生物化学第4章蛋白质的共价结构辅导版

第4章蛋白质的共价结构一、蛋白质通论二、肽三、蛋白质一级结构的测定四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能五、肽和蛋白质的人工合成(Covalentstructureofprotein)一、蛋白质通论蛋白质的化学组成碳50%氢7%氧23%氮16%硫0～3%其它（P、Fe、Cu、I、Zn、Mo、Mn、Ca等）定氮法测定蛋白质含量

氮为蛋白质的特征元素，将提取并纯化的蛋白质用凯氏定氮法测定氮的含量，然后通过下列公式可以计算蛋白质的含量：蛋白质含量（mg/ml）=蛋白氮（mg/ml）×6.25（或=蛋白氮（mg/ml）÷16%）蛋白质的形状纤维状蛋白质球状蛋白质膜结合蛋白质CollagenMyoglobinBacteriorhodopsin蛋白质的大小Ⅰ蛋白质Mr残基数目/链亚基组织方式细胞色素c（马）12500104α1己糖激酶（酵母）96000200α4胰岛素573321（A）30（B）αβ血红蛋白（人）64500141（α）146（β）α2β2糜蛋白酶（牛胰）2260013（α）132（β）97（γ）αβγ蛋白质的大小Ⅱ

蛋白质的分子量很大，并且分布范围也很大，一般在大约6000～1×10

6道尔顿。蛋白质的分子量主要由组成蛋白质的氨基酸残基的数目决定，对于缀合蛋白质来说，有些配体也在蛋白质的分子量中占有很大的比重。蛋白质的分子量范围是人为规定的，更小的氨基酸缩合物叫做肽。

蛋白质氨基酸残基数的估计

对于简单蛋白质，用110除它的相对分子量即可约略估计出其氨基酸残基数目。

20种常见氨基酸的平均分子量为138组成蛋白质的氨基酸的平均分子量为128每个氨基酸残基的平均分子量为110蛋白质结构的组织层次一级结构指的是多肽链的氨基酸序列二级结构指的是多肽链借助于氢键排列成有规律的、局部的结构三级结构是指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状构象四级结构指的是寡聚蛋白质亚基间的结合，亚基间不同的排列方式会形成不同的构象。Lys-Cys-Phe-Ala-Ile-Glu-Cys-Leu｜｜———————蛋白质的一级结构S—SN端C端蛋白质的二级结构“Shorthand”α-helix“Shorthand”β-strand蛋白质的三级结构Chymotrypsinspace-fillingmodelChymotrypsinribbon蛋白质的四级结构蛋白质的一级结构

决定高级结构

在肽链内或肽链间有时也有两个半胱氨酸之间形成二硫键的连接。

蛋白质功能的多样性1．催化；2．调节；3．转运；4．贮存；5．运动；6．结构成分；7．支架作用；8．防御和进攻；9．异常功能。二、肽肽的命名Ⅰ

肽是两个至数百个氨基酸之间由肽键连接而成的线状聚合物。根据形成肽的氨基酸数目，一般氨基酸数目在12个以内时，称为二肽、三肽、四肽等；13个至20个时称为寡肽（oligopeptide）；20个以上称为多肽（polypeptide）。当分子量大到一定程度时，就称为蛋白质。寡肽和多肽的区分完全是人为规定的，其间的界限并不严格。

肽链中的氨基酸因缺少了一分子水，叫做氨基酸残基。

肽的两端

一条肽链是有方向性的，肽链的一端具有游离的α－氨基，称其为N端；另一端具有游离的α－羧基，称其为C端。有少数小分子量的肽，其首尾也缩合成肽键，成为环肽。

肽的命名Ⅱ对于小分子量的肽的命名，是从其N端开始，称为某氨酰某氨酰某氨酰……某氨基酸，下例写成Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu，左边是N端，右边是C端。肽的命名Ⅲ对于生物体内的具有特定结构和功能的小分子量肽，还有特别名称，如脑啡肽、内啡肽、催产素、加压素等。肽基的C、O和N原子间的共振相互作用肽键共振的结果Ⅰ①限制肽键的自由旋转，给肽主链的每一个氨基酸残基只保留两个自由度。②组成肽基的4个原子和2个相邻的Cα原子倾向于共平面，形成所谓的多肽主链的酰胺平面（amideplane）或称肽平面（peptideplane）。肽平面肽键共振的结果Ⅱ③C－N键的长度为0.133nm，比正常的C－N单键（0.145nm）短，但比典型的C=N键（0.125nm）长。估计肽基中的C－N键具有约40%的双键性质，而C=O键具有40%的单键性质，在室温下足以防止C－N键旋转。④杂化的中间态酰胺带有0.28个净正电荷，羰基带有0.28个净负电荷，肽键具有永久偶极。肽基的顺、反构型肽平面内，两个Cα可以处于顺式或反式构型。因为顺式构型两个R基有空间位阻，所以反式构型比顺式构型稳定，因此肽链中肽键几乎都是反式构型。脯氨酸的亚氨基形成的肽键

OfthepeptidebondsbetweenaminoacidresiduesotherthanPro,over99.95%areinthetransconfiguration.Forpeptidebondsinvolvingtheiminonitrogenofproline,however,about6%areinthecisconfiguration;manyoftheseoccurat

turns.transcis肽的物理化学性质Ⅰ由于短肽晶体的熔点都很高，说明短肽的晶体是离子晶格，在水溶液中以偶极离子存在。在pH0～14范围内，肽键中的酰胺氢不解离，所以肽的酸碱性主要决定于肽链末端的α－羧基、α－氨基以及R基团上的可解离基团。因为肽链末端的α－羧基和α－氨基相距很远，它们之间的静电引力较弱，所以它们的酸碱性比氨基酸的α－羧基和α－氨基弱。R基上可解离基团的解离常数也有所变化。在某一pH下，肽中各可解离基团解离得到的净电荷为0，这个pH就是该肽的等电点。肽的物理化学性质Ⅱ肽的化学反应和氨基酸的一致。N端的氨基酸残基也可以与茚三酮反应，这一反应可用于肽的定性和定量测定。双缩脲反应是肽和蛋白质特有的，氨基酸没有此反应。一般含有两个或两个以上肽键的化合物与CuSO4碱性溶液都能发生双缩脲反应，生成紫红色或蓝紫色的络合物，利用这个反应可以用分光光度法（540nm）测定蛋白质的含量。

双缩脲反应形成的络合物双缩脲与肽的结构比较双缩脲三肽四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能

有些来源于不同生物的蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性，这种序列上的相似性叫做同源性。同源蛋白质中有许多氨基酸残基是相同的，称为不变残基，或保守性残基，而在不同物种的同源蛋白质中不同的氨基酸残基称为可变残基。亲缘关系越近的同源蛋白质的同源性越强。

同源蛋白质往往在不同生物体中行使相同或相似的功能，例如各种脊椎动物体内的血红蛋白就属于同源蛋白质。细胞色素C细胞色素C是一种含血红素的蛋白质，在线粒体中起电子传递的作用。大多数细胞色素

C

含一百零几个氨基酸残基，40多个物种的细胞色素C氨基酸序列分析表明，有28个残基是不变的，所有细胞色素C在第17位上都是一个Cys残基，这个残基是血红素结合的部位。细胞色素C的不变残基此区域可能是与酶结合的区域不同物种细胞色素C的差异残基数黑猩猩绵羊响尾蛇鲤鱼蜗牛天蛾酵母花椰菜欧防风人01014182931444443黑猩猩1014182931444443绵羊20112427444646响尾蛇262833474543鲤鱼2626444746蜗牛28485150天蛾444441酵母4747花椰菜13根据细胞色素C建立的系统树哺乳类鸟和爬虫类硬骨鱼类软骨鱼类真菌昆虫两栖类植物氧合血红素蛋白质肌肉中的氧合血红素蛋白质——肌红蛋白（Myoglobin）由一条肽链组成，含153个氨基酸残基，红细胞中的血红蛋白（Hemoglobin）是一个由两条α链（每条链141个氨基酸残基）和两条β链（每条链146个氨基酸残基）组成的四聚体蛋白。肌红蛋白、血红蛋白的α链和β链都是珠蛋白（globin），它们有很高的序列同源性，通过血红素结合氧的能力都被这3种多肽链保留下来了。

氧合血红素蛋白的进化树丝氨酸蛋白酶类胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶以及纤溶酶都是丝氨酸蛋白酶，它们有足够的序列同源性，在它们的活性中心都有丝氨酸，说明它们可能是由祖先丝氨酸蛋白酶进化而来。

生物活性和来源差异很大的蛋白质卵清中的溶菌酶（含129个残基，水解细菌细胞壁的多糖成分）和人乳汁中的α-乳清蛋白（含123个残基，调节乳糖合成）功能和来源都很不相同，但它们有48个残基是相同的，三级结构也很相似，说明它们具有共同的蛋白质祖先。

五、肽和蛋白质的人工合成肽的人工合成

最广泛应用的氨基保护基是苄氧甲酰基，它可以用催化加氢或用金属钠在液氨中处理去除。其它可以用作氨基保护基的还有三苯甲基、叔丁氧甲酰基、对甲苯磺酰基等，这些基团可以用HBr/CH3COOH在室温下除去。（氨基的保护）肽的人工合成

（羧基的保护）羧基一般用盐或酯的形式保护。盐是对羧基临时性的保护。酯有甲酯、乙酯、苄酯和叔丁酯等。甲酯和乙酯可用皂化法除去，但易引起消旋。苄酯可用H2/Pd法或金属钠－液氨法除去。叔丁酯可在温和条件下用酸除去。

肽的人工合成

（侧链上活泼基团的保护）侧链上需要保护的活泼基团有：Asp和Glu的β和γ羧基，Ser、Thr和Tyr的羟基，Cys的巯基，Lys的ε氨基，Arg的胍基等。这些保护基团有苄基、对甲苯磺酰基、甲基等。各种