4蛋白质
4蛋白质2
二、β折叠片(β—pleated sheet)
β-折叠的结构特点
多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿 状，R基交替地伸向锯齿状结构的上下方。 若两条肽段走向一致（N端、C端方向相同），称为 顺向平行；反之，称之为逆向平行，逆向更稳定。 走向相反时，两条反平行肽链的间距是0.70nm。若 干肽段互相靠拢，平行排列，通过氢键连接。氢键 的方向与长轴垂直。
水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基 埋藏在分子的内部。这一现象被称为疏水作用或疏 水效应，它在稳定蛋白质的三维结构方面占有突出 地位。 疏水作用其实并不是疏水基团之间有什么吸引力的 缘故，而是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要 而被迫接近。 疏水作用的主要动力是蛋白质溶液系统的熵增的结 果。
结构域的特点
结构域之间常常只有一段 柔性的肽链连接，形成所 谓铰链区，使结构域容易 发生相对运动，这是结构 域的一大特点。 结构域之间的这种柔性将 有利于活性中心结合底物 和施加应力。
最突出的例子 免疫球蛋白
免疫球蛋白含12个结构 轻链各含2个结构域 重链各含4个结构域
球状蛋白质的三级结构
概念 指整条肽链中所有原子的空间排布，它包括 主链构象和侧链构象。 主要化学键 疏水键、氢键、盐键等非共价键和二硫键。 疏水作用力是维持三级结构稳定的最主要作 用力。
溶菌酶的二级结构
超二级结构(super—secondary struture)
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。 超二级结构组合形式主要有： αα、βαβ、ββ。
β β
αα
βαβ
结构域 (domain)
结构域概念 多肽链在二级结构或超二级结构的基础上 成三级结构的局部折叠区，它是相对独立 紧密球状实体，称为结构域。 结构域是由二级结构单元和超二级结构的不同 组合而形成的高级结构。 结构域常由100-200个残基组成。 大的蛋白质可有多个结构域
实验四 蛋白质等电点测定和沉淀反应
实验四蛋白质的等电点测定和沉淀反应一、实验目的1、了解蛋白质的两性解离性质。
2、学习测定蛋白质等电点的一种方法。
3、加深对蛋白质胶体溶液稳定因素的认识。
4、了解沉淀蛋白质的几种方法及其实用意义。
二、实验原理蛋白质是两性电解质。
在蛋白质溶液中存在下列平衡：蛋白质分子的解离状态和解离程度受溶液的酸碱度影响。
当溶液的PH达到一定数值时，蛋白质颗粒上正负电荷的数目相等，在电场中，蛋白质既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时溶液的pH值称为此种蛋白质的等电点。
不同蛋白质各有特异的等电点。
在等电点时，蛋白质的理化性质都有变化，可利用此种性质的变化测定各种蛋白质的等电点。
最常用的方法是测其溶解度最低时的溶液pH值。
本实验通过观察不同pH溶液中的溶解度以测定酪蛋白的等电点。
用醋酸与醋酸钠（醋酸钠混合在酪蛋白溶液中）配制各种不同pH值的缓冲液。
向诸缓冲溶液中加入酪蛋白后，沉淀出现最多的缓冲液的pH值即为酪蛋白的等电点。
在水溶液中的蛋白质分子由于表面生成水化层和双电层而成为稳定的亲水胶体颗粒，在一定的理化因素影响下，蛋白质颗粒可因失去电荷和脱水而沉淀。
蛋白质的沉淀反应可分为两类：（1）可逆的沉淀反应此时蛋白质分子的结构尚未发生显著变化，除去引起沉淀的因素后，蛋白质的沉淀仍能溶解于原来溶剂中，并保持其天然性质而不变性。
如大多数蛋白质的盐析作用或在低温下用乙醇（或丙酮）短时间作用于蛋白质。
提纯蛋白质时，常利用此类反应。
（2）不可逆沉淀反应此时蛋白质分子内部结构发生重大改变，蛋白质常变性而沉淀，不再溶于原来溶剂中。
加热引起的蛋白质沉淀与凝固。
蛋白质与重金属离子或某些有机酸的反应都属于此类。
蛋白质变性后，有时由于维持溶液稳定的条件仍然存在（如电荷），并不析出。
因此变性蛋白质并不一定都表现为沉淀，而沉淀的蛋白质也未必都已变性。
三、实验器材1、实验仪器1) 水浴锅2) 温度计3) 200mL锥形瓶4) 100mL容量瓶5) 吸管6) 试管及试管架7) 乳钵2、实验材料1) 新鲜鸡蛋2) 0.4%酪蛋白醋酸钠溶液取0.4g酪蛋白，加少量水在乳钵中仔细地研磨，将所得的蛋白质悬胶液移入200mL锥形瓶内，用少量40—50℃的温水洗涤乳钵，将洗涤液也移入锥形瓶内。
生物化学 第4章 蛋白质蛋白质三维结构
第四章蛋白质的三维结构稳定蛋白质三维结构的作用力一、多肽主链折叠的空间限制从理论上讲，一个多肽主链能有无限多种构象。
从理论上讲个多肽主链能有无限多种构象但是，只有一种或很少几种天然构象，且相当稳定。
但是只有种或很少几种天然构象且相当稳定因为：天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转1、肽链的二面角★只有α碳原子连接的两个键（C α—N 和C α-C ）是单键，能自由旋转。
★扭角:环绕C α—N 键旋转的角度为Φ,环绕C α—C 键旋转的角度称Ψ。
可旋转±180度，一般呈顺时针旋转。
旋转受H.O 基的限制多肽主链的构象可以用每个C 的对原子以及R 基的限制。
多肽主链的构象可以用每个a-C 的一对扭角来描述。
★当Φ(Ψ)旋转键两侧的主链呈顺式时，规定Φ(Ψ)=0°★从Cα沿键轴方向看，顺时针旋转的Φ(Ψ)角为正值，反之为负值。
2、拉氏构象图：可允许的Φ和Ψ值Φ和Ψ同时为0的构象实际不存在二面角（Φ、Ψ）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。
个相邻肽单位中非键合原间的接有Cα上的R基的大小与带电性影响Φ和Ψ◆拉氏构象图：Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离（范德华距离），确定了哪些成对二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标，在坐标图上标出，该坐坐标以为纵坐标在坐标图上标出该坐标图称拉氏构象图。
⑴实线封闭区域一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。
的且构象稳定⑵虚线封闭区域是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和般允许距离之间，立体化学允许，但许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。
⑶虚线外区域是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离象都是不允许的此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，斥力大，构象极不稳定。
蛋白质化学：第四部分
•
方法：① 用SDS和巯基乙醇（打开二硫键）处理,蛋白质变性（肽链伸展） 并与SDS结合，形成SDS-蛋白质复合物，使得不同蛋白质分子
均带负电（SDS带负电），且荷质比相同（蛋白质分子大，结
合SDS多；分子小，结合SDS少）； 不同蛋白质分子具有相似的构象。 ② 用几种标准蛋白质相对分子质量的对数值对它们的迁移率作图 ③ 测出待测样品的迁移率 ④ 从标准曲线上查出样品的相对分子质量
2. 蛋白质的沉淀：
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
不再稳定而出现沉淀现象。
导致蛋白质沉淀的常用方法:
① 高浓度中性盐（盐析）
② 等电点沉淀
③ 有机溶剂沉淀
④ 重金属盐类沉淀 ⑤ 生物碱试剂和某些酸类沉淀 ⑥ 加热变性沉淀
水化层
和无机盐等小分子自由通过，此方法只能将蛋白质和小分子 物质分开，不能将不同蛋白质分开。 （2）超过滤：是利用外加压或离心使水和其他分通过半 透膜，蛋白质留在膜上。
透析与超过滤简易装置
2. 密度梯度离心:
a. 蛋白质颗粒沉降不仅决定于它的大小也取决于它的密度。
b. 颗粒沉降到与自身密度相等的介质梯度时，即停止不前。
素作用下，其特定的空间构象被破坏，即有序的空间结构 变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活 性的丧失。
2.变性的本质
—— 破坏蛋白质的空间结构，不改变蛋白质的一级结构。
蛋白质变性后，由于维持溶液稳定的条件仍然存在而并不 析出，例如：在强酸碱中，变性的蛋白质在强酸碱溶液 中仍存在电荷效应，所以不表现为沉淀现象。
蛋 白 质 胶 体 溶 液 沉 淀 作 用 示 意 图
2022生物浙科版必修1学案：第一章 4 蛋白质(二)
第4课时蛋白质(二)[目标导读] 1.复习蛋白质的形成过程，从多个角度归纳蛋白质具有多样性的缘由，理解蛋白质结构多样性与功能简洁性的关系。
2.在把握蛋白质结构特点的基础上，归纳有关蛋白质结构的计算规律。
[重难点击] 1.蛋白质结构多样性的缘由。
2.有关蛋白质结构的计算规律。
一蛋白质的多样性1．如图中“□”或者“○”代表不同的氨基酸，分析各图代表的含义，归纳蛋白质多样性的缘由。
图甲图乙图丙图丁(1)图甲说明：氨基酸的种类不同，构成的肽链不同。
(2)图乙说明：氨基酸的数目不同，构成的肽链不同。
(3)图丙说明：氨基酸的排列挨次不同，构成的肽链不同。
(4)图丁说明：肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同。
2．假定20种氨基酸任意组成一个含n个氨基酸的多肽分子，这样的多肽就将有20n种，据此分析以下两种情形：(1)A、B、C三种氨基酸，每种氨基酸足够多的状况下，可形成三肽的种类为27种，可形成二肽的种类为9种。
(2)A、B、C三种氨基酸，每种氨基酸只有一个的状况下，可形成三肽的种类为6种，可形成二肽的种类为6种。
3．蛋白质的结构具有多样性与其功能有何关系？答案蛋白质的结构多样性打算了其功能多样性，两者是高度统一的。
4．蛋白质的水解和变性(1)变性：蛋白质由于高温、强酸(碱)、重金属盐等因素导致空间结构发生不行逆的转变，从而失去生物学活性的过程称为变性。
变性的过程肽键不断裂(不断裂、断裂)。
(2)水解：蛋白质或者多肽中肽键断裂，分解为氨基酸的过程称为水解，和脱水缩合的过程相反，这个过程需要蛋白酶或者肽酶的催化。
归纳总结活学活用1．人体的肌肉主要由蛋白质组成。
同样是肌肉，心肌具有自动收缩的特性，平滑肌有较强的舒张性，骨骼肌能够强有力的收缩，这些区分说明构成它们的蛋白质有区分，这些区分可能是()A．所含氨基酸的数目不同B．所含氨基酸的种类不同C．所含氨基酸的排列挨次不同D．所含氨基酸的种类、数目、排列挨次和肽链的空间结构不同答案 D解析蛋白质的多样性可以从氨基酸和肽链两个角度来分析。
il-4 蛋白质结构
il-4 蛋白质结构
IL-4蛋白质是一种细胞因子，它由蛋白质IL-4编码并表达。
IL-
4蛋白质结构由约132个氨基酸残基组成，具有分子量大约为20 kDa。
IL-4蛋白质结构包含一个信号肽序列，该序列可被剪除，产生成熟的
功能性IL-4蛋白。
成熟的IL-4蛋白质结构主要由一个α螺旋和两个
β片层构成。
它还包括Cys2-Cys95和Cys3-Cys110之间的两个二硫键，这些二硫键对于IL-4的生物活性至关重要。
此外，IL-4还有一个可被特定受体结合的结构域，与其受体结合后触发下游信号转导途径。
IL-
4蛋白质结构不仅在免疫调节中发挥重要作用，还与许多疾病的发展有关，如免疫炎症性疾病和某些肿瘤。
4-2蛋白质 (教学课件)-高中化学人教版(2019)选择性必修3
OH
OH
OH
H2N−CH−C−N−CH−C−N−CH−C−∙∙∙−N−CH−COOH
R
R'
R''
R'''
多肽
一般把相对分子质量在10 000以上，并具有一定空间结构 的多肽称为蛋白质。
二、蛋白质
1、蛋白质的组成和结构 (1)蛋白质的组成 ➢ 由多种氨基酸通过肽键等相互连接形成的一类生物大分子， 是一般细胞中含量最多的有机分子，主要由C、O、H、N、S 等元素组成，有些蛋白质还含有P、Fe、Zn、Cu等元素。 (2)蛋白质的结构 ➢ 蛋白质的结构不仅取决于多肽链的氨基酸种类、数目及排列 顺序，还与其特定的空间结构有关
蛋白质
水解 酸、碱或酶
相对分子质量较小的多肽
水解
氨基酸
R O H R'
H2N−CH−C—N−CH−COOH
HO—H
二、蛋白质
2、蛋白质的性质
(3)蛋白质的盐析
教材P112·实验4−3 蛋白质的盐析 在试管中加入2 mL饱和(NH4)2SO4溶液，向其中加入几滴 鸡蛋清溶液，振荡，观察现象。再继续加入蒸馏水，振荡，观 察现象。
一、氨基酸
4、氨基酸的化学性质 (1)氨基酸的两性
O
O
R−CH−C−OH ＋ HCl → R−CH−C−OH
NH2
NH3Cl
O
O
R−CH−C−OH ＋ NaOH → R−CH−C−ONa ＋H2O
NH2
NH2
一、氨基酸
பைடு நூலகம்
4、氨基酸的化学性质
(2)成肽反应： 两个氨基酸分子在一定条件下，通过氨基与羧基 间缩合脱去水，形成含有肽键( −C−N− )的化合物，发生成肽
4.蛋白质的化学修饰
选择蛋白质修 饰剂要考虑：
修饰反应要完成到什么程度； 对个别氨基酸残基是否专一； 在反应条件下，修饰反应有没有限度； 修饰后蛋白质的构象是否基本保持不变； 是否需要分离修饰后的衍生物； 反应是否需要可逆； 是否适合于建立快速、方便的分析方法。
O ENZ C O C NH2 + OH-
O
N C NH2 O
3.芳基化
三硝基苯磺酸（TNBS）与氨基作用，产生三硝基苯衍生物，反 应产物为黄色。 TNBS也能与巯基作用。
NO2
NO2 SO3H + NH2R pH﹥7
NO2
TNBS
NO2
NO2 NHR + SO3H +H+
NO2
（黄色）
（三）引入负电荷的修饰
（一）试剂的选择
选择试剂在很大程度上要依据修饰目的。
对氨基 的修饰
修饰所有氨基，而不修饰其它基团; 仅修饰α-氨基；
修饰暴露的或反应性高的氨基，以及 修饰有催化活性的氨基等。
修饰的部位和程度一般可用选择适当的试剂和反应条件 来控制。
如果修饰的目的是改变蛋白质的带电状况或溶解性， 必须选择能引入最大电荷量的试剂。
1.利用蛋白质分子中，某些基团的特殊活性蛋白质，特殊的空 间结构，能影响某些基团的活性
位置专一性：在蛋白质分子中特别活泼的基团，在适当条件下只是其本身 发生作用，而其它基团皆不作用。
2.选择不同的反应pH
蛋白质分子中各功能基的解离常数是不同的，所以控制不同的反应pH，也 就控制了各功能基的解离程度，从而有利于修饰的专一性。
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myosin II 的功能
肌小节的构造
3.蛋白质的生物学意义
1.蛋白质顺序异构现象是蛋白质生物功能多样性和种属特异性的 结构基础。 （例如由20个AA构成的多肽链=20！＝2×1018种） 2.作为有机体新陈代谢的催化剂――酶 3.作为有机体的结构成分。胶原纤维 4.具有贮存AA的功能，用作有机体及其胚胎或幼体生长发育的原 料。卵清蛋白 5.具有运输的功能。血红蛋白 6.有些蛋白是肌肉收缩系统的必要成分。肌球蛋白、肌动蛋白 7.具有激素的功能。对新陈代谢起调节作用。胰岛素 8.具有防御功能。免疫反应。（抗体;大部分抗原） 9.具有接受和传递信息的作用――受体 10.调节或控制细胞的生长，分化和遗传信息的表达。阻遏蛋白。
第二节 蛋白质的基本结构单位 --氨基酸
1.蛋白质的水解 2.氨基酸的结构 3.氨基酸的分类 4.氨基酸的重要理化性质
1.蛋白质的水解
1.1 根据水解程度分为：
完全水解（彻底水解）--得到的水解产物是各种AA的混合物 不完全水解（部分水解）--得到的产物是各种大小不等的肽 段和AA
1.2 三种水解方法： 1.2.1 酸水解： 1.2.2 碱水解： 1.2.3 酶水解：
C：50% H：7% O：23% N：16% 微量:P Fe Zn Cu Mo I Mg Cl等
P：牛奶中的酪蛋白含磷 Fe:血中的血红蛋白含铁 I：甲状腺中甲状腺球蛋白含碘
S：0－3%
1.2 蛋白质的平均含N量16% 凯氏定氮的基础 N/16%=蛋白N×6.25
2.蛋白质化学组成和分类
2.1 化学组成：
3.氨基酸的分类
自然界中游离存在的AA有300多种，生物体中发现的 AA已有 180多种，但构成蛋白质的AA只有20种 名称（三句半口诀）
甘丙缬亮异 苏丝半蛋天 谷精赖苯酪 组色脯 AA的名称常使用三字母的简写符号表达，也使用单字母的简 写符号表示--主要用于表达长多肽链的AA顺序 标准AA的区别在于R基团，所以按R基的结构和极性不同进行 分类
mRNA 酶蛋白 阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达
代谢产物
代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋 白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达
4.蛋白质的分子量
蛋白质是分子量很大的生物分子 简单蛋白质AA残基数目的估算：
AA残基的数目＝―――――――― 110
因为，AA残基的平均分子量＝128－18＝110
结合蛋白――除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成 分（辅基、配基）。
eg.血红蛋白、核蛋白、肌红蛋白、羧基肽酶等
牛胰
核糖核酸酶 （RNase）
羧基肽酶
（超二级结构和结构域）
（黄色圆球是Zn2+）
2.2.2 根据分子的形状
球状蛋白质――分子对称性佳，外形接近球状或椭 球状，溶解度较好。（多数蛋白质）
2.1 定义：凡是含有氨基的有机酸统称氨基酸
依氨基取代的位置不同分为αβγδε等 蛋白质中的氨基酸均为α－氨基酸或α－亚氨基酸
2.2 标准AA的结构通式
NH2 R-C-COOH
H
说明：
1.蛋白质AA--蛋白质中的氨基酸(又称基本AA，标 准AA) ，常见的20种
非蛋白质AA--180多种，天然AA大多数不参与蛋白质组成
Eg.血红蛋白、血清球蛋白、肌动蛋白
纤维状蛋白质――对称性差，分子类似细棒或纤维 可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白
肌动蛋白(球蛋白)--两种存在状态
肌动蛋白的单体为球形分子，称为球形肌动蛋白Gactin 它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin
肌球蛋白(纤维蛋白)—肌球蛋 白II为例: 由两个重链和4个轻链形成球 形头部和杆状的尾部
基本组成骨架(单位)为20种L－型α－AA组成的长 链分子
2.2 蛋白质的分类（三种方法）
2.2.1 根据组成 2.2.2 根据分子的形状 2.2.3 根据功能分类 酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白质，结构蛋白质、 防御蛋白质、运动蛋白等
2.2.1 根据组成
简单蛋白――蛋白质完全由AA组成。
Eg．核糖核酸酶、胰岛素等
产生消旋现象，所得产物是D型和L型AA的混合物（称消
引起精AA脱氨，生成鸟AA和尿素
1.2.3 酶水解
优点：不产生消旋作用，也不破坏AA 缺点：
一种酶往往水解不彻底，需要几种酶协同作用 才能使蛋白质完全水解 所需时间较长 部分水解
适用范围：用于蛋白质一级结构分析以获得 蛋白质的部分水解产物
2.氨基酸的结构
3.1 按R基的结构不同进行分类
芳香族AA：苯丙氨酸、酪氨酸 （含有苯环） 杂环族AA：杂环氨基酸：组氨酸、色氨酸
2.Pro为α－亚氨基酸，其余均为α－氨基酸
3.不同AA，R基团不同，除Gly（R为H）外，其余AA 的α碳原子均为不对称碳原子，故有旋光异构现象， 分右旋（＋）和左旋（－）
4.构型分为L、D型两种
5.组成蛋白质的AA都为L-α－氨基酸（Gly除外， 无*C)。自然界中存在游离的D-AA，一般生化中谈 及的均为构成蛋白质的AA,故不写构型
第四讲 蛋白质化学
第一节 蛋白质通论 第二节 蛋白质的基本结构单位--氨基酸 第三节 肽 第四节 蛋白质的结构 第五节 蛋白质分子结构与功能的关系 第六节 蛋白质的性质
第一节 蛋白质通论
1.蛋白质元素组成 2.蛋白质化学组成和分类 3.蛋白质的生物学素组成
1.1 元素组成 CHONS
酶 的 诱 导 和 阻 遏 操 纵 子 模 型
A.有活性阻遏蛋白
调节基因
启动基因 操纵基因
结构基因
阻遏蛋白 (有活性)
B.有活性阻遏蛋白加诱导剂
诱导物
C.无活性阻遏蛋白
阻遏蛋白(无活性)
D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂
阻遏蛋白阻挡操纵基因 结构基因不表达
mRNA 酶蛋白 诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起 到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达
1.2.1 酸水解：
用硫酸（4mol/L）或HCl（6mol/L 条件：回流煮沸20h，完全水解 优点：不引起消旋作用，得到L-AA 缺点：色AA完全被沸酸所破坏
AA（丝AA及苏AA）有一小部分被分解
1.2.2 碱水解：
用NaOH(5mol/L) 条件：与NaOH共煮10-20h, 优点：色AA是稳定的 缺点：