生物化学章蛋白质化学

生物化学章蛋白质化学第1页，共67页，2023年，2月20日，星期一第二章蛋白质

第一节蛋白质的生物学功能第二节蛋白质的分子组成第三节蛋白质的分子结构第四节蛋白质的理化性质第五节蛋白质的分类第2页，共67页，2023年，2月20日，星期一学习目标掌握蛋白质的元素组成、基本组成单位及其结构通式，蛋白质各级结构的概念及主要化学键。熟悉蛋白质的理化性质以及分子病和构象病的发病机制。了解蛋白质的分类及营养作用。第3页，共67页，2023年，2月20日，星期一定义：蛋白质是由氨基酸通过肽键相连而成的具有特定结构并执行独特生物学功能的高分子有机化合物。特点：分布广、含量多、种类丰富,有生物学活性。是生命活动的主要承担者;更是执行者；蛋白质是生命的物质基础；没有蛋白质就没有生命。第二章蛋白质第4页，共67页，2023年，2月20日，星期一生物学功能催化作用调节作用转运作用运动作用结构成分机体防御酶：蛋白质中最大的一类胰岛素：调节血糖代谢血红蛋白：转运氧气肌动蛋白和肌球蛋白：形成细胞收缩系统结构蛋白：为细胞和组织提供强度和保护免疫球蛋白/抗体：与抗原结合，排除外界干扰第5页，共67页，2023年，2月20日，星期一元素组成组成CHONS其他含量（%）50-556-819-2413-19少量P、Fe、Mn、Zn、I等特点：

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%，即1g蛋白氮相当于6.25g蛋白质第二节蛋白质的分子组成

一、元素组成可用于蛋白质定量

每克样品蛋白质含量（g）=每克样品含氮量（g）*6.25第6页，共67页，2023年，2月20日，星期一存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L--氨基酸（甘氨酸除外）。二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第7页，共67页，2023年，2月20日，星期一二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸（一）结构通式：羧基氨基侧链基团特点：(1)相同点：均为α-氨基酸。

(2)不同点：R基的不同，决定氨基酸的不同种类。

(3)特殊点：除甘氨酸外，其余均为L-α-氨基酸；脯氨酸是α-亚氨基酸共同部分第8页，共67页，2023年，2月20日，星期一RL-氨基酸通式H甘氨酸CH3丙氨酸二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第9页，共67页，2023年，2月20日，星期一脯氨酸α-亚氨基酸第10页，共67页，2023年，2月20日，星期一（二）分类二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸第11页，共67页，2023年，2月20日，星期一非极性疏水性氨基酸第12页，共67页，2023年，2月20日，星期一2.极性中性氨基酸第13页，共67页，2023年，2月20日，星期一3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸第14页，共67页，2023年，2月20日，星期一必需氨基酸：

人体不能合成，必需由食物供给的氨基酸。共计8种，包括甲硫氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸。记忆：夹起一本亮色书来二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第15页，共67页，2023年，2月20日，星期一（三）连接方式——肽键

1、肽键：是有一个氨基酸的α-羧基（-COOH）与另一个氨基酸的α-氨基（-NH2）脱水缩合而成的酰胺键。

二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第16页，共67页，2023年，2月20日，星期一2、肽：氨基酸通过肽键相连而成的化合物成为肽。二肽、三肽，……一般10个以内的称为寡肽，更多的称为多肽。二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第17页，共67页，2023年，2月20日，星期一3、多肽链：多肽分子中的氨基酸相互衔接，形成长链称为多肽链。分为主链和侧链。二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第18页，共67页，2023年，2月20日，星期一4、氨基酸残基：

多肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合导致基团不全，简单的说就是指不完整的氨基酸。如甘氨酸残基为：—NH—CH2—CO—二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第19页，共67页，2023年，2月20日，星期一5、多肽链有两端

N-末端：未参与肽键形成的α-氨基酸端C-末端：未参与肽键形成的α-羧基端6、多肽链书写与命名均是由N-端到C-端

如从N-端到C-端依次为谷氨酸、半胱氨酸、和甘氨酸组成的三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，即谷胱甘肽。二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第20页，共67页，2023年，2月20日，星期一（四）体内重要的生物活性肽

谷胱甘肽（GSH）：体内重要的还原剂。临床上可作为解毒、抗辐射和治疗肝病的药物。

多肽类激素(如促甲状腺素释放激素)：在代谢、生长发育和繁殖方面，发挥重要的作用。

神经肽（如脑啡肽）：在神经传导中转导信号。临床上被用于镇痛治疗。二、蛋白质的基本组成单位

——氨基酸第21页，共67页，2023年，2月20日，星期一第二节、蛋白质的分子结构高级结构

蛋白质的一级结构基础结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构第22页，共67页，2023年，2月20日，星期一定义：从N-端到C-端的氨基酸排列顺序。主要化学键：肽键；二硫键的位置属于一级结构范畴。作用：是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一、蛋白质的一级结构第23页，共67页，2023年，2月20日，星期一（一）蛋白质的二级结构定义：

指多肽链主链骨架扭曲、盘旋、折叠形成的局部特定的空间结构，它不涉及氨基酸残基的R侧链构象。它是指该段肽链主链骨架原子的相对空间位置。二、蛋白质的空间结构第24页，共67页，2023年，2月20日，星期一

组成肽键的4个原子和2个相邻的α碳原子都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称为肽平面或酰胺平面。是蛋白质构象的基本结构基础。形成基础：肽单元（肽键平面）

肽键的4个原子和与之相连的2个α-碳原子所组成的基团。二、蛋白质的空间结构第25页，共67页，2023年，2月20日，星期一第26页，共67页，2023年，2月20日，星期一第27页，共67页，2023年，2月20日，星期一主要作用力：主链内和主链间所形成的氢键。

主要形式：α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲。二、蛋白质的空间结构第28页，共67页，2023年，2月20日，星期一结构要点:

①多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。

②每圈螺旋含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm。

③氢键是主要化学键，与螺旋长轴基本平行。

-螺旋第29页，共67页，2023年，2月20日，星期一

-螺旋第30页，共67页，2023年，2月20日，星期一-折叠①多肽链主链折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。②两段以上的β-折叠结构平行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行。③两链间的肽键之间形成氢键，以稳固β-折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。

第31页，共67页，2023年，2月20日，星期一-折叠第32页，共67页，2023年，2月20日，星期一-转角：①肽链内形成180º回折。②含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。③第二个氨基酸残基常为Pro。第33页，共67页，2023年，2月20日，星期一无规则卷曲没有确定规律性的肽链结构。第34页，共67页，2023年，2月20日，星期一（二）蛋白质的三级结构定义：

指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链中所有原子在三维空间的排布，包括主链和侧链的空间结构。二、蛋白质的空间结构第35页，共67页，2023年，2月20日，星期一主要化学键：侧链基团之间相互作用形成的次级键，如疏水键、离子键、氢键、范德华力等；其中疏水键是最主要的作用力。仅由一条多肽链构成的蛋白质，只要形成了三级结构即可具有生物活性。

第二节蛋白质的分子结构第36页，共67页，2023年，2月20日，星期一第37页，共67页，2023年，2月20日，星期一（三）蛋白质的四级结构

定义：指各亚基之间特定的三维空间结构。亚基：每一条具有完整三级结构的多肽链。亚基单独存在没有生物学功能，必需装配成完整的四级结构才有生物学功能。主要化学键：亚基之间的非共价键，如氢键、离子键等。第二节蛋白质的分子结构第38页，共67页，2023年，2月20日，星期一血红蛋白（Hb）的四级结构第39页，共67页，2023年，2月20日，星期一一级结构是空间结构的基础，空间结构决定其功能。蛋白质分子中关键活性部位的氨基酸残基发生改变，将影响其生物学功能。三、蛋白质的结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系第40页，共67页，2023年，2月20日，星期一例：镰刀形红细胞贫血N-Val·His·Leu·Thr·Pro·Glu·Glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-Val·His·Leu·Thr·Pro·Val

·Glu·····C(146)第41页，共67页，2023年，2月20日，星期一

这种由蛋白质分子一级结构变异所导致的疾病，称为“分子病”。正常红细胞镰状红细胞第42页，共67页，2023年，2月20日，星期一

蛋白质空间结构与功能的关系血红蛋白结构与功能的关系血红蛋白有两种构象：紧张态与松弛态；紧张态与氧气亲和力小，松弛态与氧亲和力大。在组织中，呈现紧张态，使其携带的氧气易于释放。在肺部呈现松弛态，与氧气亲和力大，易于与氧气结合。

三、蛋白质的结构与功能的关系第43页，共67页，2023年，2月20日，星期一

协同效应：蛋白质的一个亚基与其配体结合后，就会影响其他亚基与其相应的配体结合。如果出现促进作用，称为正协同效应；如果是抑制作用，称为负协同效应。

三、蛋白质的结构与功能的关系

变构效应：小分子物质与大分子蛋白结合，引起蛋白质分子构象及生物学功能变化的过程。引起变构效应的小分子物质称为变构效应剂。第44页，共67页，2023年，2月20日，星期一蛋白质构象改变与疾病

三、蛋白质的结构与功能的关系由于蛋白质发生折叠错误，使其空间构象发生严重改变而导致的疾病，称为蛋白质构象病。如疯牛病、老年痴呆症等。

第45页，共67页，2023年，2月20日，星期一疯牛病疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病第46页，共67页，2023年，2月20日，星期一第三节蛋白质的理化性质蛋白质分子两端的游离α-氨基和α-羧基可解离，另外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定溶液的pH条件下，也会解离为带负电荷或正电荷的基团。一、蛋白质的两性解离及等电点第47页，共67页，2023年，2月20日，星期一一、蛋白质的两性解离等电点（pI）：当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。pH＞pI带负电，为阴离子pH＜pI带正电，为阳离子pH＝pI不带电，为兼性离子利用蛋白质的两性解离性质，可以将蛋白质用电泳、离子交换层析等方法将其分离、纯化。第48页，共67页，2023年，2月20日，星期一二、蛋白质的胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。颗粒表面同种电荷水化膜稳定因素第49页，共67页，2023年，2月20日，星期一+++++++带正电荷的蛋白质在等电点的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒溶液中蛋白质的聚沉水化膜第50页，共67页，2023年，2月20日，星期一蛋白质颗粒很大，不易透过半透膜。半透膜：能够允许离子和小分子自由通过的，而生物大分子不能自由通过。生物膜就是一种半透膜。透析：利用半透膜把大分子蛋白质和小分子物质分离的方法。二、蛋白质的胶体性质第51页，共67页，2023年，2月20日，星期一二、蛋白质的胶体性质第52页，共67页，2023年，2月20日，星期一意义：

使得体内各种蛋白质规律地分布在各种细胞膜内外。维持细胞内外的水和电解质平衡以及血管内外的水平衡。二、蛋白质的胶体性质第53页，共67页，2023年，2月20日，星期一三、蛋白质的变性定义：在某些物理和化学因素下，蛋白质的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学活性丧失的现象。本质：破坏了次级键断裂，改变空间结构。不涉及氨基酸序列的改变,即不破坏蛋白质的一级结构。第54页，共67页，2023年，2月20日，星期一物理因素高温高压振荡或搅拌紫外线照射超声波及x射线化学因素强酸强碱重金属离子有机溶剂（尿素、乙醇、丙酮等）三、蛋白质的变性影响蛋白质变性的因素第55页，共67页，2023年，2月20日，星期一

蛋白质变性后的性质改变

溶解度降低

结晶能力消失

粘度增加生物学活性丧失

易被蛋白酶水解三、蛋白质的变性↓加热第56页，共67页，2023年，2月20日，星期一

应用举例临床医学上，利用75%酒精、紫外线、高温等变性因素来消毒及灭菌。防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如低温保存疫苗、血清等）的必要条件。

三、蛋白质的变性第57页，共67页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的复性当蛋白质的变性程度较轻时，去除变性因素后，仍可以恢复原有的空间构象和功能，称为蛋白质的复性。若变性后的蛋白质不能复性。称为不可逆变性。三、蛋白质的变性第58页，共67页，2023年，2月20日，星期一

去除尿素、β-巯基乙醇尿素、β-巯基乙醇

天然状态，有催化活性非折叠状态，无活性核糖核酸酶的变性与复性第59页，共67页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的沉淀：在一定条件下，蛋白质胶体失去表面电荷和水化膜，使疏水侧链暴露在外，易于从溶液中析出的现象。变性的蛋白质易于沉淀，但是沉淀的蛋白质不一定变性（如盐析）。三、蛋白质的变性第60页，共67页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的盐析在蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐类（如硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等），使得蛋白质分子表面的水化膜被破坏，部分表面电荷被中和，蛋白质在水溶液中的稳定因素被去除尔沉淀析出，称为盐析。盐析法沉淀蛋白质不引起蛋白质变性。三、蛋白质的变性第61页，共67页，20