有機(jī)化學(xué)第十四章氨基酸和蛋白質(zhì)的性質(zhì)

1、第十四章 氨基酸和蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)和核酸是生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)，是參與生物體內(nèi)各種生物變化最重要的組分。蛋白質(zhì)存在于一切細(xì)胞中，它們是構(gòu)成人體和動(dòng)植物的基本材料，肌肉、毛發(fā)、皮膚、指甲、血清、血紅蛋白、神經(jīng)、激素、酶等都是由不同蛋白質(zhì)組成的。蛋白質(zhì)在有機(jī)體中承擔(dān)不同的生理功能，它們供給肌體營(yíng)養(yǎng)、輸送氧氣、防御疾病、控制代謝過程、傳遞遺傳信息、負(fù)責(zé)機(jī)械運(yùn)動(dòng)等。核酸分子攜帶著遺傳信息，在生物的個(gè)體發(fā)育、生長(zhǎng)、繁殖和遺傳變異等生命過程中起著極為重要的作用。人們通過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)被酸、堿或蛋白酶催化水解，最終均產(chǎn)生-氨基酸。因此，要了解蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，我們必須先討論-氨基酸。第一節(jié)

2、氨基酸氨基酸是羧酸分子中烴基上的氫原子被氨基（-NH2）取代后的衍生物。目前發(fā)現(xiàn)的天然氨基酸約有300種，構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸約有30余種，其中常見的有20余種，人們把這些氨基酸稱為蛋白氨基酸。其它不參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸稱為非蛋白氨基酸。一、-氨基酸的構(gòu)型、分類和命名構(gòu)成蛋白質(zhì)的20余種常見氨基酸中除脯氨酸外，都是1 / 26-氨基酸，其結(jié)構(gòu)可用通式表示：這些-氨基酸中除甘氨酸外，都含有手性碳原子，有旋光性。其構(gòu)型一般都是L-型（某些細(xì)菌代謝中產(chǎn)生極少量D-氨基酸）。 COOHH2N H RL-氨基酸氨基酸的構(gòu)型也可用R、S標(biāo)記法表示。根據(jù)-氨基酸通式中R-基團(tuán)的碳架結(jié)構(gòu)不同，-氨基酸可分為脂

3、肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)族氨基酸；根據(jù)R-基團(tuán)的極性不同，-氨基酸又可分為非極性氨基酸和極性氨基酸；根據(jù)-氨基酸分子中氨基（-NH2）和羧基（-COOH）的數(shù)目不同，-氨基酸還可分為中性氨基酸（羧基和氨基數(shù)目相等）、酸性氨基酸（羧基數(shù)目大于氨基數(shù)目）、堿性氨基酸（氨基的數(shù)目多于羧基數(shù)目）。氨基酸命名通常根據(jù)其來源或性質(zhì)等采用俗名，例如氨基乙酸因具有甜味稱為甘氨酸、絲氨酸最早來源于蠶絲而得名。在使用中為了方便起見，常用英文名稱縮寫符號(hào)（通常為前三個(gè)字母）或用中文代號(hào)表示。例如甘氨酸可用Gly或G或“甘”字來表示其名稱。氨基酸的系統(tǒng)命名法與其它取代羧酸的命名相同，即以羧酸為母體命名。組成蛋白

4、質(zhì)的氨基酸中，有八種動(dòng)物自身不能合成，必須從食物中獲取，缺乏時(shí)會(huì)引起疾病，它們被稱為必需氨基酸。二、-氨基酸的物理性質(zhì)-氨基酸一般為無色晶體，熔點(diǎn)比相應(yīng)的羧酸或胺類要高，一般為200300（許多氨基酸在接近熔點(diǎn)時(shí)分解）。除甘氨酸外，其它的-氨基酸都有旋光性。大多數(shù)氨基酸易溶于水，而不溶于有機(jī)溶劑。三、-氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，因此它具有羧酸和胺類化合物的性質(zhì)；同時(shí)，由于氨基與羧基之間相互影響及分子中R-基團(tuán)的某些特殊結(jié)構(gòu)，又顯示出一些特殊的性質(zhì)。1氨基酸的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)氨基酸分子中同時(shí)含有羧基（-COOH）和氨基（-NH2），不僅能與強(qiáng)堿或強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽，而且還可在

5、分子內(nèi)形成內(nèi)鹽。 內(nèi)鹽（偶極離子）氨基酸內(nèi)鹽分子是既帶有正電荷又帶有負(fù)電荷的離子，稱為兩性離子或偶極離子。固體氨基酸以偶極離子形式存在，靜電引力大，具有很高的熔點(diǎn)，可溶于水而難溶于有機(jī)溶劑。氨基酸分子是偶極離子，在酸性溶液中它的羧基負(fù)離子可接受質(zhì)子，發(fā)生堿式電離帶正電荷；而在堿性溶液中銨根正離子給出質(zhì)子，發(fā)生酸式電離帶負(fù)電荷。偶極離子加酸和加堿時(shí)引起的變化，可用下式表示：正離子 偶極離子 負(fù)離子pH < pI pI pH > pI因此，在不同的pH值中，氨基酸能以正離子、負(fù)離子及偶極離子三種不同形式存在。如果把氨基酸溶液置于電場(chǎng)中，它的正離子會(huì)向陰極移動(dòng)，負(fù)離子則會(huì)向陽極移動(dòng)。當(dāng)調(diào)

6、節(jié)溶液的pH值，使氨基酸以偶極離子形式存在時(shí)，它在電場(chǎng)中既不向陰極移動(dòng)，也不向陽極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，通常用符號(hào)pI表示。當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH值大于某氨基酸的等電點(diǎn)時(shí)，該氨基酸主要以負(fù)離子形式存在，在電場(chǎng)中移向陽極；當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH值小于某氨基酸的等電點(diǎn)時(shí)，該氨基酸主要以正離子形式存在，在電場(chǎng)中移向陰極。應(yīng)當(dāng)指出，在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的pH值不等于7。對(duì)于中性氨基酸，由于羧基電離度略大于氨基，因此需要加入適當(dāng)?shù)乃嵋种启然碾婋x，促使氨基電離，使氨基酸主要以偶極離子的形式存在。所以中性氨基酸的等電點(diǎn)都小于7，一般在5-6.3之間。酸性氨基酸的羧基多于氨基，必須加入較多的酸才能達(dá)

7、到其等電點(diǎn)，因此酸性氨基酸的等電點(diǎn)一般在2.8-3.2之間。要使堿性氨基酸達(dá)到其等電點(diǎn)，必須加入適量堿，因此堿性氨基酸的等電點(diǎn)都大于7，一般在7.6-10.8之間。見表13-2。氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小，最容易沉淀，因此可以通過調(diào)節(jié)溶液pH值達(dá)到等電點(diǎn)來分離氨基酸混合物；也可以利用在同一pH值的溶液中，各種氨基酸所帶凈電荷不同，它們?cè)陔妶?chǎng)中移動(dòng)的狀況不同和對(duì)離子交換劑的吸附作用不同的特點(diǎn)，通過電泳法或離子交換層析法從混合物中分離各種氨基酸。2氨基酸中氨基的反應(yīng)R-CH-COOH + HNO2 R-CH-COOH + H2O + N2 | | NH2 OH （1）與亞硝酸反應(yīng) 大多數(shù)氨基酸中含

8、有伯氨基，可以定量與亞硝酸反應(yīng)，生成-羥基酸,并放氮?dú)?。R-CH-COOH + 2HCHO R-CH-COOH | | NH2 HOH2C-N-CH2OH 該反應(yīng)定量進(jìn)行，從釋放出的氮?dú)獾捏w積可計(jì)算分子中氨基的含量。這個(gè)方法稱為范斯萊克（Van Slyke）氨基測(cè)定法，可用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。 （2）與甲醛反應(yīng) 氨基酸分子中的氨基能作為親核試劑進(jìn)攻甲醛的羰基，生成（N,N-二羥甲基）氨基酸。在（N,N-二羥甲基）氨基酸中，由于羥基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，降低了氨基氮原子的電子云密度，削弱了氮原子結(jié)合質(zhì)子的能力，使氨基的堿性削弱或消失，這樣就可以用標(biāo)準(zhǔn)堿液來滴定氨基酸的羧基，用于氨基酸

9、含量的測(cè)定。這種方法稱為氨基酸的甲醛滴定法。RCHO + H2 N-CH-COOH RCH=N-CH-COOH | | R R 西佛堿在生物體內(nèi)，氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下，可與醛酮反應(yīng)生成弱堿性的西佛堿（Schiff base）,它是植物體內(nèi)合成生物堿及生物體內(nèi)酶促轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的中間產(chǎn)物。 （3）與2,4-二硝基氟苯反應(yīng) 氨基酸能與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)生成N-（2,4-二硝基苯基）氨基酸，簡(jiǎn)稱N-DNP-氨基酸。這個(gè)化合物顯黃色，可+用于氨基酸的比色測(cè)定。英國(guó)科學(xué)家桑格爾（Sanger）首先用這個(gè)反應(yīng)來標(biāo)記多肽或蛋白質(zhì)的N-端氨基酸 ，再將肽鏈水解，經(jīng)層析檢測(cè)，就可識(shí)別多

10、肽或蛋白質(zhì)的N-端氨基酸。 OH O O H2O | -NH3 R-CH-COOH R-C-COOH R-C-COOH R-C-COOH | | NH2 NH NH2 -亞氨基酸 -羥基-氨基酸 （4）氧化脫氨反應(yīng) 氨基酸分子的氨基可以被雙氧水或高錳酸鉀等氧化劑氧化，生成-亞氨基酸，然后進(jìn)一步水解，脫去氨基生成-酮酸。生物體內(nèi)在酶催化下，氨基酸也可發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，這是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)分解代謝的重要反應(yīng)之一。 O O 干HCl R-CH-C-OH + C2H5-OH R-CH-C-O-C2H5 + H2O| | NH2 NH23氨基酸中羧基的反應(yīng) （1）與醇反應(yīng) 氨基酸在無水乙醇中通入干燥氯化氫

11、，加熱回流時(shí)生成氨基酸酯。-氨基酸酯在醇溶液中又可與氨反應(yīng)，生成氨基酸酰胺。 O O R-CH-C-OC2H5 + NH3 R-CH-C- NH2 + C2H5-OH| | NH2 NH2這是生物體內(nèi)以谷氨酰胺和天冬酰胺形式儲(chǔ)存氮素的一種主要方式。 （2）脫羧反應(yīng) 將氨基酸緩緩加熱或在高沸點(diǎn)溶劑中回流，可以發(fā)生脫羧反應(yīng)生成胺。生物體內(nèi)的脫羧酶也能催化氨基酸的脫羧反應(yīng)，這是蛋白質(zhì)腐敗發(fā)臭的主要原因。例如賴氨酸脫羧生成1,5-戊二胺（尸胺）。 H2N-CH2(CH2)3-CH-COOH H2N-(CH2)5-NH2 | NH2 戊二胺（尸胺）4氨基酸中氨基和羧基共同參與的反應(yīng) （1）與水合茚三酮的

12、反應(yīng) -氨基酸與水合茚三酮的弱酸性溶液共熱，一般認(rèn)為先發(fā)生氧化脫氨、脫羧，生成氨和還原型茚三酮，產(chǎn)物再與水合茚三酮進(jìn)一步反應(yīng)，生成藍(lán)紫色物質(zhì)。這個(gè)反應(yīng)非常靈敏，可用于氨基酸的定性及定量測(cè)定。+ H2N-CH-COOH R+ R-CHO + CO2 +NH3 藍(lán)紫色+ NH3 + 還原型茚三酮凡是有游離氨基的氨基酸都和水合茚三酮試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，多肽和蛋白質(zhì)也有此反應(yīng)，脯氨酸和羥脯氨酸與水合茚三酮反應(yīng)時(shí)，生成黃色化合物。 （2）與金屬離子形成配合物 某些氨基酸與某些金屬離子能形成結(jié)晶型化合物，有時(shí)可以用來沉淀和鑒別某些氨基酸。例如二分子氨基酸與銅離子能形成深紫色配合物結(jié)晶： 酶(CH3)2CH-

13、CH2-CH-COOH + H2O (CH3)2CH- CH2 - CH2OH + CO2 +NH3 NH2 （3）脫羧失氨作用 氨基酸在酶的作用下，同時(shí)脫去羧基和氨基得到醇。工業(yè)上發(fā)酵制取乙醇時(shí)，雜醇就是這樣產(chǎn)生的。此外，一些氨基酸側(cè)鏈具有的官能基團(tuán)，如羥基、酚基、吲哚基、胍基、巰基及非-氨基等，均可以發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，這是進(jìn)行蛋白質(zhì)化學(xué)修飾的基礎(chǔ)。-氨基酸還可通過分子間的-NH2基與-COOH基縮合脫水形成多肽，該反應(yīng)是形成蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，將在蛋白質(zhì)部分介紹。5. 氨基酸的受熱分解反應(yīng)-氨基酸受熱時(shí)發(fā)生分子間脫水生成交酰胺；-或-氨基酸受熱時(shí)發(fā)生分子內(nèi)脫水生成內(nèi)酰胺；-氨基酸受熱時(shí)不發(fā)

14、生脫水反應(yīng)，而是失氨生成不飽和酸。 -氨基酸 交酰胺 -氨基酸 ,-不飽和酸 -氨基酸 內(nèi)酰胺教案首頁課程名稱 有機(jī)化學(xué)C Organic Chemistry C 計(jì)劃學(xué)時(shí)（2）授課章節(jié) 第十四章 氨基酸和蛋白質(zhì) 第二節(jié) 蛋白質(zhì) protein教學(xué)目的和要求：1.掌握蛋白質(zhì)的沉淀與變性等性質(zhì)。2.了解蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)和常見理化性質(zhì)。教學(xué)基本內(nèi)容：一、蛋白質(zhì)的元素組成及分類二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（一、二級(jí)結(jié)構(gòu)、-螺旋和-折疊結(jié)構(gòu)）三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)：兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)；膠體性質(zhì)；沉淀作用（可逆與不可逆沉淀）；蛋白質(zhì)的變性；蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)；蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：蛋白質(zhì)的性質(zhì)。難點(diǎn)：

15、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。授課方式方法和手段：多媒體加板書作業(yè)與思考題：P339 5,6,9,10,11第二節(jié) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是由多種-氨基酸組成的一類天然高分子化合物，分子量一般可由一萬左右到幾百萬，有的分子量甚至可達(dá)幾千萬，但元素組成比較簡(jiǎn)單，主要含有碳、氫、氮、氧、硫，有些蛋白質(zhì)還有磷、鐵、鎂、碘、銅、鋅等。各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%，即每克氮相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì)，生物體中的氮元素，絕大部分都是以蛋白質(zhì)形式存在，因此，常用定氮法先測(cè)出農(nóng)副產(chǎn)品樣品的含氮量，然后計(jì)算成蛋白質(zhì)的近似含量，稱為粗蛋白含量。W粗蛋白=W氮×6.25一、蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前只能根據(jù)蛋

16、白質(zhì)的形狀、溶解性及化學(xué)組成粗略分類。蛋白質(zhì)根據(jù)其形狀可分為球狀蛋白質(zhì)（如卵清蛋白）和纖維蛋白質(zhì)（如角蛋白）；根據(jù)化學(xué)組成又可分簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。1.簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)僅由氨基酸組成的蛋白質(zhì)稱為簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)。2. 結(jié)合蛋白質(zhì)由簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)成分（稱為輔基）結(jié)合而成的復(fù)雜蛋白質(zhì)，稱為結(jié)合蛋白質(zhì)。結(jié)合蛋白質(zhì)又可根據(jù)輔基不同進(jìn)行分類二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子是由-氨基酸經(jīng)首尾相連形成的多肽鏈，肽鏈在三維空間具有特定的復(fù)雜而精細(xì)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅決定蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，而且是生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)通常分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四種層次，蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)又統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)

17、的空間結(jié)構(gòu)或高級(jí)結(jié)構(gòu)。 O H2N-CH-C-OH | R1 O H2N-CH-C-OH | R2+ O O H2N-CH-C- NH-CH-C-OH | | R1 R2- H2O肽鍵1蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈天然蛋白質(zhì)是由-氨基酸組成的。-氨基酸分子間可以發(fā)生脫水反應(yīng)生成酰胺。在生成的酰胺分子中兩端仍含有-NH2及-COOH， 因此仍然可以與其它-氨基酸繼續(xù)縮合脫水形成長(zhǎng)鏈大分子。在蛋白質(zhì)化學(xué)中，這種酰胺鍵 稱為“肽鍵”。氨基酸分子之間以肽鍵形式首尾相連形成的化合物稱為肽，由兩個(gè)氨基酸縮合形成的肽稱為二肽，由三個(gè)氨基酸縮合形成的肽稱為三肽，由多個(gè)氨基酸縮合形成的肽稱為多肽。肽鏈中每個(gè)氨基酸都失

18、去了原有結(jié)構(gòu)的完整性，因此肽鏈中的氨基酸通常稱為氨基酸殘基。肽鏈一端含有-氨基的氨基酸殘基稱為“N-端”；含有游離羧基的氨基酸殘基稱為“C-端”。例如： O CH3 H2N-CH2-C-NH-CH-COOH甘氨酰-丙氨酸（甘-丙肽，Gly-Ala）肽的命名是以C-端氨基酸為母體，肽鏈中其它氨基酸名稱中的“酸”字改為“?！弊?，稱為“某氨酰”，并從N-端開始依次寫在母體名稱之前，兩者之間通常用“-”連接，例如： COOH O HSCH2 O H2N-CH- CH2 CH2 C NH - CH-C-NH- CH2 COOH-谷氨酰-半胱氨酰-甘氨酸（谷-胱-甘肽，Glu-Cys-Gly，GSH）肽鏈

19、通常用簡(jiǎn)稱表示，即按從N-端到C-端的順序，將組成肽鏈的各種氨基酸的英文或中文簡(jiǎn)稱寫到一起，簡(jiǎn)稱間通常用“-”連接，并在C-端氨基酸簡(jiǎn)稱后加“肽”字。例如，谷-胱-甘肽的結(jié)構(gòu)式為： O O HOOC-CH-CH2CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOH | | NH2 CH2 | S | S | CH2 |HOOC-CH-CH2CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOH | NH2 O O氧化型谷-胱-甘肽（GS-SG）生物體內(nèi)存在許多游離多肽，它們都具有特殊的生理功能。谷-胱-甘肽分子中含有一個(gè)易被氧化的巰基（-SH），稱為還原型谷-胱-甘肽（常用GSH表示），兩分子GSH

20、間可通過巰基氧化成二硫鍵而連接，形成氧化型谷-胱-甘肽（常用GS-SG表示）。2. 蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象多肽中的肽鍵實(shí)質(zhì)上是一種酰胺鍵，由于酰胺鍵中氮原子上的孤對(duì)電子與?；纬蓀-共軛體系，使C-N鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)。x-射線衍射證明，肽鏈中酰胺部分在一個(gè)平面上（肽鏈中的這種平面稱為肽平面或酰胺平面），與羰基及氨基相連的兩個(gè)基團(tuán)處于反式位置；酰胺碳氮鍵長(zhǎng)（0.132nm）比一般的C-N單鍵鍵長(zhǎng)（0.147nm）短一些，這些都表明酰胺碳氮鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)。因此，肽鍵中的碳氮鍵的自由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，但與肽鍵中氮和碳原子相連接的兩個(gè)基團(tuán)可以自由旋轉(zhuǎn)（即相鄰肽平面可以旋轉(zhuǎn)），因此表現(xiàn)出不同的構(gòu)象。

21、 酰胺平面示意圖蛋白質(zhì)分子中多肽鏈再通過氫鍵等各種副鍵以一定方式盤旋、折疊，形成蛋白質(zhì)分子特有的穩(wěn)定空間構(gòu)象。蛋白質(zhì)的構(gòu)象一般用二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)表示。 （1）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助分子內(nèi)氫鍵形成有規(guī)則的空間構(gòu)象。它只關(guān)系到蛋白質(zhì)分子主鏈原子局部的排布，而不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象及其它肽段的關(guān)系。目前認(rèn)為蛋白質(zhì)都有二級(jí)結(jié)構(gòu)，例如纖維蛋白（存在毛發(fā)等中）的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是-螺旋。蛋白質(zhì)分子中的一條肽鏈，通過一個(gè)酰胺鍵中的?；踉优c相隔不遠(yuǎn)的另一個(gè)酰胺鍵中的氨基氫原子形成氫鍵而繞成螺旋狀的空間構(gòu)象，稱為-螺旋。-螺旋是蛋白質(zhì)中最常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)，具有如下的特征：多肽主

22、鏈圍繞同一中心軸以螺旋方式伸展，平均3.6個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成一個(gè)螺旋圈（18個(gè)氨基酸殘基盤繞5圈），遞升0.54nm，每個(gè)殘基沿軸上升0.15nm。每個(gè)氨基酸殘基的N-H與前面相隔三個(gè)氨基酸殘基的C=O形成氫鍵，這些氫鍵的方向大致與螺旋軸平行。氫鍵是維持-螺旋穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用力。天然蛋白質(zhì)的-螺旋絕大多數(shù)是右手螺旋。 -折疊是蛋白質(zhì)的另一種常見的二級(jí)結(jié)構(gòu)，它是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈按同向或反向聚集而成，相鄰多肽主鏈上的-NH和C=O之間形成氫鍵而成的一種多肽構(gòu)象。-折疊中氫鍵與多肽鏈伸展方向接近垂直，氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)分別交替地位于折疊面上下，且與片層相互垂直。-折疊中反平行的比較穩(wěn)定。

23、例如絲心蛋白（存在蠶絲等中）的二級(jí)結(jié)構(gòu)就是典型的-折疊。另外，在球狀蛋白中還發(fā)現(xiàn)一種二級(jí)結(jié)構(gòu)為-轉(zhuǎn)角。它是肽鏈形成180度回折，彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的NH之間形成4-1氫鍵的構(gòu)象。三、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1. 蛋白質(zhì)的兩性和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)多肽鏈的N-端有氨基，C-端有羧基，其側(cè)鏈上也常含有堿性基團(tuán)和酸性基團(tuán)。因此，蛋白質(zhì)與氨基酸相似，也具有兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)溶液在某一pH值時(shí)，其分子所帶的正、負(fù)電荷相等，即成為凈電荷為零的偶極離子，此時(shí)溶液的pH值稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）。蛋白質(zhì)溶液在不同的pH溶液中，以不同的形式存在，其平衡體系如下: 式中H2N-Pr-COO

24、H表示蛋白質(zhì)分子，羧基代表分子中所有的酸性基團(tuán)，氨基代表所有的堿性基團(tuán)，Pr代表其它部分。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，溶解度也最小，導(dǎo)電性、粘度和滲透壓等也最低。利用這些性質(zhì)可以分離、純化蛋白質(zhì)。也可通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH值，使其顆粒帶上某種凈電荷，利用電泳分離或純化蛋白質(zhì)。由于蛋白質(zhì)具有兩性,所以在生物組織中它們既對(duì)外來酸、堿具有一定的抵抗能力，而且能對(duì)生物體內(nèi)代謝所產(chǎn)生的酸、堿性物質(zhì)起緩沖作用，使生物組織液維持在一定pH值范圍,這在生理上有著重要的意義。2. 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是大分子化合物，其分子大小一般在1-100 nm之間，在膠體分散相質(zhì)點(diǎn)范圍，所以蛋白質(zhì)分散在水中，其水溶液具有膠體溶液

25、的一般特性。例如具有丁鐸爾(Tyndall)現(xiàn)象，布朗(Brown)運(yùn)動(dòng)，不能透過半透膜以及較強(qiáng)的吸附作用等。蛋白質(zhì)能夠形成穩(wěn)定親水膠體溶液，主要有兩方面的原因。 （1）形成保護(hù)性水化膜 蛋白質(zhì)分子表面有許多諸如羧基、氨基、亞氨基、羥基、羰基、巰基等極性的親水基團(tuán)，能與水分子形成氫鍵而發(fā)生水化作用，在蛋白質(zhì)表面形成一層水化膜，使蛋白質(zhì)粒子不易聚集而沉降。 （2）粒子帶有同性電荷 蛋白質(zhì)在非等電點(diǎn)pH值的溶液中，粒子表面會(huì)帶有同性電荷，相互產(chǎn)生排斥作用，使蛋白質(zhì)粒子不易聚沉。3. 蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性是有條件的、相對(duì)的。如果改變這種相對(duì)穩(wěn)定的條件，例如除去蛋白質(zhì)外層的水膜或者電荷，蛋白

26、質(zhì)分子就會(huì)凝集而沉淀。蛋白質(zhì)的沉淀分為可逆沉淀和不可逆沉淀。 （1）可逆沉淀 可逆沉淀是指蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅發(fā)生了微小改變或基本保持不變，仍然保持原有的生理活性。只要消除了沉淀的因素，已沉淀的蛋白質(zhì)又會(huì)重新溶解。鹽析就是一種可逆沉淀蛋白質(zhì)的方法。在蛋白質(zhì)溶液中，加入足量的中性鹽類，從而使蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)的鹽析。一方面，鹽類在水中離解形成離子，其水化能力比蛋白質(zhì)強(qiáng)，破壞了蛋白質(zhì)表面的水化膜；另一方面，鹽類離子所帶的電荷也會(huì)中和或削弱蛋白質(zhì)粒子表面所帶的電荷，兩者均使蛋白質(zhì)的膠體溶液穩(wěn)定性降低，進(jìn)而相互凝聚沉降。鹽析常用的鹽有硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等。不同的蛋白質(zhì)鹽析時(shí)，所需鹽

27、的濃度不同，因此可用控制鹽濃度的方法分離溶液中不同的蛋白質(zhì)，稱為分段鹽析。例如雞蛋清可用不同濃度的硫酸銨溶液分段沉淀析出球蛋白和卵蛋白。鹽析一般不會(huì)破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)加水或透析時(shí)，沉淀又能重新溶解。所以鹽析作用是可逆沉淀。 （2）不可逆沉淀 蛋白質(zhì)在沉淀時(shí)，空間構(gòu)象發(fā)生了很大的變化或被破壞，失去了原有的生物活性，即使消除了沉淀因素也不能重新溶解，稱為不可逆沉淀。不可逆沉淀的方法有： 水溶性有機(jī)溶劑沉淀法 向蛋白質(zhì)加入適量的水溶性有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等，由于它們對(duì)水的親合力大于蛋白質(zhì)，使蛋白質(zhì)粒子脫去水化膜而沉淀。這種作用在短時(shí)間和低溫時(shí)，沉淀是可逆的，但若時(shí)間較長(zhǎng)和溫度較高時(shí)，則為不可逆沉淀

28、。 化學(xué)試劑沉淀法 重金屬鹽如Hg2+、Pb2+ 、Cu2+、Ag+ 等重金屬陽離子能與蛋白質(zhì)陰離子結(jié)合產(chǎn)生不可逆沉淀。例如： 生物堿試劑沉淀法 苦味酸、三氯乙酸、鞣酸、磷鎢酸、磷鉬酸等生物堿沉淀劑，能與蛋白質(zhì)陽離子結(jié)合，使蛋白質(zhì)產(chǎn)生不可逆沉淀。例如：此外，強(qiáng)酸或強(qiáng)堿以及加熱、紫外線或X-射線照射等物理因素，都可導(dǎo)致蛋白質(zhì)的某些副鍵被破壞，引起構(gòu)象發(fā)生很大改變，使疏水基外露，引起蛋白質(zhì)沉淀，從而失去生物活性。這些沉淀也是不可逆的。4. 蛋白質(zhì)的變性由于物理或化學(xué)因素的影響，蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致理化性質(zhì)改變，生理活性喪失，稱做蛋白質(zhì)的變性。變性后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白質(zhì)。引起蛋白質(zhì)變性的因素很多，物理因素有加熱、高壓、劇烈振蕩、超聲波、紫外線或X-射線照射等?；瘜W(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子、生物堿試劑和有機(jī)溶劑等。蛋白質(zhì)的變性一方面是維持具有復(fù)雜而精細(xì)空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的副鍵被破壞，原有的空間結(jié)構(gòu)被改變，疏水基外露；另一方面，蛋白質(zhì)分子中的某些活潑基團(tuán)如-NH2、-COOH、-OH等與化學(xué)試劑發(fā)生了反應(yīng)。蛋白質(zhì)的變性分為可逆變性和不可逆變性，若僅改變了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，可能只引起可逆變性；若破