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1、蛋白质化学,2.1氨基酸2.2肽2.3蛋白质的分子结构2.4蛋白质结构与功能的关系2.5蛋白质的重要性质2.6蛋白质的分类2.7蛋白质的分离提纯及应用,蛋白质是由20种L-氨基酸缩合而成的长链分子(多肽链polypeptidechain)。蛋白质作为生物体的最重要的组分，是生活细胞中含量最丰富、功能最复杂的生物大分子（分子量为60001000000D或更大）。几乎参与所有的生命活动和生命过程。因此研究蛋白质的结构与功能是生命科学最基本的课题。大肠杆菌中约有3000种蛋白质，真核细胞中约有35000种蛋白质。,Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferasewith
2、ATP,Erythrocytescontainalargeamountofhemoglobins,theoxygen-transportingprotein.,催化作用代谢调节细胞运动保护作用物质运输细胞结构组成胞通讯参与遗传蛋白贮藏其他,淀粉酶溶菌酶DNA聚合酶,胶原蛋白膜蛋白伸展蛋白,胰岛素生长素促甲状腺激素,肌动蛋白鞭毛纤毛蛋白,抗体补体干扰素,血红蛋白脂蛋白细胞色素蛋白,受体蛋白味觉蛋白细胞表面抗原,转录因子阻遏蛋白细胞周期蛋白,酪蛋白卵清蛋白麦醇溶蛋白,毒蛋白凝集素金属蛋白,蛋白质的功能,组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素有：C、H、O、N和S，这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：C：
3、50%H：7%O：23%N：16%S：03%其它(P、Mo、Fe等)微量元素。平均含N量：16平均残基Mw:110,2.1.1蛋白质氨基酸结构及分类,2.1.1.1氨基酸结构特点组成蛋白质的20种氨基酸（脯氨酸除外）均为-AA。除Gly外，其它Aa的-碳原子均为不对称碳原子，因而均有两种不同的空间构型。20种AA在结构上的差异取决于侧链基团R的不同。,除Gly外，其它AA的-碳原子均为不对称碳原子，因而均有两种不同的空间构型：L-型（左）和D-型（右），二者互为对映体。,L丙氨酸D丙氨酸D甘油醛,Inproteinchemistry,weuseGreekletternomenclature.,
4、2.1.1.2氨基酸的种类和结构按R基的极性分非极性AA（8种）:Ala、Val、Leu、Ile、Met、Phe、Pro、Trp;极性AA(12种)：R-基不带电荷的AA（中性AA）：Gly、Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、TyrR-基带正电荷的AA（碱性AA）：Lys、Arg、HisR-基带负电荷的AA（酸性AA）：Glu,Asp,Gly,GAla,AVal,VLeu,LMet,MIle,I,Phe,F;Tyr,Y;Trp,W,Ser,SThr,TCys,CPro,PAsn,NGln,Q,Lys,K;Arg,R;His,H,Asp,D;Glu,E,2.1.2氨基酸的理化性质,2.1.
5、2.1氨基酸的两性解离与等电点,氨基酸的酸碱滴定,氨基酸的酸碱滴定,2.1.2.2氨基酸的化学性质1、两性解离和等电点AA的两性解离,酸性溶液中的AA水溶液中的AA碱性溶液中有AA（阳离子）（兼性离子）（阴离子）,氨基酸的两性解离性质及等电点,pH=pI净电荷=0,pHpI净电荷为正,pHpI净电荷为负,NH2,R,(pK2),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移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint，pI)。,等电点（isoelectricpoint)在一定pH值时，Aa以兼性离子
6、存在，在电场中不会向正、负极移动，此时的pH值称氨基酸的等电点（pI）。pI=1/2(pK1+pK2)酸性AapI=1/2(pK1+pKR)碱性AapI=1/2(pK2+pKR),K1和K2分别代表-C上的-COOH和-NH3+的表观解离常数，如果侧链R基上有可解离的基团，用KR表示其表观解离常数。表观解离常数可用测定滴定曲线方法求得。,2.1.2.2、光吸收组成蛋白质的20种Aa均不吸收可见光，在近紫外光区（220nm300nm）Tyr、Trp、Phe有吸收光的能力，其吸收峰和摩尔消光系数为：Tyrmax=278nmTrpmax=279nmPhemax=259nm一般蛋白质的最大吸收在280
7、nm波长处，可用分光光度法测量蛋白质含量。,2、氨基酸的重要化学反应、茚三酮反应氨基酸脱羧脱氨被氧化，水合茚三酮被还原，氧化型和还原型的水合茚三酮与氨反应生成二酮茚-二酮茚胺的取代盐等蓝紫色化合物。脯氨酸(Pro)或羟脯氨酸(Hyp)与茚三酮反应，生成黄色化合物。常用于AA的定性和定量分析。,水合茚三酮还原型水合茚三酮,蓝紫色物质,Sanger反应在弱碱溶液中AA与2,4-二硝基氟苯（FDNB）反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA），Sanger首先用此反应鉴定多肽链或蛋白质的NH2末端氨基酸。,Edman反应在弱碱条件下AA与异硫氰酸苯酯（PITC）反应生成苯乙内酰硫脲衍生物，生成的
8、衍生物可通过层析法分离鉴定，Edman首先用此反应鉴定多肽的N-端AA。,异硫氰酸苯酯(PITC),苯氨基硫甲酰衍生物苯乙内酰硫脲衍生物（PTC-氨基酸）（PTH-氨基酸）,2.2肽(peptide)2.2.1肽和肽链的结构即命名氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水形成肽。肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式。肽键相连构成了蛋白质的主链。,2.2肽(peptide)2.2.1肽和肽链的结构及命名氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水形成肽。肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式。肽键相连构成了蛋白质的主链。,肽键,肽氨基酸间通过肽键联结起来的化合物称为肽。两个氨基酸形成的肽叫二肽，三个
9、氨基酸形成的肽叫三肽，十个氨基酸形成的肽叫十肽，一般将十肽以下称为寡肽(oligopeptide)，以上者称为多肽(polypeptide)或称多肽链。氨基酸残基(aminoacidresidues)肽链中的氨基酸在参加肽键形成时失去了1分子水，已经不是原来完整的分子，称为氨基酸残基。,命名及书写方式一条肽链通常含有一个游离的-氨基端(N-末端)和一个游离的-羧基端(C-末端)。规定肽链的氨基酸排列顺序从其N-末端开始，到C-末端终止。常把N-末端氨基酸残基放在左边，C-末端氨基酸残基放在右边。小分子肽一般按其氨基酸残基排列顺序命名。,丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸,二硫键连接氨基酸残基的共价
10、键除肽键外，两个Cys残基的侧链之间可形成二硫键(disulfidebond)，即胱氨酸残基中的二硫键。它可使两条单独的肽链共价交联起来(链间二硫键)，或使一条链的某一部分形成环(链内二硫键)。,氧化型GSSG,还原型GSH,2.2.2重要的天然活性肽生物体内存在很多游离的活性肽（activepeptide），它们具有特殊的生物学功能。如：催产素、加压素、舒缓激肽、生长激素释放因子、谷胱甘肽等。,动植物细胞中的还原型谷胱甘肽，可作为某些氧化还原酶的辅酶，在细胞中作为-SH缓冲剂，维持细胞蛋白质的半胱氨酸残基处于还原态，并防止过氧化物累积。,Tyr-Gly-Gly-Phe-Met酪氨酰甘氨酰甘氨
11、酰苯丙氨酰蛋氨酸Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰亮氨酸脑啡肽（5肽），近年来引起人们的关注，它们在中枢神经中形成，具有镇痛作用。是体内产生的一类鸦片,但不上瘾。后者有中科院上海生化所，1982年5月利用蛋白质工程技术合成。,催产素：8肽，能使多种平滑肌收缩，催产催乳；参与记忆。,加压素：8肽，可使小动脉收缩，增高血压，减少排尿；促进遗忘。,促甲状腺素释放因子（TRH）,短杆菌肽S,某些抗生素也是肽或肽衍生物，如：短杆菌肽S（环10肽），放线菌素D和多粘菌素E等。,-鹅膏蕈碱：双环8肽，剧毒。真核RNA聚合酶II高度敏感，RNA聚合酶III中度敏感，RNA聚合酶I
12、不敏感，真核生物转录抑制剂。但不影响原核生物RNA合成。功能性活性肽：功能性食品玉米肽（玉米降血压肽），大豆肽，乳肽调节人体代谢，促进免疫，抗菌、降血压，促消化。,2.3蛋白质的分子结构蛋白质具有三维空间结构，执行复杂的生物学功能，结构与功能之间有密切关系。,为了研究方便，将蛋白质的结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构4个层次，同时在二、三级结构间又划分出超二级结构和结构域。,2.3.1蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构是指蛋白质中氨基酸的排列顺序。,1953年英国Sanger等人，完成了牛胰岛素(Isulin)一级结构测定工作，分子量为5700D，有A链(21AA)和B链(30AA)
13、两条肽链，两个链间二硫键和一个链内二硫键(A链)。,1960年StanfordMoore等完成了牛胰核糖核酸酶(RNase)的分析，RNase由一条含124个氨基酸残基的多肽链组成，分子内含有4个链内二硫键，分子量为12600。它是水解核糖核酸磷酸二酯键的酶。,1967年Edman等发明的氨基酸序列分析仪1973年Moor等制造的氨基酸自动分析仪极大地推动了氨基酸序列测定的进度。目前已对上千种蛋白质的一级结构进行了测定。,2.3.2蛋白质的构象和维持构象的作用力蛋白质的构象(conformation)：蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的共价多肽链，每一种蛋白质都有自己特有的构象，而不是一条走向
14、随机的松散链，这样才能保证其特有的性质和功能。,蛋白质天然构象主要是由氢键、离子键、疏水作用、范德华力等这些弱的作用力维持的，二硫键、酯键和配位键也参与蛋白质构象的维持。氢键：多肽链中电负性很强的N原子或O原子与N-H或O-H的H原子之间可形成氢键。盐键(离子键)：蛋白质分子中的某些氨基酸在生理pH条件下，其侧链是带电荷基团，它们之间可以形成离子键。,疏水作用：介质水分子对疏水基团的排斥作用，疏水作用在维持蛋白质的三级结构的稳定性和四级结构的形成中占有重要作用。范德华力：范得华力虽然很弱，但在蛋白质分子中它的数量较大，且具有加和性，因此也是形成和稳定蛋白质构象的一种作用力。配位键：两个原子之间
15、由单方面提供共用电子对形成的共价键。如Fe2+、Cu2+、Zn2+等金属离子以配位键与蛋白质连接，参与蛋白质高级结构的形成与维持。,a.盐键、b.f.氢键、c.疏水作用d.范得华力、e.二硫键、g.酯键,2.3.3蛋白质的二级结构(secondarystructure)多肽链(polypeptidechain)借助氢键盘旋折叠而形成的局部空间结构.主要有-螺旋结构,折叠结构,转角,无规则卷曲.,2.3.2.1多肽链折叠的空间限制肽平面(peptideplane)是组成多肽链的基本单位。多肽链是很多的肽平面通过碳原子相连而成的。,1肽键的键长在CN与C=N之间，具有部分双键性质。不能自由旋转。2
16、肽键的四个原子和与之相连的两个碳原子(C)都处在同一个刚性平面。且通常呈反式构型。,参与肽键形成的2个原子以及另外4个取代成员：羰基氧原子、酰胺氢原子、以及2个相邻的-碳原子构成了一个肽单位（peptidegroup）（图2.2b）。,肽链主链上只有C连接的两个键(CN、CC)是单键，它们可以旋转，绕(CN)键旋转的角度称角，绕(CC)键旋转的角度称角，这两个旋转角度称二面角(dihedralangle)。可表示出相邻的肽平面的相对位置。=180，=180,实际上肽链在构象上受到很大的限制一个蛋白质的构象取决于肽单位绕N-C键和C-N键的旋转，这些键连接着多肽链中的刚性的肽单位。旋转本身受到肽链的主链和相邻残基的侧链原子之间的立体干扰的限制.,图2.5a表示的是肽链中的肽单位处于一种伸展状态；,图2.5b表示的是肽单位处于一种不稳定构象。,当C的一对二面角=180、=180时，的两个相邻肽平面呈充分伸展的构象。二者均为0的构象实际上不存在。,2.3.2.2二级结构的基本类型为了使暴露在多水介质中的疏水基团降低到最小程度，同时保持多肽链与周围水分子之间形成的氢键相互作
