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第二章 天然高分子 第三讲 2.3 蛋白质 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。 蛋白质是分子量很大（30000-300000）的生物分子。 蛋白质在生命体中担当着物质输送、代谢、光合成、运动和信息传递等重要功能。 对任一种给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是相同的。 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成。 多肽是由氨基酸以酰胺键形式连接而成的线性大分子。它在生物体内可以单独存在，但是更多的则是作为蛋白质的组成部分。 蛋白质是由一个或多个多肽链通过共价键（主要是二硫键）或非共价力结合而成。 肽键 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在。 四肽的结构 蛋白质的分类 1）依据蛋白质的组成：简单蛋白和结合蛋白。 简单蛋白： 只含由a-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。 1、清蛋白和球蛋白 ： 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、谷蛋白和醇溶谷蛋白：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，存在与细胞核中。 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，其中包括 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α-，β-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）。 2）依据蛋白质的外形：球状蛋白质和纤维状蛋白质。 球状蛋白质 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 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。 蛋白质结构 主要包括以肽链线形结构为基础的一级结构，以及由肽链卷曲、折叠而形成的三维结构—蛋白质的二级、三级和四级结构。 蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构?? 蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角 1）α-螺旋 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子为右手α-螺旋。 （2）β-折叠 β-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。 β-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 β-折叠有两种类型 平行式 所有肽链的N-端都在同一边 反平行式 相邻两条肽链的方向相反。 3）β-转角 在β-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O 和第四个残基的–N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。 蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。 蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。 这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位，它一般由一条肽链构成，无生理活性； 维持亚基之间的化学键主要是疏水力。 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白 蛋白质的变性 蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，如加热、强酸碱、重金属盐、生物碱、紫外线、X射线等能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。 如不可逆沉淀:在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水，这种沉淀称为变性沉淀。 卷发(烫发)的生物化学基础 永久性卷发(烫发)是一项生物化学工程(biochemical engineering),α-角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为β-构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。 这是因为α-角蛋白的侧链R基一般都