第四章 蛋白质化学

1、生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清第三章第三章 蛋白质化学蛋白质化学生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连形成的高相连形成的高分子含氮化合物。分子含氮化合物。概述概述生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性(一一) 特点特点

2、分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的分子，占人体干重的45，某些组织含量更，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清(二二)、蛋白质的生物学重要性、蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物体重要组成成分2. 蛋白质具有重要的生物学功能 1）催化生物化学反应（酶） 2）结构成分(结缔组织的胶原蛋白、皮肤的弹性蛋白、膜蛋白) 3）贮藏（卵

3、清蛋白、种子蛋白） 4）物质运输（血红蛋白、脂蛋白、电子传递体） 5）细胞运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白） 6）激素功能（胰岛素） 7）防御功能（抗体、血凝蛋白） 8）接受传递信息（受体蛋白、味觉蛋白） 9）调节细胞生长、分化和遗传信息的表达（组蛋白、阻遏蛋白）3. 氧化供能生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清1. 1. 按组成分类按组成分类 单纯蛋白质单纯蛋白质 这类蛋白质这类蛋白质只含有只含有 - -氨基酸组成氨基酸组成，不含其它成分。，不含其它成分。例如：例如：rnarna酶、血清清蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白、角蛋酶、血清清蛋白、肌球蛋白、肌动蛋白、角蛋 白等。白等。

4、结合蛋白结合蛋白 由由简单蛋白与其它非蛋白简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，这些非蛋成分结合而成，这些非蛋 白成分包括糖、脂、核酸、色素等，又称为辅基或配体。白成分包括糖、脂、核酸、色素等，又称为辅基或配体。 糖蛋白：如细胞膜中的糖蛋白等。糖蛋白：如细胞膜中的糖蛋白等。 脂蛋白：如血清脂蛋白：如血清 - -， - -脂蛋白等。脂蛋白等。 核蛋白：如细胞核中的核糖核蛋白等。核蛋白：如细胞核中的核糖核蛋白等。 色蛋白：如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。色蛋白：如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。（三）、（三）、蛋白质的蛋白质的分类分类生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清2.2.按按蛋

5、白质的外形分类蛋白质的外形分类 球状蛋白质球状蛋白质 外形接近球形或椭圆形，外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶溶解性较好，能形成结晶，大多，大多数蛋白质属于这一类。但肌动蛋白属于球状蛋白却不溶于水。数蛋白质属于这一类。但肌动蛋白属于球状蛋白却不溶于水。 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和 不溶性纤维状蛋白质。不溶性纤维状蛋白质。 不溶性纤维状蛋白质：大多数纤维状蛋白质属此类，如不溶性纤维状蛋白质：大多数纤维状蛋白质属此类，如 胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白等。胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝

6、蛋白等。 可溶性纤维状蛋白质：肌球蛋白和血纤蛋白原可溶于水。可溶性纤维状蛋白质：肌球蛋白和血纤蛋白原可溶于水。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清3.3.按按多肽链条数分类多肽链条数分类 单体蛋白质单体蛋白质: 仅含一条多肽链。仅含一条多肽链。 多聚蛋白质多聚蛋白质: 含两条或多条多肽链。含两条或多条多肽链。 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 ：一条多肽链：一条多肽链 胰岛素胰岛素 ：两条（两种）多肽链：两条（两种）多肽链 血红蛋白：四条（两种）多肽链血红蛋白：四条（两种）多肽链 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶血红蛋白血红蛋白胰岛素胰岛素生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张

7、洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜第第 一一 节节生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清一、一、 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有c、h、o、n和和s。 有些蛋白质含有少量磷或金属元有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘质还含有碘 。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以

8、下只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16% 蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清二、二、蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位- -氨基酸氨基酸存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属 l-氨基酸氨基酸（甘氨酸（甘氨酸除外）。除外）。生物化学生物化学主编主编 张洪渊

9、张洪渊 万海清万海清一、氨基酸的结构一、氨基酸的结构氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 h3nchcoor-+h2nchcoohr或或氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的r基不同，基不同，（除脯氨酸外）都为（除脯氨酸外）都为l-氨基酸。氨基酸。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清h甘氨酸甘氨酸ch3丙氨酸丙氨酸l-l-氨基酸的通式氨基酸的通式rc+nh3coo-h生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜据据r基团基团化学结构化学结构分类分类 脂肪族脂肪族a（16种）种

10、）芳香族芳香族a (phe、tyr、trp) )杂环杂环 (his、pro) )据据r基团基团极性极性分类分类极性极性r基团基团aa非极性非极性r基团基团aa不带电荷不带电荷带电荷带电荷带正电荷（种）带正电荷（种）带负电荷（种）带负电荷（种）据据酸碱性质酸碱性质分类分类中性（一氨基一羧基）中性（一氨基一羧基）酸性酸性 ( (一氨基二羧基一氨基二羧基 ) ) gluglu、aspasp碱性（二氨基一羧基）碱性（二氨基一羧基） lyslys、hishis、argarg据据营养营养学分类学分类 必需必需非必需非必需人的必需氨基酸人的必需氨基酸met trp lys val ile leu phe t

11、hrmet trp lys val ile leu phe thr假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书 argarg、his trphis trp、cyscys二、基本氨基酸二、基本氨基酸的分类的分类生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清甘氨酸甘氨酸 glycine gly g 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine ala a 6.00缬氨酸缬氨酸 valine val v 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine leu l 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine ile i 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine phe f 5.48脯氨酸脯氨

12、酸 proline pro p 6.301. 非极性側链氨基酸非极性側链氨基酸目目 录录生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清色氨酸色氨酸 tryptophan try w 5.89丝氨酸丝氨酸 serine ser s 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine try y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine cys c 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine met m 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine asn n 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine gln q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine thr t 5.602. 非电离

13、极性側链氨基酸非电离极性側链氨基酸目目 录录生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid asp d 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid glu e 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine lys k 9.74精氨酸精氨酸 arginine arg r 10.76组氨酸组氨酸 histidine his h 7.593. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸目目 录录生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）ch2chcoo-nh2+ch2ch2c

14、h2chcoo-nh2+ch2ch2 羟脯氨酸羟脯氨酸h ho o生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清-ooc-ch-ch2-s+nh3s-ch2-ch-coo-+nh3-ooc-ch-ch2-s+nh3s-ch2-ch-coo-+nh3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-hh-ooc-ch-ch2-sh+nh3-ooc-ch-ch2-sh+nh3hs-ch2-ch-coo-+nh3hs-ch2-ch-coo-+nh3生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清含羟基氨基酸生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清含硫氨基酸生物化学生物化学主编主编

15、 张洪渊张洪渊 万海清万海清非编码的蛋白质氨基酸非编码的蛋白质氨基酸也称修饰氨基酸，是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。 （1）4-羟脯氨酸 （2）5-羟赖氨酸 这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白中。 （3）6-n-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中） (4)-羧基谷氨酸 存在于凝血酶原及某些具有结合ca2+离子功能的蛋白质中。 （5）tyr的衍生物： 3.5 -二碘酪氨酸、甲状腺素 （甲状腺蛋白中）（6）锁链素由4个lys组成（弹性蛋白中）。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸不组成蛋白质，但有生理功能（1）l-型 氨基酸的衍生物l-瓜氨酸

16、、l-鸟氨酸是尿素循环的中间物（2）d-型氨基酸d-glu、d-ala（肽聚糖中）、d-phe（短杆菌肽s）（3）-、-、-氨基酸-ala（泛素的前体）、-氨基丁酸（神经递质）。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清氨基酸的功能：氨基酸的功能：（1）、组成蛋白质）、组成蛋白质（2）、一些）、一些aa及其衍生物充当化学信号分子及其衍生物充当化学信号分子-氨基丁酸，色氨酸衍生物：5-羟色胺、褪黑激素，都是神经递质，甲状腺素（tyr衍生物） ，吲哚乙酸（trp衍生物）都是激素（3）、氨基酸是许多含）、氨基酸是许多含n分子的前体物分子的前体物核酸的含氮碱基、血红素、叶绿素的合成都需要a

17、a（4）、）、一些基本氨基酸和非基本一些基本氨基酸和非基本aa是代谢中是代谢中间物间物精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸)尿素循环的中间物， 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清成年人：成年人：thr、 val、 leu、ile、 phe 、trp、lys、 met 婴儿期：婴儿期：arg和和his供给不足，属半供给不足，属半必须氨基酸必须氨基酸必需氨基酸必需氨基酸生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜第二节第二节 氨氨基酸的性基酸的性质质一一、氨基酸的构型、旋光性和光吸收氨基酸的构型、旋光性和光吸收 构型构型

18、：组成蛋白质的氨基酸除：组成蛋白质的氨基酸除glygly以外都有手性碳原子，以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为这两种不同的构型分别称为d-d-型和型和l-l-型。型。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清以丙氨酸为例以丙氨酸为例：生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为-,-,- -，别，别- -和别和别- -氨基酸。氨基酸。 h2nchcoohcch3ohhhcn

19、h2coohcch3ohhhcnh2coohcch3hhoh2nchcoohcch3hho l-苏氨酸苏氨酸 (l-threonine) d-苏氨酸苏氨酸 (d-threonine) l-别别-苏氨酸苏氨酸 (l-allo-threonine) d-别别-苏氨酸苏氨酸 (d-allo-threonine) 如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为-,-,- -，别，别- -和别和别- -氨基酸。氨基酸。 l-苏氨酸苏氨酸 (l-threonine) d-苏氨酸苏氨酸 (d-threonine) l-别别-苏氨酸苏氨酸 (l-allo-thre

20、onine) d-别别-苏氨酸苏氨酸 (d-allo-threonine) 如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为-,-,- -，别，别- -和别和别- -氨基酸。氨基酸。 2l,3d2d,3l2l,3l2d,3d生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清自然界中组成蛋白质的氨基酸都是自然界中组成蛋白质的氨基酸都是l-l-型。型。 (gly(gly除外除外) )生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清旋光性：旋光性： 组成蛋白质的氨基酸除组成蛋白质的氨基酸除glygly以外，都有手性碳原子，以外，都有手性碳原子， 所以

21、都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用转，向左旋转的称左旋，用“一一”号表示，向右旋转的号表示，向右旋转的称右旋，用称右旋，用“”号表示。是号表示。是aaaa的物理常数，与结构、的物理常数，与结构、phph值有关。值有关。 消旋消旋外消旋外消旋内消旋内消旋生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清光吸收：光吸收：组成蛋白质的氨基酸中，组成蛋白质的氨基酸中，trptrp、tyrtyr和和 phephe对对紫外光紫外光有一定的吸收，这是因为有一定的吸收，这是因为它们分子中含有苯环，是它们分子中含有苯环，是苯环的

22、共轭双键造成的，苯环的共轭双键造成的，这三个氨基酸的光吸收都这三个氨基酸的光吸收都在在280nm280nm附近。附近。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清ph=pi+oh-phpi+h+oh-+h+ph pi时，氨基酸带负电荷，时，氨基酸带负电荷，-cooh解解离成离成-coo-，向正极移动。向正极移动。ph = pi时，氨基酸净电荷为零时，氨基酸净电荷为零ph 中性中性aa酸性酸性aa逐步提高洗逐步提高洗脱液脱液ph和离和离子强度子强度生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清高效液相层析（高效液相层析（high performance liquid chroma

23、tography)生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清电泳法（电泳法（electrophoresis)生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清第四节第四节 肽肽一一 、肽肽(peptide)(peptide)和肽键和肽键(peptide bend)(peptide bend)的概念的概念二、肽的重要性质二、肽的重要性质 酸碱性质、重要化学反应类似于氨基酸性质酸碱性质、重要化学反应类似于氨基酸性质三、天然存在的活性肽三、天然存在的活性肽 生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、

24、辅助因子 实例：实例：谷胱甘肽谷胱甘肽( (glutathione,glutathione,gshgsh) ) 短杆菌肽短杆菌肽促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子（trh） - -天冬氨酸天冬氨酸- -苯丙氨酸甲酯苯丙氨酸甲酯（甜味剂）（甜味剂）生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清nh2-ch-chooh甘甘氨氨酸酸nh2-ch-chooh甘甘氨氨酸酸nh-ch-choho oh甘甘氨氨酸酸+-hoh甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键nh2-ch-c-n-ch-coohhhhonh2-ch-c-n-ch-coohhhho肽和肽键的形成肽和肽键的形成生物化学生物化学主编主编 张洪渊张

25、洪渊 万海清万海清肽单位肽单位肽键肽键肽平面肽平面生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清* * 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。合物。* * 两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽* * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。* * 由十个以内由十个以内氨基酸氨基酸相连而相连而成成的的肽肽称为称为寡寡肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连由更多的氨基酸相连形成的肽

26、称形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清n 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端c 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端* 多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。n末端末端c末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清几种生物活性肽几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, gsh)gsh过氧过氧化物酶化

27、物酶h2o2 2gsh 2h2o gssg gsh还原酶还原酶nadph+h+ nadp+ 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2. 多肽类激素及活性肽多肽类激素及活性肽生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清抗利尿素与催产素抗利尿素与催产素(9肽肽)、胰高血糖素、胰高血糖素（29肽）、肽）、脑啡肽脑啡肽（5肽）、肽）、降钙素降钙素（32肽）、肽）、 acth（39肽）、肽）、胰岛素胰岛素（51肽）肽）肌肽肌肽（2肽）、肽）、p物质（物质（10肽、属神经肽类）、肽、属神经肽类

28、）、（31肽）肽）生物化学（第三版）生物化学（第三版）主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清参编参编 刘文彬刘文彬 李永红李永红 姚舜姚舜蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构the molecular structure of protein 第第 六、七六、七 节节生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质是由一条或多条多肽蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方链以特殊方式结合而成的生物大分子。式结合而成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道

29、尔顿以上的多肽称为蛋白质。道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大蛋白质分子量变化范围很大, 从大约从大约6000到到1000000道尔顿甚至更大道尔顿甚至更大生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清一级结构： 肽链中氨基酸的排列顺序。

30、维系一级结构的主要化学键：肽键。二级结构： 肽链有规则地旋转或折叠形成的空间结构。 维系一级结构的主要化学键：氢键。三级结构： 螺旋形的肽链非几何状地进一步折叠或卷曲而形成的更复杂的空间结构。维系力：盐键、疏水作用、范德华力等次级键。四级结构： 两条及两条以上肽链形成的蛋白质分子，结构共价单位为亚基或亚单位。亚基和亚基的结合方式为四级结构。维系力：盐键、疏水作用、范德华力等次级键。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点：能量最低原理：能量最低原理：自旋相反的未成对电子配对成键后放出能量，使体系量降低。放出自旋相反的未成对电子配对成键后

31、放出能量，使体系量降低。放出能量越多，键越稳定。能量越多，键越稳定。电子配对原理：电子配对原理：两原子接近时，自旋相反的未成对电子可以配对形成共价键（形两原子接近时，自旋相反的未成对电子可以配对形成共价键（形成条件）成条件）原子轨道最大重叠原理：原子轨道最大重叠原理：原子轨道尽可能按最大程度重叠，轨道重叠越多，电子在核间原子轨道尽可能按最大程度重叠，轨道重叠越多，电子在核间的几率密度越大，健越牢，分子越稳定。的几率密度越大，健越牢，分子越稳定。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清极性键和非极性键极性键和非极性键1 1、非极性键：、非极性键： 两个成键原子吸引电子的能两个成键原子

32、吸引电子的能力力 （电负性（电负性 ），共），共用电子对用电子对 偏移的共价键偏移的共价键相相 同同 不发生不发生相相 同同2 2、极性键：、极性键： 两个成键原子吸引电子的能两个成键原子吸引电子的能力力 （电负性（电负性 ），共），共用电子对用电子对 偏移的共价键偏移的共价键不不 同同 发发 生生不不 同同生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清二硫键：又称ss键。是2个sh基被氧化而形成的ss形式的硫原子间的键。 实质上是一种共价键。牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清氢键的形成条件：氢键的形成条件：分子中有h和电负性大、半径小且有孤对电

33、子的元素(f ，o，n)形成氢键。 键长特殊：fh f 270pm 键能小 e(fh f) 28kjmol1 具有饱和性和方向性。氢键的特点：氢键氢键：强极性键上的氢核与电负性大、半径小含 孤电子对并带有部分负电荷的原子间的静电引力。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 除了hf、h2o、nh3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。hcoohhoohc 除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清离子键：离子键：成键微粒：成键微粒：阴

34、阳离子阴阳离子相互作用：相互作用：静电作用（静电引力和斥力）静电作用（静电引力和斥力）成键过程：成键过程：阴阳离子接近到某一定距离时，阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。含有离子键的化合物就是离子化合物。含有离子键的化合物就是离子化合物。1）当活泼金属的原子与活泼的非金属原子相互化合）当活泼金属的原子与活泼的非金属原子相互化合 时，均有通过得失电子而达到稳定电子构型的倾向；时，均有通过得失电子而达到稳定电子构型的倾向；2）原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负）原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负 离子，离子，正负离子之

35、间依靠静电作用相互吸引，形正负离子之间依靠静电作用相互吸引，形 成离子键。成离子键。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清na+cl电子转移电子转移不稳定不稳定稳定稳定2 1+118na2+118na+17287+17288clcl-生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。分子间作用（范德华力）分子间作用（范德华力）1.取向力（趋向力)： 两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向力。+_+_+_+_+_+_分子离得较远趋向诱导影响因素？诱导力分子的极性越大，则取向力越大；

36、温度越高，则取向力越小；分子间距离越大，则取向力越小。存在于极性分子与极性分子间生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱的因素： 极性分子的偶极矩： 愈大，诱导作用愈强。 非极性分子的变形性： 变形性愈大，诱导作用愈强。分子间距离，诱导力诱导偶极与极性分子永久偶极间的作用力。+_分子离得较远分子靠近时+_+_存在于：极性分子与非极性分子之间； 极性分子与极性分子之间；生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。3.色散作用(色散力)：+_+_+_一大段时间内的大体情

37、况色散力与分子变形性有关。变形性大,色散力大。分子间距离越小，色散力越大。每一瞬间+_+_思考存在于一切原子、离子、分子之间。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清疏水作用：hydrophobic interaction 定义：定义：非极性分子间或分子的非极性基团间的吸引力，导致这些非极性分子间或分子的非极性基团间的吸引力，导致这些基团在水性环境中的缔合。基团在水性环境中的缔合。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清. .概念：概念：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构.主要

38、的化学键主要的化学键(主键主键)肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 1. 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(primary structure)包括：包括： (1)组成蛋白质的多肽链数目. (2)多肽链的氨基酸顺序， (3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 线性结构，没有分枝：氨基酸之间由肽键连接线性结构，没有分枝：氨基酸之间由肽键连接生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 方向性：一条

39、肽链的两端有不同结构和性质方向性：一条肽链的两端有不同结构和性质 多肽链的一端含有一个游离的多肽链的一端含有一个游离的 - -氨基，称为氨基端或氨基，称为氨基端或n-n-端；端； 在另一端含有一个游离的在另一端含有一个游离的 - -羧基，称为羧基端或羧基，称为羧基端或c-c-端。端。 氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从n-n-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以c-c-端氨基酸端氨基酸残基为终点的排列顺序。书写时，残基为终点的排列顺序。书写时，n n端在左侧，端在左侧，c c端在右侧端在右侧如上述五肽可表示为：如上述五肽可表示为： ser-val-tyr-asp-glnser-val-t

40、yr-asp-glnccnccnccnccncch2chch2ch2ch2coo-ohco2hch2conh2ohch3h3n+oooohhhhhhhhhservaltyraspglnch3n-端c-端肽键. .提示提示：一级结构是蛋白质：一级结构是蛋白质空间构象和特异空间构象和特异生物学功能的基础生物学功能的基础。它由遗传密码决定它由遗传密码决定, ,其上有其上有酶切位点酶切位点, ,一级结构可测定一级结构可测定, ,并不同种属间有同并不同种属间有同源性源性. .目目 录录生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清a.样品必需纯（97%以上）；b.知道蛋白质的分子量；c.知道蛋白质

41、由几个亚基组成；d.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。e.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。(2)多肽链的拆分：多肽链的拆分：由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/l尿素或6mol/l盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基).2.蛋白质的一级结构的测定蛋白质的一级结构的测定(1) 测定蛋白质的一级结构的要求测定蛋白质的一级结构的要求 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 测定蛋白质分子测定蛋白质分子中多肽链的数目：中多肽链的数目：通过测定末端氨基酸

42、残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清二硫键的断裂二硫键的断裂：几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在可用8mol/l尿素或6mol/l盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。-oocchch2shnh3+ich2cnh2och2occloch2cl-oocchch2snh3+occh2och2-oocchch2snh3+ch2cnh2o-oocchch2

43、snh3+生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比；酸成分的分子比；分析多肽链的分析多肽链的n-n-末端和末端和c-c-末端末端 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与n-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。n(ch3)2so2clh2nchcrohnchcroso2n(ch3)2+水解n(ch3)2so2hnchcrooh+氨基酸丹磺酰氯

44、多肽n-端丹磺酰n-端氨基酸丹磺酰氨基酸多肽链端基氨基酸分为两类，多肽链端基氨基酸分为两类，n-端氨基酸和端氨基酸和c-端氨基酸。端氨基酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是n-端氨基酸分析法。端氨基酸分析法。末端氨基酸测定的主要方法有：末端氨基酸测定的主要方法有：末端氨基酸的测定末端氨基酸的测定生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清此法是多肽链c-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，c-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与c-端氨基酸分离。h2nchcrohnchcroorncc

45、hhnohn-1n-端氨基酸 c-端氨基酸orncchh2nohh2nchcronhnh2+h+nh2nh2氨基酸酰肼c-端氨基酸生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的n-端逐个的向里水解。根基不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的n-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为n-末端的肽键速度最大。e.e.羧肽酶法羧肽酶法：羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的c-端逐个的水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质

46、的c-末端残基顺序。目前常用的羧肽酶有四种：a,b,c和y；a和b来自胰脏；c来自柑桔叶；y来自面包酵母。羧肽酶a能水解除pro,arg和lys以外的所有c-末端氨基酸残基；b只能水解arg和lys为c-末端残基的肽键。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清a.a.酶解法酶解法: :胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶b.b.化学法化学法：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。ch3s：ch2ch2chn hcn hchcoor+b rc+nb r-ch3s+ch2ch2chn hcn hchcoorcnch3scn ch2chn hc

47、n hchcoorch2+h2o+ch2chn hcoch2oh3n+chcor高丝氨酸内酯多肽链断裂成多个肽段多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。多肽的选择性降解的方法多肽的选择性降解的方法有：生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清测定每个肽段的氨基酸顺序。测定每个肽段的氨基酸顺序。确定肽段在多肽链中的次序：确定肽段在多肽链中的次序：利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。确定原多肽链重二硫键的位置：确定原多肽链重二硫键的位置：一般采用胃蛋白酶处理没有断开二硫键的多肽链

48、，再利用双向电泳技术分离出各个肽段，用过甲酸处理后，将每个肽段进行组成及顺序分析，然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清二、蛋白质的高级结构二、蛋白质的高级结构指蛋白质分子空间的结构指蛋白质分子空间的结构, ,即立体即立体, ,空间空间的构象，在蛋白质分子中各元素围绕某些的构象，在蛋白质分子中各元素围绕某些化学键进行旋转化学键进行旋转, ,从而形成各种空间排布及从而形成各种空间排布及相互关系相互关系生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清构型： 在一个具有不对称的化合物不对称中心上的几个原子或基团的排列方式。经过旋转

49、不能重合。构象： 分子上原子沿共价键旋转而产生的不同空间结构。经过旋转可以重合。cohhcch2ohohchohcch2ohohd-甘油醛甘油醛l-甘油醛甘油醛生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 肽键肽键 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。肽键中的c-n键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清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位于同一平位于同一平面，此同一平面上的面，此同一平面上的6个原子个原子构成了所谓的构成了所谓的肽

50、单元肽单元 (peptide unit) 。肽平面的键长键角一定肽平面的键长键角一定肽键平面肽键平面(肽单元肽单元,肽平面肽平面,酰胺平面酰胺平面)是蛋白质的基本结构单位是蛋白质的基本结构单位.生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清肽单位c所连的两个键可以旋转。两个肽平面形成二面角生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 2.二级结构的概念与基本形式a.概念:一条多肽链中局部原子的空间排布b.它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键c.二级结构的基本形式（1 1） - -螺旋螺旋 ( -helix ) （2 2） - -折叠折叠 ( -pleated sheet

51、)（3 3） - -转角转角 ( -turn )（4 4）不规则卷曲不规则卷曲 ( random coil ) 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清螺旋特点多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构螺旋一圈沿轴上升的距离称为螺距，固定为0.54nm，包含3.6的aa，每个aa之间的距离为0.15nm。 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-co基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-nh基形成氢键 螺旋为右手螺旋生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 - -折叠折叠生物化学生物化学主

52、编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 特点： -折叠的肽链几乎是完全伸展的，成一种折叠的形式。所以强度更大，更具刚性，更硬。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。 c 处于折叠的角上，r键处于棱角上并与棱角垂直。两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。 -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清平行式：n末端在一端反平行式：n末端在两端生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清ncnn:生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 -转角转角

53、- -转角转角生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清-转角 180的转角部位由4个氨基酸残基构成由第一个残基的羰基氧（o）与第四个残基的氨基氢（h）形成氢键多含脯氨酸和甘氨酸生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 环或卷曲结构 ：无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。 :生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清.氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋螺旋或或-

54、折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清（）超二级结构（）超二级结构在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。超二级结构在结构层次超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构聚集成具有功能的结构域域超二级结构和结构域超二级结构和结构域生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主

55、编 张洪渊张洪渊 万海清万海清生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清. .模体模体在许多蛋白质分子中，可发现二个或在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体模体(motif)。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这

56、种相对独立的三维实体就称结构域。结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由100200 个氨基酸残基组成，但大小范围可达 40400 个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性结构域结构域生物化学生物化学主编主编

57、 张洪渊张洪渊 万海清万海清结构域与功能域的关系：结构域与功能域的关系：有时一个结构域就是蛋白质的功能域，但不总是包含一个但通常是多个结构域生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清(二二)、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构氢键、氢键、离子键、疏水键、离子键、疏水键、van der waals力等。力等。 2.主要的化学键主要的化学键（维系力）（维系力）一条多肽链中全部氨基酸残基一条多肽链中全部氨基酸残基(全部元素全部元素)的的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。包括排布位置。包括主链，側链主链，側链的全部内容的全部内容1.

58、 概念概念 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清 肌红蛋白肌红蛋白 (mb) 肌红蛋白为单肽链肌红蛋白为单肽链蛋白质，含蛋白质，含153个个氨基酸残基，它含氨基酸残基，它含有有8个个螺旋区，依螺旋区，依次称为次称为a到到h螺旋，螺旋，并含有并含有转角及环转角及环-卷曲等二级结构。卷曲等二级结构。 生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清2. 2.维系力维系力 亚基之间的结合力有亚基之间的结合力有疏水作用，疏水作用， van der waals力力以及氢键和离子键以及氢键和离子键, ,还有二硫键。还有二硫键。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构( (或蛋白质分

59、子中各亚基的空间排布及亚或蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构。) )1. 1.概念概念 有些蛋白质分子含有二条或多条多有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的四级结构为蛋白质的四级结构. .而每条多肽链被称为而每条多肽链被称为亚基亚基 (subunit)。生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清.蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 具有四级结构蛋白质具有四级结构蛋白质生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清

60、万海清summary生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键 a盐键（离子键 ） b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键 f 酯键生物化学生物化学主编主编 张洪渊张洪渊 万海清万海清第八节 几种典型蛋白质一、纤维类蛋白质1 角蛋白：毛、发、蹄、爪、羽毛、甲壳、指甲等。富含胱氨酸。主要是螺旋结构。 角蛋白：蜘蛛和蚕的丝纤维、爬行类的鳞片、爪、喙中。主要是折叠结构。2 丝蛋白 蚕丝中。主要反平行折叠结构。3