蛋白質化學緒論

關于蛋白質化學緒論第1頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六蛋白質組成及結構蛋白質分離純化蛋白質一級結構測定蛋白質結構與功能蛋白質的化學修飾蛋白質組學

課程主要內容第2頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六參考書目：陶慰孫《蛋白質分子基礎》王廷華《蛋白質理論與技術》第3頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六

第一章緒論第4頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六一、概述蛋白質是生命的基礎，是一切生命現(xiàn)象的體現(xiàn)。

“造物主”最初帶給生命以幾種形式或一種形式，然后進化接著開始從如此簡單的形式開始，永不停息地產生出業(yè)已存在的最美麗的最有價值的東西，而且今后仍將進化下去。

《物種起源》達爾文

生命的起源必然是通過化學途經(jīng)實現(xiàn)的，只要把蛋白質的化學成份弄清楚以后，化學就能著手制造出活的蛋白質來，如果化學有一天能用人工的方法制造蛋白質，那么這樣的蛋白質就一定會顯示出生命現(xiàn)象。

《反杜林論》恩格斯第5頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六生物學：生命現(xiàn)象、生命本質、生命活動及規(guī)律

分子水平細胞水平整體水平

化學、物理、數(shù)學領域的廣泛滲透

生命活動物質：基因基因組

蛋白質

蛋白質組

第6頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六例如:

人體蛋白質含量占人體固體總量的45%;

動物體內蛋白質約占鮮重的20%左右;

細菌含蛋白質約50%～80%;

干酵母含蛋白質約46.6%;

病毒中除了一小部分核酸外，其余幾乎都是蛋白質;

植物細胞的原生質和種子中蛋白質含量較高種類繁多

生物當中最簡單的生物細胞大腸桿菌中蛋白質的種類就有三千種之多，人體的蛋白質種類約十萬種以上，整個自然界中存在的蛋白質可達1010-1012數(shù)量級第7頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六二、研究歷程1、初級階段MacquerP.J.

法國化學家。把加熱后能凝固的物質歸為一類，稱為“蛋白性物質”MüllerG.J.荷蘭生理學家。19世紀30年代，用當時最先進的元素分析法對血清、蛋清、蠶絲等進行了分析。發(fā)現(xiàn)這些物質組成相近，可用C40H62N10O12表示，認為是生物體中最重要的，1838年命名為proteid第8頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六Berzelius瑞典化學家。用另一個詞protein，原意是“最重要的，第一位的”，源自希臘語，即我們現(xiàn)在常用的。

Fishcer

德國化學家，確定了蛋白質是氨基酸通過肽鍵連接起來的，并成功用化學方法合成18個氨基酸的肽。

F.Hoppe-Seyler（1825-1895）

德國生理學家，1864年首先結晶出血紅蛋白。第9頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六酶學研究18世紀中后期，法國科學家Pasteur認為發(fā)酵是完整酵母細胞生命活動的結晶。1897年德國科學家HansBIchner和EsuardBuchner首次用不含細胞的酵母提取液實現(xiàn)了發(fā)酵。

敘述性生物化學階段

第10頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1859年，Darwin《OntheoriginofSpecies》自然選擇學說生物性狀的可遺傳性，選擇壓力下的可變性、不同物種間的相關性1865年，Mendel在分析豌豆性狀的雜交試驗結果時認為，生物體內有遺傳單位，可控制特定生物性裝，并能從親代傳到子代。1879年WalterFlemming在研究細胞分裂時發(fā)現(xiàn)了染色體。1900年，基因（gene）第11頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六公元前23世紀，儀狄以曲為酶使五谷為酒。公元前12世紀，運用發(fā)酵原理制造醬、醋等食品。公元前漢淮南王劉安制作豆腐。公元4世紀晉代，用海藻酒作為醫(yī)治地方性甲狀腺腫的特效藥。公元7世紀，孫思邈用豬肝治雀目，用車前子等治腳氣病。公元10世紀，我國開始用動物臟器治療疾病。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六2、發(fā)展階段動態(tài)生物化學階段1926年，Sumner從刀豆提純了脲酶，制成了結晶純品，證明了酶的化學本質是蛋白質。1932年，英國Krebs等提出合成尿素的鳥氨酸循環(huán)的多酶反應途徑。1940年，德國Embclen和Megerbof公布了糖酵解途徑。我國生物化學家吳憲提出蛋白質變性學說，創(chuàng)立無蛋白血濾液制備及血糖測定方法。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1902年，Sutton提出染色體遺傳學說：二倍體，基因是染色體一部分。1910年，Morgan證實了基因確的存在于染色體上。1944年，Avery等證實DNA是攜帶遺傳信息、構成染色體的生物大分子。第14頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六3、分子生物學階段1956年，Kornberg于大腸桿菌的無細胞提取液中實現(xiàn)了DNA合成。1958年，Meselsonhe和Stahl證實DNA復制是一種半保留復制。1961年Crick等確認遺傳信息是以非重疊的堿基三聯(lián)體線性順序的形式存在。1961年Jacob和Monod提出大腸桿菌乳糖操縱子學說第15頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1949年Sanger及同事發(fā)展了二硝基苯法（DNP法，dinitrophenylmethod）。接著發(fā)展了N-末端鑒定的異硫氰酸苯酯。1953年完成了胰島素A、B鏈的序列測定。1955年又報道了胰島素分子的二硫鍵位置，由于對蛋白質結構研究有卓越貢獻，兩次獲若貝爾化學獎。

第16頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1950年，Pauling和Corey提出了蛋白質的α螺旋學說。1953年，Watson和Crick根據(jù)DNA的X射線衍射圖譜，建立了DNA雙螺旋模型1960年，Kendrew報道了抹香鯨血紅蛋白的高分辨率X－射線結構。1965年，我國王應瞇完成了人工胰島素的合成。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1970年，Khorana首次在試管中合成了基因。1972年，Berg首次將不同DNA片段連接，并將重組DNA分子插入到細菌DNA中。1977年，Shine克隆了人類的一個基因。1978年，Wong用DNA技術對胎兒羊水細胞做檢測，得出了α-地中海貧血出生前診斷。1979年Kan用羊水細胞得出了鐮狀細胞貧血出生前診斷。1986年，Mullis等建立PCR技術。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1983年，王德寶等合成了有生物學功能的酵母丙氨酸轉運核糖核酸。1986年，Cech發(fā)現(xiàn)了核酶（ribozyme）。1990年，人類基因組計劃?；蚪M學蛋白質組學第19頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六三、蛋白質的重要功能1、生物體的組成成分

蛋白質是生物體的主要結構成分。細胞里的片層結構，如細胞膜、線粒體、葉綠體、內質網(wǎng)等都是由不溶性蛋白質和脂質組成的。高等動物的膠原纖維是主要的細胞外結構蛋白，參與結締組織和骨骼作為身體的支架。

第20頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六2、酶的催化作用

生物體內的有些化學反應非常簡單，而有些反應則非常復雜，如染色體的復制和蛋白質的合成等等，這些反應都需要許多種酶的催化，否則反應就不能進行。到目前為止，已鑒定出的酶幾乎都是蛋白質。所以蛋白質起到了確定化學轉化作用類型的獨特作用。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六3、運輸功能生物體中許多小分子和離子要靠特殊的蛋白質運輸，如血紅蛋白在紅血球中運輸氧，血液中的脂蛋白負責運輸脂類，鐵傳遞蛋白負責運輸鐵，生物氧化過程中細胞色素C等電子傳遞體負責電子的傳遞。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六4、儲藏作用有些蛋白質可作為生物體生長發(fā)育的養(yǎng)料儲存起來，如植物種子中的醇溶蛋白和谷蛋白都是儲藏蛋白，這些蛋白質有儲藏氨基酸的功能，可供種子萌發(fā)時利用。動物的卵清蛋白和酪蛋白也是儲藏蛋白。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六5、收縮運動

生物的運動也離不開蛋白質。蛋白質是肌肉的主要成分，肌肉收縮實際上是肌球蛋白和肌動蛋白絲狀體的滑動運動，而運動是通過肌肉收縮完成的。細菌的鞭毛及纖毛是由許多微管蛋白組裝起來的，也能產生類似的活動。近年來研究發(fā)現(xiàn)，在非肌肉的運動系統(tǒng)中普遍存在著運動蛋白。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六6、免疫保護功能疾病的發(fā)生與防御也與蛋白質有關，如免疫系統(tǒng)中的抗原和抗體都是蛋白質?？贵w能夠識別特異的抗原（如病毒、細菌和其它生物體的細胞）并與之結合以清除抗原的作用，因此它具有防御疾病和抵抗外界病原侵襲的免疫能力。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六7、激素功能有些蛋白質具有激素功能，對生物體的新陳代謝起調節(jié)作用，如胰島素能參與血糖的代謝調節(jié)，降低血液中的葡萄糖含量。第26頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六8、接受和傳遞信息

生物體內起接受和傳遞信息作用的信號受體也是蛋白質，例如接受各種激素的受體蛋白和接受外界刺激的感覺蛋白（如視網(wǎng)膜上的視色素、味蕾上的味覺蛋白等）都屬于這一類。第27頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六9、控制生長和分化(遺傳)

遺傳信息的表達不是隨意的，無控制的，在某一個時期只有小部分細胞的基因被表達。這種有控制的表達對于細胞的正常生長和分化是必須的。而控制基因表達的“開”和“關”也是由蛋白質來完成的，如組蛋白和阻抑蛋白等都參與細胞生長和分化的調節(jié)控制。第28頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六四、蛋白質的分類1、按分子形狀分

球狀蛋白質（蛋白質分子長短軸之比小于10）;結構復雜。氨基酸緊密折疊成球狀，直徑5-10nm。

纖維狀蛋白質（蛋白質分子長短軸之比大于10）；結構簡單，呈拉長狀態(tài)，起結構/保護作用。2、按三級結構分

反平行α域，平行α/β域，反平行β域，富含二硫鍵或金屬離子的小蛋白。優(yōu)點：同源性

缺點：已知三級結構蛋白少第29頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六3、蛋白質功能活性蛋白質（酶、激素、免疫球蛋白、收縮蛋白、載體蛋白等）；非活性蛋白質（主要對生物體起支撐和保護作用。如：角蛋白、膠原蛋白、絲心蛋白）4、蛋白質的營養(yǎng)性完全蛋白質（含有人體所必須的各種氨基酸）不完全蛋白質（缺乏人體所必須的某些氨基酸）人體必須的8種氨基酸：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸第30頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六5.按蛋白質的分子組成簡單蛋白質（單純蛋白質）組分中只含有α-氨基酸

如：清蛋白類，球蛋白類，組蛋白類，精蛋白類，谷蛋白類，醇溶蛋白，硬蛋白類。結合蛋白質（復合蛋白質）此類蛋白由單純蛋白質與稱做輔基的非蛋白物質結合而成

如：糖蛋白類，核蛋白類，脂蛋白類，磷蛋白類，金屬蛋白類，血紅素蛋白類，黃素蛋白類。

常見的輔基如下表：第31頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六蛋白質名稱

輔基舉例核蛋白核酸染色體蛋白、病毒核蛋白色蛋白

色素血紅蛋白、黃素蛋白糖蛋白糖類免疫球蛋白、粘蛋白脂蛋白脂類脂蛋白磷蛋白磷酸酪蛋白、胃蛋白酶金屬蛋白金屬離子鐵蛋白、胰島素第32頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六6、蛋白質的溶解性可溶性蛋白質可溶性蛋白質是指可溶于水、稀中性鹽和稀酸溶液；醇溶性蛋白質一類不溶于水而溶于70％～80%乙醇的蛋白質；不溶性蛋白質此類蛋白質既不溶于水、稀鹽溶液，也不溶于一般有機溶劑第33頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六蛋白質研究中獲得若貝爾獎的科學家

在蛋白質研究領域目前已經(jīng)有30多位研究者獲得若貝爾獎年代獎別獲獎者國別卓越貢獻1907化學EduardBuchner

德國聽從身為醫(yī)生、免疫學家的哥哥的建議，研究發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)非細胞酒精發(fā)酵。1926化學TheSvedberg

瑞典成功定出血藍蛋白(hemocyanin)等蛋白質的分子量。單位S就是以其姓命名。1929化學ArthurHarden

英國倫敦大學李斯特(Lister)預防醫(yī)學研究所，與揚格共同闡明酒精發(fā)酵所需輔酶、磷酸。1929化學HansKarlAugustSimonvonEuler-Chelpin瑞典闡明煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamideadeninedinucleotide)是輔酶(coenzyme)。1946化學JamesBatchellerSumner美國成功自刀豆結晶出尿素酶(urease)，證明酶的的本質是蛋白質。1946化學JohnHowardNorthrop

美國純化酶和病毒蛋白質。發(fā)明丙酮(acetone)的發(fā)酵方法；結晶胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶原化，闡明蛋白質性質1946化學WendellMeredithStanley美國利用鹽析方法，成功地將煙草花葉病毒(TMV)蛋白以核蛋白的形式結晶出來。1948化學ArneWilhelmKaurinTiselius瑞典將血清蛋白分成白蛋白及α、β、γ球蛋白4種；發(fā)明紙電泳方法。1952化學ArcherJohnPorterMartin英國發(fā)明分配層析技術(partitionchromatography)，紙層析技術(paperchromatography)。1952化學RichardLaurenceMillingtonSynge英國與Martin共同發(fā)明分配層析、紙層析，利用紙闡明短桿菌素(gramicidin)蛋白質的分子結構，對Sanger的蛋白研究也做出貢獻。第34頁，共36頁，2022年，5月20日，4點42分，星期六1952物理FelixBloch美國利用核磁共振法測定原子核的磁矩。利用迴旋加速器成功地測定中子的磁矩，並以量子論了解了金屬的導電機制。1952物理EdwardMillsPurcell

美國利用核磁共振法測定原子核的磁矩。和Torrey和Pound共同發(fā)明了利用核磁共振測定液體和固體中原子核磁矩的方法；發(fā)現(xiàn)宇宙中氫原子放射微波。