蛋白质化学优秀课件

第一章蛋白质化学第一节蛋白质概述第二节蛋白质的构件分子——氨基酸第三节蛋白质一级结构第四节蛋白质高级结构第五节蛋白质结构与功能的关系第六节蛋白质的重要性质第七节蛋白质分类与鉴定（自学）第一节蛋白质概述p24一、蛋白质的生物学功能二、蛋白质的元素组成三、蛋白质的构成单位－氨基酸

一、蛋白质的生物学功能1.蛋白质（protein）是生物体重要组成成分分布广：所有的器官、组织，细胞的各个组成部分都含有蛋白质。含量高：占人体干重的45％，某些组织含量更高，如脾、肺及横纹肌高达80％。二、蛋白质的元素组成1、主要元素：C、H、O、N和S，有些蛋白质还含有少量P和微量元素。2、特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16%。3、定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量＝6.25×样品含氮量三聚氰胺含N量66.6%三、蛋白质的构成单位－氨基酸蛋白质是由氨基酸（aminoacid,AA）作为基本单位构成的。第二节氨基酸p9一、氨基酸的结构与分类二、氨基酸的理化性质三、氨基酸的分离分析（自学）一、氨基酸的结构及分类20种蛋白氨基酸的结构氨基酸的结构通式α－氨基酸构型根据甘油醛的构型确定D型、L型①根据甘油醛的构型确定构型②自然界的氨基酸有两种构型，构型与旋光性没有直接对应关系。③组成蛋白质的氨基酸都是L型，除Gly外都有旋光性。D型D型L型L型2.氨基酸的分类根据R基团的极性、带电荷，可将氨基酸分为非极性氨基酸（疏水氨基酸）带正电荷氨基酸极性氨基酸（亲水氨基酸）带负电荷氨基酸不带电的极性氨基酸

2.非极性、芳香族侧链氨基酸TrpTyr3.极性、不带电荷R侧链氨基酸+aspartateglutamate4.带负电荷R侧链氨基酸5.带正电荷R侧链氨基酸非极性氨基酸：非极性、脂肪族氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。（口诀：干冰假鞋亮一亮）

非极性、芳香族氨基酸：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸极性氨基酸：极性、不带电荷R侧链氨基酸：丝氨酸、脯氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。（口诀：师父速扮天姑）带负电R侧链氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸

带正电R侧链氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸（兰精猪）人体八种必需氨基酸为：甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸。甲携来一本亮色书氨基酸单字符缩写记忆法：色酪苯（Trp、Tyr、Phe），我要疯（W、Y、F）；癞精（Lys、Arg），砍人（K、R）；天谷天谷（Asp、Glu、Asn、Gln），大恩你爸欠揍（D、E、NB、QZ），连起来就是：色酪苯，我要疯；癞精砍人；天谷天谷，大恩你爸欠揍！剩下的单字符就是三字符第一个字母含有S的氨基酸：甲硫氨酸、半胱氨酸（巯基，形成二硫键）

含有苯环的芳香族氨基酸：色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸。

（苯环形成共轭双键，有紫外光吸收）含有杂环的氨基酸：脯氨酸、色氨酸、组氨酸二、氨基酸的理化性质氨基酸为白色晶体，熔点极高，一般在200－300℃。各种氨基酸在水中的溶解度差别很大。所有氨基酸都溶于稀酸、稀碱，通常不溶于乙醇。Gly、Ala、Ser等微有甜味，Arg味苦，Glu钠盐有鲜味，俗称味精。解离常数K1=[H+][A0]/[A+]K2=[H+][A-]/[A0]1)、[A0]=[A+]K1=[H+]pH=pK12)、[A0]=[A-]K2=[H+]pH=pK2

3)、[A+]=[A-]K1xk2

=[H+]2pH=1/2(pK1+pK2)A+A0K1+[H+]+[H+]A0A-K21.00.500.51HClNaOH等电点（isoelectricpoint,pI）：在某一pH环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该氨基酸的等电点(pI)。等电点计算①侧链为非极性基团或非解离极性氨基酸：pI=½(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)：pI=½(pK1+pKR)③碱性氨基酸(赖、精、组)：pI=½(pK2+pKR)带电状态判定

pI-pH>0…………….带正电

pI-pH＝0……………不带电

pI-pH<0…………….带负电1.00.500.51HClNaOH在弱碱性条件下，AA的氨基与异硫氰酯（PITC）反应，生成苯氨基硫甲酰衍生物，后者在硝基甲烷中与酸作用而环化，生成苯乙内酰硫脲（PTH）衍生物。该反应被Edman成功地应用与氨基酸序列分析，所以又称Edman反应。2.Edman反应20种AA,大部分与茚三酮反应生成紫色的化合物；而脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色的化合物。此反应可用于氨基酸的定性和定量分析。4.巯基反应（三）.紫外吸收性质20种氨基酸在可见光区域均无光吸收，在远紫外区（<220nm）均有光吸收。R基团含有芳香环共轭双键的AA：Trp279nmTyr278nmPhe259nm蛋白质由于含有这些氨基酸，一般最大光吸收在280nm，可用于蛋白质定量分析。蛋白质结构的主要层次一级结构四级结构二级结构三级结构primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequaternarystructure超二级结构

supersecondarystructure结构域Structuraldomain蛋白质结构的主要层次第三节蛋白质一级结构一、氨基酸以肽键连接二、多肽链的结构与命名三、重要的天然寡肽蛋白质的一级结构

多肽链中氨基酸残基从N端到C端的排列顺序，称为蛋白质的一级结构(primarystructure)。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。主要靠肽键维系例：牛胰岛素的一级结构现已证明，蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接起来的多肽链。由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合形成酰胺键，称为肽键（peptidebond)一、氨基酸以肽键连接肽基二、多肽链的结构和命名肽单位肽键氨基酸残基氨基端N端H端羧基端C端OH端多肽链的骨架由重复的肽单位排列而成，成为主链。R基团成为侧链1、结构氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水形成肽（peptide）2、命名多肽和寡肽无严格界限小分子肽一般按其氨基酸残基排列顺序命名，如：Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Pro-Cys酪胺酰甘胺酰甘胺酰苯丙胺酰蛋胺酰脯胺酰半胱氨酸三、重要的天然寡肽生物体内有许多游离的小肽，具有各种特殊的生物学功能：激素、抗菌素、辅助因子。谷胱甘肽神经肽：脑啡肽（5肽）、内啡肽、强啡肽、P物质、Y肽肽类激素：催产素、加压素（8肽）等其他：生长因子；短杆菌S（抗生素）；甜味肽(-天冬氨酸-苯丙氨酸甲酯)等γ-

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，或保护巯基酶的巯基，或防止过氧化物积累。-天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯CH2NH2

CHC

NH

CHCOOCH2COOHOCH3一级结构测定

基本战略：片段重叠法＋氨基酸顺序直测法要点：a.

先纯化蛋白b.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分

c.测定肽链的N－末端和C－末端

d.应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽链的专一位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸位点，从而得到一系列大小不等的肽段。

e.分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序（如Edman法）

f.将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。蛋白质顺序测定基本战略

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专一性裂解测定氨基酸组成末端氨基酸测定二硫键拆开纯蛋白质第四节蛋白质高级结构一、蛋白质二级结构二、蛋白质三级结构三、超二级结构和结构域四、蛋白质四级结构一、蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构（secondarystructure）指多肽链借助氢键沿一维方向所形成的周期性结构。是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局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元．主要有以下类型：1、

α－螺旋（α－helix）2、β－折叠（β-pleatedsheet）3、非重复性二级结构（β－转角（β-turn）和无规则卷曲（nonregularcoil））蛋白质构象的形成基础肽键形式上是单键，但X－衍射分析表明，它具有部分双键的性质，因此不能自由旋转。肽平面(peptideunit)：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。肽平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）

二面角

两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。二面角（φ和ψ）1、α－螺旋（α－helix）0.5nm0.15nm0.54nmα-螺旋(α-helix)的结构特点右手螺旋：3.613螺旋，3.6个AA/圈，螺距0.54nm；氢键维系：链内氢键（AAn-CO…AAn＋4-NH）,平行长轴；侧链伸出螺旋。俯视图0.5nm注意α－helixH键的不同描述方式：（1）每个氨基酸残基的NH与前面隔3个氨基酸残基的CO形成；（2）第1个氨基酸残基的CO与第5个氨基酸残基NH的形成；（3）第n个氨基酸残基的CO与n＋4个氨基酸残基的NH形成。（较简练）由于脯氨酸的亚氨基形成肽键后，无法参与形成氢键，所以α-helix在此中断

。多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。

头发角蛋白2、β-折叠(β-pleatedsheet)特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即β－折叠片。类别：平行反平行β-折叠(β-pleatedsheet)的结构特点多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；氢键维系：相邻肽链上的N-H与C=O之间形成氢键,氢键的方向垂直长轴；可有平行片层和反平行片层结构；侧链交错位于锯齿状结构的上下方。3-1.β－转角（β-turn）

特征：多肽链中氨基酸残基n的-CO与残基（n+3）的-NH之间形成氢键，肽键回折1800。3-2.无规则卷曲

又称自由回转，是指没有一定规律的松散肽链结构。

酶的功能部位往往处于该构象区。

细胞色素C的三级结构无规则卷曲二、蛋白质的三级结构

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，借助次级键维系使α－螺旋、β－折叠片、β－转角等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。

实例：肌红蛋白核糖核酸酶肌红蛋白三级结构核糖核酸酶三级结构示意图

N

His12CHis119Lys41

丙酮酸激酶结构域4羧肽酶

腺苷酸激酶

(a)(b)

丙糖磷酸异构酶乳酸脱氢酶结构域1黄素蛋白平行-折叠的结构比较（a）-园桶形排布，（b）马蹄形排布

三、蛋白质的超二级结构和结构域

(2)结构域（structuraldomain）

蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个α－螺旋或β－折叠或β－转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构

基本组合方式：αα；β×β；βββ

在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立、在空间上能够辨认的三维实体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域。

形成意义：

动力学上更为合理

蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更具柔性(１)超二级结构（supersecondarystructure）超二级结构类型卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域-螺旋-转角-折叠二硫键结构域1结构域2四、蛋白质的四级结构

四级结构是指由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范得华力。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。实例：血红蛋白烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构血红蛋白四级结构

5nm烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装

第五节蛋白质的分子结构与功能的关系

一、蛋白质一级结构与功能二、蛋白质高级构象与功能蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。

一、一级结构与功能的关系1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性

实例：细胞色素Ｃ2、蛋白质一级结构的变异与分子病

实例：血红蛋白质异常病变镰刀型贫血病3、蛋白质前体的激活与一级结构

实例：胰岛素原的激活一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的功能不同生物与人的Cytc的AA差异数目生物与人不同的AA数目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、猪、羊、狗11马12鸡、火鸡13响尾蛇14海龟15金枪鱼21角饺23小蝇25蛾31小麦35粗早链孢霉43酵母44

不同生物来源的细胞色素c中不变的AA残基

14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血红素细胞色素c分子的空间结构不变的AA残基

35个不变的AA残基，是CytC的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合细胞色素还原酶和氧化酶。正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图镰刀形红细胞正常红细胞-链N端氨基酸排列顺序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图

高级构象决定蛋白质的功能

1、蛋白质高级构象破坏，功能丧失

实例：核糖核酸酶的变性与复性2、蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定变化（变构效应）

实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性复性血红蛋白输氧功能和构象变化O2HbHb-O2O2血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛细血管中的PO2020406080100肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin第六节蛋白质的重要性质

一、两性解离性质及等电点二、蛋白质胶体性质三、蛋白质的沉淀四、蛋白质的变性与复性五、蛋白质呈色反应一、蛋白质两性解离性质和等电点

pH=pI

净电荷=0pH<pI净电荷为正pH>pI净电荷为负PrCOOHNH3++H++OH-+H++OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

当蛋白质溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质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，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（isoelectricpoint，pI）。二、蛋白质胶体由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成1-100nm的颗粒，因而具有胶体溶液的特征。可溶性蛋白质分子表面分布着大量极性氨基酸残基，对水有很高的亲和性，通过水合作用在蛋白质颗粒外面形成一层水化层，同时这些颗粒带有电荷，因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体。蛋白质胶体性质的应用透析法:利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（dialysis）。盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（saltingout）。三、蛋白质的沉淀如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，或除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。沉淀方法类别:1、高浓度中性盐（盐析、盐溶）2、酸碱（等电点沉淀）3、有机溶剂沉淀4、重金属盐类沉淀5、生物碱试剂和某些酸类沉淀6、加热变性沉淀四、蛋白质变性与复性●当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）。表征：生物活性丧失；物理性质（溶解度、粘度、扩散系数、光谱特性等）和化学性质（化学反应，被酶解性）改变

应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；……

●蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性复性五、蛋白质主要呈色反应

双缩脲反应酚试剂反应→蛋白质定量、定性

茚三酮反应测定常用方法

双缩脲反应

蛋白质在碱性溶液中也能与硫酸铜发生相同反应，产生红紫色络合物红紫色络合物(-OH)Cu2+

问答题和计算题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试比较Gly、Pro与其它常见氨基酸结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？3、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。4、为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？5、什麽是蛋白质的变性？变性的机制是什麽？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。6、