高中生物 蛋白質(zhì)課件

四、蛋白質(zhì)1.組成元素和基本組成單位蛋白質(zhì)主要由C、H、0、N四種元素組成，多數(shù)還含有S。氮是蛋白質(zhì)的標(biāo)志性元素，在各種蛋白質(zhì)中比較接近，平均為16％，因此用凱氏(KJelahl)法定氮測(cè)定蛋白質(zhì)含量時(shí)，受檢物質(zhì)中含蛋白質(zhì)量為氮含量的6．25倍。

天然存在于蛋白質(zhì)中的氨基酸共有20種，各種氨基酸(除脯氨酸)在結(jié)構(gòu)上的一個(gè)共同特點(diǎn)是，在與羧基相連的碳原子(α-碳原子)上都有一個(gè)氨基，因而稱為α-氨基酸，它們的不同之處在于側(cè)鏈，即R基的不同。除甘氨酸外，所有氨基酸分子中的α-碳原子都是不對(duì)稱的，有L-型和D-型之分。在天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸都是L-α-氨基酸。

2.氨基酸的結(jié)構(gòu)

3.氨基酸的分類

根據(jù)R基團(tuán)不同，氨基酸可分為五類：①基團(tuán)無極性，疏水（6種）：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸②基團(tuán)為芳香族，無極性，較疏水（3種）：色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸③基團(tuán)有極性，不帶電荷，親水（6種）：絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺和谷酰胺④基團(tuán)帶負(fù)電（酸性）（2種）：天冬氨酸、谷氨酸⑤基團(tuán)帶正電（堿性）（3種）：賴氨酸、精氨酸和組氨酸口訣：天冬谷，賴精組，苯丙色酪芳香族。詩書半擔(dān)兩岸有，干餅限量一鋪無。[注]天冬、谷是酸性，賴、精、組是堿性。苯丙、色、酪有苯環(huán)。絲、蘇、半胱、蛋、天冬酰胺、谷酰胺有極性，甘、丙、纈、亮、異亮、脯無極性。根據(jù)成年人的營養(yǎng)需求，20種氨基酸又可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。

必需氨基酸是指成年人體內(nèi)不能合成而必須山食物提供的一類氨基酸，包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、另；氨酸、蛋氨酸、色氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等8種。

精氨酸和組氨酸，在幼兒時(shí)期體內(nèi)合成量滿足不了生長需要，需食物補(bǔ)充，稱為半必需氨基酸。4.氨基酸的主要理化性質(zhì)

①一般的物理性質(zhì)α-氨基酸呈無色結(jié)晶，在水中溶解度各不相同，易溶于酸、堿，但不溶于有機(jī)溶劑。α-氨基酸在中性水溶液中或固體狀態(tài)下主要是以兩性離子的形式存在，即在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的-NH3+正離子和能接受質(zhì)子的@一C00-負(fù)離子。α-氨基酸在中性水溶液中或固體狀態(tài)下主要是以兩性離子的形式存在，即在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的-NH3+正離子和能接受質(zhì)子的@一C00-負(fù)離子。②兩性解離和等電點(diǎn)

當(dāng)兩性離子氨基酸溶解于水時(shí)，其正負(fù)離子都能解離，但解離度與溶液的pH值有關(guān)。向氨基酸溶液加酸時(shí)，其兩性離子的-COO-負(fù)離子接受質(zhì)子，自身成為正離子，在電場中向陰極移動(dòng)。加入堿時(shí)，其兩性離子的一NH3+正離子解離放出質(zhì)子(與一OH-合成水)，其自身成為負(fù)離子，在電場中向陽極移動(dòng)。當(dāng)?shù)蚬?jié)氨基酸溶液的pH值，使氨基酸分子上的一NH3+和一C00-的解離度完全相等時(shí)，即氨基酸所帶凈電荷為零，在電場中既不向陽極移動(dòng)也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，以符號(hào)pI表示。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀，利用這一性質(zhì)可以分離制備各種氨基酸。③紫外吸收光譜

各種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，在遠(yuǎn)紫外區(qū)均有光吸收，而在近紫外光區(qū)僅色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸有吸收能力。其中色氨酸最大吸收波長為279nm，酪氨酸最大吸收波長278nm，苯丙氨酸最大吸收波長為259nm。利用紫外光法可以測(cè)定這些氨基酸的含量。氨基酸不但α-氨基、α-羧基能參加反應(yīng)，而且有的側(cè)鏈R基團(tuán)也能參加化學(xué)反應(yīng)，因此可以發(fā)生的反應(yīng)很多。如：α-氨基能與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)紫色沉淀(脯氨酸和羥脯氨酸則產(chǎn)生黃色沉淀)；α-氨基可與亞硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)?，在?biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定氮?dú)怏w積，即可計(jì)算出氨基酸的量；一些氨基酸的R基團(tuán)能與特殊的試劑發(fā)生呈色反應(yīng)。④重要的化學(xué)反應(yīng)

5.蛋白質(zhì)已確認(rèn)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有不同層次，人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)的方便通常將其分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)，超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)及四級(jí)結(jié)構(gòu)。

1）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)⑴一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱為初級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)分子中氨基酸主要通過肽鍵相互連接,氨基酸聚合物叫做肽

多肽鏈上各個(gè)氨基酸由于在相互連接過程中丟失了α-氨基上的H和α-羧基上的OH，被稱為氨基酸殘基多肽鏈的一端氨基酸含有一個(gè)未反應(yīng)的游離氨基(一NH2)，稱為肽鏈的氨基末端氨基酸或N末端氨基酸，另一端的氨基酸含有一個(gè)尚未反應(yīng)的游離羧基(一COOH)，稱為肽鏈的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。一般表示多肽時(shí)總是:N末端寫在左邊，C末端寫在右邊肽鏈中除肽鍵外還有二硫鍵，它是由肽鏈中相應(yīng)部位上兩個(gè)半胱氨酸脫氫連接而成，是肽鏈內(nèi)和肽鏈間的主要橋鍵。⑵二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身繞曲折疊成的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)或構(gòu)象,這種結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或肽鏈間的氫鍵來維持的常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、自由繞曲等四種α-螺旋多肽鏈中氨基酸殘基以100°的角度圍繞螺旋軸心盤旋上升，每3．6個(gè)殘基就旋轉(zhuǎn)一圈，螺距為0．54nm，即每個(gè)殘基沿螺旋體中心軸上升0．15nm；右手旋轉(zhuǎn)；多肽鏈內(nèi)的氫鍵由肽鏈中第一個(gè)肽鍵的一CO的氧原子與第四個(gè)肽鍵的一NH的氫原子組成，每個(gè)氫鍵所形成的環(huán)內(nèi)共有13個(gè)原子，這種螺旋稱為3．613.一條多肽鏈能否形成α-螺旋以及形成的螺旋體的穩(wěn)定程度與R基團(tuán)大小、帶電狀況等有關(guān).如多聚賴氨酸在pH7．0時(shí)，R基團(tuán)帶正電相互排斥，破壞螺旋形成，而在pH12時(shí)則能自發(fā)形成α-螺旋。又如肽鏈內(nèi)相鄰殘基是異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸等時(shí)，由于R基團(tuán)較大，會(huì)阻礙α-螺旋形成。多聚脯氨酸則由于肽鍵上不具有亞氨基氫，無法形成氫鍵，因此多肽鏈中只要有脯氨酸殘基，α-螺旋即被中斷，使多肽主鏈產(chǎn)生一個(gè)“結(jié)節(jié)”。

β-折疊分兩種類型，一是平行式，即所有肽鏈N端都在同一端，另一類是反平行式，即肽鏈的N端一順一反地排列。β-折疊結(jié)構(gòu)的肽鏈幾乎是完全伸展的，鄰近兩鏈以相反或相同方向平行排列成片層狀。兩個(gè)氨基酸殘基之間的軸心距離為0．35nm，β-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由兩條肽鏈中一條的一C0基與另一條的一NH基形成。絲蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是β-折疊β-轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)分子的多肽鏈上經(jīng)常出現(xiàn)180°的回折，在這種肽鏈的回折角上就是β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，由第一個(gè)氨基酸殘基的一CO與第四個(gè)氨基酸殘基的一NH形成氫鍵。自由繞曲是指沒有一定規(guī)律的松散結(jié)構(gòu)，酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域中⑶超二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域是二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)的過渡型構(gòu)象。是指若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。通常有βαβ、βββ、αα、ββ等。結(jié)構(gòu)域是指多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的球狀結(jié)構(gòu)，在空間上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亞結(jié)構(gòu)。一般情況下，酶的活性部位位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間的裂縫中。⑷三級(jí)結(jié)構(gòu)纖維狀蛋白質(zhì)一般只有二級(jí)結(jié)構(gòu)，而球狀蛋白質(zhì)在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域，進(jìn)一步組裝成三級(jí)結(jié)構(gòu)

維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些次級(jí)鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。其中疏水鍵在維持蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)上有突出作用。⑸四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子內(nèi)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞單位通過氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等弱作用力聚合而成的特定構(gòu)象。亞單位，又稱亞基，是指那些在化學(xué)上相互獨(dú)立但自身又具有特定構(gòu)象的，共同構(gòu)成同一蛋白質(zhì)的肽鏈。如血紅蛋白有四個(gè)不同的亞基，這4個(gè)亞基以一定形式結(jié)合在一起，形成特定的構(gòu)象，即是四級(jí)結(jié)構(gòu)。2）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)⑴膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量很大，在水溶液中所形成的顆粒具有膠體溶液的特征，如布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過半透膜等。溶液中，蛋白質(zhì)膠體顆粒帶有相同電荷，彼此排斥；而且顆粒表面極性分子能與水分子形成一層水膜，將蛋白質(zhì)顆粒相互隔開，因此蛋白質(zhì)顆粒比較穩(wěn)定，不易沉淀。⑵兩性電解質(zhì)蛋白質(zhì)分子除了肽鏈兩端有自由的α-氨基和α-羧基外，許多氨基酸殘基的側(cè)鏈上存有不少可解離的基團(tuán)，所以蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。在酸性溶液中蛋白質(zhì)帶正電，在堿性淀液中蛋白質(zhì)帶負(fù)電。當(dāng)溶液達(dá)到某一pH值時(shí)，蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等，這時(shí)溶液的pH值叫做蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pI)。一般含酸性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)偏酸；含堿性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)偏堿。可以根據(jù)不同的蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，用電泳法分離蛋白質(zhì)。⑶沉淀反應(yīng)如果在蛋白質(zhì)溶液加入適當(dāng)試劑，破壞了蛋白質(zhì)的水膜或中和蛋白質(zhì)的電荷，則蛋白質(zhì)膠體溶液就不穩(wěn)定而出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象.引起沉淀反應(yīng)的試劑有高濃度鹽類(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，稱為鹽析)，有機(jī)溶劑(如酒精、丙酮)，重金屬鹽(如硝酸銀、醋酸鉛、三氯化鐵等)，某些生物堿試劑(如苦味酸、單寧酸等).⑷變性蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響，其分子的空間結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致其理化性質(zhì)、生物活性都發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。能使蛋白質(zhì)變性的化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子、尿素、酒精、丙酮等；能使蛋白質(zhì)變性的物理因素有加熱震蕩或攪拌、超聲波、紫外線及X射線照射等。蛋白質(zhì)生物活性的喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征，變性后的蛋白質(zhì)最明顯的理化性質(zhì)改變是溶解度降低。變性過程中不發(fā)生肽鍵斷裂和二硫鍵的破壞，因而不發(fā)生一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞；而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞，使肽鏈的有序的卷曲、折疊狀態(tài)變?yōu)樗缮o序。⑸紫外吸收蛋白質(zhì)在280nm的紫外光下，有最大吸收峰。這主要是由于肽鏈中酪氨酸和色氨酸的R基團(tuán)引起的?？梢杂米贤饩€分光光度法測(cè)定蛋白質(zhì)在280nm的光吸收值來測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。⑹變構(gòu)作用含2個(gè)以上亞基的蛋白質(zhì)分子，如果其中一個(gè)亞基與小分子物質(zhì)結(jié)合，那么不但該亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，而且其他亞基的構(gòu)象受影響也發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象乃至活性均會(huì)改變，這一現(xiàn)象稱為變構(gòu)作用(或別構(gòu)作用)。如：血紅蛋白有4個(gè)亞基，當(dāng)02與其中一個(gè)亞基結(jié)合后，即引起該亞基的構(gòu)象的改變，進(jìn)而又會(huì)引起另外三個(gè)亞基構(gòu)象發(fā)生變化，結(jié)果整個(gè)分子構(gòu)象改變，使所有亞基更易于與氧結(jié)合，大大加快血紅蛋白與氧結(jié)合的速度。⑺呈色反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中因含有某些特殊的結(jié)構(gòu)或某些特殊氨基酸殘基，能與多種化合物發(fā)生顏色反應(yīng)3）蛋白質(zhì)的分類⑴蛋白質(zhì)的化學(xué)分類根據(jù)蛋白質(zhì)的分子組成可將蛋白質(zhì)分為簡單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩大類。簡單蛋白質(zhì)完全水解的產(chǎn)物為α-氨基酸，即只由α-氨基酸組成