生化蛋白質(zhì)復(fù)習(xí)筆記

第四章蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，存在于所有的細(xì)胞及細(xì)胞的所有部位。所有的生命活動都離不開蛋白質(zhì)。第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的結(jié)構(gòu)單位一一氨基酸很簡單。所有的蛋白質(zhì)都是由20種氨基酸合成的，區(qū)別只是蛋白質(zhì)分子中每一種氨基酸的含量及其連接關(guān)系各不相同。一、 一、氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸是由C、H、0、N等主要元素組成的含氨基的有機酸。用于合成蛋白質(zhì)的20種氨基酸稱為標(biāo)準(zhǔn)氨基酸。標(biāo)準(zhǔn)氨基酸都是a-氨基酸，它們有一個氨基和一個斐基結(jié)合在a-碳原子上，區(qū)別在于其R基團的結(jié)構(gòu)、大小、電荷以及對氨基酸水溶性的影響。在標(biāo)準(zhǔn)氨基酸中，除了甘氨酸之外，其他氨基酸的a-碳原子都結(jié)合了4個不同的原子或基團：斐基、氨基、R基團和一個氫原子（甘氨酸的R基團是一個氫原子）。所以a-碳原子是手性碳原子，氨基酸是手性分子。天然蛋白質(zhì)中的氨基酸為L-構(gòu)型，甘氨酸不含手性碳原子，但我們習(xí)慣上還是稱它L-氨基酸。蘇氨酸、異亮氨酸各含兩個手性碳原子。其余標(biāo)準(zhǔn)氨基酸只含一個手性碳原子。二、 氨基酸的分類根據(jù)R基團的結(jié)構(gòu)可以分為脂肪族、芳香族、雜環(huán)氨基酸；根據(jù)R基團的酸堿性可以分為酸性、堿性、中性氨基酸；根據(jù)人體內(nèi)能否自己合成可以分為必需、非必需氨基酸；根據(jù)分解產(chǎn)物的進一步轉(zhuǎn)化可以分為生糖、生酮、生糖兼生酮氨基酸；根據(jù)是否用于合成蛋白質(zhì)（或有無遺傳密碼）可以分為標(biāo)準(zhǔn)（或編碼）、非標(biāo)準(zhǔn)（或非編碼）氨基酸。（一） 含非極性疏水R基團的氨基酸這類氨基酸的側(cè)鏈?zhǔn)欠菢O性疏水的。其中包括丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、脯氨酸。（二） 含極性不帶電荷R基團的氨基酸這類氨基酸包括絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸，其側(cè)鏈具親水性，可與水形成氫鍵（半胱氨酸除外），所以與非極性氨基酸相比，較易溶于水。（三）堿性氨基酸PH7.0時側(cè)鏈帶正電荷的氨基酸包括賴氨酸、精氨酸、組氨酸一一含咪唑基。

（四）酸性氨基酸包括天冬氨酸'谷氨酸四、氨基酸的理化性質(zhì)（一） 兩性電離與等電點所有的氨基酸都含有氨基，可以結(jié)合質(zhì)子而帶正電荷；又含有斐基，可以給出質(zhì)子而帶負(fù)電荷，氨基酸的這種電離特性稱為兩性電離。氨基酸在水溶液中是兼性離子。在某一pH溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的pH稱為該氨基酸的等電點。如果溶液pH高于氨基酸等電點，則氨基酸凈帶負(fù)電荷，在電場中將向正極（陽極）移動；反之，如果溶液pH低于其等電點，則氨基酸凈帶正電荷，在電場中將向負(fù)極（陰極）移動。pH越偏離等電點，氨基酸帶凈電荷越多。（二） 茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮發(fā)生氧化反應(yīng)，先產(chǎn)生氨。氨繼續(xù)反應(yīng)，最終生成藍(lán)紫色化合物。該化合物最大吸收波長為570nm，在一定范圍內(nèi)其吸光度與氨基酸濃度呈線性關(guān)系，可用于氨基酸定量分析。第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與功能多樣性的生物大分子。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)通常根據(jù)復(fù)雜程度在四個層次上認(rèn)識：一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)一'肽H2N-1HoRH2N-1HoR0 ，， H0C'OH+HE—q—bOH HNHR2OC-2H9R——4— .F—H鍵一PC肽一…一 1'，：HoR—OH+H2O（一）肽是氨基酸的鏈狀聚合物一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的斐基通過間接脫水生成的分子稱為肽。主鏈有兩個末端，一端含游離的a-氨基，稱為氨基末端或N-末端；另一端含游離的a-斐基,稱為斐基末端或C-末端。肽鏈的兩個末端不同，因此有方向性，通常把氨基端看成是肽鏈的頭，這與多肽鏈的合成方向一致，多肽鏈的合成開始于氨基端，結(jié)束于斐基端。SHCH3HHHCh2HCH3hch2Ohhn—c—C_n—c—C—n—C—C—n—c—C—n—C—cooh了hOhOhOh羧基端書寫肽鏈時，習(xí)慣上把氨基末端寫在左側(cè)，用H2N-或H-表示，斐基末端寫在右側(cè)，用-COOH或-OH表示。也可用中文或英文代號表示。如下列表示式H-丙-甘-半-丙-絲-OH或H-Ala-Gly-Cys-Ala-Ser-OH（二） 蛋白質(zhì)是大分子肽如上所述，氨基酸是蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物，氨基酸縮合成肽，含氨基酸殘基較多的肽為多肽。實際上蛋白質(zhì)就是多肽。（三） 體內(nèi)一些重要的肽生物體內(nèi)重要的肽包括抗氧化劑，激素，細(xì)胞因子等。.SH.NH2 0 CH20HOOC-CH-CH2-CH2-^NH-CH-C-NH-CH2-COOHY-Glu CysGly圖4-9還原型谷胱甘肽還原型谷胱甘肽（GSH）是一個特殊的三肽，是一個非常重要的抗氧化劑，其N-端的谷氨酸以尹斐基與半胱氨酸氨基結(jié)合。二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu),一級結(jié)構(gòu)指的是蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸組成及其排列順序。每一種蛋白質(zhì)都有特定的氨基酸組成.幾乎不存在等比例的情況。在一個蛋白質(zhì)分子中某種氨基酸可能只出現(xiàn)一次，甚至一次都不出現(xiàn)，另一種氨基酸則可能占很大比例。牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)，它含A、B兩條肽鏈，A鏈有21個氨基酸殘基，B鏈有30個氨基酸殘基，此外含6個半胱氨酸，構(gòu)成3個二硫鍵，其中兩個在A、B鏈之間，入鏈內(nèi)還有一個二硫鍵。牛胰島素是第一個闡明一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，也是第一個人工合成的蛋白質(zhì)。TOC\o"1-5"\h\zS S 鏈I IGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn5I 10 15 I21S SIS S B鏈I IPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala5 10 15 20 25 30圖4-10牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)研究蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)具有四個方面的重要意義:①氨基酸序列是蛋白質(zhì)生物學(xué)活性的分子基礎(chǔ)；②一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，包含了形成特定空間結(jié)構(gòu)所需的全部信息；③眾多遺傳疾病的物質(zhì)基礎(chǔ)是相關(guān)蛋白質(zhì)的氨基酸序列產(chǎn)生變異;④研究氨基酸序列可以闡明生物進化史，氨基酸序列的相似性越大，物種之間的進化關(guān)系越近。三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)研究在一級結(jié)構(gòu)中互相接近的氨基酸殘基的空間關(guān)系，即肽鏈主鏈的局部構(gòu)象，。a-螺旋與0-折疊是目前研究最詳細(xì)的兩種二級結(jié)構(gòu)。（一） 肽鍵是剛性平面肽鏈主鏈實際上是由一個個剛性肽單元平面通過a-碳原子串接形成的，主鏈構(gòu)象的形成與改變是通過剛性平面圍繞a-碳原子的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。（二） a-螺旋a-螺旋是右手螺旋，螺旋直徑0.5nm，R側(cè)鏈向外伸出，以每一螺旋為重復(fù)結(jié)構(gòu)單位，含3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm。氫鍵與螺旋軸基本平行。氫鍵是維持螺旋的穩(wěn)定因素。（三） 0-折疊多肽鏈中的局部肽段，主鏈呈鋸齒形伸展?fàn)顟B(tài)，數(shù)股平行排列可形成裙褶樣結(jié)構(gòu)，稱為0-折疊。0-折疊中的肽段可以同向平行或反向平行。肽鍵之間形成氫鍵，與肽鏈走向垂直或接近垂直，是維持0-折疊的主要作用力。（四） 0-轉(zhuǎn)折球蛋白是多肽鏈緊密折疊形成的，所以肽鏈經(jīng)常要通過轉(zhuǎn)折180°改變走向，我們把轉(zhuǎn)折點的結(jié)構(gòu)稱為0-轉(zhuǎn)折脯氨酸則因為其亞氨基構(gòu)成的肽鍵為順式結(jié)構(gòu)，特別有利于轉(zhuǎn)折的形成，常出現(xiàn)在0-轉(zhuǎn)折第二氨基酸位。（五）無規(guī)則卷曲除了上述二級結(jié)構(gòu)之外，蛋白質(zhì)多肽鏈的空間結(jié)構(gòu)中還存在一些沒有規(guī)律性構(gòu)象的肽段，這類構(gòu)象稱為無規(guī)則卷曲。四、 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)一條完整的蛋白質(zhì)多肽鏈中彼此遠(yuǎn)離的一些氨基酸殘基通過非共價鍵及少量共價鍵如二硫鍵結(jié)合，使多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步折疊形成特定的空間結(jié)構(gòu)，這就是它的三級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)由眾多氫鍵、疏水鍵、部分離子鍵及少量共價鍵維持穩(wěn)定。五、 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)兩條或兩條以上的三級結(jié)構(gòu)提供非共價鍵構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，其中每一條三級結(jié)構(gòu)稱為亞基。六、 維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的主要作用力蛋白質(zhì)天然構(gòu)象是幾種穩(wěn)定因素共同作用的結(jié)果，這些因素包括二硫鍵和氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力，后4種作用力統(tǒng)稱非共價鍵。依靠這些作用力，蛋白質(zhì)的疏水氨基酸殘基主要聚集于分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部，遠(yuǎn)離水，絕大多數(shù)極性氨基酸殘基位于表面；少量存在于內(nèi)部的極性或帶電荷殘基，也都形成氫鍵或離子鍵；蛋白質(zhì)分子內(nèi)盡可能多地形成氫鍵。不溶性蛋白有所不同，但非共價鍵仍起重要作用。第三節(jié)蛋白質(zhì)的生理功能1.酶的催化作用：目前所研究的幾乎所有酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。運載和儲存：血漿白蛋白是膽紅素的運輸載體。即使一些溶于水的分子甚至離子也需要蛋白質(zhì)載體來運輸，如氧氣在血液中由血紅蛋白運輸，在肌肉組織中由肌紅蛋白運輸，鐵在血漿中由轉(zhuǎn)鐵蛋白運輸，在肝細(xì)胞內(nèi)由鐵蛋白儲存。協(xié)調(diào)動作機械支持免疫保護：蛋白質(zhì)及多肽是機體免疫系統(tǒng)的絕對主力。激素-受體系統(tǒng)產(chǎn)生和傳遞神經(jīng)沖動控制生長和分化第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)，并進一步?jīng)Q定其功能，所以，要弄清蛋白質(zhì)的功能，就必須認(rèn)識其結(jié)構(gòu)。一、一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)與功能有密切的關(guān)系（一） 氨基酸對功能的重要性重要氨基酸一一氨基酸是蛋白質(zhì)執(zhí)行功能所必需的，則這種氨基酸的改變對功能的影響極大。一般氨基酸一一氨基酸的改變的改變對蛋白質(zhì)的功能影響不大。無貢獻氨基酸一一氨基酸的改變的改變基本不影響蛋白質(zhì)的功能。如RNA酶，如果將其N-端的三個氨基酸去掉，酶的功能基本不變，但是，如果將組12改變，則酶失去活性。（二） 血紅蛋白分子病——鐮刀狀貧血病鐮刀狀貧血?。杭t細(xì)胞呈鐮刀狀，致使的貧血病。原因：血紅蛋白片鏈上第六位的谷氨酸被纈氨酸代替，血紅蛋白分子在氧分壓低的情況下容易聚合，形成桿狀多聚體，致使紅細(xì)胞由正常的圓盤狀成為鐮刀狀，血液流動受到阻礙。分子病:由于遺傳突變引起的蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而產(chǎn)生的疾病稱為分子病。二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。（一） 核糖核酸酶的變性與復(fù)性。（二） 血紅蛋白血紅蛋白結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：有四條肽鏈，為a202。a鏈含141個氨基酸殘基，0鏈含146個氨基酸殘基。二級結(jié)構(gòu)：以a-螺旋為主，無0-折疊片。三級結(jié)構(gòu)：與肌紅蛋白十分相似。四級結(jié)構(gòu)：為四個亞基，一條肽鏈一個亞基，每個亞基含一個血紅素，每個血紅素可結(jié)合一個氧分子。血紅蛋白的構(gòu)象變化（變構(gòu)效應(yīng)）血紅蛋白從脫氧狀態(tài)（脫氧血紅蛋白）轉(zhuǎn)變?yōu)檠踅Y(jié)合狀態(tài)（氧合血紅蛋白）過程中其空間結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化。（三）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系要點一定的結(jié)構(gòu)，一定的功能。

結(jié)構(gòu)變化，功能變化（如血紅蛋白變構(gòu)）。結(jié)構(gòu)破壞，功能喪失（如蛋白質(zhì)變性）。第五節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)（一）紫外吸收最大吸收峰在280nm，原因是有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸,可用于蛋白質(zhì)含量的測定。（二）、顏色反應(yīng)：雙縮脲反應(yīng)：與堿性硫酸銅離子作用生成紫色絡(luò)和物。可用于蛋白質(zhì)含量的測定（540nm）。?源一（三）、兩性解離與等電點：?源一P±等電點：蛋白質(zhì)凈電荷等于零時的環(huán)境pH值。不同蛋白質(zhì)其等電點不同：胃蛋白酶：1.0?2.5；胰島素：5.3?5.35；血紅蛋白：7.07；魚精蛋白：12.0?12.4。特點：溶解度最低，可用于蛋白質(zhì)的分離。電泳：大分子化合物在電場中運動的過程。原理：不同蛋白的電荷正負(fù)和數(shù)量不同，分子量不同，形狀不同，因此在電場中的運動速度不同。方向與速度的鑒別：pl-pH,正負(fù)決定方向，數(shù)值決定速度。用途：分離鑒定蛋白質(zhì)等大分子化合物。二、大分子特性（一） 蛋白質(zhì)是膠體溶液蛋白質(zhì)分子大（1~100nm），已經(jīng)達到膠體質(zhì)點的范圍。蛋白質(zhì)分子外表為親水表面。結(jié)果：蛋白質(zhì)屬于親水膠體，并且是穩(wěn)定的膠體。穩(wěn)定因素：水化膜，雙電層（同種電荷）。膠體穩(wěn)定的相對性：改變條件其穩(wěn)定性會發(fā)生變化。如：加入有機溶劑則會脫去水化膜。改變pH就會改變其電荷。（二） .透析（滲析）：大分子化合物不能通過半透膜的性質(zhì)用途：用于蛋白質(zhì)脫鹽。（三） 沉降與沉降系數(shù)：不同的蛋白質(zhì)其分子量、形狀不同，則移動速度不同，從而得以分離。沉降系數(shù)（s）：單位離心場強單位時間內(nèi)蛋白質(zhì)的沉降距離，單位：沉降系數(shù)單位（Svedbergunit,S），數(shù)值：10-13秒。如某蛋白的沉降系數(shù)為70X10-13秒，則表示為70S。蛋白質(zhì)S值的大小可以近似表示蛋白質(zhì)分子量的相對大小。（四） 、沉淀：鹽析：高濃度中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀的現(xiàn)象。原理：破壞了水化膜，中和了電荷。特點.低溫不變性.優(yōu)點：不影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，常用于蛋白質(zhì)分離。常用的鹽類：硫酸銨［（NH4）2SO4］和氯化鈉（NaCl）。有機溶劑沉淀:脫去水化膜和降低介電常數(shù)使蛋白質(zhì)聚集沉淀。重金屬鹽沉淀：如Hg2+、Pd2+、Cu2+、Ag+等，中和其負(fù)電荷。它們可以和蛋白質(zhì)生成不溶性鹽。特點：變性生物堿試劑和某些酸類沉淀：如苦味酸、三氯乙酸等，使溶液酸化蛋白質(zhì)帶正電，與酸根負(fù)離子結(jié)合而沉淀。特點：變性相互沉淀：不同蛋白質(zhì)之間發(fā)生聚集而沉淀。（五）、變性與復(fù)性概念：在物理化學(xué)因素影響下，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞，性質(zhì)發(fā)生改變，生物活性喪失,這種現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)變性過程：因素：物理：熱、高能射線，振動?；瘜W(xué)：強酸、強堿、有機溶劑、變性劑。原因：空間結(jié)構(gòu)破壞。（但一級結(jié)構(gòu)不破壞）。性質(zhì)改變：溶解度下降，反應(yīng)活性改變。標(biāo)