第三章蛋白质化学

1、第三章 蛋白质化学,1酶蛋白：淀粉酶 2运输蛋白：血红蛋白 3运动蛋白：肌动蛋白 4激素蛋白：牛胰岛素 5贮藏蛋白：卵清蛋白 6防御蛋白：免疫球蛋白 7结构蛋白：角蛋白 8受体蛋白：钙调蛋白 9毒蛋白：蛇毒,蛋白质的功能,蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧、氮和少量的硫外，某些蛋白质还含有磷、铁、锌、铜、钼、碘等元素。 碳 5055 氢 68 氧 2023 氮 1518% 硫 04,第一节 蛋白质的分子组成,由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量：,样品蛋白质含量 = 样品含氮量 6.25,蛋白质水解,随着水解条件的改变，肽以前的

2、这些降解物最终都可以水解成氨基酸；而氨基酸则不能水解成更小的单位。 所以，氨基酸是蛋白质的基本结构单元。,组成生物体蛋白质的氨基酸常见的有20种。 通式为：,其中19种为氨基酸，脯氨酸为亚氨基酸。 蛋白质水解得到的氨基酸都属于L构型。,氨基酸的分类,根据R基团的极性分类：,1. 非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp,2. 极性不带电荷氨基酸：Gly、Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys,3. 极性带负电荷氨基酸：Asp、Glu,4. 极性带正电荷氨基酸：His、Lys、Arg,非极性氨基酸,极性不带电荷氨基酸,极性带负电荷氨基酸,极性带正电荷氨

3、基酸,硒代半胱氨酸（Selenocysteine ） is found in many enzymes (having been recognized as the 21st amino acid in ribosome-mediated protein synthesis!).,根据R基团的结构分类：,脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys、Ser、Thr、Glu、Asp、Lys、Arg、Gln、Asn 芳香族氨基酸：Phe、Tyr 杂环氨基酸：His、Trp 杂环亚氨基酸：Pro,根据R基团的酸碱性分类：,酸性氨基酸：Asp、Glu 碱性氨基酸：Lys、Arg

4、、His 中性氨基酸：其他,必需氨基酸：在人和非反刍动物体内不能合成，需从食物中摄取，以保证正常生命活动的需要，这类氨基酸称。如： Val、 Ile、 Leu、 Phe、 Met、 Trp、 Thr、Lys 半必需氨基酸：His、Arg,非蛋白质氨基酸：以游离态或结合态存在，不参与蛋白质的组成。如茶氨酸。,稀有氨基酸：是一些氨基酸的衍生物，不参与蛋白质的合成。蛋白质合成以后通过酶的催化修饰而形成的。如4-羟基脯氨酸。,除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据,氨基酸的旋光性,氨基酸的理化性质,构成蛋白质的20种氨

5、基酸都不吸收可见光。酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)具有共轭双键结构，能够吸收紫外光。,氨基酸的紫外吸收,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，以两性离子的形式存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,氨基酸的两性解离,pHpI,pHpI,pHpI,氨基酸的等电点(Isoelectric point, pI )：在某一特定的pH条件下，氨基酸分子在溶液中离解成阳离子和阴离子的数目和趋势相等，这时溶液的pH即为该氨基酸的等电点。,当 pH pI时，氨基酸带正电荷 pH pI时，氨基酸带负电荷,一氨基一羧基：pI = (pK1+pK2)/2,一氨基二羧基： pI=(p

6、K1+pKR)/2,二氨基一羧基： pI=(pKR+pK2)/2,氨基酸的化学反应,茚三酮反应,氨基酸与茚三酮（ninhydrin）的反应是一个检测和定量氨基酸和蛋白质的重要反应。,Sanger反应,2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene, DNFB）也叫做Sanger试剂。DNFB在弱碱性溶液中与氨基酸发生取代反应，生成黄色化合物二硝基苯基氨基酸（dinitro phenyl amino acid, DNP氨基酸）,Edman反应,苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱性条件下，与氨基酸反应生成苯乙内酰硫脲衍生物，即PTH-氨基酸，此反应又称之Edman反应，该反应是蛋

7、白质或多肽氨基酸序列测定常用的反应。,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键(peptide bond)。 氨基酸通过肽键连接起来的化合物称为肽(peptide)。,肽与肽键,肽键,由两个氨基酸组成的肽称为二肽；含量小于10个氨基酸的肽称为寡肽；超过10个氨基酸的肽称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基(amino acid residue)。,通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。,Ser-Gly-Try-Ala-

8、Leu,肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。组成肽键的4个原子和2个C处在同一平面内，称酰胺平面(amide plane) 或肽平面(peptide plane)。,两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角。,多肽链可以看成由C串联起来的无数个酰胺平面组成。,指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序及二硫键的位置。,第二节 蛋白质的分子结构,一、蛋白质的一级结构 Primary structure,每一种蛋白质都具有唯一的氨基酸序列，实际上蛋白质的氨基酸序列是由DNA决定的。 蛋白质的氨基酸序列具有重要意义：1

9、. 蛋白质的氨基酸序列是阐明蛋白质生物活性的分子基础； 2. 蛋白质的一级结构决定它的空间结构；3. 氨基酸序列的改变可以导致蛋白功能异常和疾病；4. 通过对一些蛋白质的氨基酸序列的比较可以反应出一些生物亲缘关系。,镰刀型贫血 .N.Val 6,正常人血红蛋白，.N.Glu 6,GAA,GTA,二、构型与构象,构型(configuration)：分D或L型 构象(conformation)：单键的旋转,维系蛋白质三维结构的作用力有：氢键、疏水力、离子键、范德华力、配位键、酯键、二硫键等。,a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键,维持蛋白质分子构象的作用力,指多肽链主链由于氢键

10、的作用而形成的空间排布。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有-螺旋、-折叠、-转角、-转角、无规则卷曲等。,三、蛋白质的二级结构 Secondary structure,1. 多肽链主链环绕螺旋中心轴螺旋式上升。螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm。, -螺旋 ( -helix),1951年，Pauling and Corey 提出，要点有：,2.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。 3. 蛋白质分子为右手-螺旋。,-折叠是由

11、两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。 -折叠有两种类型：平行式和反平行式。,(2) - 折叠 (- pleated sheet),反平行式 - 折叠,平行式 - 折叠,由四个氨基酸残基组成，弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 NH 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。,(3) - 转角 (- turn),四、蛋白质的超二级结构 Super secondary structure,指相互邻近的二级结构在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚合体。 种类有：、 、 等。,五、蛋白质的结构域 structu

12、ral domain,在较大的蛋白质分子或亚基中，其三维结构往往可以形成两个或多个空间上可以明显区别的区域。,肌钙蛋白C,是指在二级结构基础上，肽链进一步折叠卷曲形成的特定空间构象。包括侧链基团在内的所有原子空间排列。 维系蛋白质三级结构的主要作用力是次级键。包括氢键、疏水键、离子键和范德华力等。,六、蛋白质的三级结构 Tertiary structure,肌红蛋白的三级结构,Tertiary structure of sperm whale myoglobin. a) backbone; b) ”mesh” image; c) surface contour image; d) ribbon

13、; e) space-filling model.,指寡聚蛋白中各亚基立体排布和各亚基间的相互作用。 由两条或两条以上的多肽链盘绕聚合而成的蛋白质，称为寡聚蛋白质，其每一条具有三维结构的多肽链称为亚基(subunit)。 维持亚基之间的化学键主要是疏水力。,六、蛋白质的四级结构 Quaternary structure,血红蛋白的四级结构,第四节 蛋白质的重要理化性质,一、蛋白质的两性解离及等电点,蛋白质也是两性电解质，蛋白质分子所带电荷的性质与数量是由蛋白质中可解离基团的种类和数目以及溶液的pH共同决定。,等电点(pI)：蛋白质所带正电荷与负电荷相等时溶液pH。,蛋白质在等电点pH条件下，不

14、发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。,电泳 (electrophoresis)：带电质点在电场中向其与自身所带电荷相反方向的电极移动的现象。,双向电泳 ( 2-D PAGE ),二、蛋白质的变性,变性(denaturation)：天然蛋白质因受某些物理因素或化学因素的影响，由氢键、盐键等次级键维系的高级结构遭到破坏，分子结构发生改变，致使其物理性质、化学性质、生物活性改变的作用。,引起蛋白质变性的因素有： 1.化学因素：强酸、强碱、脲、胍、重金属盐等。 2. 物理因素：加热、紫外线、X射线、超声波等。,变性,复性,复 性：变性后蛋白质恢复其天然构象。 可逆变性：能够复

15、性的变化。 不可逆变性：,核糖核酸酶的变性与复性作用,Native ribonuclease,Denative reduced ribonuclease,Native ribonuclease,8 M urea and -mercapotoethanol,变性,复性,大部分蛋白质均含有带芳香环的Tyr、Trp和Phe。因此有紫外吸收特性。 这三种氨基酸的在280nm 附近有最大吸收。因此，大多数蛋白质在280nm 附近显示强的吸收。 利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。蛋白质浓度1.55A280-0.76A260,三、蛋白质的紫外吸收,1. 蛋白质多肽链中的肽键是通过一个氨基酸的_基和另一

16、氨基酸的_基连接而形成的。 2. 大多数蛋白质中氮的含量较恒定，平均为_%，如测得1克样品含氮量为10mg, 则蛋白质含量为_%。 3. 在20种氨基酸中，酸性氨基酸有_和_2种，具有羟基的氨基酸是_和_，含硫的氨基酸有_和_。能形成二硫键的氨基酸是_。 4. 蛋白质中的_、_和_3种氨基酸具有紫外吸收特性，因而使蛋白质在280nm处有最大吸收值 5今有甲、乙、丙三种蛋白质，它们的等电点分别为8.0、4.5和10.0,当在pH8.0缓冲液中，它们在电场中电泳的情况为：甲_，乙_，丙_。 6谷氨酸的pK1(-COOH)2.19, pK2 (-NH+3 ) = 9.67, pKR(R基)= 4.25, 谷氨酸的等电点为_。 7一个-螺旋片段含有1