蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座

蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第1頁2一氨基酸結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1蛋白質(zhì)元素組成

蛋白質(zhì)元素組成主要有C、H、O、N、S。有些蛋白質(zhì)中還有P、Cu、Fe、Mn、Mo、Co、Zn、Mg、Ca等礦質(zhì)元素。蛋白質(zhì)元素組成一個主要特征是，平均含N量為16%。其倒數(shù)：100/16=6.25，即蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義為樣品中每存在1g元素N，說明含有6.25g蛋白質(zhì)。假如能測定出樣品中含N量，就可計算出樣品中蛋白質(zhì)含量：粗蛋白質(zhì)%=N%×6.25蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第2頁32蛋白質(zhì)水解1)完全水解和不完全水解蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第3頁4

蛋白質(zhì)分子在水解過程中改變依次為:蛋白質(zhì)分子→多肽→寡肽→二肽→α-氨基酸。將蛋白質(zhì)水解到不能再水解程度，得到α-氨基酸混合液，這種水解作用稱完全水解。將蛋白質(zhì)進(jìn)行適度水解，得到各種水解中間產(chǎn)物與α-氨基酸混合物，這種水解作用稱不完全水解。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第4頁5①酸水解常見6mol/L鹽酸或4mol/L硫酸在105℃~110℃條件下進(jìn)行水解,反應(yīng)時間約20小時,蛋白質(zhì)可完全水解。此法優(yōu)點(diǎn)是不輕易引發(fā)水解產(chǎn)物消旋化。缺點(diǎn)是色氨酸被沸酸完全破壞。含有羥基氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小個別被分解;門冬酰胺和谷氨酰胺側(cè)鏈酰胺基被水解成了羧基。2)常見蛋白質(zhì)水解方法蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第5頁6②堿水解普通用5mol/LNaOH,2mol/LBa(OH)2煮沸10小時以上,可使肽鍵完全水解。因?yàn)樗膺^程中許多氨基酸都受到不一樣程度破壞,產(chǎn)率不高。個別水解產(chǎn)物發(fā)生消旋化。該法優(yōu)點(diǎn)是色氨酸在水解中不受破壞。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第6頁7③酶水解當(dāng)前用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂蛋白水解酶(proteolyticenzyme)或稱蛋白酶(proteinase)已經(jīng)有十各種。應(yīng)用酶水解多肽,反應(yīng)條件比較溫和,不會破壞氨基酸,也不會發(fā)生消旋化。水解產(chǎn)物為較小肽段。有些蛋白酶具很強(qiáng)專一性。最常見蛋白水解酶有:胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第7頁83氨基酸結(jié)構(gòu)L-

-氨基酸不變個別可變個別

氨基酸分子結(jié)構(gòu)有兩個共同特點(diǎn):都是

-氨基酸;除甘氨酸外都是L-型氨基酸。各種氨基酸區(qū)分在于側(cè)鏈R基不一樣。參加蛋白質(zhì)組成常見氨基酸有20種(見P17表2-2)。除甘氨酸和脯氨酸外，其它均含有以下結(jié)構(gòu)通式。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第8頁94常見氨基酸分類參加組成蛋白質(zhì)常見氨基酸有20種。依據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為三類:脂肪族、芳香族和雜環(huán)族氨基酸。依據(jù)R基團(tuán)酸堿性質(zhì)分為三類:中性、酸性和堿性氨基酸。依據(jù)R基團(tuán)電性質(zhì)分為:疏水基團(tuán)氨基酸、不帶電荷極性R基團(tuán)氨基酸和帶電荷R基團(tuán)氨基酸。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第9頁101)蛋白質(zhì)分子中稀有氨基酸

在天然蛋白質(zhì)分子組成氨基酸中，除了上述20種常見基礎(chǔ)氨基酸外，在少數(shù)蛋白質(zhì)分子中有一些不常見氨基酸，稱為稀有氨基酸。他們是在蛋白質(zhì)分子合成之后，由對應(yīng)常見氨基酸分子經(jīng)酶促催化化學(xué)修飾而成衍生物。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第10頁11稀有氨基酸蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第11頁122)非蛋白質(zhì)氨基酸

除了參加蛋白質(zhì)組成20種氨基酸外，在生物體內(nèi)還發(fā)覺200各種其它氨基酸，這些氨基酸多數(shù)是常見氨基酸衍生物，但有些是β-、γ-、δ-氨基酸，有少數(shù)是D-型氨基酸。

β-丙氨酸是維生素B3(泛酸)組成成份。γ-氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動化學(xué)介質(zhì)。瓜氨酸和鳥氨酸是尿素循環(huán)中間產(chǎn)物。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第12頁13各種常見氨基酸均為無色結(jié)晶，結(jié)晶形狀因氨基酸結(jié)構(gòu)而異。氨基酸分子都以內(nèi)鹽形式存在，熔點(diǎn)比對應(yīng)羧酸或胺類高，普通在200℃~300℃。都能溶于水，但溶解度差異很大。均易溶于稀酸稀堿溶液中。除甘氨酸外，每種氨基酸都有旋光性和特定比旋光度。5氨基酸物理性質(zhì)蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第13頁14氨基酸光吸收

組成蛋白質(zhì)20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)都有光吸收。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能力，其最大吸收峰(

max)和摩爾消光系數(shù)(

)分別為。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第14頁15酪氨酸(Tyr):

max=275nm，275=1.4×103苯丙氨酸(Phe):

max=257nm，257=2.0×102

色氨酸(Trp):

max=280nm，280=5.6×103蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第15頁166氨基酸兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不一樣pH下，兩性離子狀態(tài)也隨之發(fā)生改變。1)氨基酸兩性解離蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第16頁17

pH1710凈電荷+10-1

正離子兩性離子(pI)負(fù)離子蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第17頁182)氨基酸等電點(diǎn)當(dāng)溶液為某一pH值時，氨基酸分子中所含-NH3+和-COO-數(shù)目恰好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸等電點(diǎn)，簡稱pI。在等電點(diǎn)時，氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含離解基團(tuán)中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它pK'1和pK'2算術(shù)平均值:pI=(pK'1+pK'2)/2側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊pK'值算術(shù)平均值。酸性氨基酸:pI=(pK'1+pK'R-COO-

)/2

堿性氨基酸:pI=(pK'2+pK'R-NH2

)/2蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第18頁19pK'1pK'2pK'RpK'1=2.18pK'2=8.95pK'R=10.53pI=(pK'2+pK'R)/2=(8.95+10.53)/2=9.74賴氨酸兩性離解及其等電點(diǎn)(P21表2-3)蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第19頁20天冬氨酸兩性離解及其等電點(diǎn)(P21表2-3)pK'1pK'2pK'RpK'1=2.09pK'2=9.82pK'R=3.86pI=(pK'1+pK'R)/2=(2.09+3.86)/2=2.98pH>pI時，氨基酸帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動。pH<pI時，氨基酸帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動。pH與pI差值越大，氨基酸所帶電荷數(shù)就越多，在電場中移動速度就越快。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第20頁217氨基酸化學(xué)反應(yīng)1)α-羧基參加反應(yīng)②形成酰鹵反應(yīng)①形成酯反應(yīng)③脫羧反應(yīng)④成酰胺反應(yīng)蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第21頁222)α-氨基參加反應(yīng)②?；磻?yīng)①與亞硝酸反應(yīng)③Sanger試劑蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第22頁233)α-氨基和α-羧基共同參加反應(yīng)用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成基礎(chǔ)反應(yīng)

一個氨基酸a-氨基與另一個氨基酸a-羧基脫水縮合，生成酰胺化合物(肽)，其酰胺鍵稱為肽鍵。①成肽反應(yīng)蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第23頁244)茚三酮反應(yīng)用途：常見于氨基酸定性或定量分析蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第24頁258氨基酸分離與測定

從蛋白質(zhì)水解液中分離制備氨基酸或者分離分析氨基酸組成，需要分辯力很強(qiáng)分離技術(shù)。層析法是近代生化中非常有用效分離方法。層析技術(shù)由三個基礎(chǔ)條件組成：①水不溶性惰性支持物。②流動相能攜帶溶質(zhì)沿支柱物流動。③固定相是附著在支持物上水或離子基團(tuán)，能對各種溶質(zhì)流動產(chǎn)生不一樣阻滯作用。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第25頁26

依據(jù)分離機(jī)理，可將層析法分為吸附層析、離子交換層析、分配層析、分子篩過濾層析及離子交換與分子篩效應(yīng)兩種機(jī)理相結(jié)合層析等。對于分子大小不等化合物，宜用分子篩過濾分離；對于能溶于有機(jī)溶劑，難溶于水化合物，常見吸附層析法分離；對于既溶于水也溶于有機(jī)溶劑化合物，宜用分配層析分離；電解質(zhì)混合物則宜用離子交換層析分離。對于混合液中氨基酸分離，分配層析和離子交換層析都能得到很好分離效果。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第26頁27二蛋白質(zhì)性質(zhì)

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，氨基酸許多理化性質(zhì)在蛋白質(zhì)上都有所表現(xiàn)，如兩性解離、等電點(diǎn)、成酯反應(yīng)、成鹽反應(yīng)、顯色反應(yīng)、光吸收性質(zhì)等。但蛋白質(zhì)含有氨基酸所不具備許多性質(zhì)。主要有:膠體性質(zhì)、沉淀作用、變性作用等。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第27頁281蛋白質(zhì)兩性解離和等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)分子中有很多酸性解離基團(tuán)和堿性解離基團(tuán)，為含有兩性解離性質(zhì)化合物。各種解離基團(tuán)解離度與溶液pH相關(guān)，pH越低，堿性基團(tuán)解離度越大，蛋白質(zhì)帶正電荷越多，pH升高則解離情況相反。1)兩性解離蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第28頁292)等電點(diǎn)

調(diào)整溶液pH可改變蛋白質(zhì)分子帶電情況，在特定pH條件下，某種蛋白質(zhì)分子所帶正負(fù)電荷數(shù)相等，凈電荷為零，這一pH稱為該蛋白質(zhì)等電點(diǎn)(pI)。每種蛋白質(zhì)都有特定等電點(diǎn)，等電點(diǎn)并非常數(shù)，因溶液中鹽種類和離子強(qiáng)度而有所不一樣。等電點(diǎn)與蛋白質(zhì)分子中氨基酸組成相關(guān)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第29頁303)等電沉淀和蛋白電泳

在等電點(diǎn)pH時，蛋白質(zhì)為電中性，比較穩(wěn)定。其物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、溶解度、粘度、滲透壓等都表現(xiàn)為最低值，易發(fā)生絮結(jié)沉淀。等電點(diǎn)性質(zhì)常被用于蛋白質(zhì)分離制備。溶液pH值不等于等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)分子顯電性，在電場中向其所帶電荷相反電極泳動。不一樣蛋白質(zhì)分子因其大小、形狀、所帶電荷性質(zhì)和數(shù)量各不相同，在電場中泳動方向、速率也各不相同?？捎秒娪炯夹g(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)分離。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第30頁312蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物大分子，相對分子質(zhì)量在1萬~100萬之間，其顆粒大小屬于膠體粒子范圍。在蛋白質(zhì)分子表面有許多極性基團(tuán)，親水性很強(qiáng)，輕易與水成為穩(wěn)定親水膠體溶液。1)蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定性蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第31頁32

①表面電荷在非等電點(diǎn)條件下，蛋白質(zhì)分子表面帶有同性電荷，因吸附溶液中異性電荷而形成雙電層，將分子顆粒包住，彼此相互排斥，不致發(fā)生聚集絮凝。

②水化膜蛋白質(zhì)分子表面親水基團(tuán)吸附大量水分子而形成一層厚厚水化膜，水化膜將蛋白質(zhì)分子隔離開，彼此不再發(fā)生碰撞絮結(jié)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第32頁332)蛋白質(zhì)膜過濾分離純化

半透膜是指允許溶液中小分子物質(zhì)透過，大分子物質(zhì)不能透過一個薄膜，如羊皮紙、火棉紙、玻璃紙、腸衣等。蛋白質(zhì)含有半透膜不透過性，可用透析法進(jìn)行蛋白質(zhì)分離提純。分離提純蛋白質(zhì)時，將含有小分子雜質(zhì)蛋白質(zhì)溶液裝在半透膜袋內(nèi)，流水沖洗，小分子物質(zhì)透過膜被沖走，大分子蛋白質(zhì)留在袋內(nèi)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第33頁343蛋白質(zhì)沉淀作用

破壞蛋白質(zhì)水化膜和表面電荷，蛋白質(zhì)親水膠體便失去穩(wěn)定性而發(fā)生沉淀，稱為蛋白質(zhì)沉淀作用。實(shí)踐中進(jìn)行蛋白質(zhì)沉淀，一是為了分離制備有活性天然蛋白質(zhì)制品，如酶制劑、抗體蛋白、細(xì)胞色素類蛋白等，這類沉淀方法，為天然蛋白質(zhì)沉淀，或稱不變性沉淀。二是為了從生物制品中除去雜蛋白或者制備失去活性蛋白質(zhì)制品，這類沉淀方法要使蛋白質(zhì)變性失活，或生成不溶性鹽，沉淀蛋白質(zhì)不能再恢復(fù)天然狀態(tài)和生物活性，屬于變性沉淀。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第34頁35沉淀蛋白質(zhì)方法①鹽析法②有機(jī)溶劑沉淀法③重金屬鹽沉淀法④生物堿試劑沉淀法⑤熱凝固沉淀法蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第35頁36①鹽析法

在蛋白質(zhì)溶液中加入中性鹽，如NaCl、KCl、(NH4)2SO4、Na2SO4

等，可產(chǎn)生鹽溶或鹽析現(xiàn)象。①在鹽濃度很稀范圍內(nèi)，伴隨鹽濃度增加，蛋白質(zhì)溶解度亦隨之增加，這種現(xiàn)象稱鹽溶。鹽溶作用是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)表面電荷吸附鹽離子后，增加了蛋白質(zhì)與水親和力而促進(jìn)蛋白質(zhì)溶解。②當(dāng)鹽濃度提升到一定飽和度時，蛋白質(zhì)溶解度降低，分子發(fā)生絮結(jié)而沉淀析出，這種現(xiàn)象稱之為鹽析。(NH4)2SO4是鹽析法中常見中性鹽。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第36頁37②有機(jī)溶劑沉淀法

水溶性有機(jī)溶劑如丙酮、乙醇等，含有介電常數(shù)比較小，與水親和力大，能以任何百分比與水相溶等特點(diǎn)。向水中加入適量這類溶劑時，能奪取蛋白質(zhì)顆粒表面水化膜，還能降低水介電常數(shù)，增加蛋白質(zhì)顆粒間靜電相互作用，造成蛋白質(zhì)分子聚集絮結(jié)沉淀。乙醇為有機(jī)溶劑沉淀法最常見沉淀劑。有機(jī)溶劑長時間作用于蛋白質(zhì)會引發(fā)蛋白質(zhì)變性，此法操作時要注意：①低溫操作，②有機(jī)溶劑與蛋白質(zhì)接觸時間不能過長。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第37頁38③重金屬鹽沉淀法

當(dāng)溶液pH大于等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，易與重金屬離子如Hg2+、Cu2+、Ag+等結(jié)合，生成不溶性鹽類，沉淀析出。誤服重金屬鹽病人，大量口服牛奶、豆?jié){或蛋清能夠排毒，就是因?yàn)檫@些食物中民重金屬離子形成了不溶性鹽，后者經(jīng)催吐劑嘔吐排出體外，到達(dá)解毒目標(biāo)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第38頁39

當(dāng)溶液pH低于等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)顆粒帶正電荷，易與生物堿試劑如苦味酸、鞣酸，磷鎢酸、磷鉬酸及三氯醋酸等作用，生成不溶性鹽沉淀，并伴隨發(fā)生蛋白質(zhì)分子變性。試驗(yàn)室中常見這些試劑定性檢驗(yàn)蛋白質(zhì)及去除雜蛋白。在啤酒生產(chǎn)工藝中將麥芽汁加啤酒花煮沸，目標(biāo)是借酒花中單寧類物質(zhì)與變性蛋白成鹽沉淀，以澄清麥汁，預(yù)防成品啤酒產(chǎn)生蛋白混濁。生物堿是生物尤其是植物產(chǎn)生一個復(fù)雜含N化合物。凡是能生物堿成沉淀反應(yīng)或顯色反應(yīng)試劑稱為生物堿試劑。④生物堿試劑沉淀法蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第39頁40⑤熱凝固沉淀法

蛋白質(zhì)受熱變性后，在有少許鹽類存在或?qū)H調(diào)至等電點(diǎn)，則很輕易發(fā)生凝固沉淀。其原因可能因?yàn)樽冃缘鞍踪|(zhì)空間結(jié)構(gòu)解體，疏水基團(tuán)外露，水化膜破壞，同時因?yàn)槠茐牧藥щ姞顟B(tài)等發(fā)生絮結(jié)沉淀。我國傳統(tǒng)做豆腐工藝是將豆?jié){煮沸，點(diǎn)入少許鹽鹵(MgCl2)或石膏(CaSO4)，或者點(diǎn)入酸漿或葡萄糖酸內(nèi)酯將pH調(diào)至等電點(diǎn)，熱變性大豆蛋白便很快絮結(jié)沉淀，經(jīng)過濾成型則成為豆腐。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第40頁414蛋白質(zhì)變性作用天然蛋白質(zhì)分子受到一些理化原因作用，其有序空間結(jié)構(gòu)被破壞而喪失生物活性，并伴隨一些理化性質(zhì)改變，但其一級結(jié)構(gòu)沒改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性作用。能破壞次級鍵理化原因都可造成蛋白質(zhì)變性。變性蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為：①理化性質(zhì)發(fā)生改變，如旋光性改變、粘度增加、光吸收增強(qiáng)、溶解度降低、易沉淀，顏色反應(yīng)增強(qiáng)等。②生化性質(zhì)發(fā)生改變，變性蛋白比天然蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解。③生物活性喪失。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第41頁425蛋白質(zhì)顏色反應(yīng)

蛋白質(zhì)分子能與各種化合物發(fā)生特異化學(xué)反應(yīng)。蛋白質(zhì)除具備氨基酸所具備化學(xué)性質(zhì)之外，最常見還有雙縮脲反應(yīng)。雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產(chǎn)生蘭色銅－雙縮脲絡(luò)合物，稱為雙縮脲反應(yīng)。含有兩個以上肽鍵多肽，含有與雙縮脲相同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍(lán)紫色絡(luò)合物?？蓪Χ嚯倪M(jìn)行定量測定。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第42頁43三蛋白質(zhì)共價結(jié)構(gòu)1肽結(jié)構(gòu)

一個氨基酸氨基與另一個氨基酸羧基之間失水形成酰胺鍵稱為肽鍵，所形成化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成肽稱為二肽，由多個氨基酸組成肽則稱為多肽。組成多肽氨基酸單元稱為氨基酸殘基。在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定次序排列，這種排列次序稱為氨基酸次序。通常在多肽鏈一端含有一個游離

-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離

-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸次序是從N-端氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)排列次序。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第43頁44

肽鍵特點(diǎn)是氮原子上孤對電子與羰基含有顯著共軛作用。

組成肽鍵原子處于同一平面。

蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第44頁45下述五肽可表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第45頁46蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第46頁47在生物體中，多肽最主要存在形式是作為蛋白質(zhì)亞單位。有許多分子量比較小多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都含有特殊生理功效，常稱為活性肽。常見活性多肽有：腦啡肽，激素類多肽，抗生素類多肽，谷胱甘肽，蛇毒多肽等。2天然活性肽蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第47頁481)谷胱甘肽

動植物、微生物細(xì)胞中都含有一個還原型三肽：γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，稱為谷胱甘肽(GSH)。其巰基能發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，在細(xì)胞中是一些蛋白質(zhì)和巰基酶緩沖劑，其還原型巰基可作為供氫體使酶活中心必需基團(tuán)-SH保持還原狀態(tài)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第48頁49

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

Met-腦啡肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-

Leu-腦啡肽牛催產(chǎn)素牛加壓素2)激素肽和神經(jīng)肽蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第49頁503蛋白質(zhì)分類依據(jù)蛋白質(zhì)分子化學(xué)組成份為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。依據(jù)蛋白質(zhì)分子形狀分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。依據(jù)生理功效將蛋白質(zhì)分為生理活性蛋白質(zhì)和非生理活性蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第50頁511)形態(tài)學(xué)功效

生物體各種組織結(jié)構(gòu)都有蛋白質(zhì)參加組成，如動物角、毛、蹄、肉等形態(tài)結(jié)構(gòu)干物質(zhì)主要成份都是蛋白質(zhì)。4蛋白質(zhì)生物學(xué)功效2)生理活性功效

生物體各種代謝活動和生理現(xiàn)象都有不一樣功效蛋白質(zhì)參加，如酶催化作用，蛋白類激素對代謝調(diào)整作用，運(yùn)載蛋白輸導(dǎo)作用，細(xì)胞色素蛋白傳遞電子作用，糖蛋白細(xì)胞識別作用，免疫球蛋白抗感染作用等。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第51頁523)外源蛋白質(zhì)含有營養(yǎng)功效

蛋白質(zhì)是人和動物主要營養(yǎng)物質(zhì)，也是許多微生物所需要營養(yǎng)物質(zhì)。外源蛋白質(zhì)經(jīng)消化分解生成氨基酸，被細(xì)胞吸收主要作為合成本身蛋白質(zhì)或其它含N化合物原料。有一個別氨基酸被細(xì)胞氧化分解作為能源。合理營養(yǎng)要求有10%左右能量由蛋白質(zhì)氧化分解供給。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第52頁535蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)又稱初級結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)或共價結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)即肽鏈中氨基酸排列次序。一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)；也是認(rèn)識蛋白質(zhì)分子生物功效，結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化關(guān)系，結(jié)構(gòu)變異與分子病關(guān)系等許多復(fù)雜問題主要基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容包含：多肽數(shù)目，肽鏈末端殘基種類，肽鏈氨基酸組成及排列次序，鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵配置等。1)蛋白質(zhì)氨基酸組成蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第53頁54

第一個被說明一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是牛胰島素。牛胰島素分子(單體)由51個殘基分A、B兩條鏈組成，分子量5734，A鏈有21個殘基，N端為甘氨酸(Gly)，C端為天冬酰胺(Asn)，鏈內(nèi)有A6與A11間形成鏈內(nèi)二硫鍵。B鏈有30個殘基，N端為苯丙氨酸(Phe)，C端為丙氨酸(Ala)。A、B兩鏈間有A7與B7，A20與B19間分別形成兩個鏈間二硫鍵，將兩條鏈連接在一起，組成完整一級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第54頁55

胰島素是哺乳動物胰臟中β-細(xì)胞分泌一個蛋白質(zhì)激素，對糖代謝起調(diào)整作用，促進(jìn)血糖利用和糖原合成，還有調(diào)整脂肪和蛋白質(zhì)代謝功效。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第55頁56

研究蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系主要是研究多肽鏈中不一樣部位殘基與生物功效關(guān)系。在蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中，有部位保守性很強(qiáng)，既不能缺失，也不能更換，不然就會喪失活性；有部位則能夠改變，切除或更換別殘基都不會影響生物活性；還有部位必須切除后才能顯活性。不一樣部位殘基對功效影響，實(shí)質(zhì)上是影響了蛋白質(zhì)分子特定空間構(gòu)象形成。2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第56頁57

血紅蛋白是由2個α-亞基各141個殘基，和2個β-亞基各146個殘基組成四聚體。鐮刀型貧血癥是β-鏈N端第6位殘基由谷氨酸(Glu)殘基換成了纈氨①鐮刀型貧血癥酸(Val)殘基。Glu與Val差異很大，在生理pH條件下，GluR基團(tuán)帶負(fù)電荷，而Val顯電中性。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第57頁58②細(xì)胞色素C(Cytc)

細(xì)胞色素C是普遍存在于各種細(xì)胞中一個結(jié)合蛋白。由104個殘基組成多肽鏈分子，每分子含一個血紅素輔基，是呼吸鏈主要組員，起電子遞體作用。象細(xì)胞色素C這么在不一樣生物體中行使同一個功效蛋白質(zhì)稱為同源蛋白質(zhì)。不一樣生物同源蛋白質(zhì)含有相同或近似多肽鏈結(jié)構(gòu)。也有些同源蛋白質(zhì)隨物種不一樣氨基酸組成改變很大，同源蛋白質(zhì)氨基酸次序相同性稱為次序同源現(xiàn)象。比較分析次序同源現(xiàn)象，可了解一級結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系，也可了解物種間進(jìn)化關(guān)系。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第58頁59不一樣生物細(xì)胞色素C氨基酸差異數(shù)(以人Cytc為基數(shù))生物殘基差異數(shù)生物殘基差異數(shù)黑猩猩0響尾蛇14猴子1海龜15免1金槍魚21豬牛羊10小蠅25狗11蛾31驢11小麥35馬12鏈孢霉43雞13酵母44蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第59頁601蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)四蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)1)二級結(jié)構(gòu)概念

蛋白質(zhì)分子二級結(jié)構(gòu)是指肽鏈主鏈有規(guī)則盤波折疊形成構(gòu)象，或規(guī)則幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。只包括肽鏈主鏈構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成氫鍵，不討論側(cè)鏈基團(tuán)空間排布。主要有

-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。維系二級結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵主要是氫鍵。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第60頁61

蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)是指分子構(gòu)象而言。構(gòu)象與構(gòu)型都是立體化學(xué)結(jié)構(gòu)概念，但含義不一樣。構(gòu)型是因?yàn)榛衔锓肿又心骋徊粚ΨQ碳原子上四種不一樣取代基團(tuán)空間排列所形成一個光學(xué)活性立體結(jié)構(gòu)。一個不對稱碳原子只能形成兩種不一樣構(gòu)型。分子從一個構(gòu)型變?yōu)橐粋€構(gòu)型必須發(fā)生共價鍵斷裂。2)構(gòu)型與構(gòu)象蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第61頁62

構(gòu)象是分子內(nèi)部全部原子或原子團(tuán)空間全部排布而形成一個立體結(jié)構(gòu)，這類立體結(jié)構(gòu)不需要共價鍵斷開，只要分子中發(fā)生C-C單鍵轉(zhuǎn)動就能從一個構(gòu)象變?yōu)榱硪粋€構(gòu)象。天然蛋白質(zhì)分子都有與其生物活性相關(guān)一個或少數(shù)幾個特定構(gòu)象，這種天然構(gòu)象相當(dāng)穩(wěn)定。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第62頁633)維系蛋白質(zhì)分子構(gòu)象化學(xué)鍵

蛋白質(zhì)分子三維構(gòu)象穩(wěn)定性要靠大量化學(xué)鍵來維系，主要有氫鍵、離子鍵、二硫鍵、配位健等，另外還有疏水相互作用力、范德華力等。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第63頁644)酰胺平面X-衍射研究表明，肽鍵鍵長大于C=N雙鍵，小于C-N單鍵，含有個別雙鍵性質(zhì)，不能自由轉(zhuǎn)動。所以每個肽鍵6個原子都被酰鍵固定在同一個平面上，這個平面稱為肽平面，也叫肽面。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第64頁65

酰胺平面是剛性平面，6個碳原子相對位置都是固定不變，其羰基氧原子與亞氨基氫原子總是呈反式排列。在主鏈成鏈共價鍵中，肽鍵占1/3，且不能自由轉(zhuǎn)動，這對肽鏈形成三維構(gòu)象有很大約束作用，只能靠α-碳原子兩邊單鍵，Cα-C和N-Cα鍵轉(zhuǎn)動，使酰胺平面相對位置發(fā)生改變，形成有限幾個主鏈構(gòu)象。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第65頁665)二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)象α-螺旋是蛋白質(zhì)分子中最常見很穩(wěn)定一個構(gòu)象，是由多肽主鏈圍繞一個中心軸有規(guī)則地一圈一圈盤旋前進(jìn)形成螺旋狀構(gòu)象。這是Pauling等在1951年經(jīng)過X光衍射對纖維蛋白質(zhì)α-角蛋白(如毛、發(fā)、角、甲、爪等)進(jìn)行構(gòu)象分析證實(shí)一個主鏈，故稱α-螺旋。天然蛋白質(zhì)分子中存在主要是右手螺旋，左手螺旋只在少數(shù)幾個蛋白質(zhì)中被發(fā)覺。左手α-螺旋結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)。(1)α-螺旋蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第66頁67

①多肽鏈中各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成左手螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升距離即螺距為0.54nm，含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間距離為0.15nm。②肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵取向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基酰胺基團(tuán)-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團(tuán)-NH基形成氫鍵。每個殘基R基團(tuán)都在α-螺旋外側(cè)，不影響螺旋穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第67頁68

③α-螺旋結(jié)構(gòu)常見SN表示，S代表每圈螺旋殘基個數(shù)，N表示氫鍵封閉環(huán)本身原子數(shù)。經(jīng)典左手-螺旋S為3.6，N為13，可表示為3.613。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第68頁69(2)β-折疊β-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展肽鏈平行排列，經(jīng)過鏈間氫鍵交聯(lián)而形成。肽鏈主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。在β-折疊中，α-碳原子總是處于折疊角上，氨基酸R基團(tuán)處于折疊棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間軸心距為0.35nm。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第69頁70β-折疊結(jié)構(gòu)氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成；也能夠在同一肽鏈不一樣個別之間形成。幾乎全部肽鍵都參加鏈間氫鍵交聯(lián)，氫鍵與主鏈長軸靠近垂直。β-折疊有兩種類型。一個為平行式，即全部肽鏈N-端都在同一邊。另一個為反平行式，即相鄰兩條肽鏈方向相反。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第70頁71β-折疊蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第71頁72(3)

β-轉(zhuǎn)角β-轉(zhuǎn)角是由四個氨基酸殘基組成。彎曲處第一個氨基酸殘基-C=O和第四個殘基-NH之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球蛋白分子中。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第72頁73蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第73頁74球狀蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)多元構(gòu)象蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第74頁752蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子在一、二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行三維空間多向性盤波折疊，形成特定近似球狀構(gòu)象，稱為蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)包含蛋白質(zhì)分子主鏈和側(cè)鏈全部原子或原子團(tuán)空間排布關(guān)系。1)三級結(jié)構(gòu)涵義蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第75頁762)三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象特點(diǎn)三級構(gòu)象近似球形。分子中親水基團(tuán)相對集中在分子表面，疏水基團(tuán)相對集中在分子內(nèi)部。疏水鍵在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著主要作用。氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等次級鍵對三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象穩(wěn)定也有一定作用。三級結(jié)構(gòu)形成之后，蛋白質(zhì)分子生物活性部位就形成了。在球形分子表面往往有一個很深裂隙，活性部位就在其中。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第76頁773)活性部位

球蛋白分子活性部位，又稱活性中心，是在三級構(gòu)象中由少數(shù)必需基團(tuán)組成負(fù)責(zé)完成生物功效一個空間小區(qū)域。三級結(jié)構(gòu)是球狀蛋白質(zhì)分子生物活性所必須具備結(jié)構(gòu)形式。胰島素分子與受體分子結(jié)合主要發(fā)生在一個表面部位，這個部位由B24、B25、B26、B28、A19等殘基組成面積相當(dāng)大疏水及分散在疏水區(qū)周圍表面電荷和極性基團(tuán)組成。其中Phe非常保守，被Leu或Ser取代后，活性嚴(yán)重喪失，僅剩1%左右。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第77頁78胰島素分子中與受體結(jié)合表面部位蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第78頁794)結(jié)構(gòu)域

較大球狀蛋白質(zhì)分子或亞基，常先由幾個二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起形成超二級結(jié)構(gòu)，以此作為形成三級結(jié)構(gòu)實(shí)體，這些二級結(jié)構(gòu)實(shí)體稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域深入締合形成近似球形三級結(jié)構(gòu)。如卵清溶菌酶三級結(jié)構(gòu)是由兩個結(jié)構(gòu)域締合而成。這兩個結(jié)構(gòu)域經(jīng)過共價鍵轉(zhuǎn)動調(diào)整相互之間位置，形成大裂隙，酶活性中心即在這一部位，這種結(jié)構(gòu)有利于酶與底物發(fā)生誘導(dǎo)楔合作用或進(jìn)行變構(gòu)調(diào)整作用。蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第79頁80蛋白質(zhì)化學(xué)專項(xiàng)知識講座第80頁813亞基締合與四級結(jié)構(gòu)

有些球狀蛋白質(zhì)分子由兩個或兩個以上三級結(jié)構(gòu)單位締合而成，稱寡聚蛋白。其中每個三級結(jié)構(gòu)單位稱為亞基。四級結(jié)構(gòu)就是寡聚蛋白質(zhì)分子中亞基與亞基間立體排