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本课件从氨基酸的结构与理化性质入手，逐级讲解蛋白质的一级至四级结构与维持作用力，结合镰刀形贫血病说明结构与功能的关系，并系统讲解两性解离、胶体性质、变性复性、沉淀与呈色反应及加工贮藏中的变化。
第五章蛋白质
5.1蛋白质的化学组成：组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N、S和P ，有些蛋白质还含有微量金属元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还含有I。
组成蛋白质的氨基酸：但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。5.2氨基酸
1.构成蛋白质的20种氨基酸
氨基酸的结构通式R
氨基酸的分类
氨基酸的重要理化性质：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。(2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200℃以上。(3) 旋光性：除甘氨酸外其他氨基酸分子内至少有1 个不对称碳原子，因此具有旋光性(4) 味感：氨基酸味感与立体构型有关，D-氨基酸多带甜味，D-色氨酸甜味最强
氨基酸的化学性质：其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。（1）等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点
氨基酸的兼性离子与pH
氨基酸的化学性质（续）
茚三酮反应：氨基酸被氧化成醛、CO2和NH3，最后茚三酮与反应产物──氨和还原茚三酮发生作用，生成蓝紫色化合物。两个亚氨基酸──脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应形成黄色化合物。OH羟
氨基酸与茚三酮的反应
5.3蛋白质的结构
一级结构二级结构三级结构四级结构
1.定义——1969年：国际纯化学与应用化学委员会（IUPAC）规定：蛋白质的一级结构指蛋白质多肽连中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键一、蛋白质的一级结构2.一级结构的意义
一级结构是蛋白质空间构象
二、蛋白质的二级结构：即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义主要的化学键：氢键
蛋白质二级结构的主要形式•α-螺旋
•多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转：形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;每个aa残基沿轴旋转100度.•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氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢形成氢键。•绝大多数天然蛋白质中的α-螺旋几乎都是右手螺旋。•α-螺旋都是由L-型氨基酸构成的（Gly除外）。α-螺旋及结构特点1.α-螺旋
α-螺旋的结构参数
2.β-折叠
β-折叠的结构特点：氢键与链的长轴接近垂直。β-折叠有两种类型：一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反β-折叠的特点
β-转角和无规卷曲
无规则卷曲示意图细胞色素
１）超二级结构在蛋白质分子：中，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。几种类型的超二级结构：α α；ββ；βαβ；βββ．★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）α αβββαβ超二级结构和结构域
超二级结构类型
结构域的概念与类型：:即独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。2）结构域类型：α -螺旋域；β -折叠域；α+β域；α /β域；无规则卷曲+β-回折域；无规则卷曲+ α -螺旋结构域
结构域1
三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键：主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）定义
维持蛋白质三级结构的作用力
三级结构中的二级结构单元
2、三级结构的特征
肌红蛋白血红素辅基
•肌红蛋白(Mb)N端C端
抹香鲸肌红蛋白的三级结构
四、蛋白质的四级结构四级：其中每条多肽链称为亚基。 通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连亚基单独存在时无生物学活性。 一般来说具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白。1.定义
2.维持蛋白质四级结构：中，亚基之间的作用力主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间主要是通过次级键彼此缔合在一起。•疏水键是最主要的作用力
血红蛋白四级结构血红素辅基
化学键共价键次级键肽键二
血红蛋白的四级结构
蛋白质结构与功能的关系第三节
一级结构是空间构象的基础
蛋白质一级结构与功能的关系研究：是：研究多肽链中不同部位的残基与生物功能的关系。进行这方面的研究常用的方法有：同源蛋白质氨基酸顺序相似性分析、氨基酸残基的化学修饰及切割实验等
2.蛋白质一级结构的变异：下表列出相关数据。
| 血红蛋白类型 | β链N端氨基酸序列 |
|---|---|
| Hb-A（正常人） | Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys |
| Hb-S（患者） | Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys |
序列取自课件原文，第六位由谷氨酸（Glu）变为缬氨酸（Val）是镰刀形贫血病的分子病因。
正常红细胞镰刀形：而缬氨酸却是一种非极性R基氨基酸，就使得HbS分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改变，溶解度降低，使之不正常地聚集成纤维状血红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状,输氧功能下降,细胞脆弱易溶血.镰刀型贫血病
（一）肌红蛋白与血
一、两性解离性质及等电点
（一）蛋白质的两性电离：氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点
(二)蛋白质的胶体性质：分子量可自1万至100之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内，由于蛋白质的分子量很大它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白小分子杂质除去。* 蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜
+++++++带正电荷的蛋白质－－
蛋白质胶体性质的应用：因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。透析法：以半透膜提纯蛋白质的方法叫透析法半透膜：只允许溶剂小分子通过，而溶质大分子不能通过，如羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等
蛋白质的变性、沉淀和凝固：某些物理或化学因素的作用下，能够破坏蛋白质的特定空间构象，引起蛋也即有序的空间结构变成无序的空间结构，蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性.
造成蛋白质变性的因素：•变性的本质——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构
蛋白质沉淀：对的。如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。定义：蛋白质在溶液中靠水膜和电荷保持其稳定性，水膜和电荷一旦除去，蛋白质溶液的稳定性就被破坏，蛋白质就会从溶液中沉淀下来，此现象即为蛋白质的沉淀作用
可逆沉淀ν：通过改变溶液的pH或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。ν在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性沉淀。ν可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等
不可逆沉淀ν：不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。ν由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化，所以又称为变性沉淀。ν如加热沉淀（次级键）、强酸碱沉淀（影响电荷）、重金属盐沉淀（Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag2+）和生物碱试剂或某些酸类沉淀等都属于不可逆沉淀
盐析在蛋白质的水溶液：中，加入大量高浓度的强电解质盐如硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等，可破坏蛋质分子表面的水化层，中和它们的电荷，因而使蛋白质沉淀析出，这种现象称为盐析。而低浓度的盐溶液加入蛋白质溶液中，会导致蛋白质的溶解度增加，该现象称为盐溶。盐析的机理：破坏蛋白质的水化膜，中和表面的净电荷。盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法不会使蛋白质产生变性。各种蛋白质的亲水性及荷电性均有差别，因此不同蛋白质所需中性盐浓度也有不同，只要调节中性盐浓度，就可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分散沉淀析出，这种方法称为分段盐析
弱酸或弱碱沉淀法：使蛋白质沉淀。弱酸或弱碱沉淀法机理：破坏蛋白质表面净电荷
机溶剂沉淀法：中，加入能与水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产生沉淀。有机溶剂沉淀法的机理：破坏蛋白质的水化膜。注意：有机溶液沉淀蛋白质通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性
重金属盐沉淀(条件：pH 稍大于pI为宜)当pH 稍大于pI时，蛋白质颗粒带负电荷这样就容易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀。重金属沉淀法的机理：重金属盐加入之后，与带负电的羧基结合
加热变性沉淀法几乎所：少量盐促进蛋白质加热凝固。当蛋白质处于等电点时，加热凝固最完全和最迅速.如：煮鸡蛋酶的制备：超氧化物歧化酶的提取
蛋白质的变性与复性A：使蛋白质分子的构象发生了异常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的异常变化。但一级结构未遭破坏，这种现象称为蛋白质的变性
引起蛋白质变性的主要因素
蛋白质的变性后的表现生物活性丧失：溶解度降低，对于球状蛋白粘度增加；光吸收系数增大；生物化学性质改变。组分和分子量不变
蛋白质变性的本质：使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。变性后的蛋白质在结构上虽有改变，但组成成分和相对分子质量不变
蛋白质的复性定义：如果引起变性的因素比较温和，蛋白质构象仅仅是有些松散时，当除去变性因素后，可根据热力学原理缓慢地重新自发折叠恢复原来的构象，这种现象称作复性
电泳蛋白质在高于或低于：在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术,称为电泳(elctrophoresis)。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等
电泳蛋白质：等电点pH条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将不同带电性质和不同大小、形状的蛋白质分子进行分离纯化。根据蛋白质净电荷的差异来分离蛋白质的一种方法是电泳法。
几种重要的蛋白质电泳*S：常用于蛋白质分子量的测定。*等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。*双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术
蛋白质在远紫外光区（20：在280nm有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。蛋白质质量浓度/（mg/ml）=1.55A1cm -0.76A1cm280 260测定范围：0.1～0.5mg/ml蛋白质的紫外吸收
蛋白质的颜色反应⒈茚三酮反应：⒉双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度
蛋白质的颜色反应：双缩脲反应酚试剂反应蛋白质定量、定性茚三酮反应测定常用方法另外还有：蛋白黄色反应、米伦氏反应、乙醛酸反应等。
1.按组成成分：这类蛋白质水解后的最终产物只有氨基酸。单纯蛋白质按其溶解性又可分为:清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白精蛋白、组蛋白以及硬蛋白等二、蛋白质的分类
结合蛋白质：核蛋白、脂蛋白、磷蛋白、糖蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白、金属蛋白
按分子形状分类蛋白质：形状类似纤维。一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质、丝蛋白质等B.球状蛋白质－－分子的形状接近球形，空间构象比纤维状蛋白复杂。球状蛋白质的溶解性较好，能结晶，生物体内的蛋白质大多数属于这一类。典型的有：胞质酶类等
三、蛋白质的大小与分子量生物大分子：是由某些基本单位按一定顺序和方式连接所形成的多聚体（polymer），M一般大于10000。包括蛋白质、核酸、脂类及糖等
★蛋白质分子量的变化范围很大：从大约6000—1000000道尔顿（Da）或更大。★某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价结合而成，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万道尔顿。蛋白质的大小与分子量
蛋白质在加工贮藏中的变化
蛋白质过度热处理后的危害作用
2.冷冻加工：能抑制微生物繁殖、酶活性及化学变化，从而延缓或防止蛋白质的腐败。 3.碱处理：可使精氨酸、胱氨酸、色氨酸和赖氨酸发生构型变化，同L型变为D型，营养价值降低。 4.脱水与干燥 5.氧化
蛋白质的测定
氨基酸的测定
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