1、一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质（protein）是由许多氨基酸（amino acids）通过肽键（peptide bond）相连形成的高分子含氮化合物。1二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞胞的各个部分都含有蛋白质。的各个部分都含有蛋白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的4545，某某些些组组织织含含量量更更高高，例例如如脾脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达8080。231 1）作为生物催化剂（酶）作为
2、生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第第 一一 节节一、碳、氢、氧、氮是组成蛋白质的一、碳、氢、氧、氮是组成蛋白质的基本元素基本元素主要元素有碳（5055%）、氢（6%8%）、氧（l9%24%）、氮（13%19%），有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。5 蛋白质元素组成的特点蛋白
3、质元素组成的特点由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：下公式推算出蛋白质的大致含量：6 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。100克样品中蛋白质的含量（克样品中蛋白质的含量（g%）=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R二、氨基酸二、氨基酸是蛋白质的基本结构单位是蛋白质的基本结构单位存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨
4、基酸仅有20种.CNH2COOHH8 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）1.蛋白质水解所得到的氨基酸都是蛋白质水解所得到的氨基酸都是-氨基酸（脯氨基酸（脯氨酸为氨酸为-亚氨基酸）亚氨基酸）CH2CHCOONHCH2CH2CH2CHCOOHNHCH2CH2（一）氨基酸的结构特点（一）氨基酸的结构特点 甘氨酸甘氨酸H H H HC C C CCOOHCOOHCOOHCOOHH H H HNHNHNHNH2 22.不同的氨基酸主要体现在不同的氨基酸主要体现在R基团的不基团的不同，除甘氨酸外，其他均为同，除甘氨酸外，其他均为L-型氨基酸。型氨基酸。1.按侧基团结构和性质分类按侧基团结构和性质分类 （
5、1）非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 （2）极性中性氨基酸极性中性氨基酸 （3）酸性氨基酸酸性氨基酸 （4）碱性氨基酸碱性氨基酸（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类11甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 蛋氨酸蛋
6、氨酸 methionine Met M 5.7412色氨酸色氨酸 tryptophan Trp W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸13天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3
7、.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸14（三）氨基酸的理化性质（三）氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R15pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子16氨基酸是两性电解质，其解离程度取决氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。等电点（等电点（isoelectric poi
8、nt,pI）在在某某一一pH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。172.紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 280nm 附近。附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以 测测 定定 蛋蛋 白白 质质 溶溶 液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法。快速简便的方法。183.茚三酮反应茚
9、三酮反应 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构 第第 二二 节节20（一）肽键（一）肽键（peptide bond）是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。一、多肽链是蛋白质分子的结构基础一、多肽链是蛋白质分子的结构基础2
10、1+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键22*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。化合物。*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为团不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基（residue）。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽（oligopeptide），由更多的氨基酸由更多的氨基酸相连形成的肽称相连形成的肽称多肽多肽（polypeptide）。23N 端：多肽链中有端：多肽链中
11、有自由氨基自由氨基的一端的一端C 端：多肽链中有端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端*多多肽肽链链（polypeptide chain）是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。24N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶图图图图1-171-17生物活性肽生物活性肽 谷胱甘肽谷胱甘肽（glutathione,GSHglutathione,GSH）：2526（二）肽键平面（二）肽键平面参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构
12、构成成了了所所谓谓的的肽肽单单元元（peptide unit）。27蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构：指氨基酸在蛋白质多肽链中的从指氨基酸在蛋白质多肽链中的从N N端至端至C C 端的端的排列排列二、多肽链中氨基酸残基的顺序排列二、多肽链中氨基酸残基的顺序排列是蛋白质的一级结构是蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。28牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构三、多肽链局部的空间构象是蛋白质三、多肽链局部的空间构象是蛋白质 的二级结构的二级结构是是指指多多肽肽主主链链原原子子在在局局部部空空间间的的规规律律性排列，不包括氨基酸残基侧链
13、的构象性排列，不包括氨基酸残基侧链的构象 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 30 （二）蛋白质二级结构的主要形式（二）蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋（螺旋（-helix）-折叠（折叠（-pleated sheet）-转角（转角（-turn）无规卷曲（无规卷曲（random coil）模体（模体（motif）（一）形成二级结构的基础（一）形成二级结构的基础 肽键平面肽键平面1 1、-螺旋螺旋31l-螺旋螺旋结构的特点是：构的特点是：多多肽链以以-碳原子碳原子为转折点，以折点，以肽键平面平面为单位，位，盘曲成一个右手螺旋。曲成一个右手螺旋。每隔每隔3.6 个
14、氨基酸残基螺旋上升一圈，每个个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个氨基酸残基向上平移氨基酸残基向上平移0.15nm,故螺距故螺距为0.54nm。肽键平面与螺旋平面与螺旋长轴平行，两圈螺旋之平行，两圈螺旋之间借借肽键中中 的的O 与与H 原子形成原子形成许多多氢键，使螺旋，使螺旋稳定。定。肽链中氨基酸中氨基酸侧链R 分布在螺旋外分布在螺旋外侧，其形，其形状、大小及状、大小及电荷影响荷影响-螺旋的形成。螺旋的形成。332 2、-片层片层l-片层结构特点是：片层结构特点是：多肽链在一空间平面内伸展，各肽键平面之多肽链在一空间平面内伸展，各肽键平面之间折叠成锯齿状（或扇形）结构。间折叠成锯齿状（或扇形）结构。
15、-片层可以由一条多肽链折返而成，也可以片层可以由一条多肽链折返而成，也可以由两条以上多肽链顺向或逆向平行、排列而由两条以上多肽链顺向或逆向平行、排列而成。成。当两条多肽链接近时，彼此的肽链相互形成当两条多肽链接近时，彼此的肽链相互形成氢键以使结构稳定，氢键的方向与折叠的长氢键以使结构稳定，氢键的方向与折叠的长轴垂直。轴垂直。肽链中氨基酸侧链肽链中氨基酸侧链R伸出在片层伸出在片层“锯齿锯齿”上上下。下。353、-转角转角-转角：转角：肽链主链出现肽链主链出现 180 180回折。回折。无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部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。4、无规卷曲
16、、无规卷曲5.模体模体 是指在多肽链内，顺序邻近的两个或三个二是指在多肽链内，顺序邻近的两个或三个二级结构肽段，在空间折叠中靠近，形成一个特殊级结构肽段，在空间折叠中靠近，形成一个特殊的二级结构聚集体构象，发挥特殊的功能，常见的二级结构聚集体构象，发挥特殊的功能，常见的有的有-螺旋组合（螺旋组合（）、）、-折叠组合（折叠组合（）和）和-螺旋螺旋-折叠组合（折叠组合（）等。）等。37疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。主要的化学键主要的化学键蛋白质分子在二级结构的基础上进一步盘曲、蛋白质分子在二级结构的基础上进一步盘曲、折叠而形成特定的空间格式称蛋
17、白质的三级结构折叠而形成特定的空间格式称蛋白质的三级结构（一）蛋白质的三级结构（一）蛋白质的三级结构 四、多肽链中所有氨基酸残基的相对空间四、多肽链中所有氨基酸残基的相对空间位置是蛋白质的三级结构位置是蛋白质的三级结构3839（二）结构域：在分子量较大的蛋白质多肽（二）结构域：在分子量较大的蛋白质多肽链中，常由数百个氨基酸残基折叠成链中，常由数百个氨基酸残基折叠成1个或数个或数个球型结构单位，各行其功能，称为结构域个球型结构单位，各行其功能，称为结构域 40五、两条以上多肽链构成的蛋白质五、两条以上多肽链构成的蛋白质 具有四级结构具有四级结构由两条或两条以上具有三级结构的多肽链由两条或两条以上
18、具有三级结构的多肽链通过非共价键相互缔合而成的蛋白质空间构象通过非共价键相互缔合而成的蛋白质空间构象称为称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基（亚基（subunit）。41血血红红蛋蛋白白的的四四级级结结构构 蛋蛋 白白 质质 分子结构与功分子结构与功能的关系能的关系 第第 三三 节节43一、蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础一、蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础44蛋蛋白白质质多多种种多多样样的的功功能能与与各各种种蛋蛋白白质
19、质特特定定的的空空间间构构象象密密切切相相关关。蛋蛋白白质质构构象象是是其其功功能能活活性性的的基基础础，构构象象发发生生变变化化，其其功功能能活活性性也随之改变。也随之改变。二、蛋白质空间结构表现其功能二、蛋白质空间结构表现其功能第四节第四节蛋白质的理化性质及其应用蛋白质的理化性质及其应用46一、蛋白质具有两性解离性质一、蛋白质具有两性解离性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。1、蛋白质的等电
20、点（蛋白质的等电点（isoelectric point,pI）当当蛋蛋白白质质处处于于某某一一pH溶溶液液时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，净净电电荷荷为为零零，呈呈兼兼性性离离子状态，此时溶液的子状态，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。2、利用蛋白质两性解离和等电点性质，对蛋、利用蛋白质两性解离和等电点性质，对蛋白质溶液进行电泳、离子交换层析、沉淀等方白质溶液进行电泳、离子交换层析、沉淀等方法，达到对蛋白质分离、纯化鉴定和分子量测法，达到对蛋白质分离、纯化鉴定和分子量测定等多种目的。定等多种目的。48二、蛋白质溶液具有胶体性质二、蛋白质
21、溶液具有胶体性质蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1万万至至10万万之之间间，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜 三、蛋白质具有沉淀性质三、蛋白质具有沉淀性质分分散散在在溶溶液液中中的的蛋蛋白白质质分分子子发发生生凝凝聚聚，并并从从溶液中析出的现象，称为蛋白质的沉淀。溶液中析出的现象，称为蛋白质的沉淀。常用的蛋白质沉淀方法常用的蛋白质沉淀方法 1.1.盐析法：盐析法：高高浓浓度度的的中中性性盐盐可可以以沉沉淀淀水水溶溶液液中中的的蛋蛋白
22、白质质，称称为为盐盐析析。常常用用的的中中性性盐盐有有硫硫酸酸铵铵、硫硫酸酸钠钠、亚亚硫酸钠和氯化钠等。硫酸钠和氯化钠等。2.2.有机溶剂法有机溶剂法有有机机溶溶剂剂如如乙乙醇醇、甲甲醇醇、丙丙酮酮等等是是脱脱水水剂剂，能破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀。能破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀。常用的蛋白质沉淀方法常用的蛋白质沉淀方法 3.3.某些酸类沉淀某些酸类沉淀 有有些些酸酸如如苦苦味味酸酸、钨钨酸酸、鞣鞣酸酸、三三氯氯乙乙酸酸、磺磺柳柳酸酸等等化化合合物物的的酸酸根根（用用X-代代表表），可可与与蛋蛋白白质正离子结合成不溶性的蛋白盐沉淀。质正离子结合成不溶性的蛋白盐沉淀。4.4.重金属盐沉
23、淀重金属盐沉淀 重重金金属属离离子子如如铅铅、汞汞、银银、铜铜等等，可可与与蛋蛋白白质的负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。质的负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。52 四、蛋白质具有变性性质四、蛋白质具有变性性质*蛋白质的变性（蛋白质的变性（denaturation）在某些在某些理化因素的作用下，蛋白质的空间构象破坏，理化因素的作用下，蛋白质的空间构象破坏，从而导致其理化性质的改变和生物学活性的丧从而导致其理化性质的改变和生物学活性的丧失，这种现象称为蛋白质的变性失，这种现象称为蛋白质的变性 若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或
24、部部分分恢恢复复其其原原有有的的构构象象 和和 功功 能能，称称 为为 蛋蛋 白白 质质 的的 复复 性性（renaturation）。53 造成变性的因素造成变性的因素如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等重金属离子及生物碱试剂等。变性的特点变性的特点蛋白质变性后，溶解度降低，易发生沉淀；蛋白质变性后，溶解度降低，易发生沉淀；黏度增加，结晶能力丧失；容易被蛋白酶水解，黏度增加，结晶能力丧失；容易被蛋白酶水解，所以蛋白质变性后较易消化；蛋白质变性后即所以蛋白质变性后较易消化；蛋白质变性后即失去原有的生物学活性。如酶失去其催化活性、失去原
25、有的生物学活性。如酶失去其催化活性、激素失去其调节活性、细菌蛋白失去其致病性激素失去其调节活性、细菌蛋白失去其致病性等。等。54 应用应用临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。质制剂（如疫苗等）的必要条件。55五、蛋白质具有紫外吸收特征及呈色反应性质五、蛋白质具有紫外吸收特征及呈色反应性质由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中含含有有共共轭轭双双键键的的酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸，因因此此在在280nm波波长长处处有有特特征征性性吸吸收收峰峰。蛋蛋白白质
26、质的的OD280与与其其浓浓度度呈呈正正比比关关系系，因因此此可作蛋白质定量测定。可作蛋白质定量测定。561.双缩脉反应双缩脉反应 在碱性条件下蛋白质分子内的肽键可与在碱性条件下蛋白质分子内的肽键可与Cu2+形成络合盐而呈紫红色。形成络合盐而呈紫红色。2.茚三酮反应茚三酮反应 在在pH57的溶液中，蛋白质分子中的的溶液中，蛋白质分子中的-氨基氨基能与茚三酮反应生成蓝紫色化合物。能与茚三酮反应生成蓝紫色化合物。3.酚试剂反应酚试剂反应 在碱性条件下，蛋白质分子中的酪氨酸、色在碱性条件下，蛋白质分子中的酪氨酸、色氨酸可与酚试剂（含磷钨酸和磷钼酸化合物）反氨酸可与酚试剂（含磷钨酸和磷钼酸化合物）反应
27、生成蓝色化合物。应生成蓝色化合物。第五节第五节蛋白质的分类蛋白质的分类蛋白质的分类蛋白质的分类 58二、根据分子组成分类二、根据分子组成分类单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分一、根据分子形状分类一、根据分子形状分类纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质表表1-2 结合蛋白合蛋白质的种的种类蛋白蛋白质名称名称辅基基举例例核蛋白核蛋白核酸核酸染色体蛋白、病毒核蛋白染色体蛋白、病毒核蛋白糖蛋白糖蛋白糖糖类免疫球蛋白、黏蛋白免疫球蛋白、黏蛋白色蛋白色蛋白色素色素血血红蛋白、黄素蛋白蛋白、黄素蛋白脂蛋白脂蛋白脂脂类-脂蛋白、脂蛋白、-脂蛋白
28、脂蛋白磷蛋白磷蛋白磷酸磷酸胃蛋白胃蛋白酶酶、酪蛋白、酪蛋白金属蛋白金属蛋白金属离子金属离子铁蛋白、胰蛋白、胰岛素素第六节第六节重要的结合蛋白质重要的结合蛋白质一、糖蛋白一、糖蛋白 人体内的蛋白质有三分之一以上属糖蛋白人体内的蛋白质有三分之一以上属糖蛋白。糖蛋白的化学组成以蛋白质为主，其分子。糖蛋白的化学组成以蛋白质为主，其分子中的糖往往以组成分支的寡糖短链与蛋白质中的糖往往以组成分支的寡糖短链与蛋白质共价结合。体内的糖蛋白分布广泛，许多细共价结合。体内的糖蛋白分布广泛，许多细胞质膜上的激素、药物、生长因子的受体以胞质膜上的激素、药物、生长因子的受体以及血浆中的抗体、凝血因子都是糖蛋白，不及血浆中的抗体、凝血因子都是糖蛋白，不少酶也是糖蛋白。少酶也是糖蛋白。人血型糖蛋白的一级结构人血型糖蛋白的一级结构二、蛋白聚糖二、蛋白聚糖 蛋白聚糖是一类非常复杂的大分子糖复合物，其蛋白聚糖是一类非常复杂的大分子糖复合物，其化学成分以糖为主，糖的含量可高达化学成分以糖为主，糖的含量可高达98%，主要由，主要由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白组成糖胺聚糖共价连接于核心蛋白组成 骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
