生物化學(xué)第一章蛋白質(zhì)化學(xué)

第一章

蛋白質(zhì)化學(xué)

主要內(nèi)容一.蛋白質(zhì)及其生物學(xué)意義二.蛋白質(zhì)的組成與分類三.蛋白質(zhì)的基本單位--氨基酸四.肽五.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)六.蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系七.蛋白質(zhì)的性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)(protein,1838年提出,最重要的/最原始的/最根本的)(是由許多不同的α-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重要生物學(xué)功能的高分子有機物質(zhì)，是生命體系中最重要的成分.典型的蛋白質(zhì)分子含數(shù)百至數(shù)千個Aa殘基，分子量數(shù)千至數(shù)百萬。

一.蛋白質(zhì)及其生物學(xué)意義

蛋白質(zhì)存在于所有的生物細胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動過程。

一.蛋白質(zhì)及其生物學(xué)意義

1.作為生物催化劑：在體內(nèi)催化各種物質(zhì)代謝反應(yīng)的酶幾乎都是蛋白質(zhì)。2.調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)：一些激素是蛋白質(zhì)或肽，如胰島素、生長素。3.運輸載體：如紅細胞中運輸O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血紅蛋白)、運輸脂類物質(zhì)的是載脂蛋白、運鐵蛋白等轉(zhuǎn)運蛋白或叫載體蛋白。4.參與機體的運動：如心跳、胃腸蠕動等，依靠與肌肉收縮有關(guān)的蛋白質(zhì)來實現(xiàn)，如肌球蛋白、肌動蛋白。5.參與機體的防御：機體抵抗外來侵害的防御機能，靠抗體，抗體也稱免疫球蛋白，是蛋白質(zhì)。6.接受傳遞信息：如口腔中的味覺蛋白、視網(wǎng)膜中的視覺蛋白。7.調(diào)節(jié)或控制細胞的生長、分化、遺傳信息的表達。8.其它：如雞蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是營養(yǎng)和儲存蛋白；膠原蛋白、纖維蛋白等屬于結(jié)構(gòu)蛋白。還有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特異的生物學(xué)功能。

一.蛋白質(zhì)及其生物學(xué)意義

結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)建生命體的材料（沒有不含蛋白的生物體）如a-角蛋白、膠原蛋白催化作用高效專一地催化機體內(nèi)幾乎所有的生化反應(yīng)酶調(diào)節(jié)作用通過體液，神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機體代謝活動有序進行如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、鈣調(diào)蛋白、阻遏蛋白運輸作用專一運輸各種小分子和離子如血紅蛋白、膜蛋白防御作用防御異體侵入機體，清除抗原，具高度專一性如免疫球蛋白、病毒外殼蛋白營養(yǎng)作用氨基酸貯庫，用于生長發(fā)育所需；

或某些物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合而被貯存如卵清蛋白、酪蛋白、種子貯藏蛋白運動作用負責(zé)機體的運動如肌動蛋白、肌球蛋白C、H、O、N，大多含有S.有的還含有P、Fe、I、Cu、Mo、Zn（碳50％-55%、氫％、氧19-24％、氮16%、硫0-3％、）其他微量1.元素組成各元素的百分比對于大多數(shù)蛋白質(zhì)都較相似，其中N約占16%

。這可用于測定蛋白質(zhì)的含量——凱氏定氮法。蛋白含量＝含氮量/16％＝含氮量X6.25二.蛋白質(zhì)的組成與分類

2.蛋白質(zhì)的氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元是氨基酸(aminoacid)多個氨基酸首尾連結(jié)形成長而不分支的多聚物——多肽鏈多肽鏈再折疊卷曲，形成蛋白質(zhì)依分子形狀球狀蛋白：易溶解，功能性蛋白纖維狀蛋白：不溶于水，結(jié)構(gòu)蛋白依功能活性蛋白：具生物活性，承擔(dān)一定功能非活性蛋白：支持、保護作用，即結(jié)構(gòu)蛋白

3.蛋白質(zhì)的分類依組成

簡單蛋白（只有Aa）

結(jié)合蛋白（簡單蛋白＋非蛋白類物質(zhì)）清蛋白（溶于水）球蛋白（微溶于水，溶于稀鹽溶液）谷蛋白（溶于稀酸、堿，不溶于水）醇蛋白（溶于70－80％乙醇，不溶于水）精蛋白組蛋白硬蛋白脂蛋白（與脂類結(jié)合）核蛋白（與核酸結(jié)合）金屬蛋白（與金屬離子）糖蛋白（與糖類結(jié)合）a-氨基酸HH2NCOOHRC三.蛋白質(zhì)的基本單位--氨基酸(aminoacid)組成蛋白質(zhì)的氨基酸都為

L型（除Gly外）

D型與L型1.氨基酸的構(gòu)型與分類1.1氨基酸的構(gòu)型1.2蛋白質(zhì)中常見氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

脂肪族氨基酸氨基乙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine-氨基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine

脂肪族氨基酸-氨基異戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

脂肪族氨基酸-氨基異己酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸Ileucine

脂肪族氨基酸-氨基--甲基戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine纈氨酸Valine亮氨酸Leucine異亮氨酸Ileucine脯氨酸

Proline

亞氨基酸-吡咯烷基--羧酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine纈氨酸Valine亮氨酸Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸

Methionine

含硫氨基酸-氨基--甲硫基丁酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine纈氨酸Valine亮氨酸Leucine異亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine含硫氨基酸-氨基--巰基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine-氨基--苯基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine-氨基--對羥苯基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

TryptophanTrp-氨基--吲哚基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine-氨基--胍基戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine，-二氨基己酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine組氨酸

Histidine-氨基--咪唑基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸-氨基丁二酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸-氨基戊二酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

含羥基氨基酸-氨基--羥基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine

含羥基氨基酸-氨基--羥基丁酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺

Asparagine

含酰胺氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺Asparagine谷酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR

+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式1.3氨基酸的分類（一）根據(jù)來源分：內(nèi)源氨基酸和外源氨基酸（二）根據(jù)分子組成：脂肪族、芳香族、雜環(huán)氨基酸等（三）根據(jù)R的極性分：極性和非極性氨基酸根據(jù)（四）從營養(yǎng)學(xué)角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸（五）是否組成蛋白質(zhì)來分：蛋白質(zhì)中常見氨基酸、蛋白質(zhì)中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸根據(jù)R的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）極性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）雜環(huán)氨基酸：Trp、His（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro根據(jù)R的極性（1）極性氨基酸：1）不帶電：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）帶正電：His、Lys、Arg；3）帶負電：Asp、Glu（2）非極性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp人類自身能合成必需氨基酸

非必需氨基酸

人類自身不能合成或不能足量合成，必須依賴食物供給。IleLeuLysMetPheThrTrpValArgHis

AlaAsnAspCysGluGlnGlyProSerTyrIleMetValLeuTrpPheThrLys一家寫兩三本書來根據(jù)營養(yǎng)功能的不同

在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸

廣泛存在于各種細胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不存在蛋白質(zhì)中的一類氨基酸，大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH(-丙氨酸)(-氨基丁酸)非蛋白質(zhì)氨基酸a.作為細菌細胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Alab.作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸（VB3）、鳥氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)c.作為神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)物質(zhì)：-氨基丁酸d.有些氨基酸只作為一種N素的轉(zhuǎn)運和貯藏載體（刀豆氨酸）e.調(diào)節(jié)生長作用f.殺蟲防御作用絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。非蛋白質(zhì)氨基酸存在的意義

氨基酸同時含有氨基和羧基：氨基具有堿性（質(zhì)子受體），羧基具有酸性（質(zhì)子供體）2.1氨基酸的兩性和等電點2.氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的兩性性質(zhì)NH3+CHCOO-RNH2CHCOOHR兩性解離

兩性離子：同一分子上帶有正、負兩種電荷Aa在水溶液或晶體狀態(tài)下都以兩性離子形式存在氨基酸的解離曲線以中性氨基酸為例，當(dāng)溶液的pH由低到高時：滴定曲線等電點(isoelectricpoint)使氨基酸凈電荷為零時溶液的pH值，用pI表示此時，COOH及NH2解離度相等。[正離子]＝[負離子]，凈電荷為零，在電場中既不向陽極也不向陰極移動。pI是氨基酸的特征性常數(shù)等電點(isoelectricpoint)20種氨基酸的pI氨基酸pI氨基酸pI氨基酸pI氨基酸pIGly5.97Pro6.48Thr5.87Asp2.77Ala6.02Phe5.48Cys5.07Glu3.22Val5.97Trp5.89Met5.74Lys9.74Leu5.98Tyr5.66Asn5.41Arg10.76Ile6.02Ser5.68Gln5.65His7.59等電點的計算(以Gly為例)－H+＋H+NH2—CH2

—COO－Gly－＋NH3—CH2

—COO－Gly±

＋NH3—CH2

—COOHGly＋pI=1/2(pK1'+pK2')=1/2(2.34+9.60)－H+＋H+K1'、K2'分別代表COOH和NH3＋的表觀解離常數(shù)?？梢詮牡味ㄇ€中求得。pI=1/2(pK2'+pK3')溶液pH值增大COOHCH－NH3(CH2)4NH3＋＋Lys＋＋COO－CH－NH2(CH2)4NH2Lys－COO－CH－NH3(CH2)4NH3＋＋Lys＋－H+＋H+Lys±COO－CH－NH2(CH2)4NH3＋－H+＋H+－H+＋H+K1'K2'K3'等電點的計算(以Lys為例)等電點的計算(以GLu的解離為例)除Gly（R=H）之外，其余蛋白質(zhì)氨基酸都有手性（不對稱）碳原子，都具有旋光性。旋光性質(zhì)2.2氨基酸的光學(xué)性質(zhì)Trp、Tyr、Phe含芳香環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，最大吸收峰分別在279nm、278nm、259nm。紫外吸收利用紫外分光光度法可快速、簡便地測定蛋白質(zhì)含量。茚三酮反應(yīng)2.3氨基酸的化學(xué)反應(yīng)在酸性條件下，氨基酸與茚三酮共熱，生成紫色化合物(Pro呈黃色)茚三酮反應(yīng)

還原性茚三酮OOOHH＋NH3＋CO2＋RCHO茚三酮＋RCH－COOHNH2OOO＋2NH3＋OOOHHOOOO＋NH4NO＋3H2O藍紫色化合物OO茚三酮反應(yīng)常用于aa的定性和定量分析Sanger反應(yīng)在弱堿溶液中，氨基酸的α-氨基與2,4-二硝基氟苯(DNFB)反應(yīng)，生成黃色的二硝基苯氨基酸（DNP-Aa）。DNFB＋O2NNO2FH2NCHCOOHR

DNP-氨基酸O2NNO2HNCHCOOHR＋HF此反應(yīng)最初被Sanger用于測定肽鏈N-末端氨基酸Edman反應(yīng)NCS＋40℃，弱堿NCNHRCHCOS40℃，H+、硝基甲烷H2NCHCOOHRPITC異硫氰酸苯酯PTC-氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸PTH-氨基酸苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸HNCNHRCHCOOHS可用層析法鑒定出aa的種類

與亞硝酸反應(yīng)放出氮氣，氮氣的一半來自氨基氮，一半來自亞硝酸，在通常情況下測定生成的氮氣的體積量可計算氨基酸的量，此反應(yīng)可用于測定蛋白質(zhì)的水解程度。四、肽（peptide）

一個氨基酸的α-羧基和另一個氨基酸的α-氨基脫水縮合而成的化合物。氨基酸之間脫水后形成的鍵稱肽鍵（酰胺鍵）。

當(dāng)兩個氨基酸通過肽鍵相互連接形成二肽，在一端仍然有游離的氨基和另一端有游離的羧基，每一端連接更多的氨基酸。氨基酸能以肽鍵相互連接形成長的、不帶支鏈的寡肽（25個氨基酸殘基以下）和多肽（多于25個氨基酸殘基）。多肽仍然有游離的α-氨基和α-羧基。肽與肽鍵一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。肽平面肽鏈寫法游離α-氨基在左，游離α-羧基在右，氨基酸之間用“-”表示肽鍵。

H2N-絲氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe（S-L-F）肽的重要理化性質(zhì)a.肽晶體的熔點都很高。b.肽的酸堿性質(zhì)主要來自游離末端-NH2和游離末端-COOH以及側(cè)鏈上可解離的基團。c.每一種肽都有其相應(yīng)的等電點.d.肽也能發(fā)生茚三酮反應(yīng)、Sanger反應(yīng)、DNS反應(yīng)和Edman反應(yīng)；還可發(fā)生雙縮脲反應(yīng)。在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。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（activepeptide）。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。幾種重要的多肽

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-氨基酸和一些非蛋白氨基酸。如鳥氨酸（Ornithine,縮寫為Orn）。

五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質(zhì)中，多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構(gòu)象）（conformation）。在結(jié)構(gòu)中，這種構(gòu)象是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。蛋白質(zhì)有四種結(jié)構(gòu)層次：一級結(jié)構(gòu)（primary）二級結(jié)構(gòu)（secondary）三級結(jié)構(gòu)（tertiary）四級結(jié)構(gòu)（quaternary）

Primarysecondarytertiaryquaternary1.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（化學(xué)結(jié)構(gòu)）一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。在基因編碼的蛋白質(zhì)中，這種序列是由mRNA中的核苷酸序列決定的。一級結(jié)構(gòu)中包含的共價鍵（covalentbonds）主要指肽鍵（peptidebond）和二硫鍵（disulfidebond）

定義——1969年，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會（IUPAC）規(guī)定：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽連中AA的排列順序，包括二硫鍵的位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。胰島素的一級結(jié)構(gòu)

2蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

二級結(jié)構(gòu)的概念：多肽鏈在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按照一定的方式有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)或折疊形成的空間構(gòu)象。其實質(zhì)是多肽鏈在空間的排列方式。α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、自由回轉(zhuǎn)

-螺旋（-helix

）α-螺旋在許多蛋白中存在，如α-角蛋白、血紅蛋白、肌紅蛋白等，主要由α-螺旋結(jié)構(gòu)組成。每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于0.54nm。多個肽鍵平面通過α-碳原子旋轉(zhuǎn)，主鏈繞一條固定軸形成右手螺旋。相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中C＝O和N-H形成許多鏈內(nèi)氫健，即每一個氨基酸殘基中的NH和前面相隔三個殘基的C＝O之間形成氫鍵，這是穩(wěn)定α-螺旋的主要鍵。肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R，分布在螺旋外側(cè)，其形狀、大小及電荷影響α-螺旋的形成。α-螺旋的結(jié)構(gòu)要點酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于α-螺旋形成；較大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸)集中的區(qū)域，也妨礙α－螺旋形成；脯氨酸因其α-碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易形成氫鍵，故不易形成上述α-螺旋；甘氨酸的R基為H，空間占位很小，也會影響該處螺旋的穩(wěn)定。影響α-螺旋穩(wěn)定的因素β-折疊結(jié)構(gòu)（β-pleatedsheet）是一種肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)。肽鏈（段）按層排列，依靠相鄰肽鏈（段）上的羰基和氨基形成的氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。肽鍵的平面性使多肽折疊成片，氨基酸側(cè)鏈伸展在折疊片的上面和下面。CαCαCαCαCαCαRRRRRRNNCNNCCC平行反平行多肽鏈呈鋸齒狀（或扇面狀、片層狀）排列成比較伸展的結(jié)構(gòu)；相鄰兩個氨基酸殘基的軸心距離為0.35nm，側(cè)鏈R基團交替地分布在片層平面的上下方，片層間有氫鍵相連；有平行式和反平行式兩種，平行式的折疊其Φ=-119。，Ψ=+113。。反平行折疊其Φ=-139。，Ψ=+135。。這種片層在絲心蛋白里大量存在。β-折疊結(jié)構(gòu)結(jié)要點β-轉(zhuǎn)角（β-turn）

又稱β-彎曲，β-回折或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。指蛋白質(zhì)的多肽鏈在形成空間構(gòu)象時經(jīng)常會出現(xiàn)180。的回折，回折處的結(jié)構(gòu)就稱為β-轉(zhuǎn)角。一般由四個連續(xù)的氨基酸組成，第一個氨基酸的羧基與第四個氨基酸的氨基形成氫鍵。也有一些是由第一個氨基酸的羧基與第三個氨基酸的氨基形成氫鍵。β-轉(zhuǎn)角為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個氨基酸的氨基氫上。N—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHOβ-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行β-折疊片的端頭。自由回轉(zhuǎn)（無規(guī)則卷曲）沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的活性部位。超二級結(jié)構(gòu)是指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體。是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)至三級結(jié)構(gòu)層次的一種過渡態(tài)構(gòu)象層次。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步繞曲折疊成緊密的近似球形的結(jié)構(gòu)，具有部分生物功能。對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個以上結(jié)構(gòu)域締合成三級結(jié)構(gòu)。ααβββαβ折疊筒結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）在一些相對較大的蛋白質(zhì)分子中，在空間折疊時往往先分別折疊成幾個相對獨立的區(qū)域，再組裝成更復(fù)雜的球狀結(jié)構(gòu)，這種在二級或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱為結(jié)構(gòu)域。它的結(jié)構(gòu)層次介于超二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間。如圖所示：

一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級結(jié)構(gòu)，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。大多數(shù)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)為球狀或近似球狀。在三級結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)的親水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的表面，而疏水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成疏水的核心。3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)特征纖維狀蛋白質(zhì)通常只含有一種二級結(jié)構(gòu)，而球狀蛋白質(zhì)往往含有多種二級結(jié)構(gòu)；球狀蛋白質(zhì)具有明顯的折疊層次：一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)或亞基→四級結(jié)構(gòu)；球狀蛋白質(zhì)是緊密的球狀或橢球狀實體；疏水性側(cè)鏈埋藏于球體分子內(nèi)，親水性側(cè)鏈則暴露于表面；球狀分子的表面有一個空穴（裂溝、凹槽或口袋），能結(jié)合配體，是蛋白質(zhì)的活性部位；由二級結(jié)構(gòu)向三級結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的主要力量是疏水作用。4

蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

二個或二個以上具有獨立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈(亞基)，彼此借次級鍵相連，形成一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)。

具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位(subunit)，亞基可以相同，亦可以不同。四級結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是亞基在空間排列的方式.

單獨亞基，無生物學(xué)功能，當(dāng)亞基聚合成為具有完整四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)后，才有功能。

肽鍵共價鍵次級鍵化學(xué)鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結(jié)構(gòu)5蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵其中二硫鍵和疏水作用最主要

維持三級結(jié)構(gòu)的作用力氫鍵

氫鍵(hydrogenbond)的形成常見于連接在一電負性很強的原子上的氫原子，與另一電負性很強的原子之間。

氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的作用。

氫鍵的鍵能較低(~12kJ/mol)，因而易被破壞。氫鍵的形成:

疏水鍵

非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側(cè)鏈基團。

范德華氏（vanderWaals)引力分子之間存在的相互作用力

離子鍵（鹽鍵）離子鍵(saltbond)是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。

在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負電荷，而堿性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。離子鍵的形成六、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子具有多樣的生物學(xué)功能，需要一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還需要一定的空間構(gòu)象。各種蛋白質(zhì)都有特定的空間構(gòu)象，而特定的空間構(gòu)象又與它們特定的生物學(xué)功能相適應(yīng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。⒈一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中8個Cys的-SH構(gòu)成4個二硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。在蛋白質(zhì)變性劑（如8mol/L的尿素）和一些還原劑（如巰基乙醇）存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當(dāng)用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復(fù)，所有的二硫鍵準(zhǔn)確無誤地恢復(fù)原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個實驗表明，蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。2.前體與活性蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的關(guān)系

由108個氨基酸殘基構(gòu)成的前胰島素原(pre-proinsulin），在合成的時候完全沒有活性，當(dāng)切去N-端的24個氨基酸信號肽，形成84個氨基酸的胰島素原（proinsulin），胰島素原也沒活性，在包裝分泌時，A、B鏈之間的33個氨基酸殘基被切除，才形成具有活性的胰島素(胰蛋白酶原的激活)。3蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與分子病

現(xiàn)知幾乎所有遺傳病都與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變有關(guān)，都稱之為分子病。例如鐮刀型貧血癥，它是由于血紅蛋白的β-亞基上的第六位氨基酸由谷氨酸變成了纈氨酸，導(dǎo)致血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的改變，其運輸氧氣的能力大大地降低，并且紅細胞呈鐮刀狀。

鐮狀細胞貧血（sick-cellanemia）從患者紅細胞中鑒定出特異的鐮刀型或月牙型細胞。β-鏈1234567Hb-AN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…Hb-SN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…4蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系Hb由4條肽鏈組成：2α、2β，功能是運載O2。在去氧Hb亞基中有下列幾對離子鍵：由于血紅蛋白亞基之間存在大量離子鍵，使其構(gòu)象呈緊張態(tài)，對氧的親和力很低，第一個亞基與O2結(jié)合時，離子鍵的破壞較難，所需要的能量較多。當(dāng)血紅蛋白的一個亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它的離子鍵也依次破壞，此時破壞離子鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對氧的親和力大大增強，因此第四個亞基結(jié)合氧的能力比第一個大幾百倍。1蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)

在蛋白質(zhì)分子中，由許多可解離的基團，如末端的氨基、羧基及側(cè)鏈的咪唑基、胍基、巰基及羥基，也能向酸堿一樣解離，因此，蛋白質(zhì)是多價的兩性電解質(zhì)。蛋白質(zhì)在其等電點偏酸溶液中帶正電荷，在偏堿溶液中帶負電荷，在等電點pH時為兩性離子。等電點的定義

當(dāng)溶液在某一特定的pH時，蛋白質(zhì)以兩性離子的形式存在，正負電荷相等，凈電荷為零，在電場中不向任何一方移動。此時，溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點。七、蛋白質(zhì)的性質(zhì)等電點的性質(zhì)：

pI與分子中的酸堿性氨基酸的比例有關(guān)。在等電點時，蛋白質(zhì)的溶解度最小，其它性質(zhì)如粘度、滲透壓及膨脹性等也都是最小。電泳：帶電顆粒在電場中移動的現(xiàn)象。分子大小不同的蛋白質(zhì)所帶凈電荷密度不同，遷移率即異，在電泳時可以分開。影響泳動速度的因素：A、電荷多少B、分子大小C、電場強度2蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)由于蛋白質(zhì)的分子量很大（1-100nm），它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典型性質(zhì)，如丁達爾現(xiàn)象、布郎運動等。由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。透析法：以半透膜提純蛋白質(zhì)的方法叫透析法半透膜：只允許溶劑小分子通過，而溶質(zhì)大分子不能通過，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等布郎運動、丁道爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，具有吸附能力蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因表面形成水膜（水化層）；帶相同電荷。膠體性質(zhì)3蛋白質(zhì)的沉淀反應(yīng)定義：蛋白質(zhì)在溶液中靠水膜和電荷保持其穩(wěn)定性，水膜和電荷一旦除去，蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性就被破壞，蛋白質(zhì)就會從溶液中沉淀下來，此現(xiàn)象即為蛋白質(zhì)的沉淀作用。沉淀試劑:加高濃度鹽類（鹽析）：加鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出。分段鹽析：調(diào)節(jié)鹽濃度，可使混合蛋白質(zhì)溶液中的幾種蛋白質(zhì)分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4飽和度），清蛋白（飽和(NH4)2SO4)。加重金屬鹽加生物堿試劑(單寧酸、苦味酸、鉬酸、鎢酸、三氯乙酸能沉淀生物堿，稱生物堿試劑)4蛋白質(zhì)的變性定義:

天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，其共價鍵不變，但分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，致使其原有性質(zhì)發(fā)生部分或全部喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。實質(zhì):次級鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞。(變性蛋白質(zhì)分子互相凝集為固體的現(xiàn)象稱凝固)蛋白質(zhì)的變性

蛋白質(zhì)變性后的表現(xiàn)

生物活性喪失；溶解度降低，對于球狀蛋白粘度增加；生化反應(yīng)易進行；光吸收系數(shù)增大；組分和分子量不變。物理因素：高溫、高壓、震蕩、紫外線、電離輻射、超聲波等?；瘜W(xué)因素：強酸、強堿、有機溶劑、重金屬鹽等。引起蛋白質(zhì)變性的主要因素蛋白質(zhì)的復(fù)性定義：當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)又可恢復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性（renaturation）。蛋白質(zhì)變性的利用：醫(yī)療方面；食品方面；蛋白質(zhì)制備；酶制劑保存等。

(有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過一定限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì))反應(yīng)名稱試劑顏色反應(yīng)有關(guān)基團有此反應(yīng)的蛋白質(zhì)或氨基酸雙縮脲反應(yīng)NaOH、CuSO2紫色或粉紅色二個以上肽鍵所有蛋白質(zhì)米倫反應(yīng)HgNO3、Hg(NO3)2及HNO3混合物紅色

Tyr黃色反應(yīng)濃HNO3及NH3黃色、橘色

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

Trp坂口反應(yīng)(Sakaguchi反應(yīng))α-萘酚、NaClO紅色胍基Arg酚試劑反應(yīng)(Folin-Cioculteu反應(yīng))堿性CuSO4及磷鎢酸-鉬酸藍色酚基、吲哚基Tyr茚三酮反應(yīng)茚三酮藍色自由氨基及羧基α-氨基酸

5蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)—OHN6蛋白質(zhì)的紫外吸收大部分蛋白質(zhì)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(shù)蛋白質(zhì)在280nm附近顯示強的吸收。利用這個性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)進行定性鑒定和定量測定。7蛋白質(zhì)的分離和純化主要是利用蛋白質(zhì)之間各種特性的差異，包括蛋白質(zhì)分子的酸堿性質(zhì)、分子的大小和形狀、溶解度、吸附性質(zhì)和對配體分子的特異親合力等。

蛋白質(zhì)純化的目標(biāo):

增加制品的純度，即設(shè)法除去變性的和不需要的蛋白質(zhì)以增加單位蛋白質(zhì)重量中所需蛋白質(zhì)的含量或生物活性。分離純化蛋白質(zhì)的程序為：前處理（細胞或組織處理）、粗分級分離（除去雜蛋白）和細分級分離。分子大小透析和超過濾：透析指利用蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜而與小分子分離；超濾是利用壓力或離心力使小分子溶質(zhì)通過半透膜而蛋白質(zhì)被截留在膜上而分離。密