第二章 蛋 白 质

第一节 蛋白质的重要功能及组成元素

一、蛋白质的重要功能

1. 生物体的组成成分

2. 酶的催化作用

3. 运输功能

4. 贮藏作用

5. 收缩运动

6. 免疫保护功能

7. 激素功能

8. 传递信息

9. 控制生长和分化

二、蛋白质的元素组成

52

7

2316

20

10

20

30

40

50

60

碳 氢 氧 氮 硫

平均含量（％）

凯氏定氮法测蛋白质含量的理论

依据：蛋白质平均含氮量为 16 ％

蛋白质含量＝蛋白质含氮量 ×

＝蛋白质含氮量 ×6.25

10016

第二节 氨 基 酸

一、氨基酸的结构特点

二、氨基酸的分类

三、必需氨基酸

四、蛋白质的稀有氨基酸

五、氨基酸的性质

一、氨基酸的结构特点

二、氨基酸的分类

根据 R 基团的极性可将氨基酸分为四大类：

（ 1 ）非极性 R 基团氨基酸；

（ 2 ）极性不带电荷 R 基团氨基酸；

（ 3 ） R 基团带负电荷的氨基酸；

（ 4 ） R 基团带正电荷的氨基酸 极性

（1

）非极性R

基团氨基酸

（2

）极性不带电荷R

基团氨

基酸

（ 3 ） R 基团带负电荷的氨基酸

（ 4 ） R 基团带正电荷的氨基酸

芳香族氨基酸

苯丙氨酸 Phe

酪氨酸 Tyr

色氨酸 Try

碱性氨基酸

赖氨酸 （ Lys,

K ）

精氨酸（ Arg, R ）

组氨酸 （ His, H ）

酸性氨基酸

天冬氨酸 （ Asp,

D ）

谷氨酸 （ Glu,

E ）

L- 缬氨酸、 L- 异亮氨酸、 L- 亮氨酸、 L- 苯丙氨酸、 L- 蛋氨酸、 L-

色氨酸、 L- 苏氨酸 、 L- 赖氨酸

三、必需氨基酸

携一两本淡色书来

人体自身不能合成，必须由外界食物供给的氨基酸称为必需氨基酸 。

蛋白质组成中，除上述 20 种氨基酸外，从少

数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都

是相应常见氨基酸的衍生物。

如 4- 羟脯氨酸、 5- 羟赖氨酸等。

四、稀有的蛋白质氨基酸

五、非蛋白质氨基酸

不参与蛋白质的组成

没有三联体密码

一般是 L- 型 α- 氨基酸的衍生物

如鸟氨酸、瓜氨酸、高丝氨酸等

六、氨基酸的性质

1. 氨基酸的酸碱性质和等电点

在一定的 pH 条件下，氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相同，即净电荷为零，此时溶液的 pH 称为该氨

基酸的等电点 (isoelectric

point ， pI) 。

氨基酸在等电点溶液中溶解度最小。

氨基酸等电点的计算：该氨基酸的两性

离子状态两侧的可解离基团 pK 值之和

的算术平均数。

K: 解离常数

pK ：解离常数的负对数

pI=2

pK1+pK2

一氨基一羧基AA

pI=2

pK1+pKR

酸性氨基酸

pI=2

pK2+pKR

碱性氨基酸

pK1 pK2 pKR 等电点

六、氨基酸的性质

2. 氨基酸的光学性质

由于基团或原子在空间排列的不对称性而引起光学活性的立体结构叫作构型（ configuration ）。

六、氨基酸的性质

3. 氨基酸的吸收光谱

Trp 、 Tyr 、 Ph

e 可以吸收紫外光

测定 OD280 可以确定蛋白质含量

4. 氨基酸的化学反应

（ 1 ）茚三酮反应：是氨基酸的 α-NH2 所引起的反应

3H2O3H2O

六、氨基酸的性质

（ 2 ） Sanger 反应：用于鉴定 N 末端氨基酸

弱碱弱碱

(DNFB) DNP-AA(黄色 )

弱碱

(DNFB) DNP-AA(黄色 )二硝基苯基氨基酸

弱碱

(DNFB) DNP-AA(黄色 )二硝基苯基氨基酸

（ 3 ） Edman 反应：用于蛋白质测序

(PITC)(PITC)

七、氨基酸的分离分析

层析法也称色谱法 (chromatography) ，是 1906

年俄国植物学家 Michael Tswett 发现并命名的。他将植物叶子的色素通过装填有吸附剂的柱子，各种色素以不同的速率流动后形成不同的色带而被分开，由此得名为“色谱法”。

1941 年，英国生物学家 Martin 和 Synge首先提出了色谱塔板理论，为后来各种色谱技术的发展奠定了基础。

层析的原理层析技术是一组相关分离方法的总称。当待分离的混合物随流动相通过固定相时，由于

各组份的理化性质存在差异，与两相发生相互作用（吸附、溶解、结合等）的能力不同，在两相中的分配（含量对比）不同，而且随流动相向前移动，各组份不断地在两相中进行再分配，从而达到将各组份分离的目的。

分配层析分配层析是一种连续抽提法。一种溶剂通常是被结合在

固定的惰性支持物（柱、膜、纸）上的水，另外一相由流动的被水饱和的有机溶剂构成，它流过固定相。

如果某一混合物的各组分在这两相中的分配系数有足够的差异，它们就可以被分离。

当把一种物质在两种不混溶的溶剂中振荡时，它将在这两相中不均匀的分配。达到平衡时，这种物质在两种溶剂中的浓度之比是一个常数，叫做分配系数。

纸层析是分配层析的一种。在纸上水被吸附在纤维素的纤维之间形成固

定相。当有机相沿纸流动经过层析点时，层析点上溶质就在水相和有机相之间进行分配，溶质中各组分的分配系数不同，移动速率也不同，因而可以彼此分开。

物质被分离后在纸层析图谱上的位置是用 Rf值来表示的。在一定的条件下某种物质的 Rf 值是常数。

Rf ＝ 原点到溶剂前沿的距离

原点到层析点中心的距离

第三节 肽

一、肽键及肽链

二、肽的结构和命名

三、天然存在的寡肽

一、肽键及肽链

肽键（ peptide bond ）是蛋白质分子中氨基酸之间的主要连接方式，它是由一个氨基酸的 α- 羧基与另一个氨基酸的 α- 氨基缩合脱水而形成的酰胺键。

蛋白质多肽链

氨基端

N- 末端

羧基端

C- 末端

寡肽 : 少于 10个氨基酸的肽

多肽 : 由 10 个 -50个氨基酸形成的肽

蛋白质：多于 50个氨基酸的肽

二、肽的结构和命名

丝 · 缬 · 亮 · 蛋 · 赖 · 赖 · 精 · 谷

Ser-Val-Leu-Met-Lys-Lys-Arg-Glu

S-V-L-M-K-K-R-E

方向： N- 末端到 C- 末端

生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。

三、天然存在的活性寡肽

1. 谷胱甘肽（ GSH ）：全称为 γ- 谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基

可氧化、还原，故有还原型（ GSH ）与氧化型（ GSSG ）两种存在形式。

Glu-Cys-Gly Glu-Cys-Gly SH S S Glu-Cys-Gly

谷胱甘肽的生理功用： 解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒

性作用； 参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，

参与体内多种氧化还原反应； 保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基

团 -SH维持还原状态；维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。

2. 多肽类激素：种类较多，生理功能各异。主要见于

下丘脑及垂体分泌的激素。

第四节 蛋白质的分子结构

一级结构

二级结构

三级结构 空间结构

四级结构

一、蛋白质的一级结构

蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽

链中氨基酸的排列顺序以及二硫键

的位置。

胰岛素的氨基酸顺序

二、蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。

蛋白质的二级结构主要有 α-螺旋、 β-折叠和 β转角。

肽平面：是多肽链中相邻 α-碳原子之间的结构

1．肽单位是一个刚性的平面结构 ， C-N键具有部分双键的性质，不能自由旋转

3 ． Cα 和亚氨基 N 及 Cα 与羰基 C 之间的键是单键，可以自由 旋转

2．肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位置

1 ． α-螺旋

(α-helix)

（ 1 ） α-螺旋结构是一个类似棒状的结构，氨基酸残基的 R 侧链伸向螺旋的外侧

（ 2 ） α-螺旋每圈

包含 3.6个氨基酸

残基，螺距为

0.54nm

（ 3 ） α-螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键维持。螺旋中每个氨基酸残基的羰基氧与它后面第 4个氨基酸残基的 α- 氨基氮上的氢之间形成氢键。

多肽链中有脯氨酸时 α-螺旋就被中断

2 ． β-折叠结构（ β-sheet ）

（ 1 ）在 β-折叠结构中，多肽链几乎是完全伸展的。

（ 2 ）在 β-折叠结构中，相邻肽链主链上的C=O 与 N-H 之间形成氢键。

（ 3 ）相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。

平行的 β-折叠片

反平行的 β-折叠片

3 ． β-转角结构（ β-turn ）

三、超二级结构和结构域

αα 型 βββ 型

在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域，称超二级结构。

结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域，又称为辖区。

卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域

-螺旋

-转角-折叠

二硫键

结构域1

结构域2

四、蛋白质的三级结构

蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构、超二级结构以及结构域的基础上，进一步卷曲折叠形成复杂的球状分子结构。

维持蛋白质三级结构的作用力主要是

非共价键，又称次级键，其中包括氢

键、离子键、疏水键和范德华力。

1. 氢键： 氢键 (hydrogen bond) 的形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子，与另一电负性很强的原子之间。

氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起着重要的作用。

氢键的键能较低 (~12kJ/mol) ，因而易被破坏。

蛋白质分子中氢键的形成

2. 疏水键： 非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。

蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如 Leu ， Ile， Val ， Phe ， Ala 等的侧链基团。

3. 离子键（盐键）： 离子键 (salt bond) 是由带正电荷基团

与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。

在接近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。

蛋白质分子中离子键的形成

4 ．范德华（ van der Waals)力： 原子之间存在的相互作用力。

肌红蛋白三级结构

三级结构的特点：

外圆中空的球状结构，亲水氨基酸向外延伸，疏水氨基酸向内隐藏。

五、蛋白质的四级结构

具有独立三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互连接而形成的聚合体结构就是蛋白质的四级结构。

每一个具有独立的三级结构的多肽链称为该蛋白质的亚基。

实例：血红蛋白

蛋白质的结构层次小结

一级 二级 三级 四级

蛋白质的结构是功能的基础；而蛋白

质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋

白质一级结构包含了其分子的所有信息，并

决定其高级结构，高级结构和其功能密切相

关。

第五节 蛋白质结构与功能的关系

一、蛋白质一级结构与功能的关系

1 、蛋白质一级结构的变异与分子病

实例：镰刀型贫血病－血红蛋白氨基酸改变

人体正常红细胞

镰刀型贫血病病人的红细胞

血红蛋白 - 链 N 端氨基酸排列顺序：

Hb-A （正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-

Lys…

Hb-S （患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-

Lys…

2 、一级结构改变与酶原激活

胰凝乳蛋白酶原的激活

胰酶

3 、一级结构的种属差异与同源性

实例：细胞色素 C

生物 与人不同的 AA 数目黑猩猩 0

恒河猴 1

兔 9

袋鼠 10

牛、猪、羊、狗 11

马 12

鸡、火鸡 13

响尾蛇 14

海龟 15

金枪鱼 21

角饺 23

小蝇 25

蛾 31

小麦 35

粗早链孢霉 43

酵母 44

二、蛋白质空间结构与功能的关系

一定的蛋白质构象，与一定的蛋白质功能相适应的。

1 、蛋白质高级构

象破坏，功能丧失

活性状态

无活性状态

活性状态

实例：核糖核酸酶的变性

与复性

2 、蛋白质在表现生物功能时，构象发生

一定变化（变构效应）

实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能

O2

Hb

Hb- O2

O2

血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线

氧的浓度0 20 40 60 80 100

Myoglobin

Hemoglobin

结构是功能的基础，且一级结构决定高级结构。

空间结构与其功能具有相互适应性和高度统一性。

第六节 蛋白质的重要性质

一、 两性解离性质及等电点

二、 蛋白质的胶体性质

三、 蛋白质的沉淀

四、 蛋白质的变性与复性

五、 蛋白质的紫外吸收特性

六、 蛋白质的颜色反应

一、 两性解离性质及等电点

当蛋白质溶液在某一定 pH 值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的 pH 值即为该蛋白质的等电点。

处于等电点的蛋白质溶解度最小。

二、 蛋白质的胶体性质

（ 1 ）蛋白质分子颗粒直径在 1 ～ 100nm 之间。

（ 2 ）蛋白质分子表面有许多极性基团，很容易吸附水分子，形成一层水膜。

（ 3 ）蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，不易聚集沉淀。

三、 蛋白质的沉淀沉淀的条件：破坏分子表面的水膜、电荷

1. 可逆的沉淀作用

⑶盐溶：在蛋白质溶液中加入中性盐的浓度较低时，蛋白质溶解度会增加的现象。

⑷调 pH至等电点

⑵分段盐析

⑴盐析：在蛋白质溶液中加入一定量的中性盐使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析 。

2．不可逆的沉淀作用

(1) 、重金属盐沉淀蛋白质

(2) 、生物碱以及某些酸类沉淀蛋白质

(3) 、有机溶剂沉淀蛋白质

(4) 、加热凝固

四、 蛋白质的变性与复性

蛋白质的变性是指蛋白质因受某些物理或化学因素的影响，分子的空间构象被破坏，从而导致其理化性质发生改变并失去原有的生物学活性的现象。

生物活性丧失 、溶解度降低、粘度增加 、空间结构破坏

蛋白质的复性：如果除去变性因素，在适当条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。

五、 蛋白质的紫外吸收特性

蛋白质在远紫外光区（ 200-230nm ）有较大的吸收，在 280nm 有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。

含有两个或两个以上肽键结构的化合物都可有双缩脲反应 。 红紫色络合物

( 碱性溶液 )Cu2+

六、 蛋白质的颜色反应－双缩脲反应

The end