第18章 蛋白质.doc

第18章 蛋白质18.1 基本要求 掌握蛋白质的元素组成和理化性质，了解蛋白质的分类。 掌握蛋白质一级和二级结构的概念。 熟悉蛋白质的三级和四级结构概念。18.2 基本知识点18.2.1 蛋白质的元素组成蛋白质是生物高分子，天然蛋白质经元素分析，其主要元素百分组成为：C 5055%，H 68%，O 2023%，N 1517%，S 04%；生物样品中常用蛋白质内含氮量的平均值16%来作为测量标准，即每克氮相当于6.25 g的蛋白质。18.2.2 蛋白质的结构为了认识和说明上的方便，通常将蛋白质的结构分为几个不同的级别加以研究。蛋白质分子中氨基酸残基在肽链中的排列顺序称为一级结构，肽键是一级结构中连接氨基酸残基的地化学键。不同有机体中实现同一功能的蛋白质，其一级结构也可能是不同的，说明蛋白质的一级结构与生命的种族特异性有直接关系。蛋白质的二级结构主要是肽链按一定的方式盘绕、折叠而形成的空间构象，它是由一级结构决定的，主要包括a-螺旋、b-折叠、b-转角和无规卷曲四种形式，氢键是二级结构的主要副键。一条具有二级结构的多肽链可进一步按一定的方式盘曲折叠形成更复杂三维空间的伸展排布，即形成三级结构。三级结构是通过侧链之间形成的副键维系，副键包括盐键、氢键、二硫键、酯键、疏水作用力。蛋白质四级结构是由两条或多条具有三级结构多肽链组成更大、更复杂的分子，每一条三级结构的多肽链称为一个亚基，几个亚基通过副键缔合而构成一定的空间结构。蛋白质的一级结构又称为初级结构和基本结构，二级以上的结构属于构象范畴，称为高级结构。蛋白质的生物功能决定于它的高级结构，高级结构是由一级结构即氨基酸顺序决定的，蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质。18.2.3 蛋白质的性质蛋白质的性质取决于蛋白质的分子组成和结构特征，一方面具有与某些氨基酸相似的性质，另外又具有一些高分子化合物的性质。1. 两性解离和等电点 蛋白质是由氨基酸组成，在蛋白质分子链中同样存在游离的碱性基团和酸性基团，如氨基、羧基、胍基、咪唑基等，因此同样存在两性解离和等电点。阴离子(pH pI) 两性离子(pH = pI) 阳离子(pH pI)2. 胶体性质 蛋白质的相对分子质量很大，其分子大小已达到1100 nm 的胶粒范围，其溶液属于胶体分散系。由于蛋白质分子表面有许多极性基团，如COO-、NH3+、OH、SH、CONH2等，天然蛋白质常以稳定的亲水胶体溶液形式存在，蛋白质分子周围的双电层和水化层是稳定蛋白质胶体系统的主要因素。3. 蛋白质的沉淀 蛋白质的沉淀是指破坏其水化膜和消除电荷后，蛋白质在溶液中下沉析出，常采用盐析、加脱水剂、加重金属离子和加有机酸等使蛋白质沉淀。4. 蛋白质的变性 蛋白质受到某些物理或化学因素作用时，引起生物活性丧失及其它理化性质的改变，这种变化称为蛋白质的变性。变性的本质是副键被破坏引起蛋白质天然构象的解体而导致生物功能丧失，并未涉及共价键的破裂。变性有可逆变性和不可逆变性之分。蛋白质变性和沉淀反应的概念不同，但又互相联系，沉淀时可变性，也可不变性；变性可表现为沉淀，也可表现为溶解状态。5. 蛋白质的颜色反应 蛋白质与某些试剂作用可发生颜色反应，常用来做蛋白质的定性和定量分析，如缩二脲反应、茚三酮反应等。18.3 典型例题解析18.3.1 有两种蛋白质A和B，其相对分子质量相近，等电点分别为6.7和4.7，当两者在pH为7.5的缓冲溶液中电泳时，A和B的电泳情况是：a. A和B都向阳极移动，且速度相同 b. A和B都向阳极移动，且B比A移动快c. A和B都向阳极移动，且A比B移动快 d. A和B都向阴极移动，且B比A移动快 e. A和B都向阴极移动，且A比B移动快解：答案为b。蛋白质电泳的方向、速度主要取决于该蛋白质所带电荷的性质、数量和分子大小。题中两蛋白质A和B所处环境的pH值大于它们的pI值，应带负电荷，故都应向阳极移动，由于两者分子质量相近，但B之pI值小于A,与溶液pH值相差更大，故荷电量大，移动速度更快。18.3.2 解释下列蛋白质变性的原因：（1）Pb2+和Ag+ （2）强酸 （3）乙醇 （4）尿素 （5）加热 （6）紫外线 （7）剧烈振荡解：（1） 重金属离子可与蛋白质中游离的COO-形成不溶性盐。（2） 强酸可使蛋白质中的氢键断裂，也可与游离的氨基成盐。（3） 乙醇可提供羟基上的H去形成氢键，从而破坏了蛋白质中原有的氢键。（4） 尿素是很好的氢键受体，破坏蛋白质中原有的氢键。（5） 分子热运动的增加使氢键断裂。（6） 紫外线促使氢键断裂（7） 剧烈振荡也可使氢键断裂。18.3.3 蛋白质分子结构可分为几级？维系各级结构的化学键是什么？解：为了表示蛋白质不同层次的结构，常将蛋白质结构分为一级、二级、三级和四级结构。蛋白质的一级结构又称为初级结构或基本结构，二级以上的结构属于构象范畴，称为高级结构。维系蛋白质一级结构的化学键是肽键；而维系蛋白质高级结构的化学键有氢键、二硫键、盐键、疏水作用力、酯键、范德华力、配位键。18.3.4蛋白质亲水溶胶的两个稳定因素是什么？解：蛋白质分子表面有许多极性基团如COO-、NH3+、OH、SH、CONH等，可吸引水分子在它的表面定向排列形成一层水化膜。蛋白质分子表面的可解离基团，在适当的pH条件下，都带有相同的净电荷，与周围的反离子构成稳定的双电层。蛋白质溶液由于具有水化层与双电层两方面的稳定因素，能在水溶液中使蛋白质分子颗粒相互隔开而不致下沉，因此蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水溶胶。18.3.5 何谓蛋白质变性？变性后的蛋白质与天然蛋白质有什么不同？解：天然蛋白质分子受到某些物理、化学因素，如加热、高压、紫外线、X-射线、超声波 、剧烈搅拌、强酸、强碱、胍、尿素、重金属盐、生物碱试剂和有机溶剂等的影响，生物活性丧失，溶解度下降，物理化学常数发生变化，这种过程称为蛋白质的变性。蛋白质变性的实质是蛋白质分子中的副键受到破坏，引起天然构象的改变，使原来有规则的空间结构变为松散紊乱的结构，形状发生改变，原来藏在分子内部的疏水基团暴露在分子表面，分子表面的亲水基团减少，使蛋白质水化作用减弱。蛋白质的变性只是三维构象的改变，而不涉及一级结构的改变。变性蛋白质与天然蛋白质最明显的区别是生物活性丧失，此外还表现出各种理化性质的改变，如溶解度降低、粘度增加、易被蛋白酶水解等。18.4 问题18.4.1 举例说明蛋白质怎样分类？解：略（详见教材）。18.4.2 血红蛋白为什么会起到运输氧气的作用？解：血红蛋白中的Fe2+可形成6个键，通过2个共价键和2个配位键与原卟啉环的4个氮原子相连，一个键与a-链的87位或b-链的92位组氨酸残基中的咪唑配位，余下的一个键可以和氧可逆地结合和解离。18.4.3在下列pH条件下，下列蛋白质将向电泳哪一极移动？ （1）卵清蛋白在pH 5.0 （2）牛血清蛋白在pH 7.0 （3）溶菌酶在pH 7.0 解：（1）向阳极移动 （2） 向阳极移动 （3）向阴极移动18.4.4 试述怎样怎样做可使蛋白质沉淀和蛋白质分步盐析？解：蛋白质的沉淀是指破坏其水化膜和消除电荷后，蛋白质在溶液中沉淀，常采用盐析、加脱水剂、加重金属离子和加有机酸等使蛋白质沉淀。蛋白质分步盐析常采用不同浓度的盐溶液使蛋白质分段析出。18.5 习题18.5.1 蛋白质是如何分类的？解：蛋白质一般是根据其分子形状、溶解度、化学组成和功能等进行分类。按分子形状可把蛋白质分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两大类；按化学组成可把蛋白质分为简单蛋白质和结合蛋白质两大类；根据蛋白质的功能分为活性蛋白质和结构蛋白质两大类；每一大类还可进一步细分（详见教材）。18.5.2 简单蛋白与结合蛋白有何差异？解：简单蛋白质水解后的最终产物是a-氨基酸，而结合蛋白质水解的最终产物除a-氨基酸外，还有非蛋白质，非蛋白质部分称为辅基。18.5.3 导致蛋白质变性的因素有哪些？可逆变性与不可逆变性有何差异？解：导致蛋白质变性的物理因素包括加热、高压、紫外线、X-射线、超声波 、剧烈搅拌等；化学因素包括强酸、强碱、胍、尿素、重金属盐、生物碱试剂和有机溶剂等。当变性作用对副键的破坏程度不是很大时，若除去变性因素后可恢复原有的理化性质和生物功能，这就是可逆变性。若变性作用使副键大量破坏，并涉及到较稳定的二硫键时，则蛋白质难以恢复原有的结构和性质，这就是不可逆变性。18.5.4 蛋白质沉淀与变性有何不同？解：沉淀的蛋白质不一定是变性的，变性的蛋白质也不一定是沉淀的，而只是在等电点附近才沉淀。18.5.5 什么是蛋白质的等电点？为什么说在等电点时蛋白质溶解度最低？解：蛋白质分子所带净电荷为零时，溶液的pH值为该蛋白质的等电点。处于等电状态的蛋白质分子的水化膜被破坏。分子间相互聚集形成较大颗粒而沉淀下来，故其溶解度最低。18.6 自测题判断题正确的打“+”，错误的打“-”，选择题为A型多选题：18.6.1 氨基酸、多肽和蛋白质都会发生缩二脲反应。18.6.2 某蛋白质水溶液的pH 7。18.6.3 蛋白质电泳分离时，溶液pH值与蛋白质pI值越小，离子移动越快。18.6.4 用盐析法沉淀蛋白质，最好使溶液pH = pI。18.6.5 通常蛋白质变性时，其主键肽键未被破坏。18.6.6人体血液（pH 7.357.45）中的蛋白质pI大多在56之间，所以血液中蛋白质大多以阳离子形式存在。18.6.7 用重金属盐沉淀蛋白质时，溶液的pH值最好调节为：A. 大于7.0 B. 小于7.0 C. 等于7.0 D. 稍小于该蛋白质之pI值E. 稍大于该蛋白质之pI值18.6.8 维持蛋白质立体结构的副键不包括：A. 二硫键 B. 肽键 C. 疏水键 D. 氢键 E. 酯键18.6.9 下列蛋白质中，属于结合蛋白质的是：A. 清蛋白 B. 球蛋白 C. 核蛋白 D. 鱼精蛋白 E. 谷蛋白18.6.10 盐析使蛋白质沉淀析出，主要破坏的是：A. 水化膜 B. 疏水作用力 C. 同性电荷 D. 氢键 E. 盐键18.6.11 下列哪一种说法对蛋白质结构的描述是错误的：A. 都有一级结构