蛋白质化学绪论

关于蛋白质化学绪论第1页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六蛋白质组成及结构蛋白质分离纯化蛋白质一级结构测定蛋白质结构与功能蛋白质的化学修饰蛋白质组学

课程主要内容第2页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六参考书目：陶慰孙《蛋白质分子基础》王廷华《蛋白质理论与技术》第3页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六

第一章绪论第4页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六一、概述蛋白质是生命的基础，是一切生命现象的体现。

“造物主”最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进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美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。

《物种起源》达尔文

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。

《反杜林论》恩格斯第5页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六生物学：生命现象、生命本质、生命活动及规律

分子水平细胞水平整体水平

化学、物理、数学领域的广泛渗透

生命活动物质：基因基因组

蛋白质

蛋白质组

第6页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六例如:

人体蛋白质含量占人体固体总量的45%;

动物体内蛋白质约占鲜重的20%左右;

细菌含蛋白质约50%～80%;

干酵母含蛋白质约46.6%;

病毒中除了一小部分核酸外，其余几乎都是蛋白质;

植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高种类繁多

生物当中最简单的生物细胞大肠杆菌中蛋白质的种类就有三千种之多，人体的蛋白质种类约十万种以上，整个自然界中存在的蛋白质可达1010-1012数量级第7页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六二、研究历程1、初级阶段MacquerP.J.

法国化学家。把加热后能凝固的物质归为一类，称为“蛋白性物质”MüllerG.J.荷兰生理学家。19世纪30年代，用当时最先进的元素分析法对血清、蛋清、蚕丝等进行了分析。发现这些物质组成相近，可用C40H62N10O12表示，认为是生物体中最重要的，1838年命名为proteid第8页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六Berzelius瑞典化学家。用另一个词protein，原意是“最重要的，第一位的”，源自希腊语，即我们现在常用的。

Fishcer

德国化学家，确定了蛋白质是氨基酸通过肽键连接起来的，并成功用化学方法合成18个氨基酸的肽。

F.Hoppe-Seyler（1825-1895）

德国生理学家，1864年首先结晶出血红蛋白。第9页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六酶学研究18世纪中后期，法国科学家Pasteur认为发酵是完整酵母细胞生命活动的结晶。1897年德国科学家HansBIchner和EsuardBuchner首次用不含细胞的酵母提取液实现了发酵。

叙述性生物化学阶段

第10页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1859年，Darwin《OntheoriginofSpecies》自然选择学说生物性状的可遗传性，选择压力下的可变性、不同物种间的相关性1865年，Mendel在分析豌豆性状的杂交试验结果时认为，生物体内有遗传单位，可控制特定生物性装，并能从亲代传到子代。1879年WalterFlemming在研究细胞分裂时发现了染色体。1900年，基因（gene）第11页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六公元前23世纪，仪狄以曲为酶使五谷为酒。公元前12世纪，运用发酵原理制造酱、醋等食品。公元前汉淮南王刘安制作豆腐。公元4世纪晋代，用海藻酒作为医治地方性甲状腺肿的特效药。公元7世纪，孙思邈用猪肝治雀目，用车前子等治脚气病。公元10世纪，我国开始用动物脏器治疗疾病。第12页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六2、发展阶段动态生物化学阶段1926年，Sumner从刀豆提纯了脲酶，制成了结晶纯品，证明了酶的化学本质是蛋白质。1932年，英国Krebs等提出合成尿素的鸟氨酸循环的多酶反应途径。1940年，德国Embclen和Megerbof公布了糖酵解途径。我国生物化学家吴宪提出蛋白质变性学说，创立无蛋白血滤液制备及血糖测定方法。第13页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1902年，Sutton提出染色体遗传学说：二倍体，基因是染色体一部分。1910年，Morgan证实了基因确的存在于染色体上。1944年，Avery等证实DNA是携带遗传信息、构成染色体的生物大分子。第14页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六3、分子生物学阶段1956年，Kornberg于大肠杆菌的无细胞提取液中实现了DNA合成。1958年，Meselsonhe和Stahl证实DNA复制是一种半保留复制。1961年Crick等确认遗传信息是以非重叠的碱基三联体线性顺序的形式存在。1961年Jacob和Monod提出大肠杆菌乳糖操纵子学说第15页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1949年Sanger及同事发展了二硝基苯法（DNP法，dinitrophenylmethod）。接着发展了N-末端鉴定的异硫氰酸苯酯。1953年完成了胰岛素A、B链的序列测定。1955年又报道了胰岛素分子的二硫鍵位置，由于对蛋白质结构研究有卓越贡献，两次获若贝尔化学奖。

第16页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1950年，Pauling和Corey提出了蛋白质的α螺旋学说。1953年，Watson和Crick根据DNA的X射线衍射图谱，建立了DNA双螺旋模型1960年，Kendrew报道了抹香鲸血红蛋白的高分辨率X－射线结构。1965年，我国王应眯完成了人工胰岛素的合成。第17页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1970年，Khorana首次在试管中合成了基因。1972年，Berg首次将不同DNA片段连接，并将重组DNA分子插入到细菌DNA中。1977年，Shine克隆了人类的一个基因。1978年，Wong用DNA技术对胎儿羊水细胞做检测，得出了α-地中海贫血出生前诊断。1979年Kan用羊水细胞得出了镰状细胞贫血出生前诊断。1986年，Mullis等建立PCR技术。第18页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1983年，王德宝等合成了有生物学功能的酵母丙氨酸转运核糖核酸。1986年，Cech发现了核酶（ribozyme）。1990年，人类基因组计划。基因组学蛋白质组学第19页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六三、蛋白质的重要功能1、生物体的组成成分

蛋白质是生物体的主要结构成分。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体、叶绿体、内质网等都是由不溶性蛋白质和脂质组成的。高等动物的胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。

第20页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六2、酶的催化作用

生物体内的有些化学反应非常简单，而有些反应则非常复杂，如染色体的复制和蛋白质的合成等等，这些反应都需要许多种酶的催化，否则反应就不能进行。到目前为止，已鉴定出的酶几乎都是蛋白质。所以蛋白质起到了确定化学转化作用类型的独特作用。第21页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六3、运输功能生物体中许多小分子和离子要靠特殊的蛋白质运输，如血红蛋白在红血球中运输氧，血液中的脂蛋白负责运输脂类，铁传递蛋白负责运输铁，生物氧化过程中细胞色素C等电子传递体负责电子的传递。第22页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六4、储藏作用有些蛋白质可作为生物体生长发育的养料储存起来，如植物种子中的醇溶蛋白和谷蛋白都是储藏蛋白，这些蛋白质有储藏氨基酸的功能，可供种子萌发时利用。动物的卵清蛋白和酪蛋白也是储藏蛋白。第23页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六5、收缩运动

生物的运动也离不开蛋白质。蛋白质是肌肉的主要成分，肌肉收缩实际上是肌球蛋白和肌动蛋白丝状体的滑动运动，而运动是通过肌肉收缩完成的。细菌的鞭毛及纤毛是由许多微管蛋白组装起来的，也能产生类似的活动。近年来研究发现，在非肌肉的运动系统中普遍存在着运动蛋白。第24页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六6、免疫保护功能疾病的发生与防御也与蛋白质有关，如免疫系统中的抗原和抗体都是蛋白质。抗体能够识别特异的抗原（如病毒、细菌和其它生物体的细胞）并与之结合以清除抗原的作用，因此它具有防御疾病和抵抗外界病原侵袭的免疫能力。第25页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六7、激素功能有些蛋白质具有激素功能，对生物体的新陈代谢起调节作用，如胰岛素能参与血糖的代谢调节，降低血液中的葡萄糖含量。第26页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六8、接受和传递信息

生物体内起接受和传递信息作用的信号受体也是蛋白质，例如接受各种激素的受体蛋白和接受外界刺激的感觉蛋白（如视网膜上的视色素、味蕾上的味觉蛋白等）都属于这一类。第27页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六9、控制生长和分化(遗传)

遗传信息的表达不是随意的，无控制的，在某一个时期只有小部分细胞的基因被表达。这种有控制的表达对于细胞的正常生长和分化是必须的。而控制基因表达的“开”和“关”也是由蛋白质来完成的，如组蛋白和阻抑蛋白等都参与细胞生长和分化的调节控制。第28页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六四、蛋白质的分类1、按分子形状分

球状蛋白质（蛋白质分子长短轴之比小于10）;结构复杂。氨基酸紧密折叠成球状，直径5-10nm。

纤维状蛋白质（蛋白质分子长短轴之比大于10）；结构简单，呈拉长状态，起结构/保护作用。2、按三级结构分

反平行α域，平行α/β域，反平行β域，富含二硫键或金属离子的小蛋白。优点：同源性

缺点：已知三级结构蛋白少第29页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六3、蛋白质功能活性蛋白质（酶、激素、免疫球蛋白、收缩蛋白、载体蛋白等）；非活性蛋白质（主要对生物体起支撑和保护作用。如：角蛋白、胶原蛋白、丝心蛋白）4、蛋白质的营养性完全蛋白质（含有人体所必须的各种氨基酸）不完全蛋白质（缺乏人体所必须的某些氨基酸）人体必须的8种氨基酸：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸第30页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六5.按蛋白质的分子组成简单蛋白质（单纯蛋白质）组分中只含有α-氨基酸

如：清蛋白类，球蛋白类，组蛋白类，精蛋白类，谷蛋白类，醇溶蛋白，硬蛋白类。结合蛋白质（复合蛋白质）此类蛋白由单纯蛋白质与称做辅基的非蛋白物质结合而成

如：糖蛋白类，核蛋白类，脂蛋白类，磷蛋白类，金属蛋白类，血红素蛋白类，黄素蛋白类。

常见的辅基如下表：第31页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六蛋白质名称

辅基举例核蛋白核酸染色体蛋白、病毒核蛋白色蛋白

色素血红蛋白、黄素蛋白糖蛋白糖类免疫球蛋白、粘蛋白脂蛋白脂类脂蛋白磷蛋白磷酸酪蛋白、胃蛋白酶金属蛋白金属离子铁蛋白、胰岛素第32页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六6、蛋白质的溶解性可溶性蛋白质可溶性蛋白质是指可溶于水、稀中性盐和稀酸溶液；醇溶性蛋白质一类不溶于水而溶于70％～80%乙醇的蛋白质；不溶性蛋白质此类蛋白质既不溶于水、稀盐溶液，也不溶于一般有机溶剂第33页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六蛋白质研究中获得若贝尔奖的科学家

在蛋白质研究领域目前已经有30多位研究者获得若贝尔奖年代奖别获奖者国别卓越贡献1907化学EduardBuchner

德国听从身为医生、免疫学家的哥哥的建议，研究发酵，发现非细胞酒精发酵。1926化学TheSvedberg

瑞典成功定出血藍蛋白(hemocyanin)等蛋白质的分子量。單位S就是以其姓命名。1929化学ArthurHarden

英国伦敦大学李斯特(Lister)预防医学研究所，与扬格共同阐明酒精发酵所需辅酶、磷酸。1929化学HansKarlAugustSimonvonEuler-Chelpin瑞典阐明烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamideadeninedinucleotide)是辅酶(coenzyme)。1946化学JamesBatchellerSumner美国成功自刀豆結晶出尿素酶(urease)，证明酶的的本质是蛋白质。1946化学JohnHowardNorthrop

美国纯化酶和病毒蛋白质。發明丙酮(acetone)的发酵方法；結晶胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶原化，阐明蛋白质性质1946化学WendellMeredithStanley美国利用盐析方法，成功地将烟草花叶病毒(TMV)蛋白以核蛋白的形式結晶出來。1948化学ArneWilhelmKaurinTiselius瑞典将血清蛋白分成白蛋白及α、β、γ球蛋白4种；发明纸电泳方法。1952化学ArcherJohnPorterMartin英国发明分配层析技术(partitionchromatography)，纸层析技术(paperchromatography)。1952化学RichardLaurenceMillingtonSynge英国与Martin共同发明分配层析、纸层析，利用纸阐明短桿菌素(gramicidin)蛋白质的分子结构，对Sanger的蛋白研究也做出贡献。第34页，共36页，2022年，5月20日，4点42分，星期六1952物理FelixBloch美国利用核磁共振法測定原子核的磁矩。利用迴旋加速器成功地測定中子的磁矩，並以量子論了解了金属的导电机制。1952物理EdwardMillsPurcell

美国利用核磁共振法測定原子核的磁矩。和Torrey和Pound共同发明了利用核磁共振測定液体和固体中原子核磁矩的方法；发现宇宙中氢原子放射微波。