生物化学 蛋白质化学

第三章蛋白质化学主要内容：引见蛋白质的构件单位氨基酸的构造、分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的构造、性质以及构造和功能的相互关系。思索目录第一节蛋白质通论.第二节蛋白质的根本构件单位──氨基酸.第三节蛋白质的一级构造和肽.第四节蛋白质的立体构造.第五节蛋白质的构造与功能的关系.第六节蛋白质的重要性质.思索第一节蛋白质通论一、蛋白质的元素组成.与分类.二、蛋白质的大小和分子量.三、蛋白质的构象及构造的组织层次.四、蛋白质功能的多样性.主要组成元素：

C(50-55%)、H(5-7%)、O(20-24)、N(15-17%)、S(0-5%)。

微量的元素：

P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等。一、蛋白质的元素组成.与分类.大多数蛋白质含氮量较恒定，平均含N量为16％。即1g氮相当于6.25g蛋白质，6.25称为蛋白质系数。这是凯氏定氮法测蛋白质含量的实际根据：样品中蛋白质含量＝样品中的蛋白质含N量×6.25蛋白质(Protein)是由不同氨基酸按照一定顺序，肽键衔接而成的一条或多条肽链构成的生物大分子。蛋白质的分子组成蛋白质月示胨多肽二肽氨基酸>1045×1032×103103~5×1022×102d102蛋白质的其他组分简单蛋白质结合蛋白质

氨基酸部分非氨基酸部分糖脂核酸辅因子

蛋白质的分类根据分子外形分类球状蛋白质纤维状蛋白质结合蛋白质.根据组成分类简单蛋白质.活性蛋白质〔如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、维护和防御蛋白、受体蛋白…...〕根据功能分类非活性蛋白质〔如硬蛋白、角蛋白〕(1)简单蛋白质分类结合蛋白质〔Conjugatedproteins)分类：单纯蛋白质和非蛋白质结合而成，如：〔3〕衍生蛋白质(Derivedproteins)：经化学或酶促作用而得到的蛋白质改性物。如：经凝乳酶凝结的酪蛋白，及胨，肽等降解产物。二、蛋白质的大小和分子量蛋白质是由氨基酸以肽键首尾相连而成的共价多肽链,其分子量变化范围大约在6000-1000，000道尔顿之间。如表1-1蛋白质亚基数目分子量胰岛素15733细胞色素C112398溶菌酶114300α-淀粉酶297600血红蛋白464500脲酶6483000醇脱氢酶4150000谷氨酰胺合成酶12600000谷氨酸脱氢酶401000000烟草花叶病毒蛋白213040000000

三

.蛋白质构造的主要层次一级构造四级构造二级构造三级构造primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二级构造构造域supersecondarystructureStructuredomain-折叠片-螺旋体松散肽段亚基三级构造四级构造蛋白质分子的构象表示图四、蛋白质的主要生理功能蛋白质〔protein〕是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎一切的生命活动和生命过程。因此，研讨蛋白质的构造与功能一直是生命科学最根本的命题。生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的表达者，具有以下主要功能：催化功能；构造功能；调理功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；贮藏功能第二节蛋白质的根本构件单位─氨基酸一、常见的蛋白质氨基酸的构造通式.二、20种常见的蛋白质氨基酸分类及构造.三、不常见的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸.四、氨基酸的性质.一、常见的蛋白质-氨基酸的构造通式.

氨基酸的构造生物体内的氨基酸类别蛋白质氨基酸：蛋白质中常见的20种氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分别出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态氨基酸。20种常见蛋白质氨基酸的分类、构造及三字符号据营养学分类必需ＡＡ非必需ＡＡ据R基团化学构造分类脂肪族ＡA.〔中性、含羟基或巯基、酸性、碱性〕芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp).杂环ＡＡ(His、Pro).据R基团极性分类极性R基团AA.非极性R基团AA〔８种〕.不带电荷〔７种〕据氨基、羧基数分类一氨基一羧基ＡＡ一氨基二羧基ＡＡ(Glu、Asp)20种氨基酸的构造二氨基一羧基ＡＡ(Lys、His、Arg)人的必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThrArg、His带电荷：正电荷〔３种〕负电荷〔２种〕二、20种常见的蛋白质氨基酸分类及构造.甘氨酸〔Gly,G〕丙氨酸〔Ala,A〕缬氨酸〔Val,V〕亮氨酸〔Leu,L〕异亮氨酸〔Ile,I〕中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸〔Ser,S〕苏氨酸〔Thr,T〕半胱氨酸〔Cys,C〕甲硫氨酸〔Met,M〕酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸〔Asp,D〕谷氨酸〔Glu,E〕天冬酰胺〔Asn,N〕谷氨酰胺〔Gln,Q〕碱性氨基酸赖氨酸〔Lys,K〕精氨酸〔Arg,R〕组氨酸〔His,H〕杂环氨基酸杂环氨基酸组氨酸〔His,H〕脯氨酸〔Pro,P〕芳香族氨基酸苯丙氨酸〔Phe,F〕酪氨酸〔Tyr,Y〕色氨酸〔Trp,W〕三、不常见的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸.不常见的蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸.四、氨基酸的性质(1)AA的两性电离和等电点.(2)光学活性和光谱性质.(3)重要化学反响：〔1)氨基酸的两性解离及等电点〔pI〕:

氨基酸是弱两性电解质pH=pI净电荷=0pH<pI净电荷为正pH>pI净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++H++OH-+H++OH-(pK´1)(pK´2)当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极挪动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint)。甘氨酸滴定曲线甘氨酸盐酸盐〔A+〕等电点甘氨酸〔A〕甘氨酸钠〔A-〕一氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2谷氨酸〔A〕和赖氨酸〔B〕滴定曲线和等电点计算一氨基二羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´R二氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´2+pK´RBApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1参与的OH-mL数参与的OH-mL数pHpHHis的咪唑基的pKa值是最接近生理pH值的一种〔游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35〕，是在生理pH条件下独一具有缓冲才干的氨基酸。(2)光学活性和光谱性质.1、旋光性：除甘氨酸外，其它天然α-氨基酸都有不对称碳原子，其它天然氨基酸都有旋光性，均属于L-型。2、紫外吸收光谱：芳香族氨基酸色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收〔max〕分别为280、275、和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此，紫外分光光度法可测定蛋白质含量。Try

Tyr

Phe的紫外吸收光谱

摩尔吸收系数波长(3)重要化学反响：与2,4一二硝基氟苯(DNFB)反响〔sanger反响〕:用于蛋白质N-端测定.与苯异硫氰酯〔PITC〕的反响〔Edman反响〕：用于蛋白N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计的根据。

与茚三酮反响:用于氨基酸定量定性测定成肽反响：氨基酸合成肽的反响根底1、与2,4-二硝基氟苯(DNFB)反响2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱溶液中与AA反响生成2,4-二硝基苯基氨基酸,英国的Sanger用这个反响鉴定多肽N-末端的氨基酸,用以测定多肽或蛋白质的AA排序。

如今根据此原理设计出了〞蛋白质序列测定仪〞2、Edman反响与异硫氰酸苯酯〔PITC〕在弱碱条件下构成相应的苯氨基硫甲酰〔PTC)衍生物,与酸发生环化生成PTH-aa,这是著名的Edman降解,进展多肽链N-末端氨基酸测定。苯乙内酰硫脲衍生物3、茚三酮反响〔α-NH2和α-COOH共同参与的反响〕茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，生成蓝紫色物质,脯氨酸或羟脯氨酸与茚三酮反响生成黄色化合物。4.氨基酸的成肽反响第三节蛋白质的一级构造和肽.一、蛋白质中氨基酸的衔接方式和一级构造.二、肽键的构造和性质.三、肽的物理和化学性质四、天然存在的活性肽五、蛋白质一级构造测定六、蛋白质的水解.1一级构造概念：一级构造：指蛋白质肽链中氨基酸的陈列顺序和衔接方式。共价构造〔化学构造〕：肽链的数目，AA的序列和二硫键的位置。2.肽和肽链的构造和命名肽：由一AA的羧基和另一AA的氨基脱水缩合而成的化合物。肽键：AA之间脱水后构成的共价键，又称酰胺键。一、蛋白质中氨基酸的衔接方式和一级构造.肽的命名是根据氨基酸残基的数目决议的：寡肽：10个以下AA残基组成的肽。多肽：超越10个AA残基组成的肽。多肽链：由多个AA以肽键衔接的一条链。酰胺平面或称〔肽平面〕：由CO和NH构成肽键的四个原子和与之相连的两个α-碳原子构成的刚性平面。AA残基：指的是肽链中的AA单位，不是完好的AA分子。维持一级构造的化学键：共价键，主要为肽键。例：牛胰岛素的一级构造一级构造的书写方式：从N末端到C末端，用氨基酸的三字符号或单符号延续陈列。假设用三字符，每个氨基酸之间用圆点隔开，单字符表示不用圆点。如三字符表示为Ala.Val.Gly.Thr.Met.Phe.Cys.Ser.Lys等。单字符表示为：AVGTMFCSK。二、肽键的构造和性质.肽单位：多肽中，每个酰胺平面即是一个肽单位。它是研讨蛋白质高级构造的最小单位。肽基的C、O和N原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：限制绕肽键的自在旋转构成酰胺平面产生键的平均化肽键呈反式构型sp2sp2sp2sp3共振杂化体肽键的构造特点：(1)肽键(C-N键)，键长1.32Ả,比普通的C-N单键(1.49Ả)短，但比普通的C=N双键(1.27Ả)长，具有部分双键的性质，不能沿C-N键自在旋转。(2)羧基氧原子与NH2基氢原子彼此处于N-C两侧，构成反式构造。(3)与N-C键相连的N-Ca和C-Ca可以旋转，其旋转角度分别为φ和ψ，φ和ψ称两面角(构象角)，用于描画多肽的一切能够构象。(4)肽键中四个原子和它相邻的两个Ca处于同一平面，构成酰胺平面。1.在晶体或溶液中以两性离子形状存在。2.熔点高。3.其酸碱性决议于N端氨基、C端羧基和侧链R基。4.双缩脲反响。5.与氨基酸类似的反响：DNFBDNSPITC反响等。三、肽的物理和化学性质类别：激素、抗菌素、辅助因子实例：谷胱甘肽(glutathione)。

四、天然存在的活性肽谷胱甘肽〔GSH〕γ-谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复原酶的辅因子，或维护巯基酶，或防止过氧化物积累。※GS－SG将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序将肽段分别并测出顺序专注性裂解末端氨基酸测定二硫键拆开纯蛋白质蛋白质序列测定的根本方法道路五、蛋白质一级构造测定根本战略：片段重叠法＋氨基酸顺序直测法根本步骤：(1)测定蛋白质分子中多肽链数目；(2)拆分蛋白质的多肽链，断开多肽链内二硫键；(3)分析每一条多肽链的氨基酸组成；(4)鉴定多肽链N－末端、C－末端氨基酸残基；(5)裂解多肽链成较小的片段；(6)测定各肽段的氨基酸顺序；(7)片段重叠法重建完好多肽链一级构造；(8)确定半胱氨酸残基间构成二硫键交联桥的位置。蛋白质一级构造测定胰岛素-巯基乙醇碘乙酸二硫键的断裂多肽N、C-末端氨基酸的测定N端Sanger法〔二硝基氟苯反响〕DNS法〔丹磺酰氯反响〕Edman法〔苯异硫氰酸脂反响〕氨肽酶法C端肼解法复原法羧肽酶法片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序表示图所得资料：氨基末端残基H羧基末端残基S第一套肽段第二套肽段OUSSEO