蛋白质化学 (4)讲稿.ppt

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1、关于蛋白质化学(4)第一页，讲稿共一百二十九页哦学习要求学习要求n了解蛋白质在生命活动中的重要性了解蛋白质在生命活动中的重要性n 重点掌握重点掌握氨基酸和蛋白质的基本结构和性质氨基酸和蛋白质的基本结构和性质n 重点掌握重点掌握蛋白质的结构与功能之间的关系蛋白质的结构与功能之间的关系n理解蛋白质分离与纯化的基本原理理解蛋白质分离与纯化的基本原理第二页，讲稿共一百二十九页哦第一节第一节 概述概述蛋白质蛋白质(Protein)是是生命的物质基础生命的物质基础一、蛋白质是生物体的重要组成成分一、蛋白质是生物体的重要组成成分 烟草花叶病毒烟草花叶病毒95%细菌细菌50-80%，干酵母干酵母 46.6%人

2、体（干）人体（干）45%鱼（干）鱼（干）80%植物植物0.3-3%大豆大豆40%第三页，讲稿共一百二十九页哦二、蛋白质执行各种各样的生物学功能二、蛋白质执行各种各样的生物学功能1、催化功能：、催化功能：体内几乎所有几乎所有代谢反应的的酶都酶都是蛋白质。2、代谢调节：、代谢调节：调节代谢反应的某些激素是蛋白质或肽。3、运动功能：、运动功能：心跳、胃肠蠕动等，躯体、器官的运动，均要依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌动蛋白。4、免疫功能：免疫功能：机体抵抗外来侵害的防御机能需要抗体，而抗体是蛋白质。5、运输功能：、运输功能：红细胞运输O2和CO2要靠血红蛋白、还有脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载

3、体蛋白。6、接受与传递信息、接受与传递信息7、生长、繁殖、遗传变异功能、生长、繁殖、遗传变异功能8、氨基酸的储存库氨基酸的储存库 细胞膜功能，视网膜的感光功能，味蕾的味觉功能，凝血功能，记忆与识别功能等细胞膜功能，视网膜的感光功能，味蕾的味觉功能，凝血功能，记忆与识别功能等等等第四页，讲稿共一百二十九页哦三三、蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成蛋白质是有机化合物，离不开蛋白质是有机化合物，离不开C、H、O。C：50-55%，H：6-8%，O：19-24%，S：0-4%。N：13-19%平均平均16%。n N是蛋白质区别于糖、脂等的元素是蛋白质区别于糖、脂等的元素 在蛋白质中含量恒定，在蛋白质中含

4、量恒定，其系数为其系数为.25-称称蛋白系数蛋白系数n有些蛋白质：少量元素：有些蛋白质：少量元素：P，Fe,Cu,Zn，I第五页，讲稿共一百二十九页哦凯氏定氮法凯氏定氮法测定蛋白质含量测定蛋白质含量n蛋白质含量蛋白质含量=含氮量含氮量 6.25n注意：注意：1）生物体中的含）生物体中的含N物并非都是蛋白质，有非蛋白含物并非都是蛋白质，有非蛋白含N物：物：尿素、尿素、核苷酸、氨、肌酸、肌肽、硝酸盐、色素、游离氨基酸核苷酸、氨、肌酸、肌肽、硝酸盐、色素、游离氨基酸等等 总总 N 非蛋白非蛋白N=蛋白质含蛋白质含N量量2）已知蛋白质化学组成，采用其特定系数：）已知蛋白质化学组成，采用其特定系数：玉米

5、玉米6.00 大豆及大豆制品大豆及大豆制品5.71 乳及乳制品乳及乳制品6.38 花生花生5.46问题：奶粉三聚氰胺事件？问题：奶粉三聚氰胺事件？第六页，讲稿共一百二十九页哦第二节第二节 蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位-氨基酸氨基酸 第七页，讲稿共一百二十九页哦一、氨基酸的结构通式一、氨基酸的结构通式 n均是均是-氨基酸（）（氨基酸（）（-碳原子，碳原子，-羧基，羧基，-氨基）氨基）n结构差别在于结构差别在于侧链基团侧链基团的不同：除甘氨酸的不同：除甘氨酸GlyGly外，外，R R基团不是基团不是-H-H，因此其，因此其 是不对称的，有旋光、是不对称的，有旋光、异构现象。异构现象。第八页，讲

6、稿共一百二十九页哦氨基酸的旋光现象氨基酸的旋光现象n型、型氨基酸的旋光角度相同，但方向相反。型、型氨基酸的旋光角度相同，但方向相反。n型、型氨基酸的生理功能不同。型、型氨基酸的生理功能不同。n组成天然蛋白质的都是组成天然蛋白质的都是-:自然选择自然选择L L型，型，D D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。型型 型型 甘油醛甘油醛第九页，讲稿共一百二十九页哦氨基酸的表示法氨基酸的表示法 生物体中有生物体中有20种基本氨基酸种基本氨基酸（合成蛋白质的原料）（合成

7、蛋白质的原料），但是生物体内还有其它，但是生物体内还有其它非基本氨基酸非基本氨基酸。20种基本种基本氨基酸的表示方法有下列几种：氨基酸的表示方法有下列几种：（1）中文名：）中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸、色氨酸等。）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸、色氨酸等。（2）英文名：）英文名：3字名，字名，如如 Gly、Cys、Trp 等；等；单字名，单字名，G、C、W 等。等。二十种氨基酸的名称和结构见书二十种氨基酸的名称和结构见书p44-45。第十页，讲稿共一百二十九页哦1 1、按氨基酸分子中所含氨基和羧基数目（酸碱性）分类、按氨基酸分子中所含氨基和羧基数目（酸碱性）分类 （1 1）中性氨基酸：含

8、）中性氨基酸：含1 1个氨基、个氨基、1 1个羧基；个羧基；1515个个 （2 2）酸性氨基酸：含）酸性氨基酸：含1 1个氨基、个氨基、2 2个羧基；个羧基；2 2个个 （3 3）碱性氨基酸：含）碱性氨基酸：含2 2个氨基、个氨基、1 1个羧基。个羧基。3 3个个二、二、氨基酸的分类氨基酸的分类第十一页，讲稿共一百二十九页哦n 脂肪族（脂肪族（15种）种）n 芳香族（芳香族（3种）种）n杂环族（杂环族（1种）种）2、按、按R基的化学结构：基的化学结构：第十二页，讲稿共一百二十九页哦（1）脂肪族氨基酸）脂肪族氨基酸15种种n甘氨酸甘氨酸（Gly）n丙氨酸丙氨酸（Ala）n缬氨酸（缬氨酸（Val）

9、n亮氨酸亮氨酸（Leu）n异亮氨酸异亮氨酸（Ile）第十三页，讲稿共一百二十九页哦含含羟基羟基(-OH)氨基酸氨基酸(醇类）：醇类）：丝氨酸（丝氨酸（Ser）、苏氨酸（、苏氨酸（Thr）第十四页，讲稿共一百二十九页哦含硫氨基酸：含硫氨基酸：半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）-SH 蛋氨酸（甲硫氨酸，蛋氨酸（甲硫氨酸，Met）-SCH3 第十五页，讲稿共一百二十九页哦含羧基侧链氨基酸（含羧基侧链氨基酸（-COOH）：）：谷氨酸（谷氨酸（GLu）天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）含酰氨基氨基酸含酰氨基氨基酸（-CONH2)：谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln）天冬酰胺（天冬酰胺（Asn）第十六页，讲稿共一百二十九页哦

10、侧链含侧链含-NH2的氨基酸的氨基酸：赖氨酸（赖氨酸（Lys）精氨酸（精氨酸（Arg）第十七页，讲稿共一百二十九页哦(2)芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe）酪氨酸（酪氨酸（Tyr）第十八页，讲稿共一百二十九页哦(3)杂环氨基酸：杂环氨基酸：色氨酸（色氨酸（Trp）,组氨酸（组氨酸（His）,脯氨酸（脯氨酸（Pro）第十九页，讲稿共一百二十九页哦n非极性氨基酸：非极性氨基酸：10种种 极性氨基酸：极性氨基酸：不带电荷的极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸 带正电荷的极性氨基酸带正电荷的极性氨基酸 带负电荷的极性氨基酸带负电荷的极性氨基酸3、按按R基的极性性质基的极性性质第二十页，

11、讲稿共一百二十九页哦（1）非极性氨基酸）非极性氨基酸-10个个 第二十一页，讲稿共一百二十九页哦（2）极性的不带电荷的氨基酸）极性的不带电荷的氨基酸-5个个第二十二页，讲稿共一百二十九页哦（3）极性带负电荷的酸性氨基酸）极性带负电荷的酸性氨基酸-2个个 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸第二十三页，讲稿共一百二十九页哦（4）极性的带正电荷的碱性氨基酸）极性的带正电荷的碱性氨基酸-3个个第二十四页，讲稿共一百二十九页哦必需氨基酸：必需氨基酸：人和哺乳动物不可缺少但又不能自身合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有8种：Leu（亮）、Lys（赖）、Met（甲硫）、Phe（苯丙）、Ile（异亮）、Trp（色

12、）、Thr（苏）、Val（缬）半必需氨基酸半必需氨基酸：只有2种：Arg（精）、His（组）。（在人和哺乳动物中）有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有10种非必需氨基酸：非必需氨基酸：人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余10种4、按营养价值分类、按营养价值分类第二十五页，讲稿共一百二十九页哦5、不常见的蛋白质氨基酸、不常见的蛋白质氨基酸n4-羟基脯氨酸羟基脯氨酸n5-羟基赖氨酸羟基赖氨酸n3，5-二碘酪氨酸二碘酪氨酸它们是在蛋白质肽链的合成过程中或合成后由蛋白质氨基酸经酶法修饰而成的。第二十六页，讲稿共一百二十九页哦6、非蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸n180多种其他

13、AA，大多是蛋白质中存在的那些L型AA的衍生物，有些是，-AA，有些是D-型AAnD-苯丙氨酸：存在于短杆菌肽苯丙氨酸：存在于短杆菌肽SnD-谷氨酸：细菌细胞壁的肽聚糖谷氨酸：细菌细胞壁的肽聚糖nD-丙氨酸：细菌细胞壁的肽聚糖丙氨酸：细菌细胞壁的肽聚糖n-丙氨酸：遍多酸（一种维生素）的前体丙氨酸：遍多酸（一种维生素）的前体n-氨基丁酸：氨基丁酸：传递神经冲动的化学介质传递神经冲动的化学介质n瓜氨酸：尿素循环中间物瓜氨酸：尿素循环中间物n鸟氨酸：尿素循环中间物鸟氨酸：尿素循环中间物第二十七页，讲稿共一百二十九页哦三、氨基酸的物理性质三、氨基酸的物理性质 1、结晶：、结晶：氨基酸均为无色结晶体或粉

14、末状。每种氨基酸都有自己特氨基酸均为无色结晶体或粉末状。每种氨基酸都有自己特有的结晶形状有的结晶形状,可用于鉴定。可用于鉴定。2、高高熔熔点点：与与相相应应的的有有机机酸酸比比较较，氨氨基基酸酸的的熔熔点点较较高高，一一般般都都大大于于200200。如甘氨酸的熔点为。如甘氨酸的熔点为232232，而相应的乙酸的熔点为，而相应的乙酸的熔点为161655。3、溶溶解解度度：（1）除除脯脯氨氨酸酸溶溶于于乙乙醇醇、乙乙醚醚外外，绝绝大大多多数数氨氨基基酸酸都都不不溶溶于于有有机机溶溶剂剂，故故可可用用有有机机溶溶剂剂沉沉淀淀法法生生产产氨氨基基酸酸。（2 2）除除胱胱氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸、酪酪

15、氨氨酸酸外外，氨氨基基酸酸一一般般溶溶于于水水。但但在在稀稀酸酸、稀稀碱碱中中溶解最好。溶解最好。4、旋光性和异构现象：、旋光性和异构现象：除甘氨酸除甘氨酸GlyGly外，都有旋光性。外，都有旋光性。第二十八页，讲稿共一百二十九页哦5、紫外吸收性：、紫外吸收性：可见光区域：没有吸收可见光区域：没有吸收 紫外区：只有三种氨基酸有吸收紫外区：只有三种氨基酸有吸收n苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe 257nmn酪氨酸酪氨酸 Tyr 275nm色氨酸色氨酸 Trp 280nm n 紫外分光光度法测蛋白质含量：波长紫外分光光度法测蛋白质含量：波长280nm第二十九页，讲稿共一百二十九页哦四、氨基酸的两性性质和等

16、电点（四、氨基酸的两性性质和等电点（pI）氨基酸是两性电解质氨基酸是两性电解质阴离子阴离子 两性离子两性离子 阳离子阳离子pH pI pH=pI pH pI 加酸时，加酸时，-COO-接受质子，氨基酸为阳离子接受质子，氨基酸为阳离子 加碱时，加碱时，-NH3+放出质子，氨基酸为阴离子放出质子，氨基酸为阴离子n在等电点时，氨基酸的净电荷为零，在电场中不向任何一极移动。在等电点时，氨基酸的净电荷为零，在电场中不向任何一极移动。将氨基酸水溶液的将氨基酸水溶液的pH加以调整，使氨基酸的酸性和碱性解加以调整，使氨基酸的酸性和碱性解离相等，此时离相等，此时阳离子阳离子=阴离子阴离子，这时溶液的，这时溶液的

17、pH值为该值为该氨基酸氨基酸的等电点（的等电点（pI）第三十页，讲稿共一百二十九页哦关于等电点的几点说明关于等电点的几点说明1）每一种氨基酸都有自己特定的每一种氨基酸都有自己特定的pI（p49表4-3）2）当溶液当溶液pH pI 时，氨基酸带正电荷，向负极移动；反之时，氨基酸带正电荷，向负极移动；反之带负电荷，朝正极移动。带负电荷，朝正极移动。在同一在同一pH下，由于各种氨基酸的下，由于各种氨基酸的pI 不一，所带的电荷量、不一，所带的电荷量、电荷性质不同，在电场中移动的方向和速度不一样。电荷性质不同，在电场中移动的方向和速度不一样。-电泳法电泳法分离氨基酸分离氨基酸3）处于处于pI 的氨基酸

18、，净电荷为零，分子间易聚集沉淀，溶解的氨基酸，净电荷为零，分子间易聚集沉淀，溶解度最小。度最小。-分离提取某些氨基酸分离提取某些氨基酸 味精：调节微生物发酵液的味精：调节微生物发酵液的pH 3.22（谷氨酸的等电点）（谷氨酸的等电点）第三十一页，讲稿共一百二十九页哦4）酸性氨基酸：）酸性氨基酸：pI小小 （Asp,Glu）碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI大大 （Lys,Arg,His）中性氨基酸：中性氨基酸：pI在在6.0附近附近n1个氨基个氨基1个羧基的氨基酸个羧基的氨基酸：-COOH的解离度大于的解离度大于-NH2的解离度，的解离度，pH=7.0时，氨基酸所带负电荷多于正电荷，须时，氨基酸所带

19、负电荷多于正电荷，须加入适量的酸，才能使正负电量相等，才使溶液加入适量的酸，才能使正负电量相等，才使溶液的的pH=pI，因此的一氨基一羧基的氨基酸，因此的一氨基一羧基的氨基酸pI 小于小于7。第三十二页，讲稿共一百二十九页哦五、氨基酸的化学性质五、氨基酸的化学性质1 1、-NH-NH2 2和和-COOH-COOH共同参加的反应（共同参加的反应（p52)p52)（1）与茚三酮反应与茚三酮反应 A.大多数大多数AA：紫色化合物：紫色化合物,570nm B.脯AA或羟脯AA +茚三酮 黄色化合物（440nm)，不释放NH3第三十三页，讲稿共一百二十九页哦一切一切-氨基酸所共有，反应十分灵敏。氨基酸所

20、共有，反应十分灵敏。茚三酮作为显色剂，定性、定量分析氨基酸茚三酮作为显色剂，定性、定量分析氨基酸纸层析、离子交换层析等中应用。纸层析、离子交换层析等中应用。第三十四页，讲稿共一百二十九页哦纸纸 层层 析析第三十五页，讲稿共一百二十九页哦离子交换层析分离氨基酸离子交换层析分离氨基酸n离子交换树脂；不溶于水的高分子聚合物，表面离子交换树脂；不溶于水的高分子聚合物，表面带有可被交换的酸性或碱性基团，具有三维网状带有可被交换的酸性或碱性基团，具有三维网状结构。结构。n阳离子交换树脂（交换阳离子）阳离子交换树脂（交换阳离子）树脂-SO3-Na+（NH3+CHCOOH）Rn阴离子交换树脂（交换阴离子阴离子

21、交换树脂（交换阴离子）第三十六页，讲稿共一百二十九页哦(1)(1)成盐作用成盐作用 酸水解液中的氨基酸，多以氨基酸盐酸盐的形式存在。(2)(2)亚硝酸反应亚硝酸反应 这是这是氨基所特有的反应氨基所特有的反应。该反应是Van Slyke氏氨基氮测定的理论基础。可用来判断蛋白质的水解程度。蛋白质水解愈完全，放出的-氨基酸愈多，与亚硝酸反应放出的氮愈多。2、氨基参与的反应（氨基参与的反应（p50）第三十七页，讲稿共一百二十九页哦 氨基酸既是酸又是碱，它的酸碱滴定的等当点pH过高或过低，没有适当的指示剂可用，不能准确滴定。甲醛与氨基酸的氨基化合，再用碱滴定氨基酸中的羧基，可选择酚酞指示剂(变色范围8.

22、2一10)。甲醛滴定法甲醛滴定法(3)(3)甲醛反应甲醛反应 第三十八页，讲稿共一百二十九页哦在弱碱性条件下，氨基酸和2,4二硝基氟苯反应产生黄色的二硝基苯氨基酸(DNPDNP氨基酸氨基酸)。该反应可用于用于鉴定多肽或蛋白质的鉴定多肽或蛋白质的N N端氨基酸（叫端氨基酸（叫2,4二硝基氟苯法，DNFBDNFB法）法）。由F.Sanger首先发现，故叫Sanger反应。(4)(4)与与2 2，4-4-二硝基氟苯的反应二硝基氟苯的反应 第三十九页，讲稿共一百二十九页哦 瑞典科学家EdmanEdman首先使用该反应测定蛋白质使用该反应测定蛋白质N N末末端的氨基酸（叫端的氨基酸（叫EdmanEdma

23、n降解法降解法）。(5)(5)与苯异硫氰酸与苯异硫氰酸(PITC)(PITC)的反应的反应 第四十页，讲稿共一百二十九页哦 与其他有机酸的羧基一样，可成盐、成酯、与其他有机酸的羧基一样，可成盐、成酯、成酰胺、成酰氯、脱羧、叠氮化等反应。成酰胺、成酰氯、脱羧、叠氮化等反应。与醇反应：和醇反应生成酯；与醇反应：和醇反应生成酯；与碱反应：如氢氧化钠反应生成氨基酸的钠盐。与碱反应：如氢氧化钠反应生成氨基酸的钠盐。3 3、羧基参与的反应羧基参与的反应 第四十一页，讲稿共一百二十九页哦(1)米伦米伦(Millon)反应反应 酪氨酸及含酪氨酸的蛋白质酪氨酸及含酪氨酸的蛋白质均有此反应，反应产物是均有此反应，

24、反应产物是红色红色的硝酸汞、亚的硝酸汞、亚硝酸汞等的混合物。硝酸汞等的混合物。(2)福林福林(Folin)反应反应 福林试剂的主要成分是磷钼酸和磷钨酸。在碱性条件下，福林试剂的主要成分是磷钼酸和磷钨酸。在碱性条件下，酪氨酸及含酪氨酸及含酪氨酸的蛋白质酪氨酸的蛋白质和福林试剂反应产生一种和福林试剂反应产生一种蓝色蓝色的化合物。的化合物。(3)坂口反应坂口反应(Sakaguchi reaction)为为精氨酸精氨酸特有的反应。特有的反应。试剂的主要成分是：碱性次溴酸钠、试剂的主要成分是：碱性次溴酸钠、茶酚；茶酚；精氨酸可与之反应产生精氨酸可与之反应产生红色红色的产物。的产物。4 4、侧链、侧链R

25、R的反应的反应(p53(p53表表4-4)4-4)第四十二页，讲稿共一百二十九页哦第三节第三节 肽（肽（p54)一、肽的结构一、肽的结构肽：氨基酸通过肽键连接形成的链状化合物肽：氨基酸通过肽键连接形成的链状化合物1、肽键：肽键：酰胺鍵酰胺鍵一个氨基酸的一个氨基酸的-COOH与另一个氨基酸的与另一个氨基酸的-NH2脱水缩合而成脱水缩合而成第四十三页，讲稿共一百二十九页哦 第四十四页，讲稿共一百二十九页哦2、肽及肽链、肽及肽链氨基酸通过肽鍵连接形成的链状化合物氨基酸通过肽鍵连接形成的链状化合物肽肽 肽为链状肽为链状肽链肽链 肽链中的氨基酸称为氨基酸残基肽链中的氨基酸称为氨基酸残基:-NH-CH-C

26、O-R方向性：从左到右（从方向性：从左到右（从N末端到末端到C末端）末端）主链主链侧链侧链 C末端末端（羧基末端）（羧基末端）N末端末端（氨基末端）（氨基末端）第四十五页，讲稿共一百二十九页哦（1 1）按氨基酸残基个数来命名）按氨基酸残基个数来命名 二肽：二个氨基酸组成，包含一个肽键二肽：二个氨基酸组成，包含一个肽键;三肽：包含三个氨基酸残基三肽：包含三个氨基酸残基 四肽：包含四个氨基酸残基四肽：包含四个氨基酸残基 五肽：包含五个氨基酸残基五肽：包含五个氨基酸残基 n n肽：包含肽：包含n n个氨基酸残基个氨基酸残基通常：通常：n10n1010：多肽。：多肽。5050（100100）:蛋白质（

27、空间构象）蛋白质（空间构象）但并不绝对，如胰岛素仅但并不绝对，如胰岛素仅5151个氨基酸残基。个氨基酸残基。（）根据肽的功能和来源命名（）根据肽的功能和来源命名如脑啡肽，如脑啡肽，“脑脑”指来源于脑组织，指来源于脑组织，“啡啡”指吗啡样活性。指吗啡样活性。3 3、肽的命名及结构、肽的命名及结构第四十六页，讲稿共一百二十九页哦某氨酰某氨酰 某氨酰某氨酰某氨酰某氨酰.某氨酸某氨酸n丙氨酰苯丙氨酰丝氨酸丙氨酰苯丙氨酰丝氨酸 n简写简写Ala-Phe-Ser第四十七页，讲稿共一百二十九页哦还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽GSH：三肽：三肽-Glu-Cys-GlyGlu的的 -COOH与与 Cys 的的-N

28、H2形成肽键（形成肽键（-肽键）肽键）天然多肽：生物活性肽，特殊生物功能天然多肽：生物活性肽，特殊生物功能第四十八页，讲稿共一百二十九页哦氧化型谷胱甘肽：氧化型谷胱甘肽：GSSG二硫键二硫键第四十九页，讲稿共一百二十九页哦4、一些重要的多肽、一些重要的多肽n催产素：催产素：9肽肽n加压素：加压素：9肽肽第五十页，讲稿共一百二十九页哦第四节第四节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构n各种氨基酸经通过各种氨基酸经通过肽键肽键连接成多肽链，组成的氨连接成多肽链，组成的氨基酸很多，分子量很大，长链。基酸很多，分子量很大，长链。n一条或一条以上一条或一条以上的多肽链再经空间折叠、盘曲，的多肽链再经空间折叠

29、、盘曲，按各自方式形成具有按各自方式形成具有完整生物活性完整生物活性的大分子。的大分子。n随随肽链数目肽链数目、氨基酸组成氨基酸组成及其及其排列顺序排列顺序不同，产不同，产生许多不同的蛋白质生许多不同的蛋白质。第五十一页，讲稿共一百二十九页哦 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结构第五十二页，讲稿共一百二十九页哦 一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构 肽链中氨基酸的排列顺序，肽链中氨基酸的排列顺序，包括包括二硫键的位置。二硫键的位置。n牛胰岛素，牛胰岛素，F.S anger n1943-1953年，第一个被测定年，第一个被测定 A链：链：21肽肽 B链：链：30

30、肽肽 Sanger 试剂（试剂（2，4-二硝基氟苯）二硝基氟苯）n1958年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖 n1980年再度获诺贝尔化学奖。第五十三页，讲稿共一百二十九页哦稳定一级结构的键稳定一级结构的键n共价键：共价键：肽键肽键n二硫键二硫键 n +半胱氨酸半胱氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 胱氨酸胱氨酸 第五十四页，讲稿共一百二十九页哦二、蛋白质一级结构的研究二、蛋白质一级结构的研究 包括蛋白质的氨基酸组成、氨基酸排列顺序和二硫键位置，肽链数目，未端氨基酸的种类等。基本方法：1 1、获取一定量的纯的蛋白质样品，且分子量已知、获取一定量的纯的蛋白质样品，且分子量已知2 2、完全水解，进行末端分析、完

31、全水解，进行末端分析（1）N-端分析端分析 a.2,4-二硝基氟苯（F）法 b.dman法降解法(该法还可测定AA序列)c.二甲基氨基萘磺酰氯法（法）d.氨肽酶法:它是肽链外切酶,据不同的酶作用时间来分析第五十五页，讲稿共一百二十九页哦dman法降解法法降解法n蛋白质多肽链蛋白质多肽链N-N-端的氨基酸与苯异硫氰酸，在端的氨基酸与苯异硫氰酸，在弱碱弱碱性条件下反性条件下反应生成苯氨基硫甲酰肽（应生成苯氨基硫甲酰肽（PTC-PTC-肽）。肽）。n在在酸性酸性条件下环化生成的苯乙内酰硫脲氨基酸（条件下环化生成的苯乙内酰硫脲氨基酸（PTHPTH氨基氨基酸）和酸）和N-N-端少了一个氨基酸的肽。端少了

32、一个氨基酸的肽。n在酸性条件下，在酸性条件下，PTHPTH氨基酸稳定、且溶于氨基酸稳定、且溶于乙酸乙酯乙酸乙酯。用乙。用乙酸乙酯抽提后用高效液相分析测定。酸乙酯抽提后用高效液相分析测定。nN-N-端少了一个氨基酸的肽可以重复以上反应，从而测定序端少了一个氨基酸的肽可以重复以上反应，从而测定序列。列。n瑞典科学家瑞典科学家EdmanEdman首先使用该反应测定蛋白质首先使用该反应测定蛋白质N N末端的氨基末端的氨基酸（叫酸（叫EdmanEdman降解法）。降解法）。第五十六页，讲稿共一百二十九页哦n氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-N-端逐个的向里水

33、解端逐个的向里水解;n根据不同的反应时间测出酶水解所释放出根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的N-N-末端残基顺序末端残基顺序。氨肽酶水解法：氨肽酶水解法：第五十七页，讲稿共一百二十九页哦a.肼解法（NH2-NH2）:该水解法只使未端AA为游离AA，其它均为相应的氨基酸酰肼化合物。b.羧肽酶法（法）:它是一种肽链外切酶（）未端分析（）未端分析第五十八页，讲稿共一百二十九页哦方法一：方法一：可在可在8 mol/L8 mol/L尿素或尿素或6 6 mol/Lmol/L盐酸胍存在下，盐酸胍存在下，用过量用过量的的-巯基乙醇巯基乙

34、醇(还原法还原法)处理，处理，使二硫键还原为巯基，然使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂（碘乙酸后用烷基化试剂（碘乙酸ICHICH2 2COOHCOOH）保护生成的巯基，）保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。以防止它重新被氧化。3 3、肽链的拆分、肽链的拆分第五十九页，讲稿共一百二十九页哦方法二：方法二：应用过甲酸氧化法拆分二硫键。应用过甲酸氧化法拆分二硫键。第六十页，讲稿共一百二十九页哦（1）用几种不同的酶或化学法进行蛋白质水解，使多肽链不完全降解成）用几种不同的酶或化学法进行蛋白质水解，使多肽链不完全降解成几套几套肽段肽段，并分离纯化、且，并分离纯化、且测定每个肽段的测定每个肽段的AA顺序

35、顺序（2）用）用重叠法重叠法比较几组肽段的比较几组肽段的AA顺序，顺序，拼凑出拼凑出整个肽链的整个肽链的AA顺序顺序 重叠法拼凑肽链的氨基酸顺序的实例重叠法拼凑肽链的氨基酸顺序的实例:A法水解得到四个小肽：法水解得到四个小肽：A1 Ala-Phe A2 Gly-Lys-Asn-Tyr A3 Arg-Tyr A4 His-Val B法水解得到三个小肽：法水解得到三个小肽：B1 Ala-Phe-Gly-Lys B2 Asn-Tyr-Arg B3 Tyr-His-Val该多肽链的顺序为：该多肽链的顺序为：4 4、肽链中氨基酸排列顺序的确定、肽链中氨基酸排列顺序的确定Ala-Phe-Gly-Lys-A

36、sn-Tyr-Arg-Tyr-His-ValAla-Phe-Gly-Lys-Asn-Tyr-Arg-Tyr-His-Val第六十一页，讲稿共一百二十九页哦 一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链(切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换)将所得的肽段利用对角线电泳技术进行分离。对角线电泳是双向电泳的一种特例。试验将蛋白质样品点在凝胶的一个端点，电泳后进行某种特殊处理，再将凝胶转90 进行第二次电泳，此双向电泳即为对角线电泳。如果两次电泳间的特殊处理对蛋白质无影响，则电泳图谱中的蛋白点都在对角线上；如果该特殊处理（如，氧化型硫氧还蛋白被NADPH还原后将目标蛋白的二硫键还原成巯基）对其有影响，则电泳

37、图谱中的蛋白点偏离对角线。根据特殊处理的性质，可获得变化蛋白点的相关重要信息。5、确定原多肽链中二硫键的位置、确定原多肽链中二硫键的位置第六十二页，讲稿共一百二十九页哦第六十三页，讲稿共一百二十九页哦三、蛋白质的空间结构（三、蛋白质的空间结构（p60)1、构型与构象、构型与构象构型构型Confiquration：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。L-AA和和D-AA属于不同构型属于不同构型 相互转变须通过共价键的断裂并形成新键相互转变须通过共价键的断裂并形成新键构象构象 Comformation：一个分子在空间的某一种特殊形状。构象的：一个分子在空

38、间的某一种特殊形状。构象的变化不需要共价键的断裂，只依赖于单键的旋转即可。变化不需要共价键的断裂，只依赖于单键的旋转即可。例：乙烷例：乙烷 交叉式交叉式-重叠式重叠式问题：一级结构确定的蛋白质其构象问题：一级结构确定的蛋白质其构象情况会如何情况会如何?第六十四页，讲稿共一百二十九页哦2、肽键和肽平面、肽键和肽平面n一般C-N 键长1.47，C=N 键长1.27 n 肽键中肽键中C-N键长键长1.32，它并不是单键，具有部分双键性质，它并不是单键，具有部分双键性质，不不能自由旋转。能自由旋转。n肽键的四个原子以及与它相邻的两个肽键的四个原子以及与它相邻的两个-C原子处在同一平面，原子处在同一平面

39、，此刚性平面称为此刚性平面称为肽平面或酰胺平面肽平面或酰胺平面。与。与C-N相连的相连的O和和H原子是原子是反式的反式的。第六十五页，讲稿共一百二十九页哦n多肽链的主链由一系列平面组成，平面之间通过多肽链的主链由一系列平面组成，平面之间通过C 隔开隔开第六十六页，讲稿共一百二十九页哦第六十七页，讲稿共一百二十九页哦 在生理条件下，蛋白质的构象（空间结构）在生理条件下，蛋白质的构象（空间结构）数目只有一种或少数几种数目只有一种或少数几种。蛋白质构象数目？蛋白质构象数目？n主链上主链上1/3是是C-N键，不能自由旋转；键，不能自由旋转；n主链上主链上C-N 和和 C-C键也不能自由旋转。键也不能自

40、由旋转。因为它们在旋转时将受到侧链因为它们在旋转时将受到侧链R基团和肽键中基团和肽键中H和和O原子的空间阻碍，原子的空间阻碍，影响的程度与侧链影响的程度与侧链R基团的结构与性质有关。基团的结构与性质有关。第六十八页，讲稿共一百二十九页哦 蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结构是指多肽链的主结构是指多肽链的主链本身在空间的排列，或规则的几何走向、旋链本身在空间的排列，或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及转及折叠。它只涉及肽链主链肽链主链的构象及链内或链的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。、

41、二级结构、二级结构第六十九页，讲稿共一百二十九页哦（1）-螺旋螺旋 一种周期性的结构，是多肽链主链一种有规律的构象。特点：一种周期性的结构，是多肽链主链一种有规律的构象。特点：(a)肽链螺旋肽链螺旋右手右手盘曲，每圈含盘曲，每圈含3.6个个氨基酸残基，螺距氨基酸残基，螺距 5.4 （每个氨基酸残基（每个氨基酸残基沿轴上升沿轴上升1.5，沿轴旋转，沿轴旋转100）(b)相邻螺旋圈之间形成链内氢键，氢键与螺旋中心轴平行。相邻螺旋圈之间形成链内氢键，氢键与螺旋中心轴平行。氢键的形成：氨基酸残基的氢键的形成：氨基酸残基的 N-H 与与 前隔前隔3个氨基酸残基的个氨基酸残基的 C=O （c)侧链侧链R基

42、团分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷等基团分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷等均影响均影响-螺旋的形成和稳定螺旋的形成和稳定.第七十页，讲稿共一百二十九页哦侧链侧链R基团对基团对-螺旋结构螺旋结构的影响的影响I、脯氨酸（、脯氨酸（Pro）或羟脯氨酸（）或羟脯氨酸（Hyp）的存在不能形成）的存在不能形成-螺旋螺旋II、多肽链中连续存在酸性或碱性氨基酸，不利、多肽链中连续存在酸性或碱性氨基酸，不利于于-螺旋的形成螺旋的形成 如:Asp,Glu His,Lys,ArgIII、多肽链中连续出现较大侧链、多肽链中连续出现较大侧链R基团的氨基酸，基团的氨基酸，不利于不利于-螺旋的形成螺旋的形成如:Ile,

43、Phe,Trp,Leu,Val第七十一页，讲稿共一百二十九页哦I、-螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构。螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构。II、-螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的-螺旋几乎都是右螺旋几乎都是右手螺旋。手螺旋。III、-螺旋都是由螺旋都是由L-型氨基酸构成的（型氨基酸构成的（Gly除外）。除外）。IV、-螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序有关（如螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序有关（如Pro、Gly、polylu、polyLys、PolyIle、PolyAla等都不易形成等都不易形成-螺旋）。螺旋）。（D)D)-螺旋

44、的其他特点：螺旋的其他特点：第七十二页，讲稿共一百二十九页哦第七十三页，讲稿共一百二十九页哦（2 2）-折叠折叠 也称也称 -结构或结构或 -构象，它是蛋白质中构象，它是蛋白质中第二种第二种最常见的最常见的二级结构。二级结构。是是 由两条或多条几乎完全伸展的多肽链平行排列，通过由两条或多条几乎完全伸展的多肽链平行排列，通过链链间的氢键间的氢键进行交联而形成的，或一条进行交联而形成的，或一条肽链内的不同肽段间靠氢肽链内的不同肽段间靠氢键键而形成的。而形成的。肽链的肽链的主链呈锯齿状折叠构象主链呈锯齿状折叠构象。依靠相邻肽链上的羰基和依靠相邻肽链上的羰基和-NH-形成氢键。形成氢键。第七十四页，讲

45、稿共一百二十九页哦-折叠的特点：折叠的特点：（）（）-折叠结构的氢键主要是由两条肽链折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。间形成。（）几乎所有肽键都参与链间氢键的交联，（）几乎所有肽键都参与链间氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。氢键与链的长轴接近垂直。第七十五页，讲稿共一百二十九页哦n反平行反平行-折叠折叠：一条肽链的：一条肽链的N N端与相邻链的端与相邻链的C C端端并列并列 链间氢键与肽链走向垂直链间氢键与肽链走向垂直 例：丝心蛋白例：丝心蛋白平行平行-折叠：两条肽链的折叠：两条肽链的N N端处在同一端端处在

46、同一端 链间氢键与肽链走向不垂直链间氢键与肽链走向不垂直 例：例：-角蛋白角蛋白-折叠有两种类型：折叠有两种类型：第七十六页，讲稿共一百二十九页哦第七十七页，讲稿共一百二十九页哦第七十八页，讲稿共一百二十九页哦第七十九页，讲稿共一百二十九页哦 （3 3）-转角转角 -回折，回折，-弯曲或发夹结构弯曲或发夹结构 180180 转弯，由四个氨基酸组成。转弯，由四个氨基酸组成。弯曲处的第一个残基的弯曲处的第一个残基的C=OC=O和第四个残基的和第四个残基的N-HN-H之间形成氢键。之间形成氢键。第八十页，讲稿共一百二十九页哦 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。对于不这类结构主要存在于球状蛋白分子中。

47、对于不易形成易形成-螺旋的氨基酸处特别容易形在。螺旋的氨基酸处特别容易形在。第八十一页，讲稿共一百二十九页哦（4 4）无规卷曲）无规卷曲nI、没有确定规律性的那部分肽链结构、没有确定规律性的那部分肽链结构nII、酶的活性中心常常位于这种构象区域内，、酶的活性中心常常位于这种构象区域内，nIII、与、与-转角转角一样一样，有利于形成球状蛋白质构象，有利于形成球状蛋白质构象第八十二页，讲稿共一百二十九页哦n二级结构：蛋白质分子中多肽链的主链在空间二级结构：蛋白质分子中多肽链的主链在空间的走向，只涉及主链的构象，不包括侧链原子的走向，只涉及主链的构象，不包括侧链原子间的立体关系间的立体关系.-螺旋，

48、螺旋，-折叠，折叠，-转角转角-统称为二级结构。统称为二级结构。n维持力：维持力：主链与主链之间的氢键。主链与主链之间的氢键。-角蛋白几乎全是角蛋白几乎全是-螺旋螺旋结构，蚕丝丝心蛋白几乎结构，蚕丝丝心蛋白几乎-折结构叠折结构叠第八十三页，讲稿共一百二十九页哦4、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构n不仅涉及主链，而且包括不仅涉及主链，而且包括侧链侧链的构的构象，表达了肽链象，表达了肽链所有原子所有原子的空间排列的空间排列情况。情况。n肌红蛋白（肌红蛋白（Mb）：）：单链，单链，153个个AA，其中，其中77%的肽链是的肽链是-螺旋，其余为螺旋，其余为松散链。松散链。n结构紧密，亲水侧链基团的氨基

49、酸残结构紧密，亲水侧链基团的氨基酸残基几乎全分布在分子表面，使得基几乎全分布在分子表面，使得Mb能溶于水，而疏水侧链基团的氨能溶于水，而疏水侧链基团的氨基酸藏在分子内部，以避开水相基酸藏在分子内部，以避开水相形成疏水力，以稳定空间构象形成疏水力，以稳定空间构象第八十四页，讲稿共一百二十九页哦氢键氢键范德华力范德华力疏水键（疏水键（疏水相互作用疏水相互作用）在水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于在水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部。这一现象称把疏水残基埋藏在分子的内部。这一现象称为疏水相互作用。为疏水相互作用。离子键（盐键）离子键（盐键）二硫键二硫键(它为共价键它为共价键

50、)疏水键在蛋白质三级结构中起着重要作用。疏水键在蛋白质三级结构中起着重要作用。维持三级结构的作用力维持三级结构的作用力第八十五页，讲稿共一百二十九页哦 一氧化碳（一氧化碳（COCO）也能与血红素）也能与血红素FeFe原子结合。由原子结合。由于于COCO与血红素的结合能力是与血红素的结合能力是O O2 2的的200200倍，因此，人倍，因此，人体吸入少量的体吸入少量的COCO即可完全抑制肌红蛋白或（和）血即可完全抑制肌红蛋白或（和）血红蛋白与红蛋白与O O2 2的结合，从而造成缺氧死亡。的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法：尽快将病人转移到富含急救方法：尽快将病人转移到富含O O2 2的环境中（如