第三章蛋白質(zhì)化學(xué)

第三章蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)通論蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。元素組成

C50%H7%O23%N16%S0-3%蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.25一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類2.分類

按組分簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，如核糖核酸酶，胰島素，清蛋白等；結(jié)合蛋白質(zhì)，如血紅蛋白，核蛋白，黃素蛋白等。按分子外形的對(duì)稱程度可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。3.蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布

含量(干重)微生物50-80%

人體45%

一般細(xì)胞50%

種類大腸桿菌3000種人體10萬(wàn)種生物界1010-1012二、蛋白質(zhì)的大小與分子量第一節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位-氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。α-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)α-氨基酸是一切蛋白質(zhì)的組成單位。20種基本氨基酸除Pro外，都是α-氨基酸。氨基酸有D-型及L-型氨基酸的D-型或L-型是以L-甘油醛或L-乳酸為參考的。CHOCOHCH2OHHCHOCCH2OHHOHD-甘油醛L-甘油醛COO-CCH3HNH3D-丙氨酸COO-CCH3HH3N++L-丙氨酸20種基本氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1、按R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪族，芳香族和雜環(huán)族。a.

脂肪族氨基酸b.芳香族氨基酸c.雜環(huán)氨基酸非極性R基團(tuán)氨基酸：8種—Ala，Val，Leu，Ile，Phe，Pro，Met，Trp極性不帶電荷R基團(tuán)氨基酸：7種—Ser，Thr，Asn，Gln，Tyr，Cys，GlypH7時(shí)帶負(fù)電荷R基團(tuán)氨基酸：2種—Asp，GlupH7時(shí)帶正電荷R基團(tuán)氨基酸：3種—Lys，Arg，His2、按R基極性分類氨基酸的理化性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1.氨基酸的旋光性除Gly外，19種氨基酸含有一個(gè)手性α-碳原子，因此都具有旋光性。2.氨基酸的光吸收在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的λmax＝275nm，苯丙氨酸的λmax＝257nm，色氨酸的λmax＝280nm3.α氨基酸都是白色晶體，熔點(diǎn)較高，200℃以上。4.除Cys和Tyr外，都溶于水，溶于酸、堿；不溶于乙醚。5.氨基酸一般有味。1.氨基酸的兼性離子形式氨基酸的兩個(gè)重要性質(zhì)：氨基酸晶體的熔點(diǎn)高（≧200℃）；氨基酸使水的介電常數(shù)增高。

HH3N-C-COO-R（二）氨基酸的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)+2.氨基酸的兩性解離在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。（理解）pH=-lg[H+]=-lgK1’=pK1’pH=-lg[H+]=-lgK2’=pK2’在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時(shí)溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，用pI表示。側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2

同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1’+pK’R-COO-)/2

堿性氨基酸：pI=(pK2+pK’R-NH2)/2

pI=(pK1’+pK’R-COOH)/2pI=(pK2’+pK’R-NH2)/2小結(jié)1.某氨基酸的等電點(diǎn)即為該氨基酸兩性離子兩邊的pK值和的一半。2.

pH﹥pI，氨基酸帶凈的負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向陽(yáng)極移動(dòng)；pH﹤pI，氨基酸帶凈的正電荷，在電場(chǎng)中向陰極移動(dòng)。3.在一定pH范圍中，溶液的pH離氨基酸等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，氨基酸帶凈電荷愈多。必需氨基酸：IleMetValLeuTrpPheThrLys記憶一家寫兩三本書來(lái)嬰兒期：Arg和His供給不足，屬半必須氨基酸。第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)㈠肽與肽鍵的結(jié)構(gòu)一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。肽鍵肽的命名：規(guī)定從肽鏈的NH2末端氨基酸殘基開(kāi)始，稱某氨基酰某氨基?！嘲被?。例如五肽：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln的命名是：絲氨酰纈氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酰氨酸肽鍵是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。

肽鍵的性質(zhì)肽鏈中的酰胺基（CONH）稱為肽基或肽單位。組成肽基的4個(gè)原子和2個(gè)相鄰的Cα原子傾向于共平面，形成所謂多肽主鏈的酰胺平面也稱肽平面或肽基平面。肽單位中，C=O與N-H或兩個(gè)α－碳原子呈反式排布。二面角繞Cα-N鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角稱為φ，繞Cα-C鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角稱為ψ。當(dāng)Cα-N兩側(cè)的N-C和Cα-C呈順式時(shí)，規(guī)定φ=0°及

ψ=0°。從Cα沿鍵軸方向觀察，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的φ和ψ角為正值，逆時(shí)針為負(fù)值。理論上φ和ψ可取-180°～+180°之間的任一值?！跆烊淮嬖诘闹匾嚯目股兀憾虠U菌肽S、多粘菌素E和放線菌素D腦啡肽，谷胱甘肽，α-鵝膏蕈堿等。（了解）㈡蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次

天然蛋白質(zhì)分子不是一條走向隨機(jī)的松散肽鏈，每種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的構(gòu)象。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同組織層次：一級(jí)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的位置。

①

構(gòu)型（configuration）：指在立體異構(gòu)體中取代原子或基團(tuán)在空間的取向。兩種構(gòu)型間的轉(zhuǎn)變需要共價(jià)鍵的斷裂和重組。

COOHCOOHH2NCHHCNH2RR蛋白質(zhì)的構(gòu)象與構(gòu)型CHOCOHCH2OHHCHOCCH2OHHOHD-甘油醛L-甘油醛COO-CCH3HNH3D-丙氨酸COO-CCH3HH3N++L-丙氨酸②構(gòu)象（conformation）:指取代原子或基團(tuán)當(dāng)單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)可能形成的不同立體結(jié)構(gòu)。這種空間位置的改變不涉及共價(jià)鍵的斷裂。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。主要有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲。氫鍵是穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。螺距為0.54nm,含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離為0.15nm;天然蛋白質(zhì)中的-螺旋幾乎都是右手螺旋。-螺旋（-helix）β-折疊（反平行）（平行）小結(jié)多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；側(cè)鏈交錯(cuò)位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方；氫鍵維系；可有順平行片層和反平行片層結(jié)構(gòu)。β-轉(zhuǎn)角(β-turn)

彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的–C=O和第四個(gè)殘基的–N-H之間形成氫鍵.無(wú)規(guī)卷曲（randomcoil）指無(wú)一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的功能部位常包含此構(gòu)象，靈活易變。泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的多肽區(qū)段。蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)基本類型：

、、⑴

由兩股或三股平行或反平行排列的右手螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋。

由兩段平行β折疊股和一段作為連接鏈的螺旋組成。⑵Rossman-折疊⑶

a.β-曲折

b.希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

□纖維狀蛋白質(zhì)（了解）不溶性：角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等；角蛋白廣泛存在于動(dòng)物的皮膚及皮膚的衍生物，如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)-角蛋白被過(guò)度拉伸時(shí)，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時(shí)-角蛋白轉(zhuǎn)變成-折疊結(jié)構(gòu)，稱為-角蛋白。毛發(fā)的結(jié)構(gòu)三股右手α-helix向左纏繞

↓

初原纖維(αα組合的超二級(jí)結(jié)構(gòu))

↓

再排列成“9+2”電纜式結(jié)構(gòu)“微原纖維”

↓

幾百根微原纖維結(jié)合成---不規(guī)則

角蛋白分子中的二硫鍵卷發(fā)(燙發(fā))的生物化學(xué)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體，稱為結(jié)構(gòu)域。最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)域含序列上連續(xù)的100-200個(gè)氨基酸殘基，少至40個(gè)左右，多至400個(gè)以上。結(jié)構(gòu)域有時(shí)也指功能域。功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位，它可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域組成。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)指由二級(jí)結(jié)構(gòu)元件構(gòu)建成的總?cè)S結(jié)構(gòu)。包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距遠(yuǎn)的肽段之間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中彼此間的相互關(guān)系。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。亞基：寡聚蛋白中的單條獨(dú)立的多肽鏈，具有獨(dú)立的一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，單獨(dú)存在時(shí)一般無(wú)生物學(xué)活性。亞基之間以非共價(jià)鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力；亞基可以相同或不同。由2個(gè)至多個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基締合形成四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。單體蛋白：只有一個(gè)亞基（三級(jí)結(jié)構(gòu)）；寡聚蛋白：由少量的亞基聚合而成的蛋白質(zhì)，如四聚體血紅蛋白；多聚蛋白：由很多的亞基聚合成的蛋白質(zhì)，如病毒蛋白外殼。維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力⑴氫鍵

⑵范德華力

⑶疏水相互作用水介質(zhì)中蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子內(nèi)部，這一現(xiàn)象稱為疏水相互作用。⑷鹽鍵即離子鍵，正負(fù)電荷之間的靜電吸引力。⑸二硫鍵□氨基酸順序決定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

球狀蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)決定于氨基酸的順序，由氨基酸的長(zhǎng)程順序決定。證據(jù)：蛋白質(zhì)可逆變性實(shí)驗(yàn)，鐮刀狀細(xì)胞貧血六十年代White和Anfinsen牛胰核糖核酸酶復(fù)性試驗(yàn)。RNase8M尿素β-巰基乙醇四個(gè)二硫鍵斷裂蛋白質(zhì)肽鏈伸展成無(wú)規(guī)則卷曲，酶活性喪失透析去除尿素，巰基乙醇RNase復(fù)性，活力為原來(lái)的95-100％第四節(jié)蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)對(duì)某一種蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，在某一pH值，它所帶的正電荷與負(fù)電荷恰