第一篇
生物大分子的结构和功能
第二章
蛋白质的结构和功能
Structure and function of protein
教学大纲
? 掌握 蛋白质的元素组成及特点、组成人体
蛋白质的基本单位 --氨基酸的种类及通式。
? 掌握 蛋白质一、二、三、四级结构的概念
及其稳定因素、掌握蛋白质二级结构的基
本形式,了解肽、肽键、肽单元、模序、
结构域的概念,
? 掌握 蛋白质（氨基酸）的等电点和两性电
离、蛋白质变性及沉淀、盐析的概念。
蛋白质（ Protein） 是生命
的物质基础，是生物体的基本组
成成分之一，普遍存在于一切生
物体中，占人体干重的 45%，含
量丰富、分布广泛、种类繁多。
蛋白质 （ protein） 的功能
? 生物体的基本组成成分（占干重 45%）
? 参与物质代谢（酶的催化作用）
? 参与机体防御（免疫球蛋白）
? 参与调节与控制（激素、生长因子）
? 参与凝血（凝血因子、纤维蛋白原）
? 参与转运和贮存（铁蛋白、运铁蛋白）
? 参与肌肉收缩（肌动球蛋白）
? 参与信号传导（受体）
? ……
第一节
蛋白质的分子组成
1.1 组成元素,C (50-55%) H (6-7%)
O (19-24%) N (13-19%) S (0-4%)
P Fe Cu Zn Mn Co Mo I
1.2 特征性元素,氮,16%
每克样品含氮克数 × 6.25× 100 =
100克样品中蛋白质含量 (g％ )
一、蛋白质的元素组成
2.1 概念和种类
二、蛋白质的组成单位
------氨基酸 (amino acid,AA)
2.2 结构
2.3 分类
2.4 理化性质
2.1 氨基酸的概念和种类
构成蛋白质的 AA除甘氨酸外均为 L-a-AA
氨基酸 ---含有氨基的脂肪族羧酸类
L-AA D-AA
α-AA β-AA γ-AA……
自然界 --- 300余种
组成人体蛋白质 ---20种
H
甘氨酸
CH3
丙氨酸 L-氨基酸的通式
R
2.2 氨基酸的结构
R
|
H2N-C-COOH
|
H
氨基酸结构通式
一些特殊结构的氨基酸
? α-碳为非手性碳的氨基酸,Gly
? 芳香氨基酸,Phe\Tyr\Trp
? 含 -SH的氨基酸,Cys
? 含 -OH的氨基酸,Ser\Thr\Tyr
? 含活性 -CH3的氨基酸,Met
? 含咪唑基的氨基酸,His
? 亚氨基酸,Pro
CH2
CHCOO-
NH2
CH2
CH2
脯氨酸
（亚氨基酸）
+
proline
2.3 根据侧链结构和理化性质,
AA可分为,
A,非极性疏水氨基酸
B,极性中性氨基酸
C,酸性氨基酸
D,碱性氨基酸
甘氨酸 glycine Gly G 5.97
丙氨酸 alanine Ala A 6.00
缬氨酸 valine Val V 5.96
亮氨酸 leucine Leu L 5.98
异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02
苯丙氨酸 phenylalanine Phe P 5.48
脯氨酸 proline Pro P 6.30
1、非极性疏水性氨基酸
色氨酸 tryptophan Try W 5.89
丝氨酸 serine Ser S 5.68
酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66
半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41
谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65
苏氨酸 threonine Thr T 5.60
2、极性中性氨基酸
天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97
谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22
赖氨酸 lysine Lys K 9.74
精氨酸 arginine Arg R 10.76
组氨酸 histidine His H 7.59
3、酸性氨基酸
4,碱性氨基酸
N H
C
H
C
H
2
C
H
2
CH
2
C H
O
脯氨酸 proline Pro
脯 P
等电点 6.30
2.4 AA的理化性质
2.4.1 两性解离及等电点
2.4.2 紫外吸收性质
2.4.3 茚三酮反应
2.4.1 两性解离
氨基酸既可解离成阳离子也可解
离成阴离子的性质。
两性解离的结构基础为所有 AA
都含有碱性（ a-氨基）和酸性（ a-
羧基）基团。
等电点 （ Isoelectric point,pI）
某一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，净电荷为零时的
介质 pH称为该氨基酸的等电点或等离子点。
* 如何判断氨基酸在 pH一定的溶液中所带的电荷？
* 如何计算氨基酸的等电点？ pI = ?（ pK1+pK2）
? 吸收峰,
? λ=280nm
? 原因,
? Trp\Tyr
? 用途,
? 测定蛋白质含量
2.4.2 紫外吸收性质
? 原理,
氨基酸与茚三酮水合物共热，生成
兰紫色化合物，吸收峰在 570nm。
? 用途,
2.4.3 茚三酮反应
作为氨基酸定量分析的方法。
3.1 肽键 （ Peptide bond）
三、氨基酸的连接方式和连接产物
---肽键和肽
3.2 肽 （ Peptide）
3.3 多肽链 （ Polypeptide chain）
3.4 生物活性肽
3.1 肽键 （ Peptide bond）
一种氨基酸的 α-氨基与另一种氨基
酸的 α-羧基脱水缩合形成的酰胺键。
+
-HOH NH
2-CH-C-N-CH-C
O
OH H H H
O
NH2-CH-C
H
O
OH
甘氨酸
NH-CH-C
H
O
OH H
甘氨酸
甘氨酰甘氨酸 肽键
肽键 （ peptide bond）,由一个
氨基酸的 ??羧基 与另一个氨基酸的
??氨基 脱水缩合形成的化学键。
R1O R2 O R3 O Rn
H2N-C-C-N-C-C-N-C-C- ? -N-C-COO-
H H H H H H H
肽 链
特点,
A,由 C H O N 四个原子构成
B,共价键
C,蛋白质分子的主键
肽键的键长为 0.132nm,介于单键
（键长 0.149nm）与双键（键长
0.127 nm）之间。
具双键的性质，即不能自由旋转 。
3.2 肽 （ Peptide）
氨基酸通过肽键相连而成的化合物。
分别称为二肽、三肽、四肽 ……,依此类推。
寡肽 （ oligopeotide）, < 10个氨基酸
多肽 （ polypeptide）, ≥ 10个氨基酸
氨基酸残基 （ AA residue）, 肽链中氨基
酸分子因脱水缩合而基团不全。
3.3 多肽链 （ polypeptide chain）
由 10个或 10个以上氨基酸通过肽键连接
而成的链状化合物。
特点,A,无分支
B,两个末端：氨基末端（ N-端）
羧基末端（ C-端）
书写时,N-段在左侧,C-段在右侧
C,主链和侧链
D,是蛋白质的结构基础
E,蛋白质和多肽的区别
3.4 生物活性肽（ 生物体内有调节功能的肽）
A,谷胱甘肽 （ glutathione,GSH）
由 谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的
三肽，功能基团为巯基。
生理功能
还原剂
保护机体免遭毒物损害
O
C
CH2
CH2
H-C-NH2
COOH
N
H
C
O
H
N
CH2
COO-
Glu
Cys
Gly
SH
CH2
CH
B,多肽激素和神经肽
催产素（ 9肽）
加压素（ 9肽）
促肾上腺皮质激素（ 39肽）
促甲状腺素释放激素（ 3肽）
脑啡肽（ 5肽）
β-内啡肽（ 31肽）
强啡肽（ 17肽）
4.1 组成成分,
单纯蛋白质
结合蛋白质：辅基（共价结合）
细胞色素、寡糖、脂类、磷酸、金属离子、核酸
4.2 分子形状,
纤维状蛋白质：胶原蛋白
球状蛋白质：酶、免疫球蛋白、激素等
四、蛋白质的分类
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质的分子结构包括,
一级结构 ------基本结构（平面结构）
二级结构
三级结构 高级结构或空间构象
四级结构 （ Conformation）
一、蛋白质的一级结构
Primary structure
1.1 概念：指蛋白质多肽链分子中氨基酸的排
列顺序，又称为蛋白质的化学结构。
1.2 主要化学键,
1.3 特点,
1）多样性
2）是空间结构和生物学功能的基础,但并
不是决定空间构象的唯一因素
肽键（二硫键）
二、蛋白质的二级结构
Secondary structure
2.1 概念
2.2 肽单元 （ peptide unit）
2.4 主要化学键
2.3 主要形式
2.5 模序 （ motif）
2.6 分子伴侣 （ chaperon）
氢键
2.1 蛋白质二级结构的概念
指蛋白质分子内某一段肽链中的局
部空间结构，即该段肽链主链骨架原子
的相对空间位置，不含氨基酸残基侧链
的构象。
2.2 肽单元
肽键中 C-N的键长较短 (0.132nm)，
具有部分双键性质，不能旋转，从而使
参与肽键构成的 6个原子位于同一平面内，
称为肽单元。
肽平面
2.3 蛋白质二级结构的 主要形式
2.3.1 α-螺旋 （ α-helix）
2.3.2 β-折叠 （ β-pleated sheet）
2.3.3 β-转角 （ β-turn）
2.3.4 无规卷曲 （ random coil）
注：二级结构的形成是以一级结构为基础的
2.3.1 α-螺旋 （ α-helix）
A、右手螺旋
B、侧链伸向螺旋外侧
C、螺距 0.54nm，每 3.6个氨基酸残基上升
一圈，每个氨基酸残基绕轴旋转 100°
D、每个肽键的亚氨基氢（ N-H）与前面第
四个肽键的羰基氧（ C=O）之间形成链
内 氢键,氢键与螺旋长轴基本平行。
??helix示意图
?-螺旋（ ?-helix)模型图
0.54nm
3.6残基
2.3.2 β-折叠 （ β-pleated sheet）
A、锯齿状、充分伸展
B、侧链位于锯齿结构的上下方
C、多条 (段 )肽链平行排列，走向可相同也可
相反
D,不同的肽链间（同一肽链的不同肽段间）的
N-H与 C=O形成 氢键 。这些肽链的长轴互
相平行，而氢键与长轴近似垂直。
氢键
β- pleated sheet
2.3.3 β-转角
(β-turn)
A,180o转角
B,4个 AA残基
C、氢键
D、第二个残基
常为 Pro
2.5 模序 （ motif）
二个或三个具有二级结构的肽
段，在空间上相互接近，形成一个
具有特殊功能的空间结构，称为模
序。又称基序。（如：锌指）
锌指结构 （ zinc finger）
由 1个 α-螺旋和 2个反平行的 β-折
叠三个肽段组成，形似手指，具有
结合锌离子的功能。含锌指结构的
蛋白质都能与 DNA或 RNA结合。
钙结合蛋白中结合
钙离子的模序 锌指结构
2.6 分子伴侣 （ chaperon）,
伴随蛋白质空间构象正确形成的
一类蛋白质。具有：①结合疏水基
团②校正③指导二硫键正确配对等
功能。
三、蛋白质的三级结构
Tertiary structure
3.1 概念,整条多肽链中全部氨基酸残基（所有
原子）的相对空间排布位置。
3.2 主要化学键,疏水作用、离子键（盐键）、
氢键,Van der Waals力等 （次级键）
3.3 特点,亲水面、疏水核、疏水区
3.4 结构域 （ domain）, 分子量大的蛋白质三级
结构可分割成 1个或数个球状或纤维状区域，折
叠得较为紧密，各行其功能。
四、蛋白质的四级结构
Quaternary structure
4.1 亚基 （ subunit）, 蛋白质四级结构中每一条
具有完整三级结构的多肽链称为一个亚基。
4.2 概念,指蛋白质分子中各亚基之间特定的
三维空间排布，并以非共价键相连。
4.3 主要化学键,疏水作用、氢键、离子键
4.4 特点,不是所有蛋白质都有四级结构
4.5 别（变）构调节 （ allosteric effect）
血红蛋白的结构
一、蛋白质一级结构与功能的关系
1.1 一级结构是空间构象的基础
1.2 一级结构与功能的关系
1.1 一级结构是空间构象的基础
牛核糖核酸酶
的一级结构
二
硫
键
天然状态，
有催化活性
尿素,
β -巯基乙醇
去除尿素,
β -巯基乙醇
非折叠状态，无活性
1.2 一级结构与功能的关系
A、一级结构相似的多肽或蛋白质，其
空间结构及功能也相似
B、不同的氨基酸与蛋白质功能的关系
不同
狗
人
猴
马
骡
鲸
兔
猪
袋鼠 企鹅 鸡 鸭
响尾蛇 龟
苍蝇 蛾
脉孢菌属
念珠菌属
面包酵母菌
小麦 牛 蛙
金枪鱼
动 物
爬行动物
两栖动物 鱼
哺乳动物
鸟
昆 虫
植 物 脊椎动物
从细胞色素 C的一级结构看生物进化
a、有些氨基酸与蛋白质的功能不密切,
如：胰岛素 B链第 28-30位 AA（ Pro-
Lys-Ala）去掉后，活性仅下降 10%。
b、有些氨基酸与蛋白质的功能密切,
如：胰岛素 A链第 1位 AA（ Gly）去掉后,
活性下降 90%。
例：镰刀形红细胞贫血
N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)
HbS β 肽链
HbA β 肽 链
N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
分子病,
蛋白质分子发生变异所导致的疾病。
二、蛋白质空间结构与功能的关系
------特殊的空间结构决定特定的功能
------举例,
肌红蛋白 （ myoglobin,Mb）
血红蛋白 （ hemoglobin,Hb）
的特殊结构及其与氧的结合
2.1 肌红蛋白和血红蛋白的结构
2.2 血红蛋白的构象变化与结合氧
4 * 吡咯环
4 * 甲炔基
卟啉环
铁卟啉
血红素
Fe++有 6个配位键，其中 4个与吡咯环结合，
1个与蛋白质结合,1个与氧结合。
Fe++
侧链
A、辅基 ---血红素（铁卟啉衍生物）
B、肌红蛋白
单链,8个 α-螺旋、球状、疏水核、亲水
面、袋状空穴（血红素居于其中）
C、血红蛋白
4个亚基（ 2α+ 2β）、各结合 1个血红素
并携带 1分子氧,4个亚基通过 8 对盐键紧密
结合
A,Hb和 Mb的氧解离曲线
Mb：呈直角双曲线,
说明 Mb极易与氧结
合，但不易分离
Hb：呈 S型，低氧浓度
时易与氧分离；高
氧浓度时易与氧结合
B、协同效应
一个亚基与其配体（ Hb中的配体为 O2）结
合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结
合能力，称为协同效应。
a）正协同效应 （ positive cooperativity）
促进作用
b）负协同效应 （ negative cooperativity）
抑制作用
T态 ---紧张态 （ tense state）
R态 ---松弛态
（ relaxed state）
O2 血红素与氧结合后, 铁原子变小,
就能进入卟啉环的小
孔中, 继而引起肽链
位置的变动 。
C、变（别）构效应
allosteric effect
蛋白质空间构象的改变伴随其功能
的变化，称为变构效应。
一、蛋白质的理化性质
1.1 蛋白质的两性电离
1.3 蛋白质的变性、沉淀和凝固
1.2 蛋白质的胶体性质
1.4 蛋白质的紫外吸收
1.5 蛋白质的呈色反应
A、两性电离,
B、蛋白质的等电点（ pI）,
当蛋白质溶液处于某一 pH时，蛋白质
解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性
离子，净电荷为零，此时溶液的 pH即为该
蛋白质的 pI。
C、在不同 pH溶液中蛋白质所带电性的判断
D、体内蛋白质的等电点及所带电荷
E、电泳 （ electrophesis）
PH = PI PH > PI PH < PI
蛋白质的胶体性质
分子量,1-100万,
分子直径,1-100nm
维持蛋白质胶体稳定的因素,
水化膜、同种电荷
A、蛋白质的变性 ( denaturation ),
a）概念,在某些理化因素的作用下，蛋白
质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性
质改变和生物活性丧失，称为蛋白质变性。
（注意：变性与变构）
b）特点,一级结构不变（肽键未破坏）
c）表现,溶解度降低（部分）、粘度增
加、生物活性丧失、易被蛋白酶水解
d）致变因素,
物理：高温、高压、紫外线,X-ray ……
化学：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐
e）应用,消毒、保存蛋白制品
f）复性 （ renaturation）,变性了的蛋白质在一
定条件下可以重建其天然构象，恢复其生物活
性的现象称为蛋白质的复性。
B,蛋白质的沉淀和凝固
蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链
融汇相互缠绕继而聚集，并从溶液中析出的现
象称为蛋白质沉淀。
注意：变性的蛋白质不一定沉淀、沉淀的
蛋白质也不一定变性。
蛋白质经加热变成比较坚固的凝块，不在
溶于强酸和强碱中的现象称为蛋白质凝固。
蛋白质的紫外吸收
吸收峰,280nm，原因,Tyr\Trp
蛋白质的呈色反应
茚三酮反应 （ ninhydrin reaction）,
双缩脲反应 （ biuret reaction）,
肽键 +CuSO4（碱性） → 紫红色
二、蛋白质的分离和纯化
2.1 丙酮沉淀及盐析
2.2 电泳
2.3 透析
2.4 层析
2.5 分子筛
2.6 超速离心
2.1 丙酮沉淀与盐析
A、丙酮（乙醇）沉淀,低温,10×,立即分离
原理：争夺水化膜
B、盐析 （ salt precipitation）,
在蛋白质溶液中加入硫酸铵、硫酸钠
和氯化钠等中性盐，使蛋白质从溶液中析
出的现象。 原理：争夺水化膜、中和电荷
应用：分段盐析法
2.2 电泳 （ electrophoresis）
A、概念,通过蛋白质在电场中泳动速率不同而
分离各种不同蛋白质的技术。
B、影响蛋白质电泳的因素,内因：所带电性及
电量、分子量、分子形状；外因,
C、电泳分类,薄膜电泳 -醋酸纤维素薄膜电泳
凝胶电泳 -琼脂糖凝胶
聚丙烯酰胺凝胶
2.3 透析 (dialysis),
利用透析袋
将大分子蛋白质
与小分子化合物
分开的方法。
应用：血液透析
2.4 层析
(chromatography)
离子交换层析
亲和层析。
2.5 分子筛
(gel filtration),
利用葡聚糖
等将分子量大小
不等的蛋白质分
开的方法。
2.6 超速离心
(ultracentrifugation)
离心力 〉 50万 g
可分离纯化蛋
白质，也可测蛋
白质的分子量
3.1 分析纯化蛋白质的氨基酸残基组成
三、多肽链中氨基酸序列分析
---Sanger法
3.2 测定多肽链氨基末端和羧基末端的氨基酸
3.3 将肽链水解成片断，分别分析
胰蛋白酶法
（ Lys\Arg）
胰凝乳蛋白酶
（ Phe\Tyr\Trp）
溴化氰（ Met）
3.4 测定各肽段氨基酸序列
---Edman法（异硫氰酸苯酯）
3.5 用数种水解法分析各肽段氨基酸序列,
再经组合排列对比，最终得出结果。
四、蛋白质空间结构测定
------X射线晶体衍射法
（ X-ray diffraction）
第二章结束 !
End of Chapter 2
生物大分子的结构和功能
第二章
蛋白质的结构和功能
Structure and function of protein
教学大纲
? 掌握 蛋白质的元素组成及特点、组成人体
蛋白质的基本单位 --氨基酸的种类及通式。
? 掌握 蛋白质一、二、三、四级结构的概念
及其稳定因素、掌握蛋白质二级结构的基
本形式,了解肽、肽键、肽单元、模序、
结构域的概念,
? 掌握 蛋白质（氨基酸）的等电点和两性电
离、蛋白质变性及沉淀、盐析的概念。
蛋白质（ Protein） 是生命
的物质基础，是生物体的基本组
成成分之一，普遍存在于一切生
物体中，占人体干重的 45%，含
量丰富、分布广泛、种类繁多。
蛋白质 （ protein） 的功能
? 生物体的基本组成成分（占干重 45%）
? 参与物质代谢（酶的催化作用）
? 参与机体防御（免疫球蛋白）
? 参与调节与控制（激素、生长因子）
? 参与凝血（凝血因子、纤维蛋白原）
? 参与转运和贮存（铁蛋白、运铁蛋白）
? 参与肌肉收缩（肌动球蛋白）
? 参与信号传导（受体）
? ……
第一节
蛋白质的分子组成
1.1 组成元素,C (50-55%) H (6-7%)
O (19-24%) N (13-19%) S (0-4%)
P Fe Cu Zn Mn Co Mo I
1.2 特征性元素,氮,16%
每克样品含氮克数 × 6.25× 100 =
100克样品中蛋白质含量 (g％ )
一、蛋白质的元素组成
2.1 概念和种类
二、蛋白质的组成单位
------氨基酸 (amino acid,AA)
2.2 结构
2.3 分类
2.4 理化性质
2.1 氨基酸的概念和种类
构成蛋白质的 AA除甘氨酸外均为 L-a-AA
氨基酸 ---含有氨基的脂肪族羧酸类
L-AA D-AA
α-AA β-AA γ-AA……
自然界 --- 300余种
组成人体蛋白质 ---20种
H
甘氨酸
CH3
丙氨酸 L-氨基酸的通式
R
2.2 氨基酸的结构
R
|
H2N-C-COOH
|
H
氨基酸结构通式
一些特殊结构的氨基酸
? α-碳为非手性碳的氨基酸,Gly
? 芳香氨基酸,Phe\Tyr\Trp
? 含 -SH的氨基酸,Cys
? 含 -OH的氨基酸,Ser\Thr\Tyr
? 含活性 -CH3的氨基酸,Met
? 含咪唑基的氨基酸,His
? 亚氨基酸,Pro
CH2
CHCOO-
NH2
CH2
CH2
脯氨酸
（亚氨基酸）
+
proline
2.3 根据侧链结构和理化性质,
AA可分为,
A,非极性疏水氨基酸
B,极性中性氨基酸
C,酸性氨基酸
D,碱性氨基酸
甘氨酸 glycine Gly G 5.97
丙氨酸 alanine Ala A 6.00
缬氨酸 valine Val V 5.96
亮氨酸 leucine Leu L 5.98
异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02
苯丙氨酸 phenylalanine Phe P 5.48
脯氨酸 proline Pro P 6.30
1、非极性疏水性氨基酸
色氨酸 tryptophan Try W 5.89
丝氨酸 serine Ser S 5.68
酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66
半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41
谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65
苏氨酸 threonine Thr T 5.60
2、极性中性氨基酸
天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97
谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22
赖氨酸 lysine Lys K 9.74
精氨酸 arginine Arg R 10.76
组氨酸 histidine His H 7.59
3、酸性氨基酸
4,碱性氨基酸
N H
C
H
C
H
2
C
H
2
CH
2
C H
O
脯氨酸 proline Pro
脯 P
等电点 6.30
2.4 AA的理化性质
2.4.1 两性解离及等电点
2.4.2 紫外吸收性质
2.4.3 茚三酮反应
2.4.1 两性解离
氨基酸既可解离成阳离子也可解
离成阴离子的性质。
两性解离的结构基础为所有 AA
都含有碱性（ a-氨基）和酸性（ a-
羧基）基团。
等电点 （ Isoelectric point,pI）
某一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，净电荷为零时的
介质 pH称为该氨基酸的等电点或等离子点。
* 如何判断氨基酸在 pH一定的溶液中所带的电荷？
* 如何计算氨基酸的等电点？ pI = ?（ pK1+pK2）
? 吸收峰,
? λ=280nm
? 原因,
? Trp\Tyr
? 用途,
? 测定蛋白质含量
2.4.2 紫外吸收性质
? 原理,
氨基酸与茚三酮水合物共热，生成
兰紫色化合物，吸收峰在 570nm。
? 用途,
2.4.3 茚三酮反应
作为氨基酸定量分析的方法。
3.1 肽键 （ Peptide bond）
三、氨基酸的连接方式和连接产物
---肽键和肽
3.2 肽 （ Peptide）
3.3 多肽链 （ Polypeptide chain）
3.4 生物活性肽
3.1 肽键 （ Peptide bond）
一种氨基酸的 α-氨基与另一种氨基
酸的 α-羧基脱水缩合形成的酰胺键。
+
-HOH NH
2-CH-C-N-CH-C
O
OH H H H
O
NH2-CH-C
H
O
OH
甘氨酸
NH-CH-C
H
O
OH H
甘氨酸
甘氨酰甘氨酸 肽键
肽键 （ peptide bond）,由一个
氨基酸的 ??羧基 与另一个氨基酸的
??氨基 脱水缩合形成的化学键。
R1O R2 O R3 O Rn
H2N-C-C-N-C-C-N-C-C- ? -N-C-COO-
H H H H H H H
肽 链
特点,
A,由 C H O N 四个原子构成
B,共价键
C,蛋白质分子的主键
肽键的键长为 0.132nm,介于单键
（键长 0.149nm）与双键（键长
0.127 nm）之间。
具双键的性质，即不能自由旋转 。
3.2 肽 （ Peptide）
氨基酸通过肽键相连而成的化合物。
分别称为二肽、三肽、四肽 ……,依此类推。
寡肽 （ oligopeotide）, < 10个氨基酸
多肽 （ polypeptide）, ≥ 10个氨基酸
氨基酸残基 （ AA residue）, 肽链中氨基
酸分子因脱水缩合而基团不全。
3.3 多肽链 （ polypeptide chain）
由 10个或 10个以上氨基酸通过肽键连接
而成的链状化合物。
特点,A,无分支
B,两个末端：氨基末端（ N-端）
羧基末端（ C-端）
书写时,N-段在左侧,C-段在右侧
C,主链和侧链
D,是蛋白质的结构基础
E,蛋白质和多肽的区别
3.4 生物活性肽（ 生物体内有调节功能的肽）
A,谷胱甘肽 （ glutathione,GSH）
由 谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的
三肽，功能基团为巯基。
生理功能
还原剂
保护机体免遭毒物损害
O
C
CH2
CH2
H-C-NH2
COOH
N
H
C
O
H
N
CH2
COO-
Glu
Cys
Gly
SH
CH2
CH
B,多肽激素和神经肽
催产素（ 9肽）
加压素（ 9肽）
促肾上腺皮质激素（ 39肽）
促甲状腺素释放激素（ 3肽）
脑啡肽（ 5肽）
β-内啡肽（ 31肽）
强啡肽（ 17肽）
4.1 组成成分,
单纯蛋白质
结合蛋白质：辅基（共价结合）
细胞色素、寡糖、脂类、磷酸、金属离子、核酸
4.2 分子形状,
纤维状蛋白质：胶原蛋白
球状蛋白质：酶、免疫球蛋白、激素等
四、蛋白质的分类
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质的分子结构包括,
一级结构 ------基本结构（平面结构）
二级结构
三级结构 高级结构或空间构象
四级结构 （ Conformation）
一、蛋白质的一级结构
Primary structure
1.1 概念：指蛋白质多肽链分子中氨基酸的排
列顺序，又称为蛋白质的化学结构。
1.2 主要化学键,
1.3 特点,
1）多样性
2）是空间结构和生物学功能的基础,但并
不是决定空间构象的唯一因素
肽键（二硫键）
二、蛋白质的二级结构
Secondary structure
2.1 概念
2.2 肽单元 （ peptide unit）
2.4 主要化学键
2.3 主要形式
2.5 模序 （ motif）
2.6 分子伴侣 （ chaperon）
氢键
2.1 蛋白质二级结构的概念
指蛋白质分子内某一段肽链中的局
部空间结构，即该段肽链主链骨架原子
的相对空间位置，不含氨基酸残基侧链
的构象。
2.2 肽单元
肽键中 C-N的键长较短 (0.132nm)，
具有部分双键性质，不能旋转，从而使
参与肽键构成的 6个原子位于同一平面内，
称为肽单元。
肽平面
2.3 蛋白质二级结构的 主要形式
2.3.1 α-螺旋 （ α-helix）
2.3.2 β-折叠 （ β-pleated sheet）
2.3.3 β-转角 （ β-turn）
2.3.4 无规卷曲 （ random coil）
注：二级结构的形成是以一级结构为基础的
2.3.1 α-螺旋 （ α-helix）
A、右手螺旋
B、侧链伸向螺旋外侧
C、螺距 0.54nm，每 3.6个氨基酸残基上升
一圈，每个氨基酸残基绕轴旋转 100°
D、每个肽键的亚氨基氢（ N-H）与前面第
四个肽键的羰基氧（ C=O）之间形成链
内 氢键,氢键与螺旋长轴基本平行。
??helix示意图
?-螺旋（ ?-helix)模型图
0.54nm
3.6残基
2.3.2 β-折叠 （ β-pleated sheet）
A、锯齿状、充分伸展
B、侧链位于锯齿结构的上下方
C、多条 (段 )肽链平行排列，走向可相同也可
相反
D,不同的肽链间（同一肽链的不同肽段间）的
N-H与 C=O形成 氢键 。这些肽链的长轴互
相平行，而氢键与长轴近似垂直。
氢键
β- pleated sheet
2.3.3 β-转角
(β-turn)
A,180o转角
B,4个 AA残基
C、氢键
D、第二个残基
常为 Pro
2.5 模序 （ motif）
二个或三个具有二级结构的肽
段，在空间上相互接近，形成一个
具有特殊功能的空间结构，称为模
序。又称基序。（如：锌指）
锌指结构 （ zinc finger）
由 1个 α-螺旋和 2个反平行的 β-折
叠三个肽段组成，形似手指，具有
结合锌离子的功能。含锌指结构的
蛋白质都能与 DNA或 RNA结合。
钙结合蛋白中结合
钙离子的模序 锌指结构
2.6 分子伴侣 （ chaperon）,
伴随蛋白质空间构象正确形成的
一类蛋白质。具有：①结合疏水基
团②校正③指导二硫键正确配对等
功能。
三、蛋白质的三级结构
Tertiary structure
3.1 概念,整条多肽链中全部氨基酸残基（所有
原子）的相对空间排布位置。
3.2 主要化学键,疏水作用、离子键（盐键）、
氢键,Van der Waals力等 （次级键）
3.3 特点,亲水面、疏水核、疏水区
3.4 结构域 （ domain）, 分子量大的蛋白质三级
结构可分割成 1个或数个球状或纤维状区域，折
叠得较为紧密，各行其功能。
四、蛋白质的四级结构
Quaternary structure
4.1 亚基 （ subunit）, 蛋白质四级结构中每一条
具有完整三级结构的多肽链称为一个亚基。
4.2 概念,指蛋白质分子中各亚基之间特定的
三维空间排布，并以非共价键相连。
4.3 主要化学键,疏水作用、氢键、离子键
4.4 特点,不是所有蛋白质都有四级结构
4.5 别（变）构调节 （ allosteric effect）
血红蛋白的结构
一、蛋白质一级结构与功能的关系
1.1 一级结构是空间构象的基础
1.2 一级结构与功能的关系
1.1 一级结构是空间构象的基础
牛核糖核酸酶
的一级结构
二
硫
键
天然状态，
有催化活性
尿素,
β -巯基乙醇
去除尿素,
β -巯基乙醇
非折叠状态，无活性
1.2 一级结构与功能的关系
A、一级结构相似的多肽或蛋白质，其
空间结构及功能也相似
B、不同的氨基酸与蛋白质功能的关系
不同
狗
人
猴
马
骡
鲸
兔
猪
袋鼠 企鹅 鸡 鸭
响尾蛇 龟
苍蝇 蛾
脉孢菌属
念珠菌属
面包酵母菌
小麦 牛 蛙
金枪鱼
动 物
爬行动物
两栖动物 鱼
哺乳动物
鸟
昆 虫
植 物 脊椎动物
从细胞色素 C的一级结构看生物进化
a、有些氨基酸与蛋白质的功能不密切,
如：胰岛素 B链第 28-30位 AA（ Pro-
Lys-Ala）去掉后，活性仅下降 10%。
b、有些氨基酸与蛋白质的功能密切,
如：胰岛素 A链第 1位 AA（ Gly）去掉后,
活性下降 90%。
例：镰刀形红细胞贫血
N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)
HbS β 肽链
HbA β 肽 链
N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
分子病,
蛋白质分子发生变异所导致的疾病。
二、蛋白质空间结构与功能的关系
------特殊的空间结构决定特定的功能
------举例,
肌红蛋白 （ myoglobin,Mb）
血红蛋白 （ hemoglobin,Hb）
的特殊结构及其与氧的结合
2.1 肌红蛋白和血红蛋白的结构
2.2 血红蛋白的构象变化与结合氧
4 * 吡咯环
4 * 甲炔基
卟啉环
铁卟啉
血红素
Fe++有 6个配位键，其中 4个与吡咯环结合，
1个与蛋白质结合,1个与氧结合。
Fe++
侧链
A、辅基 ---血红素（铁卟啉衍生物）
B、肌红蛋白
单链,8个 α-螺旋、球状、疏水核、亲水
面、袋状空穴（血红素居于其中）
C、血红蛋白
4个亚基（ 2α+ 2β）、各结合 1个血红素
并携带 1分子氧,4个亚基通过 8 对盐键紧密
结合
A,Hb和 Mb的氧解离曲线
Mb：呈直角双曲线,
说明 Mb极易与氧结
合，但不易分离
Hb：呈 S型，低氧浓度
时易与氧分离；高
氧浓度时易与氧结合
B、协同效应
一个亚基与其配体（ Hb中的配体为 O2）结
合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结
合能力，称为协同效应。
a）正协同效应 （ positive cooperativity）
促进作用
b）负协同效应 （ negative cooperativity）
抑制作用
T态 ---紧张态 （ tense state）
R态 ---松弛态
（ relaxed state）
O2 血红素与氧结合后, 铁原子变小,
就能进入卟啉环的小
孔中, 继而引起肽链
位置的变动 。
C、变（别）构效应
allosteric effect
蛋白质空间构象的改变伴随其功能
的变化，称为变构效应。
一、蛋白质的理化性质
1.1 蛋白质的两性电离
1.3 蛋白质的变性、沉淀和凝固
1.2 蛋白质的胶体性质
1.4 蛋白质的紫外吸收
1.5 蛋白质的呈色反应
A、两性电离,
B、蛋白质的等电点（ pI）,
当蛋白质溶液处于某一 pH时，蛋白质
解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性
离子，净电荷为零，此时溶液的 pH即为该
蛋白质的 pI。
C、在不同 pH溶液中蛋白质所带电性的判断
D、体内蛋白质的等电点及所带电荷
E、电泳 （ electrophesis）
PH = PI PH > PI PH < PI
蛋白质的胶体性质
分子量,1-100万,
分子直径,1-100nm
维持蛋白质胶体稳定的因素,
水化膜、同种电荷
A、蛋白质的变性 ( denaturation ),
a）概念,在某些理化因素的作用下，蛋白
质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性
质改变和生物活性丧失，称为蛋白质变性。
（注意：变性与变构）
b）特点,一级结构不变（肽键未破坏）
c）表现,溶解度降低（部分）、粘度增
加、生物活性丧失、易被蛋白酶水解
d）致变因素,
物理：高温、高压、紫外线,X-ray ……
化学：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐
e）应用,消毒、保存蛋白制品
f）复性 （ renaturation）,变性了的蛋白质在一
定条件下可以重建其天然构象，恢复其生物活
性的现象称为蛋白质的复性。
B,蛋白质的沉淀和凝固
蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链
融汇相互缠绕继而聚集，并从溶液中析出的现
象称为蛋白质沉淀。
注意：变性的蛋白质不一定沉淀、沉淀的
蛋白质也不一定变性。
蛋白质经加热变成比较坚固的凝块，不在
溶于强酸和强碱中的现象称为蛋白质凝固。
蛋白质的紫外吸收
吸收峰,280nm，原因,Tyr\Trp
蛋白质的呈色反应
茚三酮反应 （ ninhydrin reaction）,
双缩脲反应 （ biuret reaction）,
肽键 +CuSO4（碱性） → 紫红色
二、蛋白质的分离和纯化
2.1 丙酮沉淀及盐析
2.2 电泳
2.3 透析
2.4 层析
2.5 分子筛
2.6 超速离心
2.1 丙酮沉淀与盐析
A、丙酮（乙醇）沉淀,低温,10×,立即分离
原理：争夺水化膜
B、盐析 （ salt precipitation）,
在蛋白质溶液中加入硫酸铵、硫酸钠
和氯化钠等中性盐，使蛋白质从溶液中析
出的现象。 原理：争夺水化膜、中和电荷
应用：分段盐析法
2.2 电泳 （ electrophoresis）
A、概念,通过蛋白质在电场中泳动速率不同而
分离各种不同蛋白质的技术。
B、影响蛋白质电泳的因素,内因：所带电性及
电量、分子量、分子形状；外因,
C、电泳分类,薄膜电泳 -醋酸纤维素薄膜电泳
凝胶电泳 -琼脂糖凝胶
聚丙烯酰胺凝胶
2.3 透析 (dialysis),
利用透析袋
将大分子蛋白质
与小分子化合物
分开的方法。
应用：血液透析
2.4 层析
(chromatography)
离子交换层析
亲和层析。
2.5 分子筛
(gel filtration),
利用葡聚糖
等将分子量大小
不等的蛋白质分
开的方法。
2.6 超速离心
(ultracentrifugation)
离心力 〉 50万 g
可分离纯化蛋
白质，也可测蛋
白质的分子量
3.1 分析纯化蛋白质的氨基酸残基组成
三、多肽链中氨基酸序列分析
---Sanger法
3.2 测定多肽链氨基末端和羧基末端的氨基酸
3.3 将肽链水解成片断，分别分析
胰蛋白酶法
（ Lys\Arg）
胰凝乳蛋白酶
（ Phe\Tyr\Trp）
溴化氰（ Met）
3.4 测定各肽段氨基酸序列
---Edman法（异硫氰酸苯酯）
3.5 用数种水解法分析各肽段氨基酸序列,
再经组合排列对比，最终得出结果。
四、蛋白质空间结构测定
------X射线晶体衍射法
（ X-ray diffraction）
第二章结束 !
End of Chapter 2
