新編-第3章蛋白質課件

第一篇物質篇第3章蛋白質第一篇物質篇第3章蛋白質13.1蛋白質的化學組成與分類3.2氨基酸與肽3.3蛋白質的分子結構3.4蛋白質的理化性質3.5蛋白質的功能性質及其在食品加工中的應用3.1蛋白質的化學組成與分類3.2氨基酸與肽3.32蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。蛋白質是食品的主要營養(yǎng)成分，除保證食品的營養(yǎng)價值外，在決定食品特征上也起重要作用。蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和3早在1878年，思格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質上就在于這些蛋白體的化學組成部分的不斷的自我更新?！?/p>

可以看出，第一，蛋白體是生命的物質基礎；第二，生命是物質運動的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝?，F代生物化學的實踐完全證實并發(fā)展了恩格斯的論斷。早在1878年，思格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體4蛋白質的生物學意義1.生物體的組成成分2.酶3.運輸4.運動5.抗體6.干擾素7.遺傳信息的控制8.細胞膜的通透性9.高等動物的記憶、識別機構木瓜蛋白酶蛋白質的生物學意義1.生物體的組成成分2.酶3.運輸45

3.1蛋白質的化學組成與分類蛋白質是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質中的組成百分比約為：碳50％--60%氫6％--8%氧19%--24％氮16%硫0—4％其他微量一、蛋白質的化學組成 3.1蛋白質的化學組成與分類蛋白質是一類含氮有機化合物，61.蛋白質的含氮量氮占生物組織中所有含氮物質的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質的含氮量。由于大多數蛋白質的含氮量接近于16%，所以，可以根據生物樣品中的含氮量來計算蛋白質的大概含量：蛋白質含量（克%）=每克生物樣品中含氮的克數6.251.蛋白質的含氮量氮占生物組織中所有含氮物質的絕大部分。72.蛋白質的大小與分子量蛋白質是分子量很大的生物分子。蛋白質可以被酸、堿或酶催化水解。盡管蛋白質的種類千差萬別，但水解的最終產物都是氨基酸。構成蛋白質的氨基酸共20種，稱為基本氨基酸。氨基酸是構成蛋白質的基本單位。2.蛋白質的大小與分子量蛋白質是分子量很大的生物分子。蛋8蛋白質分子量的上下限是人為規(guī)定的，因為這決定于蛋白質和分子量概念的定義。某些蛋白質是由兩個或更多個蛋白質亞基(多肽鏈)通過非共價結合而成的，稱寡聚蛋白質。有些寡聚蛋白質的分子量可高達數百萬甚至數千萬。蛋白質分子量的上下限是人為規(guī)定的，因為這決定于蛋白質和分子量9（一）依據蛋白質的組成分類按照蛋白質的組成，可以分為：簡單蛋白(simpleprotein)和結合蛋白(conjugatedprotein)。二、蛋白質的分類（一）依據蛋白質的組成分類按照蛋白質的組成，可以分為：二、蛋101、簡單蛋白又稱為單純蛋白質；這類蛋白質只含由-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。（1）清蛋白和球蛋白(albuminandglobulin

)：廣泛存在于動物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。（2）谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70－80％乙醇中。（3）精蛋白和組蛋白：可溶于水或稀酸，堿性蛋白質，存在與細胞核中。（4）硬蛋白：溶解度最低，能抗酶水解。存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。1、簡單蛋白又稱為單純蛋白質；這類蛋白質只含由-氨基酸組成112、結合蛋白由簡單蛋白與其它非蛋白成分結合而成，色蛋白：由簡單蛋白與色素物質結合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質組成。如細胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結合而成。如血清-，-脂蛋白等。核蛋白：由簡單蛋白與核酸結合而成。如細胞核中的核糖核蛋白等。2、結合蛋白由簡單蛋白與其它非蛋白成分結合而成，12(二)依據蛋白質的外形分類按照蛋白質的外形可分為球狀蛋白質和纖維狀蛋白質。球狀蛋白質globularprotein：外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結晶，大多數蛋白質屬于這一類。纖維狀蛋白質fibrousprotein：分子類似纖維或細棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質和不溶性纖維狀蛋白質。(二)依據蛋白質的外形分類13（三）根據蛋白質來源分類根據蛋白質來源的不同，蛋白質可分為動物性蛋白質、植物性蛋白質和單細胞蛋白質三類。⑴動物性蛋白質：主要來源于肉類、乳類和蛋類。①肉類蛋白質：約含有70%的結構蛋白和30%的水溶性蛋白質。水溶性蛋白質又可分為肌漿蛋白和肌清蛋白兩種。②乳類蛋白質：乳蛋白包括酪蛋白、乳清蛋白和脂肪球膜蛋白質。③蛋類蛋白質：蛋類蛋白質包括蛋清、蛋黃蛋白質兩類。⑵植物性蛋白質：主要是來源于蔬菜、谷物和油料種子中的蛋白質。①蔬菜蛋白，②谷類蛋白,③油料種子蛋白。⑶單細胞蛋白質：單細胞蛋白質來源于微生物。在酵母菌中可達40%～60%，細菌中甚至可達80%以上。單細胞蛋白質特點是核蛋白含量高，目前主要用于飼料生產。

（三）根據蛋白質來源分類143.2氨基酸與肽一、氨基酸氨基酸是蛋白質的基本組成單位。從細菌到人類，所有蛋白質都由20種基本氨基酸（20standardaminoacids)組成。1、氨基酸的結構通式：19種氨基酸具有一級氨基（-NH3+）和羧基（-COOH）結合到α碳原子（Cα），同時結合到（Cα）上的是H原子和各種側鏈（R）；脯氨酸（Pro）具有二級氨基（α-亞氨基酸）（一）氨基酸的結構與分類3.2氨基酸與肽氨基酸是蛋白質的基本組成單位。從細15不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR

+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式Cα如是不對稱C（除Gly），則：具有兩種立體異構體[D-型和L-型]2.具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]不帶電形式H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—1620種氨基酸甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸絲氨酸半胱氨酸蘇氨酸甲硫氨酸脯氨酸20種氨基酸甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸絲氨酸半胱氨酸蘇17苯丙氨酸天冬氨酸酪氨酸色氨酸組氨酸賴氨酸精氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸天冬氨酸酪氨酸色氨酸組氨酸賴氨酸精氨酸谷氨酸天冬酰胺182、氨基酸的分類根據側鏈R的性質不同，可將氨基酸分為四類：非極性或疏水性氨基酸、極性不帶電荷氨基酸、在pH7.0時R帶負電荷氨基酸和在pH7.0時R帶正電荷氨基酸。

非極性或疏水性氨基酸和極性不帶電荷氨基酸是中性氨基酸，在pH7.0時R帶負電荷氨基酸為酸性氨基酸，在pH7.0時R帶正電荷氨基酸為堿性氨基酸。

2、氨基酸的分類根據側鏈R的性質不同，可將19①非極性或疏水性氨基酸含有非極性的側鏈，呈中性，具有不同程度的疏水性。主要包括脂肪烴側鏈的丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸以及脯氨酸；芳香環(huán)側鏈的苯丙氨酸和色氨酸；含硫氨基酸的甲硫氨酸或稱蛋氨酸。②極性不帶電荷氨基酸側鏈帶有羥基、巰基或酰胺基等極性基團，因此，比極性基團易溶于水，但在水溶液中不電離。主要包括絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷胺酰胺和半胱氨酸。甘氨酸雖然不帶有R基團，但由于其帶電荷的氨基和羧基占據了整個分子的大部分，具有明顯的極性，所以也可歸入這一類。③R側鏈帶負電荷的氨基酸這類氨基酸在pH7.0時帶有凈的負電荷，在側鏈中含有羧基，易解離出H+而具有酸性。包括天冬氨酸和谷氨酸兩種氨基酸。④R側鏈帶正電荷的氨基酸這類氨基酸的R側鏈在pH7.0時帶有正電荷，易接受H+而具有堿性。包括精氨酸、賴氨酸和組氨酸。①非極性或疏水性氨基酸含有非極性的側鏈，呈中性，具有20溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。(2)熔點：氨基酸的熔點極高，一般在200℃以上。(3)味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。（二）氨基酸的性質1.氨基酸的物理性質溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀21除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據（4）氨基酸的旋光性除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性22（5）氨基酸的

光吸收構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;（5）氨基酸的

光吸收構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒23（1）氨基酸的離解性質

由于氨基酸既含有酸性的羧基（-COOH），又含有堿性的氨基（-NH2），-NH3+可以釋放H+，而-COO-可以接受H+，既可以H3N+—CH—COO-的形式存在。因此，氨基酸是兩性電解質。R在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。2.氨基酸的化學性質正離子

兩性離子

負離子酸性溶液水溶液（pH＜pI）（pH=pI）堿性溶液（pH＞pI）（1）氨基酸的離解性質由于氨基酸既含有酸性的羧基（24氨基酸的等電點(pI)

當溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子所帶正、負電荷數目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK’1和pK’2的算術平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2同樣，對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術平均值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’R-COO-

)/2鹼性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

氨基酸的等電點(pI)當溶液濃度為某一pH值時，氨基酸25（2）與甲醛的反應：氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COOHNH2HCHOR—CH—COOHNHCH2OHHCHOR—CH—COOHN(CH2OH)2α氨基酸氨基酸的二羥甲基衍生物+堿中和滴定氨基酸的二羥甲基衍生物堿性被遮蓋（2）與甲醛的反應：氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COOHNH26（3）與亞硝酸的反應氨基酸與亞硝酸發(fā)生重氮化反應，生成α羥酸，并放出氮氣。

反應產生的氮氣一半來自氨基酸，另一半來自亞硝酸。在標準條件下，測定反應生成的氮氣量可計算氨基酸量。是范斯萊克（VanSlyke)法測定氨基酸含量的原理。（3）與亞硝酸的反應27（4）茚三酮反應

α-氨基酸與茚三酮（苯駢環(huán)三酮）的水合物在弱酸溶液中（pH4左右）加熱時，可發(fā)生氧化脫氨反應，生成醛、氨與二氧化碳。水合茚三酮則被還原成還原水合茚三酮。一分子還原水合茚三酮和一分子水合茚三酮與氨基酸氧化分解放出的氨縮合而生成藍紫色化合物.其反應過程為：

所有氨基酸及具有游離α-氨基的肽與茚三酮反應都產生藍紫色物質，只有脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應產生（亮）黃色物質。此反應是氨基酸的特異性反應，常用于氨基酸的定性或定量分析。定量釋放的CO2可用測壓法測量，計算出參加反應的氨基酸量。產生的藍紫色化合物可用比色法進行定性或定量測定。（4）茚三酮反應所有氨基酸及具有游離α-氨基的肽與茚三酮28（5）桑格反應（2,4-二硝基氟苯(DNFB)反應）NO2FO2N+HN—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱堿性DNP-氨基酸（黃色）反應特點A.為α-NH2的反應。B.氨基酸α-NH2的一個H原子可被烴基取代(鹵代烴)。C.在弱堿性條件下，與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代，生成二硝基苯氨基酸。應用：鑒定多肽或蛋白質的N-末端氨基酸。DNFB（5）桑格反應（2,4-二硝基氟苯(DNFB)反應）NO229★首先由Sanger應用，確定了胰島素的一級結構A.肽分子與DNFB反應，得DNP-肽。B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游離氨基酸。C.分離DNP-氨基酸。D.層析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的種類、數目。★首先由Sanger應用，確定了胰島素的一級結構30由Edman于1950年首先提出。為α-NH2的反應。用于N末端分析，又稱Edman降解法。（6）艾德曼（Edman)反應在弱堿性條件下，氨基酸的α-氨基可與苯異硫氰酸（PITG）反應生成相應的苯氨基硫甲酰氨基酸（簡稱PTC-氨基酸）。在酸性條件下，PTC-氨基酸環(huán)化形成在酸中穩(wěn)定的苯乙內酰硫脲氨基酸（簡稱PTH）。蛋白質多肽鏈N-末端氨基酸的α-氨基也可有此反應，生成PTC-肽，在酸性溶液中釋放出末端的PTH-氨基酸和比原來少一個氨基酸殘基的多肽鏈。PTH-氨基酸在酸性條件下極穩(wěn)定并可溶于乙酸乙酯，用乙酸乙酯抽提后，經高壓液相層析鑒定就可以確定肽鏈N-末端氨基酸的種類。該法的優(yōu)點是可連續(xù)分析出N端的十幾個氨基酸。瑞典科學家P.Edman首先使用該反應測定蛋白質N-末端的氨基酸。氨基酸自動順序分析儀就是根據該反應原理而設計的。由Edman于1950年首先提出。（6）艾德曼（Edman)31苯異硫氰酸酯肽苯異硫腈氨基酸衍生物（PTH氨基酸）

裂解重排++少一個氨基酸殘基的肽苯異硫氰酸酯肽苯異硫腈氨基酸衍生物裂解重排++少一個氨基酸殘32Edman（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。用Edman降解法提供逐次減少一個殘基的肽鏈，靈敏度提高，能連續(xù)測定。Edman（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種33二、肽一個氨基酸的α氨基與另一個氨基酸的α羧基之間通過脫去一分子H2O所形成的酰胺鍵互相連接在一起，這個酰胺鍵稱為肽鍵。（一）肽的結構與命名二、肽一個氨基酸的α氨基與另一個氨基酸的α羧基之間通過脫34肽鍵及肽平面20世紀30年代，Pauling,Corey用x射線衍射法得到：肽鍵的鍵長0.132nm肽鍵中的C-N鍵為共價鍵，具有部分雙鍵性質，不能自由旋轉。形成肽鍵的4個原子（C、O、N、H)和與之相連的2個α-碳原子共處于一個平面—肽平面存在順、反兩種結構。在大多數情況下，以反式結構存在。肽鍵及肽平面20世紀30年代，Pauling,Corey用35φ角和Ψ角繞Cα-C鍵旋轉的角度稱Ψ（角）。繞Cα-N鍵旋轉的角度稱φ（角）。這兩個旋轉的角度稱二面角或構象角。φ角和Ψ角36肽——氨基酸通過若干個肽鍵連接形成的鏈狀結構化合物。二肽——由兩個氨基酸組成的肽。寡肽——由少于十個氨基酸組成的肽。多肽——十個以上氨基酸組成的肽。四肽的結構谷氨酸甘氨酸丙氨酸賴氨酸肽——氨基酸通過若干個肽鍵連接形成的鏈狀結構化合物。四肽的結37在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln絲氨酰纈氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酰胺在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基38（二）多肽的性質

多肽是由氨基酸以肽鍵連接而成，因此，多肽可以發(fā)生氨基酸的一切反應。如兩性解離。但解離情況較為復雜。1.多肽的水解（二）多肽的性質1.多肽的水解39完全水解得到各種氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各種氨基酸的混合物。所以，氨基酸是蛋白質的基本結構單元。大多數的蛋白質都是由20種氨基酸組成。這20種氨基酸被稱為基本氨基酸。多肽的肽鍵與一般的酰胺鍵一樣可以被酸堿或蛋白酶催化水解，酸或堿能夠將多肽完全水解，酶水解一般是部分水解.完全水解得到各種氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最40（1）酸水解常用6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在105-110℃條件下進行水解，反應時間約20小時。此法的優(yōu)點是不容易引起水解產物的消旋化。缺點是色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小部分被分解；門冬酰胺和谷氨酰胺側鏈的酰胺基被水解成了羧基。（1）酸水解常用6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在41（2）堿水解一般用5mol/L氫氧化鈉煮沸10-20小時。由于水解過程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產率不高。部分的水解產物發(fā)生消旋化。該法的優(yōu)點是色氨酸在水解中不受破壞。（2）堿水解一般用5mol/L氫氧化鈉煮沸10-20小時。42（3）酶水解目前用于蛋白質肽鏈斷裂的蛋白水解酶（proteolyticenzyme）或稱蛋白酶（proteinase）已有十多種。應用酶水解多肽不會破壞氨基酸，也不會發(fā)生消旋化。水解的產物為較小的肽段。最常見的蛋白水解酶有以下幾種：（3）酶水解目前用于蛋白質肽鏈斷裂的蛋白水解酶（proteo43Trypsin：R1=賴氨酸Lys和精氨酸Arg側鏈（專一性較強，水解速度快）。肽鏈水解位點胰蛋白酶Trypsin：R1=賴氨酸Lys和精氨酸Arg側鏈（專一44Pepsin：R1和R2、R3=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸，水解速度較快。肽鏈水解位點胃蛋白酶Pepsin：R1和R2、R3=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp45thermolysin：R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu，異亮氨酸Ileu,蛋氨酸Met以及其它疏水性強的氨基酸水解速度較快。肽鏈水解位點嗜熱菌蛋白酶thermolysin：R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,46分別從肽鏈羧基端和氨基端水解肽鏈水解位點羧肽酶和氨肽酶肽鏈水解位點羧肽酶和氨肽酶472.多肽鏈的消旋化多肽鏈上的α-碳原子均為L-構型。在一定條件下，可轉化為D-構型。這種構型的轉化是通過烯醇化實現的。消旋化速率與氨基酸的結構和反應條件相關，當氨基酸殘基側鏈含有吸電子基團時，消旋化的速率大大加快。堿性和高溫有利于消旋化。2.多肽鏈的消旋化多肽鏈上的α-碳原子均為L-構型。在一定48（三）天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。（三）天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是491、谷胱甘肽(glutathione,GSH)谷胱甘肽也叫γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，廣泛存在于生物細胞中。GSH分子中含有活性的硫氫基（巰基），極易被氧化。氧化時，兩分子還原型GSH以二硫鍵結合成氧化型GSH 。GSH的還原型和氧化型的轉變是可逆的。

還原型GSH氧化型GSHGSH在生物體內發(fā)生的氧化還原反應中起重要的作用，它可以抵抗體內生產的過多的H2O2和外源性氧化劑，起到保護蛋白質巰基免遭氧化，維持蛋白質生理功能的作用。1、谷胱甘肽(glutathione,GSH)谷胱甘肽也50

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-Met-腦啡肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-腦啡肽2、腦啡肽3、催產素和加壓素+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO51

L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val

L-OrnL-Orn

L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu

短桿菌肽S(環(huán)十肽)

由細菌分泌的多肽，有時也都含有D-氨基酸和一些不常見氨基酸，如鳥氨酸（Ornithine,縮寫為Orn）。

4、短桿菌肽S(環(huán)十肽)

4、短桿菌肽S(環(huán)十肽)523.3蛋白質的結構蛋白質是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結合而成的生物大分子。蛋白質與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質。蛋白質分子量變化范圍很大,從大約6000到1000000道爾頓甚至更大。天然蛋白質的結構主要包括以肽鏈線形結構為基礎的一級結構，以及由肽鏈卷曲、折疊和盤繞而形成的空間結構—蛋白質的二級、三級和四級結構。在二級結構和三級結構間還可分為超二級結構和結構域。3.3蛋白質的結構蛋白質是由一條或多條多肽(polype53一、蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構(Primarystructure)包括組成蛋白質的多肽鏈數目.多肽鏈的氨基酸順序，以及多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數目和位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質生物功能的基礎。維系蛋白質一級結構的主要化學鍵是肽鍵。除此之外，還有二硫鍵（二硫橋）。一、蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構(Primarystr54SS牛胰島素的化學結構HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr–Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB鏈15710151920212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SS—S————S——SS牛胰島素的化學結構HPhe-Val-Asn-Gln-Hi55蛋白質一級結構的測定蛋白質氨基酸順序的測定是蛋白質化學研究的基礎。自從1953年F.Sanger測定了胰島素的一級結構以來，現在已經有上千種不同蛋白質的一級結構被測定。

蛋白質一級結構的測定蛋白質氨基酸順序的測定是蛋白質化學研究的56測定蛋白質的一級結構的要求1，樣品必需純（>97%以上）；2，知道蛋白質的分子量；3，知道蛋白質由幾個亞基組成；4，多肽鏈的拆分。5，測定多肽鏈的氨基酸組成。6，測定多肽鏈的氨基酸順序。測定蛋白質的一級結構的要求1，樣品必需純（>97%以上）；57(1)，測定蛋白質分子中多肽鏈的數目。通過測定末端氨基酸殘基的摩爾數與蛋白質分子量之間的關系，即可確定多肽鏈的數目。蛋白質一級結構的測定(1)，測定蛋白質分子中多肽鏈的數目。蛋白質一級結構的測定58(2)，多肽鏈的拆分。幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質，由多條多肽鏈組成的蛋白質分子，必須先進行拆分。蛋白質一級結構的測定(2)，多肽鏈的拆分。蛋白質一級結構的測定59(3)，二硫鍵的斷裂幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯在一起?？稍诳捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護生成的巰基，以防止它重新被氧化。蛋白質一級結構的測定(3)，二硫鍵的斷裂蛋白質一級結構的測定60蛋白質一級結構的測定蛋白質一級結構的測定611作用：這些反應可用于巰基的保護。巰基（-SH）的保護1作用：這些反應可用于巰基的保護。巰基（-SH）的保護62(4)測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計算出氨基酸成分的分子比；蛋白質一級結構的測定(4)測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計算出氨基酸成分的分子比63(5)分析多肽鏈的N-末端和C-末端多肽鏈端基氨基酸分為兩類：N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端基氨基酸測定(5)分析多肽鏈的N-末端和C-末端末端基氨基酸測定64Sanger法。2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。末端基氨基酸測定二硝基氟苯（DNFB）法Sanger法。2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N65在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質，檢測靈敏度可以達到110-9mol。末端基氨基酸測定丹磺酰氯法在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸66此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質而與C-端氨基酸分離。末端基氨基酸測定肼解法此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C67氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數量，按反應時間和氨基酸殘基釋放量作動力學曲線，從而知道蛋白質的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。末端基氨基酸測定氨肽酶法氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。68羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個的水解。根據不同的反應時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數量，從而知道蛋白質的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除哺氨酸（Pro）,精氨酸（Arg）和賴氨酸（Lys）以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。末端基氨基酸測定羧肽酶法羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個的水解。根據69(6)多肽鏈斷裂成多個肽段，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。蛋白質一級結構的測定(6)多肽鏈斷裂成多個肽段，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將70酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多肽鏈的選擇性降解酶解法:多肽鏈的選擇性降解71化學法：(Cyanogenbromide)溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。多肽鏈的選擇性降解化學法：(Cyanogenbromide)多肽鏈的選擇72(7)測定每個肽段的氨基酸順序。蛋白質一級結構的測定(7)測定每個肽段的氨基酸順序。蛋白質一級結構的測定73Edman（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。Edman氨基酸順序分析法Edman（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種74異硫氰酸苯酯異硫氰酸苯酯75(8)確定肽段在多肽鏈中的次序。利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯重疊，拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。蛋白質一級結構的測定(8)確定肽段在多肽鏈中的次序。蛋白質一級結構的測定76(9)確定原多肽鏈中二硫鍵的位置蛋白質一級結構的測定(9)確定原多肽鏈中二硫鍵的位置蛋白質一級結構的測定77一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵的多肽鏈，再利用雙向電泳技術分離出各個肽段，用過甲酸處理后，將每個肽段進行組成及順序分析，然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。二硫鍵位置的確定一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵的多肽鏈，二硫鍵位置的確定78蛋白質測序序列的確定涉及要用特殊的蛋白水解酶或切割特定肽鍵的化學試劑將蛋白質分割成一系列的小肽。例如胃蛋白酶只切割賴氨酸（K）或精氨酸（R）之后的肽鍵，V8蛋白酶只在谷氨酸（E）后切割；而溴化氰在甲硫氨酸殘基后切割肽鍵。然后將每一段小肽用自動蛋白質測序儀采用Edman降解法（Edmandegradation）進行自動序列測定。

蛋白質測序序列的確定涉及要用特殊的蛋白水解酶或切割特定肽鍵的79原初樣品蛋白質的肽鏈順序可以通過測定經不同蛋白酶處理產生出的肽段的序列，并根據重疊序列的辦法推測出來。

（i）胰蛋白酶裂解多肽鏈；（ⅱ）V8蛋白酶的裂解；（iii）Edman降解法測定胰蛋白酶裂解的肽片段（T1～T3）和V8蛋白酶裂解的肽片段（V1～V3）的氨基酸序列；（ⅳ）根據重疊肽段組裝完整的全長序列肽鏈.原初樣品蛋白質的肽鏈順序可以通過測定經不同蛋白80二、蛋白質的空間結構多肽鏈折疊、盤曲，形成特有而穩(wěn)定的三維空間結構。具有空間結構的蛋白質才有生物功能。研究蛋白質空間結構最有效的方法是X射線衍射法。近年來，高分辨核磁共振技術在蛋白質的空間結構研究中獲得了廣泛應用。蛋白質分子中各原子和基團在三維空間所處的相對位置構成的特定空間結構，稱為蛋白質的構象（proteinconformation）。天然蛋白質分子都有與其生物活性密切相關的一種或幾種特定構象。蛋白質構象十分復雜，可分為二級結構、三級結構和四級結構。具有生物功能的完整蛋白質必定具有三級甚至四級結構。二、蛋白質的空間結構多肽鏈折疊、盤曲，形成特有而穩(wěn)81蛋白質的二級(Secondary)結構是指肽鏈的主鏈在空間盤曲、折疊所形成的構象。它只涉及肽鏈主鏈的構象及鏈內或鏈間形成的氫鍵。它不涉及側鏈基團的空間排布。二級結構是由肽鍵的特殊結構決定的。（一）蛋白質的二級結構

（secondarystructure）

蛋白質的二級(Secondary)結構是指肽鏈的主鏈在空間盤82肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。使C-N鍵具有部分雙鍵的性質。肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。使C83組成肽鍵的原子處于同一平面。在肽鏈中，稱為肽平面。兩個相鄰肽鍵通過一個共同的α-碳原子相連接。Cα-N鍵和Cα-C鍵可以自由旋轉，因此，在保持肽鍵平面結構不變條件下，能夠形成不同的空間排列。繞Cα-N鍵旋轉的角度稱

（角），經Cα-C鍵旋轉的角度稱為ψ（角）。原則上，和ψ可以取-180°～+180°之間的任意值（=0，ψ=0的構象不存在）。肽平面蛋白質二級結構主要有α-螺旋、β-折疊、β-轉角和自由肽段。組成肽鍵的原子處于同一平面。在肽鏈中，稱為肽平面。兩個相鄰肽841、-螺旋Pauling和Corey于1952年α-螺旋是蛋白質中最常見、含量最豐富的二級結構。它是多肽鏈主鏈圍繞中心軸有規(guī)律的向左或向右盤繞而形成的一種螺旋狀結構。-helix1、-螺旋Pauling和Corey于1952年α-螺旋是85①螺旋每上升一周需要3.6個氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升0.54nm，每個殘基繞軸旋轉100°，沿軸上升0.15nm。②α-螺旋中的每一個氨基酸殘基的側鏈基團伸向螺旋的外側，相鄰螺旋之間形成鏈內氫鍵，氫鍵的取向幾乎與螺旋中心軸平行。氫鍵是由肽鍵上的-N-H的氫和它后面（N-端）第四個殘基上的-C＝O的氧之間形成的。-螺旋要點①螺旋每上升一周需要3.6個氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升086左手和右手螺旋③天然蛋白質中存在的α-螺旋主要是右手螺旋，既螺旋的走向為順時針方向。-螺旋要點左手和右手螺旋③天然蛋白質中存在的α-螺旋主要是右手螺旋，既87β-折疊也是蛋白質中常見的二級結構，也叫β-折疊片或β-片層結構。它是兩條或多條充分伸展成鋸齒狀折疊構象的肽鏈側向聚集，按肽鍵的長軸方向平行并列，相鄰肽鏈上的-NH和-CO之間形成有規(guī)則的氫鍵，形成折紙狀結構。

-pleatedsheet2、-折疊β-折疊也是蛋白質中常見的二級結構，也叫β-折疊片或β-片層88在-折疊中，-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm；-折疊在-折疊中，-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團處89-折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內氫鍵的交聯，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。-折疊結構的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽90在-轉角部分，由四個氨基酸殘基組成;彎曲處的第一個氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結構，又叫μ-型回折、β-彎曲或發(fā)夾結構。是在球狀蛋白質分子中發(fā)現的另一種二級結構。β-轉角多數處在球狀蛋白質分子的表面，約占球蛋白全部殘基的25%左右，含量十分豐富。3、-轉角-turnN—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHO在-轉角部分，由四個氨基酸殘基組成;彎曲處的第一個氨914、自由肽段自由肽段——蛋白質結構中無規(guī)則的肽段，多與蛋白質的功能有關。沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結構。酶的活性部位。4、自由肽段自由肽段——蛋白質結構中無規(guī)則的肽段，多與蛋白質92

蛋白質二級結構：α-螺旋、β-折疊、β-轉角和自由肽段。蛋白質二級結構：α-螺旋、β-折疊、β-轉角和自由肽93（二）蛋白質的超二級結構和結構域在蛋白質分子中，由若干相鄰的二級結構單元相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結構聚集體。幾種類型的超二級結構：αα；βαβ；βββ．

ααβββαβ★超二級結構在結構層次上高于二級結構，但沒有聚集成具有功能的結構域．1、超二級結構（Rossmann，1973）（二）蛋白質的超二級結構和結構域在蛋白質分子94２、結構域（Edelman,1970)對于較大的蛋白質分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨立的三維實體締合而成三級結構。這種相對獨立的三維實體就稱結構域。結構域通常是幾個超二級結構的組合，對于較小的蛋白質分子，結構域與三級結構等同，即這些蛋白為單結構域。結構域一般由100~200個氨基酸殘基組成，但大小范圍可達40~400個殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的．結構域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結構域的界面上．④結構域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構象有一定的柔性，通過結構域之間的相對運動，使蛋白質分子實現一定的生物功能。⑤在蛋白質分子內，結構域可作為結構單位進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結構，甚至保留某些生物活性．２、結構域（Edelman,1970)④結構域之間由“鉸鏈區(qū)95（三）蛋白質的三級結構蛋白質的三級結構(TertiaryStructure)是指在二級結構基礎上，肽鏈的不同區(qū)段的側鏈基團相互作用在空間進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側鏈構象在內的特征三維結構。(TertiaryStructure)磷酸丙糖異構酶和丙酮酸激酶的三級結構（三）蛋白質的三級結構蛋白質的三級結構(TertiaryS96新編-第3章蛋白質課件97

a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力d范德華力e二硫鍵f酯鍵abcecdda維系這種特定結構的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質三級結構中起著重要作用。a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力98（四）蛋白質的四級結構蛋白質的四級結構(QuaternaryStructure)是由兩條或多條具有三級結構的多肽鏈按一定的空間排列方式，通過非共價鍵締合在一起形成的蛋白質大分子，通常稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白分子中的每一個三級結構單位稱為一個亞基（或亞單位，subunit）。它一般由一條肽鏈構成，無生理活性；連接亞基的非共價鍵主要為：疏水鍵、氫鍵和離子鍵。四級結構分為均一的（含有相同的亞基）和不均一的（含有不同的亞基）兩類。維持亞基之間的化學鍵主要是疏水力。由多個亞基聚集而成的蛋白質常常稱為寡聚蛋白；(QuaternaryStructure)（四）蛋白質的四級結構蛋白質的四級結構(Quaternary99血紅蛋白(hemoglobin)的四級結構血紅蛋白(hemoglobin)的四級結構100兩個亞基的結構兩個亞基的結構101蛋白質分子中的共價鍵與次級鍵

一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→亞基→四級結構蛋白質分子中的共價鍵與次級鍵102共價鍵次級鍵化學鍵肽鍵一級結構氫鍵二硫鍵二、三、四級結構疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結構蛋白質分子中的共價鍵與次級鍵離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用力共價鍵次級鍵化學鍵肽鍵一級結構氫鍵二硫鍵二、三、四級結構疏103穩(wěn)定蛋白質的作用力穩(wěn)定蛋白質的作用力1041、共價鍵蛋白質分子中的共價鍵有肽鍵和二硫鍵。是生物大分子分子之間最強的作用力，化學物質（藥物、毒物等）可以與生物大分子（受體蛋白或核酸）構成共價鍵，共價鍵除非被體內的特異性酶催化斷裂以外，很難恢復原形，是不可逆過程，對酶來講就是不可逆抑制作用。1、共價鍵蛋白質分子中的共價鍵有肽鍵和二硫鍵。是生物大分子分1052、非共價鍵

生物體系中分子識別的過程不僅涉及到化學鍵的形成，而且具有選擇性的識別。共價鍵存在于一個分子或多個分子的原子之間，決定分子的基本結構，是分子識別的一種方式。而非共價鍵（又稱為次級鍵或分子間力）決定生物大分子和分子復合物的高級結構，在分子識別中起著關鍵的作用。2、非共價鍵生物體系中分子識別的過程不僅涉及到化學鍵的形成1061),靜電作用

靜電作用是指荷電基團、偶極以及誘導偶極之間的各種靜電吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白質等生物大分子的表面都具有可電離的基團和偶極基團存在，很容易與含有極性基團的底物或抑制劑等生成離子鍵和其它靜電作用1),靜電作用靜電作用是指荷電基團、偶極以及誘導偶極之間的107①離子鍵

生物大分子表面的帶電基團可以與藥物或底物分子的帶電基團形成離子鍵。這種鍵可以解離。①離子鍵生物大分子表面的帶電基團可以與藥物或底物分子的帶電108②偶極-偶極相互作用

兩個原子的電負性不同，產生價鍵電子的極化作用，成為持久的偶極兩個偶極間的作用。偶極—偶極相互作用的大小，取決于偶極的大小、它們之間的距離和相互位置。這種相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用強度比離子—偶極作用小，但比偶極—誘導偶極作用大。這種作用對藥物—受體相互作用的特異性和立體選擇性非常重要②偶極-偶極相互作用兩個原子的電負性不同，產生價鍵電子的極1092)，氫鍵

氫鍵的形成氫鍵是由兩個負電性原子對氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊形式的偶極—偶極鍵。它是質子給予體X-H和質子接受體Y之間的一種特殊類型的相互作用。氫鍵的大小和方向氫鍵的鍵能比共價鍵弱，比范德華力強，在生物體系中為8.4～33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。鍵長為0.25～0.31nm，比共價鍵短。氫鍵的方向用鍵角表示，是指X—H與H…Y之間的夾角，一般為180～250。2)，氫鍵氫鍵的形成氫鍵是由兩個負電性原子對氫原子的靜電1103)，范德華力

這是一種普遍存在的作用力，是一個原子的原子核吸引另一個原子外圍電子所產生的作用力。它是一種比較弱的、非特異性的作用力。這種作用力非常依賴原子間的距離，當相互靠近到大約0.4～0.6nm(4～6A)時，這種力就表現出較大的集合性質。范德華力包括引力和排斥力，其中作用勢能與1/R6成正比的三種作用力（靜電力、誘導力和色散力）通稱為范德華引力。3)，范德華力這是一種普遍存在的作用力，是一個原子的原子1114),疏水作用

疏水作用是指極性基團間的靜電力和氫鍵使極性基團傾向于聚集在一起，因而排斥疏水基團，使疏水基團相互聚集所產生的能量效應和熵效應。蛋白質和酶的表面通常具有極性鏈或區(qū)域，這是由構成它們的氨基酸側鏈上的烷基鏈或苯環(huán)在空間上相互接近時形成的。高分子的蛋白質可形成分子內疏水鏈、疏水腔或疏水縫隙，可以穩(wěn)定生物大分子的高級結構。

4),疏水作用疏水作用是指極性基團間的靜電力和氫鍵使極性基112三、蛋白質分子結構與功能的關系（一）蛋白質一級結構與功能的關系

蛋白質一級結構的改變有可能影響它的功能，有些改變甚至引起其功能的完全喪失。而一級結構的改變能否影響其生物功能，關鍵是看這種改變是否引起了構象的改變。進行這方面的研究常用的方法有：同源蛋白質氨基酸順序相似性分析、氨基酸殘基的化學修飾及切割實驗等。三、蛋白質分子結構與功能的關系（一）蛋白質一級結構與功能的113例1鐮刀形貧血病（sick-cellanemia）患者血紅細胞合成了一種不正常的血紅蛋白（Hb-S），它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅僅在于β鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化。（Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基，使血紅蛋白細胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血。這說明了蛋白質分子結構與功能關系的高度統(tǒng)一性。例1鐮刀形貧血病（sick-cellanemia）114體內的某些蛋白質分子初合成時，常帶有抑制肽，呈無活性狀態(tài)，稱為蛋白質原.蛋白質原的部分肽鏈以特定的方式斷裂后，才變?yōu)榛钚苑肿?例：胰島素，在剛合成時，是一個比成熟的胰島素分子大一倍多的單鏈多肽，稱為前胰島素原前胰島素原的N-末端有一段肽鏈，稱為信號肽.信號肽被切去，剩下的是胰島素原。胰島素原比胰島素分子多一段C肽，只有當C肽被切除后才成為有51個殘基，分A、B兩條鏈的胰島素分子單體.例2一級結構的局部斷裂與蛋白質的激活(酶原的激活）例2一級結構的局部斷裂與蛋白質的激活(酶原的激活）115例3同源蛋白同源蛋白：是指在不同有機體中實現同一功能的蛋白質.同源蛋白中的一級結構中有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱為不變殘基；其他位置的氨基酸稱可變殘基.不同種屬的可變殘基有很大變化.可用于判斷生物體間親緣關系的遠近.例：細胞色素C60個物種中，有27個位置上的氨基酸殘基完全不變，是維持其構象中發(fā)揮特有功能所必要的部位，屬于不變殘基.可變殘基可能隨著進化而變異，而且不同種屬的細胞色素C氨基酸差異數與種屬之間的親緣關系相關。親緣關系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進化樹）.例3同源蛋白116（二）蛋白質空間結構與功能的關系

1、蛋白質的變性

一些物理因素（如加熱、加壓、射線等）和化學因素（如強酸、強堿和有機溶劑等）會破壞蛋白質的空間結構，導致蛋白質生物活性的喪失，同時引起某些物理化學性質的變化，如溶解度降低、發(fā)生沉淀等，這類現象叫蛋白質的變性。變性蛋白質和天然蛋白質在一級結構上相同，只是空間結構發(fā)生改變，因而生物活性隨之喪失。

在有些情況下，變性作用是可逆的，只要除去變性因素，蛋白質的空間結構還可逐漸恢復，重新恢復其生物活性。變性蛋白質分子恢復其天然形式，稱為復性。

蛋白質空間結構的改變會引起功能的改變?。ǘ┑鞍踪|空間結構與功能的關系1、蛋白質的變性117蛋白質的熱變性是因為在較高的溫度下，保持蛋白質空間結構的次級鍵斷裂，破壞了肽鍵特定的空間排列，原來在分子內部的一些非極性疏水側鏈暴露到分子表面，因而降低了蛋白質分子的溶解度，促進蛋白質分子間相互結合而凝聚，繼而形成不可逆的凝膠而凝固沉淀。

蛋白質熱變性的機理：蛋白質的熱變性是因為在較高的溫度下，保持蛋白118變性蛋白質的特性溶解度顯著減小。不溶于水，在中性溶液中可沉淀或凝固，但溶于酸堿溶液。結晶及生物學活性皆消失。黏度和旋光性負值及分子的不對稱性增加，等電點提高。反應基團如SH-基、-S-S-基等數目增加。易被酶氧化。變性蛋白質的特性溶解度顯著減小。不溶于水，在中性溶液中可沉淀119蛋白質的凝固作用蛋白質的凝固—天然蛋白質變性后，變性蛋白質分子互相凝聚或互相穿插纏結在一起的現象。凝固作用分兩個階段：

第一階段：變性。

第二階段：失去規(guī)律的肽鏈聚集纏結在一起而凝固或結絮。例：雞蛋加熱。熱殺菌。思考題：如何辯證的看待蛋白質的變性和凝固作用（從生命現象、人類生活和生產各方面考慮）？蛋白質的凝固作用蛋白質的凝固—天然蛋白質變性后，變性蛋白質分1202、蛋白質的變構效應（別構效應，allostericeffect）

多亞基蛋白質（四級結構）中的一個亞基空間結構的改變會引起其它亞基空間結構的改變，從而使蛋白質功能和性質發(fā)生一定的改變，叫蛋白質的變（別）構效應。蛋白質空間結構與功能的關系舉例：1、折疊病。2、瘋牛病。

α-螺旋β-折疊正常蛋白質朊病毒未知因素瘋牛病侵入牛腦蛋白質構象改變2、蛋白質的變構效應（別構效應，allostericeff1213.4蛋白質的理化性質一、分子質量蛋白質相對分子量在10000~1000000之間。測定分子量的主要方法有滲透壓法、超離心法、凝膠過濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。1、最準確可靠的方法---超離心法（Svedberg于1940年設計）蛋白質顆粒在60000～80000r/min的高速離心力作用下，蛋白質分子會沿旋轉中心向外周方向移動，用光學方法測定界面移動的速度即為蛋白質的離心沉降速度。蛋白質的沉降速度與分子大小和形狀有關。沉降系數是溶質顆粒在單位離心場中的沉降速度，用S表示。一個S單位，為1×10-13秒相對分子質量越大，S值越大蛋白質的沉降系數：1～200S3.4蛋白質的理化性質一、分子質量蛋白質相122

s=

————vω2xv=沉降速度（dx/dt）ω=離心機轉子角速度（弧度/s）x=蛋白質界面中點與轉子中心的距離（cm）蛋白質分子量（M）與沉降系數（s）的關系：M=——————RTsD（1－Vρ）R——氣體常數（8.314×107ergs·mol-1·度-1）T——絕對溫度D——擴散常數（蛋白質分子量很大，離心機轉速很快，則忽略不計）V——蛋白質的微分比容（m3·g-1）ρ——溶劑密度（20℃，g·ml-1）s——沉降系數s=————vω2xv=沉降速度（dx/dt）蛋1232.凝膠過濾法凝膠過濾所用介質為凝膠珠，其內部為多孔網狀結構。一定型號的凝膠網孔大小一定，只允許相應大小的分子進入凝膠顆粒內部，大分子則被排阻在外。洗脫時大分子隨洗脫液從顆粒間隙流下來，洗脫液體積小；小分子在顆粒網狀結構中穿來穿去，歷程長，后洗脫下來，洗脫體積大。測定蛋白質分子量一般用葡聚糖，商品名：Sephadex。測得幾種標準蛋白質的洗脫體積。從標準曲線上可查出樣品蛋白質的相對分子質量。2.凝膠過濾法1243.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法SDS:十二烷基硫酸鈉，變性劑。普通蛋白質電泳的泳動速率取決于荷質比（凈電荷、大小、形狀）。用SDS和巰基乙醇（打開二硫鍵）處理，蛋白質變性（肽鏈伸展）并與SDS結合，形成SDS-蛋白質復合物。不同蛋白質分子的均帶負電（SDS帶負電）；且荷質比相同（蛋白質分子大，結合SDS多；分子小，結合SDS少）不同蛋白質分子具有相似的構象。用幾種標準蛋白質相對分子質量的對數值對它們的遷移率作圖。測出待測樣品的遷移率。從標準曲線上查出樣品的相對分子質量。3.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法125★影響遷移率的主要因素凝膠的分子篩效應對長短不同的棒形分子會產生不同的阻力〔主要因素〕凝膠的濃度和交聯度同一電泳條件下，分子小，受阻小，游動快，遷移率大。相對分子質量大者，遷移率小★優(yōu)點：快速，樣品用量少，可同時測幾個樣品缺點：誤差大，約為±10％（誤差主要來源于遷移距離的測量誤差）★此方法只能測得亞基肽鏈的相對分子質量+—-+1）圓盤電泳：玻璃管中進行的凝膠電泳。2）平板電泳：鋪有凝膠的玻板上進行的電泳?！镉绊戇w移率的主要因素+—-+1）圓盤電泳：玻璃管中進行的126等電聚焦電泳：當蛋白質在其等電點時，凈電荷為零，在電場中不再移動。++－－－－+－－－－－5.06.07.0穩(wěn)定pH梯度5.06.07.0穩(wěn)定pH梯度通電++－－－－+－－－－－++－－－－+－－－－－++－－－－+－－－－－++－－－－+－－－－－等電聚焦電泳：當蛋白質在其等電點時，凈電荷為零，在電場中不再127二、滲透壓和透析

由于蛋白質的分子量很大，蛋白質溶液的摩爾濃度一般是很小的。所以蛋白質溶液的滲透壓很低。

將混有小分子化合物（如無機鹽、單糖、雙糖、氨基酸、短肽以及表面活性劑等）的蛋白質溶液盛入半透膜內放入透析液（通常為蒸餾水或緩沖液）中，由于蛋白質分子體積大，不能透過半透膜，而溶液中的其他小分子物質則能透過半透膜進入透析液中，從而使蛋白質與小分子物質完全分開，這個分離過程叫透析（Dialysis）。常用的半透膜有玻璃紙或高分子合成材料。此法是蛋白質分離純化中常用的簡便方法之一。二、滲透壓和透析由于蛋白質的分子量很大，蛋128三、膠體性質

由于蛋白質的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質溶液具有膠體溶液的典型性質，如丁達爾現象、布郎運動等。蛋白質溶液穩(wěn)定的原因：1）表面形成水膜（水化層）；2）帶相同電荷（雙電層）。三、膠體性質由于蛋白質的分子量很大，它在水中能夠形成膠129四、兩性解離和等電點蛋白質與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點。在堿性介質（pH>pI）中，蛋白質分子帶負電荷；在酸性介質（pH<pI）中，蛋白質分子帶正電荷。當蛋白質分子處于某一pH值的環(huán)境時，所帶正、負電荷恰好相等，即凈電荷為零，呈兩性離子狀態(tài)，此時溶液的pH值即為該蛋白質的等電點（pI）。在等電點時(pI)，蛋白質的溶解度最小，在電場中不移動。四、兩性解離和等電點蛋白質與多肽一樣，能夠發(fā)生兩130五、蛋白質的電泳帶電的蛋白質膠粒，在電場中向與自身所帶電荷相反的電極泳動的現象，稱為蛋白質的電泳。電泳的速度取決于蛋白質顆粒大小和所帶電荷的多少。在一定的pH條件下，各蛋白質所帶電量不同，在電場中就會以不同速度泳動，根據這一原理可將混合蛋白質予以分離。五、蛋白質的電泳帶電的蛋白質膠粒，在電場中向與自身所1311.自由界面電泳：蛋白質溶于緩沖液中進行電泳。2.區(qū)帶電泳：將蛋白質溶液點在浸了緩沖液的支持物上進行電泳，不同組分形成帶狀區(qū)域。（1）紙上電泳：用濾紙作支持物。（2）凝膠電泳：用凝膠（淀粉、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。1）圓盤電泳：玻璃管中進行的凝膠電泳。2）平板電泳：鋪有凝膠的玻板上進行的電泳。1.自由界面電泳：蛋白質溶于緩沖液中進行電泳。2.區(qū)帶132六、蛋白質的沉淀因此，蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性是有條件的，相對的。假若改變環(huán)境條件，水膜和電荷一旦被除去時，蛋白質就會聚集在一起而形成較大的蛋白質團，最后從溶液中沉淀出來。

通過向蛋白質溶液中加電解質中和電荷，加脫水劑破壞水化層，或調節(jié)溶液pH值到蛋白質的等電點，都可以引起蛋白質的沉淀。蛋白質在溶液中靠水化層和雙電層保持其穩(wěn)定性。六、蛋白質的沉淀因此，蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定133在溫和條件下，通過改變溶液的pH或電荷狀況，使蛋白質從膠體溶液中沉淀分離。在沉淀過程中，結構和性質都沒有發(fā)生變化，在適當的條件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀?？赡娉恋硎欠蛛x和純化蛋白質的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等?？赡娉恋碓跍睾蜅l件下，通過改變溶液的pH或電荷狀況，使蛋白質從膠體溶134在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質的結構和性質，產生的蛋白質沉淀不可能再重新溶解于水。由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質的結構和性質的變化，所以又稱為變性沉淀。如加熱沉淀、強酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。不可逆沉淀在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破1351.鹽析向蛋白質溶液中加入大量中性鹽如NaCl、KCl、Na2SO4等時，可產生兩種現象：⑴鹽溶：在鹽濃度很低的范圍內，隨著鹽濃度的增加，蛋白質的溶解度也隨之增加，這種現象稱為鹽溶。

機理：蛋白質表面電荷吸附鹽離子后，增加了蛋白質和水的親和力，促進了蛋白質的溶解。⑵鹽析：與鹽溶作用相反，當溶液中鹽濃度提高到一定的飽和度時，蛋白質溶解度逐漸降低，蛋白質分子發(fā)生絮結，形成沉淀析出，這種現象稱為鹽析。

機理：在高濃度的中性鹽作用下，蛋白質膠粒的水化層被破壞，其電荷也被異性離子所中和，蛋白質膠粒失去這兩種穩(wěn)定因素后便發(fā)生聚集沉淀。

1.鹽析⑴鹽溶：在鹽濃度很低的范圍內，隨著鹽濃度的增加，蛋1362.有機溶劑沉淀

有機溶劑也可以使蛋白質發(fā)生沉淀。機理：水溶性有機溶劑如丙酮、乙醇等與水親和力大，能與水以任何比例互溶。當蛋白質水溶液中加入適量這類有機溶劑時，它能奪取蛋白質顆粒表面的水化膜，同時還能降低水的介電常數，增加蛋白質顆粒間的靜電相互作用，導致蛋白質分子聚集絮結沉淀。

2.有機溶劑沉淀有機溶劑也可以使蛋白質發(fā)生1373.重金屬鹽沉淀

當溶液pH值大于蛋白質的等電點時，蛋白質顆粒帶負電荷，易與帶正電荷的金屬離子如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag+等結合，生成不溶性鹽類，沉淀析出。4.酸類沉淀

當溶液的pH值低于蛋白質的等電點時，蛋白質分子以陽離子形式存在，易與一些生物堿試劑如苦味酸、鞣酸、磷鎢酸、磷鉬酸及三氯醋酸等酸類作用，生成不溶性鹽沉淀，并伴隨有蛋白質變性發(fā)生。

5.熱凝固沉淀

蛋白質受熱變性后，再加少量鹽類或將pH值調至等電點，則很容易發(fā)生凝固沉淀。變性蛋白質分子互相凝集為固體的現象稱凝固。3.重金屬鹽沉淀當溶液pH值大于蛋白質的等電點時，蛋白質顆138七、蛋白質的顏色反應反應名稱試劑顏色反應有關基團有此反應的蛋白質或氨基酸雙縮脲反應NaOH、CuSO2紫色或粉紅色二個以上肽鍵所有蛋白質米倫反應HgNO3、HgNO2HNO2及HNO3紅色

Tyr黃色反應濃HNO3及NH3黃色橘色

Tyr、Phe乙醛酸反應(Hopking-Cole反應)乙醛酸試劑及濃H2SO4紫色

Trp坂口反應(Sakaguchi反應)α-萘酚、NaClO紅色胍基Arg酚試劑反應(Folin-Cioculteu反應)堿性CuSO4及磷鎢酸-鉬酸藍色酚基、吲哚基Tyr茚三酮反應茚三酮藍色自由氨基及羧基α-氨基酸七、蛋白質的顏色反應反應名稱試劑顏色反應有關基團139大部分蛋白質均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。這三種氨基酸的在280nm附近有最大吸收。因此，大多數蛋白質在280nm附近顯示強的吸收。利用這個性質，可以對蛋白質進行定性鑒定。蛋白質的紫外吸收大部分蛋白質均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。蛋白質140本章結束！本章結束！141血紅素在蛋白中的位置血紅素在蛋白中的位置142免疫球蛋白的結構免疫球蛋白的結構143免疫球蛋白G人的免疫球蛋白可分為五大類，其分子量范圍從150000到950000道爾頓。免疫球蛋白M(IgM)是對一個抗原作出反應時產生的第一個抗體。免疫球蛋白G(IgG)是一類最簡單的免疫球蛋白。IgG含有兩條相同的高分子量的重鏈(heavychain)和兩條相同的低分子量的輕鏈(lightchain)。四條鏈通過二硫鍵共價聯接成Y字形結構。每一免疫球蛋白分子含有二個抗原結合部位，它們位于Y形結構的二個頂點。

免疫球蛋白G人的免疫球蛋白可分為五大類，其分子量范圍從150144立體結構模型立體結構模型145抗體的特點抗體具有兩個最顯著的特點，一是高度特異性，二是多樣性。高度特異性就是一種抗體一般只能與引起它產生的相應抗原發(fā)生反應?？乖贵w復合物往往是不溶的，因此常從溶液中沉淀出來，此即“沉淀反應”。在體外，沉淀反應已被廣泛用于研究抗原—抗體反應，并成為免疫學的基礎。多樣性就是它們可以和成千上萬的各種抗原(天然的和人工的)起反應。—般說來，一個抗原與接受該抗原的動物關系愈遠，則產生抗體所需的時間愈短，抗體反應也愈強。抗體的特點抗體具有兩個最顯著的特點，一是高度特異性，二是多樣146抗原抗體的作用抗原抗體的作用147抗原某些低分子量的物質可以與抗體結合，但它們本身不能刺激抗體的產生。如果它們與大分子緊密結合，則能刺激抗體的產生。這些小分子物質稱為半抗原(hapten)。幾乎所有外來的蛋白質都是抗原，并且每種蛋白質都能誘導特異抗體的產生。一個人得體內在任一個給定時刻大約有10000種抗體存在。

抗原某些低分子量的物質可以與抗體結合，但它們本身不能刺激抗體148第一篇物質篇第3章蛋白質第一篇物質篇第3章蛋白質1493.1蛋白質的化學組成與分類3.2氨基酸與肽3.3蛋白質的分子結構3.4蛋白質的理化性質3.5蛋白質的功能性質及其在食品加工中的應用3.1蛋白質的化學組成與分類3.2氨基酸與肽3.3150蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。蛋白質是食品的主要營養(yǎng)成分，除保證食品的營養(yǎng)價值外，在決定食品特征上也起重要作用。蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和151早在1878年，思格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質上就在于這些蛋白體的化學組成部分的不斷的自我更新。”

可以看出，第一，蛋白體是生命的物質基礎；第二，生命是物質運動的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝?，F代生物化學的實踐完全證實并發(fā)展了恩格斯的論斷。早在1878年，思格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體152蛋白質的生物學意義1.生物體的組成成分2.酶3.運輸4.運動5.抗體6.干擾素7.遺傳信息的控制8.細胞膜的通透性9.高等動物的記憶、識別機構木瓜蛋白酶蛋白質的