第三章-蛋白质

1、l除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。COOHCHH2NR -氨基酸氨基酸可变部分可变部分不变部分不变部分l 人体中有20种氨基酸，大自然中有300多种氨基酸，这20种氨基酸是通用的，动物体里有，植物体里也有这20种氨基酸。无论吃什么食物都能获得这20种氨基酸都能满足我们人体的需要。根据侧链根据侧链R R基的不同。基的不同。2020种基本氨基酸可分为种基本氨基酸可分为脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸含有羟基氨基酸含有羟基氨基酸含硫氨基酸含硫氨基酸含酰氨基氨基酸含酰氨基氨基酸含一氨基二羧基酸性氨基酸含一氨基二羧基酸性氨基酸含二氨基一羧基碱性氨基酸含二氨

2、基一羧基碱性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸杂环氨基酸 甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3 甘氨酸甘氨酸 Gly

3、cine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亚亚氨基酸氨基酸HNCOHO 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Met

4、hionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH 芳香族氨

5、基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2O

6、HOCOHO 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH 丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷酰胺谷酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2Ol氨基酸

7、在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化基是以质子化(-NH(-NH3 3+ +) )形式存在，羧基是以离解状态形式存在，羧基是以离解状态(-COO(-COO- -) )存在。存在。l在不同的在不同的pHpH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NR净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等

8、电点PIl 当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pHpH值时，氨基酸分子中所含的值时，氨基酸分子中所含的-NH-NH3 3+ +和和-COO-COO- -数目正好相等，净电荷为数目正好相等，净电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的值即为氨基酸的等电点，简称等电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。l 1 1用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。CCCOOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCH

9、O+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO1 1用途用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。H2NCR1HCOHOHNHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽键l1.精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；l2.天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。l3.半胱氨酸：能促进毛发的生长；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；l组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。l维生素B6:可采用

10、丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。l叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。l氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-赖氨酰-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。l聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂等。l营养强化剂；营养强化剂；l谷氨酸钠味精；谷氨酸钠味精；l天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；感并使香味浓厚爽口；l天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素l杀虫剂：刀豆氨酸、杀虫

11、剂：刀豆氨酸、5-5-羟色氨酸可使南方毛虫拒食羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；l杀菌剂：杀菌剂：N-N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病； -1-1，4 4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；l除草剂：如除草剂：如N-3,4N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；l氨基酸能调节皮肤pH的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增

12、加皮肤、毛发的光泽。l防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。l在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可防止皮肤老化。l一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。H2NCHCOOHR1+ H2NCHCOOHR2NCHCOOHR2HH2NCHCR1O肽键二肽l由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基

13、酸残基。称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键l在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序序称为氨基酸顺序l通常在多肽链的一端含有一个游离的 - -氨基，称为氨基端氨基，称为氨基端或或N-N-端；端；在另一端含有一个游离的 - -羧基，称为羧基端或羧基，称为羧基端或C-C-端。端。l氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基

14、开始，以C-C-端氨基酸端氨基酸残基为终点残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：l Ser-Val-Tyr-Asp-Glul肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。l组成肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。l肽键中的肽键中的C-NC-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。键具有部分双键性质，不能自由旋转。l在大多数情况下，以反式结构反式结构存在存在。l在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。l但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。l如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等

15、。 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽CysTyrILeGlnAsnCysProLeuGlyNH2SS牛催产素CysTyrGlnAsnCysProSSPheArgGlyNH2牛加压素蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。v蛋白质是一类含氮有机化合物蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有

16、其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：元素在蛋白质中的组成百分比约为：l 碳碳 5050l 氢氢 7 7l 氧氧 2323l 氮氮 16%16%l 硫硫 0 03 3l 其他其他 微微 量量v氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。v由于大多数蛋白质的含氮量接近于由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量：v蛋白质含量（克蛋白质含量（克% %）= =每克生物样品中含氮的每克生物样品中含氮的克数克数 6

17、.256.25l蛋白质是分子量很大的生物分子。对任一种蛋白质是分子量很大的生物分子。对任一种给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是相同的，即所谓均一的蛋白质。相同的，即所谓均一的蛋白质。l次级键（非共价键）： 氢键O-H-N 盐碱 疏水键（疏水基团之间也有引力） l 范德华引力(分子和分子间的引力)l二硫键（共价键）：Cys-SH+HS-Csyl Cys-S-S-Csyl蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(Primary structure) ) 多肽链中氨基酸的排多肽链中氨基酸的排

18、列顺序列顺序l主要的化学键:肽键l肽单元:是由肽键和-碳原子l肽键平面(酰胺平面):组成肽单元的六个原子基本处于同一个平面上。l2.2.蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结构结构l蛋白质在一级结构的基础上自行卷蛋白质在一级结构的基础上自行卷曲折叠，借氢键连接形成以曲折叠，借氢键连接形成以 - -螺旋、螺旋、 - -折叠为主空间结构折叠为主空间结构。l主要的次级键：氢键主要的次级键：氢键l基本形式主要：有基本形式主要：有 - -螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转角、不规则卷曲。转角、不规则卷曲。l多肽链中的各个肽平面围绕同多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋

19、转，形成螺旋结构，螺一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个氨基酸残个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;0.15nm;（第一个（第一个aaNaaN上的上的H H和第和第四个四个aaCaaC上的上的O O）l肽链内形成氢键，氢键的取向肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的残基的酰胺基团的-CO-CO基与第四基与第四个氨基酸残基酰胺基团的个氨基酸残基酰胺基团的- -NHNH基基形成氢键。形成氢键。l蛋白质分子为右

20、手蛋白质分子为右手 - -螺旋。螺旋。l - -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。l - -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。的方向相反。l在在 - -转角部分，由四个转角部分，由四个氨基酸残基组成氨

21、基酸残基组成; ;l弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸残基的残基的 -C=O -C=O 和第四个和第四个残基的残基的 N-H N-H 之间形之间形成氢键，形成一个不很成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。稳定的环状结构。l这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球状蛋白分子中。状蛋白分子中。l蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构( (Tertiary Structure) )是指是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。的包括主链和侧链构象在内

22、的特征三维结构。l维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。白质三级结构中起着重要作用。l主要的次级键：疏水键l结构特点:疏水基团在内，亲水基团在外。l蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是是指由两条或两条以上具有三级结构的多肽链指由两条或两条以上具有三级结构的多肽链借次级键组成的蛋白质。借次级键组成的蛋白质。l具有四级结构的蛋白质分子中，每一条多肽具有四级结构的蛋白质分子中，每一条多肽链称为亚基或亚单位（链称为亚基或亚单位（Subunit），无生理，无生理活性。活性。l主要的次级键：疏水作用、范德华引力和氢主要的次级键：疏水作用、范德华引力和氢键等键等l蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时点。在等电点时( (Isoelectric point pIIsoelectric point pI)