生物化學第二章蛋白質化學

1、生物化學第二章蛋白質化學n蛋白質存在于所有的生蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和體最基本的結構物質和功能物質。功能物質。n蛋白質是生命活動的物蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。所有的生命活動過程。第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質是生命的物質基礎蛋白質是生命的物質基礎 1.蛋白質是生物體內必不可少的重要成分蛋白質是生物體內必不可少的重要成分 人體人體 45% 45% 細菌細菌 50%80% 50%80% 真菌真菌 14%52% 14%52% 酵母菌酵母菌 14%50% 14%50% 蛋白質占干重蛋白質占干重 2. 2

2、.蛋白質是一種生物功能的主要執(zhí)行者蛋白質是一種生物功能的主要執(zhí)行者u 酶的催化作用酶的催化作用u 調節(jié)作用調節(jié)作用( (多肽類激素多肽類激素) )u 運輸功能運輸功能u 運動功能運動功能u 免疫保護作用免疫保護作用u 接受、傳遞信息的受體接受、傳遞信息的受體u 毒蛋白毒蛋白 沒有蛋白質就沒有生命沒有蛋白質就沒有生命第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質的分類蛋白質的分類一、根據(jù)分子形狀分類一、根據(jù)分子形狀分類球狀蛋白質球狀蛋白質纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質二、根據(jù)組成分類二、根據(jù)組成分類單純蛋白單純蛋白結合蛋白結合蛋白三、根據(jù)功能分類三、根據(jù)功能分類活性蛋白活性蛋白非活性蛋白非活性蛋白一、蛋白質的元素組成、蛋白質的

3、元素組成碳碳 (C) 50%(C) 50%氫氫 (H) 6%(H) 6%氧氧 (O) 19%24%(O) 19%24%氮氮 (N) 16%(N) 16%硫硫 (S) 0%3%(S) 0%3%少量的磷少量的磷 (P) (P) ，鐵，鐵 (Fe) (Fe) ，銅，銅 (Cu),(Cu),鋅鋅 (Zn) (Zn) 和碘和碘 (I)(I)等等 第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質的化學組成蛋白質的化學組成n蛋白質含量的測定蛋白質含量的測定: :凱氏定氮法凱氏定氮法( (測定氮的經典方法測定氮的經典方法) )100100克樣品中蛋白質含量克樣品中蛋白質含量可測可測每克樣品中含每克樣品中含N N量量 6.25 6.25

4、100(%)100(%)二、組成蛋白質的基本單位二、組成蛋白質的基本單位氨基酸氨基酸CRH3N+HCOO-CRH2NHCOOH非解離形式非解離形式兩性離子形式兩性離子形式氨基酸的結構通式：氨基酸的結構通式： 同一碳原子上連同一碳原子上連COOHNH2n共有共有2020種基本氨種基本氨基酸，各種氨基基酸，各種氨基酸的不同在于酸的不同在于 R R側鏈各不相同側鏈各不相同. .2 2、根據(jù)氨基酸側鏈理化性質分為以下四、根據(jù)氨基酸側鏈理化性質分為以下四類：類：（1 1）非極性疏水性氨基酸：）非極性疏水性氨基酸：R R無極性無極性（2 2）極性中性氨基酸：）極性中性氨基酸：R R有極性有極性, ,不帶電

5、荷不帶電荷（3 3）酸性氨基酸：）酸性氨基酸： R R有極性，帶負電荷有極性，帶負電荷 （4 4）堿性氨基酸：）堿性氨基酸： R R有極性，有極性，帶正電荷帶正電荷 （1 1）非極性疏水性氨基酸：非極性疏水性氨基酸： R R無極性無極性（2 2）極性：極性中性氨基酸）極性：極性中性氨基酸 R-R-基含有極性基團；基含有極性基團； 生理生理pHpH條件下不解離。條件下不解離。 （3 3）極性極性帶負電荷帶負電荷 ： 酸性氨基酸酸性氨基酸 R-基有基有COOH(COO- - ) 帶負電荷帶負電荷 （4 4）極性）極性帶正電荷帶正電荷 ： 堿性氨基酸堿性氨基酸 R-基有基有NH2(NH3+ +) 帶

6、正電荷帶正電荷 氨基酸的用途氨基酸的用途n臨床藥物：精氨酸、谷氨酸治療肝昏迷臨床藥物：精氨酸、谷氨酸治療肝昏迷n食品：谷氨酸是味精的主要成分食品：谷氨酸是味精的主要成分 氨基酸保健品氨基酸保健品生物體活性蛋氨酸是生物體活性蛋氨酸是S-S-腺苷蛋氨酸，它是活潑腺苷蛋氨酸，它是活潑甲基的供應者。甲基的供應者。第第 四節(jié)四節(jié) 蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構 二級結構二級結構 三級結構三級結構 四級結構四級結構蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構一級結構一級結構空間結構空間結構 一、蛋白質的一級結構一、蛋白質的一級結構概念：指不同種類和數(shù)量的氨基酸按概念：指不同種類和數(shù)量的氨基酸按 照特定的排列順序通過

7、肽鍵相照特定的排列順序通過肽鍵相 連形成的多肽鏈。連形成的多肽鏈。維系鍵：肽鍵（維系鍵：肽鍵（- CO-NH-，主），主） 二硫鍵（次）二硫鍵（次）肽鍵肽鍵CysMet Phe Lys Ser Thr Val NH2 COOH 存在形式：鏈狀存在形式：鏈狀 肽鍵：肽鍵：一個氨基酸的氨一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸基與另一個氨基酸的羧基之間失水形的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合鍵，所形成的化合物稱為肽。物稱為肽。 OH+ H2N+HOC O CH2 NH2 H C 丙氨酸丙氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸肽鍵肽鍵CH2 NH2 H C C O HOCH3 H C NH C

8、O 二肽二肽丙苯氨丙氨酸丙苯氨丙氨酸C O HOCH3 NHH C H+H2O多肽鏈的結構式多肽鏈的結構式絲氨酸絲氨酸纈氨酸纈氨酸酪氨酸酪氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽鍵N端端C端端氨基末端氨基末端氨基末端氨基末端 關于蛋白質的一級結構關于蛋白質的一級結構u組成蛋白質的氨基酸的數(shù)目。組成蛋白質的氨基酸的數(shù)目。u多肽鏈的氨基酸種類順序：最重要，是多肽鏈的氨基酸種類順序：最重要，是 功能的基礎。功能的基礎。

9、u多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。u決定空間結構，是功能的基礎。決定空間結構，是功能的基礎。 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Leu-腦啡肽腦啡肽C y sT y rIL eG lnA s nC y sP roL e uG lyN H2SS牛 催 產 素C y sT y rG lnA s nC y sP roSSP h eA rgG lyN H2牛 加 壓 素血紅蛋白血紅蛋白珠蛋白珠蛋白亞鐵血紅素鐮刀形紅細鐮刀形紅細胞胞正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖Hb-Hb-（正常人）（正常人） 纈纈-

10、 -組組- -亮亮- -蘇蘇- -脯脯- -谷谷- -谷谷- -賴賴 Hb-S Hb-S （患者）（患者） 纈纈- -組組- -亮亮- -蘇蘇- -脯脯- -纈纈- -谷谷- -賴賴正常紅細正常紅細胞胞N-val his leu thr pro glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因N-val his leu thr pro glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因The elongated cells tend to block capillaries, causing inflammation and considerable painn二、蛋白質的空間結構二、蛋白質的空間結構 蛋白

11、質的二、三、四級結構。蛋白質的二、三、四級結構。n（一）蛋白質的二級結構（一）蛋白質的二級結構 1 1、概念：在一級結構的基礎上通過、概念：在一級結構的基礎上通過 氫鍵的作用，多肽鏈主鏈骨架由氫鍵的作用，多肽鏈主鏈骨架由 于折疊、盤曲而形成的空間結構。于折疊、盤曲而形成的空間結構。維系鍵：氫鍵維系鍵：氫鍵2 2、主要形式：、主要形式：螺旋：由螺旋：由肽鍵平面盤旋肽鍵平面盤旋形成的螺旋狀形成的螺旋狀構象。構象。折疊：肽折疊：肽鍵平面呈伸展鍵平面呈伸展的鋸齒狀排列的鋸齒狀排列形成的結構。形成的結構。 折角：折角： 肽鏈出現(xiàn)肽鏈出現(xiàn) 180 180 回回折的轉角處結構。折的轉角處結構。 無規(guī)則線團：

12、無規(guī)則線團： 肽平面不規(guī)則排肽平面不規(guī)則排列列( (二二) )蛋白質的三級蛋白質的三級結構結構 蛋白質的三級蛋白質的三級結構是在二級結結構是在二級結構的基礎上進一構的基礎上進一步盤繞折疊形成步盤繞折疊形成更加復雜的結構更加復雜的結構維系鍵：維系鍵：氫鍵、疏水鍵、離子鍵。氫鍵、疏水鍵、離子鍵。( (三三) ) 蛋白質的四級結構蛋白質的四級結構 由兩個或兩個以上具有獨立三級結構由兩個或兩個以上具有獨立三級結構 的多肽借次級鍵締合而成的復雜結構。的多肽借次級鍵締合而成的復雜結構。 每一個三級結構也稱為一個亞基或亞單位。每一個三級結構也稱為一個亞基或亞單位。維系鍵：維系鍵：范德華力、范德華力、 離子鍵

13、、氫鍵離子鍵、氫鍵u 四級結構的單個四級結構的單個亞基無生物活性。亞基無生物活性。血紅蛋白四級結構血紅蛋白四級結構由由 4 4 個亞基組成個亞基組成一級結構一級結構二級結構二級結構三級結構三級結構四級結構四級結構亞基亞基 蛋白質分子結構蛋白質分子結構基本單位基本單位氨基酸氨基酸u一級結構：一級結構：u二級結構：二級結構：u三級結構：三級結構：u四級結構：四級結構：維系蛋白質分子結構的鍵維系蛋白質分子結構的鍵肽鍵（主）、二硫鍵肽鍵（主）、二硫鍵氫鍵氫鍵疏水鍵、氫鍵、離子鍵疏水鍵、氫鍵、離子鍵范德華力、氫鍵、鹽鍵、二范德華力、氫鍵、鹽鍵、二硫鍵硫鍵第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質結構與功能蛋白質結構與功能n一

14、級結構是形成空間結構的物質基礎；一級結構是形成空間結構的物質基礎；空間結構是生物學功能的基礎。空間結構是生物學功能的基礎。一、蛋白質的變性一、蛋白質的變性1 1 、概念：天然蛋白質受到物理、化學因、概念：天然蛋白質受到物理、化學因素的影響，導致其空間結構的破壞，從素的影響，導致其空間結構的破壞，從而使蛋白質的理化性質發(fā)生改變和生物而使蛋白質的理化性質發(fā)生改變和生物功能的喪失稱為蛋白質的變性作用。功能的喪失稱為蛋白質的變性作用。第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質的性質蛋白質的性質2 2 、引起蛋白質變性的因素：、引起蛋白質變性的因素：物理因素：加熱，紫外線，超聲物理因素：加熱，紫外線，超聲 波，劇烈震蕩波，劇

15、烈震蕩,X-,X-射線等。射線等?；瘜W因素：強酸、強堿、重金屬化學因素：強酸、強堿、重金屬 離子、尿素、丙酮、乙醇等。離子、尿素、丙酮、乙醇等。變性本質：空間結構破壞，變性本質：空間結構破壞， 一級結構不變（肽鍵完整）。一級結構不變（肽鍵完整）。n3 3、變性作用的特征、變性作用的特征 （1 1）生物活性喪失）生物活性喪失 （2 2）某些理化性質改變）某些理化性質改變 變性蛋白的溶解度減小。變性蛋白的溶解度減小。二、蛋白質的兩性電離和等電點二、蛋白質的兩性電離和等電點PrRH2NHCOOH-NH2H2O -NH3OH 陽離子陽離子, ,堿性堿性 -COOH COO H陰離子陰離子, ,酸性酸性

16、兩性電離兩性電離PrRH3N+HCOO-等電點：蛋白質中所帶的正電荷與負電荷相等電點：蛋白質中所帶的正電荷與負電荷相 等而呈電中性（此時為兩性離），等而呈電中性（此時為兩性離）， 此時溶液的此時溶液的 pH pH 稱為該蛋白質的等稱為該蛋白質的等 電點，常用電點，常用 pI pI 表示。表示。PrRH3N+HCOO- pH pI凈電荷為負凈電荷為負PrCOOHNH3+ + H+ OH- + H+ OH-PrCOO-NH2電泳：電泳：移向陰極移向陰極 pH = pI 凈電荷凈電荷=0=0PrCOO-NH3+PrH2NCOOH電泳：電泳：移向陽極移向陽極 電泳：電泳：不移動，不移動，此時溶解度最小

17、此時溶解度最小n等電點分別是等電點分別是pI=9.54pI=9.54、 pI=4.0pI=4.0、 pI=7.0pI=7.0的三種氨基酸的三種氨基酸, ,在在pH=7.0pH=7.0的溶液的溶液中，分別帶中，分別帶_電、電、_電和電和_；電泳時分別移向電泳時分別移向_、_和和_極。極。1 1、具有膠體溶液特征：、具有膠體溶液特征：PrPr在水溶液中在水溶液中 形成形成 1-100 nm1-100 nm的顆粒。的顆粒。2 2、蛋白質膠體穩(wěn)定性的因素：、蛋白質膠體穩(wěn)定性的因素：u布朗運動布朗運動u帶同種電荷，互相排斥；帶同種電荷，互相排斥；u表面極性基團與水形成表面極性基團與水形成“水化膜水化膜”

18、。三、膠體性質三、膠體性質3 3、生理作用：、生理作用： 與血漿膠體滲透壓的形成、血與血漿膠體滲透壓的形成、血液與組織之間的物質交換等有關。液與組織之間的物質交換等有關。透析工作圖透析工作圖半透膜原理半透膜原理四、蛋白質的沉淀四、蛋白質的沉淀蛋白質分子聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象稱為沉蛋白質分子聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象稱為沉淀。淀。u中性鹽沉淀反應中性鹽沉淀反應u有機溶劑沉淀有機溶劑沉淀u加熱沉淀反應加熱沉淀反應u重金屬鹽沉淀反應重金屬鹽沉淀反應u生物堿試劑沉淀反應生物堿試劑沉淀反應常用的沉淀方法：常用的沉淀方法：( (一一) )中性鹽沉淀反應中性鹽沉淀反應n常用的中性鹽：硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉常

19、用的中性鹽：硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉n性質：性質： 鹽溶：加少量中性鹽，蛋白質溶解度增加；鹽溶：加少量中性鹽，蛋白質溶解度增加； 鹽析：鹽析： 加高濃度中性鹽，蛋白質溶解度減小加高濃度中性鹽，蛋白質溶解度減小 n特點：蛋白質不變性。特點：蛋白質不變性。( (二二) ) 有機溶劑沉淀有機溶劑沉淀n試劑：乙醇、甲醇、丙酮等是脫水劑。試劑：乙醇、甲醇、丙酮等是脫水劑。n特點：特點： 蛋白質沉淀且變性。蛋白質沉淀且變性。（三）加熱沉淀反應（三）加熱沉淀反應n特點：等電點時易變性沉淀；特點：等電點時易變性沉淀； 其余條件雖變性但不易沉淀其余條件雖變性但不易沉淀（四）重金屬鹽沉淀反應（四）重金屬鹽沉淀反應（

20、五）生物堿試劑沉淀反應（五）生物堿試劑沉淀反應蛋白質沉淀與變性的關系：蛋白質沉淀與變性的關系：n沉淀與變性是兩個不同的概念，兩者有聯(lián)系沉淀與變性是兩個不同的概念，兩者有聯(lián)系但又不完全一致。但又不完全一致。n（1 1）蛋白質變性可表現(xiàn)為沉淀，亦可表現(xiàn)）蛋白質變性可表現(xiàn)為沉淀，亦可表現(xiàn)為溶解狀態(tài)。例如在等電點時加熱，蛋白為溶解狀態(tài)。例如在等電點時加熱，蛋白質易變性沉淀；但在等電點偏酸性溶液中質易變性沉淀；但在等電點偏酸性溶液中加熱，蛋白質變性也不易沉淀。加熱，蛋白質變性也不易沉淀。n（2 2）蛋白質沉淀有時可以是變性，亦可以）蛋白質沉淀有時可以是變性，亦可以不變性，取決于沉淀方法與條件及蛋白質空不

21、變性，取決于沉淀方法與條件及蛋白質空間結構是否破壞。例如蛋白質溶液中加入有間結構是否破壞。例如蛋白質溶液中加入有機溶劑，蛋白質變性并沉淀；而高濃度中性機溶劑，蛋白質變性并沉淀；而高濃度中性鹽可使蛋白質沉淀，但蛋白質不變性。鹽可使蛋白質沉淀，但蛋白質不變性。1 1、茚三酮反應、茚三酮反應蛋白質與茚三酮的丙酮溶液在蛋白質與茚三酮的丙酮溶液在pH5pH57 7的的溶液一起加熱可呈現(xiàn)藍紫色反應。溶液一起加熱可呈現(xiàn)藍紫色反應。五、蛋白質的顯色反應五、蛋白質的顯色反應2.2.雙縮脲反應雙縮脲反應 在強堿性溶液中，蛋白質與在強堿性溶液中，蛋白質與CuSO4CuSO4反反應，生成紫紅色化合物，這個反應稱為應，

22、生成紫紅色化合物，這個反應稱為雙縮脲反應。雙縮脲反應。 蛋白質分子中肽鍵反應，肽鍵要完整。蛋白質分子中肽鍵反應，肽鍵要完整。生成的顏色深淺與肽鍵數(shù)量成正比。生成的顏色深淺與肽鍵數(shù)量成正比。用于蛋白質的定性定量檢查。用于蛋白質的定性定量檢查。 酚試劑酚試劑（磷鎢酸磷鉬酸化合物）（磷鎢酸磷鉬酸化合物） 蛋白質分子中蛋白質分子中酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸3 3、酚試劑反應（福林反應）、酚試劑反應（福林反應） 藍色化合物藍色化合物 用于蛋白質的含量測定用于蛋白質的含量測定（藍色越深，含量越高）（藍色越深，含量越高）第七節(jié)第七節(jié) 蛋白質的分離與純化蛋白質的分離與純化 的基本原理的基本原理n蛋白質的含量

23、測定方法蛋白質的含量測定方法1 1、凱氏定氮法：測氮量、凱氏定氮法：測氮量2 2、福林酚試劑法、福林酚試劑法3.3.雙縮脲反應雙縮脲反應肽鍵結構要完整。生成的紫紅色深淺與肽鍵結構要完整。生成的紫紅色深淺與肽鍵數(shù)量成正比。肽鍵數(shù)量成正比。4.4.紫外分光光度法紫外分光光度法針對含苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸等芳針對含苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸等芳香族氨基酸的蛋白質，在波長香族氨基酸的蛋白質，在波長280nm280nm處有處有特征性的最大吸收峰。特征性的最大吸收峰。n5、BCA比色法比色法n6、Bradford蛋白分析法蛋白分析法 下課了！下課了！ 復習與鞏固復習與鞏固n1、蛋白質中氮的含量是（、蛋白質

24、中氮的含量是（ ）。）。n2、蛋白質的基本結構單位是（、蛋白質的基本結構單位是（ ）。）。n3、氨基酸在體內的代謝表現(xiàn)為（、氨基酸在體內的代謝表現(xiàn)為（ ）和）和（ ）兩個方面。）兩個方面。n4、蛋白質多肽鏈中的肽鍵是通過一個氨基酸蛋白質多肽鏈中的肽鍵是通過一個氨基酸的的 _ 基和另一氨基酸的基和另一氨基酸的 _ 基連接而基連接而形成的。形成的。 5、必需氨基酸是指合成人體蛋白需要的、必需氨基酸是指合成人體蛋白需要的氨基酸；非必需氨基酸是指合成人體蛋氨基酸；非必需氨基酸是指合成人體蛋白不需要的氨基酸。（白不需要的氨基酸。（ ）.6、構成蛋白質的、構成蛋白質的 20 種氨基酸都是必需氨種氨基酸都是

25、必需氨基酸?；?。 7、蛋白質的變性是蛋白質立體結構的破壞，、蛋白質的變性是蛋白質立體結構的破壞，因此涉及肽鍵的斷裂。因此涉及肽鍵的斷裂。8、具有四級結構的蛋白質，它的每個亞基單具有四級結構的蛋白質，它的每個亞基單獨存在時仍能保存蛋白質原有的生物活性。獨存在時仍能保存蛋白質原有的生物活性。 n氨基酸的通式是（氨基酸的通式是（ ） A BCRH2NHCOOHH CCRH2NCOOHNH2CRH2NCOOHCOOHCRH2NCOOHH D蛋白質的空間結構是指（蛋白質的空間結構是指（ ）。）。nA、一、二、三級結構、一、二、三級結構nB、一、二、四級結構、一、二、四級結構nC、一、二、三、四級結構、一、二、三、四級結構nD、二、三、四級結構、二、三、四級結構蛋白質功能的基礎是（蛋白質功能的基礎是（ ）。）。nA、一級結構、一級結構nB、二級結構、二級結構nC、三級結構、三級結構nD、四級結構、四級結構維系一級結構的鍵是維系一級結構的鍵是( );維系維系二級結構的鍵是（二級結構的鍵是（ ）。）。nA、氫鍵、氫鍵 nB、肽鍵和氫鍵、肽鍵和氫鍵nC、肽鍵和二硫鍵、肽鍵和二硫鍵 nD、肽鍵和離子鍵、肽鍵和離子鍵蛋白質的二級結構存在形式