大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和结构

1、大专生物化学讲义-蛋白质组 成性质和结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 18世纪初，人们认识到一类“动物物质”的存在， 认为这一类的物质组成了动物（包括人）的身体中 柔软的部分 18世纪末，科学家证明这类物质中含有氮 1838年，科学家正式将这类物质定名为“protein” 该词来自希腊语，有“最重要”的意义 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 科学家对蛋白质的直观认识早于氨基酸 1806年第一个氨基酸被发现，但直到1920年，科 学家才区别了必需氨基酸和非必需氨基酸，揭示了 氨基酸和蛋白质之间的关系： 蛋白质是由氨基酸构成的 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 蛋白质

2、是由氨基酸构成的 氨基酸中都含有_ 组成蛋白质的主要元素是_，有些 蛋白质还含有一定量的_。 _元素的含量在各种蛋白质中很接近，平均为 _。这是蛋白质元素组成的特点，也是测定蛋白 质含量的依据之一。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品将有机氮 都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化 为氨，随水蒸气馏出并为过量的酸液吸收，再以标 准碱滴定，就可计算出样品中的氮量。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 三聚氰胺（三聚氰胺（MelamineMelamine）（化学式：）（化学式：C C3 3H H6 6N N6 6），俗），俗 称蛋白精，称蛋白

3、精，IUPACIUPAC命名为命名为“1,3,5-1,3,5-三嗪三嗪-2,4,6-2,4,6-三三 氨基氨基”，被用作化工原料。它无色，几乎无味，微，被用作化工原料。它无色，几乎无味，微 溶于水（溶于水（3.1g/L3.1g/L常温），可溶于甲醇、甲醛、乙酸、常温），可溶于甲醇、甲醛、乙酸、 热乙二醇、甘油、吡啶等，不溶于丙酮、醚类。对热乙二醇、甘油、吡啶等，不溶于丙酮、醚类。对 身体有害，不可用于食品加工或食品添加物。身体有害，不可用于食品加工或食品添加物。 三聚氰胺中的氮不是来自于蛋白三聚氰胺中的氮不是来自于蛋白 质，可以通过其他技术检测质，可以通过其他技术检测“非非 蛋白氮蛋白氮”进行

4、定量。进行定量。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 在皮革行业中，会有一些下脚料。它们是没有用的 废料，但含有大量胶原蛋白。 用这样的废料来生产“水解胶原蛋白”，成本非常 低 由于加工过程的卫生条件差、有毒重金属残留，造 成严重危害 ，“皮革奶”的检测并不困难。胶原蛋白中有大量 的羟基脯氨酸，而牛奶蛋白中并不含有；牛奶蛋白 中有一定量的色氨酸，而胶原蛋白中并不含有。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 按分子形状分类按分子形状分类 球状蛋白球状蛋白 纤维状蛋白纤维状蛋白 按分子组成分类按分子组成分类 简单蛋白：简单蛋白：无无 非蛋白成分非蛋白成分 可进一步按溶解度分类可进一步按溶

5、解度分类 结合蛋白：结合蛋白：蛋白质非蛋白成分蛋白质非蛋白成分 可进一步按辅基分类可进一步按辅基分类 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 简单蛋白按溶解度分类 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 结合蛋白按辅基分类 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 如何“串起” 氨基酸？ 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 氨基酸脱水缩合形成肽氨基酸脱水缩合形成肽 作业一：抄写作业一：抄写 氨基酸脱水缩氨基酸脱水缩 合形成肽的方合形成肽的方 程式程式 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 肽键：不能自由旋转，C、N、O、H及两边的C原 子6个原子共平面，称为“酰胺面”，影响蛋白质

6、 结构 两个氨基酸相连就叫做二肽 二肽的两端可以继续和其他氨基酸反应，形成三肽、 四肽、五肽 少于少于1010个氨基酸的肽叫寡肽，个氨基酸的肽叫寡肽， 多于多于1010个氨基酸的肽叫多肽个氨基酸的肽叫多肽 某些小肽具有特别的生物活性 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 肽及肽键肽及肽键 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 氨基酸残基氨基酸残基 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 物理性质千差万别 由氨基酸组成，保留了氨基酸的一些化学性质 具有本身的独特性质 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 两性性质及等电点两性性质及等电点 胶体性质胶体性质 沉淀作用沉淀作用 颜色反应

7、颜色反应 紫外吸收性质紫外吸收性质 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 蛋白质的等电点：蛋白质所带净电荷为零蛋白质的等电点：蛋白质所带净电荷为零 时，所处溶液的时，所处溶液的pHpH 值即为该蛋白质的等电点值即为该蛋白质的等电点。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 中性盐的存在常导致蛋白质的等电点发中性盐的存在常导致蛋白质的等电点发 生明显的改变生明显的改变 实际测得的等电点与介质的离子组成有实际测得的等电点与介质的离子组成有 关关 在不含任何盐的纯水中测得的等电点称在不含任何盐的纯水中测得的等电点称 为蛋白质的等离子点，是蛋白质的特征为蛋白质的等离子点，是蛋白质的特征 常数常数

8、 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性 质，如不能通过半透膜等。质，如不能通过半透膜等。 常用透析法分离纯化蛋白质常用透析法分离纯化蛋白质 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 稳定蛋白质胶体溶液的主要因素：稳定蛋白质胶体溶液的主要因素： 蛋白质表面极性基团形成的水膜蛋白质表面极性基团形成的水膜( (水水 化层化层) )将蛋白质颗粒彼此隔开，阻止将蛋白质颗粒彼此隔开，阻止 其相互聚集而沉淀其相互聚集而沉淀 蛋白质颗粒在非等电状态下，带同蛋白质颗粒在非等电状态下，带同 种电荷，互相排斥，不致聚集而沉淀种电荷，互相排斥，不致聚集

9、而沉淀 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 1 1、定义：、定义： 蛋白质的水膜或电荷一旦除去，蛋白质蛋白质的水膜或电荷一旦除去，蛋白质 就会从溶液中沉淀下来就会从溶液中沉淀下来 2 2、分类：、分类： 可逆沉淀：在沉淀过程中，蛋白质的结构和性质都可逆沉淀：在沉淀过程中，蛋白质的结构和性质都 没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形 成溶液。成溶液。 不可逆沉淀：在沉淀过程中，蛋白质的结构和性质不可逆沉淀：在沉淀过程中，蛋白质的结构和性质 都发生了变化，沉淀不可能再重新溶解于水都发生了变化，沉淀不可能再重新溶解于水 作业二：使蛋白质可作业二

10、：使蛋白质可 逆沉淀和不可逆沉淀逆沉淀和不可逆沉淀 的常用方法都有哪些？的常用方法都有哪些？ 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 盐析法盐析法( (中性盐沉淀法中性盐沉淀法) ) 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 盐析法盐析法( (中性盐沉淀法中性盐沉淀法) )：向蛋白质溶液中加 入大量的中性盐,使蛋白质脱去水化层而聚集沉 淀。常用中性盐有(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl等。 盐溶：盐溶：向蛋白质水溶液中加入少量的中 性盐，增加蛋白质表面的电荷，增强了蛋白 质与水的作用，从而导致蛋白质在水中的溶 解度增大 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 有机溶剂沉淀法：有机溶

11、剂沉淀法： 常用与水互溶的有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮等， 破坏水膜，使其沉淀。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法 常用重金属盐有常用重金属盐有HgHg2+ 2+盐、 盐、PbPb2+ 2+盐、 盐、CuCu2+ 2+盐等 盐等 生物碱试剂沉淀法生物碱试剂沉淀法 常用生物碱试剂如单宁酸、苦味酸、钨酸常用生物碱试剂如单宁酸、苦味酸、钨酸 等等 不可逆沉淀蛋白质的常用方法： 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 反应反应 试剂试剂 颜色颜色 反应基团反应基团 双缩脲反应双缩脲反应 NaOH,NaOH,稀稀CuSOCuSO4 4 紫红 紫红 2 2个或个或2

12、2个以上肽键个以上肽键 FolinFolin酚试剂反应酚试剂反应 CuSOCuSO4 4磷钨酸磷钨酸- -钼酸钼酸 兰色兰色 酚基酚基 茚三酮反应茚三酮反应 茚三酮茚三酮 兰紫色兰紫色 游游 离氨基离氨基 MillonMillon反应反应 MillonMillon试剂试剂 红色红色 酚基酚基 黄色反应黄色反应 HNOHNO3 3及及NHNH3 3 黄、橘黄 黄、橘黄 苯环苯环 乙醛酸反应乙醛酸反应 乙醛酸，乙醛酸，H H2 2SOSO4 4 紫红紫红 色氨酸吲哚基色氨酸吲哚基 坂口反应坂口反应 次氯酸钠次氯酸钠, ,萘酚萘酚, ,NaOH NaOH 红色红色 精氨酸的胍精氨酸的胍 基基 大专生

13、物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 蛋白质也有类似反应蛋白质也有类似反应 红紫色络合物红紫色络合物 (碱性溶液碱性溶液)Cu2+ 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 大部分蛋白质均含有芳香族氨基酸。大部分蛋白质均含有芳香族氨基酸。 _、_、_ 芳香族氨基酸在芳香族氨基酸在280280nm nm 附近有最大吸收，附近有最大吸收， 绝大多数蛋白质也有同样的性质。绝大多数蛋白质也有同样的性质。 可以对蛋白质进行定性定量测定。可以对蛋白质进行定性定量测定。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 基本结构：一级结构 三维结构：高级结构 二级结构 超二级

14、结构 结构域 三级结构 四级结构 一级结构决定高级结构，高级结构决定功 能 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 1 1、定义：、定义： 指蛋白质分子中氨基酸的排指蛋白质分子中氨基酸的排 列顺序和连接方式，它是实现蛋白质列顺序和连接方式，它是实现蛋白质 空间结构及其功能的基础，又称为蛋空间结构及其功能的基础，又称为蛋 白质的化学结构、共价结构、初级结白质的化学结构、共价结构、初级结 构构 作业三：蛋白质一级结构作业三：蛋白质一级结构 的定义是什么？的定义是什么？ 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 蛋白质一级结构蛋白质一级结构 举例举例 牛胰

15、核糖核牛胰核糖核 酸酶酸酶 50年代末年代末 Moore等等 牛胰岛素牛胰岛素 1953年年 sanger等等 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 将肽链部分水解，生成的碎片（二肽、三肽等）用 末端残基分析法加以测定。当有足够的小碎片被鉴 定后，就有可能求出整个链中残基的顺序了。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 1 1、 定义：定义：指蛋白质多肽链主链的空间走向指蛋白质多肽链主链的空间走向 （折叠和盘绕方式）（折叠和盘绕方式） 2 2、四种二级结构单元、四种二级结构单元 -螺旋 -折叠 -转角 不规则卷曲 作业四：常见的蛋白质二作业四：常见的蛋白质二 级结构有哪几种？级结构有哪

16、几种？ 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 俯视图俯视图 侧视图侧视图 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 有右手螺旋及左手螺旋两种，天然蛋白质有右手螺旋及左手螺旋两种，天然蛋白质 中的中的-螺旋几乎都是右手螺旋，右手螺旋螺旋几乎都是右手螺旋，右手螺旋 比左手的稳定比左手的稳定 稳定性是靠链内氢键维持的，肽链上稳定性是靠链内氢键维持的，肽链上C=OC=O 氧与它后面第氧与它后面第4 4个残基上的个残基上的N-HN-H氢之间形成氢之间形成 氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结

17、构 每圈螺旋高度为每圈螺旋高度为0.540.54nmnm，含，含3.63.6个氨个氨 基酸残基；每个氨基酸残基绕轴旋转基酸残基；每个氨基酸残基绕轴旋转 100100，沿轴上升，沿轴上升0.150.15nmnm 氨基酸残基的氨基酸残基的R R侧链在螺旋的外侧，侧链在螺旋的外侧， 其形状、大小及电荷等均影响其形状、大小及电荷等均影响-螺旋的螺旋的 形成形成 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 定义： 两条或多两条或多 条几乎完条几乎完 全伸展的全伸展的 多肽链侧多肽链侧 向聚集在向聚集在 一起，靠一起，靠 链间氢键链间氢键 联结的片联结的片 层结构层结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和

18、结构 相邻肽链走向可平行也可反平行。肽链相邻肽链走向可平行也可反平行。肽链 的的N-N-端在同侧为平行式，不在同侧为反平行端在同侧为平行式，不在同侧为反平行 式。从能量角度考虑反平行式更为稳定式。从能量角度考虑反平行式更为稳定 稳定性是靠链间氢键维持的，氢键是由相稳定性是靠链间氢键维持的，氢键是由相 邻肽链主链上的邻肽链主链上的N-HN-H和和C=OC=O之间形成的之间形成的 氨基酸残基的氨基酸残基的R R侧链交替分布在片层的上侧链交替分布在片层的上 下两侧下两侧 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 定义：定义：是蛋白质分子中出现的是蛋白质分子中出现的180180回折。回折。 大专生物化

19、学讲义-蛋白质组成性质和 结构 主链骨架以主链骨架以180180返回折叠返回折叠 由多肽链上由多肽链上4 4个连续的氨基酸残基组成，个连续的氨基酸残基组成， 第第1 1个氨基酸残基的个氨基酸残基的C=OC=O与第与第4 4个氨基酸残基个氨基酸残基 的的N-HN-H之间生成氢键之间生成氢键 广泛存在于球状蛋白质中，多数由亲水氨广泛存在于球状蛋白质中，多数由亲水氨 基酸残基组成基酸残基组成 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 定义：没有规律的多肽链主链骨架构象定义：没有规律的多肽链主链骨架构象 此结构看来杂乱无章，但对一种特定蛋此结构看来杂乱无章，但对一种特定蛋 白又是确定的，而不是随意的。

20、白又是确定的，而不是随意的。 酶的活性中心往往在无规则卷曲中。酶的活性中心往往在无规则卷曲中。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 若干相邻 的二级结 构单元组 合在一起， 彼此相互 作用，形 成有规则， 在空间上 能辨认的 二级结构 组合体。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 补充：补充： 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 定义：建立在二级结构、超二级结构乃至建立在二级结构、超二级结构乃至 结构域的基础上，一条多肽链中所有氨结构域的基础上，一条多肽链中所有氨 基酸残基的空间关系（构象）。基酸残基的空间关系（构象）。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 肌红蛋白肌红

21、蛋白1 1条多肽条多肽 链链1 1个血红素辅基个血红素辅基 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 结构域三级结构 对于小分子蛋白质来说，结构域就是对于小分子蛋白质来说，结构域就是 其三级结构；其三级结构； 大分子蛋白质则是由两个或两个以上大分子蛋白质则是由两个或两个以上 相对独立的三维实体（结构域）缔合相对独立的三维实体（结构域）缔合 而成的。而成的。 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 木瓜蛋白酶内的2个结构域 彼此很不相同 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 弹性蛋白酶的二个结构域 彼此非常相似 大专生物化学讲义-蛋白质组成性质和 结构 1、定义：由两条或两条以上各自独立具有三级结由两条或两条以上各自独立具有三级结 构的多肽链通过次级键相互缔合而成的蛋白质结构构的多肽链通过次级键相互缔合而成的蛋白质结构, , 四级结构只存在于具有两条或以上肽链组成的蛋白四级结构只存在于具有两条或以上肽链组成的蛋白 质中质中。 亚基（亚单位）：四级结构的蛋白质中每一个球状蛋白。亚基（亚单位）：四级结构的蛋白质中每一个球状蛋白。 单体蛋白质：只有一个亚基（三级结构）单体蛋白质：只有一个亚基（三级结构） 寡聚蛋白质：由少量亚基组成的蛋白质，如四聚体血寡聚蛋白质：由少