生物化學第二章 蛋白質(zhì)的組成與結(jié)構課件

第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構與功能如果把DNA比作我們生命的總導演的話，那么蛋白質(zhì)就是我們生命舞臺上的演員！本章提綱：蛋白質(zhì)的概念和生理功能蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的結(jié)構蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分類6機體的結(jié)構蛋白：毛發(fā)、皮膚、肌肉、骨骼、內(nèi)臟、大腦、血液、神經(jīng)、內(nèi)分泌蛋白質(zhì)在生命中的重要性

“生命是蛋白質(zhì)的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白質(zhì)的化學組成部分的不斷的自我更新。”

可以看出，第一，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎；第二，生命是物質(zhì)運動的特殊形式，是蛋白質(zhì)的存在方式；第三，這種存在方式的本質(zhì)就是蛋白質(zhì)與其外部自然界不斷的新陳代謝。生老病死，萬物輪回(蛋白質(zhì)層次)生（誕生、生長）：在蛋白質(zhì)（酶）控制（催化）下的老細胞計劃性凋亡和新細胞的再生（細胞新陳代謝）、活細胞物質(zhì)的代謝。老？

蛋白質(zhì)功能的普遍衰退。病？

個別蛋白質(zhì)的功能障礙死？

蛋白質(zhì)功能的全部停止,分解。身體的生長發(fā)育、衰老組織的更新、損傷組織的修復，都需要用蛋白質(zhì)作為機體最重要的“建筑材料”年輕人的表皮28天更新一次；胃黏膜兩三天就要全部更新。載體蛋白——在體內(nèi)運載各種物質(zhì)維持體液的酸堿平衡強酸性:蛋黃、乳酪、白糖、西點、柿子、烏魚子、柴魚等中酸性:火腿、雞肉、鮪魚、豬肉、鰻魚、牛肉、面包、小麥、奶油、馬肉等。弱酸性:白米、花生、啤酒、油炸豆腐、海苔、文蛤、章魚、泥鰍等。弱堿性:紅豆、蘿卜、蘋果、甘藍菜、豆腐等。中堿性:蘿卜干、大豆、胡蘿卜、番茄、香蕉、橘子、番瓜、草莓、梅干、檸檬、菠菜等。強堿性:葡萄、茶葉、海帶、天然綠藻類。免疫蛋白——白細胞、淋巴細胞、巨噬細胞、抗體、補體、干擾素等酶——催化和調(diào)節(jié)功能激素——調(diào)節(jié)體內(nèi)各器官的生理活性蛋白質(zhì)的生理功能供給能量蛋白質(zhì)胃蛋白酶多肽胰酶腸激酶(+)寡肽(氨基酸)氨基酸氨基肽酶二肽酶蛋白質(zhì)的消化一、蛋白質(zhì)的元素組成

蛋白質(zhì)的組成元素必含C、H、O、N，有些含有S，還有些蛋白質(zhì)含有金屬離子Fe、Zn、Ca等，個別含P、I。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為：碳50-55％氫6-7％氧19-24％

氮13-19%

硫0-4％其他微量

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。

由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以推算出蛋白質(zhì)的大致含量。蛋白質(zhì)元素組成的特點知識點1 無論蛋白質(zhì)來源如何，其含氮量都約為16%，取其倒數(shù)6.25，稱為蛋白質(zhì)換算系數(shù)。 它是通過氮元素含量分析測定蛋白質(zhì)大致含量的依據(jù)。粗蛋白質(zhì)(g）=氮元素含量（g）ⅹ6.25

凱氏定氮法（Kjeldahl）

測定化合物或混合物中總氮量的一種方法。即在有催化劑的條件下，用濃硫酸消化樣品將有機氮都轉(zhuǎn)變成無機銨鹽，然后在堿性條件下將銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，隨水蒸氣蒸餾出來并為過量的硼酸液吸收，再以標準鹽酸滴定，就可計算出樣品中的氮量。由于蛋白質(zhì)含氮量比較恒定，可由其氮量計算蛋白質(zhì)含量，故此法是經(jīng)典的蛋白質(zhì)定量方法。凱氏定氮法

二、蛋白質(zhì)的基本組成單位

——

氨基酸

蛋白質(zhì)

氨基酸強酸、強堿、蛋白水解酶知識點

氨基酸（aminoacid）：含有氨基和羧基的一類有機化合物的通稱。存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種。1.氨基酸的結(jié)構特點結(jié)構通式：

與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸。α氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是解離成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以解離狀態(tài)(-COO-)存在。-氨基酸的通式

三、氨基酸的分類按極性分類：非極性疏水性氨基酸(非極性R基氨基酸)極性中性氨基酸(不帶電荷的極性R基氨基酸)酸性氨基酸（含有兩個羧基）堿性氨基酸（含有兩個以上氨基）甘氨酸

glycineGlyG5.97丙氨酸

alanineAlaA6.00纈氨酸

valineValV5.96亮氨酸

leucineLeuL5.98異亮氨酸

isoleucineIleI6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF5.48脯氨酸

prolineProP6.30非極性疏水性氨基酸天冬氨酸

asparticacidAspD2.97谷氨酸

glutamicacidGluE3.22賴氨酸

lysineLysK9.74精氨酸

arginineArgR10.76組氨酸

histidineHisH7.593.酸性氨基酸（帶負電荷）4.堿性氨基酸（帶正電荷）按R側(cè)鏈的結(jié)構分類：脂肪族氨基酸芳香族氨基酸雜環(huán)族氨基酸芳香族氨基酸

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trg,W）雜環(huán)氨基酸

組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）CompanyLogo按營養(yǎng)學角度分類：必需氨基酸：機體不能合成、必需從食物中攝?。罕奖?、蛋、賴、蘇、色、亮、異亮、纈氨酸（蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值，取決于其含必需氨基酸種類及含量的多少）半必需氨基酸：機體雖能合成，但不能滿足正常的需要。需要量隨年齡增加而下降。（精、組氨酸，幼兒為必須）非必需氨基酸：體內(nèi)可合成，不需從食物中獲得氨基酸（酪、丙、半、絲、甘、天、谷氨（酰胺）、脯）CompanyLogo人體中必需的八種氨基酸記憶口訣苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸笨蛋來宿舍晾一晾鞋CompanyLogoCompanyLogo

氨基酸模式(aminoacidpattern)：是蛋白質(zhì)中各種必需氨基酸的構成比例。計算方法是將該種蛋白質(zhì)中的色氨酸含量定為l，分別計算出其它必需氨基酸的相應比值，這一系列的比值就是該種蛋白質(zhì)氨基酸模式。食物蛋白質(zhì)氨基酸模式與人體蛋白質(zhì)越接近時，必需氨基酸利用程度越高，食物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值也相對越高。CompanyLogo完全蛋白質(zhì)：含必需氨基酸的種類齊全，數(shù)量充足，比例合適。在膳食中用這類蛋白質(zhì)作為唯一的蛋白質(zhì)來源時，可以維持成年人健康，并可促進兒童的正常生長發(fā)育，完全蛋白質(zhì)是一種高質(zhì)量的蛋白質(zhì)，如乳類、蛋類以及瘦肉和大豆中的蛋白質(zhì)均屬于這種完全蛋白質(zhì)。CompanyLogo半完全蛋白質(zhì)：所含的必需氨基酸種類不夠齊全，數(shù)量多少不均，比例不太合適。食之雖然健康有益，但不夠理想。如果將半完全蛋白質(zhì)在膳食中作為唯一的蛋白質(zhì)來源時，可以維持生命，但不能促進生長發(fā)育。屬于半完全蛋白質(zhì)的食物如米、面粉、土豆、干果中的蛋白質(zhì)等。CompanyLogo不完全蛋白質(zhì)：這類蛋白質(zhì)中缺少若干種必需氨基酸，更談不上合適的比例。如果膳食中用這類蛋白質(zhì)作為唯一的蛋白質(zhì)來源時，既不能維持生命，更不能促進生長發(fā)育。如玉米、豌豆、肉皮、蹄筋中的蛋白質(zhì)均屬于不完全蛋白質(zhì)。CompanyLogo蛋白質(zhì)的互補作用

醫(yī)藥工業(yè)

氨基酸輸液必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。

氨基酸的用途

治療藥劑

精氨酸：對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果；天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促進毛發(fā)的生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；組氨酸：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療

食品工業(yè)營養(yǎng)強化劑；谷氨酸鈉－味精；天冬氨酸鈉：可用于清涼飲料，能增加清涼感并使香味濃厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯--甜味素（阿斯巴甜）味精的是非？？？“中國餐館癥候群”———從頭到上肢有麻木感和全身倦怠的特定癥狀等。

WHO用雙盲法進行了嚴密的檢查。其結(jié)果是，攝取了3～4.4克味精的人群未發(fā)現(xiàn)任何癥狀。一般每人每日攝入量以不超過6克為宜，過多可使血液中谷氨酸鈉含量增高，引起短時的頭痛、心跳加快、惡心、口干等癥狀。由于味精在155℃時可生成焦谷氨酸鈉而失去鮮味，并產(chǎn)生毒性。

化妝品工業(yè)

氨基酸能調(diào)節(jié)皮膚pH的變動，對細菌的防護作用，也可作為皮膚、毛發(fā)的營養(yǎng)成分，增加皮膚、毛發(fā)的光澤。防止皮膚干燥的自然保濕因子的主要成分是甘氨酸、羥基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等游離氨基酸。在化妝品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些維生素，可防止皮膚老化。

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構蛋白質(zhì)的分子結(jié)構包括

一級結(jié)構基本結(jié)構二級結(jié)構三級結(jié)構四級結(jié)構空間結(jié)構（高級結(jié)構）

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構：1、肽鍵：2、肽

3、一級結(jié)構一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合所形成的化學鍵。知識點

1、肽鍵+-H2O肽鍵2、肽（肽鏈）是氨基酸通過肽鍵連接而

成的化合物兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。

通常在肽鏈的一端含有一個游離的氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的羧基，稱為羧基端或C-端。肽鏈簡式：

N–末端，寫在左側(cè)C–末端，寫在右側(cè)肽鏈中順序編號從N—端開始Tyr--Gly--Gly--Phe--Leu

谷胱甘肽(glutathione,GSH)

重要的多肽

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽多肽類激素及神經(jīng)肽

腦啡肽：為五肽，具有鎮(zhèn)痛作用，它們在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中形成，是體內(nèi)自己產(chǎn)生的一類鴉片劑。Tyr--Gly--Gly--Phe--Leu催產(chǎn)素與加壓素：

均為九肽，分子中含有一對二硫鍵，兩者結(jié)構類似。前者第八位為Leu，后者為Arg。前者可刺激子宮的收縮，促進分娩。后者可促進小動脈收縮，使血壓升高，也有抗利尿作用，參與水、鹽代謝的調(diào)節(jié)。蛋白質(zhì)與多肽的區(qū)別：氨基酸數(shù)目？

穩(wěn)定的空間結(jié)構？＞100——蛋白質(zhì)＜100——多肽不穩(wěn)定的空間結(jié)構——多肽穩(wěn)定的空間結(jié)構——蛋白質(zhì)

3、一級結(jié)構(穩(wěn)定) 1969年國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）的定義為：

一級結(jié)構：蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸的排列順序。

例:牛胰島素的一級結(jié)構

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH弗雷德里克·桑格（FrederickSanger是一位英國生物化學家，曾經(jīng)在1958年及1980年兩度獲得諾貝爾化學獎，更關鍵的是，兩次獲獎理由都可歸結(jié)為：測序。1958：Sanger發(fā)明酶法測定人胰島素序列，從而確定胰島素的分子結(jié)構，開創(chuàng)了蛋白質(zhì)測序的領域。1980：Sanger榮獲諾貝爾化學獎。Sanger法后來成為主流，并用于人類基因組計劃（HGP）的測序。作用：是蛋白質(zhì)空間結(jié)構和生物學功能（生理功能）的基礎。定義：蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。包含了氨基酸的數(shù)目、種類以及氨基酸的順序。主要的化學鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

一級結(jié)構要點知識點

二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構定義：多肽主鏈的局部折疊片段，即蛋白質(zhì)分子中某一肽鏈的局部空間結(jié)構。主要的化學鍵：

氫鍵

-螺旋(最常見)

-折疊-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲蛋白質(zhì)二級結(jié)構的形式肽平面

參與肽鍵的6個原子共處于同一平面,稱為肽平面。（一）-螺旋——蛋白質(zhì)肽鏈骨架圍繞一個軸形成的構象。α-螺旋結(jié)構要點:主鏈骨架：主鏈圍繞中心軸呈順時針螺旋上升，形成右手螺旋。側(cè)鏈：側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。每圈螺旋含3.6個氨基酸，螺距為0.54nm。氫鍵：肽鍵中的羰基O和氨基H之間形成氫鍵，氫鍵與螺旋長軸基本平行。（二）-折疊β-折疊結(jié)構要點:主鏈骨架：主鏈比較伸展，折疊成鋸齒狀。側(cè)鏈：側(cè)鏈基團伸展在β-折疊的上方或下方。折疊組成：1個β-折疊可以由兩條以上的β-鏈組成，兩條β鏈走向可以相同也可以相反。氫鍵：在兩個肽鏈之間通過氫鍵形成。（三）-轉(zhuǎn)角-轉(zhuǎn)角①肽鏈內(nèi)形成180o回折。②含4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與第四個形成氫鍵。（四）無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲：沒有確定規(guī)律性的那

部分肽鏈結(jié)構α-螺旋

β-折疊

β-轉(zhuǎn)角

無規(guī)卷曲

蠶絲蛋白膠原蛋白主要的化學鍵：肽鍵間的氫鍵二級結(jié)構要點知識點主要形式：-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。三、 三級結(jié)構（TertiaryStructure） 是指蛋白質(zhì)分子在一、二級結(jié)構基礎上，進一步盤曲折疊，形成特定的近似球狀的結(jié)構。88蚓激酶蛋白質(zhì)三維結(jié)構肌紅蛋白三級結(jié)構醇脫氫酶三級結(jié)構四、 四級結(jié)構（QuaternaryStructure） 有些蛋白質(zhì)分子是由兩個或兩以上的有三級結(jié)構的多肽鏈（亞基）組成的。蛋白質(zhì)四級結(jié)構是指蛋白質(zhì)分子中亞基與亞基間的立體排布。血紅蛋白有四級結(jié)構肌紅蛋白無四級結(jié)構蛋白質(zhì)的四級結(jié)構

定義：四級結(jié)構是指由兩個或兩個以上具有三級結(jié)構的多肽鏈按一定方式聚合而成的特定結(jié)構。(各個亞基間的空間排布和相互作用）其中每條多肽鏈稱為亞基。知識點亞基(subunit)：就是指參與構成蛋白質(zhì)四級結(jié)構的、每條具有三級結(jié)構的多肽鏈，單獨存在時一般無生物學活性。亞基可以相同或不同.血紅蛋白的空間結(jié)構第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構與功能的關系蛋白質(zhì)一級結(jié)構是空間結(jié)構的基礎蛋白質(zhì)的空間結(jié)構決定其生理功能一級結(jié)構相似的蛋白質(zhì)具有相似的空間結(jié)構與生理功能

分子病—指蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構（AA排列順序）與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變造成的)。例：鐮刀形細胞性貧血病病因：血紅蛋白AA順序的改變

蛋白質(zhì)一級結(jié)構改變導致分子病

蛋白質(zhì)空間結(jié)構改變導致構象病蛋白質(zhì)構象疾?。旱鞍踪|(zhì)的折疊錯誤蛋白質(zhì)的空間結(jié)構發(fā)生改變（盡管其一級結(jié)構不變）影響其功能導致疾病發(fā)生。阿爾茨海默病

1.蛋白質(zhì)的兩性解離

2.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

3.蛋白質(zhì)的變性

4.

蛋白質(zhì)的沉淀第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1、蛋白質(zhì)的兩性電離

蛋白質(zhì)分子兩端的氨基和羧基可解離，在一定的溶液pH條件下可解離成帶負電荷或正電荷的基團。氨基電離得到陽離子（正電）羧基電離得到陰離子（負電）氨基與羧基同時電離得到兩性離子（中性）在同一環(huán)境下，只能選擇一種電離方式（1）蛋白質(zhì)的等電點(pI)

在某一pH條件下，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的數(shù)量相等，靜電荷為零，此時的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)在等電點的溶液中溶解度最小PH﹥PI負PH﹤PIPH=PI兩性正某一蛋白質(zhì)在水中發(fā)現(xiàn)帶負電，請問下列那個可能是該蛋白質(zhì)的等電點A：7B：7.6C：10D：3.5（2）電泳:帶電顆粒在電場的作用下，向著與其電性相反的電極移動，稱為電泳。正極負極帶負電粒子帶正電粒子3.有一混合蛋白質(zhì)溶液，各種蛋白質(zhì)的pI為4.6、5.0、5.3、6.7、7.3，電泳時欲使其中四種泳向正極，緩沖液的pH應該是多少?

A.4.0B.5.0C.6.0D.7.0E.8.0

蛋白質(zhì)屬于生物大分子,分子量介于一萬到百萬之間，體積較大，已達到膠粒范圍（1-100nm）。

2.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)特點：不能透過半透膜透析：利用蛋白質(zhì)不能透過半透膜，而小分子雜質(zhì)可以透過半透膜的性質(zhì)，來去除蛋白質(zhì)中小分子雜質(zhì)的方法3、蛋白質(zhì)的

變性?

3、蛋白質(zhì)的變性(denaturation)定義：在某些物理和化學因素作用下，蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構被破壞，生物活性喪失，理化性質(zhì)改變的現(xiàn)象。知識點次級鍵斷裂空間結(jié)構被破壞理化性質(zhì)改變生物學活性喪失溶解度下降易被酶水解粘度增加如：酶失去催化活性激素失去調(diào)節(jié)功能引起變性原因變性本質(zhì)變性結(jié)果蛋白變性理化因素

臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。（細菌病毒的蛋白質(zhì)變性失去活性）。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗、血清、抗原、酶等）的必要條件。

蛋白質(zhì)變性的應用

豆腐是大豆蛋白質(zhì)的濃溶液加熱加鹽而成的變性蛋白凝固體。急救重金屬鹽中毒時，可給患者吃大量乳品或蛋清，其目的是：使乳品或蛋清中的蛋白質(zhì)在消化道中與重金屬離子結(jié)合成不溶解的變性蛋白質(zhì)，從而阻止重金屬離子被吸入體內(nèi)，最后設法將沉淀物從腸胃中洗出。蛋白質(zhì)的沉淀(precipitation)

蛋白質(zhì)所形成的親水膠體顆粒具有兩種穩(wěn)定因素，即顆粒表面的水化層和電荷。然而除掉這兩個穩(wěn)定因素(如調(diào)節(jié)溶液pH至等電點和加入脫水劑)蛋白質(zhì)便容易凝集析出。

變性的蛋白質(zhì)容易沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性（如鹽析）。

蛋白質(zhì)沉淀1、鹽析法4、有機溶劑沉淀3、生物堿試劑沉淀2、重金屬鹽沉淀5、加熱變性不變性+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－

帶負電荷的蛋白質(zhì)

不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿