第二章 蛋白质化学
一, 蛋白质的生物学意义
二, 蛋白质的元素组成
三, 蛋白质的氨基酸组成
四, 肽
五, 蛋白质的结构
六, 蛋白质分子结构与功能的关系
七, 蛋白质的性质
八, 蛋白质的分类
蛋白质 (protein,1838年提出,最
重要的 /最原始的 /最根本的 ) (是由
许多不同的 α -氨基酸按一定的序列
通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具
有较稳定的构象并具有一定生物功能
的大分子。 )
一, 蛋白质的生物学意义
蛋白质存在于所有的生物细胞中，
是构成生物体最基本的结构物质和
功能物质。
蛋白质是生命活动的物质基础，它
参与了几乎所有的生命活动过程。
1.生物体内的蛋白质是除水以外，机体组
织中最多的组分，占人体干重的 45%，占细
菌干重的 50～ 70% 。
1.作为生物催化剂,在体内催化各种物质
代谢反应的酶几乎都是蛋白质。
2.调节代谢反应,一些激素是蛋白质或肽，
如胰岛素、生长素。
3.运输载体,如红细胞中运输 O2,CO2要靠
Hb(Hemoglobin血红蛋白 )、运输脂类物质
的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫
载体蛋白。
4.参与机体的运动,如心跳、胃肠蠕动等，依靠与
肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动
蛋白。
5.参与机体的防御,机体抵抗外来侵害的防御机
能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。
6.接受传递信息,如口腔中的味觉蛋白、视网膜中
的视觉蛋白。
7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。
8.其它,如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和
储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。
还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功
能。
所以，我们不难理解，为什么说 没有蛋白
质就没有生命 。
综上所述, 蛋白质存在于所有的生物细
胞中，是构成生物体最基本的结构物质
和功能物质。
蛋白质是生命活动的物质基础，它参与
了几乎所有的生命活动过程。 在细胞结
构、生物催化、物质传输、运动、防御、
调控以及记忆、识别等各方面都起着极
其重要的作用。
1.元素组成,蛋白质是一类含氮有机化合物, 除
含有碳, 氢, 氧外, 还有氮和少量的硫 。 某些
蛋白质还含有其他一些元素, 主要是磷, 铁,
碘, 钼, 锌和铜等 。 这些元素在蛋白质中的组
成百分比约为：
碳 50％ -55%
氢 6.5-7.3％
氧 19-24％
氮 16%
硫 0-3％
其他 微 量
二、蛋白质的元素组成
蛋白质的含氮量
大多数蛋白质的含氮量接近于 16%,这是
蛋白质元素组成的一个特点, 也是凯氏
（ Kjedahl） 定氮法测定蛋白质含量的计
算基础 。 所以, 可以根据生物样品中的
含氮量来计算蛋白质的大概含量：
蛋白质含量 =蛋白氮 ? 6.25
6.25为蛋白质系数, 即 1克氮所代表的蛋
白质量 （ 克数 ）
三、蛋白质的氨基酸组成
氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细
菌到人类，所有蛋白质都由 20种 标准氨基
酸 （ 20 standard amino acids)组成。
蛋白质的水解
蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样
可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能
够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水
解,
完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分
水解通常得到多肽片段。最后得到各种
氨基酸的混合物。
所以，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种氨基酸被称为 基本氨基酸 。
1、酸水解
? 常用 6 mol/L的盐酸或 4 mol/L的硫酸在
105-110℃ 条件下进行水解, 反应时间约
20小时 。
? 此法的优点是不容易引起水解产物的消
旋化, 得到的是 L-氨基酸 。 缺点是 色氨
酸 被沸酸完全破坏；
? 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有
一小部分被分解； 天门冬酰胺和谷氨酰
胺 侧链的酰胺基被水解成了羧基 。
2、碱水解
? 一般用 5 mol/L氢氧化钠煮沸 10-20小时 。
? 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同
程度的破坏, 产率不高 。
? 部分的水解 产物发生消旋化, 其产物是
D-型和 L-型氨基酸的混合物 。
? 该法的优点是 色氨酸 在水解中不受破坏 。
3、酶水解
? 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶
（ proteolytic enzyme）或称蛋白酶
（ proteinase）已有十多种。
? 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸, 也不
会发生消旋化 。 水解的产物为较小的 肽
段 。
? 最常见的蛋白水解酶有以下几种,胰蛋
白酶, 糜蛋白酶, 胃蛋白酶, 嗜热菌蛋
白酶 。
?-氨基酸：
C O O H
C HH 2 N
R
不变部分
可变部分
（一）氨基酸的 结构通式, 19种氨基酸具
有一级氨基（ -NH3+）和羧基（ -COOH）
结合到 α碳原子（ Cα），同时结合到（ Cα）
上的是 H原子和各种侧链（ R）； Pro具有
二级氨基（ α-亚氨基酸 ）
蛋白质中常见氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine 脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
H
O H
O
氨基乙酸
氨基酸的结构
脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
C H 3
O H
O
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
?-氨基丙酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
C H
O H
O
C H 3
C H 3
?-氨基异戊酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
亮氨酸
Leucine
脂肪族氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H C H
3
C H
3
?-氨基异己酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
亮氨酸
Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脂肪族氨基酸
?-氨基 -?-甲基戊酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脯氨酸
Proline
亚 氨基酸
H
N
C
O H
O
?-吡咯烷基 -?-羧酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脯氨酸 Proline
甲硫氨酸
Methionine
含硫氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
S
C H
3
? -氨基 -?-甲硫基丁酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸 Ileucine
脯氨酸 Proline
甲硫氨酸
Methionine
半胱氨酸
Cysteine
含硫氨基酸
? -氨基 -?-巯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
Phenylalan
ine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
? -氨基 -?-苯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸苯丙氨酸
Phenylalan
ine
酪氨酸
Tyrosine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
O H
? -氨基 -?-对羟苯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
Phenylalan
ine
酪氨酸
Tyrosine
色氨酸
Tryptophan
Trp
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
H N
? -氨基 -?-吲哚基丙 酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C H
2
N H
C
N H
2
N H
? -氨基 -?-胍基戊 酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
赖氨酸
Lysine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C H
2
C H
2
N H
2
?,?-二氨基己酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
赖氨酸
Lysine
组氨酸
Histidine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
N
N H
? -氨基 -?-咪唑基丙 酸
氨基酸的结构
天冬氨酸
Aspartate
酸性氨基酸H 2 N C H C
C H 2
O H
O
C
O H
O
? -氨基丁二酸
氨基酸的结构
天冬氨酸
Aspartate
谷氨酸
Glutamate
酸性氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C
O H
O
? -氨基戊二酸
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine 含羟基 氨基酸
H 2 N C H C
C H 2
O H
O
O H
? -氨基 -?-羟基丙 酸
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine
苏氨酸
Threonine
含羟基 氨基酸
H 2 N C H C
C H
O H
O
O H
C H 3
? -氨基 -?-羟基丁 酸
氨基酸的结构
天冬酰胺
Asparagine
含酰胺氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C
N H
2
O
氨基酸的结构
天冬酰胺
Asparagine
谷酰胺
Glutamine
含酰胺氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C
N H
2
O
不带电形
式
H2N— Cα— H
COOH
R
+H3N— Cα— H
COO-
R
两性离子形
式
氨基酸的分类
（一）根据来源分,内源氨基酸和外源氨基酸
（二）从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基
酸 Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys
一 家 写 两 三 本 书 来
（三）根据是否组成蛋白质来分：蛋白质
中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非
蛋白氨基酸
（二）氨基酸的分类
1.根据 R的化学结构
（ 1）脂肪族氨基酸,1）疏水性,Gly,Ala、
Val,Leu,Ile,Met,Cys； 2）极性：
Arg,Lys,Asp,Glu,Asn,Gln,Ser、
Thr
（ 2）芳香族氨基酸,Phe,Tyr
（ 3）杂环氨基酸,Trp,His
（ 4）杂环亚氨基酸,Pro
2.根据 R的极性
（ 1）极性氨基酸,1）不带电,Ser,Thr、
Asn,Gln,Tyr,Cys； 2）带正电,His、
Lys,Arg； 3）带负电,Asp,Glu
（ 2）非极性氨基酸,Gly,Ala,Val,Leu、
Ile,Phe,Met,Pro,Trp
3.蛋白质中几种重要的稀有氨基酸
? 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸,
通常称为 不常见蛋白质氨基酸 。
? 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来
的 。
? 其中重要的有 4-羟基脯氨酸, 5-羟基赖氨酸,
N-甲基赖氨酸, 和 3,5-二碘酪氨酸等 。 这些不
常见蛋白质氨基酸的结构如下 。
N
H
HO
C O OH
4- 羟基脯氨酸
H 2 N C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O H
O H N H
2
5- 羟基赖氨酸
N H 2
C H 3 N H C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O H
6 - N - 甲基赖氨酸
HO
I
I
C H 2 C H C O O H
N H 2
3,5 - 二碘酪氨酸
4.非蛋白氨基酸
广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合
态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部
分也是蛋白质氨基酸的衍生物。
H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-CH2-COOH
?-丙氨酸 ?-氨基丁酸
1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分,D-Glu D-
Ala
2.作为一些重要代谢物的前体或中间体,?-丙氨酸
（ VB3）、鸟氨酸（ Orn）、胍氨酸（ Cit） (尿素 )
3.作为神经传导的化学物质,?-氨基丁酸
4.有些氨基酸只作为一种 N素的转运和贮藏载体
（刀豆氨酸）
5.调节生长作用
6.杀虫防御作用
绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。
5.非蛋白氨基酸存在的意义
氨基酸的理化性质
除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性 ?-碳原子，
因此都具有旋光性 。具有旋光性 [左旋（ -）
或右旋（ +）比旋光度 (表 1-2,P.3)是氨基酸
的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的
重要依据。
（一）氨基酸的一般物理性质
1.氨基酸的旋光性及立体异构
构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸
外，均含有 α -碳原子，在空间各
原子有两种排列方式,L-构型与 D-
构型，它们的关系就像左右手的关
系，互为镜像关系，下图以丙氨酸
为例：
2.氨基酸的光吸收
? 构成蛋白质的 20种氨基酸在可见光区都没有
光吸收，但在 远紫外区 (<220nm)均有光吸收。
? 在 近紫外区 (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,苯丙氨酸的 ?max＝
257nm，
色氨酸的 ?max＝ 280nm，
3.高熔点
4.一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于乙
醚。
5.氨基酸一般有味,如 Lys…
（二） 氨基酸的两性性质和等电点
从上图可知：氨基酸在酸性环境中, 主要以阳离
子的形式存在, 在碱性环境中, 主要以阴离子的形
式存在 。 在某一 pH环境下, 以两性离子 （ 兼性离子 ）
的形式存在 。 该 pH称为该氨基酸的等电点 。 所以氨
基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相
等时的溶液 pH。
氨基酸等电点
（ isoeletric point）
的计算
中性氨基酸：
pI=(pK’1 + pK’2)/2
pK’1为 α -羧基的解
离常数,
pK’2为 α -氨基的解
离常数 。
推导过程
丙氨酸的解离：
N+H3 N+H3
OH- [ Ala ] [H+]
H3C C COOH H3C C COO- + H+ K’1=
[Ala+]
H H
Ala+ Ala
N+H3 NH2
OH- [Ala-] [H+]
H3C C COO- H3C C COO- + H+ K’2=
[Ala ]
H H
Ala Ala-
二十种氨基酸的 pK,及等电点：
（三）氨基酸的化学反应
C O O H
C HH 2 N
R
亚硝酸盐反应
烃基化反应
酰化反应
脱氨基反应
西佛碱反应
成盐成酯反应
成酰氯反应
脱羧基反应
叠氮反应
侧链反应
1.与茚三酮反应
脯氨酸与 茚三酮反应的产物：
N+
黄色化合物
2,与亚硝酸反应：
放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自
亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气的体积
量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白
质的水解程度。
3.与甲醛的反应
用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出
氢离子，然后用 NaOH滴定，从消耗的碱量可
以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定
法。
4,与 2,4-二硝基氟苯（ 2,4-DNFB）的反应
（ Sanger反应）：
生成黄色的二硝基苯 -氨基酸衍生物。
5,与苯异硫氰酸酯（ PITC）反应（ Edman反应）：
生成苯乙内酰硫脲 -氨基酸。
6,与丹磺酰氯（ DNS-Cl）的反应：生成荧光物质
DNS-氨基酸。
4,5,6.反应用于蛋白质的 N-末端的测定。
黄色 （水相）（有机相）
4,与 2,4-二硝基氟苯（ 2,4-DNFB）的反应
（ Sanger反应）
用途,可以用来鉴定多肽或蛋白质 NH2末端氨基酸,
亦称 Sanger反应
PTH-AA
5,与苯异硫氰酸酯（ PITC）反应（ Edman反应）：
生成苯乙内酰硫脲 -氨基酸
— N=C=S + N— CH— COOH
H
H R
PITC
— N— C— N— CH— COOH
H H R
S PTC-氨基酸
— N— C
H R
S
NC
C
O PTH-氨基酸
pH8.3
无水 HF
重复测定
多肽链 N端
氨基酸排
列顺序，
设计出
,多肽顺
序自动分
析仪,
N ( C H
3
)
2
S O
2
C l
H
2
N C H C
R O
H N C H C
R O
S O
2
N ( C H
3
)
2
+
水解
N ( C H
3
)
2
S O
2 H N C H C
R O
O H
+ 氨基酸
丹磺酰氯
多肽 N- 端
丹磺酰 N- 端氨基酸
丹磺酰氨基酸
6,与丹磺酰氯（ DNS-Cl）的反应：生成荧光物
质 DNS-氨基酸
7.侧链反应（颜色反应）
(1) Millon反应,检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的反应 。
Millon试剂,汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液 。
产物,红色的化合物 。
(2) Folin反应,检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的反应 。
Folin试剂,磷钼酸, 磷钨酸混合溶液 。
产物,蓝色的钼蓝, 钨蓝 。
(3) 坂口反应,检测 Arg或含 Arg的蛋白质的反应 。
坂口试剂,α — 萘酚的碱性次溴酸钠溶液 。
产物,砖红色的沉淀 。
(4) Pauly反应,检测 His,Tyr及含 His,Tyr蛋白质
的反应。
试剂,对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混
合溶液
产物,橘红色的化合物。
(5) 乙醛酸的反应,检测 Trp或含 Trp蛋白质的反应。
当 Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分
层现象，界面出现紫色环。
(6) Cys的反应,Cys或含 Cys蛋白质与亚硝基亚铁氰
酸钠在稀氨的溶液中，产生一种红色的化合物。
四、肽 （ peptide）
—— 一个氨基酸的 α-羧基和另一个氨基酸的
α-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间
脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。
当两个氨基酸通过肽键相互连接形成二肽，
在一端仍然有游离的氨基和另一端有游离的羧基，
每一端连接更多的氨基酸。氨基酸能以肽键相互
连接形成长的、不带支链的寡肽（ 25个氨基酸残
基以下）和多肽（多于 25个氨基酸残基）。多肽
仍然有游离的 α -氨基和 α -羧基。
? 一个氨基酸的羧基与另
一个氨基酸的氨基之间
失水形成的酰胺键称为
肽键,所形成的化合物
称为 肽 。
肽与肽键
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 。 组成多肽的氨基酸单元 称
为 氨基酸残基 。
C C N C C N C C N C C N C
C H
2
C H C H
2
C H
2
C H
2
C O O
-
O H C O
2
H C H
2
C O N H
2
O H
C H
3
H
3
N
+
O O O O
H H H H H
H H H H
S e r V al T y r A s p G l n
C H
3
N- 端 C- 端
肽键
? 在多肽链中,氨基酸残基按一定的顺序排列，这
种排列顺序称为 氨基酸顺序
? 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。如上述五肽可
表示为：
? Ser-Val-Tyr-Asp-Gln
肽链写法,游离 α -氨基在左，游离 α -羧基在
右，氨基酸之间用, -”表示肽键。
H2N-丝氨酸 -亮氨酸 -苯丙氨酸 -COOH
Ser-Leu-Phe
（ S-L-F）
肽的重要理化性质
1.每种肽也有其晶体，晶体的熔点都很高。
2.在 pH0-14范围内，肽的酸碱性质主要来自游离
末端 ?-NH2和游离末端 ?-COOH以及侧链上可解
离的基团。
3.每一种肽都有其相应的等电点，计算方法与 AA
一致且复杂。
4,肽的化学反应：也能发生茚三酮反应、
Sanger反应,DNS反应和 Edman反应；还可发
生双缩脲反应。
5,多肽的双缩脲反应是多肽特有的颜色
反应 ;双缩脲是两分子的尿素经加热失去
一分子 NH3而得到的产物 。
双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰
色的铜 -双缩脲络合物，称为双缩脲反应。
含有两个以上肽键的多肽，具有与双缩
脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反
应，生成紫红色或蓝紫色络合物。这是
多肽定量测定的重要反应。
天然存在的重要多肽
在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白
质的亚单位。
但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态
存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，
常称为活性肽（ active peptide）。
如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱
甘肽；蛇毒多肽等。
L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val
? ?
L-Orn L-Orn
? ?
L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu
短杆菌肽 S(环十肽 )
由细菌分泌的多肽, 有时也都含有 D-氨基酸和一
些非蛋白氨基酸 。 如鸟氨酸 （ Ornithine,缩写
为 Orn） 。
五,蛋白质的结构
蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序
列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状
（构象）（ conformation）。在结构中，这种
构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。
蛋白质有四种结构层次：
一级结构（ primary）
二级结构（ secondary）
三级结构（ tertiary）
四级结构（ quaternary）（不总是有）。
Primary secondary tertiary quaternary
（一）蛋白质的一级结构（化学结构）
一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的
排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因
编码的蛋白质中，这种序列是由 mRNA中的
核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共
价键（ covalent bonds）主要指肽键
（ peptide bond）和二硫键（ disulfide
bond）
定义 —— 1969年，
国际纯化学与应用化
学委员会（ IUPAC）
规定：蛋白质的一级
结构指蛋白质多肽连
中 AA的排列顺序，包
括二硫键的位置。其
中最重要的是多肽链
的氨基酸顺序，它是
蛋白质生物功能的基
础。
胰岛素的一级结构
(一 )蛋白质的一级结构研究
一级结构的研究包括,蛋白质的氨基酸组成测定，肽链
数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，
二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下：
1.获取一定量纯的蛋白质样品,测其分子量，然后将样品
完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基
酸的含量。
2.进行末端测定,确定该蛋白质的肽链数目,N-端和 C-端
是什么氨基酸。
N-末端测定法,常采用 2,4— 二硝基氟苯法,Edman降解
法、丹磺酰氯法。
C-末端测定法,常采用肼解法、羧肽酶法。
3.肽链的拆分,经末端的分析，若该蛋白质含有两条以
上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋
白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共
价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将
其分开。
4.各肽链中氨基酸排列顺序的测定,使用两种以上的方
法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然
后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。
5.确定二硫键和酰胺的位置
（二）蛋白质的二级结构
二级结构的概念,多肽链在一级结构的基础
上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成
的空间构象。其实质是多肽链在空间的排列方
式。
α -螺旋,β -折叠,β -转角、自由回转
?-螺旋（ ?-helix ）
? α -螺旋在许多蛋白中存在，如 α -角蛋白、
血红蛋白、肌红蛋白等，主要由 α -螺旋结构
组成。
?多个肽键平面通过 α -碳原子旋转，主链绕一条
固定轴形成右手螺旋。
?每 3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于 0.54nm。
?相邻两圈螺旋之间借肽键中 C＝ O和 N-H形成许多
链内氢健，即每一个氨基酸残基中的 NH和前面相
隔三个残基的 C＝ O之间形成氢键，这是稳定 α -螺
?肽链中氨基酸侧链 R，分布在螺旋外侧，其形状
、大小及电荷影响 α -螺旋的形成。
结构要点
酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，
不利于 α -螺旋形成；较大的 R(如苯丙氨酸、色氨
酸、异亮氨酸 )集中的区域，也妨碍 α －螺旋形成；
脯氨酸因其 α -碳原子位于五元环上，不易扭转，
加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上
述 α -螺旋；甘氨酸的 R基为 H，空间占位很小，也
会影响该处螺旋的稳定。
影响 α -螺旋稳定的因素
β -折叠结构（ β -pleated sheet）
是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，
依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持
结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，
氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。
Cα
CαCαCα
Cα Cα
RR
RRR
R
N
N
C
N
N
C
C
C 平行
反平行
?多肽链呈 锯齿状 （或扇面状）排列成比较伸展的
结构；
?相邻两个氨基酸残基的轴心距离为 0.35nm，侧链
R基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有
氢键 相连；
?有 平行式 和 反平行式 两种，平行式的折叠其 Φ=-
119。, Ψ=+113。 。反平行折叠其 Φ=-139。,
Ψ=+135。 。
这种片层在丝心蛋白里大量存在。
结构要点
β -转角,又称 β -弯曲,β -回折或发夹结构。
指蛋白质的多肽链在形成空间构象时经常会出现
180。 的回折，回折处的结构就称为 β -转角。一
般由四个连续的氨基酸组成，第一个氨基酸的羧
基与第四个氨基酸的氨基形成氢键。也有一些是
由第一个氨基酸的羧基与第三个氨基酸的氨基形
成氢键。
β -转角（ β -turn）
为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常
常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的
羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸
的氨基氢上。
N— 1CH— CC
2CH
N— H
O=C
3CH
N C— 4CH— N
R
R
H
O
H
R
R
O
H
O
β -转角经
常出现在连
接反平行
β -折叠片
的端头。
自由回转
没有一定规律的松散肽链结构。酶的
活性部位。
超二级结构 是指若干相邻的二级结构中
的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，
在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋
白质二级结构至三级结构层次的一种过渡
态构象层次。
结构域 是球状蛋白质的折叠单位。多肽链
在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成
紧密的近似球行的结构，具有部分生物功
能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽
链往往由两个以上结构域缔合成三级结构。
结构域（ structural domain）
在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间
折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区
域，再组装成更复杂的球状结构，这种在二
级或超二级结构基础上形成的特定区域称为
结构域。它的结构层次介于超二级结构和三
级结构之间。如图所示：
（三）蛋白质的三级结构
一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排
布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空
间排列。大多数蛋白质的三级结构为球状或近
似球状。在三级结构中，大多数的亲水的 R侧基
分布于球形结构的表面，而疏水的 R侧基分布于
球形结构的内部，形成疏水的核心。
（四）蛋白质的四级结构
? 二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链
(亚基 )，彼此借次级键相连，形成一定的空间结
构，称为四级结构。
? 具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基
或亚单位 (subunit)，亚基可以相同，亦可以不同
。四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。
? 单独亚基，无生物学功能，当亚基聚合成为
具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。
共价键
次级键
化学键
肽键
一级结构
氢键
二硫键
二、三、四级结构
疏水键
盐键
范德华力
三、四级结构
蛋白质分子中的共价键与次级键
六、蛋白质分子结构与功能的关系
蛋白质分子具有多样的生物学功能，需
要一定的化学结构，还需要一定的空间
构象。
1.4 蛋白质结构与功能的关系⒈ 一级结构是空间构象的基础
RNase是由 124氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个 Cys
的 -SH构成 4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。
在蛋白质变性剂（如 8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基
乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结
构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析
的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，
所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改
变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个 实验表
明,蛋白质的一级结构决定它的空间
结构，而特定的空间结构是蛋白质
具有生物活性的保证。
蛋白质一级结构与功能的关系
2,前体与活性蛋白质一级结构的关系
由 108个氨基酸残基构成的前胰岛素原 (pre-
proinsulin），在合成的时候完全没有活性，
当切去 N-端的 24个氨基酸信号肽，形成 84个氨
基酸的胰岛素原（ proinsulin），胰岛素原也
没活性，在包装分泌时,A,B链之间的 33个氨
基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。
胰蛋白酶原的激活（以后讲）
比较不同来源的细胞色素 C发现，与功能密切
相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种
属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的
祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白
质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其亲缘
关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。
3.同源蛋白质有顺序同源性,
⒋ 蛋白质的一级结构与分子病
现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改
变有关，都称之为分子病。例如镰刀型贫血症，
它是由于血红蛋白的 β -亚基上的第六位氨基酸
由谷氨酸变成了缬氨酸，导致血红蛋白的结构
和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，
并且红细胞呈镰刀状。
镰状细胞贫血（ sick-cell anemia）
从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型
细胞。
β-链 1 2 3 4 5 6 7
Hb-A N- Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…
Hb-S N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…
蛋白质空间结构与功能的关系
Hb由 4条肽链组成,2α, 2β,功能是运载 O2 。
在去氧 Hb亚基中有下列几对离子键：
由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其
构象呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基
与 O2结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较
多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的
构象从紧张态变成松弛态，其它的离子键也依次
破坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象
的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因
此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。
总之，各种蛋白质都有特定的
空间构象，而特定的空间构象又
与它们特定的生物学功能相适应
，蛋白质的结构与功能是高度统
一的。
七、蛋白质的性质
（ 一）蛋白质的相对分子量
蛋白质相对分子量在 10 000~1 000 000之间。
测定分子量的主要方法有渗透压法,超离心
法,凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
最准确可靠的方法是 超离心法 （ Svedberg于
1940年设计）：蛋白质颗粒在 25~50*104 g
离心力作用下从溶液中沉降下来 。
沉降系数（ s）：单位（ cm）离心场里的沉降
速度。
沉降系数的单位常用 S,1S=1× 10-13（ s）
（二）蛋白质的两性电离及等电点
蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在
偏碱溶液中带负电荷，在等电点 pH时为两性
离子。
电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子
大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁
移率即异，在电泳时可以分开。
? 蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等
电点。在等电点时 (Isoelectric point pI)，蛋
白质的溶解度最小，在电场中不移动。
? 在不同的 pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在
外液 pH低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电
荷，在电场中向负极移动；在外液 pH高于等电点
的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正
极移动。这种现象称为蛋白质电泳 —
(Electrophoresis)带电粒子在电场中移动的现
象。
1,自由界面电泳,蛋白质溶于缓冲
液中进行电泳。
2,区带电泳,将蛋白质溶液点在浸
了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分
形成带状区域。
（ 1）纸上电泳,用滤纸作支持物。
（ 2）凝胶电泳,用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚
丙烯酰胺）作支持物。
1）圆盘电泳,玻璃管中进行的凝胶电泳 。
+
—
2）平板电泳,铺有凝胶的玻板上进
行的电泳。
- +
? 由于蛋白质的分子量很大（ 1-100nm），它在
水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体
溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。
? 由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因
此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。
透析法,以半透膜提纯蛋白质的方法叫透析法
半透膜,只允许溶剂小分子通过，而溶质大分子
不能通过，如羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等
（三）蛋白质的胶体性质
布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透
过半透膜，具有吸附能力
蛋白质溶液稳定的原因：
1）表面形成水膜（水化层）；
2）带相同电荷。
? 蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量
大小、所带的电荷和水化作用有关。
? 改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解
性质
? 在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中
沉淀出来。
? 定义：蛋白质在溶液中靠水膜和电荷保
持其稳定性，水膜和电荷一旦除去，蛋
白质溶液的稳定性就被破坏，蛋白质就
会从溶液中沉淀下来，此现象即为蛋白
质的沉淀作用。
（四）蛋白质的沉淀反应
1,加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白
质沉淀析出。
分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白
质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清
球蛋白（ 50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋
白（饱和 (NH4)2SO4)。
2,加有机溶剂
3,加重金属盐
4,加生物碱试剂
单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯
乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。
（五）蛋白质的变性
天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其
共价键不变，但分子内部原有的高度规律
性的空间排列发生变化，致使其原有性质
发生部分或全部丧失，称为蛋白质的 变性 。
变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称
凝固 。
蛋白质的变性
? 蛋白质变性后的表现,生物活性丧失；溶解
度降低，对于球状蛋白粘度增加；生化反应
易进行；光吸收系数增大；组分和分子量不
变。
引起蛋白质变性的主要因素：
? 温度（热、冷）
? 强酸、强碱
? 尿素和盐酸胍的影响 （破坏分子内部氢键、破坏疏水效应）
? H2N-C-NH2 H2N-C-NH2+Cl-
? 表面活性剂的影响：如十二烷基硫酸钠（ SDS）
CH3-（ CH2） 10-CH2-O-S-O-.Na+ （ 1.4gSDS/1g蛋白）
O NH2
o
o
蛋白质的复性
? 定义：当变性因素除去后，变性蛋白质又可恢
复到天然构象，这一现象称为蛋白质的复性
（ renaturation）。
? 蛋白质变性的预防和利用：医疗方面；食品方
面；蛋白质制备；酶制剂保存等。
有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性
如不超过一定限度，经适当处理后，可重
新变为天然蛋白质。
反应名称 试 剂 颜色 反应有关基团 有此反应的
蛋白质或氨
基酸
双缩脲反应 NaOH,CuSO2 紫色或粉
红色
二个以上肽键 所有蛋白质
米伦反应 HgNO3,
Hg(NO3)2 及
HNO3混合物
红色 Tyr
黄色反应 浓 HNO3及 NH3 黄色, 橘
色
Tyr,Phe
乙醛酸反应
(Hopking-Cole 反
应 )
乙醛酸试剂及浓
H2SO4
紫色 Trp
坂口反应
(Sakaguchi反应 )
α-萘酚, NaClO 红色 胍基 Arg
酚试剂反应
(Folin-Cioculteu
反应 )
碱性 CuSO4及磷
钨酸 -钼酸
蓝色 酚基, 吲哚基 Tyr
茚三酮反应 茚三酮 蓝色 自由氨基及羧基 α-氨基酸
（六）蛋白质的颜色反应
— OH
N
? 大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨
酸和色氨酸。
? 这三种氨基酸的在 280nm 附近有最大吸收。因此，
大多数蛋白质在 280nm 附近显示强的吸收。
? 利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定和定
量测定。
（七）蛋白质的紫外吸收
八、蛋白质的分类
1,蛋白质形状
球状蛋白
纤维状蛋白
? 依据蛋白质的外形分类
? 按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和
纤维状蛋白质。
? 球状蛋白质,globular protein外形接
近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成
结晶，大多数蛋白质属于这一类。
? 纤维状蛋白质, fibrous protein分子类
似纤维或细棒。它又可分为 可溶性纤维
状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质 。
2,分子组成
简单蛋白
（按溶解度）
结合蛋白
（按辅基）
清蛋白
球蛋白
谷蛋白
醇溶蛋白
精蛋白
组蛋白
硬蛋白
核蛋白
糖蛋白与蛋白聚糖
脂蛋白
色蛋白
磷蛋白
依据蛋白质的组成分类
? 按照蛋白质的组成，可以分为
? 简单蛋白 (simple protein)
? 结合蛋白 (conjugated protein) 。
简单蛋白
? 又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只由氨基酸组成的肽链，
不含其它成分。
1.清蛋白和球蛋白,albumin and globulin广泛存在于
动物组织中。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、稀碱中，后者可溶于 70－
80％乙醇中。
3.精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在于细胞核中。
4.硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，
分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。
结合蛋白
? 由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。
? 色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、
叶绿蛋白和细胞色素等。
? 糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖
蛋白等。
? 脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清 ?-,?-
脂蛋白等。
? 核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核
糖核蛋白等。
? 黄素蛋白：由简单蛋白与黄素核苷酸结合而成。如琥珀
酸脱氢酶,D-氨基酸氧化酶
? 金属蛋白：由简单蛋白与金属结合而成。如铁蛋白、谷
胱甘肽过氧化物酶（硒）、乙醇氧化酶 （锌）
本章较全面地介绍了蛋白质化学的基本知识，
重点阐述了氨基酸和蛋白质的结构、性质和
功能间的依存关系。在学习氨基酸的结构时
应联系有机化学的羧酸结构，在学习氨基酸
的化学性质时应联系氨基酸的结构，再将氨
基酸的结构和特性与蛋白质的结构和特性联
系起来。认识蛋白质的重要生物学意义。
一, 蛋白质的生物学意义
二, 蛋白质的元素组成
三, 蛋白质的氨基酸组成
四, 肽
五, 蛋白质的结构
六, 蛋白质分子结构与功能的关系
七, 蛋白质的性质
八, 蛋白质的分类
蛋白质 (protein,1838年提出,最
重要的 /最原始的 /最根本的 ) (是由
许多不同的 α -氨基酸按一定的序列
通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具
有较稳定的构象并具有一定生物功能
的大分子。 )
一, 蛋白质的生物学意义
蛋白质存在于所有的生物细胞中，
是构成生物体最基本的结构物质和
功能物质。
蛋白质是生命活动的物质基础，它
参与了几乎所有的生命活动过程。
1.生物体内的蛋白质是除水以外，机体组
织中最多的组分，占人体干重的 45%，占细
菌干重的 50～ 70% 。
1.作为生物催化剂,在体内催化各种物质
代谢反应的酶几乎都是蛋白质。
2.调节代谢反应,一些激素是蛋白质或肽，
如胰岛素、生长素。
3.运输载体,如红细胞中运输 O2,CO2要靠
Hb(Hemoglobin血红蛋白 )、运输脂类物质
的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫
载体蛋白。
4.参与机体的运动,如心跳、胃肠蠕动等，依靠与
肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动
蛋白。
5.参与机体的防御,机体抵抗外来侵害的防御机
能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。
6.接受传递信息,如口腔中的味觉蛋白、视网膜中
的视觉蛋白。
7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。
8.其它,如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和
储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。
还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功
能。
所以，我们不难理解，为什么说 没有蛋白
质就没有生命 。
综上所述, 蛋白质存在于所有的生物细
胞中，是构成生物体最基本的结构物质
和功能物质。
蛋白质是生命活动的物质基础，它参与
了几乎所有的生命活动过程。 在细胞结
构、生物催化、物质传输、运动、防御、
调控以及记忆、识别等各方面都起着极
其重要的作用。
1.元素组成,蛋白质是一类含氮有机化合物, 除
含有碳, 氢, 氧外, 还有氮和少量的硫 。 某些
蛋白质还含有其他一些元素, 主要是磷, 铁,
碘, 钼, 锌和铜等 。 这些元素在蛋白质中的组
成百分比约为：
碳 50％ -55%
氢 6.5-7.3％
氧 19-24％
氮 16%
硫 0-3％
其他 微 量
二、蛋白质的元素组成
蛋白质的含氮量
大多数蛋白质的含氮量接近于 16%,这是
蛋白质元素组成的一个特点, 也是凯氏
（ Kjedahl） 定氮法测定蛋白质含量的计
算基础 。 所以, 可以根据生物样品中的
含氮量来计算蛋白质的大概含量：
蛋白质含量 =蛋白氮 ? 6.25
6.25为蛋白质系数, 即 1克氮所代表的蛋
白质量 （ 克数 ）
三、蛋白质的氨基酸组成
氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细
菌到人类，所有蛋白质都由 20种 标准氨基
酸 （ 20 standard amino acids)组成。
蛋白质的水解
蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样
可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能
够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水
解,
完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分
水解通常得到多肽片段。最后得到各种
氨基酸的混合物。
所以，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种氨基酸被称为 基本氨基酸 。
1、酸水解
? 常用 6 mol/L的盐酸或 4 mol/L的硫酸在
105-110℃ 条件下进行水解, 反应时间约
20小时 。
? 此法的优点是不容易引起水解产物的消
旋化, 得到的是 L-氨基酸 。 缺点是 色氨
酸 被沸酸完全破坏；
? 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有
一小部分被分解； 天门冬酰胺和谷氨酰
胺 侧链的酰胺基被水解成了羧基 。
2、碱水解
? 一般用 5 mol/L氢氧化钠煮沸 10-20小时 。
? 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同
程度的破坏, 产率不高 。
? 部分的水解 产物发生消旋化, 其产物是
D-型和 L-型氨基酸的混合物 。
? 该法的优点是 色氨酸 在水解中不受破坏 。
3、酶水解
? 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶
（ proteolytic enzyme）或称蛋白酶
（ proteinase）已有十多种。
? 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸, 也不
会发生消旋化 。 水解的产物为较小的 肽
段 。
? 最常见的蛋白水解酶有以下几种,胰蛋
白酶, 糜蛋白酶, 胃蛋白酶, 嗜热菌蛋
白酶 。
?-氨基酸：
C O O H
C HH 2 N
R
不变部分
可变部分
（一）氨基酸的 结构通式, 19种氨基酸具
有一级氨基（ -NH3+）和羧基（ -COOH）
结合到 α碳原子（ Cα），同时结合到（ Cα）
上的是 H原子和各种侧链（ R）； Pro具有
二级氨基（ α-亚氨基酸 ）
蛋白质中常见氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine 脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
H
O H
O
氨基乙酸
氨基酸的结构
脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
C H 3
O H
O
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
?-氨基丙酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
脂肪族氨基酸
H 2 N C H C
C H
O H
O
C H 3
C H 3
?-氨基异戊酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
亮氨酸
Leucine
脂肪族氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H C H
3
C H
3
?-氨基异己酸
氨基酸的结构
甘氨酸
Glycine
丙氨酸
Alanine
缬氨酸
Valine
亮氨酸
Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脂肪族氨基酸
?-氨基 -?-甲基戊酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脯氨酸
Proline
亚 氨基酸
H
N
C
O H
O
?-吡咯烷基 -?-羧酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸
Ileucine
脯氨酸 Proline
甲硫氨酸
Methionine
含硫氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
S
C H
3
? -氨基 -?-甲硫基丁酸
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
丙氨酸 Alanine
缬氨酸 Valine
亮氨酸 Leucine
异亮氨酸 Ileucine
脯氨酸 Proline
甲硫氨酸
Methionine
半胱氨酸
Cysteine
含硫氨基酸
? -氨基 -?-巯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
Phenylalan
ine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
? -氨基 -?-苯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸苯丙氨酸
Phenylalan
ine
酪氨酸
Tyrosine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
O H
? -氨基 -?-对羟苯基丙 酸
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
Phenylalan
ine
酪氨酸
Tyrosine
色氨酸
Tryptophan
Trp
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
H N
? -氨基 -?-吲哚基丙 酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C H
2
N H
C
N H
2
N H
? -氨基 -?-胍基戊 酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
赖氨酸
Lysine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C H
2
C H
2
N H
2
?,?-二氨基己酸
氨基酸的结构
碱性 氨基酸精氨酸
Arginine
赖氨酸
Lysine
组氨酸
Histidine
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
N
N H
? -氨基 -?-咪唑基丙 酸
氨基酸的结构
天冬氨酸
Aspartate
酸性氨基酸H 2 N C H C
C H 2
O H
O
C
O H
O
? -氨基丁二酸
氨基酸的结构
天冬氨酸
Aspartate
谷氨酸
Glutamate
酸性氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C
O H
O
? -氨基戊二酸
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine 含羟基 氨基酸
H 2 N C H C
C H 2
O H
O
O H
? -氨基 -?-羟基丙 酸
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine
苏氨酸
Threonine
含羟基 氨基酸
H 2 N C H C
C H
O H
O
O H
C H 3
? -氨基 -?-羟基丁 酸
氨基酸的结构
天冬酰胺
Asparagine
含酰胺氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C
N H
2
O
氨基酸的结构
天冬酰胺
Asparagine
谷酰胺
Glutamine
含酰胺氨基酸
H
2
N C H C
C H
2
O H
O
C H
2
C
N H
2
O
不带电形
式
H2N— Cα— H
COOH
R
+H3N— Cα— H
COO-
R
两性离子形
式
氨基酸的分类
（一）根据来源分,内源氨基酸和外源氨基酸
（二）从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基
酸 Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys
一 家 写 两 三 本 书 来
（三）根据是否组成蛋白质来分：蛋白质
中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非
蛋白氨基酸
（二）氨基酸的分类
1.根据 R的化学结构
（ 1）脂肪族氨基酸,1）疏水性,Gly,Ala、
Val,Leu,Ile,Met,Cys； 2）极性：
Arg,Lys,Asp,Glu,Asn,Gln,Ser、
Thr
（ 2）芳香族氨基酸,Phe,Tyr
（ 3）杂环氨基酸,Trp,His
（ 4）杂环亚氨基酸,Pro
2.根据 R的极性
（ 1）极性氨基酸,1）不带电,Ser,Thr、
Asn,Gln,Tyr,Cys； 2）带正电,His、
Lys,Arg； 3）带负电,Asp,Glu
（ 2）非极性氨基酸,Gly,Ala,Val,Leu、
Ile,Phe,Met,Pro,Trp
3.蛋白质中几种重要的稀有氨基酸
? 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸,
通常称为 不常见蛋白质氨基酸 。
? 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来
的 。
? 其中重要的有 4-羟基脯氨酸, 5-羟基赖氨酸,
N-甲基赖氨酸, 和 3,5-二碘酪氨酸等 。 这些不
常见蛋白质氨基酸的结构如下 。
N
H
HO
C O OH
4- 羟基脯氨酸
H 2 N C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O H
O H N H
2
5- 羟基赖氨酸
N H 2
C H 3 N H C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O H
6 - N - 甲基赖氨酸
HO
I
I
C H 2 C H C O O H
N H 2
3,5 - 二碘酪氨酸
4.非蛋白氨基酸
广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合
态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部
分也是蛋白质氨基酸的衍生物。
H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-CH2-COOH
?-丙氨酸 ?-氨基丁酸
1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分,D-Glu D-
Ala
2.作为一些重要代谢物的前体或中间体,?-丙氨酸
（ VB3）、鸟氨酸（ Orn）、胍氨酸（ Cit） (尿素 )
3.作为神经传导的化学物质,?-氨基丁酸
4.有些氨基酸只作为一种 N素的转运和贮藏载体
（刀豆氨酸）
5.调节生长作用
6.杀虫防御作用
绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。
5.非蛋白氨基酸存在的意义
氨基酸的理化性质
除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性 ?-碳原子，
因此都具有旋光性 。具有旋光性 [左旋（ -）
或右旋（ +）比旋光度 (表 1-2,P.3)是氨基酸
的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的
重要依据。
（一）氨基酸的一般物理性质
1.氨基酸的旋光性及立体异构
构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸
外，均含有 α -碳原子，在空间各
原子有两种排列方式,L-构型与 D-
构型，它们的关系就像左右手的关
系，互为镜像关系，下图以丙氨酸
为例：
2.氨基酸的光吸收
? 构成蛋白质的 20种氨基酸在可见光区都没有
光吸收，但在 远紫外区 (<220nm)均有光吸收。
? 在 近紫外区 (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,苯丙氨酸的 ?max＝
257nm，
色氨酸的 ?max＝ 280nm，
3.高熔点
4.一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于乙
醚。
5.氨基酸一般有味,如 Lys…
（二） 氨基酸的两性性质和等电点
从上图可知：氨基酸在酸性环境中, 主要以阳离
子的形式存在, 在碱性环境中, 主要以阴离子的形
式存在 。 在某一 pH环境下, 以两性离子 （ 兼性离子 ）
的形式存在 。 该 pH称为该氨基酸的等电点 。 所以氨
基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相
等时的溶液 pH。
氨基酸等电点
（ isoeletric point）
的计算
中性氨基酸：
pI=(pK’1 + pK’2)/2
pK’1为 α -羧基的解
离常数,
pK’2为 α -氨基的解
离常数 。
推导过程
丙氨酸的解离：
N+H3 N+H3
OH- [ Ala ] [H+]
H3C C COOH H3C C COO- + H+ K’1=
[Ala+]
H H
Ala+ Ala
N+H3 NH2
OH- [Ala-] [H+]
H3C C COO- H3C C COO- + H+ K’2=
[Ala ]
H H
Ala Ala-
二十种氨基酸的 pK,及等电点：
（三）氨基酸的化学反应
C O O H
C HH 2 N
R
亚硝酸盐反应
烃基化反应
酰化反应
脱氨基反应
西佛碱反应
成盐成酯反应
成酰氯反应
脱羧基反应
叠氮反应
侧链反应
1.与茚三酮反应
脯氨酸与 茚三酮反应的产物：
N+
黄色化合物
2,与亚硝酸反应：
放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自
亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气的体积
量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白
质的水解程度。
3.与甲醛的反应
用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出
氢离子，然后用 NaOH滴定，从消耗的碱量可
以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定
法。
4,与 2,4-二硝基氟苯（ 2,4-DNFB）的反应
（ Sanger反应）：
生成黄色的二硝基苯 -氨基酸衍生物。
5,与苯异硫氰酸酯（ PITC）反应（ Edman反应）：
生成苯乙内酰硫脲 -氨基酸。
6,与丹磺酰氯（ DNS-Cl）的反应：生成荧光物质
DNS-氨基酸。
4,5,6.反应用于蛋白质的 N-末端的测定。
黄色 （水相）（有机相）
4,与 2,4-二硝基氟苯（ 2,4-DNFB）的反应
（ Sanger反应）
用途,可以用来鉴定多肽或蛋白质 NH2末端氨基酸,
亦称 Sanger反应
PTH-AA
5,与苯异硫氰酸酯（ PITC）反应（ Edman反应）：
生成苯乙内酰硫脲 -氨基酸
— N=C=S + N— CH— COOH
H
H R
PITC
— N— C— N— CH— COOH
H H R
S PTC-氨基酸
— N— C
H R
S
NC
C
O PTH-氨基酸
pH8.3
无水 HF
重复测定
多肽链 N端
氨基酸排
列顺序，
设计出
,多肽顺
序自动分
析仪,
N ( C H
3
)
2
S O
2
C l
H
2
N C H C
R O
H N C H C
R O
S O
2
N ( C H
3
)
2
+
水解
N ( C H
3
)
2
S O
2 H N C H C
R O
O H
+ 氨基酸
丹磺酰氯
多肽 N- 端
丹磺酰 N- 端氨基酸
丹磺酰氨基酸
6,与丹磺酰氯（ DNS-Cl）的反应：生成荧光物
质 DNS-氨基酸
7.侧链反应（颜色反应）
(1) Millon反应,检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的反应 。
Millon试剂,汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液 。
产物,红色的化合物 。
(2) Folin反应,检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的反应 。
Folin试剂,磷钼酸, 磷钨酸混合溶液 。
产物,蓝色的钼蓝, 钨蓝 。
(3) 坂口反应,检测 Arg或含 Arg的蛋白质的反应 。
坂口试剂,α — 萘酚的碱性次溴酸钠溶液 。
产物,砖红色的沉淀 。
(4) Pauly反应,检测 His,Tyr及含 His,Tyr蛋白质
的反应。
试剂,对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混
合溶液
产物,橘红色的化合物。
(5) 乙醛酸的反应,检测 Trp或含 Trp蛋白质的反应。
当 Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分
层现象，界面出现紫色环。
(6) Cys的反应,Cys或含 Cys蛋白质与亚硝基亚铁氰
酸钠在稀氨的溶液中，产生一种红色的化合物。
四、肽 （ peptide）
—— 一个氨基酸的 α-羧基和另一个氨基酸的
α-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间
脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。
当两个氨基酸通过肽键相互连接形成二肽，
在一端仍然有游离的氨基和另一端有游离的羧基，
每一端连接更多的氨基酸。氨基酸能以肽键相互
连接形成长的、不带支链的寡肽（ 25个氨基酸残
基以下）和多肽（多于 25个氨基酸残基）。多肽
仍然有游离的 α -氨基和 α -羧基。
? 一个氨基酸的羧基与另
一个氨基酸的氨基之间
失水形成的酰胺键称为
肽键,所形成的化合物
称为 肽 。
肽与肽键
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 。 组成多肽的氨基酸单元 称
为 氨基酸残基 。
C C N C C N C C N C C N C
C H
2
C H C H
2
C H
2
C H
2
C O O
-
O H C O
2
H C H
2
C O N H
2
O H
C H
3
H
3
N
+
O O O O
H H H H H
H H H H
S e r V al T y r A s p G l n
C H
3
N- 端 C- 端
肽键
? 在多肽链中,氨基酸残基按一定的顺序排列，这
种排列顺序称为 氨基酸顺序
? 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。如上述五肽可
表示为：
? Ser-Val-Tyr-Asp-Gln
肽链写法,游离 α -氨基在左，游离 α -羧基在
右，氨基酸之间用, -”表示肽键。
H2N-丝氨酸 -亮氨酸 -苯丙氨酸 -COOH
Ser-Leu-Phe
（ S-L-F）
肽的重要理化性质
1.每种肽也有其晶体，晶体的熔点都很高。
2.在 pH0-14范围内，肽的酸碱性质主要来自游离
末端 ?-NH2和游离末端 ?-COOH以及侧链上可解
离的基团。
3.每一种肽都有其相应的等电点，计算方法与 AA
一致且复杂。
4,肽的化学反应：也能发生茚三酮反应、
Sanger反应,DNS反应和 Edman反应；还可发
生双缩脲反应。
5,多肽的双缩脲反应是多肽特有的颜色
反应 ;双缩脲是两分子的尿素经加热失去
一分子 NH3而得到的产物 。
双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰
色的铜 -双缩脲络合物，称为双缩脲反应。
含有两个以上肽键的多肽，具有与双缩
脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反
应，生成紫红色或蓝紫色络合物。这是
多肽定量测定的重要反应。
天然存在的重要多肽
在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白
质的亚单位。
但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态
存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，
常称为活性肽（ active peptide）。
如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱
甘肽；蛇毒多肽等。
L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val
? ?
L-Orn L-Orn
? ?
L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu
短杆菌肽 S(环十肽 )
由细菌分泌的多肽, 有时也都含有 D-氨基酸和一
些非蛋白氨基酸 。 如鸟氨酸 （ Ornithine,缩写
为 Orn） 。
五,蛋白质的结构
蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序
列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状
（构象）（ conformation）。在结构中，这种
构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。
蛋白质有四种结构层次：
一级结构（ primary）
二级结构（ secondary）
三级结构（ tertiary）
四级结构（ quaternary）（不总是有）。
Primary secondary tertiary quaternary
（一）蛋白质的一级结构（化学结构）
一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的
排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因
编码的蛋白质中，这种序列是由 mRNA中的
核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共
价键（ covalent bonds）主要指肽键
（ peptide bond）和二硫键（ disulfide
bond）
定义 —— 1969年，
国际纯化学与应用化
学委员会（ IUPAC）
规定：蛋白质的一级
结构指蛋白质多肽连
中 AA的排列顺序，包
括二硫键的位置。其
中最重要的是多肽链
的氨基酸顺序，它是
蛋白质生物功能的基
础。
胰岛素的一级结构
(一 )蛋白质的一级结构研究
一级结构的研究包括,蛋白质的氨基酸组成测定，肽链
数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，
二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下：
1.获取一定量纯的蛋白质样品,测其分子量，然后将样品
完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基
酸的含量。
2.进行末端测定,确定该蛋白质的肽链数目,N-端和 C-端
是什么氨基酸。
N-末端测定法,常采用 2,4— 二硝基氟苯法,Edman降解
法、丹磺酰氯法。
C-末端测定法,常采用肼解法、羧肽酶法。
3.肽链的拆分,经末端的分析，若该蛋白质含有两条以
上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋
白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共
价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将
其分开。
4.各肽链中氨基酸排列顺序的测定,使用两种以上的方
法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然
后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。
5.确定二硫键和酰胺的位置
（二）蛋白质的二级结构
二级结构的概念,多肽链在一级结构的基础
上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成
的空间构象。其实质是多肽链在空间的排列方
式。
α -螺旋,β -折叠,β -转角、自由回转
?-螺旋（ ?-helix ）
? α -螺旋在许多蛋白中存在，如 α -角蛋白、
血红蛋白、肌红蛋白等，主要由 α -螺旋结构
组成。
?多个肽键平面通过 α -碳原子旋转，主链绕一条
固定轴形成右手螺旋。
?每 3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于 0.54nm。
?相邻两圈螺旋之间借肽键中 C＝ O和 N-H形成许多
链内氢健，即每一个氨基酸残基中的 NH和前面相
隔三个残基的 C＝ O之间形成氢键，这是稳定 α -螺
?肽链中氨基酸侧链 R，分布在螺旋外侧，其形状
、大小及电荷影响 α -螺旋的形成。
结构要点
酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，
不利于 α -螺旋形成；较大的 R(如苯丙氨酸、色氨
酸、异亮氨酸 )集中的区域，也妨碍 α －螺旋形成；
脯氨酸因其 α -碳原子位于五元环上，不易扭转，
加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上
述 α -螺旋；甘氨酸的 R基为 H，空间占位很小，也
会影响该处螺旋的稳定。
影响 α -螺旋稳定的因素
β -折叠结构（ β -pleated sheet）
是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，
依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持
结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，
氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。
Cα
CαCαCα
Cα Cα
RR
RRR
R
N
N
C
N
N
C
C
C 平行
反平行
?多肽链呈 锯齿状 （或扇面状）排列成比较伸展的
结构；
?相邻两个氨基酸残基的轴心距离为 0.35nm，侧链
R基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有
氢键 相连；
?有 平行式 和 反平行式 两种，平行式的折叠其 Φ=-
119。, Ψ=+113。 。反平行折叠其 Φ=-139。,
Ψ=+135。 。
这种片层在丝心蛋白里大量存在。
结构要点
β -转角,又称 β -弯曲,β -回折或发夹结构。
指蛋白质的多肽链在形成空间构象时经常会出现
180。 的回折，回折处的结构就称为 β -转角。一
般由四个连续的氨基酸组成，第一个氨基酸的羧
基与第四个氨基酸的氨基形成氢键。也有一些是
由第一个氨基酸的羧基与第三个氨基酸的氨基形
成氢键。
β -转角（ β -turn）
为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常
常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的
羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸
的氨基氢上。
N— 1CH— CC
2CH
N— H
O=C
3CH
N C— 4CH— N
R
R
H
O
H
R
R
O
H
O
β -转角经
常出现在连
接反平行
β -折叠片
的端头。
自由回转
没有一定规律的松散肽链结构。酶的
活性部位。
超二级结构 是指若干相邻的二级结构中
的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，
在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋
白质二级结构至三级结构层次的一种过渡
态构象层次。
结构域 是球状蛋白质的折叠单位。多肽链
在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成
紧密的近似球行的结构，具有部分生物功
能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽
链往往由两个以上结构域缔合成三级结构。
结构域（ structural domain）
在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间
折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区
域，再组装成更复杂的球状结构，这种在二
级或超二级结构基础上形成的特定区域称为
结构域。它的结构层次介于超二级结构和三
级结构之间。如图所示：
（三）蛋白质的三级结构
一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排
布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空
间排列。大多数蛋白质的三级结构为球状或近
似球状。在三级结构中，大多数的亲水的 R侧基
分布于球形结构的表面，而疏水的 R侧基分布于
球形结构的内部，形成疏水的核心。
（四）蛋白质的四级结构
? 二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链
(亚基 )，彼此借次级键相连，形成一定的空间结
构，称为四级结构。
? 具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基
或亚单位 (subunit)，亚基可以相同，亦可以不同
。四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。
? 单独亚基，无生物学功能，当亚基聚合成为
具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。
共价键
次级键
化学键
肽键
一级结构
氢键
二硫键
二、三、四级结构
疏水键
盐键
范德华力
三、四级结构
蛋白质分子中的共价键与次级键
六、蛋白质分子结构与功能的关系
蛋白质分子具有多样的生物学功能，需
要一定的化学结构，还需要一定的空间
构象。
1.4 蛋白质结构与功能的关系⒈ 一级结构是空间构象的基础
RNase是由 124氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个 Cys
的 -SH构成 4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。
在蛋白质变性剂（如 8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基
乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结
构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。当用透析
的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，
所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改
变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个 实验表
明,蛋白质的一级结构决定它的空间
结构，而特定的空间结构是蛋白质
具有生物活性的保证。
蛋白质一级结构与功能的关系
2,前体与活性蛋白质一级结构的关系
由 108个氨基酸残基构成的前胰岛素原 (pre-
proinsulin），在合成的时候完全没有活性，
当切去 N-端的 24个氨基酸信号肽，形成 84个氨
基酸的胰岛素原（ proinsulin），胰岛素原也
没活性，在包装分泌时,A,B链之间的 33个氨
基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。
胰蛋白酶原的激活（以后讲）
比较不同来源的细胞色素 C发现，与功能密切
相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不同种
属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相同的
祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源蛋白
质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其亲缘
关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。
3.同源蛋白质有顺序同源性,
⒋ 蛋白质的一级结构与分子病
现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改
变有关，都称之为分子病。例如镰刀型贫血症，
它是由于血红蛋白的 β -亚基上的第六位氨基酸
由谷氨酸变成了缬氨酸，导致血红蛋白的结构
和功能的改变，其运输氧气的能力大大地降低，
并且红细胞呈镰刀状。
镰状细胞贫血（ sick-cell anemia）
从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型
细胞。
β-链 1 2 3 4 5 6 7
Hb-A N- Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…
Hb-S N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…
蛋白质空间结构与功能的关系
Hb由 4条肽链组成,2α, 2β,功能是运载 O2 。
在去氧 Hb亚基中有下列几对离子键：
由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键，使其
构象呈紧张态，对氧的亲和力很低，第一个亚基
与 O2结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量较
多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的
构象从紧张态变成松弛态，其它的离子键也依次
破坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象
的变化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因
此第四个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。
总之，各种蛋白质都有特定的
空间构象，而特定的空间构象又
与它们特定的生物学功能相适应
，蛋白质的结构与功能是高度统
一的。
七、蛋白质的性质
（ 一）蛋白质的相对分子量
蛋白质相对分子量在 10 000~1 000 000之间。
测定分子量的主要方法有渗透压法,超离心
法,凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
最准确可靠的方法是 超离心法 （ Svedberg于
1940年设计）：蛋白质颗粒在 25~50*104 g
离心力作用下从溶液中沉降下来 。
沉降系数（ s）：单位（ cm）离心场里的沉降
速度。
沉降系数的单位常用 S,1S=1× 10-13（ s）
（二）蛋白质的两性电离及等电点
蛋白质在其等电点偏酸溶液中带正电荷，在
偏碱溶液中带负电荷，在等电点 pH时为两性
离子。
电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子
大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁
移率即异，在电泳时可以分开。
? 蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等
电点。在等电点时 (Isoelectric point pI)，蛋
白质的溶解度最小，在电场中不移动。
? 在不同的 pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在
外液 pH低于等电点的溶液中，蛋白质粒子带正电
荷，在电场中向负极移动；在外液 pH高于等电点
的溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正
极移动。这种现象称为蛋白质电泳 —
(Electrophoresis)带电粒子在电场中移动的现
象。
1,自由界面电泳,蛋白质溶于缓冲
液中进行电泳。
2,区带电泳,将蛋白质溶液点在浸
了缓冲液的支持物上进行电泳，不同组分
形成带状区域。
（ 1）纸上电泳,用滤纸作支持物。
（ 2）凝胶电泳,用凝胶（淀粉、琼脂糖、聚
丙烯酰胺）作支持物。
1）圆盘电泳,玻璃管中进行的凝胶电泳 。
+
—
2）平板电泳,铺有凝胶的玻板上进
行的电泳。
- +
? 由于蛋白质的分子量很大（ 1-100nm），它在
水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体
溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。
? 由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因
此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。
透析法,以半透膜提纯蛋白质的方法叫透析法
半透膜,只允许溶剂小分子通过，而溶质大分子
不能通过，如羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等
（三）蛋白质的胶体性质
布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透
过半透膜，具有吸附能力
蛋白质溶液稳定的原因：
1）表面形成水膜（水化层）；
2）带相同电荷。
? 蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量
大小、所带的电荷和水化作用有关。
? 改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解
性质
? 在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中
沉淀出来。
? 定义：蛋白质在溶液中靠水膜和电荷保
持其稳定性，水膜和电荷一旦除去，蛋
白质溶液的稳定性就被破坏，蛋白质就
会从溶液中沉淀下来，此现象即为蛋白
质的沉淀作用。
（四）蛋白质的沉淀反应
1,加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白
质沉淀析出。
分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白
质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清
球蛋白（ 50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋
白（饱和 (NH4)2SO4)。
2,加有机溶剂
3,加重金属盐
4,加生物碱试剂
单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯
乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。
（五）蛋白质的变性
天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其
共价键不变，但分子内部原有的高度规律
性的空间排列发生变化，致使其原有性质
发生部分或全部丧失，称为蛋白质的 变性 。
变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称
凝固 。
蛋白质的变性
? 蛋白质变性后的表现,生物活性丧失；溶解
度降低，对于球状蛋白粘度增加；生化反应
易进行；光吸收系数增大；组分和分子量不
变。
引起蛋白质变性的主要因素：
? 温度（热、冷）
? 强酸、强碱
? 尿素和盐酸胍的影响 （破坏分子内部氢键、破坏疏水效应）
? H2N-C-NH2 H2N-C-NH2+Cl-
? 表面活性剂的影响：如十二烷基硫酸钠（ SDS）
CH3-（ CH2） 10-CH2-O-S-O-.Na+ （ 1.4gSDS/1g蛋白）
O NH2
o
o
蛋白质的复性
? 定义：当变性因素除去后，变性蛋白质又可恢
复到天然构象，这一现象称为蛋白质的复性
（ renaturation）。
? 蛋白质变性的预防和利用：医疗方面；食品方
面；蛋白质制备；酶制剂保存等。
有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性
如不超过一定限度，经适当处理后，可重
新变为天然蛋白质。
反应名称 试 剂 颜色 反应有关基团 有此反应的
蛋白质或氨
基酸
双缩脲反应 NaOH,CuSO2 紫色或粉
红色
二个以上肽键 所有蛋白质
米伦反应 HgNO3,
Hg(NO3)2 及
HNO3混合物
红色 Tyr
黄色反应 浓 HNO3及 NH3 黄色, 橘
色
Tyr,Phe
乙醛酸反应
(Hopking-Cole 反
应 )
乙醛酸试剂及浓
H2SO4
紫色 Trp
坂口反应
(Sakaguchi反应 )
α-萘酚, NaClO 红色 胍基 Arg
酚试剂反应
(Folin-Cioculteu
反应 )
碱性 CuSO4及磷
钨酸 -钼酸
蓝色 酚基, 吲哚基 Tyr
茚三酮反应 茚三酮 蓝色 自由氨基及羧基 α-氨基酸
（六）蛋白质的颜色反应
— OH
N
? 大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨
酸和色氨酸。
? 这三种氨基酸的在 280nm 附近有最大吸收。因此，
大多数蛋白质在 280nm 附近显示强的吸收。
? 利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定和定
量测定。
（七）蛋白质的紫外吸收
八、蛋白质的分类
1,蛋白质形状
球状蛋白
纤维状蛋白
? 依据蛋白质的外形分类
? 按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和
纤维状蛋白质。
? 球状蛋白质,globular protein外形接
近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成
结晶，大多数蛋白质属于这一类。
? 纤维状蛋白质, fibrous protein分子类
似纤维或细棒。它又可分为 可溶性纤维
状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质 。
2,分子组成
简单蛋白
（按溶解度）
结合蛋白
（按辅基）
清蛋白
球蛋白
谷蛋白
醇溶蛋白
精蛋白
组蛋白
硬蛋白
核蛋白
糖蛋白与蛋白聚糖
脂蛋白
色蛋白
磷蛋白
依据蛋白质的组成分类
? 按照蛋白质的组成，可以分为
? 简单蛋白 (simple protein)
? 结合蛋白 (conjugated protein) 。
简单蛋白
? 又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只由氨基酸组成的肽链，
不含其它成分。
1.清蛋白和球蛋白,albumin and globulin广泛存在于
动物组织中。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、稀碱中，后者可溶于 70－
80％乙醇中。
3.精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在于细胞核中。
4.硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，
分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。
结合蛋白
? 由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。
? 色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、
叶绿蛋白和细胞色素等。
? 糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖
蛋白等。
? 脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清 ?-,?-
脂蛋白等。
? 核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核
糖核蛋白等。
? 黄素蛋白：由简单蛋白与黄素核苷酸结合而成。如琥珀
酸脱氢酶,D-氨基酸氧化酶
? 金属蛋白：由简单蛋白与金属结合而成。如铁蛋白、谷
胱甘肽过氧化物酶（硒）、乙醇氧化酶 （锌）
本章较全面地介绍了蛋白质化学的基本知识，
重点阐述了氨基酸和蛋白质的结构、性质和
功能间的依存关系。在学习氨基酸的结构时
应联系有机化学的羧酸结构，在学习氨基酸
的化学性质时应联系氨基酸的结构，再将氨
基酸的结构和特性与蛋白质的结构和特性联
系起来。认识蛋白质的重要生物学意义。
