生物化学第一章蛋白质121

1、 第一章第一章 蛋白质蛋白质（protein） 主要内容：介绍蛋白质的构件单位主要内容：介绍蛋白质的构件单位氨基酸氨基酸的结构、分类、性质及肽的概念，重点讨论的结构、分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互关系关系。第一节第一节 蛋白质的组成、分类及生物学功能蛋白质的组成、分类及生物学功能蛋白质主要元素组成蛋白质主要元素组成：c c、h h、o o、n n、s s 微量元素：微量元素：p p、fefe、cucu、znzn、momo、i i、se se 等。等。 蛋白质平均含蛋白质平均含n n量为量为1616, ,这是这是凯氏定凯

2、氏定氮法氮法测蛋白质含量的理论依据：测蛋白质含量的理论依据： 蛋白质含量蛋白质含蛋白质含量蛋白质含n n量量6.256.25蛋白质的分类 根据分子形状分类： 根据化学组成分类：蛋白质主要功能：蛋白质主要功能：催化功能；催化功能； 结构功能；结构功能；调节功能；调节功能； 防御功能；防御功能；运动功能；运动功能； 运输功能；运输功能；信息功能；信息功能； 储藏功能储藏功能 第二节第二节 蛋白质的基本构件单位蛋白质的基本构件单位氨基酸氨基酸一、一、氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 -氨基酸的通式氨基酸的通式 二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类1. 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2. 极性中性氨

3、基酸极性中性氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类* * 20 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下: :非极性非极性r基团氨基酸基团氨基酸不带电荷极性不带电荷极性r基团氨基酸基团氨基酸带电荷带电荷r基团氨基酸基团氨基酸三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质(1)(1)两性解离性质和等电点两性解离性质和等电点(pi)(pi) 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点（pi）ph = pi 净电荷净电荷=0 ph pi净电荷为负净电荷为负chrcoohnh3+chrcoonh2chrco

4、onh3+ + h+ oh- + h+ oh-(pk 1)(pk 2) 当氨基酸溶液在某一定当氨基酸溶液在某一定ph值时，使某特定氨基酸分子上所带正负值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的此时溶液的ph值即为该氨基酸的值即为该氨基酸的等电点等电点(isoelctric point)。甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线甘氨酸盐酸盐（甘氨酸盐酸盐（a+）等电点甘氨酸（等电点甘氨酸（a ）甘氨酸钠（甘氨酸钠（a-）一氨基一羧基一氨基一羧基aa的的等电点计算：等电点计算：pi=2pk 1

5、+pk 2谷氨酸（谷氨酸（a）和赖氨酸（）和赖氨酸（b）滴定曲线和等电点计算）滴定曲线和等电点计算bapk1pk2pipipk3pk3pk2pk1加入的加入的oh-ml数数加入的加入的oh-ml数数phph一氨基二羧基一氨基二羧基aa的的等电点计算：等电点计算：pi=2pk 1+pk 2二氨基一羧基二氨基一羧基aa的的等电点计算：等电点计算：pi=2pk 2+pk 3（2）氨基酸光学活性）氨基酸光学活性1、氨基酸的旋光性：除、氨基酸的旋光性：除甘氨酸甘氨酸外，所有天然外，所有天然-氨基酸都有不对氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。

6、有的是左旋，有的是右旋。有的是左旋，有的是右旋。2、紫外吸收光谱紫外吸收光谱： 参与蛋白质组成的参与蛋白质组成的20种氨基酸中种氨基酸中色氨酸色氨酸(trp)、酪氨酸酪氨酸(tyr)和和苯丙氨酸苯丙氨酸(phe)的的r基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（ max）分别为）分别为280、275、和和257nm。 由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量质含量。 蛋白质的最大吸收峰一般为蛋白质的最

7、大吸收峰一般为:280nm .try、tyr、phe的的 紫外紫外吸收吸收光谱光谱摩尔吸收系数摩尔吸收系数波长波长（3）氨基酸的重要化学反应氨基酸与茚三酮反应氨基酸与茚三酮反应+3h20茚三酮茚三酮(无色无色)nh3co2 rcho+还原性茚三酮还原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加热加热+ 2nh3 +还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮氨基酸与氨基酸与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(dnfb)(dnfb)的反应的反应（sangersanger反应）反应）dnfb（dinitrofluorobenzene）dnp-aa(黄色黄色)+ hf弱碱中弱碱中氨基酸氨基酸氨基

8、酸与苯异硫氰酯（氨基酸与苯异硫氰酯（pitcpitc）的反应）的反应（edmanedman反应）反应）pitc（phenylisothiocyanate）+苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(pth-aa) （phenylisothiohydantion-aa）弱硷中弱硷中(40)(硝基甲烷硝基甲烷 40)h+第三节第三节 肽肽一、肽及其命名一、肽及其命名 肽肽(peptide)是氨基酸的是氨基酸的-羧基与另一羧基与另一个氨基酸的个氨基酸的-氨基脱水形成的聚合物。氨基脱水形成的聚合物。 肽的命名是根据肽中所含氨基酸的数肽的命名是根据肽中所含氨基酸的数目来进行的目来进行的,由两个氨基酸形成的肽

9、称为二由两个氨基酸形成的肽称为二肽肽,由三个氨基酸形成的肽称三肽由三个氨基酸形成的肽称三肽,如此类推。如此类推。 由多个氨基酸组成的肽称为多肽，多肽一由多个氨基酸组成的肽称为多肽，多肽一般形成链状，常称为肽链般形成链状，常称为肽链( peptide chain) 。二、肽链的结构二、肽链的结构肽单位肽单位肽键肽键多肽链结构示意图多肽链结构示意图 肽单位肽基的肽基的c、o和和n原子间的共振相互作用原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：共振产生的重要结果： 限制绕肽键的自由旋转限制绕肽键的自由旋转 形成酰胺平面形成酰胺平面 产生键的平均化产生键的平均化 肽键呈反式构型肽键呈反式构型sp2sp2s

10、p2sp3共振杂化体共振杂化体三、重要的天然活性肽三、重要的天然活性肽 类别：激素、抗菌素、辅助因子类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：实例：谷胱甘肽谷胱甘肽( (glutathione)glutathione) 短杆菌肽短杆菌肽s s 促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子（trh） 谷胱甘肽谷胱甘肽 谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。短杆菌肽短杆菌肽sorn: 鸟氨酸 由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放促甲状腺由下丘脑分泌，其功能是促进腺

11、垂体释放促甲状腺素素(调节糖代谢调节糖代谢)。第四节第四节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋蛋白白质质结结构构的的主主要要层层次次一级结构一级结构四级结构四级结构二级结构二级结构三级结构三级结构primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structuretertiary structuretertiary structurequariernaryquariernary structure structure超二级结构超二级结构结构域结构域 supersecondarysupersecondary struct

12、ure structurestructure structure domandoman一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构质的一级结构(primary structure)(primary structure)。 这是蛋白质最基本的结构，它决定蛋白质高级结构和生物这是蛋白质最基本的结构，它决定蛋白质高级结构和生物功能。功能。例：牛胰岛素的一级结构例：牛胰岛素的一级结构世界三大dna序列和蛋白质序列的查询资料库： genbank

13、l 全称为：the national center for biotechnology information at the national library of medicine at the national institutes of health. govl是指u.s government的一个分支机构。 embl http:/www.cbi.ac.uk/ 它位于英国剑桥欧洲生物信息研究所（ebi）。 ddbj http:/www.ddbj.nig.ac.jp the dna data bank of japan. 由日本国立遗传学研究所承办。基本策略基本策略： 片段重叠法氨基酸顺序

14、直测法片段重叠法氨基酸顺序直测法 基本步骤：基本步骤： (1) (1) 蛋白质样品预处理：纯化、测分子量、断开二硫蛋白质样品预处理：纯化、测分子量、断开二硫键、断开非共价键。键、断开非共价键。 蛋白质一级结构测定蛋白质一级结构测定胰岛素胰岛素 -巯基乙醇巯基乙醇碘乙酸碘乙酸二二硫硫键键的的断断裂裂 （2）分析每一条多肽链的氨基酸组成：蛋分析每一条多肽链的氨基酸组成：蛋白质水解白质水解+氨基酸自动分析仪使用。氨基酸自动分析仪使用。 (3)鉴定多肽链鉴定多肽链n末端、末端、c末端氨基酸末端氨基酸残基；残基； 多肽多肽n、c-末端氨基酸的测定末端氨基酸的测定n端端 sanger法（二硝基氟苯反应）法

15、（二硝基氟苯反应） dns法法（丹磺酰氯反应）（丹磺酰氯反应） edman法（苯异硫氰酸脂反应）法（苯异硫氰酸脂反应） 氨肽酶法氨肽酶法 c端端 肼解法肼解法 还原法还原法 羧肽酶法羧肽酶法（4）专一性部分裂解）专一性部分裂解多肽链成较小的片段；多肽链成较小的片段；每种样品至少用两种方法裂解，产生两套每种样品至少用两种方法裂解，产生两套以上的片段。以上的片段。 a、胰蛋白酶：水解由lys or arg的羧基形成的肽键。 b、胰凝乳蛋白酶：水解由芳香族氨基酸（phe,trp or tyr)的羧基形成的肽键。leu,met,his的羧基形成的肽键水解较慢。 pro的氨基形成的肽键不被水解。 c、嗜

16、热菌蛋白酶：水解疏水性强的氨基酸的氨基形成的肽键。（leu,ile,phe,trp,val,tyr,or met) pro or gly的氨基形成的肽键不被水解。 d、溴化氰：水解由met 的羧基形成的肽键。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（phe.tyr.trp）（arg.lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（phe. trp）（5）肽片段的分离纯化）肽片段的分离纯化 （6）测定各肽段的氨基酸顺序；）测定各肽段的氨基酸顺序；氨基酸序列测定氨基酸序列测定 基本方法：基本方

17、法： sanger法法 edman降解法降解法 dns-edman测序法测序法 蛋白质顺序仪测序蛋白质顺序仪测序（7）片段重叠法片段重叠法重建完整多肽链一级结构；重建完整多肽链一级结构；（8）确定半胱氨酸残基间形成二硫键交联桥）确定半胱氨酸残基间形成二硫键交联桥的位置。的位置。将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序 将肽段分离并测出顺序将肽段分离并测出顺序专一性裂解专一性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定二硫键拆开二硫键拆开纯蛋白质纯蛋白质蛋白质顺序测定蛋白质顺序测定基本方法路线基本方法路线片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序示意片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序示意 所

18、得资料所得资料： 氨基末端残基氨基末端残基 h 羧基末端残基羧基末端残基 s 第一套肽段第一套肽段 第二套肽段第二套肽段 qns seq ps wtqn eqve verl rla aps hqwt hq 借助重叠肽确定肽段次序：借助重叠肽确定肽段次序：末端残基末端残基 h s末端肽段末端肽段 hqwt aps第一套肽段第一套肽段 hqwt qns eqve rla ps第二套肽段第二套肽段 hq wtqn seq verl aps 推断全顺序推断全顺序 hqwtqnseq verlaps二、蛋白质的构象和维持构象的作用力（一）构型与构象构型（构型（configuration）：立体异构体中取

19、代原子或基团在空间的取向；一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的空间排列，这两种不同的空间排列叫做不同的构型。这两种构型如果没有共价键的破裂是不能互变的。 构象（构象（conformation）：是指取代基团当单键旋转时可能形成的不同的立体结构。这种空间位置的改变并不涉及共价键的破裂。（二）维持蛋白质构象的作用力r r基团间的相互作用及稳定基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力蛋白质三维构象的作用力a.盐键盐键 b.氢键氢键 c.疏水键疏水键 d.范得华力范得华力 e.二硫键二硫键多肽链多肽链三、蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（secondary st

20、ructure）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元。局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元。（一）肽单元（一）肽单元参与肽键的参与肽键的6个原子个原子c 1、c、o、n、h、c 2位于同一平面，位于同一平面，c 1和和c 2在平面上所处的位置在平面上所处的位置为反式为反式(trans)构型，此同一平构型，此同一平面上的面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽肽单元单元 (peptide unit) 。酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角（碳原

21、子的二面角（ 和和 ） 二面角二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的两相邻酰胺平面之间，能以共同的c为定点而旋转，为定点而旋转，绕绕c-n键旋转的角度称键旋转的角度称角，绕角，绕c-c键旋转的角度称键旋转的角度称角角。和和称作二面角，亦称构象角。称作二面角，亦称构象角。 当当或或旋转使旋转健两侧的主链原子处于顺式构型时，旋转使旋转健两侧的主链原子处于顺式构型时，规定规定=0，或，或=0。从从c沿健轴的方向观察，顺时针旋转的沿健轴的方向观察，顺时针旋转的和和角度为（角度为（+），逆时针时旋转的为（），逆时针时旋转的为（-）。）。完全伸展的多肽主链构象完全伸展的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰

22、胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主链构象的多肽主链构象酰胺平面酰胺平面=00，=00侧链侧链非键合原子非键合原子接触半径接触半径( () ) 螺旋螺旋（helixhelix）() 折叠折叠（-pleated sheet）() 转角转角（-turn）() 无规则卷曲无规则卷曲（nonregular coil）（二）蛋白质二级结构的构象单元（二）蛋白质二级结构的构象单元特征特征：1 1、 每隔每隔3.63.6个个aaaa残残基 螺 旋 上 升 一 圈 ， 螺 距基 螺 旋 上 升 一 圈 ， 螺 距0.54nm;0.54nm;相邻两个氨基酸残相邻两个氨基酸残基平移距离为基平移距离为

23、0.15nm0.15nm。 2 、 螺旋体中所有氨基螺旋体中所有氨基酸残基酸残基r侧链都伸向外侧，侧链都伸向外侧，链中的全部链中的全部c=o 和和n-h几几乎都平行于螺旋轴乎都平行于螺旋轴; 3、每个氨基酸残基的、每个氨基酸残基的n-h与前面第四个氨基酸残与前面第四个氨基酸残基的基的c=o形成氢键，肽链形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的上所有的肽键都参与氢键的形成。形成。 螺旋（螺旋（helix） 形成因素：与组成和排列顺序直接相形成因素：与组成和排列顺序直接相关。由于脯氨酸的亚氨基参与形成肽键后，关。由于脯氨酸的亚氨基参与形成肽键后，氮原子上已没有氢原子，无法充当氢键供氮原子上已没有氢原

24、子，无法充当氢键供体，致使体，致使螺旋中断，产生一个螺旋中断，产生一个“结节结节”。 如果肽段内带有相同电荷的残基过于密集，彼此如果肽段内带有相同电荷的残基过于密集，彼此由于同性电荷的排斥，妨碍链内氢键的形成。也由于同性电荷的排斥，妨碍链内氢键的形成。也会导致会导致螺旋中断。螺旋中断。折叠（折叠（-pleated sheet-pleated sheet）特征特征：两条或多两条或多条伸展的多肽链条伸展的多肽链侧向集聚，通过侧向集聚，通过相邻肽链主链上相邻肽链主链上的的n-hn-h与与c=oc=o之间之间有规则的氢键，有规则的氢键，形成锯齿状片层形成锯齿状片层结构，即结构，即折折叠片。叠片。 类别

25、类别： 平行：平行：n端在同一方向。端在同一方向。 =-119，=+113 反平行：反平行：n端一顺一反交替排列。端一顺一反交替排列。 =-139，=+135 转角（转角（-turn-turn）特 征特 征 ： 多 肽多 肽链 中 氨 基 酸链 中 氨 基 酸残基残基n n的羰基的羰基上 的 氧 与 残上 的 氧 与 残基（基（n+3n+3）的）的氮 原 上 的 氢氮 原 上 的 氢之 间 形 成 氢之 间 形 成 氢键 ， 肽 键 回键 ， 肽 键 回折折1801800 0 。形。形成成1010个原子个原子组成的环。组成的环。 无无规规则则卷卷曲曲示示意意图图无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞

26、色素c的三级结构的三级结构超二级结构超二级结构 (super-secondary structure) 在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元（即中，由若干相邻的二级结构单元（即螺旋、螺旋、折叠片和折叠片和转角等）彼此相互转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，称超二级结构。构的构件单元，称超二级结构。超二级结构类型超二级结构类型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -迂回迂回回形拓扑结构回形拓扑结构 -迂回迂

27、回结构域结构域 (structure domail) 是在二级结构和超二级结构基础上形成并相是在二级结构和超二级结构基础上形成并相对独立的三级结构局部区域，是空间结构上对独立的三级结构局部区域，是空间结构上能辨认的三维实体。能辨认的三维实体。 结构域有三种不同而又相互联系的涵义结构域有三种不同而又相互联系的涵义: 1、独立的结构单位、独立的结构单位 2、独立的功能单位、独立的功能单位 3、独立的折叠单位。、独立的折叠单位。蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个 -螺旋组成的结构域螺旋组成的结构域两个铁原子两个铁原子六、六、 球状蛋白质与三级结构球状蛋白质与三级结构 三级结构（三级结构（ tertiary structure ）是指球状蛋）是指球状蛋白质的多肽键在二级结构的基础上，通过侧链白质的多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使维系使-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规则卷曲转角和无规则卷曲等二级结构相互配置而等二级结构相互配置而形成特定的构象。形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布间上的重新排布。-螺旋螺旋