蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)知識

第二章蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)知識1成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制授課目的：

本章主要闡述蛋白質(zhì)和氨基酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，熟悉蛋白質(zhì)對生物體的重要性和營養(yǎng)作用，了解蛋白質(zhì)的分類。并在此基礎(chǔ)上地闡明氨基酸代謝的基礎(chǔ)知識。2成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制第一節(jié)蛋白質(zhì)概述第二節(jié)氨基酸第三節(jié)蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)第四節(jié)蛋白質(zhì)的基本性質(zhì)授課時序：第五節(jié)氨基酸代謝第六節(jié)氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)類藥物簡介3成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制第一節(jié)蛋白質(zhì)概述一、蛋白質(zhì)的化學概念二、蛋白質(zhì)的生物學功能三、蛋白質(zhì)的元素組成四、蛋白質(zhì)的分類4成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制“造物主”最初帶給生命以幾種形式或一種形式，然后進化接著開始從如此簡單的形式開始，永不停息地產(chǎn)生出業(yè)已存在的最美麗的最有價值的東西，而且今后仍將進化下去。——《物種起源》達爾文生命的起源必然是通過化學途經(jīng)實現(xiàn)的，只要把蛋白質(zhì)的化學成份弄清楚以后，化學就能著手制造出活的蛋白質(zhì)來，如果化學有一天能用人工的方法制造蛋白質(zhì)，那么這樣的蛋白質(zhì)就一定會顯示出生命現(xiàn)象?！斗炊帕终摗范鞲袼挂?蛋白質(zhì)的化學概念Protein字源出自希臘文它是“最初的”“第一重要的”意思蛋白質(zhì)是生命存在的主要形式!定義：是由氨基酸組成的，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大分子物質(zhì)。5成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制二、蛋白質(zhì)的生物學功能生物體的組成成分

酶調(diào)節(jié)功能

運輸和儲存

運動

防御

凝血

基因的調(diào)控營養(yǎng)構(gòu)成生物機體的結(jié)構(gòu)蛋白，如肌動蛋白、肌球蛋白具有催化功能的蛋白質(zhì)免疫球蛋白氮平衡必需氨基酸互補作用6成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制三、蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為：

C50~60％H6~8％O19~24％N16%S0—4％其他微量N的含量平均為16%——凱氏（Kjadehl）定氮法的理論基礎(chǔ)。7成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制蛋白質(zhì)含量的測定：

凱氏定氮法(測定氮的經(jīng)典方法)

優(yōu)點：對原料無選擇性，儀器簡單，方法也簡單；

缺點：易將其他氮都歸入蛋白質(zhì)中,不精確。一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g蛋白質(zhì)；故：單位樣品中蛋白質(zhì)的含量=單位樣品中含氮量×6.25

8成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1、依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類：①球狀蛋白質(zhì)（globularprotein）：外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。②纖維狀蛋白質(zhì)（fibrousprotein）：分子類似纖維或細棒，大多數(shù)不溶于水和稀鹽，堅韌物質(zhì)。2、按照蛋白質(zhì)的化學組成分：①簡單蛋白(simpleprotein)：又稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由

-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。②結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)：又稱為復(fù)合蛋白質(zhì)；由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成分。四、蛋白質(zhì)的分類9成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制3、按照生物功能分類①活性蛋白質(zhì)：參與代謝反應(yīng)的蛋白質(zhì)。②非活性蛋白質(zhì)：對生物體起保護和支持作用的蛋白質(zhì)。4、按營養(yǎng)價值分類：①完全蛋白質(zhì)：含有人體所必須的各種氨基酸②不完全蛋白質(zhì)：缺乏人體所必須的某些氨基酸四、蛋白質(zhì)的分類10成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制

第二節(jié)氨基酸一、氨基酸的概念二、氨基酸的結(jié)構(gòu)特點三、氨基酸的分類四、氨基酸的理化性質(zhì)五、氨基酸的連接方式六、生物活性肽11成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。氨基酸是具有氨基（-NH2）或亞氨基和羧基（-COOH）的有機分子。一、氨基酸的概念（AminoAcid）12成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR組成蛋白質(zhì)的天然氨基酸主要有20種，除脯氨酸外，其他19種都具有α-型氨基酸的通式二、氨基酸的結(jié)構(gòu)特點13成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制2、兩性電解質(zhì)不帶電形式

H2N—C—HCOOHR+H3N—C—HCOO-R兩性離子形式

二、氨基酸的結(jié)構(gòu)特點14成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制3、手性分子：旋光性除甘氨酸外，目前已知的天然蛋白質(zhì)中的氨基酸均為的L-α-氨基酸二、氨基酸的結(jié)構(gòu)特點15成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制三、氨基酸的分類根據(jù)氨基酸分子中所含氨基和羧基數(shù)目的中性氨基酸：分子中含一個氨基，一個羧基酸性氨基酸：分子中含一個氨基，兩個羧基堿性氨基酸：分子中含兩個氨基，一個羧基根據(jù)R基的物理性質(zhì)分親水氨基酸：極性疏水氨基酸：非極性8種人體必須氨基酸：MetTrpLysValIleLeuPheThr假設(shè)來寫一兩本書16成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制外觀形狀：無色晶體或粉末狀熔點高：200～300℃溶解性：水中溶解度差別較大，不溶于有機溶劑。光學性質(zhì)：紫外吸收性（酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸）、旋光性（L-α-型）1、一般物理性質(zhì)四、氨基酸的理化性質(zhì)17成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制2、一般化學性質(zhì)四、氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的等電點（PI）

PI：在某一條件下，氨基酸所帶凈電荷為零，此時環(huán)境的PH值18成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1、肽鍵：氨基酸之間脫水后形成的共價鍵稱肽鍵，又稱酰胺鍵五、氨基酸的連接方式19成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制2、肽平面：肽鏈中從一個Cα到另一個Cα之間的結(jié)構(gòu)五、氨基酸的連接方式20成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制2、特征肽單位是一個剛性平面結(jié)構(gòu)肽鍵上的原子呈反式構(gòu)型相鄰肽平面構(gòu)成二面角（二）肽平面五、氨基酸的連接方式21成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=00，ψ=00側(cè)鏈非鍵合原子接觸半徑22成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制3、肽：氨基酸通過肽鍵連接起來形成的化合物。.五、氨基酸的連接方式構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基

23成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制4、多肽鏈五、氨基酸的連接方式多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個酰胺平面組成24成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1、谷胱甘肽（GSH）在保持某些要求巰基的酶活性中起重要作用！六、生物活性肽25成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制短桿菌肽S由短桿菌產(chǎn)生的10肽環(huán)。2、

抗生素類多肽青霉素含D-Cys和D-Val的二肽衍生物作用于革蘭氏陽性細菌細胞壁肽聚糖的合成六、生物活性肽26成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制3、腦啡肽腦啡肽具有強烈的鎮(zhèn)痛作用，不上癮。Met-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu4、胰高血糖素

由胰島α-細胞分泌（β-細胞分泌胰島素），29肽。促進分解代謝的激素，同時胰島素的分泌。六、生物活性肽27成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制使子宮肌肉收縮，具有催產(chǎn)及促進乳腺排乳的作用。5、催產(chǎn)素六、生物活性肽28成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制第三節(jié)蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系四、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系29成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1952年丹麥人Linderstrom-Lang最早提出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以分成四個層次:

一級結(jié)構(gòu)：氨基酸序列

二級結(jié)構(gòu)：α-螺旋，β-折疊

三級結(jié)構(gòu)：所有原子空間位置

四級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多聚體30成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制共價鍵次級鍵化學鍵

肽鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵配位鍵31成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)又叫初級結(jié)構(gòu)、基本化學結(jié)構(gòu)或共價結(jié)構(gòu)。1969年國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會(IUPAC)定義為：一級結(jié)構(gòu)即肽鏈中的氨基酸順序。32成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制研究一級結(jié)構(gòu)需要闡明的內(nèi)容包括：（1）蛋白質(zhì)分子的多肽鏈數(shù)目。（2）每條肽鏈的末端殘基種類。（3）每條肽鏈的氨基酸順序。（4）鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的配置等。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)33成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制

胰島素的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)34成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制——指蛋白質(zhì)多肽鏈中主鏈原子的空間排布1、α-螺旋主要特征：多肽主鏈按右手或左手方向盤繞，一般形成右手螺旋。每圈螺旋：3.6個氨基酸殘基；螺距：0.54nm。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵。構(gòu)成螺旋的每個Cα都取相同的二面角。影響形成和穩(wěn)定的因素：氨基酸組成和排列順序（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)35成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制α-螺旋二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)36成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制2、β-折疊結(jié)構(gòu)主要特征：多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的上下。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)37成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制主要特征：由多肽鏈上4個連續(xù)的氨基酸殘基組成。主鏈骨架以180°返回折疊。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵。脯氨酸容易出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)中。3、

-轉(zhuǎn)角（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)38成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制主要特征：肽段有更大的任意性。穩(wěn)定、非重復(fù)性結(jié)構(gòu)。受R基的影響較大，經(jīng)常是構(gòu)成酶活性部位和其他蛋白質(zhì)特異的功能部位。4、無規(guī)則卷曲

（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)無規(guī)則卷曲細胞色素C的三級結(jié)構(gòu)39成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1、定義：蛋白質(zhì)分子主鏈和側(cè)鏈所有原子或原子團的空間排布關(guān)系。（二）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)2、構(gòu)象特點結(jié)構(gòu)為球形或近似球形。含多種二級結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學鍵：二硫鍵、次級鍵（氫鍵、范德華力、疏水鍵、離子鍵）三級結(jié)構(gòu)與生物活性密切相關(guān)。血紅蛋白40成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制1、定義：由多條具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈彼此通過非共價鍵相互連接而成的聚合體結(jié)構(gòu)2、亞基：四級結(jié)構(gòu)中，每一個具有獨立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)3、維持亞基之間的化學鍵：氫鍵、離子鍵4、單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)才有生物學功能。41成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)42成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與分子病代表病例：鐮刀型貧血癥

-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖鐮刀形紅細胞正常紅細胞43成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制四、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)決定其生物學功能別（變）構(gòu)作用：含亞基的蛋白質(zhì)由于一個亞基的構(gòu)象改變而引起其余亞基和整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作用。因別構(gòu)而產(chǎn)生的效應(yīng)稱別構(gòu)效應(yīng)。

Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點含氧HbS脫氧HbS疏水位點血紅蛋白分子凝集44成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證45成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制第四節(jié)蛋白質(zhì)的基本性質(zhì)46成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制一、蛋白質(zhì)的兩性解離及等電點pH=pI

凈電荷=0pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負PrCOOHNH3++H++OH-+H++OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

對某一蛋白質(zhì)而言，在某一PH下，當它所帶正負電荷相等的時候，該溶液的pH值即為該蛋白質(zhì)的等電點（pI）應(yīng)用：等電沉淀技術(shù)、電泳分離蛋白質(zhì)技術(shù)47成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)高分子化合物粘度大、擴散慢易沉降不能透過半透膜親水性：水化層、雙電層

48成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性1、蛋白質(zhì)的變性作用：蛋白質(zhì)因受某些物化因素的影響，分子的空間構(gòu)象被破壞，從而導致其理化性質(zhì)及生物學活性改變的現(xiàn)象2、變性因素：物理：高溫、高壓、射線等化學：強酸、強堿、重金屬鹽等。3、變性的本質(zhì)：空間結(jié)構(gòu)破壞，一級結(jié)構(gòu)和分子量不變4、蛋白質(zhì)變性后的表現(xiàn)：生物學活性喪失、理化性質(zhì)改變5、蛋白質(zhì)變性作用的應(yīng)用意義消毒滅菌去除雜蛋白、純化藥物保存蛋白質(zhì)生物制劑49成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制

6、蛋白質(zhì)的復(fù)性影響蛋白質(zhì)變性的理化因素消除后，某些變性蛋白質(zhì)又恢復(fù)原來的空間構(gòu)象，生物學活性也隨之恢復(fù)。變性復(fù)性注意：并不是所有變性蛋白都可以復(fù)性的！三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性注意：蛋白質(zhì)變性后一級結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。只是空間構(gòu)象發(fā)生變化。50成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟制（一）可逆的沉淀作用四、蛋白質(zhì)的沉淀作用1、鹽溶與鹽析：在蛋白質(zhì)溶液中加入中性鹽時，可產(chǎn)生以下兩種現(xiàn)象：在鹽濃度很稀的范圍內(nèi)，隨著鹽濃度增加，蛋白質(zhì)的溶解度亦隨之增加，這種現(xiàn)象稱鹽溶。與鹽溶作用相反，當溶液中鹽濃度提高到一定的飽和度時，蛋白質(zhì)溶解度逐漸降低，蛋白質(zhì)分子發(fā)生絮結(jié)，成沉淀析出，這種現(xiàn)象稱為鹽析。利用鹽析的原理，加中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀的方法叫做鹽析沉淀法。51成都中醫(yī)藥大學峨眉學院童娟