0910生皮蛋白质化学

1、第一章 生皮蛋白质化学本章包含如下内容本章包含如下内容1 1 氨基酸（分类、性质）氨基酸（分类、性质）2 2 多肽多肽3 3 蛋白质（构象、性质）蛋白质（构象、性质）4 4 生皮蛋白质化学（胶原、角蛋白等）生皮蛋白质化学（胶原、角蛋白等）第一章 生皮蛋白质化学1 蛋白质的化学组成c、 h、 o、 n ，大多含有，大多含有 s有的还含有有的还含有p、fe、i、cu、mo、zn1. 元素组成各元素的百分比对于大多数蛋白质都较相似，各元素的百分比对于大多数蛋白质都较相似，其中其中n约占约占16% 。这可用于测定蛋白质的含量这可用于测定蛋白质的含量凯氏定氮法。凯氏定氮法。第一章 生皮蛋白质化学2 2

2、蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位 氨基酸氨基酸(amino acid)(amino acid)第一章 生皮蛋白质化学h第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学 1. 由r基团的性质 二二. . 氨基酸的分类氨基酸的分类第一章 生皮蛋白质化学 二二. . 氨基酸的分类氨基酸的分类 2. 由aa的营养需求 第一章 生皮蛋白质化学三三 不常见的氨基酸不常见的氨基酸4-4-羟脯氨酸羟脯氨酸(4-

3、hydroxyproline)(4-hydroxyproline)和和5-5-羟赖氨酸羟赖氨酸(5-(5-hydroxy1ysine)hydroxy1ysine)，存在于结缔组织的纤维状蛋白质中。，存在于结缔组织的纤维状蛋白质中。胱氨酸（胱氨酸（cystine,cyscystine,cys）是由两个半胱氨酸氧化后生成，毛、发、）是由两个半胱氨酸氧化后生成，毛、发、角、蹄中含量丰富。角、蹄中含量丰富。 -n-n-甲基赖氨酸（甲基赖氨酸（-n-methyllysine-n-methyllysine）存在于肌球蛋白，一种）存在于肌球蛋白，一种行使收缩功能的肌肉蛋白质。行使收缩功能的肌肉蛋白质。 -羧

4、基谷氨酸羧基谷氨酸(-carboxyglutamic acid)(-carboxyglutamic acid)，在凝血酶原中发，在凝血酶原中发现，它也存在于某些具有血液凝固功能的其他蛋白质中。现，它也存在于某些具有血液凝固功能的其他蛋白质中。第一章 生皮蛋白质化学h2nchcch2ohoch2chch2nh2ohhncohoohh2nchcch2ohoch2ch2ch2nhch3h2nchcch2ohochcohohooc545羟赖氨酸n甲基赖氨酸羧基谷氨酸4羟脯氨酸第一章 生皮蛋白质化学hoocnh2hssnh2coohh胱氨酸第一章 生皮蛋白质化学锁链素锁链素(dasmosine)(das

5、mosine)和异锁链素（和异锁链素（isodesmosineisodesmosine），它是赖氨酸），它是赖氨酸的衍生物，中央的吡啶环结构是由的衍生物，中央的吡啶环结构是由4 4个赖氨酸分子的侧链组成的，个赖氨酸分子的侧链组成的，此氨基酸只存在于弹性蛋白中。此氨基酸只存在于弹性蛋白中。第一章 生皮蛋白质化学nnh2chch2cohoh2ccnh2chch2cohoh2ch2ch2ch2nchcch2ohoh2cnh2chcch2hooch2hhnh2nchcch2ohoh2ccnh2chch2cohoh2ch2ch2ch2nchcch2ohoh2cnh2chcch2hooch2hh锁链素异锁

6、链素第一章 生皮蛋白质化学非蛋白质氨基酸第一章 生皮蛋白质化学非蛋白质氨基酸第一章 生皮蛋白质化学四四 氨基酸的性质氨基酸的性质1 1 等电点等电点pipi2 2 光学活性光学活性3 3 化学性质化学性质【氨基、羧基、共同参与、侧氨基、羧基、共同参与、侧链链r r基基】 第一章 生皮蛋白质化学1. 两性性质和等电点 四四 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质 氨基酸同时含有氨基和羧基：氨基酸同时含有氨基和羧基：氨基具有碱性，羧基具有酸性氨基具有碱性，羧基具有酸性第一章 生皮蛋白质化学甘氨酸的解离曲线甘氨酸的解离曲线滴定曲线滴定曲线h nch coo22_h n ch coo32+_h n ch c

7、oo32+_h nch coo22_h n ch cooh32+h n ch coo32+_h n ch cooh32+ pk =2.341 pi=5.97 pk =9.602hcl的摩尔数naoh的摩尔数6-12-1-3-9-000.50.51.0 ph第一章 生皮蛋白质化学1. 两性性质和等电点 等电点等电点 (isoelectric point)使氨基酸净电荷为零时使氨基酸净电荷为零时溶液的溶液的phph值值，用，用 pi 表示表示此时，此时，aa 以两性离子形式存在，也有少量以两性离子形式存在，也有少量的数目基本相同的正、负离子存在，还有极少的数目基本相同的正、负离子存在，还有极少量的

8、中性分子量的中性分子pi 是氨基酸的特征常数是氨基酸的特征常数第一章 生皮蛋白质化学1. 两性性质和等电点 等电点等电点 (isoelectric point)氨基酸氨基酸pi氨基酸氨基酸pi氨基酸氨基酸pi氨基酸氨基酸piala6.02pro6.30thr6.53asp2.77val5.97phe5.48cys5.02glu3.22leu5.98trp5.89tyr5.66lys9.74ile6.02gly5.97asn5.41arg10.76met5.74ser5.68gln5.65his7.59第一章 生皮蛋白质化学等电点的计算等电点的计算例例 gly 的的pi 计算计算h+h +nh2

9、 ch2 coogly nh3 ch2 coo gly nh3 ch2 coohgly h+h +k1k2k1 、k2分别代表分别代表cooh和和nh3的表观解的表观解离常数。可以从离常数。可以从滴定曲线中求得。滴定曲线中求得。第一章 生皮蛋白质化学等电点的计算等电点的计算例例 lys 的的pi 计算计算溶液ph值增大coohchnh3(ch2) 4nh3lys coochnh2(ch2) 4nh2lys coochnh3(ch2) 4nh3lys h+h +lys coochnh2(ch2) 4nh3h+h +h+h +k1k2k3第一章 生皮蛋白质化学等电点的计算等电点的计算例例 glu

10、的解离的解离第一章 生皮蛋白质化学等电点的计算等电点的计算第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学2.光学性质除除gly之外，其余蛋白质氨基酸都有手性碳之外，其余蛋白质氨基酸都有手性碳原子，都具有旋光性。原子，都具有旋光性。旋光性质旋光性质第一章 生皮蛋白质化学trp、tyr、phe 含芳香环共轭双键系统，最大吸含芳香环共轭双键系统，最大吸收峰分别在收峰分别在 279nm、278nm、259nm。紫外吸收紫外吸收第一章 生皮蛋白质化学3. 重要的化学性质茚三酮反应茚三酮反应 还原性茚三酮还原性茚三酮ooohh nh3co2 rcho水合茚三酮水合茚三酮rchcoohnh2ooo 2nh3o

11、oohh oooonh4n o 3h2o蓝紫色化合物蓝紫色化合物oo第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学sanger反应反应o2nno2fh2nchcoohr o2nno2 hnchcoohr hf第一章 生皮蛋白质化学edman反应反应ncsncnhrchcosh+ 、硝基甲烷、硝基甲烷coohh2nchrhncnhrchcoohs可用层析法鉴可用层析法鉴定出定出aa的种类的种类第一章 生皮蛋白质化学edman反应反应第一章 生皮蛋白质化学edman反应反应第一章 生皮蛋白质化学氨基-nh2亚硝酸hno2酰化烃基化形成希夫碱n2定氮法n-末端氨基酸的标记鉴定多肽，edman降解醛鞣机

12、理nh2chcrhoo+rohhcnchrcoohr第一章 生皮蛋白质化学羧基-cooh与醇羟基成酯pcl5 、socl2与氨基成酰胺叠氮化合物，活化羧基金属离子形成配合物得到酰氯，活化羧基羧酸酯+肼+亚硝酸无机配合物鞣制第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学3 3 肽（肽（peptidepeptide）第一章 生皮蛋白质化学 一一. . 肽的定义肽的定义 一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去脱去一分子水而形成酰胺键，这个键称为一分子水而形成酰胺键，这个键称为肽键肽键（peptide peptide bondbond），产生的化合物叫做），产生的化

13、合物叫做肽肽（peptidepeptide）。）。 二个氨基酸形成的肽称作二肽二个氨基酸形成的肽称作二肽, ,三个氨基酸形成三个氨基酸形成的肽称作三肽；的肽称作三肽； 余类推。余类推。寡肽寡肽（oligopeptideoligopeptide）：）：aa 10 aa 10 aa 10 个个第一章 生皮蛋白质化学 二二. .肽的结构肽的结构第一章 生皮蛋白质化学chonccconccncr hrrrhhh肽键结构特点1）肽键具有部分双键性质，不能自由旋转；2）肽平面是刚性平面结构（六个原子处在同一平面内）；3）在肽平面内，羰基上的氧与亚胺基上的氢反式排布。第一章 生皮蛋白质化学 无分枝的长链无分

14、枝的长链 由由“n-c-cn-c-c”单元的周期性连接，构成多肽链的主链；单元的周期性连接，构成多肽链的主链；氨基酸残基的氨基酸残基的r r基团连接在主链的基团连接在主链的caca上，形成多肽链上，形成多肽链的侧链。的侧链。具有方向性。两个末端分别为具有方向性。两个末端分别为n n端端( (氨基端氨基端) )和和c c端端( (羧羧基端基端) )。 第一章 生皮蛋白质化学 第一章 生皮蛋白质化学 1、中文表示法：从肽链的从肽链的n n端开始，对氨基酸残基逐一命名，残基称氨酰端开始，对氨基酸残基逐一命名，残基称氨酰 三三. . 肽的表示法肽的表示法2、 三字母表示法： aa1 - aa2 - a

15、a3 - aa4 - aa1 . aa2 . aa3 . aa4 . 3、 单字母表示法： abcd 第一章 生皮蛋白质化学四四. . 肽的酸碱性质肽的酸碱性质 其等电点是在所有可解离的基团的净电荷为其等电点是在所有可解离的基团的净电荷为0 0时的状态。时的状态。 肽链的一端含有一个游离的肽链的一端含有一个游离的 - -氨基，另一端氨基，另一端含有一个游离的含有一个游离的 - -羧基，加上部分氨基酸可解离羧基，加上部分氨基酸可解离的的r r基团，因而与氨基酸一样具有基团，因而与氨基酸一样具有两性解质两性解质的性的性质。质。第一章 生皮蛋白质化学五五. . 重要肽重要肽还原性谷胱甘肽（还原性谷胱

16、甘肽（reduced glutathionereduced glutathione）是存在于动）是存在于动植物细胞中的一种非常重要的三肽。它是由谷氨酸、植物细胞中的一种非常重要的三肽。它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成。半胱氨酸和甘氨酸组成。 gsh谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 第一章 生皮蛋白质化学gsh由谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸通过两步依赖由谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸通过两步依赖atp的反应而的反应而生成。第一步反应由谷氨酸和半胱氨酸在生成。第一步反应由谷氨酸和半胱氨酸在 -谷氨酰半胱氨酸合谷氨酰半胱氨酸合成酶成酶 ( -ec合成酶；合成酶； -ecs, ec 6.3.2.2) 催化下形成催化下形成

17、 -谷氨酰半谷氨酰半胱氨酸胱氨酸 ( -ec), 第二步是由第二步是由gsh合成酶合成酶 (gs, ec 6.3.2.3) 将将-ec和谷氨酸连接形成和谷氨酸连接形成 gsh 第一章 生皮蛋白质化学4 4 蛋白质蛋白质一一 蛋白质的构象蛋白质的构象1 1 蛋白质的一级结构（蛋白质的一级结构（primary structureprimary structure）蛋白质分子的一级结构是指多肽链中氨基酸的组成、连接方式和蛋白质分子的一级结构是指多肽链中氨基酸的组成、连接方式和排列顺序。排列顺序。不同的蛋白质，一级结构不同。蛋白质的一级结构是由基因上的不同的蛋白质，一级结构不同。蛋白质的一级结构是由基

18、因上的遗传密码的排列顺序决定的。一级结构最为重要，它包含着决定遗传密码的排列顺序决定的。一级结构最为重要，它包含着决定蛋白质空间结构的基本因素，也是蛋白质生物功能的多样性和种蛋白质空间结构的基本因素，也是蛋白质生物功能的多样性和种属特异性的结构基础。属特异性的结构基础。 第一章 生皮蛋白质化学1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 精-甘-苯丙-苯丙-酪-苏-脯-赖-丙1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30n

19、h2nh2h2nh2nnh2nh2sss苯丙-缬-天-谷-组-亮-半胱-甘-丝-组-亮-缬-谷-丙-亮-酪-亮-缬-半胱-甘-谷-ss甘-异亮-缬-谷-谷-半胱-半胱-丙-丝-缬-半胱-丝-亮-酪-谷-亮-谷-天-酪-半胱-天sa b 牛胰岛素的一级结构示意图（牛胰岛素由两条肽链共51个氨基酸残基组成）a链含有11种共21个氨基酸残基，n-端为甘氨酸，c-端为天冬酰胺，a链本身的6位和11位上的二个半胱氨酸通过二硫键相连成环；b链含16种共30个氨基酸残基，其n-端为苯丙氨酸，c-端为丙氨酸。第一章 生皮蛋白质化学2 2 蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和四级

20、结构。主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构。维持蛋白质分子构象的作用力有：氢键、盐键、疏水键、范德华维持蛋白质分子构象的作用力有：氢键、盐键、疏水键、范德华力和二硫键等。力和二硫键等。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学a氢键； b盐键； c疏水键；d二硫键第一章 生皮蛋白质化学（1 1）蛋白质的二级结构）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽段在空间的伸蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽段在空间的伸展方式。展方式。维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之间所形维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之间所形成的氢键；成的氢键；

21、蛋白质的二级结构最重要的是蛋白质的二级结构最重要的是- -螺旋和螺旋和- -折叠，还有折叠，还有- -转角转角和无规卷曲等。和无规卷曲等。nhoc第一章 生皮蛋白质化学1）-螺旋螺旋结构（结构（helix）在-螺旋结构中，多肽链中各肽键平面通过-碳原子的旋转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲构象。蛋白质分子中广泛存在-螺旋。如果一系列相邻肽单位的成对二面角都采用相同或相似的值，导致多肽链的主链骨架绕定轴一圈圈螺旋上升，形成象弹簧一样的螺旋结构。第一章 生皮蛋白质化学结构特点如下：肽链呈螺旋上升，每相隔3.6个氨基酸残基上升1圈，每个氨基酸残基绕轴旋转100，沿轴向升高0.15nm，故螺距约为0.

22、54nm；第一章 生皮蛋白质化学螺旋间靠氢键维系，氢键是由同一条主链上一个氨基酸残基中的c=o氧与后面第四个氨基酸残基中的n-h氢形成，方向与螺旋轴大致平行，由于每个肽键中的c=o和n-h都参与形成链内氢键、故保持了-螺旋的最大稳定性。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学2）-折叠结构（sheet）一般由两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段共同参与形成，它们平行排列，并在两条肽链或一条肽链内的两个肽段之间以氢键维系而成。第一章 生皮蛋白质化学按照通过氢键结合起来的相邻肽链的端基方向，折叠分为平行折叠和反平行折叠两种。在平行折叠中，相邻肽链的n端都在同一端；在反平行折叠中，每一条肽链都与

23、其相邻肽链的端基方向相反，即首尾交替排列。折叠大量存在于丝心蛋白和角蛋白中。 第一章 生皮蛋白质化学c端 n端 c端 c端 c端 c端n端 c端 n端 n端 n端 n端第一章 生皮蛋白质化学3 3）胶原螺旋（）胶原螺旋（collagen helixcollagen helix）胶原螺旋是胶原蛋白质特有的构象形式。胶原属于纤维蛋白，是胶原螺旋是胶原蛋白质特有的构象形式。胶原属于纤维蛋白，是动物结缔组织中的主要蛋白质。动物结缔组织中的主要蛋白质。平均分子量将近平均分子量将近3030万，万，10561056个个aaaa构成；构成；氨基酸构成：氨基酸构成：1 13 gly3 gly，1111 alaa

24、la，1212 propro和和9 9hyphyp；肽段呈现明显的三肽周期性结构，肽段呈现明显的三肽周期性结构，glygly为三肽中的固定组成，为三肽中的固定组成，propro、hyphyp是肽中对构象有决定意义的组成。是肽中对构象有决定意义的组成。最常见的几种三肽序列：最常见的几种三肽序列：glyglyx xpropro、glyglyproproy y、glyglyx xhyphyp 第一章 生皮蛋白质化学胶原为三股胶原螺旋构象，即由三条呈左手螺旋的肽链形成的右胶原为三股胶原螺旋构象，即由三条呈左手螺旋的肽链形成的右手复合螺旋。其中，单条肽链的左手螺旋是一种较伸展的螺旋构手复合螺旋。其中，单

25、条肽链的左手螺旋是一种较伸展的螺旋构象，螺距为象，螺距为0.9nm0.9nm，每圈含，每圈含3 3个氨基酸残基，每个氨基酸在螺旋轴个氨基酸残基，每个氨基酸在螺旋轴线上的投影约为线上的投影约为0.3nm0.3nm，明显的大于，明显的大于螺旋的螺距螺旋的螺距0.54nm0.54nm和每和每个氨基酸投影个氨基酸投影0.15nm0.15nm。右手大螺旋的螺距。右手大螺旋的螺距2.86nm2.86nm，每圈含，每圈含1010个氨个氨基酸残基。基酸残基。肽链之间形成的氢键维持构象稳定。肽链之间形成的氢键维持构象稳定。 第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学(2) (2) 蛋白质

26、的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的蛋白质的三级结构三级结构是指蛋是指蛋白质（主要指球状蛋白）白质（主要指球状蛋白）分子在二级结构的基础上分子在二级结构的基础上依靠非共价键力进一步卷依靠非共价键力进一步卷曲、折叠而构成的一种不曲、折叠而构成的一种不规则的、特定的、更复杂规则的、特定的、更复杂的空间结构。的空间结构。球状蛋白质球状蛋白质分子内有几类分子内有几类二级结构单元。二级结构单元。第一章 生皮蛋白质化学肌红蛋白存在于哺乳动物肌红蛋白存在于哺乳动物（鲸、海狗和海豚）肌肉中，（鲸、海狗和海豚）肌肉中，是一种较小的球状蛋白，它是一种较小的球状蛋白，它是由一条含是由一条含153153个氨基酸残个氨基

27、酸残基组成的多肽链。主链中基组成的多肽链。主链中7575绕曲成绕曲成8 8段比较直的段比较直的- -螺螺旋。旋。第一章 生皮蛋白质化学3 3 蛋白质的性质蛋白质的性质1 1）蛋白质的酸碱性）蛋白质的酸碱性 （pipi）蛋白质pi蛋白质pi胃蛋白酶1.0胶原蛋白6.7卵清蛋白4.6肌红蛋白7.0血清蛋白4.8细胞色素c10.6乳球蛋白5.2胰凝乳蛋白酶8.3血红蛋白7.07溶菌酶11.6胰岛素5.3第一章 生皮蛋白质化学2) 2) 蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀(precipitation) (precipitation) 方法盐析法有机溶剂重金属盐生物碱试剂和某些酸类加热变性第一章 生皮蛋白质化学3

28、) 3) 蛋白质的变性（蛋白质的变性（denaturationdenaturation）与复性）与复性a a 概念概念由于物理、化学等因素而导致蛋白质构象的变化，使蛋白质丧由于物理、化学等因素而导致蛋白质构象的变化，使蛋白质丧失生物学功能和原有的性质。此时，维持蛋白质构象稳定性的失生物学功能和原有的性质。此时，维持蛋白质构象稳定性的氢键、疏水键、范德华力、离子键，甚至双硫键遭到破坏。氢键、疏水键、范德华力、离子键，甚至双硫键遭到破坏。分为分为可逆变性（复性）及不可逆变性可逆变性（复性）及不可逆变性 第一章 生皮蛋白质化学b变性因素（1）温度（热变性）（2）ph改变（3）有机溶剂（4）脲及盐酸胍

29、（5）盐类第一章 生皮蛋白质化学christian b. anfinsen等人用含有2-巯基乙醇的8m脲的变性剂使rnase a变性，导致酶的三级结构和催化活性完全丧失，生成含有8个巯基的多肽链。如果使变性的酶氧化和再折叠，8对巯基可以随机配对的话，那么就有可能生成105种二硫键不同的结构，但具有生物活性的只有一种。如果将还原剂和脲同时都除去，并且稀释还原的蛋白将它于生理ph条件下暴露在空气中，rnase a会自发地获得它的天然构象，一套正确的二硫键和充分的酶活性。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学5 5 生皮蛋白质生皮蛋白质一一 生皮蛋白质构成生皮蛋白质构成第一章 生皮蛋白质化学毛

30、被毛被 角蛋白角蛋白 keratinkeratin表皮表皮 角蛋白角蛋白基膜基膜 basement membrane basement membrane真皮真皮 胶原蛋白（胶原蛋白（collagencollagen） 弹性蛋白（弹性蛋白（elastinelastin） 网硬蛋白网硬蛋白皮下组织皮下组织 脂类脂类第一章 生皮蛋白质化学皮革生产过程，只保留了原料真皮层中的皮革生产过程，只保留了原料真皮层中的胶原蛋白胶原蛋白，其余的纤维，其余的纤维介质和蛋白都在制革过程中通过化学物理方法和机械处理而除去。介质和蛋白都在制革过程中通过化学物理方法和机械处理而除去。第一章 生皮蛋白质化学二二 胶原纤维（

31、胶原纤维（collagencollagen） 1 1 胶原分类胶原分类 型胶原型胶原是生皮中最丰富的胶原，是生皮中最丰富的胶原，型胶原分子由三条肽链构成，两条肽型胶原分子由三条肽链构成，两条肽链相同，一条不同，分别称为链相同，一条不同，分别称为1 1 和和22链，分子组成为链，分子组成为11（）2 222（）。）。型胶原型胶原是软骨和玻璃体的主要胶原蛋白质，由三条相同的肽链构成，分是软骨和玻璃体的主要胶原蛋白质，由三条相同的肽链构成，分子组成为子组成为11（）3 3，其氨基酸组成与，其氨基酸组成与型胶原类似。型胶原类似。第一章 生皮蛋白质化学胶原类型分子肽链组成分子量形状存在方式介质胶原1（）

32、22（）285000纤维皮肤、牙齿、骨骼、肌腱、血管1（）3300000纤维软骨、玻璃体1（）3300000纤维血管基膜1（）22（）380000网状基膜亲细胞1（）22（）肌肉组织中第一章 生皮蛋白质化学2 2 胶原结构胶原结构 1 1）胶原的一级结构）胶原的一级结构 - - aaaa组成组成一般由一般由10561056个左右个左右aaaa组成，其中组成，其中3 gly3 gly（30303434），脯氨），脯氨酸羟脯氨酸（酸羟脯氨酸（hyp+prohyp+pro）约）约 2222（20202323），不含色氨酸），不含色氨酸（trptrp），除），除型胶原外，都不含型胶原外，都不含cysc

33、ys；第一章 生皮蛋白质化学胶原的多肽序列特点胶原的多肽序列特点其中螺旋区段含有其中螺旋区段含有10141014个个aaaa残基，螺旋区段呈现（残基，螺旋区段呈现（gly-x-ygly-x-y）n n周周期性排列，即期性排列，即338338个（个（gly-x-ygly-x-y）周期结构，其中约的）周期结构，其中约的x x和和y y为为propro或或hyphyp螺旋区段长度大约为螺旋区段长度大约为链总长度的链总长度的9595。c-c-端肽、端肽、n n端肽分别含有端肽分别含有2525个和个和1616个个aaaa残基，残基，n n端为焦谷氨酸（端为焦谷氨酸（pglupglu），），c c端肽的端

34、基为端肽的端基为2727位的门冬氨酸（位的门冬氨酸（aspasp）。）。第一章 生皮蛋白质化学氨基酸序列氨基酸序列n n端端pglupgluleuleusersertyrtyrglyglytyrtyraspaspgluglu(9)lys(9)lysserserthrthrglyglyileileserservalval(16)pro(16)pro c c端端serserglyglyglyglyphepheaspaspleuleuserserphepheleuleuproproglnglnproproproproglnglnglngln(16)lys(16)lysalaalahishisaspa

35、spglyglyglyglyargargtyrtyrtyrtyrargarg (27)asn(27)asn 第一章 生皮蛋白质化学链中是酸性和碱性链中是酸性和碱性aaaa残基，且分布较集中，对应在残基，且分布较集中，对应在链中出现许多极性区，如第残基为链中出现许多极性区，如第残基为lyslysasnasnglyglyaspaspaspaspglyglygluglu以及以及c c端端glnglnglnglnlyslysalaalahishisaspaspglyglyglyglyargarg等。而非极性等。而非极性aaaa亦呈明显区域分布。亦呈明显区域分布。极性和非极性极性和非极性aaaa区域集中

36、正好对应于区域集中正好对应于链长间距片段，晶体电链长间距片段，晶体电镜照片中的非周期性明暗条纹（镜照片中的非周期性明暗条纹（slssls），其中暗纹为极性区。），其中暗纹为极性区。 第一章 生皮蛋白质化学螺旋区肽段螺旋区肽段第第8787位位、第、第930930位位的的hylhyl可以和可以和c c端肽的端肽的第第1616位位(16c)(16c)，n n端肽的端肽的第第9 9位位(9n)(9n)的的lyslys形成分子内交联。形成分子内交联。第一章 生皮蛋白质化学2 2） 胶原蛋白质的二级结构胶原蛋白质的二级结构 - - 胶原螺旋胶原螺旋 三条呈左手螺旋的肽链形成的右手复合螺旋。三条呈左手螺旋的

37、肽链形成的右手复合螺旋。其中，单条其中，单条肽链的左手螺旋是一种较伸展的螺旋构象，螺距为肽链的左手螺旋是一种较伸展的螺旋构象，螺距为0.9nm0.9nm，每圈，每圈含含3 3个氨基酸残基，每个氨基酸在螺旋轴线上的投影约为个氨基酸残基，每个氨基酸在螺旋轴线上的投影约为0.3 nm0.3 nm，明显的大于明显的大于螺旋的螺距螺旋的螺距0.54nm0.54nm和每个氨基酸投影和每个氨基酸投影0.15nm0.15nm。右手大螺旋的螺距右手大螺旋的螺距2.86nm2.86nm，每圈含，每圈含1010个氨基酸残基。个氨基酸残基。 肽链之间形成的氢键维持构象稳定。肽链之间形成的氢键维持构象稳定。 由三条肽链

38、借助于链间氢键形成的胶原螺旋，构象紧密，由三条肽链借助于链间氢键形成的胶原螺旋，构象紧密，僵硬，具有很高的稳定性，若氢键被破坏，单个肽链成为无规僵硬，具有很高的稳定性，若氢键被破坏，单个肽链成为无规卷曲。卷曲。 第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学3 3）胶原的分子内、分子间交联）胶原的分子内、分子间交联19651965年年smithsmith提出了原胶原分子排列的提出了原胶原分子排列的1 14 4错列模型错列模型，认为：平，认为：平行排列的胶原分子不是齐头齐尾，而是错开一个确定的距离，即行排列的胶

39、原分子不是齐头齐尾，而是错开一个确定的距离，即明暗横纹间距明暗横纹间距67nm67nm，处于同一轴线上的前后两原胶原分子，首尾，处于同一轴线上的前后两原胶原分子，首尾并不相接，而是空出一段间隙，称为并不相接，而是空出一段间隙，称为hoho，且，且hoho0.5d0.5d。原胶原分。原胶原分子总长子总长4.5d4.5d，明纹间距，明纹间距0.6d0.6d，暗纹间距，暗纹间距0.4d0.4d9494个个aaaa残基由残基由hly-hly-lyslys之间的侧向交联产生。之间的侧向交联产生。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学lyslys和和hylhyl对分子内和分子间交联的重要性对分子内和

40、分子间交联的重要性螺旋区肽段第螺旋区肽段第8787位第位第930930位的位的hylhyl可以和可以和c c端肽的第端肽的第1616位位(16c)(16c)，n n端肽的第端肽的第9 9位位(9n)(9n)形成分子内交联。形成分子内交联。第一章 生皮蛋白质化学三种交联方式，都与三种交联方式，都与lys,hyllys,hyl的的氨基有关氨基有关氨基在赖氨酰氧化酶作用下氧化为醛基，得醛赖氨酰，其非氨基在赖氨酰氧化酶作用下氧化为醛基，得醛赖氨酰，其非常活泼，可与多种侧链官能团发生交联反应。常活泼，可与多种侧链官能团发生交联反应。（1 1）醛胺缩合醛胺缩合醛赖氨酰的醛基与醛赖氨酰的醛基与lyslys进

41、行醛胺缩合，得希夫碱进行醛胺缩合，得希夫碱p pchochoh h2 2n nchch2 2p pp pc cn nchch2 2p p第一章 生皮蛋白质化学（2 2）羟醛缩合羟醛缩合两分子醛赖氨酰之间发生，生成两分子醛赖氨酰之间发生，生成羟醛交联，羟醛交联，羟醛通过分子内脱水转化为羟醛通过分子内脱水转化为烯醛。烯醛。 pch2chochoch2p1pchchchop1ohpcchp1cho 烯 醛第一章 生皮蛋白质化学p1chchop2ch2chop3nhnohp3nhnp2cch2chp1ohch（3 3）羟醛组氨酸交联羟醛组氨酸交联19751975年，豪斯莱（年，豪斯莱（howsleyh

42、owsley）从胶原的酸水解中分离出来的，由）从胶原的酸水解中分离出来的，由三条三条链间的醛赖氨酰，醛羟赖氨酰与组氨酰交联而成。链间的醛赖氨酰，醛羟赖氨酰与组氨酰交联而成。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学3 3 胶原性质胶原性质1 1） 酸、碱酸、碱2 2） 盐类盐类3 3） 酶酶4 4） 胶原的湿热稳定性及胶原的湿热稳定性及tsts胶原纤维在水浴（或甘油浴）中受热，突然发生收缩变性的温度，胶原纤维在水浴（或甘油浴）中受热，突然发生收缩变性的温度，称为胶原纤维的收缩温度，也叫称为胶原纤维的收缩温度，也叫tsts，tsts随动物种类的不同略有不随动物种类的不同略

43、有不同，一般为同，一般为60607070。 第一章 生皮蛋白质化学动物皮ts（）动物皮ts（）猪皮66兔皮5960黄牛皮6567狗皮6062犊牛皮6365猫皮6062马皮6264鳄鱼皮44山羊皮6466鲨鱼皮4042绵羊皮5862江猪皮3438第一章 生皮蛋白质化学胶原受热收缩与氢键破坏相关，对于胶原纤维，维持构象稳定性胶原受热收缩与氢键破坏相关，对于胶原纤维，维持构象稳定性的作用力主要来自于链间氢键，但由于羟脯氨酸吡咯烷环的空间的作用力主要来自于链间氢键，但由于羟脯氨酸吡咯烷环的空间位阻，链间的肽平面不能完全形成有效的氢键，因此，位阻，链间的肽平面不能完全形成有效的氢键，因此，hyphyp的

44、羟的羟基氢原子与主链羰基中的氧原子之间形成的氢键具有重要意义。基氢原子与主链羰基中的氧原子之间形成的氢键具有重要意义。这可以由胶原的这可以由胶原的hyphyp含量与含量与tsts的一致性关系得到体现，的一致性关系得到体现，hyphyp含量高，含量高，tsts越高。越高。第一章 生皮蛋白质化学材料来源ts（）nhyppro鲨鱼4018.35.810.2牛皮6518.312.914.1第一章 生皮蛋白质化学胶原分子间的共价交联能显著提高胶原纤维的胶原分子间的共价交联能显著提高胶原纤维的tsts，鞣制过程就是在胶原纤维间引入了新的交联结构。鞣制过程就是在胶原纤维间引入了新的交联结构。tsts是制革过

45、程中对胶原水解、变性的程度和革的鞣制质量进行评是制革过程中对胶原水解、变性的程度和革的鞣制质量进行评价的重要指标。价的重要指标。第一章 生皮蛋白质化学三三 角蛋白（角蛋白（keratinkeratin）1 1 角蛋白概述角蛋白概述 角蛋白是构成动物皮肤中表皮、毛发的主要结构蛋白，另外，角蛋白是构成动物皮肤中表皮、毛发的主要结构蛋白，另外，动物的指甲、羽毛、蹄、角等也含有角蛋白。动物的指甲、羽毛、蹄、角等也含有角蛋白。 根据角蛋白分子中根据角蛋白分子中cyscys含量，可将角蛋白分为：硬角蛋白和含量，可将角蛋白分为：硬角蛋白和软角蛋白：软角蛋白：硬角蛋白，也称真角蛋白，硬角蛋白，也称真角蛋白，e

46、ukeratineukeratin，cyscys7 71111； 软角蛋白，也称假角蛋白，软角蛋白，也称假角蛋白，pseutokeratinpseutokeratin，cyscys7 7。第一章 生皮蛋白质化学第一章 生皮蛋白质化学-角蛋白的基本结构是角蛋白的基本结构是右手右手-螺旋螺旋聚集方式如下：三条右手聚集方式如下：三条右手螺旋链相互缠绕，螺旋链相互缠绕，构成了一个直径为构成了一个直径为2.0nm2.0nm的左手三股螺旋，是的左手三股螺旋，是纤维的初级单位，叫初原纤维纤维的初级单位，叫初原纤维（protofibrilprotofibril），大量的双硫键参与了初原），大量的双硫键参与了初

47、原螺旋的形成。螺旋的形成。1111条初原纤维，两条在中间，其条初原纤维，两条在中间，其余九条环绕排列形成了一个微原纤维余九条环绕排列形成了一个微原纤维（microfibrilmicrofibril），直径为），直径为7.5nm7.5nm，由数百根微，由数百根微原纤维平行伸展、侧向聚集形成巨原纤维原纤维平行伸展、侧向聚集形成巨原纤维（macrofibrilmacrofibril），其直径为），其直径为200nm200nm。 第一章 生皮蛋白质化学2 2 角蛋白的性质角蛋白的性质 1 1）酸、碱对角蛋白的作用）酸、碱对角蛋白的作用角蛋白质中的双硫键对酸非常稳定，用强酸处理角蛋白，会由于角蛋白质中的

48、双硫键对酸非常稳定，用强酸处理角蛋白，会由于肽键的水解而溶解，但水解片段中仍保持原有的双硫键结构。肽键的水解而溶解，但水解片段中仍保持原有的双硫键结构。强碱对角蛋白质有强烈的溶解作用强碱对角蛋白质有强烈的溶解作用 。主要原因在于双硫键的水解，。主要原因在于双硫键的水解，此水解属于此水解属于双分子双分子消除反应消除反应。第一章 生皮蛋白质化学nhchch2coscchnhh2csoohnhchch2coscchnhh2csonhchcoch2脱 氢 丙 氨 酰nhchch2coss硫 代 半 胱 氨 酰nhchch2coss第一章 生皮蛋白质化学硫醚键交联和亚氨基交联硫醚键交联和亚氨基交联永久型

49、结合永久型结合 脱氢丙氨酰的双键可以与亲核试剂加成，随着双硫键的不脱氢丙氨酰的双键可以与亲核试剂加成，随着双硫键的不断水解，脱氢丙氨酰逐渐增多，这两个残基之间可以通过亲核断水解，脱氢丙氨酰逐渐增多，这两个残基之间可以通过亲核加成以硫醚键交联起来；加成以硫醚键交联起来； argarg在碱性条件下脱胍形成的鸟氨酸的侧链氨基可以与脱氢在碱性条件下脱胍形成的鸟氨酸的侧链氨基可以与脱氢丙氨酰的双键加成生成亚氨基交联，这些新的交联键会大大增丙氨酰的双键加成生成亚氨基交联，这些新的交联键会大大增强所在部位的稳定性，并可使角蛋白纤维达到强所在部位的稳定性，并可使角蛋白纤维达到“永久定型永久定型”； 第一章 生

50、皮蛋白质化学nhchcoch2脱氢丙氨酰nhchch2cosh2nchcch2ohoch2ch2nh2nhchcoch2脱氢丙氨酰nhchch2cosnhchcoch2硫醚键交联nhchcoch2nhc3h6chnh2c oo h亚氨基交联第一章 生皮蛋白质化学脱氢丙氨酰还可以与酰胺水解释放的脱氢丙氨酰还可以与酰胺水解释放的nhnh3 3反应，产生反应，产生-氨基丙氨氨基丙氨酰。由于酰。由于-氨基丙氨酰中的氨基丙氨酰中的nhnh2 2可以提供质子，则可与另一分可以提供质子，则可与另一分子脱氢丙氨酰以亚氨基交联形成稳定结构；子脱氢丙氨酰以亚氨基交联形成稳定结构；半胱氨酰盐可以与羟基反应，依次生成

51、次磺基丙氨酰、磺基丙氨半胱氨酰盐可以与羟基反应，依次生成次磺基丙氨酰、磺基丙氨酰。酰。第一章 生皮蛋白质化学nhchcoch2脱 氢 丙 氨 酰nh3nhchcoch2nh2hnchcohnchcoch2nhch2脱 氢 丙 氨 酰nhchch2cosnhchch2coso2nhchch2coso3ohoh第一章 生皮蛋白质化学nhchcoch2nhchccosh+ca2+nhchccosnhchcoh2cca在在ca(oh)ca(oh)2 2溶液中，双硫键断裂后，生成的脱氢丙氨酰、半胱氨溶液中，双硫键断裂后，生成的脱氢丙氨酰、半胱氨酰盐还会形成有酰盐还会形成有caca2 2+ +参加的链间交

52、联。参加的链间交联。这种交联键很牢固，难于被碱和硫化物破坏。这就是制革脱毛浸这种交联键很牢固，难于被碱和硫化物破坏。这就是制革脱毛浸灰操作不当时出现灰操作不当时出现“护毛护毛”的原因。的原因。第一章 生皮蛋白质化学2 2）氧化剂的作用）氧化剂的作用角蛋白对氧化剂很敏感，主要是双氧水、亚氯酸钠、高锰酸钾、角蛋白对氧化剂很敏感，主要是双氧水、亚氯酸钠、高锰酸钾、过甲酸、过乙酸等。过甲酸、过乙酸等。氧化剂的作用点在双硫键上，将双硫键氧化为磺酸基，得到可氧化剂的作用点在双硫键上，将双硫键氧化为磺酸基，得到可溶性角蛋白衍生物。溶性角蛋白衍生物。pspsspsprcooohrcooohh h2 2o op

53、 psoso3 3h hrcoohrcooh过甲酸、过乙酸是常用的有机过氧酸，可以定量地将胱氨酸氧过甲酸、过乙酸是常用的有机过氧酸，可以定量地将胱氨酸氧化为磺基丙氨酸。化为磺基丙氨酸。第一章 生皮蛋白质化学3 3）还原剂的作用）还原剂的作用主要是硫化物（主要是硫化物（thiolsthiols）、磷化物（）、磷化物（phosphinesphosphines）、亚硫酸盐）、亚硫酸盐（sulfitessulfites）等，）等，常用硫化钠、巯基乙醇、巯基乙酸、亚硫酸钠等常用硫化钠、巯基乙醇、巯基乙酸、亚硫酸钠等。如三丁基膦，反应条件温和，反应专一定量、不会发生角蛋白如三丁基膦，反应条件温和，反应专一

54、定量、不会发生角蛋白的水解。产生的巯基用碘乙酸封闭。的水解。产生的巯基用碘乙酸封闭。prsprssprsprprpr3 3h h2 2o oprprshshprpr3 3o o亚硫酸盐的反应：亚硫酸盐的反应：prsprssprsprnahsonahso3 3prprshshprprs ssoso3 3nana此时产生的巯基用碘化甲基汞除去。此时产生的巯基用碘化甲基汞除去。第一章 生皮蛋白质化学双硫键与硫化物，如硫化钠的反应，双硫键与硫化物，如硫化钠的反应，prsprssprsprnana2 2s snanas ss snana2pr2prsnasna制革中硫化钠脱毛的原理。制革中硫化钠脱毛的原

55、理。第一章 生皮蛋白质化学4) 4) 酶对角蛋白的作用酶对角蛋白的作用天然角蛋白对酶很稳定，胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等均不能水解。天然角蛋白对酶很稳定，胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等均不能水解。而还原角蛋白则可以被多种酶水解。能水解天然角蛋白的酶称为而还原角蛋白则可以被多种酶水解。能水解天然角蛋白的酶称为双硫键还原酶，存在于皮蠹虫中。双硫键还原酶，存在于皮蠹虫中。第一章 生皮蛋白质化学3 3 角蛋白的交联反应角蛋白的交联反应 通过在还原角蛋白的通过在还原角蛋白的cyscys之间引入新的化学交联，可以提高之间引入新的化学交联，可以提高角蛋白纤维的机械强度，改善湿热收缩性能，常用的交联剂有角蛋白纤维的机械强度，改善湿热收缩性能，常用的交联剂有甲醛、二卤代烷。甲醛、二卤代烷。prprshshhchohchoprprs schch2 2s sprpr交联反应也可以在交联反应也可以在cyscys与与lyslys的侧链氨基之间发生。的侧链氨基之间发生。prprshshhchohchoh h2 2n nc c4 4h h8 8chch（nhnh2 2）coohcoohprprs schch2 2nhnhlyslys通过二卤代烷的烷基化反应，如通过二卤代烷的烷基化反应，如1 1，3 3二溴丙烷作交联剂，形二溴丙