第 3章 蛋白质
Proteins
本章主要内容
? 蛋白质在生命活动中的重要作用
? 蛋白质的组成单位 —— 氨基酸
? 蛋白质的化学结构和高级结构
? 多肽、蛋白质结构与功能的关系
? 蛋白质的理化性质和分离与鉴定
1.蛋白质在生命活动中的重要作用
? 生物催化作用,酶
? 运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白
? 调节作用：如胰岛素、生长激素
? 运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白
? 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子
? 营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白
? 结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白
? 能量转换蛋白：如细胞色素
? 基因调节蛋白：如阻遏蛋白
1.1 蛋白质在机体内的生物学功能
按形状可将蛋白质分为：
纤维状蛋白质：多为结构蛋白。
球状蛋白质,具有广泛的生物学功能。如酶、蛋白类激素等。
按结构和功能可将蛋白质分为：
简单蛋白（ simple protein）：仅有蛋白质组成的、结构简单的蛋白质。
结合蛋白（ conjugated protein）：在蛋白质分子中除了含有氨基酸成
分外，还要有其他的成分的存在，才能保证其正常生物活性的蛋白质。
分子中包含蛋白质和非蛋白质两部分。
1.2 蛋白质的分类
2.蛋白质的化学组成
2.1 蛋白质的元素组成
所有蛋白质均含有,
C 50%-55%
H 6%-8%
O 20%-23%
N 15%-17%
某些蛋白质含有,S 0.3%-2.5%以及 P
少数蛋白质含有,Fe,Cu,Zn,Mo和 I等元素
蛋白质中 N的平均含量约 16%，因此食物与饲料中蛋白质的含
量可以通过凯氏定 N（ Kjeldahl法）进行大致估计。
2.2 蛋白质的基本结构单位 —— 氨基酸
2.2.1 氨基酸的基本结构和构型
存在于自然界的氨基酸有 300种。动物机体的蛋白质经强酸水解之
后可以得到 20种氨基酸，并且均为 L-氨基酸（除了甘氨酸），含不
对称的 α-碳原子。它们之间的差别在于有不同的侧链基团 R。
N H 2
C α C O O HR
H
氨基酸的结构通式
C
C
O O
C H 2 O H
HH 3 N
C
C
O H
C H 2 O H
HH O
C
C
O O
C H 2 O H
H N H 3
C
C
O H
C H 2 O H
H O H
镜 面
L - 丝 氨 酸 D - 丝 氨 酸 L - 甘 油 醛 D - 甘 油 醛
镜 面
氨基酸与甘油醛的构型
2.2.2 组成蛋白质的 20种氨基酸
2.2.3 氨基酸的分类
在中性 pH条件下
按其 R侧链极性和所带电荷的不同，分为四大类,
不带电荷极性氨基酸, Gly,Ser,Thr,Cys,Thr,Asn,Gln
带负电荷极性氨基酸, Asp,Glu
带正电荷极性氨基酸, His,Arg,Lys
非极性氨基酸,Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Phe,Trp,Met
含非极性侧链基团 含极性侧链基团
Ser,S Thr,T Cys,C
Pro,P Asn,N Gln,Q
Gly,G Ala,A Val,V
Leu,L Met,M Ile,I
含芳香基团 含碱性侧链基团（带正电荷）
Phe,F; Tyr,Y; Trp,W Lys,K; Arg,R; His,H
含酸性侧链基团（带负电荷）
Asp,D; Glu,E
2.2.4 氨基酸的主要理化性质
? 光吸收特性
? 氨基酸的两性解离
氨基酸分子在水溶液中呈两性离子状态，在其
等电点时，氨基酸所带的正、负电荷相等，净
电荷为零。
? 氨基酸的等电点
对某一种氨基酸而言，当溶液在某一个特定的 pH，氨基酸以
两性离子的形式存在，并且其所带的正电荷数与负电荷数相等，
即净电荷为零。在直流电场中，它既不向正极，也不向负极移动。
此时溶液的 pH称为这种氨基酸的等电点（ pI）。
例如,甘氨酸的羧基的 pK1为 2.34，氨基的 pK2为 9.60，其 pI为 5.97。
3.蛋白质的化学结构和高级结构
3.1 肽键（ peptide bond）和肽（ peptide ）
肽键：指蛋白质分子中，由一个氨基酸的 α-COOH和另一个氨基酸的 α-
NH2之间脱水缩合而成的酰胺键，它是蛋白质结构中的主要共价键。
肽,由肽键形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）
多肽（ polypeptide）和多肽链（ polypeptide chain）
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
氨基酸序列，多肽链上不完整的氨基酸，称为 氨基酸残基 (amino acid residue)
上图为,丝氨酰 -甘氨酰 -酪氨酰 -丙氨酰 -异亮氨酸
（ N-端） （ C-端）
3.2 肽单位平面与二面角
肽平面（ peptide plane）,肽链主链的肽键 C-N具有双键的性质，
因而不能自由的旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面
上，此平面称为肽单位平面，又称酰胺平面。通常是反式的。
二面角（ dihedral angle）,肽
平面的连接处为 α碳原子。它与
相邻的两个参与肽键形成的 C
和 N原子之间的单键可以在一
定范围内转动,Cα-N之间称 φ
角，在 Cα-C之间称 ψ角，这就
是 α-碳原子上的一对二面角。
这对二面角决定了相邻肽平面
的相对位臵。
相邻二个肽平面上的二面角
3.3 蛋白质的一级结构
一级结构 （ primary structure）：即蛋白质的化学结构，是指多肽链
上各种氨基酸残基的种类和排列顺序，也包括二硫键的数目。
G l y I l e V a l G l u G l n C y s C y s A l a S e r V a l C y s S e r L e u T y r G l n L e u G l u A s n T y r C y s A s n
P h e V a l A s n G l n H i s L e u C y s G l y S e r H i s L e u V a l G l u A l a L e u T y r L e u V a l C y s G l y G l u A r g G l y P h e P h e T y r T h r P r o L y s A l a
S S
S
S
S
S
5 1 0 1 5 2 1
5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0
A
B
牛胰岛素的一级结构,51个氨基酸,A（ 21肽）,B（ 30肽）两条
肽链,A链内一对 S-S,A和 B链间 2对 S-S
3.4 蛋白质的高级结构
指一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布，
即构象 （ conformation） 或空间结构。
构象 由单键旋转产生的各种立体结构，而 构型 （ configuration ）
是通过改变共价键形成的结构。
蛋白质的高级结构由明显的结构层次。
一级结构是空间结构的基础。
（ 1）非共价键
氢键
离子键
范德瓦尔力
疏水作用
（ 2） S-S键
维持蛋白质空间结构中重要的化学键
3.4.1 蛋白质结构层次
蛋白质结构极其复杂，但具有明显的结构层次
?一级结构（多肽链上的氨基酸排列顺序）
?二级结构（多肽链主链骨架的局部空间结构）
?超二级结构（二级结构单位的集合体）
?结构域（多肽链上可以明显区分的球状区域）
?三级结构（多肽链上所有原子和基团的空间排布）
?四级结构（由球状亚基或分子缔合而成的集合体）
蛋白质的主要结构层次
3.4.2 二级结构
二级结构 （ secondary structure）：指多肽链主链在一级结构的基础上
进一步的盘旋或折叠，形成的周期性构象，维系二级结构的力是氢键。
二级结构主要形式有：
α-螺旋,β-折叠,β-转角、无规卷曲
? α-螺旋（ α-helix）
是在角蛋白中最常见的
构象，为右手螺旋。每
圈螺旋 3.6个氨基酸残
基。侧链基团 R在螺旋
外侧。主链内部形成 H-
键，不涉及侧链 R。
典型的 α-螺旋是 3.613螺
旋，一周螺旋 3.6个氨
基酸，跨越 13个原子 。
? β-折叠（ β-sheet）
平
行
结
构 反平
行
结
构
存在于丝心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比较伸展的构象。主链之间
形成 H键，侧链基团 R交替地位于片层的上、下。
? β-转角（ β-turn）
肽链 1800的回折
? 无规卷曲（ random coil）
两种主要类型的 β-转角
指蛋白质的肽链中没有确
定规律性的那部分肽段构
象。
3.4.3 超二级结构
超二级结构 （ super secondary structure）：在蛋白质中经常存在由若
干相邻的二级结构单元按一定规律组合在一起，形成有规则的二级结
构集合体，超二级结构又称 基序或模体 （ motif）
四种类型的超二级结构
3.4.4 结构域
结构域 （ domain）：在较大的蛋白质分子里，多肽链的空间折叠常常
形成两个或多个近似球状的三维实体,它们之间连接松散。
由 β -折叠,α -螺旋形成的结构域
丙酮酸激酶
的一个结构
域
免疫球蛋白
的一个结构
域
3.4.5 三级结构
三级结构 （ tertiary structure）：指一条多肽链在二级结构（超二
级结构及结构域）的基础上，进一步盘绕、折叠而成的具有特定肽
链走向的紧密球状结构,或者说三级结构是指多肽链中所有原子和
基团在三维空间的排布。
肌红蛋白的三级结构及其结合的血红素亚基
三级结构的稳定主要靠非
共价相互作用
氨基酸亲水的基团倾向于
分布在分子的表面，疏水
的基团在分子的内部。
3.4.6 四级结构
四级结构 （ quaternary structure）：多个具有三级结构的多肽链
（称 亚基, Subunit）的聚合。或者说四级结构指亚基的种类、数
目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用。
血红蛋白的四级结构
四级结构的稳定主要靠是疏水作
用力，另外还有离子键、氢键、范德
华引力等 。
血红蛋白由 4个亚基组成（ α2β2）,
每个亚基都与肌红蛋白非常相似。
4.多肽、蛋白结构与功能的关系
4.1 一级结构与功能的关系
? 氨基酸组成变化改变其功能
C y s T y r I l e G l n A s n C y s P r o L e u G l y
C y s T y r P h e G l n A s n C y s P r o A r g G l y
S S
S S
牛 催 产 素
牛 加 压 素
? 一级结构改变引起分子病
基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下
降或丧失，就会产生疾病，这种病称为 分子病（ molecular disease） 。
最早从分子水平证
明的先天性遗传病 ——
镰刀形红细胞贫血症
(sickle-cell anemia)。
镰刀形红细胞
正常血细胞
hemoglobin ?6,GAA(Glu) -> GTA(Val)
? 分子进化
细胞色素 c 是由
104个氨基酸组
成的蛋白质。
比较 50种不同的
生物，发现由 35
个是保守的。
凡与人类亲缘关
系越远的生物，
其氨基酸顺序与
人类的差异越大。 从细胞色素 c的一级结构看生物进化
? 蛋白质前体的激活
一些蛋白质或酶在
细胞中首先合成 (翻译 )
的是其前体,在成为有
功能的蛋白质或酶之
前需要激活,
例如,胰岛素 (insulin ).
的前体是胰岛素原
(proinsulin),要在切除 C
肽之后才转变为活性
的胰岛素
胰岛素原的一级结构
4.2 高级结构与功能的关系
? 蛋白质的变性与复性
变性 （ denaturation）是指一些理化因素，如热、光、机械力、
酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持
蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导
致其生物活性的丧失。变性一般并不引起肽键的断裂，但蛋白质的
溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。
变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可
能得以恢复，称为 复性 （ renaturation）。
核糖核酸酶 RNase的变性与复性
? 蛋白质的正确折叠与分子伴侣
多肽链的特定空间结构是其功能的保证 。
肽链的正确折叠或者亚基的装配常常需要由一些蛋白质，例如热激
蛋白 （ Heat shock protein,Hsp） 和某些酶的帮助，并且消耗 ATP。
但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或装配复合物
中。它们被称为 分子伴侣 （ molecular chaperone） 。
疯牛病病牛的海绵样脑组织
疯牛病 (BSE)可
能是由于朊蛋白
（ Pron protein,PrP）
的错误折叠引起
的
? 蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能
变构作用 （ Allosteric effect ） 是指效应剂（变构剂）作用于多亚基
的蛋白质或酶的某个亚基后，导致其构象改变，继而引起其他亚基
构象的改变，结果是蛋白质或酶的生物活性的变化。可能是变构激
活，也可能是变构抑制。
血红蛋白中的 4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红蛋白的
一个亚基结合后，引起其构象发生改变，这种变化在亚基之间传递，
从而改变了其他亚基与氧的结合能力。（邮票模型）
氧合可以引发维系血红蛋白 4个亚基的 8对离子键相继断开，从比较
紧凑的 T构象转变为比较松弛的 R构象。
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合
能力总体上削弱了（氧合曲线右移,由双曲线转变成 S形曲线），但是赋予了
其新的能力 —— 可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧
分压低的组织（肌肉）输送和转移。
5.蛋白质的理化性质与分离纯化
5.1 蛋白质的理化性质
（ 1）形态与分子量
球状、杆状、纤维状，分子量 5000以上至数百万
（ 2）等电点
等电点时，蛋白质通常有低的溶解度
（ 3）胶体特性
中性盐、有机溶剂可以破坏蛋白质胶粒的水化膜，引起沉淀
5.2 蛋白质的分离纯化
（ 1）材料来源
来源方便、含量丰富、容易提取,防止变性
（ 2）分离的一般原则
利用分子大小，如分子筛凝胶过滤；
利用电离性质，如电泳；
利用溶解性，如等电点；
利用生物学特性，如亲和层析等
（ 3）纯化鉴定
氨基酸组成分析、末段分析、
色谱分析、电泳分析、等电聚
焦分析、免疫化学分析
（ 4）序列测定
确定肽链的氨基酸组成、末端和 S-S键数目
专一地酶解大的多肽成为较小的片段
蛋白质序列仪
应用肽段序列重叠法确定氨基酸的排序
确定 S-S键的位臵
本章结束
Proteins
本章主要内容
? 蛋白质在生命活动中的重要作用
? 蛋白质的组成单位 —— 氨基酸
? 蛋白质的化学结构和高级结构
? 多肽、蛋白质结构与功能的关系
? 蛋白质的理化性质和分离与鉴定
1.蛋白质在生命活动中的重要作用
? 生物催化作用,酶
? 运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白
? 调节作用：如胰岛素、生长激素
? 运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白
? 防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子
? 营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白
? 结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白
? 能量转换蛋白：如细胞色素
? 基因调节蛋白：如阻遏蛋白
1.1 蛋白质在机体内的生物学功能
按形状可将蛋白质分为：
纤维状蛋白质：多为结构蛋白。
球状蛋白质,具有广泛的生物学功能。如酶、蛋白类激素等。
按结构和功能可将蛋白质分为：
简单蛋白（ simple protein）：仅有蛋白质组成的、结构简单的蛋白质。
结合蛋白（ conjugated protein）：在蛋白质分子中除了含有氨基酸成
分外，还要有其他的成分的存在，才能保证其正常生物活性的蛋白质。
分子中包含蛋白质和非蛋白质两部分。
1.2 蛋白质的分类
2.蛋白质的化学组成
2.1 蛋白质的元素组成
所有蛋白质均含有,
C 50%-55%
H 6%-8%
O 20%-23%
N 15%-17%
某些蛋白质含有,S 0.3%-2.5%以及 P
少数蛋白质含有,Fe,Cu,Zn,Mo和 I等元素
蛋白质中 N的平均含量约 16%，因此食物与饲料中蛋白质的含
量可以通过凯氏定 N（ Kjeldahl法）进行大致估计。
2.2 蛋白质的基本结构单位 —— 氨基酸
2.2.1 氨基酸的基本结构和构型
存在于自然界的氨基酸有 300种。动物机体的蛋白质经强酸水解之
后可以得到 20种氨基酸，并且均为 L-氨基酸（除了甘氨酸），含不
对称的 α-碳原子。它们之间的差别在于有不同的侧链基团 R。
N H 2
C α C O O HR
H
氨基酸的结构通式
C
C
O O
C H 2 O H
HH 3 N
C
C
O H
C H 2 O H
HH O
C
C
O O
C H 2 O H
H N H 3
C
C
O H
C H 2 O H
H O H
镜 面
L - 丝 氨 酸 D - 丝 氨 酸 L - 甘 油 醛 D - 甘 油 醛
镜 面
氨基酸与甘油醛的构型
2.2.2 组成蛋白质的 20种氨基酸
2.2.3 氨基酸的分类
在中性 pH条件下
按其 R侧链极性和所带电荷的不同，分为四大类,
不带电荷极性氨基酸, Gly,Ser,Thr,Cys,Thr,Asn,Gln
带负电荷极性氨基酸, Asp,Glu
带正电荷极性氨基酸, His,Arg,Lys
非极性氨基酸,Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Phe,Trp,Met
含非极性侧链基团 含极性侧链基团
Ser,S Thr,T Cys,C
Pro,P Asn,N Gln,Q
Gly,G Ala,A Val,V
Leu,L Met,M Ile,I
含芳香基团 含碱性侧链基团（带正电荷）
Phe,F; Tyr,Y; Trp,W Lys,K; Arg,R; His,H
含酸性侧链基团（带负电荷）
Asp,D; Glu,E
2.2.4 氨基酸的主要理化性质
? 光吸收特性
? 氨基酸的两性解离
氨基酸分子在水溶液中呈两性离子状态，在其
等电点时，氨基酸所带的正、负电荷相等，净
电荷为零。
? 氨基酸的等电点
对某一种氨基酸而言，当溶液在某一个特定的 pH，氨基酸以
两性离子的形式存在，并且其所带的正电荷数与负电荷数相等，
即净电荷为零。在直流电场中，它既不向正极，也不向负极移动。
此时溶液的 pH称为这种氨基酸的等电点（ pI）。
例如,甘氨酸的羧基的 pK1为 2.34，氨基的 pK2为 9.60，其 pI为 5.97。
3.蛋白质的化学结构和高级结构
3.1 肽键（ peptide bond）和肽（ peptide ）
肽键：指蛋白质分子中，由一个氨基酸的 α-COOH和另一个氨基酸的 α-
NH2之间脱水缩合而成的酰胺键，它是蛋白质结构中的主要共价键。
肽,由肽键形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）
多肽（ polypeptide）和多肽链（ polypeptide chain）
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
氨基酸序列，多肽链上不完整的氨基酸，称为 氨基酸残基 (amino acid residue)
上图为,丝氨酰 -甘氨酰 -酪氨酰 -丙氨酰 -异亮氨酸
（ N-端） （ C-端）
3.2 肽单位平面与二面角
肽平面（ peptide plane）,肽链主链的肽键 C-N具有双键的性质，
因而不能自由的旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面
上，此平面称为肽单位平面，又称酰胺平面。通常是反式的。
二面角（ dihedral angle）,肽
平面的连接处为 α碳原子。它与
相邻的两个参与肽键形成的 C
和 N原子之间的单键可以在一
定范围内转动,Cα-N之间称 φ
角，在 Cα-C之间称 ψ角，这就
是 α-碳原子上的一对二面角。
这对二面角决定了相邻肽平面
的相对位臵。
相邻二个肽平面上的二面角
3.3 蛋白质的一级结构
一级结构 （ primary structure）：即蛋白质的化学结构，是指多肽链
上各种氨基酸残基的种类和排列顺序，也包括二硫键的数目。
G l y I l e V a l G l u G l n C y s C y s A l a S e r V a l C y s S e r L e u T y r G l n L e u G l u A s n T y r C y s A s n
P h e V a l A s n G l n H i s L e u C y s G l y S e r H i s L e u V a l G l u A l a L e u T y r L e u V a l C y s G l y G l u A r g G l y P h e P h e T y r T h r P r o L y s A l a
S S
S
S
S
S
5 1 0 1 5 2 1
5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0
A
B
牛胰岛素的一级结构,51个氨基酸,A（ 21肽）,B（ 30肽）两条
肽链,A链内一对 S-S,A和 B链间 2对 S-S
3.4 蛋白质的高级结构
指一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布，
即构象 （ conformation） 或空间结构。
构象 由单键旋转产生的各种立体结构，而 构型 （ configuration ）
是通过改变共价键形成的结构。
蛋白质的高级结构由明显的结构层次。
一级结构是空间结构的基础。
（ 1）非共价键
氢键
离子键
范德瓦尔力
疏水作用
（ 2） S-S键
维持蛋白质空间结构中重要的化学键
3.4.1 蛋白质结构层次
蛋白质结构极其复杂，但具有明显的结构层次
?一级结构（多肽链上的氨基酸排列顺序）
?二级结构（多肽链主链骨架的局部空间结构）
?超二级结构（二级结构单位的集合体）
?结构域（多肽链上可以明显区分的球状区域）
?三级结构（多肽链上所有原子和基团的空间排布）
?四级结构（由球状亚基或分子缔合而成的集合体）
蛋白质的主要结构层次
3.4.2 二级结构
二级结构 （ secondary structure）：指多肽链主链在一级结构的基础上
进一步的盘旋或折叠，形成的周期性构象，维系二级结构的力是氢键。
二级结构主要形式有：
α-螺旋,β-折叠,β-转角、无规卷曲
? α-螺旋（ α-helix）
是在角蛋白中最常见的
构象，为右手螺旋。每
圈螺旋 3.6个氨基酸残
基。侧链基团 R在螺旋
外侧。主链内部形成 H-
键，不涉及侧链 R。
典型的 α-螺旋是 3.613螺
旋，一周螺旋 3.6个氨
基酸，跨越 13个原子 。
? β-折叠（ β-sheet）
平
行
结
构 反平
行
结
构
存在于丝心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比较伸展的构象。主链之间
形成 H键，侧链基团 R交替地位于片层的上、下。
? β-转角（ β-turn）
肽链 1800的回折
? 无规卷曲（ random coil）
两种主要类型的 β-转角
指蛋白质的肽链中没有确
定规律性的那部分肽段构
象。
3.4.3 超二级结构
超二级结构 （ super secondary structure）：在蛋白质中经常存在由若
干相邻的二级结构单元按一定规律组合在一起，形成有规则的二级结
构集合体，超二级结构又称 基序或模体 （ motif）
四种类型的超二级结构
3.4.4 结构域
结构域 （ domain）：在较大的蛋白质分子里，多肽链的空间折叠常常
形成两个或多个近似球状的三维实体,它们之间连接松散。
由 β -折叠,α -螺旋形成的结构域
丙酮酸激酶
的一个结构
域
免疫球蛋白
的一个结构
域
3.4.5 三级结构
三级结构 （ tertiary structure）：指一条多肽链在二级结构（超二
级结构及结构域）的基础上，进一步盘绕、折叠而成的具有特定肽
链走向的紧密球状结构,或者说三级结构是指多肽链中所有原子和
基团在三维空间的排布。
肌红蛋白的三级结构及其结合的血红素亚基
三级结构的稳定主要靠非
共价相互作用
氨基酸亲水的基团倾向于
分布在分子的表面，疏水
的基团在分子的内部。
3.4.6 四级结构
四级结构 （ quaternary structure）：多个具有三级结构的多肽链
（称 亚基, Subunit）的聚合。或者说四级结构指亚基的种类、数
目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用。
血红蛋白的四级结构
四级结构的稳定主要靠是疏水作
用力，另外还有离子键、氢键、范德
华引力等 。
血红蛋白由 4个亚基组成（ α2β2）,
每个亚基都与肌红蛋白非常相似。
4.多肽、蛋白结构与功能的关系
4.1 一级结构与功能的关系
? 氨基酸组成变化改变其功能
C y s T y r I l e G l n A s n C y s P r o L e u G l y
C y s T y r P h e G l n A s n C y s P r o A r g G l y
S S
S S
牛 催 产 素
牛 加 压 素
? 一级结构改变引起分子病
基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下
降或丧失，就会产生疾病，这种病称为 分子病（ molecular disease） 。
最早从分子水平证
明的先天性遗传病 ——
镰刀形红细胞贫血症
(sickle-cell anemia)。
镰刀形红细胞
正常血细胞
hemoglobin ?6,GAA(Glu) -> GTA(Val)
? 分子进化
细胞色素 c 是由
104个氨基酸组
成的蛋白质。
比较 50种不同的
生物，发现由 35
个是保守的。
凡与人类亲缘关
系越远的生物，
其氨基酸顺序与
人类的差异越大。 从细胞色素 c的一级结构看生物进化
? 蛋白质前体的激活
一些蛋白质或酶在
细胞中首先合成 (翻译 )
的是其前体,在成为有
功能的蛋白质或酶之
前需要激活,
例如,胰岛素 (insulin ).
的前体是胰岛素原
(proinsulin),要在切除 C
肽之后才转变为活性
的胰岛素
胰岛素原的一级结构
4.2 高级结构与功能的关系
? 蛋白质的变性与复性
变性 （ denaturation）是指一些理化因素，如热、光、机械力、
酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持
蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导
致其生物活性的丧失。变性一般并不引起肽键的断裂，但蛋白质的
溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。
变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可
能得以恢复，称为 复性 （ renaturation）。
核糖核酸酶 RNase的变性与复性
? 蛋白质的正确折叠与分子伴侣
多肽链的特定空间结构是其功能的保证 。
肽链的正确折叠或者亚基的装配常常需要由一些蛋白质，例如热激
蛋白 （ Heat shock protein,Hsp） 和某些酶的帮助，并且消耗 ATP。
但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或装配复合物
中。它们被称为 分子伴侣 （ molecular chaperone） 。
疯牛病病牛的海绵样脑组织
疯牛病 (BSE)可
能是由于朊蛋白
（ Pron protein,PrP）
的错误折叠引起
的
? 蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能
变构作用 （ Allosteric effect ） 是指效应剂（变构剂）作用于多亚基
的蛋白质或酶的某个亚基后，导致其构象改变，继而引起其他亚基
构象的改变，结果是蛋白质或酶的生物活性的变化。可能是变构激
活，也可能是变构抑制。
血红蛋白中的 4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红蛋白的
一个亚基结合后，引起其构象发生改变，这种变化在亚基之间传递，
从而改变了其他亚基与氧的结合能力。（邮票模型）
氧合可以引发维系血红蛋白 4个亚基的 8对离子键相继断开，从比较
紧凑的 T构象转变为比较松弛的 R构象。
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合
能力总体上削弱了（氧合曲线右移,由双曲线转变成 S形曲线），但是赋予了
其新的能力 —— 可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧
分压低的组织（肌肉）输送和转移。
5.蛋白质的理化性质与分离纯化
5.1 蛋白质的理化性质
（ 1）形态与分子量
球状、杆状、纤维状，分子量 5000以上至数百万
（ 2）等电点
等电点时，蛋白质通常有低的溶解度
（ 3）胶体特性
中性盐、有机溶剂可以破坏蛋白质胶粒的水化膜，引起沉淀
5.2 蛋白质的分离纯化
（ 1）材料来源
来源方便、含量丰富、容易提取,防止变性
（ 2）分离的一般原则
利用分子大小，如分子筛凝胶过滤；
利用电离性质，如电泳；
利用溶解性，如等电点；
利用生物学特性，如亲和层析等
（ 3）纯化鉴定
氨基酸组成分析、末段分析、
色谱分析、电泳分析、等电聚
焦分析、免疫化学分析
（ 4）序列测定
确定肽链的氨基酸组成、末端和 S-S键数目
专一地酶解大的多肽成为较小的片段
蛋白质序列仪
应用肽段序列重叠法确定氨基酸的排序
确定 S-S键的位臵
本章结束
