第三章蛋白质化学

第三章蛋白质化学蛋白质通论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。元素组成

C50%H7%O23%N16%S0-3%蛋白质含量=蛋白氮×6.25一、蛋白质的化学组成与分类2.分类

按组分简单蛋白质，如核糖核酸酶，胰岛素，清蛋白等；结合蛋白质，如血红蛋白，核蛋白，黄素蛋白等。按分子外形的对称程度可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。3.蛋白质在生物体内的分布

含量(干重)微生物50-80%

人体45%

一般细胞50%

种类大肠杆菌3000种人体10万种生物界1010-1012二、蛋白质的大小与分子量第一节蛋白质的基本结构单位-氨基酸氨基酸是蛋白质的基本结构单元。组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。α-氨基酸的一般结构α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。20种基本氨基酸除Pro外，都是α-氨基酸。氨基酸有D-型及L-型氨基酸的D-型或L-型是以L-甘油醛或L-乳酸为参考的。CHOCOHCH2OHHCHOCCH2OHHOHD-甘油醛L-甘油醛COO-CCH3HNH3D-丙氨酸COO-CCH3HH3N++L-丙氨酸20种基本氨基酸的结构与分类1、按R基团的化学结构分为脂肪族，芳香族和杂环族。a.

脂肪族氨基酸b.芳香族氨基酸c.杂环氨基酸非极性R基团氨基酸：8种—Ala，Val，Leu，Ile，Phe，Pro，Met，Trp极性不带电荷R基团氨基酸：7种—Ser，Thr，Asn，Gln，Tyr，Cys，GlypH7时带负电荷R基团氨基酸：2种—Asp，GlupH7时带正电荷R基团氨基酸：3种—Lys，Arg，His2、按R基极性分类氨基酸的理化性质（一）物理性质1.氨基酸的旋光性除Gly外，19种氨基酸含有一个手性α-碳原子，因此都具有旋光性。2.氨基酸的光吸收在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的λmax＝275nm，苯丙氨酸的λmax＝257nm，色氨酸的λmax＝280nm3.α氨基酸都是白色晶体，熔点较高，200℃以上。4.除Cys和Tyr外，都溶于水，溶于酸、碱；不溶于乙醚。5.氨基酸一般有味。1.氨基酸的兼性离子形式氨基酸的两个重要性质：氨基酸晶体的熔点高（≧200℃）；氨基酸使水的介电常数增高。

HH3N-C-COO-R（二）氨基酸的两性性质和等电点+2.氨基酸的两性解离在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。（理解）pH=-lg[H+]=-lgK1’=pK1’pH=-lg[H+]=-lgK2’=pK2’在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2

同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1’+pK’R-COO-)/2

碱性氨基酸：pI=(pK2+pK’R-NH2)/2

pI=(pK1’+pK’R-COOH)/2pI=(pK2’+pK’R-NH2)/2小结1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两边的pK值和的一半。2.

pH﹥pI，氨基酸带净的负电荷，在电场中向阳极移动；pH﹤pI，氨基酸带净的正电荷，在电场中向阴极移动。3.在一定pH范围中，溶液的pH离氨基酸等电点愈远，氨基酸带净电荷愈多。必需氨基酸：IleMetValLeuTrpPheThrLys记忆一家写两三本书来婴儿期：Arg和His供给不足，属半必须氨基酸。第二节蛋白质的分子结构㈠肽与肽键的结构一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨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。肽键肽的命名：规定从肽链的NH2末端氨基酸残基开始，称某氨基酰某氨基酰……某氨基酸。例如五肽：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln的命名是：丝氨酰缬氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酰氨酸肽键是一种酰胺键，具有部分双键性质，不能自由旋转。

肽键的性质肽链中的酰胺基（CONH）称为肽基或肽单位。组成肽基的4个原子和2个相邻的Cα原子倾向于共平面，形成所谓多肽主链的酰胺平面也称肽平面或肽基平面。肽单位中，C=O与N-H或两个α－碳原子呈反式排布。二面角绕Cα-N键轴旋转的二面角称为φ，绕Cα-C键轴旋转的二面角称为ψ。当Cα-N两侧的N-C和Cα-C呈顺式时，规定φ=0°及

ψ=0°。从Cα沿键轴方向观察，顺时针旋转的φ和ψ角为正值，逆时针为负值。理论上φ和ψ可取-180°～+180°之间的任一值。□天然存在的重要多肽抗生素：短杆菌肽S、多粘菌素E和放线菌素D脑啡肽，谷胱甘肽，α-鹅膏蕈碱等。（了解）㈡蛋白质分子的构象与结构层次

天然蛋白质分子不是一条走向随机的松散肽链，每种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构称为蛋白质的构象。蛋白质结构的不同组织层次：一级结构，二级结构，三级结构和四级结构。蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。

①

构型（configuration）：指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。两种构型间的转变需要共价键的断裂和重组。

COOHCOOHH2NCHHCNH2RR蛋白质的构象与构型CHOCOHCH2OHHCHOCCH2OHHOHD-甘油醛L-甘油醛COO-CCH3HNH3D-丙氨酸COO-CCH3HH3N++L-丙氨酸②构象（conformation）:指取代原子或基团当单键旋转时可能形成的不同立体结构。这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。蛋白质的二级结构指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲。氢键是稳定二级结构的主要作用力。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;天然蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋。-螺旋（-helix）β-折叠（反平行）（平行）小结多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；侧链交错位于锯齿状结构的上下方；氢键维系；可有顺平行片层和反平行片层结构。β-转角(β-turn)

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.无规卷曲（randomcoil）指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。蛋白质的超二级结构基本类型：

、、⑴

由两股或三股平行或反平行排列的右手螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋。

由两段平行β折叠股和一段作为连接链的螺旋组成。⑵Rossman-折叠⑶

a.β-曲折

b.希腊钥匙拓扑结构

□纤维状蛋白质（了解）不溶性：角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等。角蛋白中主要的是-角蛋白。-角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折叠结构，称为-角蛋白。毛发的结构三股右手α-helix向左缠绕

↓

初原纤维(αα组合的超二级结构)

↓

再排列成“9+2”电缆式结构“微原纤维”

↓

几百根微原纤维结合成---不规则

角蛋白分子中的二硫键卷发(烫发)的生物化学基础蛋白质的结构域多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域。最常见的结构域含序列上连续的100-200个氨基酸残基，少至40个左右，多至400个以上。结构域有时也指功能域。功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位，它可以是一个结构域，也可以是由两个结构域或两个以上结构域组成。蛋白质的三级结构指由二级结构元件构建成的总三维结构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。蛋白质的四级结构四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的亚基按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。亚基：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、氢键、范德华力；亚基可以相同或不同。由2个至多个三级结构的亚基缔合形成四级结构的蛋白质。单体蛋白：只有一个亚基（三级结构）；寡聚蛋白：由少量的亚基聚合而成的蛋白质，如四聚体血红蛋白；多聚蛋白：由很多的亚基聚合成的蛋白质，如病毒蛋白外壳。维持蛋白质三维结构的作用力⑴氢键

⑵范德华力

⑶疏水相互作用水介质中蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子内部，这一现象称为疏水相互作用。⑷盐键即离子键，正负电荷之间的静电吸引力。⑸二硫键□氨基酸顺序决定蛋白质的三维结构

球状蛋白质的三维结构决定于氨基酸的顺序，由氨基酸的长程顺序决定。证据：蛋白质可逆变性实验，镰刀状细胞贫血六十年代White和Anfinsen牛胰核糖核酸酶复性试验。RNase8M尿素β-巯基乙醇四个二硫键断裂蛋白质肽链伸展成无规则卷曲，酶活性丧失透析去除尿素，巯基乙醇RNase复性，活力为原来的95-100％第四节蛋白质的重要理化性质蛋白质的两性解离与等电点对某一种蛋白质来说，在某一pH值，它所带的正电荷与负电荷恰