第二章 蛋白质(2)
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第二章 蛋白质分离纯化技术(2)
28
几种盐在不同温度下的溶解度（克/100毫升水）
温度
0℃ 20℃ 80℃ 100℃
（NH4)2SO4 70.6 75.4
95.3
103
Na2SO4 4.9 18.9
43.3
42.2
NaH2PO4 1.6
7.8 93.8
101
1）硫酸铵在0℃时的溶解度，远远高于其它盐类
29
2) 分离效果好：有的提取液加入适量硫 酸铵盐析，一步就可以除去75％的杂 蛋白，纯度提高了四倍。
3) 温度：为防止变性和降解，制备具有活性的蛋白 质和酶，提取时一般在0℃～5℃的低温操作。
4) 防止蛋白酶的降解作用：加入抑制剂或调节提 取液的pH、离子强度或极性等方法使相应的水解 酶失去活性，防止它们对欲提纯的蛋白质、酶的降 解作用。
15
5) 搅拌与氧化：搅拌能促使被提取物的溶解， 一般采用温和搅拌为宜，速度太快容易产生大 量泡沫，增大了与空气的接触面，会引起酶等 物质的变性失活。因为一般蛋白质都含有相当 数量的巯基，有些巯基常常是活性部位的必需 基团，若提取液中有氧化剂或与空气中的氧气 接触过多都会使巯基氧化为分子内或分子间的 二硫键，导致酶活性的丧失。在提取液中加入 少量巯基乙醇或二硫苏糖醇以防止巯基氧化。
1) 盐浓度（即离子强度）：
离子强度对生物大分子的溶解度有极大的影响，绝大多数蛋 白质和酶，在低离子强度的溶液中都有较大的溶解度，如在 纯水中加入少量中性盐，蛋白质的溶解度比在纯水时大大增 加，称为“盐溶”现象。盐溶现象的产生主要是少量离子的 活动，减少了偶极分子之间极性基团的静电吸引力，增加了 溶质和溶剂分子间相互作用力的结果。
带正电荷蛋白质
（疏水胶体）
阴离子
不稳定蛋白颗粒
几种盐在不同温度下的溶解度（克/100毫升水）
温度
0℃ 20℃ 80℃ 100℃
（NH4)2SO4 70.6 75.4
95.3
103
Na2SO4 4.9 18.9
43.3
42.2
NaH2PO4 1.6
7.8 93.8
101
1）硫酸铵在0℃时的溶解度，远远高于其它盐类
29
2) 分离效果好：有的提取液加入适量硫 酸铵盐析，一步就可以除去75％的杂 蛋白，纯度提高了四倍。
3) 温度：为防止变性和降解，制备具有活性的蛋白 质和酶，提取时一般在0℃～5℃的低温操作。
4) 防止蛋白酶的降解作用：加入抑制剂或调节提 取液的pH、离子强度或极性等方法使相应的水解 酶失去活性，防止它们对欲提纯的蛋白质、酶的降 解作用。
15
5) 搅拌与氧化：搅拌能促使被提取物的溶解， 一般采用温和搅拌为宜，速度太快容易产生大 量泡沫，增大了与空气的接触面，会引起酶等 物质的变性失活。因为一般蛋白质都含有相当 数量的巯基，有些巯基常常是活性部位的必需 基团，若提取液中有氧化剂或与空气中的氧气 接触过多都会使巯基氧化为分子内或分子间的 二硫键，导致酶活性的丧失。在提取液中加入 少量巯基乙醇或二硫苏糖醇以防止巯基氧化。
1) 盐浓度（即离子强度）：
离子强度对生物大分子的溶解度有极大的影响，绝大多数蛋 白质和酶，在低离子强度的溶液中都有较大的溶解度，如在 纯水中加入少量中性盐，蛋白质的溶解度比在纯水时大大增 加，称为“盐溶”现象。盐溶现象的产生主要是少量离子的 活动，减少了偶极分子之间极性基团的静电吸引力，增加了 溶质和溶剂分子间相互作用力的结果。
带正电荷蛋白质
（疏水胶体）
阴离子
不稳定蛋白颗粒
2第二章蛋白质
(DNFB) 反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。
O2N
R
室温
F ＋ H2N CH COOH
O2N
pH8～9
NO2
R HN CH COOH＋ HF
NO2
DNFB
DNP - 氨基酸 此反应最初被Sanger 用于测定
肽链 N-端氨基酸种类和数目
第二节 蛋白质的构件组成单位-氨基酸
蛋白质的水解（了解）
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分 水解两种情况： —完全水解或彻底水解，得到的水解产物是各种 氨基酸的混合物； —部分水解（不完全水解），得到的产物是各种 大小不等的肽段和氨基酸.
① 酸水解：常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。
极 性 中 性 氨 基 酸
带负电荷的氨基酸 带正电荷的氨基酸
练习题 1：下列含有两个羧基的氨基酸是： A．精氨酸 B．甘氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
练习题 2：下列含有咪唑环的氨基酸是： A．精氨酸 B．组氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸 练习题 3：下列哪种氨基酸为亚氨基酸： A．精氨酸 B．脯氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935
Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al
牛角 奶酪 奶酪 奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
氨基酸的名称与符号
alanine
丙氨酸
AlaLeabharlann Aarginine
精氨酸
Arg
练习题：测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此 样品约含蛋白质多少？ A．2．00g B．2．50g C．6．40g D．3．00g
O2N
R
室温
F ＋ H2N CH COOH
O2N
pH8～9
NO2
R HN CH COOH＋ HF
NO2
DNFB
DNP - 氨基酸 此反应最初被Sanger 用于测定
肽链 N-端氨基酸种类和数目
第二节 蛋白质的构件组成单位-氨基酸
蛋白质的水解（了解）
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分 水解两种情况： —完全水解或彻底水解，得到的水解产物是各种 氨基酸的混合物； —部分水解（不完全水解），得到的产物是各种 大小不等的肽段和氨基酸.
① 酸水解：常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。
极 性 中 性 氨 基 酸
带负电荷的氨基酸 带正电荷的氨基酸
练习题 1：下列含有两个羧基的氨基酸是： A．精氨酸 B．甘氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
练习题 2：下列含有咪唑环的氨基酸是： A．精氨酸 B．组氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸 练习题 3：下列哪种氨基酸为亚氨基酸： A．精氨酸 B．脯氨酸 D．色氨酸 E．谷氨酸
1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935
Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al
牛角 奶酪 奶酪 奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
氨基酸的名称与符号
alanine
丙氨酸
AlaLeabharlann Aarginine
精氨酸
Arg
练习题：测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此 样品约含蛋白质多少？ A．2．00g B．2．50g C．6．40g D．3．00g
第二章蛋白质化学2
第二章核酸的结构和功能一、选择题1、热变性的DNA分子在适当条件下可以复性，条件之一是（B）。
A、骤然冷却B、缓慢冷却C、浓缩D、加入浓的无机盐2、在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（D）。
A、DNA的Tm值B、序列的重复程度C、核酸链的长短D、碱基序列的互补3、核酸中核苷酸之间的连接方式是（C）。
A、2’，5’—磷酸二酯键B、氢键C、3’，5’—磷酸二酯键D、糖苷键4、tRNA的分子结构特征是（A）。
A、有反密码环和3’—端有—CCA序列B、有反密码环和5’—端有—CCA序列C、有密码环D、5’—端有—CCA序列5、下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系（D）是不正确的。
A、C+A=G+TB、C=GC、A=TD、C+G=A+T6、下面关于Watson-Crick DNA双螺旋结构模型的叙述中（A）是正确的。
A、两条单链的走向是反平行的B、碱基A和G配对C、碱基之间共价结合D、磷酸戊糖主链位于双螺旋内侧7、具5’－CpGpGpTpAp-3’顺序的单链DNA能与下列（C）RNA杂交。
A、5’-GpCpCpAp-3’B、5’-GpCpCpApUp-3’C、5’-UpApCpCpGp-3’D、5’-TpApCpCpGp-3’8、RNA和DNA彻底水解后的产物（C）。
A、核糖相同，部分碱基不同B、碱基相同，核糖不同C、碱基不同，核糖不同D、碱基不同，核糖相同9、下列关于mRNA描述，（A）是错误的。
A、原核细胞的mRNA在翻译开始前需加“PolyA”尾巴。
B、真核细胞mRNA在3’端有特殊的“尾巴”结构C、真核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构D、原核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构10、tRNA的三级结构是（B ）。
A、三叶草叶形结构B、倒L形结构C、双螺旋结构D、发夹结构11、维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是（C）。
A、氢键B、离子键C、碱基堆积力D范德华力12、下列关于DNA的双螺旋二级结构稳定的因素中（A）是不正确的。
动物生物化学 第二章 蛋白质
肽链内形成氢键，氢键的取向 几乎与轴平行，第一个氨基酸 残基的酰胺基团的-CO基与第 四个氨基酸残基酰胺基团的NH基形成氢键（包含13个原 子）。
蛋白质分子为右手-螺旋。
（1）-螺旋
-螺旋
表 几种螺旋结构参数
结构类型 残基/圈 1个氢键环的原子数 每个残基高度（nm） Φ Ψ
310螺旋 3.0
位 置
及顺序分析，
的 然后同其它方法分析的肽段进行比较，
确 确定二硫键的位置。
定
2.4 蛋白质的高级结构
2.4.1 肽单位平面结构和二面角
O
O
O
H
H
H
H2N
C
C
N H
C
C
N H
C
C
R
R
R
N端
肽单位
肽单位
O
H
H
NH C C N C COOH
H
R
R
C端
肽单位： 主肽链中的重复单位
肽键平面—由于肽键的双键性质，使得形成肽键的N、C原子以及它们相 连的四个原子形成一个平面，这个平面就叫肽键平面。
蛋白质构件分子是氨基酸。 氨基酸是蛋白质的基本单位。 自然界存在的氨基酸有300多 种，但合成蛋白质的氨基酸只 有20种，都属于α-氨基酸，其 中除甘氨酸外，其余都是L-α氨基酸。
蛋白质分子中的20种 氨基酸在DNA分子中有它 们特异的遗传密码相对应，
因而也称编码氨基酸 （Coding amino acid）。 新近发现的硒代半胱氨酸 （SeCys）也是一种编码 氨基酸。
由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 ， 由 多 个 氨 基酸组成的肽则称为多肽。因为多肽呈链状， 所以又称为多肽链。组成多肽的氨基酸单元称 为氨基酸残基。
蛋白质分子为右手-螺旋。
（1）-螺旋
-螺旋
表 几种螺旋结构参数
结构类型 残基/圈 1个氢键环的原子数 每个残基高度（nm） Φ Ψ
310螺旋 3.0
位 置
及顺序分析，
的 然后同其它方法分析的肽段进行比较，
确 确定二硫键的位置。
定
2.4 蛋白质的高级结构
2.4.1 肽单位平面结构和二面角
O
O
O
H
H
H
H2N
C
C
N H
C
C
N H
C
C
R
R
R
N端
肽单位
肽单位
O
H
H
NH C C N C COOH
H
R
R
C端
肽单位： 主肽链中的重复单位
肽键平面—由于肽键的双键性质，使得形成肽键的N、C原子以及它们相 连的四个原子形成一个平面，这个平面就叫肽键平面。
蛋白质构件分子是氨基酸。 氨基酸是蛋白质的基本单位。 自然界存在的氨基酸有300多 种，但合成蛋白质的氨基酸只 有20种，都属于α-氨基酸，其 中除甘氨酸外，其余都是L-α氨基酸。
蛋白质分子中的20种 氨基酸在DNA分子中有它 们特异的遗传密码相对应，
因而也称编码氨基酸 （Coding amino acid）。 新近发现的硒代半胱氨酸 （SeCys）也是一种编码 氨基酸。
由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 ， 由 多 个 氨 基酸组成的肽则称为多肽。因为多肽呈链状， 所以又称为多肽链。组成多肽的氨基酸单元称 为氨基酸残基。
生物化学蛋白质
碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子， 其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定， 这叫甲醛滴定法，可用于测定氨基酸。
(3) 与2，4-二硝基氟苯的反应 (Sanger反应）
在弱碱性溶液中，氨基酸的α- 氨基很容 易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成 稳定的黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写 为DNP-氨基酸）。
负电荷（２种）Asp、Glu
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His（半必需）
氨基酸的结构、代号
（三）氨基酸的重要理化性质
1 氨基酸的两性解离性质及等电点
R
CH NH3+ COOH
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R
CH NH3+ COO
（三）肽链中AA的排列顺序和命名
参见p31
通常在多肽链的一端含有一个游离的氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有 一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开 始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。 如下面的五肽可表示为：
Ser-Gly-Tyr-Val-Leu
肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸
• 蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级 结构、结构域、三级结构和四级结构等。
1 维持蛋白质构象的作用力
维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键，即氢键和盐 键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。
氢键： x — H … y 离子键（盐键）：它是由带相反电荷的两个基团
间的静电吸引所形成的 疏水作用力（疏水键）：是指非极性基团即疏水基团为
(3) 与2，4-二硝基氟苯的反应 (Sanger反应）
在弱碱性溶液中，氨基酸的α- 氨基很容 易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成 稳定的黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写 为DNP-氨基酸）。
负电荷（２种）Asp、Glu
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His（半必需）
氨基酸的结构、代号
（三）氨基酸的重要理化性质
1 氨基酸的两性解离性质及等电点
R
CH NH3+ COOH
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R
CH NH3+ COO
（三）肽链中AA的排列顺序和命名
参见p31
通常在多肽链的一端含有一个游离的氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有 一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开 始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。 如下面的五肽可表示为：
Ser-Gly-Tyr-Val-Leu
肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸
• 蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级 结构、结构域、三级结构和四级结构等。
1 维持蛋白质构象的作用力
维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键，即氢键和盐 键等非共价键，以及疏水作用力和范德华力等。
氢键： x — H … y 离子键（盐键）：它是由带相反电荷的两个基团
间的静电吸引所形成的 疏水作用力（疏水键）：是指非极性基团即疏水基团为
2.7.1第二章蛋白质化学常见的蛋白质沉淀方法
• 注意：有机溶剂可以引起蛋白质的变性，所以必须在低温下 操作，并尽量缩短处理时间，从而减缓蛋白质的变性。
④ 金属离子沉淀法
• 当溶液pH大于等电点时，蛋子等）结合形成不 溶性盐的沉淀。
• 应用：误服重金属盐的病人可口服大量牛乳或豆浆等蛋白质 溶液进行解救，就是利用了蛋白质能与重金属离子形成不溶 性盐，然后再服用催吐剂把它排除体外的原理。
2）影响蛋白质溶解度的因素
蛋白质分子大小，氨基 酸组成，氨基酸序列，可 离子化的氨基酸残基数量， 极性/非极性残基比率， 极性/非极性残基分布， 氨基酸残基的化学性质均 会影响蛋白质水化层的厚 度，从而影响蛋白质的溶 解度。
水溶液的水活度的影响
2）影响蛋白质溶解度的因素
蛋白质自身性质
✓ 蛋白质一级结构：分子大小 ，氨基酸组成，氨基酸序列 ，可离子化的氨基酸残基数 量，极性/非极性残基比率， 极性/非极性残基分布，氨基 酸残基的化学性质
思考
• 蛋白质沉淀在生活中有哪些应用呢？
参考书目
生物化学原理.杨荣武主编，北京:高等教育出版社出 版，2012.
生物化学简明教程（第四版）.罗纪盛等主编，北京: 高等教育出版社出版,2009.
生物化学（第三版）.王镜岩、朱圣庚等主编，北京: 高等教育出版社. 2002.
基 础 生 物 化 学 . 陈 惠 主 编 ， 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社 ， 2014.
Nelson D L, lehninger Principles of Biochemistry. 4th
ed. New York: W. H. Freeman,2004.
• 注意：低浓度的中性盐不但不会导致蛋白质沉淀，还会促 进蛋白质的溶解，称为盐溶。
• 优点：盐析沉淀一般不会导致蛋白质的变性，通过透析或 者超滤的方法去除蛋白质溶液中的中性盐后，蛋白质可重 新溶解形成蛋白质溶液。
④ 金属离子沉淀法
• 当溶液pH大于等电点时，蛋子等）结合形成不 溶性盐的沉淀。
• 应用：误服重金属盐的病人可口服大量牛乳或豆浆等蛋白质 溶液进行解救，就是利用了蛋白质能与重金属离子形成不溶 性盐，然后再服用催吐剂把它排除体外的原理。
2）影响蛋白质溶解度的因素
蛋白质分子大小，氨基 酸组成，氨基酸序列，可 离子化的氨基酸残基数量， 极性/非极性残基比率， 极性/非极性残基分布， 氨基酸残基的化学性质均 会影响蛋白质水化层的厚 度，从而影响蛋白质的溶 解度。
水溶液的水活度的影响
2）影响蛋白质溶解度的因素
蛋白质自身性质
✓ 蛋白质一级结构：分子大小 ，氨基酸组成，氨基酸序列 ，可离子化的氨基酸残基数 量，极性/非极性残基比率， 极性/非极性残基分布，氨基 酸残基的化学性质
思考
• 蛋白质沉淀在生活中有哪些应用呢？
参考书目
生物化学原理.杨荣武主编，北京:高等教育出版社出 版，2012.
生物化学简明教程（第四版）.罗纪盛等主编，北京: 高等教育出版社出版,2009.
生物化学（第三版）.王镜岩、朱圣庚等主编，北京: 高等教育出版社. 2002.
基 础 生 物 化 学 . 陈 惠 主 编 ， 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社 ， 2014.
Nelson D L, lehninger Principles of Biochemistry. 4th
ed. New York: W. H. Freeman,2004.
• 注意：低浓度的中性盐不但不会导致蛋白质沉淀，还会促 进蛋白质的溶解，称为盐溶。
• 优点：盐析沉淀一般不会导致蛋白质的变性，通过透析或 者超滤的方法去除蛋白质溶液中的中性盐后，蛋白质可重 新溶解形成蛋白质溶液。
第二章蛋白质的组成及物理化学性质可编辑全文
(3) 核蛋白（nucleoprotein）：含核酸，如核糖体。
(4)磷蛋白（phosphoprotein）：含磷酸，如酪蛋白。 (5) 金属蛋白（metalloprotein）：含金属，如铁蛋白含Fe。 (6) 血红素蛋白（hemoprotein）：辅基为血红素，如血红蛋白 (7) 黄素蛋白（flavoprotein）：辅基为黄素（FAD或FMN）， 如琥珀酸脱氢酶（含FAD）。
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。
R CH COOH NH2
R
+OH-
CH COOH
R
CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
氨基酸的兼性离子
4）谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于 70%～80%乙醇， 如玉米醇溶蛋白。
5) 组蛋白（histone）：溶于水及稀酸溶液，分子中含 Arg、Lys 较多，呈（弱）碱性，如小牛胸腺组蛋白。
6) 鱼精蛋白（protamine）：溶于水及稀酸溶液，分子中 含碱性 氨基酸特别多，呈（强）碱性，如鲑精蛋白。
丙氨酸 alanine
H3C
CH CHCOOCH3 NH3+
缬氨酸
valine
CH3
HC CH2 CH3
CNHHC3+OO亮- 氨酸
leucine
H2C
CH CHCOO-
CH3 CH3 NH3+
异亮氨酸 isoleucine
(4)磷蛋白（phosphoprotein）：含磷酸，如酪蛋白。 (5) 金属蛋白（metalloprotein）：含金属，如铁蛋白含Fe。 (6) 血红素蛋白（hemoprotein）：辅基为血红素，如血红蛋白 (7) 黄素蛋白（flavoprotein）：辅基为黄素（FAD或FMN）， 如琥珀酸脱氢酶（含FAD）。
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。
R CH COOH NH2
R
+OH-
CH COOH
R
CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
氨基酸的兼性离子
4）谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于 70%～80%乙醇， 如玉米醇溶蛋白。
5) 组蛋白（histone）：溶于水及稀酸溶液，分子中含 Arg、Lys 较多，呈（弱）碱性，如小牛胸腺组蛋白。
6) 鱼精蛋白（protamine）：溶于水及稀酸溶液，分子中 含碱性 氨基酸特别多，呈（强）碱性，如鲑精蛋白。
丙氨酸 alanine
H3C
CH CHCOOCH3 NH3+
缬氨酸
valine
CH3
HC CH2 CH3
CNHHC3+OO亮- 氨酸
leucine
H2C
CH CHCOO-
CH3 CH3 NH3+
异亮氨酸 isoleucine
生物化学第二章蛋白质知识点归纳
一、概述
结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。按辅基种类分为： 1 核蛋白（nucleoprotein ） 核酸 2 脂蛋白（lipoprotein ） 脂质 3 糖蛋白（glycoprotein） 糖 4 磷蛋白（phosphoprotein） 磷酸基 5 血红素蛋白（hemoprotein ） 血红素 6 黄素蛋白（flavoprotein ） FAD 7 金属蛋白（metallaprotein ） 金属
据R基团 极性分类
例外：
COO+α
H3N C H
R
Gly —— 没有手性
构型与旋光方向没有直接对应关系，L-α-氨基酸有的为左旋，有的为右旋， 即使同一种L-α-氨基酸，在不同溶剂也会有不同的旋光度或不同的旋光方向。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据R基团化学 结构分类
脂肪族ＡA（烃链、含羟基或巯基、羧基、碱性基团） 杂环ＡＡ(His、Pro) 芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)
6 结构蛋白（structural protein）
7 防御蛋白（defense protein） 8 异常蛋白 (exotic protein)
二
氨基酸
1.蛋白质的水解 2.氨基酸的结构与分类 3.氨基酸的理化性质
一、蛋白质水解
完全水解得到各种氨基酸的混合物； 部分水解通常得到肽片段及氨基酸的混合物。 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成，这20种
一、概述
按生物功能分：
1 酶（enzyme）
2 调节蛋白（regulatory protein）
3 转运蛋白（transport protein） 4 储存蛋白（nutrient and storage
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蛋白质(2) 第二章 蛋白质
2.3 多肽 2.4蛋白质结构 蛋白质结构
15/01/2011
1
2.3.1 肽的结构
一个氨基酸的氨基与另一个 氨基酸的羧基之间失水形成 的酰胺键称为肽键， 的酰胺键称为肽键，所形成 的化合物称为肽。 的化合物称为肽。组成肽的 氨基酸单元称为氨基酸残基 氨基酸单元称为氨基酸残基 由两个氨基酸组成的肽 称为二肽; 称为二肽 ; 由三个组成的 为三肽…… ……; 为三肽……; 12由 12-20 个 残 基 组 成 的 称为寡肽； 称为寡肽； 由 20 个 以 上 氨 基 酸 组 成的肽则称为多肽。 成的肽则称为多肽。 2
15/01/2011
左手和右手螺旋 Cα
21
（2）β-折叠结构
存在于纤维状蛋白质（ β-角蛋白：蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白）和球蛋白中。 存在于纤维状蛋白质（ 角蛋白：蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白）和球蛋白中。
β-折叠是由两条或多条几乎完 全伸展的肽链平行排列，通过链间 的氢键交联而形成的。肽链的主链 呈锯齿状折叠构象。 ①在β-折叠中，α-碳原子总是处于 折叠的角上，氨基酸的R基团处于 折叠的棱角上并与棱角垂直； ② β-折叠结构的氢键主要是由两 条肽链之间形成的；也可以在同一 肽链的不同部分之间形成。几乎所 有肽键都参与链内氢键的交联，氢 键与链的长轴接近垂直。 ③β-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 15/01/2011 链的方向相反。
22
两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm.
15/01/2011
23
（3）β-转角
• 在β-转角部分，由四个氨基酸 转角部分， 转角部分 残基组成，常见氨基酸： 残基组成，常见氨基酸： Pro,Gly; • 弯曲处的第一个氨基酸残基的 C=O 和第四个残基的 –N-H 之 间形成氢键， 间形成氢键，形成一个不很稳 定的环状结构。 定的环状结构。 • 这类结构主要存在于球状蛋白 这类结构主要存在于球状蛋白 分子中。 分子中。
15/01/2011
β-转角
18
Cα3 N C O H Cα2 H R O
ψ
肽平面 1
Φ
C N Cα1 H
肽平面及其旋转
15/01/2011 19
（1）α-螺旋
存在于纤维状蛋白质（ 角蛋白 皮肤、毛发、指甲、和角）和球状蛋白质中。 角蛋白： 存在于纤维状蛋白质（α角蛋白：皮肤、毛发、指甲、和角）和球状蛋白质中。
结构要点： 结构要点： 1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为 ）螺旋的每圈有 个氨基酸 螺旋间距离为0.54nm，每个残基 个氨基酸， ， 沿轴旋转100°。 沿轴旋转 ° 2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢 ） ），氢键的走向平行于螺旋轴 键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键 ），氢键的走向平行于螺旋轴， 都能参与链内氢键的形成。 都能参与链内氢键的形成。 O H —C—(NH—C—CO)3 H N—
•来源 来源
细胞合成
调节体内的有关酶， 调节体内的有关酶，控制代谢
•作用机制 作用机制
15/01/2011
控制转录和翻译而影响蛋白质的合成
8
•天然的活性肽 天然的活性肽
（一）谷胱甘肽（glutathione，GSH） 存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽，由Glu、Cys 和Gly组成。 GSH的特殊性：具有一个γ-肽键，由谷氨酸的γ-羧基和半 胱氨酸的α-氨基缩合而成。
3
肽键
O C N O C C N H C O
+
C
N
• •
肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共 轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面——酰胺平面。
15/01/2011 4
肽键中的C-N键
• 肽键中的 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 键具有部分双键性质， 键具有部分双键性质 不能自由旋转。 • 在大多数情况下，以反式结构存在。 在大多数情况下，以反式结构存在。
15/01/2011
7
2.3.2 生物活性肽的功能
• 生物活性肽的定义
能够调节生物机体的生命活动或具体某些生理活性的寡 肽和多肽的总称。 肽和多肽的总称。 •存在形式 存在形式
多以非活性状态存在于蛋白质长链中，被酶解成适当长度时， 多以非活性状态存在于蛋白质长链中，被酶解成适当长度时，生理活 性才会表现出来。 性才会表现出来。
H N C OH O
• Gly的侧链为 ，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。Pro残基的环 的侧链为H，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。 的侧链为 残基的环 状侧链的固定取向有利于多肽链β-转角的形成， 状侧链的固定取向有利于多肽链 转角的形成，它往往出现在转角部 转角的形成 位。
15/01/2011 24
15/01/2011
申请。
6
现代营养学研究发现：人类摄食蛋白质经消化道的酶作用后，大多是以 低肽形式消化吸收的，以游离氨基酸形式吸收的比例很小。进一步的试验又 揭示了肽比游离氨基酸消化更快、吸收更多，表明肽的生物效价和营养价值 比游离氨基酸更高。这也正是活性肽的无穷魅力所在。 生物活性肽是蛋白质中20个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从 二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化 合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、 激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，食用安全性极高，是当 前国际食品界最热门的研究课题和极具发展前景的功能因子。
甲硫氨酸脑啡肽： 甲硫氨酸脑啡肽： Tyr–Gly–Gly–Phe- Met
亮氨酸脑啡肽： 亮氨酸脑啡肽：
15/01/2011
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu
12
2.4 蛋白质的结构
• 蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链， 再由一条或多条以上的多肽链按各自特殊方式组合 成具有完整生物活性的分子。 • 蛋白质与多肽的主要区别：分子量和空间结构。
催产、 催产、排乳
升血压、 升血压、减排尿
15/01/2011 11
（三）脑肽
• 种类很多，脑啡肽（enkephalin）是在高等动物大脑中发 现的，具有镇痛功能，比吗啡的功能更强。 • 1975年脑啡肽的结构被阐明，并分离出两种脑啡肽。 • 1982年我国人工合成了Leu-脑啡肽。 1982 Leu-
15/01/2011
但是氨基酸顺序为X-Pro的情况除外
5
资料： ， 资料：6，多肽的研究意义 目前，活性肽的研究领域发展很快，已经受到了各国科学家和政府的高度重 视，短短的几年内，就有众多的生物活性肽被辩认出来。有些活性肽已经作为 功能性食品实现了工业化生产。生物活性肽的研究与开发作为国际上新兴的生 物高科技领域，具有极大市场潜力。 此外，活性肽类还可作为药物使用。目前，已经生产出的肽类药物达数百 种，涉及到大部分疾病的临床治疗。例如胰岛素的人工合成，它已解救无数糖 尿病患者的生命。2003年，我国爆发了非典型肺炎（ＳＡＲＳ）。第四军医大 学研究人员在进行抗非典药物研究中，发现了３个对ＳＡＲＳ病毒有明确抑制 作用的多肽。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成、为研制抗非典 药物奠定了坚实的基础。这３个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病 预防控制所、病毒资源中心的鉴定。研究人员认为非典冠状病毒是一种单链核 糖核酸病毒。在非典病原体被确定后，研究人员发现非典冠状病毒外围有一个 类似“日冕”的圆环，其内部的４个结构蛋白，尤其是Ｓ蛋白在非典病毒的自 身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用，而多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞，从 而抑制冠状病毒入侵人体细胞。专家们说，在世界范围内，临床上还没有特效 的药物治疗ＳＡＲＳ，因此，这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。 2003年５月１５日，中国国家知识产权局已经对我国这个研究成果受理了专利
15/01/2011
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氨基酸排列顺序决定蛋白质的生物功能
例：镰形红细胞贫血 患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白（Hb-S） 变化
β链
症状
形成氢键的性能差异很大，导致蛋白质空 间结构发生很大变化。 这种镰形细胞极易黏附于血管内皮,从而阻 碍正常血流及氧在重要器官和组织中的释放
变异原因：基因突变！ 15/01/2011
15/01/2011
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A、蛋白质的二级结构
• 肽链的主链在空间的排列，只涉及肽链主链的 构象及链内或链间形成的氢键。 • 组成肽键的原子都处于同一平面，两个肽键通 过一个α碳原子相连，Cα-N和Cα-C键可以自由 旋转，这样在保持肽键平面结构不变的情况下， 可以形成不同的空间排列！ α-螺旋 β-折叠
15/01/2011
9
GSH含有一个活泼的-SH，很容易被氧化，两分子GSH脱H以 二硫键相连形成氧化型的GSSG。
作用： 作用：保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化
15/01/2011 10
（二）催产素和升压素
• 属于激素类（Hormone）。 属于激素类（ ）。 • 均由下丘脑神经细胞合成， 均由下丘脑神经细胞合成， 最终释放到血液。 最终释放到血液。 • 都是9肽，分子中有环状结构。 都是 肽 分子中有环状结构。
C CH2 OH
N-端
CH2 C-端 CH2 CONH2
CH3 CH3 肽肽 OH
CO2H
氨基端
羧基端
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残 端的氨基酸残基开始， 端的氨基酸残基开始 端氨基酸残 基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： 基为终点 Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 肽链书写方式： 端 肽链书写方式：N端→C端 端 15/01/2011 肽链有链状、环状和分支状。 肽链有链状、环状和分支状。
2.3 多肽 2.4蛋白质结构 蛋白质结构
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1
2.3.1 肽的结构
一个氨基酸的氨基与另一个 氨基酸的羧基之间失水形成 的酰胺键称为肽键， 的酰胺键称为肽键，所形成 的化合物称为肽。 的化合物称为肽。组成肽的 氨基酸单元称为氨基酸残基 氨基酸单元称为氨基酸残基 由两个氨基酸组成的肽 称为二肽; 称为二肽 ; 由三个组成的 为三肽…… ……; 为三肽……; 12由 12-20 个 残 基 组 成 的 称为寡肽； 称为寡肽； 由 20 个 以 上 氨 基 酸 组 成的肽则称为多肽。 成的肽则称为多肽。 2
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左手和右手螺旋 Cα
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（2）β-折叠结构
存在于纤维状蛋白质（ β-角蛋白：蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白）和球蛋白中。 存在于纤维状蛋白质（ 角蛋白：蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白）和球蛋白中。
β-折叠是由两条或多条几乎完 全伸展的肽链平行排列，通过链间 的氢键交联而形成的。肽链的主链 呈锯齿状折叠构象。 ①在β-折叠中，α-碳原子总是处于 折叠的角上，氨基酸的R基团处于 折叠的棱角上并与棱角垂直； ② β-折叠结构的氢键主要是由两 条肽链之间形成的；也可以在同一 肽链的不同部分之间形成。几乎所 有肽键都参与链内氢键的交联，氢 键与链的长轴接近垂直。 ③β-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 15/01/2011 链的方向相反。
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两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm.
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（3）β-转角
• 在β-转角部分，由四个氨基酸 转角部分， 转角部分 残基组成，常见氨基酸： 残基组成，常见氨基酸： Pro,Gly; • 弯曲处的第一个氨基酸残基的 C=O 和第四个残基的 –N-H 之 间形成氢键， 间形成氢键，形成一个不很稳 定的环状结构。 定的环状结构。 • 这类结构主要存在于球状蛋白 这类结构主要存在于球状蛋白 分子中。 分子中。
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β-转角
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Cα3 N C O H Cα2 H R O
ψ
肽平面 1
Φ
C N Cα1 H
肽平面及其旋转
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（1）α-螺旋
存在于纤维状蛋白质（ 角蛋白 皮肤、毛发、指甲、和角）和球状蛋白质中。 角蛋白： 存在于纤维状蛋白质（α角蛋白：皮肤、毛发、指甲、和角）和球状蛋白质中。
结构要点： 结构要点： 1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为 ）螺旋的每圈有 个氨基酸 螺旋间距离为0.54nm，每个残基 个氨基酸， ， 沿轴旋转100°。 沿轴旋转 ° 2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢 ） ），氢键的走向平行于螺旋轴 键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键 ），氢键的走向平行于螺旋轴， 都能参与链内氢键的形成。 都能参与链内氢键的形成。 O H —C—(NH—C—CO)3 H N—
•来源 来源
细胞合成
调节体内的有关酶， 调节体内的有关酶，控制代谢
•作用机制 作用机制
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控制转录和翻译而影响蛋白质的合成
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•天然的活性肽 天然的活性肽
（一）谷胱甘肽（glutathione，GSH） 存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽，由Glu、Cys 和Gly组成。 GSH的特殊性：具有一个γ-肽键，由谷氨酸的γ-羧基和半 胱氨酸的α-氨基缩合而成。
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肽键
O C N O C C N H C O
+
C
N
• •
肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共 轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面——酰胺平面。
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肽键中的C-N键
• 肽键中的 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 键具有部分双键性质， 键具有部分双键性质 不能自由旋转。 • 在大多数情况下，以反式结构存在。 在大多数情况下，以反式结构存在。
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2.3.2 生物活性肽的功能
• 生物活性肽的定义
能够调节生物机体的生命活动或具体某些生理活性的寡 肽和多肽的总称。 肽和多肽的总称。 •存在形式 存在形式
多以非活性状态存在于蛋白质长链中，被酶解成适当长度时， 多以非活性状态存在于蛋白质长链中，被酶解成适当长度时，生理活 性才会表现出来。 性才会表现出来。
H N C OH O
• Gly的侧链为 ，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。Pro残基的环 的侧链为H，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。 的侧链为 残基的环 状侧链的固定取向有利于多肽链β-转角的形成， 状侧链的固定取向有利于多肽链 转角的形成，它往往出现在转角部 转角的形成 位。
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现代营养学研究发现：人类摄食蛋白质经消化道的酶作用后，大多是以 低肽形式消化吸收的，以游离氨基酸形式吸收的比例很小。进一步的试验又 揭示了肽比游离氨基酸消化更快、吸收更多，表明肽的生物效价和营养价值 比游离氨基酸更高。这也正是活性肽的无穷魅力所在。 生物活性肽是蛋白质中20个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从 二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化 合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、 激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，食用安全性极高，是当 前国际食品界最热门的研究课题和极具发展前景的功能因子。
甲硫氨酸脑啡肽： 甲硫氨酸脑啡肽： Tyr–Gly–Gly–Phe- Met
亮氨酸脑啡肽： 亮氨酸脑啡肽：
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Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu
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2.4 蛋白质的结构
• 蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链， 再由一条或多条以上的多肽链按各自特殊方式组合 成具有完整生物活性的分子。 • 蛋白质与多肽的主要区别：分子量和空间结构。
催产、 催产、排乳
升血压、 升血压、减排尿
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（三）脑肽
• 种类很多，脑啡肽（enkephalin）是在高等动物大脑中发 现的，具有镇痛功能，比吗啡的功能更强。 • 1975年脑啡肽的结构被阐明，并分离出两种脑啡肽。 • 1982年我国人工合成了Leu-脑啡肽。 1982 Leu-
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但是氨基酸顺序为X-Pro的情况除外
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资料： ， 资料：6，多肽的研究意义 目前，活性肽的研究领域发展很快，已经受到了各国科学家和政府的高度重 视，短短的几年内，就有众多的生物活性肽被辩认出来。有些活性肽已经作为 功能性食品实现了工业化生产。生物活性肽的研究与开发作为国际上新兴的生 物高科技领域，具有极大市场潜力。 此外，活性肽类还可作为药物使用。目前，已经生产出的肽类药物达数百 种，涉及到大部分疾病的临床治疗。例如胰岛素的人工合成，它已解救无数糖 尿病患者的生命。2003年，我国爆发了非典型肺炎（ＳＡＲＳ）。第四军医大 学研究人员在进行抗非典药物研究中，发现了３个对ＳＡＲＳ病毒有明确抑制 作用的多肽。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成、为研制抗非典 药物奠定了坚实的基础。这３个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病 预防控制所、病毒资源中心的鉴定。研究人员认为非典冠状病毒是一种单链核 糖核酸病毒。在非典病原体被确定后，研究人员发现非典冠状病毒外围有一个 类似“日冕”的圆环，其内部的４个结构蛋白，尤其是Ｓ蛋白在非典病毒的自 身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用，而多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞，从 而抑制冠状病毒入侵人体细胞。专家们说，在世界范围内，临床上还没有特效 的药物治疗ＳＡＲＳ，因此，这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。 2003年５月１５日，中国国家知识产权局已经对我国这个研究成果受理了专利
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氨基酸排列顺序决定蛋白质的生物功能
例：镰形红细胞贫血 患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白（Hb-S） 变化
β链
症状
形成氢键的性能差异很大，导致蛋白质空 间结构发生很大变化。 这种镰形细胞极易黏附于血管内皮,从而阻 碍正常血流及氧在重要器官和组织中的释放
变异原因：基因突变！ 15/01/2011
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A、蛋白质的二级结构
• 肽链的主链在空间的排列，只涉及肽链主链的 构象及链内或链间形成的氢键。 • 组成肽键的原子都处于同一平面，两个肽键通 过一个α碳原子相连，Cα-N和Cα-C键可以自由 旋转，这样在保持肽键平面结构不变的情况下， 可以形成不同的空间排列！ α-螺旋 β-折叠
15/01/2011
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GSH含有一个活泼的-SH，很容易被氧化，两分子GSH脱H以 二硫键相连形成氧化型的GSSG。
作用： 作用：保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化
15/01/2011 10
（二）催产素和升压素
• 属于激素类（Hormone）。 属于激素类（ ）。 • 均由下丘脑神经细胞合成， 均由下丘脑神经细胞合成， 最终释放到血液。 最终释放到血液。 • 都是9肽，分子中有环状结构。 都是 肽 分子中有环状结构。
C CH2 OH
N-端
CH2 C-端 CH2 CONH2
CH3 CH3 肽肽 OH
CO2H
氨基端
羧基端
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残 端的氨基酸残基开始， 端的氨基酸残基开始 端氨基酸残 基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： 基为终点 Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 肽链书写方式： 端 肽链书写方式：N端→C端 端 15/01/2011 肽链有链状、环状和分支状。 肽链有链状、环状和分支状。