第三章 蛋白质化学

第三章蛋白质化学2/1/20231早在1878年，思格斯就在《反杜林论》中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”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。2/1/20232

蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧、氮和少量的硫外，某些蛋白质还含有磷、铁、锌、铜、钼、碘等元素。碳50～55％氢6～8％氧20～23％氮15～18%

硫0～4％第一节蛋白质的分子组成2/1/20233由于大多数蛋白质的含氮量接近于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：样品蛋白质含量=样品含氮量

6.252/1/20234蛋白质水解降解物蛋白质眎(shì)胨多肽二肽氨基酸分子质量(u)＞1075×1052×103500～1000约200约100随着水解条件的改变，肽以前的这些降解物最终都可以水解成氨基酸；而氨基酸则不能水解成更小的单位。所以，氨基酸是蛋白质的基本结构单元。2/1/20235组成生物体蛋白质的氨基酸常见的有20种。通式为：R—CH—NH2COOH其中19种为α氨基酸，脯氨酸(Pro)为亚氨基酸。蛋白质水解得到的α氨基酸都属于L构型。2/1/20236手性碳2/1/202372/1/20238氨基酸的分类根据R基团的极性分类：1.

非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp2.

极性不带电荷氨基酸：Gly、Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys3.

极性带负电荷氨基酸：Asp、Glu4.

极性带正电荷氨基酸：His、Lys、Arg2/1/20239非极性氨基酸2/1/202310极性不带电荷氨基酸2/1/202311极性带负电荷氨基酸2/1/202312极性带正电荷氨基酸2/1/202313硒代半胱氨酸（Selenocysteine

）

isfoundinmanyenzymes(havingbeenrecognizedasthe21staminoacidinribosome-mediatedproteinsynthesis!).2/1/202314根据R基团的结构分类：脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys、Ser、Thr、Glu、Asp、Lys、Arg、Gln、Asn芳香族氨基酸：Phe、Tyr杂环氨基酸：His、Trp杂环亚氨基酸：Pro2/1/202315根据R基团的酸碱性分类：酸性氨基酸：Asp、Glu碱性氨基酸：Lys、Arg、His中性氨基酸：其他2/1/202316必需氨基酸：在人和反刍动物体内不能合成，需从食物中摄取，以保证正常生命活动的需要，这类氨基酸称～。如：

Val、

Ile、

Leu、

Phe、

Met、Trp、Thr、Lys半必需氨基酸：在人和反刍动物体内能合成，但合成速度慢，不能满足人体需要，这类氨基酸称～。如：

His、Arg2/1/202317非蛋白质氨基酸：以游离态或结合态存在，不参与蛋白质的组成。如茶氨酸。稀有氨基酸：是一些氨基酸的衍生物，不参与蛋白质的合成。蛋白质合成以后通过酶的催化修饰而形成的。如4-羟基脯氨酸。2/1/202318除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据氨基酸的旋光性氨基酸的理化性质2/1/202319构成蛋白质的20种氨基酸都不吸收可见光。酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)具有共轭双键结构，能够吸收紫外光。氨基酸的紫外吸收2/1/2023202/1/202321氨基酸在结晶形态或在水溶液中，以两性离子的形式存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。氨基酸的两性解离pH＜pIpH＝pIpH＞pI2/1/202322氨基酸的等电点(Isoelectricpoint,pI)：在某一特定的pH条件下，氨基酸分子在溶液中离解成阳离子和阴离子的数目和趋势相等，这时溶液的pH即为该氨基酸的等电点。当pH＜

pI时，氨基酸带正电荷

pH＞

pI时，氨基酸带负电荷2/1/2023232/1/202324pI=(pK1+pK2)/22/1/202325AnacidicaminoacidpI=(pK1+pKR)/22/1/202326AbasicaminoacidpI=(pKR+pK2)/22/1/2023272/1/202328名称底物(α-AA＋)条件产物特征应用茚三酮反应水合茚三酮弱酸加热蓝紫色定性、定量测AA亚硝酸反应亚硝酸室温N2测蛋白质水解程度Sanger反应2,4-二硝基氟苯弱碱黄色N-末端分析Edman反应异硫氰酸苯酯弱碱N-末端分析氨基酸的化学反应2/1/202329茚三酮反应氨基酸与茚三酮（ninhydrin）的反应是一个检测和定量氨基酸和蛋白质的重要反应。2/1/202330Sanger反应

2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene,DNFB）也叫做Sanger试剂。DNFB在弱碱性溶液中与氨基酸发生取代反应，生成黄色化合物二硝基苯基氨基酸（dinitrophenylaminoacid,DNP氨基酸）

2/1/202331Edman反应苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱性条件下，与氨基酸反应生成苯乙内酰硫脲衍生物，即PTH-氨基酸，此反应又称之Edman反应，该反应是蛋白质或多肽氨基酸序列测定常用的反应。2/1/202332一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(peptidebond)。氨基酸通过肽键连接起来的化合物称为肽(peptide)。肽与肽键肽键2/1/202333由两个氨基酸组成的肽称为二肽；依次称为三肽、四肽、五肽等。含量小于10个氨基酸的肽称为寡肽；超过10个氨基酸的肽称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基(aminoacidresidue)。通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。2/1/202334Ser-Gly-Try-Ala-Leu2/1/202335肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。已知C—N单键的键长为0.147nm，C=N双键的键长是0.127nm，而肽键中C—N的键长为0.132nm

2/1/202336肽键具有平面性，组成肽键的4个原子和2个Cα处在同一平面内，称酰氨平面(amideplane)。2/1/202337多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成。2/1/202338指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序及二硫键的位置。第二节蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构

Primarystructure2/1/202339胰岛素2/1/202340每一种蛋白质都具有唯一的氨基酸序列，实际上蛋白质的氨基酸序列是由DNA决定的。蛋白质的氨基酸序列具有重要意义：

1.

蛋白质的氨基酸序列是阐明蛋白质生物活性的分子基础；

2.

蛋白质的一级结构决定它的空间结构；

3.

氨基酸序列的改变可以导致蛋白功能异常和疾病(图）；

4.

通过对一些蛋白质的氨基酸序列的比较可以反应出一些生物亲缘关系(图）。

2/1/202341镰刀型贫血β.NVal6正常人血红蛋白，β.NGlu6GAAGTA2/1/2023422/1/202343二、构型与构象构型(configuration)：分D或L型构象(conformation)：单键的旋转构型（configuration）：立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向。如几何异构和光学异构体。两种构型之间如果没有共价键的断裂则不能互变。2/1/202344构象（conformation）取代基团当单键旋转时形成不同的立体结构，这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。例如乙烷分子中C—C单键旋转时，它们所连接的氢原子相对空间位置随之改变，产生无数种构象，其中交叉型构象最稳定，重叠型构象最不稳定2/1/2023452/1/202346指多肽链主链由于氢键的作用而形成的空间排布。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角、γ-转角、无规则卷曲等。三、蛋白质的二级结构

Secondarystructure2/1/202347

1.

多肽链主链环绕螺旋中心轴螺旋式上升。螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm。(1)-螺旋(-helix)1951年，PaulingandCorey提出，要点有：2/1/2023482.肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基的O与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基的H形成氢键。3.蛋白质分子为右手-螺旋。2/1/2023492/1/202350-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。-折叠有两种类型：平行式和反平行式。(2)β-折叠(β-pleatedsheet)2/1/202351反平行式-折叠NC2/1/202352平行式-折叠N2/1/202353由四个氨基酸残基组成，弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。(3)β-转角(β-turn)2/1/202354四、蛋白质的超二级结构

Supersecondarystructure指相互邻近的二级结构在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚合体。种类有：αα、βαβ、βββ等。2/1/2023552/1/202356五、蛋白质的结构域

structuraldomain在较大的蛋白质分子或亚基中，其三维结构往往可以形成两个或多个空间上可以明显区别的区域。肌钙蛋白C2/1/202357是指在二级结构基础上，肽链进一步折叠卷曲形成的特定空间构象。包括侧链基团在内的所有原子空间排列。维系蛋白质三级结构的主要作用力是次级键。包括氢键、疏水力、离子键、范德华力、配位键、酯键等。另外还可有二硫键。六、蛋白质的三级结构

Tertiarystructure2/1/2023582/1/202359肌红蛋白的三级结构2/1/202360Tertiarystructureofspermwhalemyoglobin.a)backbone;b)”mesh”image;c)surfacecontourimage;d)ribbon;e)space-fillingmodel.2/1/202361指寡聚蛋白中各亚基立体排布和各亚基间的相互作用。由两条或两条以上的多肽链盘绕聚合而成的蛋白质，称为寡聚蛋白质，其每一条具有三维结构的多肽链称为亚基(subunit)。

维持亚基之间的化学键主要是疏水力。六、蛋白质的四级结构

Quaternarystructure2/1/2023622/1/2023632/1/2023642/1/2023652/1/2023662/1/202367第四节蛋白质的重要理化性质一、蛋白质的两性解离及等电点蛋白质也是两性电解质，蛋白质分子所带电荷的性质与数量是由蛋白质中可解离基团的种类和数目以及溶液的pH共同决定。2/1/