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(dòng)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(jiǎn)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(jī)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(gè)氨基和一個(gè)斐基結(jié)合在a-碳原子上，區(qū)別在于其R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)、大小、電荷以及對(duì)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(gè)不同的原子或基團(tuán)：斐基、氨基、R基團(tuán)和一個(gè)氫原子（甘氨酸的R基團(tuán)是一個(gè)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(zhǎng)-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(gè)手性碳原子。其余標(biāo)準(zhǔn)氨基酸只含一個(gè)手性碳原子。二、 氨基酸的分類根據(jù)R基團(tuán)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(tuán)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(jìn)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(tuán)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(tuán)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(shí)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(diǎn)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(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)。如果溶液pH高于氨基酸等電點(diǎn)，則氨基酸凈帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中將向正極（陽極）移動(dòng)；反之，如果溶液pH低于其等電點(diǎn)，則氨基酸凈帶正電荷，在電場(chǎng)中將向負(fù)極（陰極）移動(dòng)。pH越偏離等電點(diǎn)，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(zhǎng)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(gè)層次上認(rèn)識(shí)：一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)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(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，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(hào)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(shí)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(gè)特殊的三肽，是一個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu),一級(jí)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(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)，它含A、B兩條肽鏈，A鏈有21個(gè)氨基酸殘基，B鏈有30個(gè)氨基酸殘基，此外含6個(gè)半胱氨酸，構(gòu)成3個(gè)二硫鍵，其中兩個(gè)在A、B鏈之間，入鏈內(nèi)還有一個(gè)二硫鍵。牛胰島素是第一個(gè)闡明一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，也是第一個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)研究蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有四個(gè)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(jí)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(jìn)化史，氨基酸序列的相似性越大，物種之間的進(jìn)化關(guān)系越近。三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)研究在一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)。（一） 肽鍵是剛性平面肽鏈主鏈實(shí)際上是由一個(gè)個(gè)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(shí)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(gè)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(diǎn)的結(jié)構(gòu)稱為0-轉(zhuǎn)折脯氨酸則因?yàn)槠鋪啺被鶚?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(jí)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(jí)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(jià)鍵及少量共價(jià)鍵如二硫鍵結(jié)合，使多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成特定的空間結(jié)構(gòu)，這就是它的三級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)由眾多氫鍵、疏水鍵、部分離子鍵及少量共價(jià)鍵維持穩(wěn)定。五、 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)兩條或兩條以上的三級(jí)結(jié)構(gòu)提供非共價(jià)鍵構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)，其中每一條三級(jí)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(jià)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(jià)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(yùn)載和儲(chǔ)存：血漿白蛋白是膽紅素的運(yùn)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(yùn)輸，如氧氣在血液中由血紅蛋白運(yùn)輸，在肌肉組織中由肌紅蛋白運(yùn)輸，鐵在血漿中由轉(zhuǎn)鐵蛋白運(yùn)輸，在肝細(xì)胞內(nèi)由鐵蛋白儲(chǔ)存。協(xié)調(diào)動(dòng)作機(jī)械支持免疫保護(hù)：蛋白質(zhì)及多肽是機(jī)體免疫系統(tǒng)的絕對(duì)主力。激素-受體系統(tǒng)產(chǎn)生和傳遞神經(jīng)沖動(dòng)控制生長(zhǎng)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(jí)結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)，并進(jìn)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(shí)其結(jié)構(gòu)。一、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能有密切的關(guān)系（一） 氨基酸對(duì)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(duì)功能的影響極大。一般氨基酸一一氨基酸的改變的改變對(duì)蛋白質(zhì)的功能影響不大。無貢獻(xiàn)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(gè)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(dòng)受到阻礙。分子病:由于遺傳突變引起的蛋白質(zhì)分子一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)：有四條肽鏈，為a202。a鏈含141個(gè)氨基酸殘基，0鏈含146個(gè)氨基酸殘基。二級(jí)結(jié)構(gòu)：以a-螺旋為主，無0-折疊片。三級(jí)結(jié)構(gòu)：與肌紅蛋白十分相似。四級(jí)結(jié)構(gòu)：為四個(gè)亞基，一條肽鏈一個(gè)亞基，每個(gè)亞基含一個(gè)血紅素，每個(gè)血紅素可結(jié)合一個(gè)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(diǎn)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(cè)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?？捎糜诘鞍踪|(zhì)含量的測(cè)定（540nm）。?源一（三）、兩性解離與等電點(diǎn)：?源一P±等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)凈電荷等于零時(shí)的環(huán)境pH值。不同蛋白質(zhì)其等電點(diǎn)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(diǎn)：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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(dá)到膠體質(zhì)點(diǎn)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(duì)性：改變條件其穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化。如：加入有機(jī)溶劑則會(huì)脫去水化膜。改變pH就會(huì)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(dòng)速度不同，從而得以分離。沉降系數(shù)（s）：?jiǎn)挝浑x心場(chǎng)強(qiáng)單位時(shí)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(duì)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(diǎn).低溫不變性.優(yōu)點(diǎn)：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(jī)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(diǎn)：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(diǎn)：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(dòng)?；瘜W(xué)：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、變性劑。原因：空間結(jié)構(gòu)破壞。（但一級(jí)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)