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蛋白质化学-本讲稿第一页，共四十五页第一节 蛋白质的生理功能本讲稿第二页，共四十五页本讲稿第三页，共四十五页第二节 蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成 一般元素：C、H、O 特征性元素 常量元素：N N、S、P 微量元素：Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、I本讲稿第四页，共四十五页二、蛋白质的基本组成单位氨基酸（一）氨基酸的结构 结构特点：L-氨基酸结构通式：COOHCOOH共性 H H2 2N NC C*H H 个性 R本讲稿第五页，共四十五页（二）氨基酸分类 1.中性氨基酸 特点：R不带电荷 C COO-C NH3+溶液pH pH 7.0 根据R有无极性分为二类：1）非极性中性氨基酸 2）极性中性氨基酸本讲稿第六页，共四十五页1）非极性中性氨基酸：R-含疏水基团 （表2-2，17）该类aa位于Pr分子内部 （1）含氢原子：Gly（2）含烷基侧链：Ala:RAla:R-CH-CH3 3（直链）（直链）ValVal、LeuLeu、Ile:R-Ile:R-分支分支，支链氨基酸 ProPro：亚氨基酸（3）含芳香基侧链：Phe R-Phe R-苯环苯环本讲稿第七页，共四十五页2）极性中性氨基酸：R-含亲水基团 （表2-2，815）该类aa位于Pr表面（1）含羟基侧链：SerSer Thr R-OHThr R-OH:TyrTyr （2）含巯基侧链:Cys RCys R-SH-SH:还原性 （3）含酰胺基侧链：Asn R-Asn R-CONHCONH2 2 Gln Gln（4）含吲哚环:Trp （5）含甲硫基侧链：Met R-S-CH3本讲稿第八页，共四十五页2.酸性氨基酸 特点：R带负电荷 R-COOH R-COO-+H+AspAsp HOOCHOOC-CH-CH2 2CHCOOHCHCOOH NH NH2 2 GluGlu HOOC-HOOC-CHCH2 2CHCH2 2CHCOOHCHCOOH NH NH2 2本讲稿第九页，共四十五页3.碱性氨基酸 特点：R带正电荷 R-NH2+H+R-NH3+（1）含氨基侧链：LysLys R-NH2 （2）含胍基侧链：Arg Arg R-NH-C-NH2 NH（3）含咪唑基侧链：HisHis R N N N H H本讲稿第十页，共四十五页1.紫外吸收：TyrTyr、TrpTrp 280nm,280nm,Phe 260nmPhe 260nm（三）氨基酸的理化性质本讲稿第十一页，共四十五页2.两性解离与等电点（PI）本讲稿第十二页，共四十五页3.茚三酮反应：呈蓝紫色（Pro例外）；最大吸收峰570nm，氨基酸的定性与定量分析本讲稿第十三页，共四十五页三、肽键和肽（一）肽键 (peptide bond)本讲稿第十四页，共四十五页 （二）肽（二）肽(peptide)(peptide)1.1.定义：氨基酸之间通过肽键连结起来的化合物称为肽。定义：氨基酸之间通过肽键连结起来的化合物称为肽。2.种类：种类：1）寡肽）寡肽(oligopeptide)10aa残基残基 2）多肽）多肽(polypeptide)10aa残基残基本讲稿第十五页，共四十五页3.命名：命名：1）方向：）方向：N C2）原则：）原则：氨酰氨酰氨酰氨酰氨酸。氨酸。特例特例：谷胱甘肽谷胱甘肽(glutachione,简写简写GSH)全名：全名：谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸本讲稿第十六页，共四十五页第三节第三节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构 (primary structure)定义：定义：多肽链中氨基酸残基的种类和排列顺序多肽链中氨基酸残基的种类和排列顺序 (sequence)。基本键：基本键：肽键肽键其次为：其次为：二硫键二硫键本讲稿第十七页，共四十五页本讲稿第十八页，共四十五页本讲稿第十九页，共四十五页二、二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 (secondary structure)(secondary structure)定义：定义：是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。及侧链部分的构象。肽键性质肽键性质:1.肽键有肽键有部分双键的性质部分双键的性质2.C-N键长键长0.132nm （N-C：0.147nm，C=N：0.128nm）本讲稿第二十页，共四十五页类型类型1 1、螺旋、螺旋(-helix)(-helix)本讲稿第二十一页，共四十五页烫发工艺的产生就是烫发工艺的产生就是基于对毛发角蛋白中基于对毛发角蛋白中螺旋结构的认识螺旋结构的认识本讲稿第二十二页，共四十五页2 2、-片层片层 (-pleated sheet)(-pleated sheet)平行平行反平行反平行本讲稿第二十三页，共四十五页本讲稿第二十四页，共四十五页本讲稿第二十五页，共四十五页3 3、-转角转角(-turn(-turn或或bend)bend)第一个氨基酸残基的第一个氨基酸残基的CO与第四个残基的与第四个残基的N上的氢形成氢键上的氢形成氢键氢键4、无规卷曲(random coil)没有确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽键平面不规则没有确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽键平面不规则排列，属于松散的无规卷曲。排列，属于松散的无规卷曲。本讲稿第二十六页，共四十五页三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)1.1.定义定义：是指多链折叠中所有原子在空间的整体是指多链折叠中所有原子在空间的整体 排布。排布。本讲稿第二十七页，共四十五页2.2.维持键：维持键：*疏水键、氢键、盐键、二疏水键、氢键、盐键、二硫键、范德华引力硫键、范德华引力(Van der(Van der WaslsWasls力力)等等3.3.意义：意义：单链蛋白质分子最高级结单链蛋白质分子最高级结构构三级结构：有三级结构：有活性活性本讲稿第二十八页，共四十五页四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构 (quarternary structure)(quarternary structure)1.1.定义：定义：具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链间通具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链间通 过非共价键相互缔合而形成的空间结构。过非共价键相互缔合而形成的空间结构。2.2.维持键维持键：*疏水键、氢键、盐键、范德华引力疏水键、氢键、盐键、范德华引力(Van der Wasls Van der Wasls力力)等等本讲稿第二十九页，共四十五页蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。本讲稿第三十页，共四十五页疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白（prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白的作用下可转变成全为-折叠的 PrPsc，从而致病。本讲稿第三十一页，共四十五页 亨廷顿氏舞蹈病是一种家族显性遗传型疾病患者由于基因突变或者第四对染色体内 DNA(脱氧核糖核酸)基质之 CAG 三核甘酸重复序列过度扩张，造成脑部神经细胞持续退化，机体细胞错误地制造一种名为“亨廷顿蛋白质”的有害物质。这些异常蛋白质积聚成块，损坏部分脑细胞，特别是那些与肌肉控制有关的细胞，导致患者神经系统逐渐退化，神经冲动弥散，动作失调，出现不可控制的颤搐，并能发展成痴呆，甚至死亡。病因主要是家族遗传或者基因受到外部刺激而发生突变。只要自双亲任一方遗传缺陷的基因，皆会表现出病征。病征主要表现为:情绪异常，变得冷漠、易怒或忧郁。手指、腿部、脸部或身体出现不自主动作。智力衰减，判断力、记忆力、认知能力减退。一般来说，导致患者死亡的原因是因为突然跌倒或者感染其他并发症。本讲稿第三十二页，共四十五页一、蛋白质的两性电离和等电点（一）两性电离：蛋白质溶液：H+：Pr-Pr-NHNH3 3+OH-：Pr-Pr-COOCOO-第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质本讲稿第三十三页，共四十五页本讲稿第三十四页，共四十五页二、蛋白质的胶体性质 高分子特点：分子量10000d（胰岛素5734d，51aa例外）分子直径1100nm不透过性不透过性 不能透过半透膜：体内：生物膜，毛细血管壁 Pr可保留在细胞、血管内 体外：玻璃纸 纯化蛋白质本讲稿第三十五页，共四十五页三、蛋白质变性三、蛋白质变性(denaturation)作用作用本讲稿第三十六页，共四十五页1定义：在某些特定的理化因素的作用下，蛋白质的空间构象被破坏，理化性质发生改变，生物学活性丧失。物理因素：高温、高压、紫外线、X-射线、超声波；化学因素：强酸、强碱、重金属离子、胍、尿素等。本讲稿第三十七页，共四十五页2.特点：1）空间结构破坏（即次级键、即次级键、二硫键二硫键断裂断裂）2）一级结构存在（肽键存在与水解不同点）3）立即去除变性因素出现复性 4）理化性质改变：溶解度、粘度、吸光度变化 5）功能改变：如酶、激素失活如酶、激素失活 6）易被蛋白酶水解3意义：意义：变性变性消毒、灭菌消毒、灭菌 防止感染或交叉感防止感染或交叉感 染染 防止变性防止变性保存生物制品保存生物制品本讲稿第三十八页，共四十五页四、蛋白质沉淀作用四、蛋白质沉淀作用 蛋白质在溶液中稳定因素 析出因素（沉淀）电荷（同性）中和电荷水化膜（0.30.5gH2O/g，pr）脱水本讲稿第三十九页，共四十五页本讲稿第四十页，共四十五页常见蛋白质沉淀方法：1盐析2有机溶剂沉淀法3生物碱试剂沉淀法4重金属盐沉淀法本讲稿第四十一页，共四十五页1 1盐析盐析 Pr +Pr +高浓度中性盐高浓度中性盐 Pr （Na2SO4、(NH4)2SO4、NaCl）有活性有活性，含盐，含盐 透析透析 纯净纯净PrPr2 2有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法 pI 蒸发（低温蒸发（低温）Pr +有机溶剂有机溶剂 Pr 有活性有活性 含有机溶剂含有机溶剂3 3生物碱试剂沉淀法生物碱试剂沉淀法 COOH H+COOH COOH Pr Pr +X-Pr NH2 PHpI NH2 NH2 变性、不溶解变性、不溶解本讲稿第四十二页，共四十五页五、蛋白质的颜色反应一、蛋白质的紫外吸收：Pr-（Tyr、Trp）280nm 二、蛋白质的呈色反应：(一)茚三酮反应：Pr-R-NH2 、Pr-C-NH2 呈蓝紫色(二)酚试剂反应：Pr-Pr-（Tyr、Trp）/CO-NH 呈钼蓝色呈钼蓝色（三）双缩脲反应：-CONH-2/OH-、Cu 2+呈紫红呈紫红本讲稿第四十三页，共四十五页 一、按组成成分：一、按组成成分：（一）单纯蛋白（仅含氨基酸）（二）结合蛋白（单纯蛋白+辅基）二、按形状分：（一）纤维蛋白 长轴/短轴10 （二）球蛋白 长轴/短轴10第六节 蛋白质的分类本讲稿第四十四页，共四十五页1.Pr的标志性元素是什么？含量有何特征？2.Pr的基本结构单位？结构通式？3.aa可分成哪几类?每类有哪些氨基酸组成？4.生理PH条件下，带正电的是哪几种aa?带负电的是哪几种？5.在280nm有紫外吸收的是哪几种aa?吸收最强的是哪种？6.aa和茚三酮反应，大多数呈什么颜色？Pro和茚三酮反应呈什么颜色？7.何为Pr的一，二，三，四级结构？各由什么化学键维持？肽平面由哪几个原子构成？肽键有何特点？8.Pr二级结构有哪几种？-螺旋有何特点？9.何为Pr的变性？变性Pr理化性质有何变化？导致变性的因素有哪些？10.沉淀的方法有哪些？每种方法的原理？11.变性，沉淀有何区别？12.Pr的特征性的显色反应是什么？反应原理和条件是什么？思考题：本讲稿第四十五页，共四十五页