K1=[ A±][ H+]/[ A+]，pH=pK1+lg[ A±]/[ A+] K2=[ A-][ H+]/[ A±]，pH=pK2+lg[ A-]/[ A±]所以，pH=pKa+lg[ 质子受体]/[ 质子供体]

第29页：氨基酸的化学性质（续）

例题向1升1mol/L的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3 molHCl，问所得溶液的pH是多少？如果加入0.3 molNaOH以代替HCl时，溶液的pH将是多少？解：羧基解离常数pK1=2.34, 氨基解离常数pK2=9.60加入0.3 molHCl时，pH=pKa+lg[质子受体]/[ 质子供体]=2.34+ lg(1-0.3)/0.3 = 2.71;加入0.3 molNaOH时，pH=pKa+lg[ 质子受体]/[ 质子供体]=9.60+ lg0.3/(1-0.3) = 9.23;

第30页：由α-氨基参加的反应

2.由α-氨基参加的反应与亚硝酸反应（α-氨基特有的反应）：Van Slyke氏氨基氮测定的理论基础；与甲醛反应—甲醛滴定法；与2，4-二硝基氟苯的反应：氨基酸+DNFB→DNP-氨基酸，鉴定氨基酸或蛋白质结构测定；与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应----Edman法测氨基酸序列的原理；酰化反应；成盐反应；形成西夫碱--羰胺反应（美拉德反应），食品褐变;脱氨基反应—形成α-酮酸；

第31页：由α-羧基参与的反应

3.由α-羧基参与的反应成盐反应成酯反应酰化反应脱羧基反应叠氮反应

第32页：由α-氨基和α-羧基共同参加的反应

• 4.由α-氨基和α-羧基共同参加的反应与茚三酮的反应蛋白质中范含有α-氨基均与茚三酮在pH=5～6，t=100℃条件下反应。应用小结：（1）定性作为分离氨基酸的层析图谱上的显色剂；
• （2）定量比色（570nm）测定氨基酸的含量；
• （3）通过测定气体CO2的量间接测定氨基酸的含量（定量）；成肽反应

第33页：氨基酸的分离制备和用途

四.氨基酸的分离制备和用途（一）氨基酸的分离1.纸层析法2.柱层析法3.薄层层析法4.电泳法5.氨基酸自动分析仪

第34页：氨基酸的制备

（二）氨基酸的制备1.水解蛋白质法2.人工合成法3.微生物发酵法（三）氨基酸的用途1.科学实验2.医药卫生3.工农业

第35页：第三节 蛋白质的结构

第三节蛋白质的结构

第36页：蛋白质的结构一级结构

蛋白质的结构一级结构：氨基酸的组成；二级结构：多肽链本身的折叠方式；三级结构：螺旋肽链结构盘绕、折叠成复杂的空间结构；四级结构：蛋白质亚基聚合成大分子蛋白质的方式；蛋白质的结构层次：一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→四级结构

第37页：蛋白质的肽链结构—一级结构

一.蛋白质的肽链结构—一级结构1.肽的一般概念肽：是一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α-氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物。肽键：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α-氨基缩合失去水而形成的酰胺键。R1 R2 R3 R4 RnH2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO………NHCHCOOH肽链，氨基酸残基N—末端：含有自由氨基的一端，书写用H表示；C—末端：含有自由羧基的一端，书写用OH表示；

第38页：蛋白质的肽链结构—一级结构（续）

• 2.肽的命名及表达式例如：H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH（甲硫氨酸型脑啡肽）（1）用结构式来表示；
• （2）用氨基酸中文名称的字头表示；
• （3）用氨基酸英文名称的三字符或单字符表示；

第39页：生物活性肽

3.生物活性肽（1）谷胱甘肽GSH（2）神经肽—脑啡肽、内啡肽、强啡肽H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH（甲硫氨酸型脑啡肽）H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Leu.OH（亮氨酸型脑啡肽）（3）抗菌肽4.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式；稳定一级结构的化学键：肽键；

第40页：一级结构

5.一级结构的测定—氨基酸序列的自动程序测定片段重叠法。其大体步骤为：测定蛋白质中氨基酸组成；进行末端分析，确定该氨基酸的肽链数目、N-末端、C-末端（1）N-末端分析：DNFB法、PITC法（Edman法）、DNS法、氨肽酶法（2）C-末端分析：肼解法、羧肽酶法；肽链的拆分；应用两种或两种以上的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段；

第41页：碱性氨基酸（Lys

5.一级结构的测定—氨基酸序列的自动程序测定应用两种或两种以上的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段；（1）溴化氰裂解法：（2）酶水解法：胰蛋白酶：主要作用于碱性氨基酸（Lys、Arg）羧基形成的肽键；胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)：专一性水解疏水性氨基酸的羧基形成的肽键；胃蛋白酶：断裂键两侧的氨基酸都是疏水性氨基酸，如Phe—Phe；分离纯化部分降解的肽片段，分析每一片段的氨基酸组成和排列顺序；Edman降解法和酶水解法。确定二硫键的位置；根据重叠肽的氨基酸顺序，推断出完整肽的氨基酸顺序；

第42页：碱性氨基酸（Lys（续）

例题：第一套肽段：QGS PS EQVE RLA HQWT；第二套肽段：SEQ WTQG VERL APS HQ；N末端H肽段，C末端为S肽段；则多肽链的顺序：HQWT QGS EQVE RLA PS；

第43页：除一级结构外

除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构都属于空间结构，即构象（conformation）。蛋白质构象通常由非共价键（次级键）维系。二、蛋白质的空间结构

第44页：蛋白质的空间结构氢键

二、蛋白质的空间结构氢键：离子键：范德华力疏水相互作用力二硫键酯键金属键（配位键）（一）维系蛋白质空间结构的化学键

第45页：蛋白质的空间结构氢键（续）

1.氢键：氢键（hydrogen bond）的形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子，与另一电负性很强的原子之间，如>C=O ┅┅H-N<。（一）维系蛋白质空间结构的化学键

第46页：蛋白质分子中氢键的形成H

蛋白质分子中氢键的形成H

第47页：维系蛋白质分子构象的非共价键

维系蛋白质分子构象的非共价键

第48页：在蛋白质分子中

在蛋白质分子中，由于存在数目众多的氢键，故氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。但氢键的键能较低(~12kJ/mol)，易被破坏。

第49页：疏水键或疏水作用力（

2.疏水键：非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力（hydrophobicinteraction）。

第50页：

第51页：维系蛋白质分子构象的非共价键

维系蛋白质分子构象的非共价键

第52页：离子键，又称为盐键

离子键，又

盐键（salt bond）是由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键

在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。

第53页：蛋白质分子中离子键的形成

蛋白质分子中离子键的形成

第54页：维系蛋白质分子构象的非共价键

维系蛋白质分子构象的非共价键

第55页：维系蛋白质分子构象的非共价键（续）

4．范德华氏引力（vanderWaalsforce)：原子之间存在的相互作用力。

第56页：

第57页：维系蛋白质分子构象的非共价键（续）

5. 二硫键6. 酯键

第58页：蛋白质的二级结构

（二）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构(secondary structure)是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，但与侧链R的构象无关，仅限于主链原子的局部空间排列。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。

第59页：蛋白质立体结构原则

蛋白质立体结构原则：1.由于C=O双键中的π电子云与N原子上的未共用电子对发生“电子共振”，使肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转（图）。2.与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构。但由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此相邻的平面结构可以作相对旋转。

第60页：肽键平面（酰胺平面

肽键平面——由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，称为肽键平面（酰胺平面，肽单位）。肽链中从一个α-碳原子到相邻α-碳原子之间的结构称为肽单位，即肽链主链上的重复结构。肽键平面（肽单位）

第61页：肽键平面的形成

肽键平面的形成

第62页：肽键平面示意

肽键平面示意图

第63页：蛋白质二级结构的类型

蛋白质二级结构的类型：蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋，β-折叠，β-转角及无规卷曲等几种类型。

第64页：蛋白质二级结构的类型（续）

1. α-螺旋（α-helix）：左手和右手螺旋

第65页：α-螺旋结构特征

• α-螺旋结构特征：（1）右手螺旋，类似棒状的结构,侧链R伸向外；
• （2）一个螺旋3.6个AA残基，螺距为0.54nm，每个AA残基沿轴上升0.15nm沿轴旋转100°；
• （3）螺旋结构主要靠氢键稳定；O ……………………………H ——C —（NH —CH—CO）3—N——Rα-螺旋结构常用SN表示，3.6131. α-螺旋（α-helix）

第66页：影响α-螺旋形成和稳定的因素

• 影响α-螺旋形成和稳定的因素：（1）氨基酸R基所带电荷性质；多聚赖氨酸在pH7时以无规卷曲形式存在，在pH12时，赖氨酸即自发形成α-螺旋结构。
• （2）R基的大小υ连续两个或两个以上Ile、Val、Leu，大R基，不易形成螺旋；（空间位阻）•连续的几个Ser或Thr，会破坏α-螺旋；
• 多肽链存在脯氨酸，α-螺旋即被中断，形成一个“节结”；

第67页：又称为β-片层结构

•又称为β-片层结构，两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，所形成的扇面状片层构象；•相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规则的氢键，维持这种片层结构的稳定性。2. β-折叠（β-pleated sheet）

第68页：又称为β-片层结构（续）

2. β-折叠（β-pleated sheet）

第69页：β-折叠结构特点

• β-折叠结构特点：
• 肽链几乎是完全伸展的，呈锯齿状；
• 氨基酸残基之间的轴心距为0.35nm；
• 相邻肽链或肽段上的—CO—和—NH—形成氢键，氢键几乎垂直与肽键;
• R侧链基团在肽平面上、下交替出现；
• 平行和反平行式；2. β-折叠（β-pleated sheet）

第70页：β-折叠的平行式与反平行式排列

β-折叠的平行式与反平行式排列

第71页：β-折叠的平行式与反平行式排（续）

3. β-转角（β-turn）

第72页：β-转角是多肽链

β-转角是多肽链180°回折部分所形成的二级结构，约占转角结构的75％。⑴主链骨架本身以大约180°回折;⑵回折部分通常由四个氨基酸残基构成;⑶构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。β-转角（β-turn）的结构特征

第73页：无规卷曲

4. 无规卷曲（random coil）无规卷曲（自由回转结构）为没有一定规律的松散肽链的转角结构，约占25%。对于特定的蛋白质分子而言，其无规卷曲部分的构象则是特异的。

第74页：

第75页：无规卷曲（续）

例题一蛋白质由α-螺旋和β-折叠结构组成，分子量为240000，肽链外形长为506nm，氨基酸残基平均分子量为120，计算α-螺旋和β-折叠构象所占比率。1 蛋白质的总氨基酸残基数= 240000/120 = 20002 设具有α-螺旋构象的氨基酸残基数为X，则有：506 = 0.15X + 0.35(2000-X)X = 9723 α-螺旋构象所占比率= 972/2000 = 48.6%

第76页：在蛋白质分子中

在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成的二级结构聚集体，也可称为模体（motif)。•α-螺旋构象的聚集体（→α型）•α-螺旋和β-折叠构象的聚集体（→→β型）•β-折叠构象的聚集体（→→β型和βcβ型）•超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域．（三）超二级结构

第77页：超二级结构

超二级结构

第78页：锌指结构

锌指结构(螺旋-折叠-折叠模体)

第79页：转录因子

转录因子MyoD的螺旋-环-螺旋模体

第80页：对于较大的蛋白质分子或亚基

• 对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构，这种三维实体就称结构域。
• 蛋白质分子中相对独立的实体结构（近乎球状的三维实体部分）。
• （四）结构域（domain）

第81页：结构域通常是几个超二级结构的组合

• ①结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。
• ②结构域一般由100~200个氨基酸残基组成，但大小范围可达40~400 个残基。
• ③结构域之间常形成裂隙,比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上。
• ④结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。
• ⑤结构域可作为结构单位相对独立运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性．结构域（domain）

第82页：蛋白质的三级结构

• （五）蛋白质的三级结构蛋白质三级结构(tertiary structure)指多肽链在二级结构,超二级结构及结构域的基础上,由于侧链基团间相互作用而进一步盘旋或折叠形成的空间构象。
• 蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。
• 维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如疏水键、氢键、盐键、范氏引力、配位键等，但也有共价键，如二硫键等。What’s tertiary structure of protein?

第83页：胰岛素分子的三级结构

胰岛素分子的三级结构

第84页：溶菌酶分子的三级结构

溶菌酶分子的三级结构

第85页：

第86页：蛋白质的四级结构

（六）蛋白质的四级结构→蛋白质的四级结构（quaternary structure）在由多条肽链构成的蛋白质分子中，具有三级结构的蛋白质分子亚单位（亚基）彼此通过次级键相互连接聚合起来形成的空间构象。•就是指蛋白质分子中亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布，亚基间的相互作用与接触部位的布局。What’s quaternary structure of protein?

第87页：参与构成蛋白质四级结

亚基（subunit）就

参与构成蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链

•维系蛋白质四级结构的是盐键、疏水键、氢键、范氏引力等非共价键。（六）蛋白质的四级结构

第88页：亚基的立体排布方式

亚基的立体排布方式

第89页：亚基的立体排布方式（续）

血红蛋白(hemoglobin)的四级结构

第90页：蛋白质四级结构

蛋白质四级结构与功能的关系——变构效应

第91页：血红蛋白的变构

血红蛋白的变构

第92页：血红蛋白的变构（续）

•当血红蛋白的一个α亚基与氧分子结合以后，可引起其他亚基的构象发生改变，对氧的亲和力增加，从而导致整个分子的氧结合力迅速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈“S”形。血红蛋白的变构→变构效应：这种由于蛋白质分子构象改变而导致蛋白质分子功能发生改变的现象称为变构效应（allosteric effect）。

第93页：血红蛋白的变构（续）

小结：蛋白质分子的结构层次一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构

第94页：血红蛋白的变构（续）

小结：蛋白质分子的结构层次一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构一级结构（氨基酸排列顺序）↓二级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲）↓超二级结构（二级结构单位的集合）↓结构域（在空间上可以明显区分的区域）↓三级结构（球状蛋白质中所有原子的空间位置）↓四级结构（复合蛋白质的结构特征，亚基的聚集体）

第95页：血红蛋白的变构（续）

a 盐键（离子键）b氢键c疏水相互作用力d 范德华力e二硫键f 酯键小结：稳定蛋白质结构的化学键→维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键→维系蛋白质分子的二级结构：氢键→维系蛋白质分子的三级结构：疏水键、氢键、范德华力、盐键→维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、疏水键、氢键

第96页：氢键、范德华力

•氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键→氢键、范德华力虽然键能小，但数量大→疏水相互作用力对维持三级结构特别重要→盐键数量小→二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质构象越稳定离子键氢键范德华力疏水相互作用力小结：稳定蛋白质结构的化学键

第97页：第四节 蛋白质的理化性质

第四节蛋白质的理化性质

第98页：第四节 蛋白质的理化性质

第四节蛋白质的理化性质一、两性性质及等电点二、胶体性质三、变性与复性作用四、蛋白质的沉淀作用五、沉降作用六、蛋白质的颜色反应七、蛋白质的紫外吸收性质

第99页：蛋白质的两性解离与等电点

一、蛋白质的两性解离与等电点→蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的氨基和羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离性质，具有特定的等电点（pI）。•溶液pH＝pI时，蛋白质所带正负电荷相等；pH＞pI时，蛋白质带净负电荷；pH＜pI时，蛋白质带净正电荷。

第100页：等电点时特点

•等电点时特点：（1）净电荷为零（2）一定离子强度的缓冲液：等离子点特征常数（3）多数蛋白质在水中等电点偏酸碱性AA/酸性AA 等电点胃蛋白酶0.2 1.0血红蛋白1.7 6.7细胞色素C 2.9 10.7菊糖酶0.34 8.2（4）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。•等电沉淀和蛋白电泳：迁移率与净电荷量、分子大小、分子形状等有关

第101页：带电粒子在电场中移动的现象称为电泳

带电粒子在电场中移动的现象

电泳（electrophoresis）

电泳：What’s electrophoresis?一、蛋白质的两性解离与等电点

第102页：蛋白质分子在一定

蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的负电荷或正电荷，故可在电场中发生移动。不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大小也不同，故在电场中的移动速度也不同，据此可互相分离。一、蛋白质的两性解离与等电点

第103页：蛋白质的胶体性质

二、蛋白质的胶体性质蛋白质分子的颗粒直径已达1~100nm，处于胶体颗粒的范围。（亲水胶体）蛋白质具有胶体溶液的性质：布朗运动、丁道尔现象、不能透过半透膜、具有吸附力等。1、蛋白质具有胶体溶液的性质

第104页：蛋白质的胶体性质

二、蛋白质的胶体性质2、稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素：•水化膜----通过氢键与水结合→表面电荷----在非等电点状态下，双电层，带同性电荷蛋白质分子互相排斥。

第105页：蛋白质颗粒的表面电荷和水化膜++++

蛋白质颗粒的表面电荷和水化膜+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用

第106页：蛋白质凝胶

• 3.蛋白质凝胶→凝胶作用：蛋白质颗粒周围的水膜是不均匀,使它们以一定的部位结合形成长链。这些长链又彼此结合成为复杂的网状结构的凝胶体。
• 溶胶：蛋白质作为分散相，水为连续相形成的溶液。
• 凝胶：蛋白质为连续相，水为分散相形成的网状凝胶体。
• 二、蛋白质的胶体性质

第107页：蛋白质凝胶

3.蛋白质凝胶→凝胶具有胀润作用：•分类：（1）可逆性凝胶（2）不可逆性凝胶→部分破坏水化膜、适当加热和远离等电点4.蛋白质胶体性质的应用υ渗析（透析）•超滤二、蛋白质的胶体性质

第108页：蛋白质的变性

三、蛋白质的变性、复性与凝固作用→在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质严格的空间结构被破坏（肽键不断裂，一级结构不变），从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变，称为蛋白质的变性(denaturation)。What’s denaturation of protein?

第109页：变性理论蛋白质的变性就是天然蛋白质分

1、变性理论蛋白质的变性就是天然蛋白质分子中肽链的高度规则的紧密排列方式因氢键及其他次级键的破坏而变成不规则的松散排列方式。2、引起蛋白质变性的因素：①物理因素：高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波、机械搅拌②化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、尿素、胍、重金属盐等。变性的因素及作用机制

第110页：物理性质

• ①物理性质：旋光性改变，溶解度下降，结晶能力下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等；
• ②化学性质：官能团反应性增加，呈色反应增强，易被蛋白酶水解。
• ③生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。变性蛋白质的性质改变

第111页：蛋白质变性的可逆性－复性

•蛋白质变性的可逆性－复性：某些蛋白质变性后可以在一定的条件下重新形成原来的空间结构，并恢复原来部分理化特性和生物学活性，这个过程称为蛋白质的复性（renaturation）。蛋白质变性的可逆性与复性→蛋白质在体外变性后，绝大多数情况下不能复性；•如变性程度浅，蛋白质分子的构象未被严重破坏；或蛋白质具有特殊的分子结构,并经特殊处理则可以复性。

第112页：核糖核酸酶的变性

核糖核酸酶的变性与复性去除变性剂并缓慢氧化天然构象尿素，•β-巯基乙醇变性状态

第113页：蛋白质变性的可逆性与复性

蛋白质变性的可逆性与复性→可逆变性：变性条件除去后仍可恢复天然状态的变性。•不可逆变性：变性条件除去后不能恢复天然状态的变性。

第114页：蛋白质的热变性与凝固作用

蛋白质的热变性与凝固作用1、热变性→热变性的定义→热变性三个阶段→影响热变性的因素:温度、砂糖、H+浓度、蛋白质含水量、电解质；

第115页：蛋白质的热变性与凝固作用

• 蛋白质的热变性与凝固作用2、蛋白质的凝固作用天然蛋白质变性后，变性蛋白质分子互相凝集或相互穿插缠绕在一起的现象成为蛋白质的凝固（coagulation）。凝固作用分两个阶段：
• 首先是变性；
• 其次失去规律性的肽链聚集缠绕在一起而凝固或结絮;

第116页：蛋白质变性的应用

• 蛋白质变性的应用→理论上：研究蛋白质分子结构与功能,分子量测定,亚单位拆分；
• 生产生活中有利的一面：食品加工，消毒灭菌等；非蛋白生物物质提取纯化，终止酶促反应；
• 生产生活中不利的一面：活性蛋白制品（酶、抗体）的分离提取和保存；

第117页：蛋白质变性的应用（续）

•外加一些因素去除蛋白质胶体的稳定因素后，使蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为沉淀（precipitation）。1. What’s precipitation of protein?→变性后的蛋白质由于疏水基团的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白质不一定都是变性后的蛋白质。四、蛋白质的沉淀作用

第118页：沉淀种类

2.沉淀种类：可逆与不可逆四、蛋白质的沉淀作用3.沉淀方法：•沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法→沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法

第119页：沉淀种类

2.沉淀种类：可逆与不可逆四、蛋白质的沉淀作用3.沉淀方法：•沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法（1）盐析－中性盐沉淀法（2）有机溶剂沉淀法（3）酸沉淀法

第120页：盐析—中性盐沉淀

（1）盐析—中性盐沉淀→盐溶作用→盐析作用What’s salt precipitation of protein?蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法

第121页：盐析—中性盐沉淀

（1）盐析—中性盐沉淀→定义：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析（saltprecipitation）。•作用机制:中和电荷的同时破坏水化膜;What’s salt precipitation of protein?蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法

第122页：常用的中性盐

• 常用的中性盐：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。
• 盐析时，pH在蛋白质的等电点处效果最好。
• 盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋白质的变性。
• 优点→盐析应用举例（1）盐析—中性盐沉淀蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法

第123页：分段盐析

•分段盐析：半饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较大的血浆球蛋白,而饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较小的血浆清蛋白。因此,使用不同浓度的硫酸铵溶液就可将分子量不同的蛋白质进行初步分离。（1）盐析—中性盐沉淀

第124页：凡能与水以任意比例混合的有机溶剂

• 凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。
• 沉淀原理：①脱水作用——破坏水化膜；
• ②使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低。
• （2）有机溶剂沉淀法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法

第125页：处理条件

• 处理条件：①低温操作；
• ②沉淀完全后尽快分离；
• （2）有机溶剂沉淀法蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法→机制：破坏电荷，等电点沉淀。
• （3）酸沉淀法

第126页：重金属盐沉淀法

（1）重金属盐沉淀法（2）生物碱试剂沉淀法（除蛋白作用）（3）热凝固沉淀法（4）抗体对抗原蛋白质的沉淀3.沉淀方法：•沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法→沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法四、蛋白质的沉淀作用

第127页：沉降的概念沉降速率

沉降的概念沉降速率：v=dx/dt沉降常数与单位应用：沉降速度法测定分子量的原理；梯度离心分离蛋白质（氯化铯）；五、蛋白质的沉降作用

第128页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应1. 双缩脲反应2. 茚三酮反应3. 考马斯亮蓝G2504. 福林酚试剂反应5. 黄色反应--芳香族氨基酸的特有反应6. 米伦氏反应—酪氨酸的特有反应7. 乙醛酸反应—色氨酸的特有反应8. 坂口反应—精氨酸特有的反应

第129页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应1. 双缩脲反应→两分子双缩脲与碱性硫酸铜作用，生成粉红色复合物→含有两个或两个以上肽键的化合物，能发生同样反应→肽键的反应，肽键越多颜色越深，粉红，紫红，蓝紫→受蛋白质特异性影响小→蛋白质定量测定；测定蛋白质水解程度

第130页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应2. 茚三酮反应灵敏度差。3.考马斯亮蓝G-250→本身为棕色，与蛋白质反应呈蓝色→与蛋白的亲和力强，灵敏度高→1---1000微克/毫升

第131页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应4. 福林酚试剂反应ρ酪氨酸、色氨酸的反应（还原反应）•福林试剂：磷钼酸-磷钨酸ρ与双缩脲法结合---Lowry法→在碱性条件下，蛋白质与硫酸铜发生反应→蛋白质-铜络合物，将福林试剂还原，产生磷钼蓝和磷钨蓝混合物→灵敏度提高100倍

第132页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应5. 黄色反应--芳香族氨基酸的特有反应→浓硝酸与酪氨酸、色氨酸的反应→生成黄色化合物→指甲、皮肤、毛发6. 米伦氏反应—酪氨酸的特有反应→酪氨酸的显色反应（酚羟基反应）•米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合物→蛋白溶液中，加入米伦试剂，产生白色沉淀，加热后变成红色

第133页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应7. 乙醛酸反应—色氨酸的特有反应→在蛋白质溶液中加入HCOCOOH，将浓硫酸沿管壁缓慢加入，不使相混，在液面交界处，即有紫色环形成→色氨酸的反应（吲哚环的反应）•鉴定蛋白质中是否含有色氨酸→明胶中不含色氨酸

第134页：蛋白质的颜色反应

六、蛋白质的颜色反应8. 坂口反应—精氨酸特有的反应→精氨酸的反应（胍基的反应）•精氨酸与α-萘酚在碱性次氯酸钠（或次溴酸钠）溶液中发生反应，产生红色产物→鉴定蛋白质中是否含有精氨酸→定量测定精氨酸

第135页：蛋白质的紫外吸收性质

• 七、蛋白质的紫外吸收性质ψ大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。
• 这三种氨基酸在280nm 附近有最大吸收。因此，大多数蛋白质在280nm附近显示强的吸收。可以对蛋白质进行定性和定量检测。
• 蛋白质浓度（mg/ml）=1.45A280—0.74A260

第136页：第五节 蛋白质的分离纯化

第五节蛋白质的分离纯化

第137页：分离纯化的基本方法

一、分离纯化的基本方法1、盐析与等电点沉淀---根据溶解度不同分离2、层析法→离子交换层析法---根据电荷不同分离→凝胶过滤法---根据分子量、分子形状不同分离→亲和层析---根据特异性亲和力不同分离3、梯度离心法

第138页：分离纯化的基本方法（续）

2、层析层析（chromatography）是一种利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相）之间的分布不同而进行分离分析的技术方法。What’s chromatography?

第139页：主要的层析技术有离子交换层析

主要的层析技术有离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等。

第140页：离子交换层析

离子交换层析分离蛋白质

第141页：

第142页：超速离心

3、超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S成正比。

第143页：蛋白质含量的测定

二、蛋白质含量的测定1、凯氏定氮法2、双缩脲法3、福林酚试剂法4、紫外吸收法三、蛋白质相对分子质量的测定1、化学测定法2、超离心沉降速度法3、凝胶过滤法4、SDS-PAGE