第二章蛋白質的化學

蛋白質的結構與功能第一章StructureandFunctionofProtein一、什么是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。二、蛋白質的生物學重要性1.蛋白質是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護作用4）物質的轉運和存儲5）運動與支持作用6）參與細胞間信息傳遞2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧化供能蛋白質的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)

組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘

。各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%

蛋白質元素組成的特點一、氨基酸

——組成蛋白質的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸目錄色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸目錄天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH（二）氨基酸的理化性質1.兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收3.茚三酮反應氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。二、肽*肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的

-羧基與另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。（一）肽(peptide)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。N末端C末端牛核糖核酸酶（二）幾種生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽三、蛋白質的分類*根據(jù)蛋白質組成成分單純蛋白質結合蛋白質=蛋白質部分+非蛋白質部分*根據(jù)蛋白質形狀纖維狀蛋白質球狀蛋白質蛋白質的分子結構

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質的分子結構包括

一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)高級結構定義蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質的一級結構主要的化學鍵肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。目錄二、蛋白質的二級結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象

。定義

主要的化學鍵：

氫鍵

（一）肽單元參與肽鍵的6個原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，C

1和C

2在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同一平面上的6個原子構成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。蛋白質二級結構的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉角(

-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）

-螺旋目錄（三）

-折疊（四）

-轉角和無規(guī)卷曲

-轉角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。（五）模體在許多蛋白質分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，被稱為模體(motif)。鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體鋅指結構（六）氨基酸殘基的側鏈對二級結構形成的影響蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成

-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應的二級結構。三、蛋白質的三級結構疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一）定義目錄肌紅蛋白(Mb)N端C端纖連蛋白分子的結構域（二）結構域大分子蛋白質的三級結構?？煞指畛梢粋€或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結構域(domain)。（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構。*分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，如此重復進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。*分子伴侶在蛋白質分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。亞基之間的結合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質的四級結構蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質的四級結構。有些蛋白質分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結構，稱為蛋白質的亞基(subunit)。血紅蛋白的四級結構

蛋白質結構與功能的關系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構與功能的關系牛核糖核酸酶的一級結構二硫鍵天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性（二）一級結構與功能的關系例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·t