第04章蛋白质化学

蛋白质的化学第四章目的与要求：学时：6第一节了解第二节掌握第三节重点掌握第四节重点掌握第五节理解第六节了解第七节自学一、蛋白质是构成生物体的基本成分分布广：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。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。第一节蛋白质是生命的物质基础二、蛋白质具有多样性的生物学功能proteins生物催化运动、支持免疫防御代谢调节转运、贮存控制生长和分化信息接受和传递组成生物膜第二节蛋白质的化学组成一、蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘

。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。蛋白质的含量=蛋白质含氮量×6.251/16二、蛋白质结构的基本单位（一）氨基酸的结构RL-氨基酸的通式1.氨基酸都是两性电解质2.组成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸（脯氨酸例外）3.各种氨基酸的侧链R的结构和性质不同α碳原子4.组成蛋白质的氨基酸都是L-氨基酸（甘氨酸例外）1．非极性R基氨基酸,8种。

2．极性不带电荷R基氨基酸,

7种。3．带负电荷的R基氨基酸,2种4．带正电荷的R基氨基酸，3种（二）氨基酸的分类

必需氨基酸(essentialaminoacid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：Ile、Met、Val、Leu、Trp、Phe、Thr、Lys。“一家写两三本书来”（三）氨基酸的分离与分析1.

自动氨基酸分析仪2.

高效液相色谱3.

离子交换层析4.

生物质谱蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第三节蛋白质的分子结构包括

一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)空间结构定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。*肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的

-羧基与另一个氨基酸的

-氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）肽键和肽链+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端体内多肽和蛋白质生物合成时，是从氨基端开始，延长到羧基端终止。多肽链有两端N末端C末端牛核糖核酸酶一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。（二）蛋白质一级结构测定的原理分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基把肽链水解成片段，分别进行分析测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因测定DNA序列排列出mRNA序列二、蛋白质的构象又称为空间结构，立体结构，高级结构，三维构象等。蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列，分布及肽链的走向。（一）维持蛋白质构象的化学键

1.氢键2.疏水键

3.离子键（盐键）

4.范德华氏（vanderWaals)引力5.配位键6.二硫键ddd范德华力二硫键（二）蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义

主要的化学键：

氢键

蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折叠(

-pleatedsheet)

-转角(

-turn)

无规线团(randomcoil)

肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转。参与肽键的6个原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，称为肽键平面，也称肽单元

(peptideunit)。1.肽单位2.

-螺旋结构特点：右手螺旋每螺旋圈包含3.6个氨基酸残基，每个残基跨距0.15nm，螺旋上升一圈0.54nm。相邻螺旋之间通过肽键上的酰基氧与亚氨基氢间形成氢键保持螺旋结构稳定。氢键方向与螺旋长轴基本平行。氨基酸侧链伸向螺旋外侧，对

-螺旋的形成有一定影响。二级结构中的氢键3.

-折叠要点：⑴肽键平面折叠成锯齿状（折纸状）R－基团交错位于齿状结构上下方⑵氢键维持稳定与主链长轴垂直⑶两条以上肽链并列时，

-片层有顺式和反式平行(4)R-基团太大时，

-折叠不易形成β-折叠：顺式和反式中的氢键4.

-转角

-转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。5.无规卷曲RNase的分子结构（三）超二级结构模体(motif)多肽链顺序上相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体(motif)。这种规则的二级结构的聚集体称为超二级结构，它们可直接作为三级结构的“建筑块”或结构域的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构纤连蛋白分子的结构域（四）结构域（domain）在较大的蛋白质分子中，由多肽链上相邻的超二级结构紧密的联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的三维实体，各行使其功能，称为结构域(domain)。特点：结构域与分子整体以共价键相连具有相对独立的空间构象和生物学功能同一蛋白质中的结构域可以相同或不同，不同蛋白质中的结构域也可能相同或不同疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。主要的化学键：次级键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。(五）蛋白质的三级结构具有三级结构的蛋白质才具有生物学活性，三级结构一旦破坏，蛋白质的生物学功能丧失胰岛素分子的三级结构溶菌酶的三级结构（六）蛋白质的四级结构血红蛋白的四级结构

蛋白质结构示意图三、蛋白质和多肽合成的基本原理（二）采用生物技术合成蛋白质（一）化学合成法的基本原理1.氨基酸的基团保护2.多肽的液相合成3.多肽的固相合成1.基因工程2.细胞工程3.酶工程蛋白质结构与功能StructureandFunctionofProtein第四节一级结构是蛋白质生物学功能的基础一、蛋白质一级结构与功能的关系1、一级结构不同，功能不同（一）一级结构与功能的关系剩2-10％丧失活性

活性仍100％

2.一级结构中“关键”部位相同，其功能也相同例：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)3.一级结构中“关键”部位不同，其生物学活性也改变—SicklecellanemiaThesickledcellsarefragile.Theirbreakdownleadstoananemiathatleavesthevictimsusceptibletoinfectionsanddiseases.Theelongatedcellstendtoblockcapillaries,causinginflammationandconsiderablepain

二、蛋白质空间结构与功能的关系1.蛋白质前体的活化蛋白质分子特定的空间构象是蛋白质实现其功能或活性所必需蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，而一级结构没有变化，称为变构效应。2.蛋白质的变构现象

第五节蛋白质的性质CharactersofProtein一、蛋白质分子的大小、形状及分子量测定1、分子筛层析2、SDSSDS-十二烷基硫酸钠3、生物质谱二、蛋白质的变性*蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象发生改变或破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。1、变性的本质——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。生物活性的丧失理化性质的改变如：黏度增加，失去结晶能力，易被蛋白酶水解等2、变性蛋白的特征3、变性作用的因素和程度如加热、紫外线、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

4、变性作用的意义酒精、紫外线消毒；高温灭；除去杂蛋白；避免活性成分变性。1、氨基酸的两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。氨基酸等电点(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。三、蛋白质的两性电离与等电点pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子2.蛋白质的两性电离*蛋白质的等电点(isoelectricpoint,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。四、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。*蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化层+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++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酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉2.有机溶剂沉淀蛋白质：使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积，蛋白质被丙酮沉淀时，应立即分离，否则蛋白质会变性，除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。

1.中性盐沉淀蛋白质：在蛋白质溶液中加入大量的硫酸铵，硫酸钠或氯化钠等中性盐，破坏蛋白质的水化膜和同种电荷，使蛋白质颗粒相互聚集，发生沉淀。

五、蛋白质沉淀反应3.加热沉淀反应4.重金属盐沉淀法蛋