2 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 2.1 概述概述 2.2 蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸 2.3 蛋白质的结构蛋白质的结构 2.4 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 2.5 蛋白质的重要性质、分离纯化与蛋白质的重要性质、分离纯化与 鉴定鉴定2.1 概述概述 2.1.1 蛋白质的生物学意义和元素组成蛋白质的生物学意义和元素组成 2.1.2 蛋白质的分类蛋白质的分类 2.1.3 蛋白质在生产和生活中的利用蛋白质在生产和生活中的利用 2.1.1 蛋白质的生物学意义和元素组成蛋白质的生物学意义和元素组成2.1.1.1 蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 (1)蛋白质生物学功能的多样性蛋白质生物学功能的多样性 酶的催化功能、控制生长和分化、代谢调节功酶的催化功能、控制生长和分化、代谢调节功能、运动功能、运输作用、免疫保护作用、接受和能、运动功能、运输作用、免疫保护作用、接受和传递信息、贮存营养功能、结构支持作用传递信息、贮存营养功能、结构支持作用2）蛋白质生物学功能的复杂性）蛋白质生物学功能的复杂性 某一功能的发挥往往受到多种因素的影响与调某一功能的发挥往往受到多种因素的影响与调节。
节2.1.1.2 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 一般含有：一般含有：碳碳（5055）、氮氮（1518）、）、氧氧（2023）、）、氢氢（68）、）、硫硫（04）在某些蛋白质中，还含有一些微量元素如：在某些蛋白质中，还含有一些微量元素如：磷、铁、铜、钼、碘、锌等磷、铁、铜、钼、碘、锌等蛋白质元素组成的一个特点：各种蛋白质的蛋白质元素组成的一个特点：各种蛋白质的氮含量比较恒定，平均值为氮含量比较恒定，平均值为16左右左右由于由于容易用凯氏定氮法进行测定氮的含量，因此，蛋白容易用凯氏定氮法进行测定氮的含量，因此，蛋白质的含量可由氮的含量乘以质的含量可由氮的含量乘以 6.256.25（100/16100/16）计算）计算出来2.1.2 蛋白质的分类蛋白质的分类 2.1.2.1 根据蛋白质的构象根据蛋白质的构象 2.1.2.2 按蛋白质功能分类按蛋白质功能分类 2.1.2.3 按蛋白质的组成和溶解性分类按蛋白质的组成和溶解性分类2.1.2.1 根据蛋白质的构象根据蛋白质的构象 分为分为纤维状蛋白质纤维状蛋白质 和和球状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质(globular protein)：结构特点：结构特点：近似于球形或椭圆形，近似于球形或椭圆形，多数可溶于水或盐溶液中。
许多多数可溶于水或盐溶液中许多具有生理活性的蛋白质如具有生理活性的蛋白质如酶、转酶、转运蛋白、蛋白质类激素、免疫球运蛋白、蛋白质类激素、免疫球蛋白等均属球状蛋白蛋白等均属球状蛋白纤维状蛋白质（纤维状蛋白质（fibroue protein）结构特点：结构特点：多数为结构蛋白，多数为结构蛋白，结构很不对称，多数难溶于水结构很不对称，多数难溶于水能耐受强的拉力能耐受强的拉力如皮肤、肌键、软骨及骨组织中的如皮肤、肌键、软骨及骨组织中的胶原蛋白胶原蛋白；毛发及皮肤中的角蛋白；毛发及皮肤中的角蛋白；存在于皮肤、动脉血管壁、结缔组存在于皮肤、动脉血管壁、结缔组织中的弹性蛋白织中的弹性蛋白主要功能是给机体提供坚实的主要功能是给机体提供坚实的支架，连接各细胞、组织及器支架，连接各细胞、组织及器官催化蛋白催化蛋白 调节蛋白调节蛋白 结构蛋白结构蛋白 运输蛋白运输蛋白 贮藏蛋白贮藏蛋白 运动蛋白运动蛋白 防御蛋白防御蛋白 电子传递蛋白电子传递蛋白2.1.2.2 按蛋白质功能分类按蛋白质功能分类2.1.2.3 按蛋白质的组成和溶解性分类按蛋白质的组成和溶解性分类 按组成分为：按组成分为：简单蛋白质和结合蛋简单蛋白质和结合蛋白质。
白质简单蛋白质：简单蛋白质：根据溶解度的不同，又分根据溶解度的不同，又分为为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、组清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白蛋白、精蛋白、硬蛋白 7 小类小类结合蛋白质：结合蛋白质：根据辅基的不同，可以将根据辅基的不同，可以将结合蛋白质分为：结合蛋白质分为：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、黄素蛋白、色蛋白、金属蛋白等磷蛋白、黄素蛋白、色蛋白、金属蛋白等2.1.3 蛋白质在生产和生活中的利用蛋白质在生产和生活中的利用2.1.3.1 在食品和饲料领域的应用在食品和饲料领域的应用2.1.3.2 在医药领域的应用在医药领域的应用2.2 蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸 2.2.1 氨基酸的结构氨基酸的结构 2.2.2 氨基酸的分类氨基酸的分类 2.2.3 氨基酸的性质氨基酸的性质 2.2.1 氨基酸的结构氨基酸的结构 蛋白质中常见蛋白质中常见的氨基酸有的氨基酸有 21 种除脯氨酸以外，这除脯氨酸以外，这些天然氨基酸在结些天然氨基酸在结构上的共同点是：构上的共同点是：与羧基相邻的与羧基相邻的-碳原碳原子上都有一个氨基，子上都有一个氨基，因而称为因而称为-氨基酸。
氨基酸CHCOOHRNH2氨基酸的结构通式脯氨酸的结构式：脯氨酸的结构式：COOHCH2CH2CNHCHH22.2.2 氨基酸的分类氨基酸的分类 2.2.2.1 编码氨基酸编码氨基酸 2.2.2.2 非编码氨基酸非编码氨基酸 2.2.2.3 非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 型氨基酸HHH2NNH2COOHRCCOOHRC氨基酸名称符号R基化学结构等电点分类H3CH3CAla(alanine)L-D 型氨基酸-CHCH3H3CCHCH3CH2H3CCHCH3CH2H3CCH2NCH2CH2CH2SCH2H2CH2CCHNCOOHH缬氨酸亮氨酸苯丙氨酸色氨酸蛋氨酸脯氨酸ValProTrpMetLeuIlePhe异亮氨酸(valine)(leucine)(phenylalanine)(tryptophan)(methionine)(proline)(isoleucine)6.025.975.986.025.485.895.756.30非极性氨基酸丙氨酸2.2.2.1 编码氨基酸编码氨基酸5.97CH2H3CCHH分类等电点R基化学结构符号氨基酸名称CH2HOOHCH2HSHOCH2CH2NOCH2CH2NOCH2甘氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺GlySerThrCysTyrAsnGln(glycine)(serine)(threonine)(cysteine)(tyrosine)(asparagine)(glutamine)5.686.535.025.665.415.65不带电荷极性氨基酸硒代-半胱氨酸(seleno-cysteine)se-cys CHCOO-NH3+CH2HSeCH2HNCHCNHNH氨基酸名称符号R基化学结构等电点分类CH2CH2CH2CH2CH2H3N+CH2CH2NHCNH2H2N+OOC-CH2CH2OOC-CH2His组氨酸赖氨酸精氨酸天冬氨酸谷氨酸(histidine)(lysine)(arginine)(aspartic acid)(glutamic acid)LysArgAspGlu7.599.7410.762.973.22带正电荷极性氨基酸带负电荷极性氨基酸2.2.2.2 非编码氨基酸非编码氨基酸 蛋白质中有一些不常见的稀有氨基酸，没有相蛋白质中有一些不常见的稀有氨基酸，没有相应的三联体遗传密码，故称非编码氨基酸。
这些氨应的三联体遗传密码，故称非编码氨基酸这些氨基酸都是在生物体合成蛋白质分子后相应的编码氨基酸都是在生物体合成蛋白质分子后相应的编码氨基酸经羟基化、甲基化、磷酸化等修饰形成的衍生基酸经羟基化、甲基化、磷酸化等修饰形成的衍生物例如：胶原蛋白和弹性蛋白中的例如：胶原蛋白和弹性蛋白中的 4-羟脯氨酸羟脯氨酸 和和 5-羟赖氨酸羟赖氨酸；甲状腺球蛋白中的；甲状腺球蛋白中的 二碘酪氨二碘酪氨酸酸 和和 L-甲状腺素甲状腺素；-角蛋白中的角蛋白中的 胱氨酸胱氨酸 等等2.2.2.3 非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 在生物体内的各种细胞或组织还发现在生物体内的各种细胞或组织还发现150多多种不参与蛋白质组成的氨基酸，故称非蛋种不参与蛋白质组成的氨基酸，故称非蛋白质氨基酸，这类氨基酸多呈游离，但也白质氨基酸，这类氨基酸多呈游离，但也有结合态的大部分是蛋白质常见氨基酸有结合态的大部分是蛋白质常见氨基酸衍生物，但也有衍生物，但也有D型和一些型和一些、或或氨基氨基酸这些非蛋白质氨基酸不存在于蛋白质中，这些非蛋白质氨基酸不存在于蛋白质中，多是重要的代谢物前体或代谢中间产物多是重要的代谢物前体或代谢中间产物如瓜氨酸和鸟氨酸是精氨酸的前体，如瓜氨酸和鸟氨酸是精氨酸的前体，氨基氨基丁酸是一种神经递质。
丁酸是一种神经递质瓜氨酸鸟氨酸OCH2CH2CH2NH2CHCOOHNH2CH2CH2CH2NH2CHCOOHNHCH2NLL瓜氨酸鸟氨酸OCH2CH2CH2NH2CHCOOHNH2CH2CH2CH2NH2CHCOOHNHCH2NLL2.2.3 氨基酸的性质氨基酸的性质 构成蛋白质的构成蛋白质的氨基酸均为无色晶体，熔点氨基酸均为无色晶体，熔点高于高于200，一般能溶于水、稀酸、稀碱，不溶于，一般能溶于水、稀酸、稀碱，不溶于有机溶剂，用酒精可把氨基酸从水溶液中沉淀析出有机溶剂，用酒精可把氨基酸从水溶液中沉淀析出2.2.3.1 氨基酸的两性解离与等电点氨基酸的两性解离与等电点 2.2.3.2 氨基酸的光学活性与吸收光谱氨基酸的光学活性与吸收光谱2.2.3.1 氨基酸的两性解离及等电点氨基酸的两性解离及等电点 氨基酸分子既含有酸性的羧基氨基酸分子既含有酸性的羧基(-COOH)，又含有碱性的氨基（又含有碱性的氨基（-NH2）其中的其中的-COOH能放出质子（能放出质子（H），而变），而变成成-COO；其中的；其中的-NH2能接受质子，而能接受质子，而变成变成-NH3因此，氨基酸是因此，氨基酸是两性电解质两性电解质（ampholyte）。
氨基酸两性解离示意图：氨基酸两性解离示意图：RCOOHCHNH2RCOOCHNH3+-中性分子形式 两性离子形式氨基酸的等电点：氨基酸的等电点：对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特定的定的pH时，氨基酸以时，氨基酸以两性离子的形两性离子的形式式存在，正电荷数与负电荷数相等，存在，正电荷数与负电荷数相等，净电荷为零，在电场中，既不向正极净电荷为零，在电场中，既不向正极移动，也不向负极移动这时，溶液移动，也不向负极移动这时，溶液的的pH，称为，称为该氨基酸的等电点该氨基酸的等电点，用，用p表示氨基酸的等电点的作用氨基酸的等电点的作用：在一定的实验条件下，等电点是氨基酸在一定的实验条件下，等电点是氨基酸的特征常数的特征常数当氨基酸处于等电点状态时，当氨基酸处于等电点状态时，其溶解度最小，容易发生沉淀；不同氨基酸，其溶解度最小，容易发生沉淀；不同氨基酸，由于由于R基团结构的不同，有不同的等电点基团结构的不同，有不同的等电点利用这一特性可以从各种氨基酸利用这一特性可以从各种氨基酸的混合物溶液中分离制取某种氨的混合物溶液中分离制取某种氨基酸一）氨基酸的构型（一）氨基酸的构型:除除 甘氨酸甘氨酸 以外，其余以外，其余 20 种氨基酸的种氨基酸的 C都是不对都是不对称碳原子（手性），因而每一种氨基酸都有称碳原子（手性），因而每一种氨基酸都有D-型型 和和 L-型两种构型。
天然蛋白质中的几乎所有的氨基酸型两种构型天然蛋白质中的几乎所有的氨基酸都是都是 L-型氨基酸某些微生物和植物体中含有型氨基酸某些微生物和植物体中含有 D-型氨基酸型氨基酸CRCOOHNH2H2NCRCOOHHHL-型氨基酸 D-型氨基酸 2.2.3.2 氨基酸的光学活性与吸收光谱氨基酸的光学活性与吸收光谱甘氨酸的结构式甘氨酸的结构式HNH2CCOOHH 参与蛋白质组成的氨基酸在参与蛋白质组成的氨基酸在可见光区可见光区都没有光吸收都没有光吸收；在；在紫外光区紫外光区只只有色氨有色氨酸、酪氨酸酸、酪氨酸和和苯丙氨酸苯丙氨酸有吸收光的能有吸收光的能力其最大吸收波长力其最大吸收波长()分别为分别为280、275、257nm是是利用紫外分光光度计，利用紫外分光光度计，在在280nm波波长处，长处，测定蛋白质浓度的基础测定蛋白质浓度的基础二）吸收光谱（二）吸收光谱2.3 蛋白质的结构蛋白质的结构 2.3.1 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 2.3.2 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构2.3.1 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 2.3.1.1 肽和肽键肽和肽键 2.3.1.2 天然活性肽天然活性肽 2.3.1.3 一级结构的测定步骤一级结构的测定步骤 蛋白质结构层次蛋白质结构层次 蛋白质的一级结构概念蛋白质的一级结构概念 多肽链上各种氨基酸残基的排列顺多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸序列。
序，即氨基酸序列2.3.1.1 肽和肽键肽和肽键 一个氨基酸分子的一个氨基酸分子的-羧基可以与另一羧基可以与另一个氨基酸分子的个氨基酸分子的-氨基缩合，失去一氨基缩合，失去一个水分子，从而形成个水分子，从而形成肽肽（peptide）这种由二个氨基酸分子缩合而成的肽，这种由二个氨基酸分子缩合而成的肽，称为二肽（称为二肽（dipeptide）其中，包含）其中，包含一个肽键一个肽键NHCOCNHCOCOHHHR1R2H肽键肽键（peptide bone）：是）：是连接多肽链中氨基酸残基连接多肽链中氨基酸残基的唯一共价键的唯一共价键多肽链（多肽链（polypeptide chain）：由许多氨基酸残由许多氨基酸残基通过肽键彼此连接而成的线基通过肽键彼此连接而成的线状聚合体，称为多肽链状聚合体，称为多肽链HNCO氨基酸残基CCONHHROCNHOCNHCC肽键肽单位肽链主链OCNHCCOCNHCOCNHCOCOHNH氨基酸残基氨基酸残基（amino acid residue）多肽链上的每个多肽链上的每个氨基酸，由于形成氨基酸，由于形成肽键而失去了一分肽键而失去了一分子水，成为不完整子水，成为不完整的分子形式。
这种的分子形式这种不完整的氨基酸被不完整的氨基酸被称为氨基酸残基称为氨基酸残基RHHNOCC氨基酸残基肽单位平面结构和二面角肽单位平面结构和二面角 （一）肽单位平面结构的特征（一）肽单位平面结构的特征肽单位的特征：肽单位的特征：1肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转肽键的键长是肽键的键长是0.1325nm，比，比 CN 单键（键长单键（键长0.147nm）短）短些，比些，比C=N 双键（双键（键长键长 0.127nm）长些2肽单位是刚性平面结构肽单位是刚性平面结构这就是说，肽单位上的这就是说，肽单位上的 6 个原子都位于同一个刚个原子都位于同一个刚性平面上，称为酰胺平面性平面上，称为酰胺平面3在肽单位上，其在肽单位上，其 CO 和和 NH 都是反式排布都是反式排布二）二面角（二）二面角（dihedral angle）肽平面肽平面 1围绕围绕 C2N1 单单键旋转，其旋转的角度用键旋转，其旋转的角度用表示；肽平面表示；肽平面 2 也可以围绕也可以围绕 C2C2 单键旋转，其旋转单键旋转，其旋转的角度用的角度用表示由于表示由于 和和 这二个转角决定了相邻二这二个转角决定了相邻二个肽平面在空间上的相对位个肽平面在空间上的相对位置，因此，习惯上将这二个置，因此，习惯上将这二个转角称为二面角。
二面角决转角称为二面角二面角决定多肽链主链骨架的构象定多肽链主链骨架的构象N1C 2C22.3.1.2 天然活性肽天然活性肽 谷胱甘肽谷胱甘肽 脑啡肽脑啡肽 短杆菌肽短杆菌肽S 肽类激素肽类激素2.3.1.3 一级结构的测定步骤一级结构的测定步骤测序一般要求样品均一，纯度应在测序一般要求样品均一，纯度应在97%以上，允许误差在以上，允许误差在10%左左右1.测定蛋白质的分子质量和多肽链的数目测定蛋白质的分子质量和多肽链的数目2.拆开蛋白质分子的多肽链拆开蛋白质分子的多肽链3.断开多肽链内的二硫键断开多肽链内的二硫键4.分析每一条多肽链的氨基酸组成分析每一条多肽链的氨基酸组成5.鉴定多肽链的鉴定多肽链的N末端和末端和C末端残基末端残基6.把多肽链裂解成两套以上大小不等的较小片段把多肽链裂解成两套以上大小不等的较小片段7.测定各肽段的氨基酸序列测定各肽段的氨基酸序列8.重叠各肽段，重建完整多肽链的一级结构顺序重叠各肽段，重建完整多肽链的一级结构顺序9.确定半胱氨酸残基间形成的确定半胱氨酸残基间形成的SS二硫键位置二硫键位置蛋白质一级结构的表示法蛋白质一级结构的表示法 蛋白质的一级结构，通常根据参与组成多肽链蛋白质的一级结构，通常根据参与组成多肽链的氨基酸残基种类，按照其排列顺序，的氨基酸残基种类，按照其排列顺序，从从N末端氨末端氨基酸残基开始，依次命名。
基酸残基开始，依次命名举例：甲硫脑啡肽举例：甲硫脑啡肽中文氨基酸残基命名法：中文氨基酸残基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸三字母符号表示法三字母符号表示法：TyrGlyGlyPheMet单字母单字母符号表示法符号表示法：YGGFM肽键H2NCOHCH3SCOOHNHCCOHNHCCOHNHCCOHNHCHHCH2CHCH2OHCH2CH22.3.2 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构 2.3.2.1 稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力 2.3.2.2 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 2.3.2.3 蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域 2.3.2.4 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 2.3.2.5 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构（二）蛋白质的三维结构（二）蛋白质的三维结构 蛋白蛋白 质的三维结构质的三维结构指的是蛋白质指的是蛋白质分子中全部原子和基团相互间的立分子中全部原子和基团相互间的立体关系，包括全部原子和基团的排体关系，包括全部原子和基团的排列、分布及肽链的走向又称为蛋列、分布及肽链的走向又称为蛋白质的高级结构、空间结构或构象，白质的高级结构、空间结构或构象，可分为可分为二级二级、超二级超二级、结构域结构域、三三级级和和四级结构四级结构。
2.3.2.1 稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力 非共价键非共价键维持，如：维持，如：氢氢键、范德华引键、范德华引力、疏水作用力、疏水作用力、离子键力、离子键二硫键、配位二硫键、配位键参与维持构键参与维持构象2.3.2.2 二级结构二级结构 概念：概念：指多肽链主链在一级结构的基指多肽链主链在一级结构的基础上，某些肽段借助氢键进一步的础上，某些肽段借助氢键进一步的盘旋或折叠，从而形成有规律的构盘旋或折叠，从而形成有规律的构象维系二级结构的作用力是氢键维系二级结构的作用力是氢键主要类型：主要类型：（一）（一）-螺旋螺旋 （二）（二）-折叠片折叠片 （三）（三）-转角转角 （四）无规卷曲（四）无规卷曲（一）（一）-螺旋螺旋(-helix)即一个氨基酸残基的即一个氨基酸残基的NH与前面第与前面第四个氨基酸残基的四个氨基酸残基的CO形成氢键形成氢键CHCO)3(NHCNOHR 氢键的取向与螺轴几乎平行氢键的取向与螺轴几乎平行螺旋构象允许所有的肽螺旋构象允许所有的肽键都能参与链内氢键的形成因此，键都能参与链内氢键的形成因此，-螺旋构象是相当稳定螺旋构象是相当稳定的，是最普遍的螺旋形式。
的，是最普遍的螺旋形式二）（二）-折叠片折叠片 又称为又称为-折叠，折叠，二条二条-折叠股折叠股平行排布，彼此以氢键相连平行排布，彼此以氢键相连为了在相邻主链骨架之间形为了在相邻主链骨架之间形成最多的氢键，避免相邻侧成最多的氢键，避免相邻侧链间的空间障碍，各主链骨链间的空间障碍，各主链骨架同时作一定程度的折叠，架同时作一定程度的折叠，从而产生一个折叠的片层从而产生一个折叠的片层其侧链近似垂直于相邻二个其侧链近似垂直于相邻二个平面的交线，交替地位于片平面的交线，交替地位于片层的两侧层的两侧三）回折（三）回折(reverse turn)在多肽链中，经在多肽链中，经常出现常出现180转转弯的结构，此结弯的结构，此结构就是回折构就是回折通常有通常有-转角和转角和-转角两种形式转角两种形式四）无规卷曲（四）无规卷曲 没有规律性的多肽链主链骨架的构象，没有规律性的多肽链主链骨架的构象，就是无规卷曲就是无规卷曲球蛋白分子中，往往含有较多的无规球蛋白分子中，往往含有较多的无规卷曲；无规卷曲卷曲；无规卷曲往往往往有利于多肽链形有利于多肽链形成灵活的、具有特异生物活性的构象成灵活的、具有特异生物活性的构象。
超二级结构的概念超二级结构的概念 在蛋白质分子结构中经常存在由相邻的二级在蛋白质分子结构中经常存在由相邻的二级结构单元（主要是结构单元（主要是螺旋和螺旋和折叠片）组合折叠片）组合在一起，形成有规则的、空间上能够辨认的二在一起，形成有规则的、空间上能够辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构二级结构常见的超二级结构的常见的超二级结构的组合形式组合形式 有有、等三种组合形式等三种组合形式另外还另外还有有、C结构也可见到结构也可见到C中的中的C代表无规卷代表无规卷曲2.3.2.3 蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域（1）超二级结构）超二级结构（2）结构域）结构域 概念概念 多肽链在二级结构的基多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠础上，进一步卷曲折叠成为相对独立、近似球成为相对独立、近似球形的松散连接的三维实形的松散连接的三维实体是三级结构的局部体是三级结构的局部折叠区SSSSSSSSVMHLCM1CL抗原结合部位补体结合部位VLCM2CM3分子的12个结构域IgG 结构域这一层次的发现，与蛋白质的功能结构域这一层次的发现，与蛋白质的功能是分不开的。
很多结构蛋白的活性中心都是分不开的很多结构蛋白的活性中心都位于结构域之间，由于结构域之间常常只位于结构域之间，由于结构域之间常常只有一段肽链相连，形成所谓有一段肽链相连，形成所谓“铰链区铰链区”（hinge region），使结构域容易发生相对），使结构域容易发生相对运动结构域之间的这种柔性（结构域之间的这种柔性（flexibility）有利）有利于如酶和抗体活性的发挥于如酶和抗体活性的发挥2.3.2.4 三级结构三级结构（tertiary structure）概念：概念：多肽链在二级结构、超多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折相互作用，进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结叠形成特定的球状分子结构，称作三级结构构，称作三级结构或者或者说三级结构是指多肽链中说三级结构是指多肽链中所有原子的空间排布所有原子的空间排布2.3.2.5 四级结构四级结构 概念：概念：由两条或两条以上具有三级结构由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的有特定三维结构的的多肽链聚合而成的有特定三维结构的蛋白质构象称为蛋白质的四级结构。
蛋白质构象称为蛋白质的四级结构四级结构中所含的每个具有三级结构的球状蛋白质称四级结构中所含的每个具有三级结构的球状蛋白质称为亚基（为亚基（subunit）或单体（）或单体（monomer），游离的亚），游离的亚基无生物活性基无生物活性四级结构涉及亚基的种类和数目以及各亚基在整个分四级结构涉及亚基的种类和数目以及各亚基在整个分子中的空间排布，包括亚基间的接触位点和相互作用子中的空间排布，包括亚基间的接触位点和相互作用关系，而不包括亚基本身的构象关系，而不包括亚基本身的构象由少数亚基聚合而成的蛋白质，称为寡聚由少数亚基聚合而成的蛋白质，称为寡聚蛋白蛋白（Oligomer protein），根据亚基数），根据亚基数目的不同，可以将寡聚蛋白分为二聚体、目的不同，可以将寡聚蛋白分为二聚体、三聚体、四聚体等，根据亚基种类的不同，三聚体、四聚体等，根据亚基种类的不同，可以分别以可以分别以、命名不同的亚命名不同的亚基由几十个，甚至于上千个亚基聚合而基由几十个，甚至于上千个亚基聚合而成的蛋白质，称为多聚蛋白（成的蛋白质，称为多聚蛋白（polymer protein）烟草花叶病毒示意图：烟草花叶病毒示意图：烟草花叶病毒烟草花叶病毒的外壳蛋白四的外壳蛋白四级结构：亚基级结构：亚基呈螺旋状排布。
呈螺旋状排布蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次 一级结构一级结构(primary structure)；二级结构（二级结构（secondary structure）；）；超二级结构（超二级结构（supersecondary structure）；）；结构域（结构域（structural domain）；）；三级结构（三级结构（tertiary structure）；）；四级结构（四级结构（quarternary structure）蛋白质结构层次蛋白质结构层次：2.4 多肽、蛋白质的结构与功能的关系多肽、蛋白质的结构与功能的关系 2.4.1蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 2.4.2 蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系2.4.1蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 2.4.1.1 一级结构与同源蛋白质的物种差异一级结构与同源蛋白质的物种差异 和生物进化和生物进化 2.4.1.2 一级结构变异与分子病一级结构变异与分子病 2.4.1.3 一级结构断裂与功能激活一级结构断裂与功能激活2.4.1.1 一级结构与同源蛋白质的物种一级结构与同源蛋白质的物种 差异和生物进化差异和生物进化 在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质称白质称同功能蛋白质同功能蛋白质，它们的氨基酸序列，它们的氨基酸序列具有明显的相似性，这种现象称为序列同具有明显的相似性，这种现象称为序列同源，有明显序列同源的蛋白质也称源，有明显序列同源的蛋白质也称同源蛋同源蛋白质白质。
从不同物种提取得到的同源蛋白质中许多的氨从不同物种提取得到的同源蛋白质中许多的氨基酸残基是完全相同的，称基酸残基是完全相同的，称不变残基不变残基，它们决定了，它们决定了蛋白质的空间结构与功能而其它氨基酸残基有相蛋白质的空间结构与功能而其它氨基酸残基有相当大的变化，称为当大的变化，称为可变残基可变残基，它们的差异体现了种，它们的差异体现了种属特异性属特异性因此，对不同生物来源的同功能蛋白质的一级结因此，对不同生物来源的同功能蛋白质的一级结构进行比较研究：构进行比较研究：1.可以帮助我们了解哪些氨基酸对蛋白质的活可以帮助我们了解哪些氨基酸对蛋白质的活 性是重要的，哪些是不重要的性是重要的，哪些是不重要的2.可为生物进化提供新的可靠依据可为生物进化提供新的可靠依据不同生物来源的细胞色素不同生物来源的细胞色素C一级结构比较一级结构比较 对对 50 多种不同生物来源的多种不同生物来源的细胞色素细胞色素C 的一级结构的的一级结构的104个氨基酸进行比较，发个氨基酸进行比较，发现现 35 个氨基酸在各种生物个氨基酸在各种生物中是保守的中是保守的2.4.1.2 一级结构变异与分子病一级结构变异与分子病 分子病是由于基因突变导致蛋白质一级结构分子病是由于基因突变导致蛋白质一级结构突变，使蛋白质功能下降或丧失，而产生的突变，使蛋白质功能下降或丧失，而产生的疾病被称为分子病。
疾病被称为分子病镰刀型红细胞贫血病镰刀型红细胞贫血病 由由血红蛋白分子血红蛋白分子亚基亚基N末端序列的一级末端序列的一级结构改变引起的结构改变引起的HbSHbA-链N-末端序列Val HisLeuThrProLysGluGluVal HisLeuThrProLysGluVal12345678正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱正常红细胞和镰刀状红细胞的扫描电镜图谱？2.4.1.3 一级结构断裂与功能激活一级结构断裂与功能激活 许多具有一定功能的蛋白质，在动物体内通常以许多具有一定功能的蛋白质，在动物体内通常以无活性的无活性的前体形式前体形式产生和贮存它们这些前体在产生和贮存它们这些前体在机体需要时，经过某种蛋白酶的限制性水解，切机体需要时，经过某种蛋白酶的限制性水解，切去部分肽段之后，才变成有活性的蛋白质去部分肽段之后，才变成有活性的蛋白质如参与蛋白质消化的各种蛋白酶、参与血液凝固的血纤维如参与蛋白质消化的各种蛋白酶、参与血液凝固的血纤维蛋白、凝血酶和凝血因子，参与代谢调节的激素蛋白等蛋白、凝血酶和凝血因子，参与代谢调节的激素蛋白等激活（激活（activation）：使前体变成活性蛋白质的过）：使前体变成活性蛋白质的过程，被称为激活。
程，被称为激活2.4.2 蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系 蛋白质分子的生物功能直接由其特定构象所决定，蛋白质分子的生物功能直接由其特定构象所决定，空间结构的变化必然引起功能改变空间结构的变化必然引起功能改变变构调节活性变构调节活性 有些蛋白质在完成其生物功能时空间结构往往发生有些蛋白质在完成其生物功能时空间结构往往发生一定变化，改变分子的性质，以适应生理功能的需要，一定变化，改变分子的性质，以适应生理功能的需要，称称变构或别构作用变构或别构作用血红蛋白有两种构象，一种是对氧血红蛋白有两种构象，一种是对氧亲和力低的亲和力低的T态，另一种为对氧亲和力高的态，另一种为对氧亲和力高的R态变性丧失活性变性丧失活性 维系其高级结构的次级键体系可能被扰乱维系其高级结构的次级键体系可能被扰乱血红蛋白血红蛋白-亚基亚基-亚基亚基（-subunit）血红素血红素（haem）血红蛋白的变构现象血红蛋白的变构现象（变构时的亚基移动）（变构时的亚基移动）血红蛋白和肌红蛋血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同，白的氧合曲线不同，前者是前者是 S S 形曲线，后形曲线，后者是双曲线者是双曲线亚基可与氧结合，亚基可与氧结合，而而-亚基由于存在空亚基由于存在空间位阻，几乎不与氧间位阻，几乎不与氧结合。
当结合当-亚基与氧亚基与氧结合后，发生三级结结合后，发生三级结构的变化，此变化使构的变化，此变化使相邻的相邻的-亚基发生三亚基发生三级结构的变化，与氧级结构的变化，与氧结合使血红蛋白结合结合使血红蛋白结合氧的能力在短时间内氧的能力在短时间内迅速上升，从，而使迅速上升，从，而使曲线程曲线程S S 形氧饱和度（%）2.5.1 蛋白质的重要性质蛋白质的重要性质 2.5.2 蛋白质分离纯化的原则与方法蛋白质分离纯化的原则与方法2.5 蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定蛋白质的重要性质、分离纯化与鉴定 2.5.1.1 蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点 2.5.1.2 蛋白质的胶体性质与沉淀蛋白质的胶体性质与沉淀 2.5.1.3 蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性 2.5.1.4蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 2.5.1 蛋白质的重要性质蛋白质的重要性质2.5.1.1 蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点 在蛋白质分子中，有许多可解离的基团，除了在蛋白质分子中，有许多可解离的基团，除了肽链末端的肽链末端的 -氨基和氨基和 -羧基以外，还有各种侧链羧基以外，还有各种侧链基，如：基，如：Asp和和 Glu 的侧链羧基，的侧链羧基，Lys 的的-氨基、氨基、Arg 的胍基、的胍基、His 的咪唑基、的咪唑基、Cys 的巯基、的巯基、Tyr 的酚的酚基。
因此，蛋白质是多价的两性电解质因此，蛋白质是多价的两性电解质PrCOOHCOOH2NOHHH3N-+H+PrH3N+OH-COOPr_等电点 pHpI等电点 pHpI=等电点 pHpI蛋白质的等电点蛋白质的等电点（isoelectricpoint）概念：概念：当溶液在某个当溶液在某个 pH 时，使蛋白质分子所带正电荷数时，使蛋白质分子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净电荷为零，在直流电场中，既与负电荷数恰好相等，即净电荷为零，在直流电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时，溶液的不向阳极移动，也不向阴极移动，此时，溶液的 pH 就是就是该蛋白质的等电点，用该蛋白质的等电点，用 pI 表示在等电点时，蛋白质比较稳定，溶解度最小因此，可以在等电点时，蛋白质比较稳定，溶解度最小因此，可以利用蛋白质的等电点来分别沉淀不同的蛋白质，从而将不利用蛋白质的等电点来分别沉淀不同的蛋白质，从而将不同的蛋白质分离开来不同的蛋白质有不同的等电点同的蛋白质分离开来不同的蛋白质有不同的等电点2.5.1.2 蛋白质的胶体性质与沉淀蛋白质的胶体性质与沉淀（一）蛋白质的胶体性质（一）蛋白质的胶体性质 球蛋白溶液具有亲水胶体的性质。
这种亲水胶体球蛋白溶液具有亲水胶体的性质这种亲水胶体溶液是比较稳定的其稳定因素有两个：溶液是比较稳定的其稳定因素有两个：（1）球状大分子表面的水化层；）球状大分子表面的水化层；（2）球状大分子表面具有相同的电荷，由于同性）球状大分子表面具有相同的电荷，由于同性 电荷的相互排斥，使得大分子不能互相结合电荷的相互排斥，使得大分子不能互相结合 成较大的颗粒成较大的颗粒盐溶 盐析蛋白质的沉淀方法蛋白质的沉淀方法 1盐析盐析 2加酸或碱沉淀蛋白质加酸或碱沉淀蛋白质 3有机溶剂沉淀蛋白质有机溶剂沉淀蛋白质 4重金属盐沉淀蛋白质重金属盐沉淀蛋白质 5生物碱试剂沉淀蛋白质生物碱试剂沉淀蛋白质 6抗体对蛋白质抗原的沉淀抗体对蛋白质抗原的沉淀 2.5.1.3 蛋白质变性与复性蛋白质变性与复性（一）（一）蛋白质变性蛋白质变性 定义：定义：天然蛋白质在变性因素作用之下，其天然蛋白质在变性因素作用之下，其一级结构保持不变，但其高级结构发生了异一级结构保持不变，但其高级结构发生了异常的变化，即由天然态（折叠态）变成了变常的变化，即由天然态（折叠态）变成了变性态（伸展态），从而引起了生物功能的丧性态（伸展态），从而引起了生物功能的丧失，它的物理、化学性质也发生改变。
这种失，它的物理、化学性质也发生改变这种现象被称为变性（现象被称为变性（denaturation）引起变性因素：引起变性因素：物理因素和化学因素物理因素和化学因素变性表现：变性表现：1物理性质的改变：物理性质的改变：溶解度溶解度 2化学性质的改变：化学性质的改变：易被蛋白酶消化易被蛋白酶消化 3生物功能的改变生物功能的改变 变性机理：破坏了蛋白质分子构象中的次级键使原来埋变性机理：破坏了蛋白质分子构象中的次级键使原来埋藏在分子内部的疏水集团大量暴露出来，使分子表面水化藏在分子内部的疏水集团大量暴露出来，使分子表面水化膜破坏，分子结合沉淀膜破坏，分子结合沉淀二）复性（二）复性（renaturation）蛋白质的变性有可逆变性和不可逆变性之分蛋白质的变性有可逆变性和不可逆变性之分可逆变性在除去变性因素之后，在适宜的条件下，可逆变性在除去变性因素之后，在适宜的条件下，变性的蛋白质可以从伸展态恢复到折叠态，并恢复变性的蛋白质可以从伸展态恢复到折叠态，并恢复全部的生物活性这种现象，称之为复性全部的生物活性这种现象，称之为复性2.5.1.4蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 蛋白质分子的自由蛋白质分子的自由 一一NH2 基和基和 一一COOH 基、基、肽键，以及某些氨基酸的侧链基团，如：肽键，以及某些氨基酸的侧链基团，如：Tyr 的酚基、的酚基、Phe 和和 Tyr 的苯环、的苯环、Trp 的吲的吲哚基、以及哚基、以及 Arg 的胍基等，能够与某种化学的胍基等，能够与某种化学试剂发生反应，产生有色物质试剂发生反应，产生有色物质。
2.5.2 蛋白质分离纯化的方法蛋白质分离纯化的方法 1.前处理前处理 2.沉淀分离沉淀分离 3.分离纯化分离纯化 4.质量鉴定质量鉴定 1前处理前处理 选择适当的生物材料，加上适当的抽提试剂，选择适当的生物材料，加上适当的抽提试剂，如如 0.1molL NaCl 溶液，采用适当的细胞破溶液，采用适当的细胞破碎方法，对生物材料进行细胞破碎，使蛋白碎方法，对生物材料进行细胞破碎，使蛋白质充分释放到溶液中然后离心，除去沉淀，质充分释放到溶液中然后离心，除去沉淀，得到上清液得到上清液2.沉淀分离沉淀分离 采用适当的沉淀法，从抽提液中分离目的蛋采用适当的沉淀法，从抽提液中分离目的蛋白如硫酸铵分段盐析法、乙醇分段沉淀法、白如硫酸铵分段盐析法、乙醇分段沉淀法、等电点沉淀法、选择性变性法等等电点沉淀法、选择性变性法等3分离纯化分离纯化 柱层析法、制备性电泳法、蔗糖密度梯度和等电聚柱层析法、制备性电泳法、蔗糖密度梯度和等电聚焦电泳等、结晶法等焦电泳等、结晶法等在提纯过程中，必须时刻注意防止蛋白质变性在提纯过程中，必须时刻注意防止蛋白质变性因此，必须低温（因此，必须低温（04）操作，防止过酸过碱、）操作，防止过酸过碱、防止产生过多的泡沫等。
防止产生过多的泡沫等4质量鉴定质量鉴定 1.纯度的鉴定纯度的鉴定鉴定蛋白质制剂纯度的方法很多，有聚丙烯鉴定蛋白质制剂纯度的方法很多，有聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法、超离心沉降法、酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法、超离心沉降法、免疫电泳法、酶活力法等一般需要用二种或更多免疫电泳法、酶活力法等一般需要用二种或更多种方法鉴定蛋白质制剂的纯度种方法鉴定蛋白质制剂的纯度2.生理活性的鉴定生理活性的鉴定蛋白质的生理活性，如酶的比活力，多肽激蛋白质的生理活性，如酶的比活力，多肽激素的生理活性等为了计算酶的比活力，还必须测素的生理活性等为了计算酶的比活力，还必须测定蛋白质浓度测定蛋白质浓度可以采用福林定蛋白质浓度测定蛋白质浓度可以采用福林酚酚法、双缩脲法等法、双缩脲法等。