第二章 蛋白质化学
主要内容, 介绍氨基酸的结构, 分类,
性质及肽的概念, 重点讨论蛋白质的结构,
性质以及结构和功能的相互关系 。
思考 ?
目录
第一节 蛋白质元素组成及生理功能
第二节 蛋白质的基本结构单位 ── 氨基酸
第三节 肽
第四节 蛋白质的分子结构
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
第六节 蛋白质的重要性质
第七节 蛋白质分类 （自学） 思考 ?
蛋白质主要元素组成, C,H,O,N,S 及 P,Fe、
Cu,Zn,Mo,I,Se 等微量元素。
蛋白质平均含 N量为 16％,这是 凯氏定
氮法 测蛋白质含量的理论依据,
蛋白质含量＝蛋白质含 N量 × 6.25
蛋白质的主要生理功能
蛋白质 （ protein） 是生活细胞内含量最丰富, 功能最
复杂的生物大分子, 并参与了几乎所有的生命活动和生命过
程 。 因此, 研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本
的命题 。
生物体最主要的特征是生命活动, 而蛋白质是生命活动
的体现者, 具有以下主要功能,
催化功能；结构功能；调节功能；
防御功能；运动功能；运输功能；
信息功能；储藏功能 ? ? ? ? ? ?
蛋白质的基本结构单位 ──氨基酸
一, 氨基酸的通式
二, 蛋白质氨基酸, 稀有的蛋白质氨基酸和
非蛋白质氨基酸的概念
三,二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构
及三字符号
四,氨基酸的性质
五、氨基酸的生产和应用
?-氨基酸的通式
? ?
氨基酸光学性质
1、除 甘氨酸 外，所有天然 α-氨基酸都有不对称碳原子，因此所
有天然氨基酸都具有旋光性。
2、参与蛋白质组成的 20种氨基酸中 色氨酸 (Trp),酪氨酸 (Tyr)
和 苯丙氨酸 (Phe)的 R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光
区（ 220-300nm） 显示特征的吸收谱带，最大光吸收（ ?max）
分别为 279,278,和 259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨
基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量 。
生物体内的氨基酸类别
蛋白质氨基酸, 蛋白质中常见的 20种氨基酸
稀有的蛋白质氨基酸, 蛋白质组成中, 除上述 20
种常见氨基酸外, 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 。
非蛋白质氨基酸, 生物体内呈游离或结合态的氨
基酸 。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据营养
学分类
必需 ＡＡ
非必需 ＡＡ
据 R基团化
学结构分类
脂肪族 Ａ A（ 中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）
芳香族 Ａ A(Phe,Tyr,Trp)
杂环 ＡＡ (His,Pro)
据 R基团
极性分类
极性 R基团 AA
非极性 R基团 AA（８ 种）
不带电荷 （７ 种）
带电荷：正电荷 （３ 种）负电荷 （２ 种）
据氨基、羧
基数分类
一氨基一羧基 ＡＡ
一氨基二羧基 ＡＡ (Glu,Asp)
二氨基一羧基 ＡＡ (Lys,His,Arg)
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu
Ile Thr
Arg,His
非极性 R基团氨基酸
不带电荷极性 R基团氨基酸
带电荷 R基团氨基酸
甘氨酸
（ Gly,G）
丙氨酸
（ Ala,A）
缬氨酸
（ Val,V）
亮氨酸
（ Lue,L）
异亮氨酸
（ Ile,I）
中性脂肪族氨基酸
含羟基或硫脂肪族氨基酸
丝氨酸
（ Ser,S）
苏氨酸
（ Thr,T）
半胱氨酸
（ Cys,C）
甲硫氨酸
（ Met,M）
酸性氨基酸及酰胺
天冬氨酸
（ Asp,D）
谷氨酸
（ Glu,E）
天冬酰胺
（ Asn,N）
谷氨酰胺
（ Gln,Q）
碱性氨基酸
赖氨酸
（ Lys,K）
精氨酸
（ Arg,R）
组氨酸
（ His,H）
杂环
杂环氨基酸
组氨酸
（ His,H）
脯氨酸
（ Pro,P）
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
（ Phe,F）
酪氨酸
（ Tyr,Y）
色氨酸
（ Trg,W）
氨基酸的性质
（ 1 ） 两性解离和等电点
（ 2 ） 光学性质
（ 3 ） 重要化学反应
a,与茚三酮反应,用于氨基酸定量定性测定,
b.与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应 （ sanger反应 ）,用
于蛋白质 N-端测定,
c,与苯异硫氰酯 （ PITC） 的反应 （ Edman反应 ）, 用于
蛋白 N-端测定, 蛋白质顺序测定仪设计原理的依据 。
氨基酸的两性解离性质及等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
CH
R
COOH
NH3+ CH
R
COO
NH2 CH
R
COO
NH3+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH-
(pK′1) (pK′2)
当氨基酸溶液在某一定 pH值时, 使某特定氨基酸分子上所带正负
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值即为该氨基酸的 等电点 (isoelectric point,pI)。
氨基酸等电点的计算
可见, 氨基酸的 pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧
的基团 pK′值之和的二分之一 。
pI= 2
pK′1+pK′2 一氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′2+pK′R 二氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′1+pK′R 一氨基二羧基 AA
的等电点计算,
Trp
Tyr
Phe
的
紫外
吸收
光谱
摩
尔
吸
收
系
数
波长
氨基酸与茚三酮反应
+
3H20
水合茚三酮 (无色
)
NH3
CO2
RCHO
+
还原性茚三酮
紫色化合物
(弱酸 )
加热
水合茚三酮
+ 2NH3 +
还原性茚三酮
氨基酸与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应
（ sanger反应）
DNFB（ dinitrofiuorobenzene）
DNP-AA(黄色 )
+
+ HF
弱硷中
氨基酸
氨基酸与苯异硫氰酯（ PITC） 的反应
（ Edman反应）
PITC（ phenylisothiocyanate）
+
苯乙内酰硫脲衍生物 (PTH-AA)
（ phenylisothiohydantion-AA）
弱硷中
(400 C)
(硝基甲烷 400 C)
H+
第三节 肽
一, 肽 (peptide)和肽键 (peptide bend)的概念
二, 肽的重要性质
酸碱性质, 重要化学反应类似于氨基酸性质
三, 天然存在的活性肽
生理活性肽的功能类别：激素, 抗菌素, 辅助因子
实例,谷胱甘肽 (glutathione,GSH)
短杆菌肽
促甲状腺素释放因子 （ TRH）
?-天冬氨酸 -苯丙氨酸甲酯 （甜味剂）
肽和肽键的形成
肽单位 肽键
肽平面
肽单位
谷胱甘肽
谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程, 作为某些氧化还
原酶的辅因子, 或保护巯基酶, 或防止过氧化物积累 。
促甲状腺素释放因子
（ TRH）
短杆菌肽 S
?-天冬氨酰 -苯丙氨酸甲酯
CH2
NH2? CH ? C ? NH ? CH ? C ?
O O
?
CH2
COOH ?
O? CH3
第四节 蛋白质的分子结构
一, 蛋白质的结构层次的划分
二, 蛋白质的一级结构
三,多肽主链折叠的空间限制 和
维持蛋白质构象的作用力
四, 蛋白质的二级结构
五,蛋白质的超二级结构和结构域
六,蛋白质的三级结构
七, 蛋白质的四级结构
蛋
白
质
结
构
的
主
要
层
次
一级结构
四级结构
二级结构
三级结构
primary structure
secondary structure
Tertiary structure
quariernary structure
超二级结构
结构域
supersecondary structure
Structure doman
二、蛋白质的一级结构
多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白
质的一级结构 (primary structure)。 这是蛋白质最基本的结构，
它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。
一级结构测定
例,牛胰岛素的一级结构
一级结构测定
基本战略,片段重叠法＋氨基酸顺序直测法
要点,a.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分
b,测定肽键的 N－ 末端和 C－ 末端
c,应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的
专一位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸
位点, 从而得到一系列大小不等的肽段 。
d,分离提纯所产生的肽段, 并分别测定它们的氨基酸
顺序
e,将这些肽段的顺序进行跨切口重叠, 进行比较分析
,推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列 。
蛋白质顺序测 定基本战略
将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
将肽段分离并测出顺序
专一性裂解
末端氨基酸测定
二硫键拆开
纯蛋白质
酰胺平面与 α-碳原子的二面角（ φ和 ψ ）
二面角
两相邻酰胺平面之间, 能以共同的 Cα为
定点而旋转, 绕 Cα-N键旋转的角度称 φ角
,绕 C-Cα键旋转的角度称 ψ角 。 φ和 ψ称作
二面角, 亦称构象角 。
完全伸展的多肽主链构象
α-碳原子
酰胺平面
Φ=1800,ψ=1800
Φ=00,ψ=00的多肽主链构象
酰胺平面
Φ=00,ψ=00
侧链
非键合原子
接触半径
维持蛋白质分子构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
多肽链
四、蛋白质的二级结构
(１ ) α － 螺旋 （ α － helix）
(２ ) β－ 折叠 （ β-pleated sheet）
(３ ) β－ 转角 （ β-turn）
(４ ) 无规则卷曲 （ nonregular coil）
蛋白质的二级结构（ secondary structure） 指肽链
主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主
轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象
单元．主要有以下类型,
特征, 1,每隔 3.6个 AA残
基螺旋上升一圈, 螺距
0.54nm;
2, 螺旋体中所有氨基
酸残基 R侧链都伸向外侧,
链中的全部 >C=0 和 >N-H几
乎都平行于螺旋轴 ;
3,每个氨基酸残基的
>N-H与前面第四个氨基酸残
基的 >C=0形成氢键, 肽链上
所有的肽键都参与氢键的形
成 。
α－ 螺旋（ α－ helix）
形成因素, 与ＡＡ组成和排
列顺序直接相关。
多态性, 多数为右手 （ 较稳
定 ）, 亦有少数左手螺旋存
在 （ 不稳定 ） ；存在尺寸不同
的螺旋 。
β － 折叠（ β -pleated sheet）
特征, 两条或多
条伸展的多肽链
（ 或一条多肽链
的若干肽段 ） 侧
向集聚, 通过相
邻肽链主链上的
N-H与 C=O之间有
规则的氢键, 形
成锯齿状片层结
构, 即 β － 折叠
片 。
类别, 平行
反平行
β － 转角（ β -turn）
特征, 多肽
链 中 氨 基 酸
残基 n的羰基
上 的 氧 与 残
基 （ n+3） 的
氮 原 上 的 氢
之 间 形 成 氢
键, 肽 键 回
折 1800 。
无
规
则
卷
曲
示
意
图
无规则卷曲
细胞色素 C的三级结构
五,蛋白质的超二级结构和结构域
(2) 结构域 （ structure domain）
蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个 α － 螺旋或 β － 折叠或 β
－ 转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组
合体称为蛋白质的超二级结构
基本组合方式, αα； β × β ； βββ
在二级结构的基础上, 多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立, 近
似球形的三维实体, 再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级
结构, 这种相对独立的三维实体称为结构域 。
形成意义,
?动力学上更为合理
?蛋白质 （ 酶 ） 活性部位往往位于结构域之间, 使其更具柔性
(１ )超二级结构 （ supersecondary structure ）
超二级结构类型
βββ
αα β × β
1 2 3 4 5 5 2 3 4 1
Β-链
β αβ
β -迂回 回形拓扑结构
回形拓扑结构 β -迂回
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
丙酮酸激酶结构域 4 羧肽酶 腺苷酸激酶
(a) (b)
丙糖磷酸异构酶 乳酸脱氢酶结构域 1
黄素蛋白
平行 ?-折叠的结构比较（ a） ?-园桶形排布，（ b） 马蹄形排布
六,蛋白质的三级结构
多肽键在二级结构的基础上, 通过侧链基团的相互
作用进一步卷曲折叠, 借助次级键维系使 α － 螺旋, β
－ 折叠片, β－ 转角等二级结构相互配置而 形成特定的
构象 。 三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间
上的重新排布 。
实例,肌红蛋白
核糖核酸酶
肌
红
蛋
白
三
级
结
构
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His12
C
His119
Lys41
七、蛋白质的四级结构
四级结构是指由相同或不同的称作亚基 （ subunit）
的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构, 维持
四级结构稳定的作用力是疏水键, 离子键, 氢键, 范得华
力 。 亚基本身都具有球状三级结构, 一般只包含一条多肽
链, 也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成 。
实例,血红蛋白
烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构
血红蛋白四级结构
烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
一, 蛋白质 一级结构与功能
二, 蛋白质 高级构象与功能
蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的
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。
一级结构决定高级结构,
也决定蛋白质的功能
1,蛋白质一级结构的种属差异与同源性
实例,细胞色素Ｃ
2,蛋白质一级结构的变异与分子病
实例,血红蛋白质异常病变 ? 镰刀型贫血 病
3,蛋白质前体的激活与一级结构
实例,胰岛素原的激活
高级构象决定蛋白质的功能
1, 蛋白质高级构象破坏, 功能丧失
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
不同生物与人的 Cytc的 AA差异数目
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
不
同
生
物
来
源
的
细
胞
色
素
c
中
不
变
的
AA
残
基
14
10
6
100
1
34
32
30
29
27
18
17
67
59
52
51
48
45 41
38
87
84
82
80
70
68
91
Gly
Gly
Phe
Cys
Gly
Gly
Gly
Arg
Lys
Gly
Cys
Lys
Phe
His
Pro Leu
Gly
Arg
Tyr
Ala
Asn
Trp
Tyr 70
75
80
Lys
Lys
Lys
Pro
Pro
Tyr
Ile
Gly
Thr
Met
Asn
Leu
血红素
细胞色素 c分子的空间结构
不变 的 AA残基
35个不变的 AA残基，是 Cyt C 的生物功能所不
可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的
可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合
细胞色素还原酶和氧化酶。
正常红细胞与
镰刀形红细胞
的扫描电镜图
镰刀形
红细胞
正常红
细胞
?-链 N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8
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…
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
核糖核酸酶变性与复性作用
Native ribonuclease Denative reduced ribonuclease
Native ribonuclease
8 M urea and
?-mercapotoethanol
Dialysis
变性
复性
血红蛋白输氧功能和构象变化
O2
Hb
Hb- O2
O2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
活动肌肉毛细
血管中的 PO2
0 20 40 60 80 100
肺泡中的 PO2
Myoglobin
Hemoglobin
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,蛋白质呈色反应
蛋白质两性解离性质和等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
Pr
COOH
NH3+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH- Pr
COO-
NH2
Pr
COO-
NH3+
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 （ isoelectric point,pI） 。
蛋白质胶体性质
由于蛋白质分子量很大, 在水溶液中形成 1-100nm的
颗粒, 因而具有胶体溶液的特征 。 可溶性蛋白质分子表面分
布着大量极性氨基酸残基, 对水有很高的亲和性, 通过水合
作用在蛋白质颗粒外面形成一层 水化层, 同时这些颗粒带有
电荷, 因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体 。
蛋白质胶体性质的应用
透析法,利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋
白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质
留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（ dialysis）。
盐析法,在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有
效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使
蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（ salting out）。
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
液就不再稳定并将产生沉淀 。
沉淀方法类别,
1,高浓度中性盐 （ 盐析, 盐溶 ）
2,酸硷 （ 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
蛋白质变性与复性
● 蛋白质各自所特有的高级结构, 是表现其物理性质和化学特性以
及生物学功能的基础 。 当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影
响, 使其分子内部原有的高级构象发生变化时, 蛋白质的理化性质和生
物学功能都随之改变或丧失, 但并未导致其一级结构的变化, 这种现象
称为 变性作用 （ denaturation） 。
表征,生物活性丧失；物理性质 （ 溶解度, 粘度, 扩散系数, 光谱特性等 ）
和化学性质 （ 化学反应, 被酶解性 ） 改变
应用,变性灭菌, 消毒；变性制食品；抗衰老 ……
● 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈, 则是一种可逆过程, 变性蛋白
质通常在除去变性因素后, 可缓慢地重新自发折叠成原来的构象, 恢复
原有的理化性质和生物活性, 这种现象成为 复性 （ renaturation） 。
蛋白质主要呈色反应
双缩脲反应
酚试剂反应 → 蛋白质定量, 定性
茚三酮反应 测定常用方法
双缩脲反应
蛋白质在碱性溶液中也
能与硫酸铜发生相同反应，
产生红紫色络合物 红紫色络合物
(硷性溶液 ) Cu2+
蛋白质的紫外吸收光谱
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 。
蛋白质质量浓度 /（ mg/ml） =1.55A1cm - 0.76A1cm 280 260
测定范围,0.1～ 0.5mg/ml
简单蛋白质分类
结合蛋白质分类
问答题和计算题
1,为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？
2,试比较 Gly,Pro与其它常见氨基酸结构的异同, 它们对多肽链
二级结构的形成有何影响？
3,试举例说明蛋白质结构与功能的关系 （ 包括一级结构, 高级结
构与功能的关系 ） 。
4,为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？
5,什麽是蛋白质的变性？ 变性的机制是什麽？ 举例说明蛋白质变
性在实践中的应用 。
6,已知某蛋白质的多肽链的一些节段是 ?-螺旋, 而另一些节段是 ?-
折叠 。 该蛋白质的分子量为 240 000,其分子长 5.06?10-5,求分子中 ?-
螺旋和 ?-折叠的百分率 。 (蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为 120)
名词解释
等电点 （ pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 一级结构
二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域
蛋白质变性与复性 分子病 肽
课堂练习答案
相同,虽然二者在组成上差异很大,但在构成方式上却很相似,主要表现在
①都是由基本结构单位通过特定的共价键连接而成的大分子，②各自的主链
都是不变成分，可变成分在侧链上。
相异,
比较项目 蛋白质 核酸
基本结构单位 20种氨基酸 4种（脱氧）核苷酸
连接的键 肽键 3ˊ, 5ˊ -磷酸二酯键
主链的组成 由 -N-C?-CO- 由戊糖 +磷酸
（不变成分） 反复循环组成 反复循环组成
侧链 20种 AA残基的 核苷酸的 4种
（可变成分） R侧链排列组合 碱基排列组合
基本结构单位通式
H2N-CH-COOH
R H2PO3-O-H2C
(O)H HO
N
1、试比较核酸、蛋白质 一级结构 的异同，写出各自 基本结构单位 的通式
2、简述研究核酸、蛋白质一级结构的意义。
生物的遗传信息储存于 DNA的核苷酸序列中，蛋
白质的一级结构是由相应的 DNA序列决定的，每一
种蛋白质分子所具有的特定的一级结构又决定了其高
级结构和生物学功能，也就表现出特定的生命现象。
因此，研究核酸、蛋白质的一级结构可破译生命的密
码，是在分子水平认识生命的突破口。
主要内容, 介绍氨基酸的结构, 分类,
性质及肽的概念, 重点讨论蛋白质的结构,
性质以及结构和功能的相互关系 。
思考 ?
目录
第一节 蛋白质元素组成及生理功能
第二节 蛋白质的基本结构单位 ── 氨基酸
第三节 肽
第四节 蛋白质的分子结构
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
第六节 蛋白质的重要性质
第七节 蛋白质分类 （自学） 思考 ?
蛋白质主要元素组成, C,H,O,N,S 及 P,Fe、
Cu,Zn,Mo,I,Se 等微量元素。
蛋白质平均含 N量为 16％,这是 凯氏定
氮法 测蛋白质含量的理论依据,
蛋白质含量＝蛋白质含 N量 × 6.25
蛋白质的主要生理功能
蛋白质 （ protein） 是生活细胞内含量最丰富, 功能最
复杂的生物大分子, 并参与了几乎所有的生命活动和生命过
程 。 因此, 研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本
的命题 。
生物体最主要的特征是生命活动, 而蛋白质是生命活动
的体现者, 具有以下主要功能,
催化功能；结构功能；调节功能；
防御功能；运动功能；运输功能；
信息功能；储藏功能 ? ? ? ? ? ?
蛋白质的基本结构单位 ──氨基酸
一, 氨基酸的通式
二, 蛋白质氨基酸, 稀有的蛋白质氨基酸和
非蛋白质氨基酸的概念
三,二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构
及三字符号
四,氨基酸的性质
五、氨基酸的生产和应用
?-氨基酸的通式
? ?
氨基酸光学性质
1、除 甘氨酸 外，所有天然 α-氨基酸都有不对称碳原子，因此所
有天然氨基酸都具有旋光性。
2、参与蛋白质组成的 20种氨基酸中 色氨酸 (Trp),酪氨酸 (Tyr)
和 苯丙氨酸 (Phe)的 R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光
区（ 220-300nm） 显示特征的吸收谱带，最大光吸收（ ?max）
分别为 279,278,和 259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨
基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量 。
生物体内的氨基酸类别
蛋白质氨基酸, 蛋白质中常见的 20种氨基酸
稀有的蛋白质氨基酸, 蛋白质组成中, 除上述 20
种常见氨基酸外, 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 。
非蛋白质氨基酸, 生物体内呈游离或结合态的氨
基酸 。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据营养
学分类
必需 ＡＡ
非必需 ＡＡ
据 R基团化
学结构分类
脂肪族 Ａ A（ 中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）
芳香族 Ａ A(Phe,Tyr,Trp)
杂环 ＡＡ (His,Pro)
据 R基团
极性分类
极性 R基团 AA
非极性 R基团 AA（８ 种）
不带电荷 （７ 种）
带电荷：正电荷 （３ 种）负电荷 （２ 种）
据氨基、羧
基数分类
一氨基一羧基 ＡＡ
一氨基二羧基 ＡＡ (Glu,Asp)
二氨基一羧基 ＡＡ (Lys,His,Arg)
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu
Ile Thr
Arg,His
非极性 R基团氨基酸
不带电荷极性 R基团氨基酸
带电荷 R基团氨基酸
甘氨酸
（ Gly,G）
丙氨酸
（ Ala,A）
缬氨酸
（ Val,V）
亮氨酸
（ Lue,L）
异亮氨酸
（ Ile,I）
中性脂肪族氨基酸
含羟基或硫脂肪族氨基酸
丝氨酸
（ Ser,S）
苏氨酸
（ Thr,T）
半胱氨酸
（ Cys,C）
甲硫氨酸
（ Met,M）
酸性氨基酸及酰胺
天冬氨酸
（ Asp,D）
谷氨酸
（ Glu,E）
天冬酰胺
（ Asn,N）
谷氨酰胺
（ Gln,Q）
碱性氨基酸
赖氨酸
（ Lys,K）
精氨酸
（ Arg,R）
组氨酸
（ His,H）
杂环
杂环氨基酸
组氨酸
（ His,H）
脯氨酸
（ Pro,P）
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
（ Phe,F）
酪氨酸
（ Tyr,Y）
色氨酸
（ Trg,W）
氨基酸的性质
（ 1 ） 两性解离和等电点
（ 2 ） 光学性质
（ 3 ） 重要化学反应
a,与茚三酮反应,用于氨基酸定量定性测定,
b.与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应 （ sanger反应 ）,用
于蛋白质 N-端测定,
c,与苯异硫氰酯 （ PITC） 的反应 （ Edman反应 ）, 用于
蛋白 N-端测定, 蛋白质顺序测定仪设计原理的依据 。
氨基酸的两性解离性质及等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
CH
R
COOH
NH3+ CH
R
COO
NH2 CH
R
COO
NH3+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH-
(pK′1) (pK′2)
当氨基酸溶液在某一定 pH值时, 使某特定氨基酸分子上所带正负
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值即为该氨基酸的 等电点 (isoelectric point,pI)。
氨基酸等电点的计算
可见, 氨基酸的 pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧
的基团 pK′值之和的二分之一 。
pI= 2
pK′1+pK′2 一氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′2+pK′R 二氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′1+pK′R 一氨基二羧基 AA
的等电点计算,
Trp
Tyr
Phe
的
紫外
吸收
光谱
摩
尔
吸
收
系
数
波长
氨基酸与茚三酮反应
+
3H20
水合茚三酮 (无色
)
NH3
CO2
RCHO
+
还原性茚三酮
紫色化合物
(弱酸 )
加热
水合茚三酮
+ 2NH3 +
还原性茚三酮
氨基酸与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应
（ sanger反应）
DNFB（ dinitrofiuorobenzene）
DNP-AA(黄色 )
+
+ HF
弱硷中
氨基酸
氨基酸与苯异硫氰酯（ PITC） 的反应
（ Edman反应）
PITC（ phenylisothiocyanate）
+
苯乙内酰硫脲衍生物 (PTH-AA)
（ phenylisothiohydantion-AA）
弱硷中
(400 C)
(硝基甲烷 400 C)
H+
第三节 肽
一, 肽 (peptide)和肽键 (peptide bend)的概念
二, 肽的重要性质
酸碱性质, 重要化学反应类似于氨基酸性质
三, 天然存在的活性肽
生理活性肽的功能类别：激素, 抗菌素, 辅助因子
实例,谷胱甘肽 (glutathione,GSH)
短杆菌肽
促甲状腺素释放因子 （ TRH）
?-天冬氨酸 -苯丙氨酸甲酯 （甜味剂）
肽和肽键的形成
肽单位 肽键
肽平面
肽单位
谷胱甘肽
谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程, 作为某些氧化还
原酶的辅因子, 或保护巯基酶, 或防止过氧化物积累 。
促甲状腺素释放因子
（ TRH）
短杆菌肽 S
?-天冬氨酰 -苯丙氨酸甲酯
CH2
NH2? CH ? C ? NH ? CH ? C ?
O O
?
CH2
COOH ?
O? CH3
第四节 蛋白质的分子结构
一, 蛋白质的结构层次的划分
二, 蛋白质的一级结构
三,多肽主链折叠的空间限制 和
维持蛋白质构象的作用力
四, 蛋白质的二级结构
五,蛋白质的超二级结构和结构域
六,蛋白质的三级结构
七, 蛋白质的四级结构
蛋
白
质
结
构
的
主
要
层
次
一级结构
四级结构
二级结构
三级结构
primary structure
secondary structure
Tertiary structure
quariernary structure
超二级结构
结构域
supersecondary structure
Structure doman
二、蛋白质的一级结构
多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白
质的一级结构 (primary structure)。 这是蛋白质最基本的结构，
它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。
一级结构测定
例,牛胰岛素的一级结构
一级结构测定
基本战略,片段重叠法＋氨基酸顺序直测法
要点,a.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分
b,测定肽键的 N－ 末端和 C－ 末端
c,应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的
专一位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸
位点, 从而得到一系列大小不等的肽段 。
d,分离提纯所产生的肽段, 并分别测定它们的氨基酸
顺序
e,将这些肽段的顺序进行跨切口重叠, 进行比较分析
,推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列 。
蛋白质顺序测 定基本战略
将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
将肽段分离并测出顺序
专一性裂解
末端氨基酸测定
二硫键拆开
纯蛋白质
酰胺平面与 α-碳原子的二面角（ φ和 ψ ）
二面角
两相邻酰胺平面之间, 能以共同的 Cα为
定点而旋转, 绕 Cα-N键旋转的角度称 φ角
,绕 C-Cα键旋转的角度称 ψ角 。 φ和 ψ称作
二面角, 亦称构象角 。
完全伸展的多肽主链构象
α-碳原子
酰胺平面
Φ=1800,ψ=1800
Φ=00,ψ=00的多肽主链构象
酰胺平面
Φ=00,ψ=00
侧链
非键合原子
接触半径
维持蛋白质分子构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
多肽链
四、蛋白质的二级结构
(１ ) α － 螺旋 （ α － helix）
(２ ) β－ 折叠 （ β-pleated sheet）
(３ ) β－ 转角 （ β-turn）
(４ ) 无规则卷曲 （ nonregular coil）
蛋白质的二级结构（ secondary structure） 指肽链
主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主
轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象
单元．主要有以下类型,
特征, 1,每隔 3.6个 AA残
基螺旋上升一圈, 螺距
0.54nm;
2, 螺旋体中所有氨基
酸残基 R侧链都伸向外侧,
链中的全部 >C=0 和 >N-H几
乎都平行于螺旋轴 ;
3,每个氨基酸残基的
>N-H与前面第四个氨基酸残
基的 >C=0形成氢键, 肽链上
所有的肽键都参与氢键的形
成 。
α－ 螺旋（ α－ helix）
形成因素, 与ＡＡ组成和排
列顺序直接相关。
多态性, 多数为右手 （ 较稳
定 ）, 亦有少数左手螺旋存
在 （ 不稳定 ） ；存在尺寸不同
的螺旋 。
β － 折叠（ β -pleated sheet）
特征, 两条或多
条伸展的多肽链
（ 或一条多肽链
的若干肽段 ） 侧
向集聚, 通过相
邻肽链主链上的
N-H与 C=O之间有
规则的氢键, 形
成锯齿状片层结
构, 即 β － 折叠
片 。
类别, 平行
反平行
β － 转角（ β -turn）
特征, 多肽
链 中 氨 基 酸
残基 n的羰基
上 的 氧 与 残
基 （ n+3） 的
氮 原 上 的 氢
之 间 形 成 氢
键, 肽 键 回
折 1800 。
无
规
则
卷
曲
示
意
图
无规则卷曲
细胞色素 C的三级结构
五,蛋白质的超二级结构和结构域
(2) 结构域 （ structure domain）
蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个 α － 螺旋或 β － 折叠或 β
－ 转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组
合体称为蛋白质的超二级结构
基本组合方式, αα； β × β ； βββ
在二级结构的基础上, 多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立, 近
似球形的三维实体, 再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级
结构, 这种相对独立的三维实体称为结构域 。
形成意义,
?动力学上更为合理
?蛋白质 （ 酶 ） 活性部位往往位于结构域之间, 使其更具柔性
(１ )超二级结构 （ supersecondary structure ）
超二级结构类型
βββ
αα β × β
1 2 3 4 5 5 2 3 4 1
Β-链
β αβ
β -迂回 回形拓扑结构
回形拓扑结构 β -迂回
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
丙酮酸激酶结构域 4 羧肽酶 腺苷酸激酶
(a) (b)
丙糖磷酸异构酶 乳酸脱氢酶结构域 1
黄素蛋白
平行 ?-折叠的结构比较（ a） ?-园桶形排布，（ b） 马蹄形排布
六,蛋白质的三级结构
多肽键在二级结构的基础上, 通过侧链基团的相互
作用进一步卷曲折叠, 借助次级键维系使 α － 螺旋, β
－ 折叠片, β－ 转角等二级结构相互配置而 形成特定的
构象 。 三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间
上的重新排布 。
实例,肌红蛋白
核糖核酸酶
肌
红
蛋
白
三
级
结
构
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His12
C
His119
Lys41
七、蛋白质的四级结构
四级结构是指由相同或不同的称作亚基 （ subunit）
的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构, 维持
四级结构稳定的作用力是疏水键, 离子键, 氢键, 范得华
力 。 亚基本身都具有球状三级结构, 一般只包含一条多肽
链, 也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成 。
实例,血红蛋白
烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构
血红蛋白四级结构
烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
一, 蛋白质 一级结构与功能
二, 蛋白质 高级构象与功能
蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的
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。
一级结构决定高级结构,
也决定蛋白质的功能
1,蛋白质一级结构的种属差异与同源性
实例,细胞色素Ｃ
2,蛋白质一级结构的变异与分子病
实例,血红蛋白质异常病变 ? 镰刀型贫血 病
3,蛋白质前体的激活与一级结构
实例,胰岛素原的激活
高级构象决定蛋白质的功能
1, 蛋白质高级构象破坏, 功能丧失
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
不同生物与人的 Cytc的 AA差异数目
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
不
同
生
物
来
源
的
细
胞
色
素
c
中
不
变
的
AA
残
基
14
10
6
100
1
34
32
30
29
27
18
17
67
59
52
51
48
45 41
38
87
84
82
80
70
68
91
Gly
Gly
Phe
Cys
Gly
Gly
Gly
Arg
Lys
Gly
Cys
Lys
Phe
His
Pro Leu
Gly
Arg
Tyr
Ala
Asn
Trp
Tyr 70
75
80
Lys
Lys
Lys
Pro
Pro
Tyr
Ile
Gly
Thr
Met
Asn
Leu
血红素
细胞色素 c分子的空间结构
不变 的 AA残基
35个不变的 AA残基，是 Cyt C 的生物功能所不
可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的
可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合
细胞色素还原酶和氧化酶。
正常红细胞与
镰刀形红细胞
的扫描电镜图
镰刀形
红细胞
正常红
细胞
?-链 N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8
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…
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
核糖核酸酶变性与复性作用
Native ribonuclease Denative reduced ribonuclease
Native ribonuclease
8 M urea and
?-mercapotoethanol
Dialysis
变性
复性
血红蛋白输氧功能和构象变化
O2
Hb
Hb- O2
O2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
活动肌肉毛细
血管中的 PO2
0 20 40 60 80 100
肺泡中的 PO2
Myoglobin
Hemoglobin
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,蛋白质呈色反应
蛋白质两性解离性质和等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
Pr
COOH
NH3+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH- Pr
COO-
NH2
Pr
COO-
NH3+
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 （ isoelectric point,pI） 。
蛋白质胶体性质
由于蛋白质分子量很大, 在水溶液中形成 1-100nm的
颗粒, 因而具有胶体溶液的特征 。 可溶性蛋白质分子表面分
布着大量极性氨基酸残基, 对水有很高的亲和性, 通过水合
作用在蛋白质颗粒外面形成一层 水化层, 同时这些颗粒带有
电荷, 因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体 。
蛋白质胶体性质的应用
透析法,利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋
白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质
留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（ dialysis）。
盐析法,在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有
效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使
蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（ salting out）。
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
液就不再稳定并将产生沉淀 。
沉淀方法类别,
1,高浓度中性盐 （ 盐析, 盐溶 ）
2,酸硷 （ 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
蛋白质变性与复性
● 蛋白质各自所特有的高级结构, 是表现其物理性质和化学特性以
及生物学功能的基础 。 当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影
响, 使其分子内部原有的高级构象发生变化时, 蛋白质的理化性质和生
物学功能都随之改变或丧失, 但并未导致其一级结构的变化, 这种现象
称为 变性作用 （ denaturation） 。
表征,生物活性丧失；物理性质 （ 溶解度, 粘度, 扩散系数, 光谱特性等 ）
和化学性质 （ 化学反应, 被酶解性 ） 改变
应用,变性灭菌, 消毒；变性制食品；抗衰老 ……
● 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈, 则是一种可逆过程, 变性蛋白
质通常在除去变性因素后, 可缓慢地重新自发折叠成原来的构象, 恢复
原有的理化性质和生物活性, 这种现象成为 复性 （ renaturation） 。
蛋白质主要呈色反应
双缩脲反应
酚试剂反应 → 蛋白质定量, 定性
茚三酮反应 测定常用方法
双缩脲反应
蛋白质在碱性溶液中也
能与硫酸铜发生相同反应，
产生红紫色络合物 红紫色络合物
(硷性溶液 ) Cu2+
蛋白质的紫外吸收光谱
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 。
蛋白质质量浓度 /（ mg/ml） =1.55A1cm - 0.76A1cm 280 260
测定范围,0.1～ 0.5mg/ml
简单蛋白质分类
结合蛋白质分类
问答题和计算题
1,为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？
2,试比较 Gly,Pro与其它常见氨基酸结构的异同, 它们对多肽链
二级结构的形成有何影响？
3,试举例说明蛋白质结构与功能的关系 （ 包括一级结构, 高级结
构与功能的关系 ） 。
4,为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？
5,什麽是蛋白质的变性？ 变性的机制是什麽？ 举例说明蛋白质变
性在实践中的应用 。
6,已知某蛋白质的多肽链的一些节段是 ?-螺旋, 而另一些节段是 ?-
折叠 。 该蛋白质的分子量为 240 000,其分子长 5.06?10-5,求分子中 ?-
螺旋和 ?-折叠的百分率 。 (蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为 120)
名词解释
等电点 （ pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 一级结构
二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域
蛋白质变性与复性 分子病 肽
课堂练习答案
相同,虽然二者在组成上差异很大,但在构成方式上却很相似,主要表现在
①都是由基本结构单位通过特定的共价键连接而成的大分子，②各自的主链
都是不变成分，可变成分在侧链上。
相异,
比较项目 蛋白质 核酸
基本结构单位 20种氨基酸 4种（脱氧）核苷酸
连接的键 肽键 3ˊ, 5ˊ -磷酸二酯键
主链的组成 由 -N-C?-CO- 由戊糖 +磷酸
（不变成分） 反复循环组成 反复循环组成
侧链 20种 AA残基的 核苷酸的 4种
（可变成分） R侧链排列组合 碱基排列组合
基本结构单位通式
H2N-CH-COOH
R H2PO3-O-H2C
(O)H HO
N
1、试比较核酸、蛋白质 一级结构 的异同，写出各自 基本结构单位 的通式
2、简述研究核酸、蛋白质一级结构的意义。
生物的遗传信息储存于 DNA的核苷酸序列中，蛋
白质的一级结构是由相应的 DNA序列决定的，每一
种蛋白质分子所具有的特定的一级结构又决定了其高
级结构和生物学功能，也就表现出特定的生命现象。
因此，研究核酸、蛋白质的一级结构可破译生命的密
码，是在分子水平认识生命的突破口。
