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1、第一章 蛋白质化学第一节 蛋白质概念、生物学意义和化学组成蛋白质初步认识一、蛋白质的概念二、蛋白质的生物学意义三、蛋白质的化学组成一、蛋白质的概念蛋白质：较复杂的含氮生物有机大分子，是生物体内一切细胞的重要组成部分，是生命的重要物质基础，其基本组成成分是氨基酸.蛋白质是有20种-氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定空间构象和生物学活性的高分子有机化合物。二、蛋白质的生物学意义1.蛋白质是一切生物细胞和组织的主要组成 部分，是生命活动所依据的物质基础。2.生物的各种生物功能也都靠蛋白质体现。蛋白质在生物体系中的质和量质：质：蛋白质是一切生命活动的体现者，有什么样的蛋白质蛋白质是一切生命活动的
2、体现者，有什么样的蛋白质 就能表达出什么样的生物性状。就能表达出什么样的生物性状。量：量：原生质的各种成分比例原生质的各种成分比例、无机盐、无机盐 11.5%11.5% 、糖类和核酸、糖类和核酸 11.5%11.5% 、脂类、脂类 12%12% 、蛋白质、蛋白质 710%710% 、水、水 8090%8090%蛋白质是细胞和生物体中最重要的物质，它对生命蛋白质是细胞和生物体中最重要的物质，它对生命 的重要性体现在两个字上：质与量上。的重要性体现在两个字上：质与量上。三、蛋白质的化学组成蛋白质的元素组成C H O N S（ 50%） （7%） （23%） （16%） （03%） Others:
3、P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I 磷 铜 铁 锌 锰 钴 硒 碘氮含量一般15%17平均16%凯氏定氮。 蛋白质含量蛋白氮6.25蛋白质分子结构层次结构和构象C、H、O、N等 20种氨基酸肽蛋白质分子X-射线衍射法 第二节 氨基酸通式、分类、性质、制备 （一）氨基酸的通式和手性 或非极性氨基酸（二）氨基酸的分类、结构和代号极性氨基酸不带电负电正电氨基酸的分类方式Gly(1) 按R的极性(1)按R的结构必须氨基酸、稀有氨基酸和非蛋白质氨基酸必需氨基酸：自身不能合成或难以合成、必须从食物中摄取的 氨基酸。 Met, Trp, Lys, Val, Ile, Leu, Phe, Thr。 假
4、、设、来、写、一、两、本、书。稀有氨基酸非蛋白质氨基酸（三）氨基酸的性质状态、熔点、溶解性、光吸收特性1、一般的物理性质组成蛋白质的氨基酸中，Trp、Tyr和 Phe对紫外光有一定的吸收，这是因为它们分子中含有苯环，是苯环的共轭双键造成的，这三个氨基酸的光吸收都在280nm附近。 1）氨基酸的酸碱性质和等电点2、化学性质氨基酸所带静电荷为“零”时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电 点（isoelectric point），以pI表示。不同pH时氨基 酸以不同的离 子化形式存在等电点时，氨基 酸主要以两性离 子形式存在2）氨基酸的酸碱滴定曲线和等电点的计算 K1=Gly H+Gly+K2=Gly-
5、 H+GlypI时，Gly+ = Gly- Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.97Gly1 0 1 H+的物质的量 OH-的物质的量酸性氨基酸，以Asp为例：碱性氨基酸，以Lys为例：3）化学反应 与甲醛的反应与HNO2的反应2，4一二硝基氟苯Sanger的反应DNFBDNP-氨基酸（黄色）Edman反应 PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸与茚三酮的显色反应蓝紫色化合物Pro 黄色化合物米伦试剂：硝酸汞、硝酸亚汞、硝酸、亚硝酸的混合液 作用对象：酪氨酸、含酪氨酸的蛋白质；白色、加热
6、变红色米伦氏反应 其它的显色反应乙醛酸反应 色氨酸与乙醛酸和浓硫酸反应在界面上出现紫红色的环坂口反应试剂：碱性次氯（溴）酸钠、1-萘酚；作用对象 Arg; 红色产物福林反应试剂：磷钼酸 和磷钨酸； 作用对象：酪氨酸及含酪氨酸的蛋白质 ；蓝色（钼蓝与钨蓝混合物） 特殊氨基酸的反应-S-S-和-SH的氧化还原反应 R-SH：HS-CH2CH2OH 巯基乙醇（mercaptoethanol） HS-CH2COOH 巯基乙酸（mercaptoacetic acid） HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫苏糖醇（dithiothreitol, DTT） 1 氨基酸的制备 1）蛋白质水解 （1）酸水
7、解 （2）碱水解 （3）酶水解 2）化学合成 3）生物法微生物发酵 （四）氨基酸制备、分析分离和应用 1）分配层析法： 分配系数 Kd=CACB2 氨基酸的分离分析（1）纸层析 （2）薄层层析 （3）凝胶层析 （4）高效液相层析（HPLC：灵敏度10-12mol) 2）离子交换层析法 原理：离子交换树脂为支持物，活性基团与溶液中的离子交换，在洗脱 过程中，各种离子以不同的速度移动，从而分离。 分离主要与各离子所带电荷有关；电荷相同时，与极性，非极性有关。 阳离子交换树脂：活性基团-酸性，如-SO3H（强）；-COOH（弱） 阴离子交换树脂：活性基团-碱性，如-N+(CH3)3OH- 3 氨基酸
8、的应用补充营养、调味、药物第三节 肽的结构、命名、及性质（一）肽的概念、命名定义：肽是由两个或两个以上的-氨基酸通过肽键连接而形成的化合物 。 Peptide bond肽链 肽键 肽单位 氨基酸残基 肽链的方向 分类 命名形状： 链、环和分支。 肽的概念、命名（二）天然存在的某些活性肽 甲硫氨酸脑啡肽TyrGlyGlyphe- Met 亮氨酸脑啡肽Tyr-Gly-Gly-phe-Leu 如脑啡肽 (enkephalin) 谷胱甘肽(glutathione,GSH) 催产素和加压素等（三）肽平面和二面角肽键0.132 nm0.127 nm 0.147 nm肽平面肽平面可旋转和不可旋转键 C、顺反
9、构型、Pro二面角 构型和构象和这一对两面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置，也就决定了肽链的构象。 （三）肽的理化性质 1两性解离与等电点 肽与氨基酸一样具有酸、碱性质，它的解离主要取决于肽链的 末端氨基、末端羧基和侧链R基。 N端自由氨基和C端自由羧基之间的静电引力较弱pI=(8.010.6) /2=9.3Ala-Ala-Lys-Ala的等电点。 2肽的化学性质 肽的化学性质与氨基酸相似，如两性解离、等电点等，但肽有 与氨基酸不同的特殊反应 （1）双缩脲反应 （2）肽键的紫外吸收210230nm 双缩脲 碱性CuSO4溶液 紫色1、多肽与蛋白质a 多肽的分子量足够大、具有一定空间结构和构象
10、时，就成为蛋白质。b 一级结构和化学结构：一级结构，aa的序列。化学结构，肽链的数目、端基组成、aa序列、-S-S-的 位置、等等（共价结构）。c 一级结构，从N端到C端的aa的排列顺序。第四节 蛋白质的结构（一）蛋白质的一级结构2一级结构的测定 序列测定前的准备工作：样品的纯度 97%相对分子质量 允许误差10%一级结构的测定主要用小片段重叠的原理 1蛋白分子中多肽链的数目2拆分蛋白分子中的多肽链3测多肽链的氨基酸组成4N端和C端的测定5断裂二硫键6多肽链的断裂7测定各肽段的氨基酸顺序8确定肽段在多肽链中的次序9确定二硫键的位置。找重叠肽从而推断整个肽链的氨基酸序列 肽段的分离和氨基酸序列测
11、定 二硫键位置的确定 对角线电泳 蛋白质测序举例 insulin2130 一级结构测定展望DNA序列测定发展很快，相应于蛋白质的DNA序列测定出来后，推出蛋白质的序列，蛋白质一级结构的的曙光。 （二）蛋白质的高级结构 1维持蛋白质高级结构的主要作用力化学键 氢键离子键疏水键范德华引力二硫键配位键X-射线衍射法、核磁共振、光谱法（红外光谱、紫外差光谱、 荧光光谱）、旋光色散法、园二色性、氢同位素交换法等。 维持蛋白质构象的次级键2蛋白质空间结构的研究方法 多肽和蛋白质：当多肽的分子量大到足够具有一定 的空间结构时就称为蛋白质。 3、蛋白质的结构层次结构层次：一级结构二级结构超二级结构结构域三级结
12、构四级结构4.蛋白质的二级结构 (1) -螺旋 1950年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时，提出了-螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在-螺旋。 0.15nm 1000. 5nm蛋白质的二级结构是指多肽链本身的折叠和盘绕方式。 氢键；稳定性：同电荷、Pro、Gly、大R。氢键(2) -折叠也是pauling等人提出来的，它是与-螺旋完全不同的一种结构。 -折叠主链骨架以一定 折叠形式形成一个折叠片层 。 在两相邻肽链间形成氢键 有平行和反平行两种形式 每aa在主轴所占距离为： 平行0.325nm，反平行0.35nm 。 (3) -转角 (-turn)-转角是指蛋白质分子的多肽链经常
13、出现 180的回折，在回折角上的结构就称-转角 ，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨 基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的NH之 间形成氢键。(4) 无规卷曲 无规卷曲：指表面上看没有规律性的肽链结构，但许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。 (5) 胶原纤维胶原蛋白中的一种特殊二级结构：甘氨酸、脯氨酸（羟脯氨酸）、 其它氨基酸组成的三肽单位重复单位左手螺旋三股螺旋进 一步形成右旋的超螺旋结构。(6) 二级结构举例 -角蛋白丝蛋白胶原蛋白5.蛋白质的超二级结构和结构域 （1）超二级结构：是1973年Rossmann提出的，它是指二级结构的基本结构单位（-螺旋，-折叠等）相互聚集，形成有规律的
14、二级结构的聚集体。已知的超二级结构主要 有， 。 结构域：是 1970年Edelman提出的，它是指在较大的球状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。 最常见的结构域约含100200个氨基酸残基，少至40个左右，多至400个以上。结构域是球状蛋白质的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域的缔合。（2）结构域对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和三级结构往往是一个意思，也就是说是单结构域的。一般来说，大的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。 6. 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构：是指在二级结构基础上，多肽链再进一步折 叠盘绕成更复杂
15、的空间结构，三级结构主要靠非共价键来维持。 1963年kendrew等通过x-射线衍射分析，测得鲸肌红蛋白空间结构(1)一条多肽链折叠盘绕成近球状构象。 (2) 80%-螺旋（AH），其余无规卷曲， (3) 亲水基表面，疏水基团内部。 (4) 血红素辅基垂直伸出分子表面，通过一 个His残基和分子内部相连。7.蛋白质的四级结构 四级结构：是指蛋白质的亚基聚合成大分子蛋白质的方式亚基：是指一条多肽链或以共价链连接在一起的几条多肽链组成的蛋白质分子的最小共价结构单位。 英国科学家Max.Perutz：血红蛋白（hemoglobin），四个亚基组成，2个-亚基，2个-亚基，每个亚基由一条多肽链与一个血红素辅基组成 。个亚基以正四面体的方式排列，彼此之间以非共价键相连（主要是离子键、氢 键） 。（一）蛋白质一级结构与功能的关系 1镰刀状红细胞贫血病（sickle-cell anemia） 第五节 蛋白质的结构与功能HbA -链：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu
