第二章蛋白质的基础知识

1、第二章蛋白质的基础知识23第一节第一节 蛋白质概述蛋白质概述第二节第二节 氨基酸氨基酸第三节第三节 蛋白质基本结构蛋白质基本结构第四节第四节 蛋白质的基本性质蛋白质的基本性质授课时序：授课时序：第五节第五节 氨基酸代谢氨基酸代谢第六节第六节 氨基酸、多肽、蛋白质类药物简介氨基酸、多肽、蛋白质类药物简介4 第一节第一节 蛋白质概述蛋白质概述一、蛋白质的化学概念一、蛋白质的化学概念二、蛋白质的生物学功能二、蛋白质的生物学功能三、蛋白质的元素组成三、蛋白质的元素组成四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类5u“造物主造物主”最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进化接最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进

2、化接着开始从如此简单的形式开始，永不停息地产生出业已存在的最着开始从如此简单的形式开始，永不停息地产生出业已存在的最美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。物种起物种起源源 达尔文达尔文 u生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化学生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化学成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化学成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化学有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定会有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定会显示出生命现象。显示出生命现象

3、。反杜林论反杜林论 恩格斯恩格斯Protein字源出自希腊文字源出自希腊文 它是它是“最初的最初的”“”“第一重要的第一重要的”意意思思蛋白质是生命存在的主要形式蛋白质是生命存在的主要形式! !定义：是由氨基酸组成的，具有复杂结构定义：是由氨基酸组成的，具有复杂结构的大分子物质。的大分子物质。6 二、蛋白质的生物学功能 生物体的组成成分生物体的组成成分 酶酶 调节功能调节功能 运输和储存运输和储存 运动运动 防御防御 凝血凝血 基因的调控基因的调控 营养营养构成生物机体的结构成生物机体的结构蛋白，如肌动蛋构蛋白，如肌动蛋白、肌球蛋白白、肌球蛋白具有催化功能具有催化功能的蛋白质的蛋白质免疫球蛋白

4、免疫球蛋白氮平衡氮平衡必需氨基酸必需氨基酸互补作用互补作用7三、蛋白质的元素组成三、蛋白质的元素组成蛋白质是一类含氮有机化合物，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些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： C 5060 H 68 O 1924 N 16% S 04 其他 微 量NN的含量平均为的含量平均为16%16%凯氏（凯氏（KjadehlKjadehl） 定氮法定氮法的理论基础。的理论基础。8蛋白质含量的测定：蛋白质含量的测定： 凯氏定氮法凯氏定氮法(测定氮的经典方法) 优点：对原料无选择性，仪器简单， 方法也简单； 缺点：易将其他氮

5、都归入蛋白质中,不精确。 一般，样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g 蛋白质；故： 91 1、依据蛋白质的外形分类：、依据蛋白质的外形分类：（globular proteinglobular protein） ：外形接近球形或椭圆形，：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，大多数蛋白质属于这一类。溶解性较好，大多数蛋白质属于这一类。（fibrous proteinfibrous protein） ：分子类似纤维或细棒，：分子类似纤维或细棒，大多数不溶于水和稀盐，坚韧物质。大多数不溶于水和稀盐，坚韧物质。2、

6、按照蛋白质的化学组成分：(simple protein)：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含氨基酸，不含其它成分。(conjugated protein) ：又称为复合蛋白质；由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成分。四、蛋白质的分类103、按照生物功能分类：参与代谢反应的蛋白质。：对生物体起保护和支持作用的蛋白质。4、按营养价值分类：含有人体所必须的各种氨基酸：缺乏人体所必须的某些氨基酸四、蛋白质的分类11 第二节 氨基酸一、氨基酸的概念一、氨基酸的概念二、氨基酸的结构特点二、氨基酸的结构特点三、氨基酸的分类三、氨基酸的分类四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连

7、接方式六、生物活性肽六、生物活性肽12 氨基酸是蛋白质的基本结构单位。 氨基酸是具有氨基（-NH2）或亚氨基（-NH-）和羧基（-COOH）的有机分子。 一、氨基酸的概念一、氨基酸的概念（Amino Acid）13不带电形式不带电形式 H2NCHCOOHR组成蛋白质的天然氨基酸主要有组成蛋白质的天然氨基酸主要有2020种，除种，除脯氨脯氨酸酸外，其他外，其他1919种都具有种都具有-型氨基酸的通式型氨基酸的通式二、氨基酸的结构特点二、氨基酸的结构特点142、两性电解质不带电形式不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式两性离子形式 二、氨基酸的结构特点二、氨基酸的结构

8、特点153 3、手性分子：旋光性、手性分子：旋光性 除除甘氨酸甘氨酸外，目前已知的天然蛋白质中的氨基酸外，目前已知的天然蛋白质中的氨基酸均为的均为的L-L-氨基酸氨基酸二、氨基酸的结构特点二、氨基酸的结构特点16三、氨基酸的分类三、氨基酸的分类根据氨基酸分子中所含氨基和羧基数目的n中性氨基酸：分子中含一个氨基，一个羧基n酸性氨基酸：分子中含一个氨基，两个羧基n碱性氨基酸：分子中含两个氨基，一个羧基根据R基的物理性质分n亲水氨基酸：极性n疏水氨基酸：非极性8种人体必须氨基酸： Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr 假 设 来 写 一 两 本 书 +H3NCHCOO-R两

9、性离子形式两性离子形式17n外观形状：无色晶体或粉末状外观形状：无色晶体或粉末状n熔点高：熔点高：200200300300n溶解性：水中溶解度差别较大，不溶于有溶解性：水中溶解度差别较大，不溶于有机溶剂。机溶剂。 n光学性质：紫外吸收性（光学性质：紫外吸收性（酪、色、苯丙酪、色、苯丙）、）、旋光性（旋光性（L-L-型型）1 1、一般物理性质、一般物理性质四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质182 2、一般化学性质、一般化学性质四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质氨基酸的等电点（PI）nPI：在某一条件下，氨基酸所带净电荷为零，此时环境的PH值191、肽键：氨基酸之间脱水后形成的共价键称

10、肽键，又称酰胺键。五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连接方式202、肽平面：肽链中从一个C到另一个C之间的结构五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连接方式212、特征（二）肽平面（二）肽平面五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连接方式22完全伸展的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主链构象的多肽主链构象酰胺平面酰胺平面=00，=00侧链侧链非键合原子非键合原子接触半径接触半径233 3、肽：氨基酸通过肽键连接起来形成的化合物。、肽：氨基酸通过肽键连接起来形成的化合物。 .五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连接方式构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为构成肽链的氨

11、基酸已残缺不全，称为氨基酸氨基酸残基残基244 4、多肽链、多肽链五、氨基酸的连接方式五、氨基酸的连接方式多肽链可以看成由多肽链可以看成由CC串联起来的无数个酰胺平面组成串联起来的无数个酰胺平面组成251 1、谷胱甘肽（、谷胱甘肽（GSHGSH）在保持某些要求巯基的酶活性中起重要作用！在保持某些要求巯基的酶活性中起重要作用！六、生物活性肽六、生物活性肽26短杆菌肽S由短杆菌产生的由短杆菌产生的10肽环。肽环。2 2 、 抗生素类多肽抗生素类多肽青霉素青霉素含D- Cys 和 D-Val 的二肽衍生物作用于革兰氏阳性细菌细胞壁肽聚糖的合成六、生物活性肽六、生物活性肽273 3、脑啡肽、脑啡肽脑啡

12、肽具有强烈的镇痛作用，不上瘾脑啡肽具有强烈的镇痛作用，不上瘾。Met-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu4 4、胰高血糖素、胰高血糖素 由胰岛由胰岛-细胞分泌细胞分泌的的2929肽。促进肽。促进糖糖分解代谢的激分解代谢的激素，同时素，同时促进促进胰岛素胰岛素的分泌。的分泌。六、生物活性肽六、生物活性肽28第三节 蛋白质基本结构一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构三、蛋白质一级结构与功能的关系三、蛋白质一级结构与功能的关系四、蛋白质空间结构与功能的关系四、蛋白质空间结构与功能

13、的关系2919521952年丹麦人年丹麦人Linderstrom-LangLinderstrom-Lang最早提出最早提出蛋白质的结构可以分成四个层次蛋白质的结构可以分成四个层次: :v一级结构：一级结构：v二二级结构：级结构：v三三级结构：级结构：v 四四级结构：级结构：30共价键共价键次级键次级键化学键化学键 肽键肽键一级结构一级结构氢键氢键二硫键二硫键二、三、四级结构二、三、四级结构疏水键疏水键盐键盐键范德华力范德华力三、四级结构三、四级结构蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键配位键配位键31一、蛋白质的一级结构一级结构又叫初级结一级结构又叫初级结构、基本化学结构或构

14、、基本化学结构或共价结构。共价结构。19691969年国年国际纯粹与应用化学联际纯粹与应用化学联合会合会(IUPAC)(IUPAC)定义为：定义为：一级结构即一级结构即肽链中的肽链中的氨基酸顺序氨基酸顺序。32研究一级结构需要阐明的内容包括：研究一级结构需要阐明的内容包括：q（1 1）多肽链数目。）多肽链数目。q（2 2）每条肽链的末端残基种类。）每条肽链的末端残基种类。q（3 3）每条肽链的氨基酸顺序。）每条肽链的氨基酸顺序。q（4 4）链内或链间二硫键的配置等。）链内或链间二硫键的配置等。一、蛋白质的一级结构33 胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构一、蛋白质的一级结构34指蛋白质多肽链中主链

15、原子指蛋白质多肽链中主链原子的空间排布的空间排布1、-螺旋螺旋主要特征：主要特征：u多肽主链按右手或左手方向盘绕，一般形成右手多肽主链按右手或左手方向盘绕，一般形成右手螺旋。螺旋。u每圈螺旋：每圈螺旋：3.6个氨基酸残基；螺距：个氨基酸残基；螺距：0.54nm 。u结构稳定的主要化学键：氢键。结构稳定的主要化学键：氢键。u构成螺旋的每个构成螺旋的每个C都取相同的二面角。都取相同的二面角。u影响形成和稳定的因素：氨基酸组成和排列顺序影响形成和稳定的因素：氨基酸组成和排列顺序（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构二、蛋白质的空间结构35-螺旋螺旋二、蛋白质的空间结构362、-折叠结构折叠结构

16、主要特征：主要特征：u多肽主链呈锯齿状折叠构象。多肽主链呈锯齿状折叠构象。u侧链侧链R基交替地分布在片层基交替地分布在片层平面的上下。平面的上下。u结构稳定的主要化学键：氢结构稳定的主要化学键：氢键键（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构二、蛋白质的空间结构37主要特征：主要特征：u由多肽链上由多肽链上4个连续的氨基酸残个连续的氨基酸残基组成。基组成。u主链骨架以主链骨架以180返回折叠。返回折叠。u结构稳定的主要化学键：氢键。结构稳定的主要化学键：氢键。u脯氨酸容易出现在这种结构中。脯氨酸容易出现在这种结构中。3、-转角（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构二、蛋白质的空间结构3

17、8主要特征：主要特征：u肽段有更大的任意性。肽段有更大的任意性。u稳定、非重复性结构。稳定、非重复性结构。u受受R基基团团的影响较大，经常是的影响较大，经常是构成蛋白质的功能部位。构成蛋白质的功能部位。4 4、无规则卷曲、无规则卷曲 （一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构二、蛋白质的空间结构无规无规则卷则卷曲曲细胞色素细胞色素C的的三级结构三级结构391 1、定义：、定义：蛋白质分子蛋白质分子中中所有原子的空间排布。所有原子的空间排布。（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构二、蛋白质的空间结构n结构为球形或近似球形。结构为球形或近似球形。 n含多种二级结构单元。含多种二级结构单元。

18、n结构稳定的主要化学键：结构稳定的主要化学键：二硫二硫键、次级键（键、次级键（氢键、范德华力、氢键、范德华力、疏水键、离子键疏水键、离子键）n三级结构与生物活性密切相关。三级结构与生物活性密切相关。血红蛋白血红蛋白401、定义：由多条具有三级结构的多肽链彼此通过定义：由多条具有三级结构的多肽链彼此通过相相互连接而成的互连接而成的聚合体结构聚合体结构2 2、亚基：四级结构中，每一个具有独立的三级结构的多肽链。、亚基：四级结构中，每一个具有独立的三级结构的多肽链。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构二、蛋白质的空间结构3 3、维持亚基之间的化学键：、维持亚基之间的化学键：氢键、离子键氢键、

19、离子键4 4、单独的亚基一般没有生、单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的物学功能，只有完整的四级结构才有生物学功四级结构才有生物学功能。能。41蛋白质的一、二、三、四级结构蛋白质的一、二、三、四级结构42三、蛋白质一级结构与功能的关系三、蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构决定其高级结构蛋白质一级结构决定其高级结构蛋白质一级结构与分子病蛋白质一级结构与分子病n代表病例：镰刀型贫血症 -链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人）（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患（患 者）者） Val-H

20、is-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞Val43四、蛋白质的空间结构与功能的关系四、蛋白质的空间结构与功能的关系蛋白质的三维结构决定其生物学功能蛋白质的三维结构决定其生物学功能 Val 取代取代Glu含氧含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点粘性疏水斑点含氧含氧HbS脱氧脱氧HbS疏水位点疏水位点血红蛋白分子凝集血红蛋白分子凝集44 蛋白质的一级结构决定它的空间结构 特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证45第四节 蛋白质的基本性质46一、蛋白质的两性解离及等电点一、蛋白质的两性解离及等电点pH = pI

21、 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负PrCOOHNH3+ + H+ OH- + H+ OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+ 对某一蛋白质而言，在某一对某一蛋白质而言，在某一PH下，当它所带正负电荷相下，当它所带正负电荷相等的时候，该溶液的等的时候，该溶液的pH值即为该蛋白质的值即为该蛋白质的等电点等电点 （pI）47二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质n高分子化合物高分子化合物n粘度大、扩散慢粘度大、扩散慢n易沉降易沉降n不能透过半透膜不能透过半透膜n亲水性：亲水性：水化层、双电层水化层、双电层 48三、蛋白质的变性与复性三、蛋白质的变性与复性1 1、蛋白质的变性作用

22、：、蛋白质的变性作用：蛋白质因受某些蛋白质因受某些理理化因素的影响，分子的化因素的影响，分子的空间构象被破坏，从而导致其理化性质及生物学活性改变的现象空间构象被破坏，从而导致其理化性质及生物学活性改变的现象2 2、变性因素：、变性因素：物理：高温、高压、射线等物理：高温、高压、射线等化学：强酸、强碱、重金属盐等。化学：强酸、强碱、重金属盐等。3 3、变性的本质：、变性的本质：空间结构破坏，一级结构和分子量不变空间结构破坏，一级结构和分子量不变4 4、蛋白质变性后的表现：、蛋白质变性后的表现：生物学活性丧失、理化性质改变生物学活性丧失、理化性质改变5、蛋白质变性作用的应用意义、蛋白质变性作用的应

23、用意义n消毒灭菌消毒灭菌n去除杂蛋白、纯化药物去除杂蛋白、纯化药物n保存蛋白质生物制剂保存蛋白质生物制剂49 6 6、蛋白质的复性、蛋白质的复性 影响蛋白质变性的理化因素消除后，某些影响蛋白质变性的理化因素消除后，某些变性蛋白质又恢复原来的空间构象，生物学变性蛋白质又恢复原来的空间构象，生物学活性也随之恢复。活性也随之恢复。变性变性复性复性注意注意：并不是所有变性蛋白都可以复：并不是所有变性蛋白都可以复性的！性的！三、蛋白质的变性与复性三、蛋白质的变性与复性注意注意：蛋白质变性后一级结构没有发：蛋白质变性后一级结构没有发生变化。只是空间构象发生变化。生变化。只是空间构象发生变化。50（一）可逆

24、的沉淀作用（一）可逆的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用1 1、盐溶与盐析：、盐溶与盐析：在蛋白质溶液中加入中性盐时，可产生以下两种现象：在盐浓在蛋白质溶液中加入中性盐时，可产生以下两种现象：在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度亦随之增度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度亦随之增加，这种现象称加，这种现象称盐溶盐溶。与盐溶作用相反，当溶液中盐浓度提高到一定的饱和度时，与盐溶作用相反，当溶液中盐浓度提高到一定的饱和度时，蛋白质溶解度逐渐降低，蛋白质分子发生絮结，成沉淀析出，蛋白质溶解度逐渐降低，蛋白质分子发生絮结，成沉淀析出，这种现象称为这种现象称为盐析盐

25、析。盐析沉淀法盐析沉淀法。512 2、有机溶剂沉淀、有机溶剂沉淀 在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂使蛋白质产生沉淀的方法。在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂使蛋白质产生沉淀的方法。机理机理：破坏蛋白质的水化膜：破坏蛋白质的水化膜注意注意：（：（1 1）低温操作。）低温操作。 （2 2）在沉淀完全的前提下，时间越短越好。）在沉淀完全的前提下，时间越短越好。应用应用：等电点有机溶剂沉淀法、消毒灭菌、分离制备有活性的蛋白质：等电点有机溶剂沉淀法、消毒灭菌、分离制备有活性的蛋白质（一）可逆的沉淀作用（一）可逆的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用521 1、重金属盐沉淀：、重

26、金属盐沉淀：条件：溶液条件：溶液pHpH大于等电点大于等电点机理：机理：碱性条件下，蛋白质带负电，可与带正电的碱性条件下，蛋白质带负电，可与带正电的重金属重金属离子结合离子结合应用：解毒应用：解毒2 2、热凝固沉淀：、热凝固沉淀：条件：蛋白质受热变性后，溶液条件：蛋白质受热变性后，溶液pHpH等于等电点等于等电点机理：水化膜、电荷层破坏机理：水化膜、电荷层破坏应用：豆腐工艺应用：豆腐工艺3 3、生物碱试剂沉淀：、生物碱试剂沉淀：条件：溶液的条件：溶液的pHpH低于等电点低于等电点机理：酸性条件下，蛋白质带正电，可与机理：酸性条件下，蛋白质带正电，可与带负电的带负电的生物碱试剂结合生物碱试剂结合

27、应用：啤酒澄清、尿蛋白检验剂、应用：啤酒澄清、尿蛋白检验剂、“柿石症柿石症”的原理的原理（二）不可逆的沉淀作用（二）不可逆的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用四、蛋白质的沉淀作用53五五、蛋白质的紫外吸收特征、蛋白质的紫外吸收特征n蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外线，主要是由蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外线，主要是由带芳香环的氨基酸决定的带芳香环的氨基酸决定的n最大吸收峰：最大吸收峰：280nmn吸收能力：色吸收能力：色酪酪苯丙苯丙n测定浓度：测定浓度： 0.1一一0.5mgml54第五节 氨基酸代谢 55 食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基

28、酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为与代谢，称为氨基酸代谢库。氨基酸代谢库。5657585960616263646566676869 作为合成嘌呤和嘧啶的原料作为合成嘌呤和嘧啶的原料 满足多种重要物质生物合成对甲基的需要满足多种重要物质生物合成对甲基的需要70补充作业：补充作业：名词解释：名词解释：n两性离子两性离子 、必需氨基酸、等电点、必需氨基酸、等电点 n蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 、蛋白质的二级结构、蛋白质、蛋白质的二级结构、蛋白质的三级结构、蛋白质的四级结构的三级结构、蛋白质的四级结构n盐析、盐溶、蛋白质的变性盐析、盐溶、蛋白质的变性 、蛋白质的复性、蛋白质的复性71应用题：应用题：根据蛋白质一级氨基酸序列可以预测蛋白质的空间结构。假设有下列氨基酸根据蛋白质一级氨基酸序列可以预测蛋白质的空间结构。假设有下列氨基酸序列（如图）：序列（如图）： 1 5 10 15 Ile-Ala-His-Thr-Tyr-Gly-Pro