華南理工大學(xué)生物化學(xué)課件 第4章 蛋白質(zhì)

第四章蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類二、氨基酸三、肽四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)六、蛋白質(zhì)的功能主要內(nèi)容一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類主要組成元素：C、H、O、N、S及P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等微量元素。

百分?jǐn)?shù)約為：碳占50~55%，氫占6~8%，氧占20~30%，氮占15~18%及硫占0~4%。大多數(shù)蛋白質(zhì)所含氮素約為16%，因該元素容易用凱氏(Kjeldahl)定氮法進(jìn)行測(cè)定，故蛋白質(zhì)的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)計(jì)算出來(lái)。根據(jù)分子形狀分球狀蛋白質(zhì)（分子對(duì)稱性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類）纖維狀蛋白質(zhì)（對(duì)稱性差，分子類似細(xì)棒或纖維。它又可分成可溶性纖維狀蛋白質(zhì)，和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)）根據(jù)組成分簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)根據(jù)功能分活性蛋白質(zhì)（如酶蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、運(yùn)動(dòng)蛋白、保護(hù)和防御蛋白和受體蛋白）非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)這類蛋白質(zhì)只含由

-氨酸組成的肽鏈，不含其它成分1、清蛋白廣泛存在于生物體內(nèi)，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白普遍存在于生物體內(nèi)，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物種子球蛋白等。3、谷蛋白如米谷蛋白和麥谷蛋白等。4、醇溶谷蛋白這類蛋白質(zhì)主要存在于植物種子中。如玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白等。5、組蛋白分子中組氨酸、賴氨酸較多，分子呈堿性。如小牛胸腺組蛋白等。6、魚精蛋白分子中堿性氨基酸特別多，因此呈堿性。如鮭精蛋白等。7、硬蛋白這類蛋白是動(dòng)物體內(nèi)作為結(jié)締及保護(hù)功能的蛋白質(zhì)。例如，角蛋白、膠原、網(wǎng)硬蛋白和彈性蛋白等。結(jié)合蛋白質(zhì)由簡(jiǎn)單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成1、核蛋白輔基是核酸，如脫氧核糖核蛋白、核糖體、病毒等。2、脂蛋白與脂質(zhì)結(jié)合的蛋白質(zhì)，脂質(zhì)成分有磷脂、固醇和中性脂等。3、蛋白和粘蛋白輔基成分為半乳糖、甘露糖、硫酸或磷酸等。4、磷蛋白磷酸基通過(guò)酯鍵與蛋白質(zhì)中的絲氨酸或蘇氨酸殘基側(cè)鏈相連。如酪蛋白、胃蛋白酶等。5、血紅素蛋白輔基為血紅素，它是卟啉類化合物。6、黃素蛋白輔基為黃素腺膘呤二核苷酸。如琥珀酸脫氫酶7、金屬蛋白與金屬直接結(jié)合的蛋白質(zhì)。

生物體內(nèi)常見氨基酸的分類蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)中常見的20種氨基酸稀有的蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成中，除上述20種常見氨基酸外，從少數(shù)蛋白質(zhì)中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應(yīng)常見氨基酸的衍生物。如4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等。非蛋白質(zhì)氨基酸：生物體內(nèi)呈游離或結(jié)合態(tài)的氨基酸。二、氨基酸蛋白質(zhì)中存在的20種氨基酸，除脯氨酸外，在其α-碳原子上都有一個(gè)自由的羧基及一個(gè)自由的氨基；由于脯基酸的α-氨基被取代，它實(shí)際上是一種α-亞氨基酸。此外，每種氨基酸都有一個(gè)特殊的R基團(tuán)。

蛋白質(zhì)氨基酸二十種常見蛋白質(zhì)氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)及三字符號(hào)

據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類必需ＡＡ非必需ＡＡ據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類脂肪族ＡA（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)雜環(huán)ＡＡ(His、Pro)據(jù)R基團(tuán)極性分類極性R基團(tuán)AA非極性R基團(tuán)AA（８種）不帶電荷（７種）據(jù)氨基、羧基數(shù)分類一氨基一羧基ＡＡ一氨基二羧基ＡＡ(Glu、Asp)二氨基一羧基ＡＡ(Lys、His、Arg)

人的必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThr

Arg、His帶電荷：正電荷（３種）負(fù)電荷（２種）甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）纈氨酸（Val,V）亮氨酸（Lue,L）異亮氨酸（Ile,I）中性脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸絲氨酸（Ser,S）蘇氨酸（Thr,T）半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）堿性氨基酸

賴氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）組氨酸（His,H）雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸

組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）芳香族氨基酸

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trg,W）除去上述20種氨基酸外，有一些蛋白質(zhì)的水解液中含有少數(shù)其它氨基酸，這些都是正常氨基酸的衍生物，其中有4-羥基脯氨酸，存在于纖維蛋白、膠原以及某些植物蛋白中（如煙草細(xì)胞壁的糖蛋白）。在膠原的水解液中也分離出5-羥基賴氨酸。N-甲基賴氨酸存在于肌球蛋白中，另一個(gè)重要的特有氨基酸是

-羧基谷氨酸，存在于凝血酶原及某些具有結(jié)合離子功能的其他蛋白質(zhì)中。鎖鏈素（一種賴氨酸的衍生物，其中央的吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)由４個(gè)賴氨酸分子的側(cè)鏈組成）則僅在彈性蛋白中發(fā)現(xiàn)。從甲狀腺蛋白中分離出3,5-二碘酪氨酸和甲狀腺素等，他們都是酪氨酸的衍生物，稀有氨基酸都是從肽鏈中的正常氨基酸前體經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾產(chǎn)生的。含稀有氨基酸的蛋白質(zhì)多具有較強(qiáng)的生物活性。稀有的蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸除去蛋白質(zhì)的20種普通氨基酸及少數(shù)稀有氨基酸外，已發(fā)現(xiàn)有150多種其它氨基酸，存在于各種細(xì)胞及組織中，呈游離狀態(tài)或者結(jié)合狀態(tài)，但并不存在于蛋白質(zhì)中，所以稱為非蛋白質(zhì)氨基酸。

它們大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的α-氨基酸的衍生物，但是也發(fā)現(xiàn)有

-，

-，或

-氨基酸。某些非蛋白質(zhì)氨基酸呈D-構(gòu)型，如細(xì)菌細(xì)胞壁中存在的D-谷氨酸和D-丙氨酸。

一些非蛋白氨基酸的分子結(jié)構(gòu)如下：氨基酸的性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì)溶解度：水中溶解度差別較大，不溶于有機(jī)溶劑。

光吸收性：可見光區(qū)無(wú)光吸收，紫外光區(qū)Phe、Thy、Trp有光吸收。旋光性：AA的物理常數(shù)，與結(jié)構(gòu)、PH值有關(guān)。味感：不同味道(與構(gòu)型有關(guān)).（二）兩性解離和等電點(diǎn)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的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。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化H3N—CH—COOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2N—CH—COO-R在堿性溶液中的氨基酸（pH＞pI）調(diào)節(jié)氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—NH3+基和—COO-基的解離程度完全相等時(shí)，即所帶凈電荷為零，此時(shí)氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（pI）。

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=(pK’1+pK’R-COO-)/2鹼性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

（三）化學(xué)性質(zhì)茚三酮(無(wú)色)+（1）與茚三酮的反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。在570nm（藍(lán)紫色）或440nm（黃色）定量測(cè)定（幾μg）。加熱（弱酸）NH3CO2RCHO+還原性茚三酮+2NH3+還原性茚三酮還原性茚三酮3H20紫色化合物（2）與甲醛的反應(yīng)：氨基酸的甲醛滴定法(3)與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)（黃色）多用來(lái)鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3無(wú)水HF多用于重復(fù)測(cè)定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計(jì)出“多肽順序自動(dòng)分析儀”（5）成鹽反應(yīng)R—CH—COOH+HClNH2R—CH—COOHNH2·HCl（6）?；蜔N基化反應(yīng)R—CH—COOH+RX′NH2R=?；驘N基′R—CH—COOH+HX′NHRX=鹵素（Cl、F）（7）成酯反應(yīng)R—CH—COOH+C2H5OHNH2R—CH—COOC2H5NH2HCl氣當(dāng)羧基變成乙酯后，羧基的化學(xué)性質(zhì)就被掩蔽了，而氨基的化學(xué)性質(zhì)就突出地顯示出來(lái)。（8）酰氯化反應(yīng)Y—NH—CRH—COOH+PCl5?；被醂—NH—CRH—COCl?；被Ｂ仁拱被岬聂然罨?，易于另一氨基酸的氨基結(jié)合，在合成肽的工作上常用。（9）成酰胺反應(yīng)H2N—CHR—COOC2H5+HNH2體外無(wú)水H2N—CHR—CONH2+C2H5OH氨基酸酰胺有機(jī)體內(nèi)：Asp（Glu）+NH4+Asn（Gln）Asn（Gln）合成酶ATP（10）脫羧反應(yīng)H2N—CHR—COOH脫羧酶CO2+RCH2NH2胺（11）迭氮反應(yīng)H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH?；被醂HN-CHR-COOCH3酰化氨基酸甲酯NH2NH2（-CH3OH）YHN—CHR—CO—NH—NH2?；被岬碾卵苌颒NO2YHN—CHR—CON3+2H2O?；被岬㈦陌被岜舜艘怎０锋I互相連接在一起形成的化合物為肽。這個(gè)鍵稱肽鍵。兩個(gè)分子氨基酸所形成的肽稱為二肽，三個(gè)氨基酸縮合成的肽稱為三肽，依此類推。若一種肽含有少于10個(gè)氨基酸，則為寡肽，超過(guò)此數(shù)的肽統(tǒng)稱為多肽。肽鍵：肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。

多肽鏈的立體結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，又稱為化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指氨基酸在肽鏈中的排列順序及二硫鍵的位置，是多肽鏈具有共價(jià)鍵的主鏈結(jié)構(gòu)。多肽鏈的氨基酸順序，是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。二級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵相互作用而形成的空間關(guān)系；是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。主要有以下類型：(１)α－螺旋（α－h(huán)elix）(２)β－折疊（β-pleatedsheet）(３)β－轉(zhuǎn)角（β-turn）(４)無(wú)規(guī)則卷曲（nonregularcoil）

(１)α－螺旋在

-螺旋中肽平面的鍵長(zhǎng)和鍵角一定,肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型,相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角.①多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.