蛋白質(zhì)化學(xué)-課件

第一章蛋白質(zhì)化學(xué)

蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的氨基酸組成肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)是由許多不同的α-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并具有一定生物功能的大分子。蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義1.生物體的組成成分-結(jié)構(gòu)蛋白,膠原蛋白2.酶-生物催化劑3.運輸-血紅蛋白,肌紅蛋白4.運動-肌球蛋白,肌動蛋白5.抗體-免疫球蛋白6.干擾素7.遺傳信息的控制8.細胞膜的通透性9.高等動物的記憶、識別機構(gòu)第二節(jié)、蛋白質(zhì)的氨基酸組成氨基酸

是蛋白質(zhì)的基本組成單位。從細菌到人類，所有蛋白質(zhì)都由20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸（20standardaminoacids)組成。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（組成蛋白質(zhì)的20種）：19種氨基酸具有一級氨基（-NH3+）和羧基（-COOH）結(jié)合到α碳原子（Cα），同時結(jié)合到（Cα）上的是H原子和各種側(cè)鏈（R基）；另一個氨基酸Pro具有二級氨基（α-亞氨基酸）不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式Cα如是不對稱C（除Gly），則：具有兩種立體異構(gòu)體[D-型和L-型]2.具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]（二）氨基酸的分類(蛋白質(zhì)氨基酸-20種)根據(jù)R的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脂肪族氨基酸：

1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；

2）極性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）雜環(huán)氨基酸：Trp、His（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro中性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)、代號:根據(jù)營養(yǎng)分類必需氨基酸：LeuTrpMetLysValIlePheThr半必需：HisArg非必需氨基酸：

兩三家來寫一本書非蛋白質(zhì)氨基酸：鳥氨酸瓜氨酸除了常見的20種氨基酸蛋白質(zhì)中還含有一些稀有氨基酸，大多數(shù)是常見氨基酸的衍生物。如5-羥賴氨酸；4-羥脯氨酸；6-N-甲基賴氨酸；γ-氨基谷氨酸等。硒代半胱氨酸

不常見蛋白質(zhì)氨基酸（三）氨基酸的構(gòu)型、旋光性和光吸收

構(gòu)型：組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三維空間上就有兩種不同的排列方式，它們互為鏡影，這兩種不同的構(gòu)型分別稱為D-型和L-型。

旋光性：

組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，

所以都有旋光性。能使偏振光的偏振面的向左或向右旋轉(zhuǎn)，向左旋轉(zhuǎn)的稱左旋，用“一”號表示，向右旋轉(zhuǎn)的稱右旋，用“＋”號表示。

光吸收：

λ=210nm,所有氨基酸都有吸收峰λ=278nm,色氨酸有最大吸收峰（Trp）λ=274.5nm,酪氨酸有最大吸收峰（Tyr）λ=260.0nm,苯丙氨酸有最大吸收峰（Phe）組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，Trp、Tyr和Phe對紫外光有一定的吸收，這是因為它們分子中含有苯環(huán)，是苯環(huán)的共軛雙鍵造成的（四）氨基酸的重要理化性質(zhì)一般物理性質(zhì)無色晶體，熔點極高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機溶劑。所以可以用乙醇析出氨基酸沉淀。有不同的味感,有的無味,有的味甜(甘氨酸,胱氨酸)有的味苦,有的味鮮(谷氨酸)。

光吸收性質(zhì):Tyr,Phe,Trp在紫外區(qū)有光吸收.

蛋白質(zhì)280nm有光吸收紫外檢測。兩性解離和等電點氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，在同一個氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的—NH3+正離子和能接受質(zhì)子的—COO-負離子，為兩性電解質(zhì)。氨基酸等電點的確定(以甘氨酸為例)根據(jù)pK值（該基團在此pH一半解離）計算：等電點等于兩性離子兩側(cè)pK值的算術(shù)平均數(shù)。pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2谷氨酸組氨酸酸性氨基酸，以Asp為例：等電點等于兩個酸性解離基團的pK值的算術(shù)平均數(shù)。堿性氨基酸，以Lys為例：等電點等于兩個堿性解離基團的pK值的算術(shù)平均數(shù)。3.化學(xué)性質(zhì)（1）與茚三酮的反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍紫色。在570nm（藍紫色）或440nm（黃色）定量測定（幾μg）。用于對氨基酸的定性和定量（2）與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)—sanger反應(yīng)NO2FO2N+HN—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱堿性DNP-氨基酸(黃色)測定氨基酸或肽,蛋白質(zhì)中游離的氨基(α-氨基,ε-氨基)（3）與苯異硫氰酸（酯）的反應(yīng)(Edman反應(yīng))PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸pH8.3重復(fù)測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計出“多肽順序自動分析儀”1．離子交換層析法

原理：分離氨基酸時，用離子交換樹脂作為支持物，利用離子交換樹脂上的活性基團與溶液中的離子進行交換反應(yīng)，由于各種離子交換能力不同，與樹脂結(jié)合的牢固程度就不同，在洗脫過程中，各種離子以不同的速度移動，從而達到分離的目的。

這種分離主要與各種離子所帶電荷有關(guān)，在電荷相同時，與極性，非極性有關(guān)。五氨基酸的分離分析離子交換樹脂：化學(xué)本質(zhì)：是一種人工合成的聚苯乙烯一苯二乙烯組成的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。

基質(zhì)是由帶有電荷的樹脂或纖維素組成。帶有正電荷的稱之陰離子交換樹脂；帶有負電荷的稱之陽離子交換樹脂。例題：利用陽離子交換層析分離下列每一對氨基酸，哪一種氨基酸首先被pH7緩沖液從離子交換柱上洗脫出來。（a）Asp和Lys（b）Arg和Met（c）Glu和Val

答：（a）Asp（b）Met（c）Glu

第四節(jié)肽（peptide）

（一）肽的結(jié)構(gòu)和命名

肽是由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而形成的化合物。Peptidebond二肽三肽四肽低于10稱寡肽（oligopeptide）多肽（Polypeptide）氨基酸之間通過肽鍵連接形成的鏈稱肽鏈。N端氨基酸殘基氨基酸殘基C端肽鏈書寫方式：N端→C端用“-”表示肽鍵肽鏈有鏈狀、環(huán)狀和分支狀。

左右命名：根據(jù)氨基酸組成，由N端→C端命名丙氨酰甘氨酰亮氨酸

Ala－Gly－Leu(orAla?Gly?Leu)（1）谷光甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2CO—COOHγ-GluNHCHCO—CH2SHCys2GSHGSSG（2）催產(chǎn)素和升壓素

均為9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催產(chǎn)素使子宮和乳腺平滑肌收縮，具有催產(chǎn)和促使乳腺排乳作用。升壓素促進血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿。NHCH2COOHGly由于肽中N端自由氨基和C端自由羧基之間的距離比氨基酸中的大，因此它們之間的靜電引力較弱。肽與氨基酸一樣具有酸、堿性質(zhì)，它的解離主要取決于肽鏈的末端氨基、末端羧基和側(cè)鏈R基。1．兩性解離與等電點（二）肽的理化性質(zhì)

肽的等電點定義：肽所帶凈電荷為“零”時，溶液的pH值。

例：已知末端α-COOH，pK3.6，末端α-NH3+pK8.0ε-NH+3pK10.6。計算Ala-Ala-Lys-Ala的等電點。pI=(8.0＋10.6)/2=9.3pI=1/2(8.0+10.6)=9.3今有一四肽甘氨酰谷氨酰賴氨酰丙氨酸,其pKα-COOH=3.7,pKα-NH2=7.8,pK側(cè)鏈COOH=4.6,pK側(cè)鏈NH2=10.2求該四肽的等電點?作業(yè):2．肽的化學(xué)性質(zhì)肽的化學(xué)性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離、等電點等，但肽有與氨基酸不同的特殊反應(yīng).（1）雙縮脲反應(yīng)雙縮脲＋堿性CuSO4溶液紫色蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排布蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)PrimaryStructure二級結(jié)構(gòu)SecondaryStructure超二級結(jié)構(gòu)SupersecondaryStructure結(jié)構(gòu)域Domain三級結(jié)構(gòu)TertiaryStructure四級結(jié)構(gòu)QuarternaryStructure第五節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)又稱初級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)/高級結(jié)構(gòu)/三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（化學(xué)結(jié)構(gòu)）1、

定義:就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。一級結(jié)構(gòu)中包含的共價鍵（covalentbonds）：

肽鍵（peptidebond）二硫鍵（disulfidebond）HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr–Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB鏈15710151920212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SSSS牛胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)—S————S——原則：將大化小，逐段分析，制成兩套肽片段，找出重疊位點，排出肽的前后位置，最后確定蛋白質(zhì)的完整序列。2、關(guān)于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)序列的測定問題序列測定前的準(zhǔn)備工作：樣品的純度相對分子質(zhì)量肽鏈的數(shù)目氨基酸組成一級結(jié)構(gòu)的測定主要用小片段重疊的原理（1）末端分析：包括N端分析，C端分析（2）肽鏈的拆開和分離（3）肽鏈的部分水解（4）肽段的分離和氨基酸序列測定（5）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列

（1）末端分析：包括N端分析，C端分析1)二硝基氟苯法（DNFB法或FDNB法）2)苯異硫氰酸(酯)法（PITC法/Edman降解法）

3)氨肽酶（aminopeptidase,Apase）法識別氨基端，并從氨基端開始逐個水解N端分析N端氨基封閉的幾種情況1.焦谷氨酰環(huán)化-焦谷氨酸氨肽酶2.乙?；?.環(huán)狀肽C端分析

2)肼解法：也稱聯(lián)氨法

1)羧肽酶（carboxypeptidase,Cpase）法

（2）肽鏈的拆開和分離共價鍵(二硫鍵)非共價鍵-用變性劑來破壞非共價鍵,如8mol/L的尿素或6mol/L的鹽酸胍

過氧甲酸巰基化合物（3）肽鏈的部分水解化學(xué)方法－－溴化氰（CNBr）裂解法:甲硫氨酸酶解方法氨基酸序列測定:Edman降解法酶解法用測定核酸的順序來反推蛋白質(zhì)的順序是當(dāng)前很有發(fā)展前途的一種方法.（5）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列例子:氨基末端H羧基末端S第二套肽段SEOWTOUVERLAPSHO第一套肽段OUSPSEOVERLAHOWTHOWTOUSEOVERLAPSHOWTOUSEOVERLAPS二硫鍵位置的確定對角線電泳法

近年來由于DNA序列的測定發(fā)展很快，可將相應(yīng)于蛋白質(zhì)的DNA序列測定出來后，推出蛋白質(zhì)的序列，為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定帶來了新的曙光。一級結(jié)構(gòu)測定展望HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr–Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB鏈15710151920212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SSSS牛胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)—S————S——（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象、高級結(jié)構(gòu)）

指:蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鏈的走向。構(gòu)型---在立體異構(gòu)體中，取代原子或基團在空間的取向構(gòu)象當(dāng)單鏈旋轉(zhuǎn)時，分子中的基團或原子可能形成不同的空間排布，這些不同的空間排列稱為不同的構(gòu)象。

早在20世紀(jì)30年代，Pauling和Corey就開始有X-射線衍射方法研究了氨基酸和肽的結(jié)構(gòu)，他們得到了重要的結(jié)論:(1)肽鍵的鍵長介于C-N單鍵和雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。(2)肽鍵中的四個原子和它相鄰的兩個α-碳原子處于同一平面，形成了酰胺平面，也稱肽(鍵)平面。(3)在酰胺平面中C=0與N-H呈反式。Cα—C—N—CαOH—CN—O-H+CαCα多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以α碳原子相隔。而Cα-C鍵和Cα-N鍵是單鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)，其中Cα-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ，Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ。ψ和φ這一對兩面角決定了相鄰兩個酰胺平面的相對位置，也就決定了肽鏈的構(gòu)象。1.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞方式，不涉及側(cè)鏈和整個肽鏈空間排列。（1）α-螺旋（α-helix）1）螺旋的每圈有3.6個氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°。每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm，螺旋上升時，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100o。2）每個肽鍵的羰基氧與遠在第四個氨基酸氨基上的氫形成氫鍵（hydrogenbond），氫鍵的走向平行于螺旋軸，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成。3)α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。

4)R側(cè)鏈基團伸向螺旋的外側(cè)。RRRRRRRRR螺旋的橫截面影響α-螺旋的穩(wěn)定性的因素在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，α-螺旋就不穩(wěn)定?！?/p>

在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro，α-螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個彎曲（bend）或結(jié)節(jié)（kink）?！?/p>

Gly的R基太小，難以形成α-螺旋所需的兩面角，所以和Pro一樣也是螺旋的最大破壞者?！?/p>

肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如Ile，由于空間位阻，也難以形成α-螺旋。●

(2)β-折疊（β-pleatedsheet）也是pauling等人提出來的，它是與α-螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。①β-折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個折疊的片層。②在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。β-折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。NNCNNCCC平行反平行（3）β-轉(zhuǎn)角（β-turn）為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個氨基酸的氨基氫上。N—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHOβ-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行β-折疊片的端頭。（4）無規(guī)卷曲沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的活性部位。2.超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)是指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)至三級結(jié)構(gòu)層次的一種過渡態(tài)構(gòu)象層次。已知的超二級結(jié)構(gòu)主要有αα,βxβ,β-曲折和β-折疊筒等。

αα：是兩個α-螺旋互相纏繞，形成一個左手超螺旋。ββββcββαββαβαβ

結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步繞曲折疊成緊密的近似球行的結(jié)構(gòu)，具有部分生物功能。

對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級結(jié)構(gòu)。

有時也稱功能域，功能域是指有功能的部分。功能域可以是一個結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域組成。

對那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)往往是一個意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)域的。一般來說，大的蛋白質(zhì)分子可以由2個或更多個結(jié)構(gòu)域組成。3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)——涉及到多肽鏈上的所有原子（包括主鏈和側(cè)鏈）在三維空間的分布。

定義:蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)，超二級結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，多肽鏈再進一步折疊盤繞成更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，三級結(jié)構(gòu)主要靠非共價鍵來維持。下面以鯨肌紅蛋白為例，說明蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，1963年Kendrew等通過鯨肌紅蛋白的x-射線衍射分析，測得了它的空間結(jié)構(gòu)。肌紅蛋白是由一條多肽鏈折疊盤繞成近似球狀的構(gòu)象。(2)主鏈的80%左右是右手螺旋，其余為無規(guī)卷曲，一條多肽鏈共有8個螺旋區(qū)（A、B、C、D、E、F、G、H），7個非螺旋區(qū)（二個在末端，中間有五個）。(3)氨基酸殘基的親水基團幾乎全部分布在分子的表面，而疏水基團幾乎全部在分子的內(nèi)部。(4)血紅素輔基垂直地伸出分子表面，通過一個His殘基和分子內(nèi)部相連。

它對肌紅蛋白的生物活性是必需的（與O2結(jié)合）。肌紅蛋白是1957年由JohnKendrew用X射線晶體分析法測定的有三維結(jié)構(gòu)的第一個蛋白質(zhì)。4.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)——多個亞基（subunit）的空間排布和相互作用。亞基間以非共價鍵連接。

四級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的亞基聚合成大分子蛋白質(zhì)的方式（亞基是指一條多肽鏈或以共價鏈連接在一起的幾條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子的最小共價結(jié)構(gòu)單位）。血紅蛋白（hemoglobin）是由四個亞基組成，2個α-亞基，2個β-亞基，每個亞基由一條多肽鏈與一個血紅素輔基組成。４個亞基以正四面體的方式排列，彼此之間以非共價鍵相連（主要是離子鍵、氫鍵）

。

說明:一般來說亞基不具有生物活性，即使有也很小，只有當(dāng)這些亞基聚合成一個完整的蛋白質(zhì)分子后，才具有生物活性。球狀蛋白質(zhì)的構(gòu)象特點(1)在球狀蛋白質(zhì)分子中,一條多肽鏈往往通過一部分α-螺旋，一部分β-折疊，一部分β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等使肽鏈折疊盤繞成近似球狀的構(gòu)象。(2)球狀蛋白質(zhì)的大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在分子表面形成親水面，而大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋在分子內(nèi)部形成疏水核。(3)球狀蛋白質(zhì)的表面往往有內(nèi)陷的空穴，空穴周圍有許多疏水側(cè)鏈，是疏水區(qū)，這空穴往往是酶的活性部位或蛋白質(zhì)的功能部位。纖維狀蛋白質(zhì)的構(gòu)象

（1）角蛋白（keratin）α-角蛋白

纖維狀蛋白質(zhì)角蛋白(keratin)

角蛋白可分為兩類，一類是α-角蛋白，另一類是β-角蛋白。α-角蛋白是角蛋白中的優(yōu)勢形式。它主要是由α-螺旋構(gòu)象的多肽鏈構(gòu)成的，多肽鏈大體上與角蛋白的長向平行。一根毛發(fā)大纖維沿軸向排列。毛發(fā)具有高度有序的結(jié)構(gòu)。毛發(fā)性能就決定于α-螺旋結(jié)構(gòu)以及這樣的組織方式。

共價鍵次級鍵化學(xué)鍵肽鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結(jié)構(gòu)（三）蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵蛋白質(zhì)中的疏水基團彼此靠近、聚集以避開水的現(xiàn)象稱之疏水相互作用（hydrophobic0interaction）或疏水效應(yīng)（hydrophobiceffect）。多肽鏈骨架的羰基和酰胺基之間，特別是在球蛋白內(nèi)部的那些基團之間常常形成氫鍵。大多數(shù)氫鍵都是N-H……O類型的范德華力包括吸引力和斥力兩種相互作用，范德華力只有當(dāng)兩個非極性殘基之間處于一定距離時才能達到最大。雖然范德華力相對來說比較弱，但由于范德華力相互作用數(shù)量大，并且具有加和性，因此范德華力對球蛋白的穩(wěn)定性也有貢獻。帶有相反電荷的側(cè)鏈之間的離子相互作用也能幫助穩(wěn)定球蛋白，雖然這種作用很弱。a離子鍵b氫鍵c疏水鍵d范德華引力六、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子具有多樣的生物學(xué)功能，需要一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還需要一定的空間構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.種屬差異

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異十分明顯，但相同部分氨基酸對蛋白質(zhì)的功能起決定作用。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，可以斷定它們在親緣關(guān)系上的遠近。2.分子病——蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序與正常有所不同的遺傳病。從患者紅細胞中鑒定出特異的鐮刀型或月牙型細胞。鐮刀狀細胞貧血（sick-cellanemia）患者與正常人的血象比較1954年IngramV等人 指紋圖譜（fingerprint）水平為電泳,垂直為層析鐮刀狀細胞貧血（sick-cellanemia）β-鏈1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…Hb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點含氧HbS脫氧HbS疏水位點血紅蛋白分子凝集（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系別（變）構(gòu)作用：含多亞基的蛋白質(zhì)由于一個亞基的構(gòu)象改變而引起其余亞基和整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作用。因別構(gòu)而產(chǎn)生的效應(yīng)稱別構(gòu)效應(yīng)。以血紅蛋白（Hb)的結(jié)構(gòu)與功能為例α、β鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白的很相似，Hb接近于球體，4個亞基分別在四面體的四個角上，每個亞基上有一個血紅素輔基。成人：HbA：α2β298%HbA2：α2δ22%胎兒：HbF：α2γ21.血紅蛋白的結(jié)構(gòu)亞基與亞基之間通過非共價鍵締和在一起2.血紅蛋白中血紅素輔基的結(jié)構(gòu)任何亞基吸收氧分子后都會牽動骨架3．血紅蛋白與氧的結(jié)合(氧合曲線/氧解離曲線)YPO2四個亞基之間具有正協(xié)同效應(yīng)，氧合曲線是S型曲線。開始，氧的結(jié)合要比肌紅蛋白對氧的結(jié)合慢（在脫氧血紅蛋白中，亞基之間的連接比較緊密），這種構(gòu)象不利于O2的結(jié)合，而當(dāng)?shù)谝粊喕c氧結(jié)合后，增加了其余亞基對氧的親和力。反之，當(dāng)氧分壓降低時，從氧合血紅蛋白失去一個氧分子，將引起其余的氧分子更易解離，說明各亞基間存在一種協(xié)同效應(yīng)。TformRform氧合作用顯著改變Hb的四級結(jié)構(gòu)，血紅素鐵的微小移動導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換（從T態(tài)→R態(tài)）T態(tài)（tensestate）緊張態(tài) R態(tài)（relaxedstate）松馳態(tài)。血紅素中的二價鐵原子在與氧結(jié)合的前后，并不發(fā)生價數(shù)的改變總之，各種蛋白質(zhì)都有特定的空間構(gòu)象，而特定的空間構(gòu)象又與它們特定的生物學(xué)功能相適應(yīng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。七、蛋白質(zhì)的性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)的相對分子量蛋白質(zhì)相對分子量在10000~1000000之間。測定分子量的主要方法有滲透壓法、超離心法、凝膠過濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。最準(zhǔn)確可靠的方法是超離心法（Svedberg于1940年設(shè)計）：蛋白質(zhì)顆粒在強大離心力作用下從溶液中沉降下來。沉降系數(shù)（s）：單位（cm）離心場里的沉降速度。沉降系數(shù)的單位常用S，1S=1×10-13s牛血清清蛋白沉降系數(shù)4.4×10-13s，表示為4.4S。（二）蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點蛋白質(zhì)在其等電點偏酸溶液中帶正電荷，在偏堿溶液中帶負電荷，在等電點pH時為兩性離子。電泳：帶電顆粒在電場中移動的現(xiàn)象。分子大小不同的蛋白質(zhì)所帶凈電荷密度不同，遷移率即異，在電泳時可以分開。1.自由界面電泳：蛋白質(zhì)溶于緩沖液中進行電泳。2.區(qū)帶電泳：將蛋白質(zhì)溶液點在浸了緩沖液的支持物上進行電泳，不同組分形成帶狀區(qū)域。（1）凝膠電泳：用凝膠（淀粉、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。1）圓盤電泳：玻璃管中進行的凝膠電泳。+—2）平板電泳：鋪有凝膠的玻板上進行的電泳。-+（三）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)布郎運動、丁道爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，具有吸附能力蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：1）表面形成水膜（水化層）；

2）帶相同電荷。一方面由于蛋白質(zhì)表面的親水基團會吸引它周圍的水分子，使水分子定向排列在它的周圍，形成“水化層”。另一方面由于蛋白質(zhì)在非等電點時帶有同種電荷，同種電荷相斥，也使蛋白質(zhì)分子保持一定的距離而不會聚合。（四）蛋白質(zhì)的沉淀反應(yīng)1.鹽析：加高濃度中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出。2.加有機溶劑--乙醇、丙酮等，機理：破壞蛋白質(zhì)的水化膜。3.加重金屬鹽--重金屬鹽加入之后，與帶負電的羧基結(jié)合。重金屬沉淀蛋白質(zhì)會使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性，長期從事重金屬作業(yè)的人應(yīng)多吃高蛋白食品，以防止重金屬離子被機體吸收后造成對機體的損害。在酸性條件下，蛋白質(zhì)帶正電，可以與生物堿試劑的酸根離子結(jié)合而產(chǎn)生沉淀。“柿石癥”的產(chǎn)生就是由于空腹吃了大量的柿子，柿子中含有大量的單寧酸，使腸胃中的蛋白質(zhì)凝固變性而成為不能被消化的“柿石”4.加生物堿試劑--單寧酸、苦味酸、鉬酸、鎢酸、三氯乙酸能沉淀生物堿，稱生物堿試劑。

5.加熱（五）蛋白質(zhì)的變性定義：天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，其共價鍵不變，但分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，致使其原有性質(zhì)發(fā)生部分或全部喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。（1）生物活性全部或部分喪失（2）一些側(cè)鏈基團暴露，可滴定基團增加（3）一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變（4）生化性質(zhì)的改變變性蛋白質(zhì)的特性

有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過一定限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì)。－－復(fù)性－－變性的可逆性反應(yīng)名稱試劑顏色反應(yīng)有關(guān)基團有此反應(yīng)的蛋白質(zhì)或氨基酸雙縮脲反應(yīng)NaOH、CuSO2紫色或粉紅色二個以上肽鍵所有蛋白質(zhì)米倫反應(yīng)HgNO3、Hg(NO3)2及HNO3混合物紅色

Tyr黃色反應(yīng)濃HNO3及NH3黃色、橘色

Tyr、Phe乙醛酸反應(yīng)(Hopking-Cole反應(yīng))乙醛酸試劑及濃H2SO4紫色

Trp坂口反應(yīng)(Sakaguchi反應(yīng))α-萘酚、NaClO紅色胍基Arg酚試劑反應(yīng)(Folin-Cioculteu反應(yīng))堿性CuSO4及磷鎢酸-鉬酸藍色酚基、吲哚基Tyr茚三酮反應(yīng)茚三酮藍色自由氨基及羧基α-氨基酸

（六）蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)—OHN2、超濾法:是最近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)，利用分子大小不同，來分離蛋白質(zhì)。八蛋白質(zhì)的分離純化技術(shù)1、透析:3、等電點沉淀利用蛋白質(zhì)在等電點時溶解度最小這一特性，可以調(diào)溶液的pH，盡量接近它的等電點，而使蛋白質(zhì)沉淀。4、鹽析法

在蛋白質(zhì)的抽提液中加入一定量的中性鹽，使蛋白質(zhì)沉淀下來，常用的中性鹽為(NH4)2SO4、NH4Cl等。

5、電泳SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS）

SDS（十二烷基硫酸鈉）是一種陰離子去污劑，帶有很多負電荷，與蛋白質(zhì)結(jié)合以后，蛋白質(zhì)分子帶有足夠的負電荷，遠遠超過了蛋白質(zhì)分子原有的電荷，蛋白質(zhì)分子原有的電荷就變得無足輕重了。另外,由于SDS的作用，改變了蛋白質(zhì)單體分子的形狀，均成長橢圓棒狀。所以在電場上移動的速度完全取決于蛋白質(zhì)分子的大小。6、離子交換層析

離子交換層析是根據(jù)蛋白質(zhì)所帶電荷的不同進行分離純化。常用的陽離子交換劑為羧甲基纖維素（CM-C），陰離子交換劑為二乙氨基乙基纖維素（DEAE-C）。7、凝膠過濾也稱分子排阻層析、分子篩層析，這是根據(jù)蛋白質(zhì)分子大小不同來分離純化蛋白質(zhì)的一種方法。葡聚糖凝膠（商品名Sephadex）

聚丙烯酰胺凝膠(商品名Bio-GelP)瓊脂糖凝膠(商品名因生產(chǎn)廠家而不同)常用的凝膠:8、親和層析這是根據(jù)蛋白質(zhì)能與特異的配體相結(jié)合而設(shè)計的一種方法。蛋白質(zhì)＋配體蛋白質(zhì)配體復(fù)合物這種分離純化方法由于專一性強，理論上可以從復(fù)雜的體系中一步提取所需的物質(zhì)。本章較全面地介紹了蛋白質(zhì)化學(xué)的基本知識，重點闡述了氨基酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能間的依存關(guān)系。在學(xué)習(xí)氨基酸的結(jié)構(gòu)時應(yīng)聯(lián)系有機化學(xué)的羧酸結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)時應(yīng)聯(lián)系氨基酸的結(jié)構(gòu)，再將氨基酸的結(jié)構(gòu)和特性與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性聯(lián)系起來。認(rèn)識蛋白質(zhì)的重要生物學(xué)意義。提要某種溶液中含有三種三肽：Tyr-Arg-Ser,Glu-Met-Phe和Asp-Pro-Lys,α-COOH基團的pKa為3.8;α-NH3基團的pKa為8.5。在哪種pH（2.0,6.0或13.0）下，通過電泳分離這三種多肽的效果最好？答：pH=6.0比pH=2.0或pH=13.0時電泳能提供更好的分辨率。因為在pH＝6.0的條件下每種肽都帶有不同的凈電荷(+1，-1，和0)，而在pH＝2.0的條件下凈電荷分別為+2，+1和+2，在pH＝13.0的條件下凈電荷分別為-2，-2和-2。下列試劑和酶常用于蛋白質(zhì)化學(xué)的研究中：

CNBr;異硫氰酸苯酯;丹黃酰氯；脲;6mol/LHCl;β-巰基乙醇;水合茚三酮;過甲酸;胰蛋白酶;胰凝乳蛋白酶。

其中哪一個最適合完成以下各項任務(wù)？

（a）測定小肽的氨基酸序列。

（b）鑒定肽的氨基末端殘基。

（c）不含二硫鍵的蛋白質(zhì)的可逆變性。若有二硫鍵存在時還需加什么試劑？

（d）在芳香族氨基酸殘基羧基側(cè)水解肽鍵。

（e）在蛋氨酸殘基羧基側(cè)水解肽鍵。

（f）在賴氨酸和精氨酸殘基側(cè)水解肽鍵。答：（a）異硫氰酸苯酯。（b）丹黃酰氯。（c）脲；β-巰基乙醇還原二硫鍵。（d）胰凝乳蛋白酶。（e）CNBr。（f）胰蛋白酶1、在寡聚蛋白質(zhì)中，亞基間的立體排布、相互作用以及接觸部位間的空間結(jié)構(gòu)稱之謂()

A、三級結(jié)構(gòu)

B、締合現(xiàn)象

C、四級結(jié)構(gòu)

D、變構(gòu)現(xiàn)象2、形成穩(wěn)定的肽鏈空間結(jié)構(gòu)，非常重要的一點是肽鍵中的四個原子以及和它相鄰的兩個α-碳原子處于()

A、不斷繞動狀