生化蛋白质化学

,第一章蛋白质第一节蛋白质的生物学意义第二节蛋白质组成和氨基酸的性质一蛋白质的元素组成C5055%H68%O2030%N1518%S04%蛋白质中含N量相当接近，平均值16%氮元素的质量蛋白质的质量16%蛋白质的质量氮元素的质量6.25二蛋白质的氨基酸组成氨基酸是蛋白质的基本结构单位构成蛋白质的氨基酸有20种,（一）氨基酸结构上的共同特点1除Pro外，其余19种氨基酸均为氨基酸2除Gly外，其余19种氨基酸上的碳原子都是手性碳原子分子具有手性3除Gly外，其余19种氨基酸分子具有不对称性，所以有光学活性组成蛋白质的氨基酸都属L型（二）氨基酸的分类1根据组成蛋白质的20种氨基酸的侧链R基团的化学结构将其分四大类一氨基一羧基氨基酸脂肪族氨基酸一氨基二羧基氨基酸及其酰胺二氨基一羧基氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸杂环亚氨基酸,2按照氨基酸侧链R基团的极性，把20种AA分为两大类：不带电荷（6种）极性氨基酸（11种）带负电荷（2种）带正电荷（3种）非极性氨基酸（9种）(三)非蛋白氨基酸例如：1谷氨酸脱羧产生-氨基丁酸Glu脱羧酶L-Glu-氨基丁酸（GABA）抑制神经递质2组氨酸脱羧产生组胺His脱羧酶组氨酸组胺血管扩张剂3天冬氨酸脱羧生成-丙氨酸Asp脱羧酶Asp-Ala参与泛酸（VB3）组成此外还有瓜氨酸(Cit)、鸟氨酸（Orn）,（三）氨基酸的解离和两性性质1.等电点的定义：2.等电点的计算:两性离子两侧Pk值之和的一半3.性质:溶解度最小（四）氨基酸的理化性质1物理性质：2化学性质：与茚三酮的反应除Pro(黄色)其余AA与之反应呈兰紫色与HNO2反应反应放出的N2，一半来自氨基酸-氨基，一半来自亚硝酸的氮与甲醛的反应：与2，4-二硝基氟苯(DNFB)反应与异硫氰酸苯酯(PITC)的反应,第三节蛋白质的结构一蛋白质的一级结构（一）肽1.定义:一个氨基酸的-COOH可与另一个氨基酸的-NH2缩合失去一分子水，形成的酰胺键称肽键，其化合物称为肽2.命名3.生物活性肽：调节生物机体生命活动或具有某些生理活性的寡肽和多肽的总称。谷胱甘肽(GSH)催产素和加压素脑肽,（二）蛋白质的一级结构1.定义:肽链中氨基酸的排列顺序2.稳定因素:肽键(主要)、二硫键(次要)3.举例:胰岛素分子量5700左右，牛胰岛素MW5734，由两条肽链组成。胰岛素A链（21个氨基酸残基）、B链（30个氨基酸残基）A6A7三个二硫键A7B7A20B19,（一）蛋白质的二级结构1.定义:是指蛋白质多肽链主链的折叠和盘绕方式2.表现形式：-螺旋结构、-折叠结构、-转角结构、无规则卷曲（自由回转）1-螺旋结构基本要点：这种-螺旋模型，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。螺距是0.54nm，每个氨基酸残基的垂直距离是0.15nm。螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100。-螺旋体中氨基酸残基侧链R基团伸向外侧，相邻的螺旋圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，天然蛋白质的-螺旋绝大多数都是右手螺旋，仅在嗜热菌蛋白酶的晶体结构中发现226229位氨基酸残形成左手螺旋。,稳定及影响因素:氢键多肽链中有Pro（或羟脯氨酸）时螺旋中断多肽键中存在大量Gly、Ser、Thr大量存在也不利于形成-螺旋2-折叠结构-折叠结构与-螺旋结构的差异是：1.-螺旋肽链是卷曲棒状螺旋，而-折叠的肽链几乎是完全伸展的2.都以氢键维持结构的稳定性3.-折叠结构中每一残基间的垂直距离为0.35nm-折叠结构分为平行和反平行两种形式,从能量考虑,反平行更为稳定3-转角结构4自由回转（无规则卷曲）,(二)超二级结构和结构域（1）超二级结构:指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用,形成有规则的,在空间上能辨认的二级结构给合体。常见超二级结构形式：（2）结构域：多肽链在超二级结构基础上进一步盘绕折叠成的近似球状紧密结构。一条长的多肽链首先折叠成几个相对独立的结构域，再缔合成三级结构。,（二）蛋白质的三、四结构1蛋白质的三级结构(1)定义:由-螺旋、-折叠等二级结构之间相互配置而成的构象(2)举例:肌红蛋白肌红蛋白由一条多肽链构成，有153个氨基酸残基和一个血红素辅基，MW为17800，通过X-射线衍射图谱测出其空间结构有下列特征：整个分子中肽链有77%呈-螺旋体构象分子是一个外圆中空的不对称结构，有8段长度为724个氨基酸残基的-螺旋体。在拐角处，-螺旋体受到破坏（Pro、Ile、Ser等出现在拐角处）分子排列非常紧密，其内部留有的空间仅能容纳4个水分子,氨基酸残基的全部极性R基团几乎全部位于分子表面，并且呈水化状态几乎全部非极性或疏水性R基团都位于分子内部，不与水接触。对已被检查的不同种属的肌红蛋白而言，虽然其氨基酸组成稍有差别，但其多肽链的总构象完全是一致的，因此氨基酸顺序中保留或不变的残基，与决定弯折的位置和直的段节的走向有关2蛋白质的四级结构(1)定义:由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚合而成的特定构象(2)举例:血红蛋白的结构：MW65000574个氨基酸残基组成4个亚基组成（22）每个亚在含有一个血红素辅基亚基含141个氨基酸残基亚基含146个氨基酸残基血红素辅基的铁为二价铁原子，但在输氧时，铁的价态不变,（三）蛋白质分子中的共价键与次级键稳定各级结构因素:一级结构:肽键（为主）、二硫键（为辅）二级结构：氢键三级结构和四级结构：非共价键（氢键、范德华力、盐键、疏水键、酯键）三蛋白质分子结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系1种属差异2一级结构与分子病分子病：某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列与正常有所不同的遗传病。镰刀型红细胞性贫血病,（二）蛋白质构象与功能的关系第四节蛋白质的理化性质一蛋白质的分子量测定蛋白质的常用方法是：渗透压法简单、设备要求不高、灵敏度较差超离心法准确、可靠、设备要求高凝胶过滤仅测定近似值聚丙烯酰胺凝胺电泳仅测定近似值常用超离心法测定分子量S:单位离心场强度的沉降速度,称为沉降系数,数值一般在110-13-20010-13秒范围内,人们通常将110-13秒称为一个S,如某蛋白质沉降系数为810-13秒可写为8S,沉降系数的大小基本上反映了蛋白质分子量大小,二蛋白质的两性电离及等电点蛋白质也是两性电解质（N端含氨基、C端含羧基）等电点时蛋白质性质的特殊性总净电荷为零，无相互排斥作用，所以最不稳定，溶解度最小，极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体，而沉淀出来，利用这一性质可以分离、提纯蛋白质。粘度、渗透压、膨胀性以及电导均为最小实际应用：缓冲作用电泳分离蛋白质的两性解离与植物根部吸收养分的关系,三蛋白质的胶体性质蛋白质水溶液是一种比较稳定的胶体，原因有二：蛋白质颗粒表面形成一层水膜（水化膜）在非等电点状态下（pHpI）蛋白质颗粒带同种电荷（同种电荷）四蛋白质的变性、沉淀与凝固1.什么叫变性作用？天然蛋白质受理化因素的影响，分子内部原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学性质都有所改变，但并不导致蛋白质一级结构的破坏，这种现象叫变性作用，变性后的蛋白质称变性蛋白质。2.引起蛋白质变性的因素化学因素强酸、强碱、胍、去污剂、重金属离子、三氯乙酸磷钨酸、单宁酸（鞣酸）、浓乙醇等物理因素加热（70100）、剧烈振荡或搅拌、紫外线、X-射线超声波等,3.变性蛋白质的特征失去生物活性Hb变性后失去运输O2的功能，酶无催化功能胰岛素失去调节血糖水平的生理机能溶解度降低、易沉淀（主要是疏水基团外露，失去水膜）结晶能力丧失粘度增加球形（粘度小）线形（粘度大）变性蛋白质易被酶（水解酶）消化水解4.变性机制主要是由蛋白质分子内部的结构发生改变而引起的5.蛋白质变性的应用,五蛋白质的沉淀反应1盐析(可逆)因加入大量盐而使蛋白质沉淀析出的现象称盐析原因:破坏水化膜及中和电荷血清球蛋白或加(NH4)2SO4至半饱和+白蛋白（清蛋白）蛋清上清液加(NH4)2SO4至饱和+上清液2加有机溶剂(有条件可逆)原因:有机溶剂亲水性强,破坏水化膜,3加入重金属盐(不可逆)NH3+NH3+Pr+Ag+PrCOO-COOAg4加入某些酸类(不可逆)5加热（不可逆）蛋白质的沉淀、变性和凝固的关系变性不一定不一定沉淀凝固(变性+沉淀)一定,六蛋白质的紫外吸收引起紫外吸收原因:共轭体系(单双键交替排列)Trpmax=279nm强(主要)Tyrmax=278nm中(主要)phemax=259nm弱肽键max=180-230nm七蛋白质的呈色反应反应名称试剂呈现颜色呈色反应的功能基团双缩脲反应CuSO4(OH-)红紫色max=540nm二个以上的肽键黄色反应浓HNO3白黄Tyr、Trp米伦氏反应Hg+HNO3(浓)白红Tyr（酚类）乙醛酸反应乙醛酸+浓H2SO4紫色环吲哚基（Trp）坂口反应Br2(Cl2)+-萘酚(OH-)红色胍基（Arg）酚试剂反应福林试剂蓝色酚基（Tyr）,八蛋白质的分离与纯化一般原则：1选材（应选择含量较高，易提取的材料）2组织或细胞的破碎（使蛋白质从溶解的状态释放出来，并保持原有的天然状态，不失去生物活性）3分离、提纯（要经常检查所需蛋白质的提纯程度）常见的一个例子：加工豆制品大豆浸泡粉碎浆状物过滤生豆浆加热熟豆浆加入石膏静置絮状物浇模、压去水分豆制品,第五节蛋白质的分类球状蛋白质（一般易溶于水，分子接近球状）一分子形状纤维状蛋白质（X/Y510,分子细而长）简单蛋白质（水解产物为-AA）二分子组成（根据溶解度又分为七类，具体见教材）结合蛋白质（水解产物除-AA外，还有非氨基酸成分）（根据辅基的不同又可分为五类）1核蛋白蛋白质+核酸2糖蛋白与蛋白聚糖蛋白（蛋白聚糖）由蛋白质和糖以共价键相连而成一般认为：糖含量蛋白质含量称为蛋白聚糖,3脂蛋白蛋白质部分（脱辅基蛋白或载脂蛋白）脂蛋白脂类4色蛋白色素+蛋白质5磷蛋白磷酸+蛋白质,异硫氰酸苯酯：多肽链N末端测定及肽链测定丹磺酰氯：多肽链N末端测定脲：变性剂，可使蛋白质结构中的氢键发生断裂，增加了