第04章蛋白質(zhì)化學(xué)

蛋白質(zhì)的化學(xué)第四章目的與要求：學(xué)時：6第一節(jié)了解第二節(jié)掌握第三節(jié)重點掌握第四節(jié)重點掌握第五節(jié)理解第六節(jié)了解第七節(jié)自學(xué)一、蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的基本成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。第一節(jié)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)二、蛋白質(zhì)具有多樣性的生物學(xué)功能proteins生物催化運動、支持免疫防御代謝調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運、貯存控制生長和分化信息接受和傳遞組成生物膜第二節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘

。各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。蛋白質(zhì)的含量=蛋白質(zhì)含氮量×6.251/16二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)RL-氨基酸的通式1.氨基酸都是兩性電解質(zhì)2.組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是α-氨基酸（脯氨酸例外）3.各種氨基酸的側(cè)鏈R的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同α碳原子4.組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-氨基酸（甘氨酸例外）1．非極性R基氨基酸,8種。

2．極性不帶電荷R基氨基酸,

7種。3．帶負電荷的R基氨基酸,2種4．帶正電荷的R基氨基酸，3種（二）氨基酸的分類

必需氨基酸(essentialaminoacid)指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：Ile、Met、Val、Leu、Trp、Phe、Thr、Lys。“一家寫兩三本書來”（三）氨基酸的分離與分析1.

自動氨基酸分析儀2.

高效液相色譜3.

離子交換層析4.

生物質(zhì)譜蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括

一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)空間結(jié)構(gòu)定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。*肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的

-羧基與另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）肽鍵和肽鏈+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端體內(nèi)多肽和蛋白質(zhì)生物合成時，是從氨基端開始，延長到羧基端終止。多肽鏈有兩端N末端C末端牛核糖核酸酶一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。（二）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的原理分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成測定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進行分析測定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數(shù)種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經(jīng)過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結(jié)果。通過核酸來推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質(zhì)的基因測定DNA序列排列出mRNA序列二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象又稱為空間結(jié)構(gòu)，立體結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)，三維構(gòu)象等。蛋白質(zhì)分子中原子和基團在三維空間上的排列，分布及肽鏈的走向。（一）維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵

1.氫鍵2.疏水鍵

3.離子鍵（鹽鍵）

4.范德華氏（vanderWaals)引力5.配位鍵6.二硫鍵ddd范德華力二硫鍵（二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(

-turn)

無規(guī)線團(randomcoil)

肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。參與肽鍵的6個原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，稱為肽鍵平面，也稱肽單元

(peptideunit)。1.肽單位2.

-螺旋結(jié)構(gòu)特點：右手螺旋每螺旋圈包含3.6個氨基酸殘基，每個殘基跨距0.15nm，螺旋上升一圈0.54nm。相鄰螺旋之間通過肽鍵上的酰基氧與亞氨基氫間形成氫鍵保持螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。氫鍵方向與螺旋長軸基本平行。氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)，對

-螺旋的形成有一定影響。二級結(jié)構(gòu)中的氫鍵3.

-折疊要點：⑴肽鍵平面折疊成鋸齒狀（折紙狀）R－基團交錯位于齒狀結(jié)構(gòu)上下方⑵氫鍵維持穩(wěn)定與主鏈長軸垂直⑶兩條以上肽鏈并列時，

-片層有順式和反式平行(4)R-基團太大時，

-折疊不易形成β-折疊：順式和反式中的氫鍵4.

-轉(zhuǎn)角

-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。5.無規(guī)卷曲RNase的分子結(jié)構(gòu)（三）超二級結(jié)構(gòu)模體(motif)多肽鏈順序上相鄰的二級結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)聚集體(motif)。這種規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)的聚集體稱為超二級結(jié)構(gòu)，它們可直接作為三級結(jié)構(gòu)的“建筑塊”或結(jié)構(gòu)域的組成單位，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（四）結(jié)構(gòu)域（domain）在較大的蛋白質(zhì)分子中，由多肽鏈上相鄰的超二級結(jié)構(gòu)緊密的聯(lián)系，進一步折疊形成一個或多個相對獨立的三維實體，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。特點：結(jié)構(gòu)域與分子整體以共價鍵相連具有相對獨立的空間構(gòu)象和生物學(xué)功能同一蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域可以相同或不同，不同蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域也可能相同或不同疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學(xué)鍵：次級鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。(五）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)才具有生物學(xué)活性，三級結(jié)構(gòu)一旦破壞，蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能喪失胰島素分子的三級結(jié)構(gòu)溶菌酶的三級結(jié)構(gòu)（六）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖三、蛋白質(zhì)和多肽合成的基本原理（二）采用生物技術(shù)合成蛋白質(zhì)（一）化學(xué)合成法的基本原理1.氨基酸的基團保護2.多肽的液相合成3.多肽的固相合成1.基因工程2.細胞工程3.酶工程蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofProtein第四節(jié)一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、一級結(jié)構(gòu)不同，功能不同（一）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系剩2-10％喪失活性

活性仍100％

2.一級結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部位相同，其功能也相同例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)3.一級結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部位不同，其生物學(xué)活性也改變—SicklecellanemiaThesickledcellsarefragile.Theirbreakdownleadstoananemiathatleavesthevictimsusceptibletoinfectionsanddiseases.Theelongatedcellstendtoblockcapillaries,causinginflammationandconsiderablepain

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.蛋白質(zhì)前體的活化蛋白質(zhì)分子特定的空間構(gòu)象是蛋白質(zhì)實現(xiàn)其功能或活性所必需蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，而一級結(jié)構(gòu)沒有變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。2.蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象

第五節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)CharactersofProtein一、蛋白質(zhì)分子的大小、形狀及分子量測定1、分子篩層析2、SDSSDS-十二烷基硫酸鈉3、生物質(zhì)譜二、蛋白質(zhì)的變性*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象發(fā)生改變或破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。1、變性的本質(zhì)——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。生物活性的喪失理化性質(zhì)的改變?nèi)纾吼ざ仍黾?，失去結(jié)晶能力，易被蛋白酶水解等2、變性蛋白的特征3、變性作用的因素和程度如加熱、紫外線、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

4、變性作用的意義酒精、紫外線消毒；高溫滅；除去雜蛋白；避免活性成分變性。1、氨基酸的兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。氨基酸等電點(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，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值稱為該氨基酸的等電點。三、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子2.蛋白質(zhì)的兩性電離*蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint,pI)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。四、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化層+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉2.有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)：使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積，蛋白質(zhì)被丙酮沉淀時，應(yīng)立即分離，否則蛋白質(zhì)會變性，除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。

1.中性鹽沉淀蛋白質(zhì)：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量的硫酸銨，硫酸鈉或氯化鈉等中性鹽，破壞蛋白質(zhì)的水化膜和同種電荷，使蛋白質(zhì)顆粒相互聚集，發(fā)生沉淀。

五、蛋白質(zhì)沉淀反應(yīng)3.加熱沉淀反應(yīng)4.重金屬鹽沉淀法蛋