氨基酸和多肽的生物有機化學(xué)

氨基酸和多肽的生物有機化學(xué)蛋白質(zhì)存在于所有得生物細(xì)胞中,就是構(gòu)成生物體最基本得結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)就是生命活動得物質(zhì)基礎(chǔ),她參與了幾乎所有得生命活動過程。

第一節(jié)概述一、蛋白質(zhì)得定義蛋白質(zhì):就是一切生物體中普遍存在得,由天然氨基酸通過肽鍵連接而成得生物大分子;其種類繁多,各具有一定得相對分子質(zhì)量,復(fù)雜得分子結(jié)構(gòu)和特定得生物功能;就是表達(dá)生物遺傳性狀得一類主要物質(zhì)。

二、蛋白質(zhì)在生命中得重要性早在1878年,思格斯就在《反杜林論》中指出:“生命就是蛋白體得存在方式,這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體得化學(xué)組成部分得不斷得自我更新?！笨梢钥闯?第一,蛋白體就是生命得物質(zhì)基礎(chǔ);第二,生命就是物質(zhì)運動得特殊形式,就是蛋白體得存在方式;第三,這種存在方式得本質(zhì)就就是蛋白體與其外部自然界不斷得新陳代謝。現(xiàn)代生物化學(xué)得實踐完全證實并發(fā)展了恩格斯得論斷

1、蛋白質(zhì)就是生物體內(nèi)必不可少得重要成分

蛋白質(zhì)占干重人體中(中年人)人體45%水55%

細(xì)菌50%~80%蛋白質(zhì)19%

真菌14%~52%脂肪19%

酵母菌14%~50%糖類＜1%

白地菌50%無機鹽7%2、蛋白質(zhì)就是一種生物功能得主要體現(xiàn)者

(1)酶得催化作用(2)調(diào)節(jié)作用(多肽類激素)

(3)運輸功能(4)運動功能(5)免疫保護(hù)作用(干擾素)

(6)接受、傳遞信息得受體(7)毒蛋白3、外源蛋白質(zhì)有營養(yǎng)功能,可作為生產(chǎn)加工得對象、三、蛋白質(zhì)得組成1、元素組成

蛋白質(zhì)就是一類含氮有機化合物,除含有碳、氫、氧外,還有氮和少量得硫。某些蛋白質(zhì)還含有其她一些元素,主要就是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)中得組成百分比約為:碳50％氫7％氧23％氮16%

硫0—3％其她微量

氮占生物組織中所有含氮物質(zhì)得絕大部分。因此,可以將生物組織得含氮量近似地看作蛋白質(zhì)得含氮量。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)得含氮量接近于16%,所以,可以根據(jù)生物樣品中得含氮量來計算蛋白質(zhì)得大概含量

★蛋白質(zhì)含量得測定:

凱氏定氮法

(測定氮得經(jīng)典方法)

優(yōu)點:對原料無選擇性,儀器簡單,方法也簡單;缺點:易將無機氮(如核酸中得氮)

都?xì)w入蛋白質(zhì)中,不精確。一般,樣品含氮量平均在16%,取其倒數(shù)100/16=6、25,即為蛋白質(zhì)換算系數(shù),其含義就是樣品中每存在1g元素氮,就說明含有6、25g蛋白質(zhì));故:※蛋白質(zhì)含量=氮得量×100/16×6、25

除了上法外,還有

紫外比色法

雙縮脲法

Folin—酚

考馬斯亮蘭G—250比色法(條件:蛋白質(zhì)必須就是可溶得)

2、化學(xué)組成(兩種類型)單純蛋白質(zhì):水解為α-氨基酸結(jié)合蛋白質(zhì)=單純蛋白質(zhì)+輔基

第二節(jié)氨基酸化學(xué)一、氨基酸得結(jié)構(gòu)與分類(2)、除甘氨酸外,其她所有氨基酸分子中得α-碳原子都為不對稱碳原子,所以:A、氨基酸都具有旋光性。B、每一種氨基酸都具有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。目前已知得天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。1、氨基酸得結(jié)構(gòu)氨基酸就是蛋白質(zhì)水解得最終產(chǎn)物,就是組成蛋白質(zhì)得基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來得氨基酸有二十種,除脯氨酸和羥脯氨酸外,這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上得共同特點為:(1)、與羧基相鄰得α-碳原子上都有一個氨基,因而稱為α-氨基酸COOHH2NCHα-碳原子基團(tuán)

RR基團(tuán)α-氨基酸基本結(jié)構(gòu)通式

2、常見氨基酸得分類

中性AA(1)按R基團(tuán)得酸堿性分酸性AA

堿性AA(2)按R基團(tuán)得疏水性R基團(tuán)AA

電性質(zhì)分不帶電荷極性R基團(tuán)得AA

帶電荷R基團(tuán)得AA

脂肪族A(3)按R基團(tuán)得化學(xué)結(jié)構(gòu)分芳香族AA

雜環(huán)族AA

3、構(gòu)成蛋白質(zhì)得20種氨基酸

4、人體所需得八種必需氨基酸

賴氨酸(Lys)纈氨酸(Val)蛋氨酸(Met)

色氨酸(Try)亮氨酸(Leu)異亮氨酸(Ile)

酪氨酸(Thr)苯丙氨酸(Phe)

嬰兒時期所需:精氨酸(Arg)、組氨酸(His)

早產(chǎn)兒所需:色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys)５、幾種重要得不常見氨基酸

在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見得氨基酸,通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都就是由相應(yīng)得基本氨基酸衍生而來得。其中重要得有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸得結(jié)構(gòu)如下

大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點

二、氨基酸得重要理化性質(zhì)1、一般物理性質(zhì)常見氨基酸均為無色結(jié)晶,其形狀因構(gòu)型而異溶解性:各種氨基酸在水中得溶解度差別很大,并能溶解于稀酸或稀堿中,但不能溶解于有機溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。(2)熔點:氨基酸得熔點極高,一般在200℃以上。(3)味感:其味隨不同氨基酸有所不同,有得無味、有得為甜、有得味苦,谷氨酸得單鈉鹽有鮮味,就是味精得主要成分。旋光性:除甘氨酸外,氨基酸都具有旋光性,能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn),左旋者通常用(-)表示,右旋者用(+)表示。(5)光吸收:構(gòu)成蛋白質(zhì)得20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收,但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光得能力。

酪氨酸得

max＝275nm,275=1、4x103;苯丙氨酸得max＝257nm,257=2、0x102;色氨酸得max＝280nm,280=5、6x103;

2、氨基酸得離解性質(zhì)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中,并不就是以游離得羧基或氨基形式存在,而就是離解成兩性離子。在兩性離子中,氨基就是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在,羧基就是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不同得pH條件下,兩性離子得狀態(tài)也隨之發(fā)生變化PH1710凈電荷+10-1

正離子兩性離子負(fù)離子

等電點PI

3、氨基酸得等電點

當(dāng)溶液濃度為某一pH值時,氨基酸分子中所含得-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等,凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸得等電點,簡稱pI。在等電點時,氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動,即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含離解基團(tuán)得中性氨基酸,其等電點就是她得pK’1和pK’2得算術(shù)平均值:pI=(pK’1+pK’2)/2

同樣,對于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)得氨基酸,其pI值也決定于兩性離子兩邊得pK’值得算術(shù)平均值。酸性氨基酸:pI=(pK’1+pK’R-COO-)/2

鹼性氨基酸:pI=(pK’2+pK’R-NH2)/24、氨基酸得化學(xué)性質(zhì)(1)與茚三酮得反應(yīng)(顏色反應(yīng))

氨基酸與水合茚三酮共熱,發(fā)生氧化脫氨反應(yīng),生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。加熱過程中酮酸裂解,放出CO2,自身變?yōu)樯僖粋€碳得醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合,生成藍(lán)紫色化合物。★★★反應(yīng)要點A、該反應(yīng)由NH2與COOH共同參與B、茚三酮就是強氧化劑C、該反應(yīng)非常靈敏,可在570nm測定吸光值D、測定范圍:0、5~50μg/ml

E、脯氨酸與茚三酮直接生成黃色物質(zhì)(不釋放NH3)應(yīng)用:A、氨基酸定量分析(先用層析法分離)B、氨基酸自動分析儀:用陽離子交換樹脂,將樣品中得氨基酸分離,自動定性定量,記錄結(jié)果。(2)與甲醛反應(yīng)

反應(yīng)特點A、為α-NH2得反應(yīng)B、在常溫,中性條件,甲醛與α-NH2很快反應(yīng),生成羥甲基衍生物,釋放氫離子。應(yīng)用:氨基酸定量分析—甲醛滴定法(間接滴定)A、直接滴定,終點pH過高(12),沒有適當(dāng)指示劑。B、與甲醛反應(yīng),滴定終點在9左右,可用酚酞作指示劑。C、釋放一個氫離子,相當(dāng)于一個氨基(摩爾比1:1)D、簡單快速,一般用于測定蛋白質(zhì)得水解速度。(3)與2,4-二硝基氟苯(DNFB)反應(yīng)

反應(yīng)特點A、為α-NH2得反應(yīng)B、氨基酸α-NH2得一個H原子可被烴基取代(鹵代烴)C、在弱堿性條件下,與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代,生成二硝基苯氨基酸應(yīng)用:鑒定多肽或蛋白質(zhì)得N-末端氨基酸A、雖然多肽側(cè)鏈上得ε-NH2、酚羥基也能與DNFB反應(yīng),但其生成物,容易與α-DNP氨基酸區(qū)分和分離

★首先由Sanger應(yīng)用,確定了胰島素得一級結(jié)構(gòu)A、B、水解DNP-肽,得DNP-N端氨基酸及其她游離氨基酸C、分離DNP-氨基酸D、由Edman于1950年首先提出為α-NH2得反應(yīng)用于N末端分析,又稱Edman降解法肽分子與DNFB反應(yīng),得DNP-肽層析法定性DNP-氨基酸,得出N端氨基酸得種類、數(shù)目(4)與異硫氰酸苯酯(PITC)得反應(yīng)

Edman(苯異硫氰酸酯法)氨基酸順序分析法實際上也就是一種N-端分析法。此法得特點就是能夠不斷重復(fù)循環(huán),將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進(jìn)行標(biāo)記和解離。

肽鏈(N端氨基酸)與PITC偶聯(lián),生成PTC-肽環(huán)化斷裂:最靠近PTC基得肽鍵斷裂,生成PTC-氨基酸和少一殘基得肽鏈,同時PTC-氨基酸環(huán)化生成PTH-氨基酸分離PTH-氨基酸層析法鑒定Edman降解法得改進(jìn)方法---DNS-Edman降解法用DNS(二甲基萘磺酰氯)測定N端氨基酸原理DNFB法相同但水解后得DNS-氨基酸不需分離,可直接用電泳或?qū)游龇ㄨb定由于DNS有強烈熒光,靈敏度比DNFB法高100倍,比Edman法高幾到十幾倍可用于微量氨基酸得定量

用Edman降解法提供逐次減少一個殘基得肽鏈靈敏度提高,能連續(xù)測定。多肽順序自動分析儀樣品最低用量可在5pmol(5)與熒光胺得反應(yīng)

α-NH2得反應(yīng)氨基酸定量(6)與5,5’-雙硫基-雙(2-硝基苯甲酸)反應(yīng)-SH得反應(yīng)測定細(xì)胞游離-SH得含量(7)其她反應(yīng)成鹽、成酯、成肽、脫羧反應(yīng)氨基酸得應(yīng)用1,醫(yī)藥工業(yè)

氨基酸輸液

必需氨基酸:蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸半必需氨基酸:精氨酸、組氨酸就是幼兒所必需得。治療藥劑1,精氨酸:對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果;2,天冬氨酸:鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞;治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。3,半胱氨酸:能促進(jìn)毛發(fā)得生長,可用于治療禿發(fā)癥;甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等;組氨酸:可擴張血管,降低血壓,用于心絞痛,心功能不全等疾病得治療。2,化學(xué)工業(yè)維生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸為原料合成。葉酸:需要用谷氨酸為原料合成。氨基酸表面活性劑:?；劝彼徕c、十六烷基-L-賴氨酰-L-賴氨酸甲酯二鹽酸、月桂酰-L-精氨酸乙酯鹽酸等具有較強得抗菌殺菌活性,且無刺激性。聚合氨基酸:聚谷氨酸甲酯可用于作為合成皮革得表面處理劑;聚天冬氨酸或聚谷氨酸得二烷基酯與磷酸高級烷基酯結(jié)合得到化合物可作為可塑劑,穩(wěn)定劑等。3,食品工業(yè)營養(yǎng)強化劑;谷氨酸鈉－味精;天冬氨酸鈉:可用于清涼飲料,能增加清涼感并使香味濃厚爽口;天冬氨酰苯丙氨酸甲酯:－甜味素APM4,農(nóng)業(yè)殺蟲劑:刀豆氨酸、5-羥色氨酸可使南方毛蟲拒食而死;半胱氨酸可殺死黃瓜蠅;甘氨酸乙酯衍生得二硫代磷酸鹽具有較強得殺蚜蟲和殺螨效果;殺菌劑:N-月桂酰纈氨酸可作為治療稻瘟病;-1,4環(huán)己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等;除草劑:如N-3,4二氮丙氨酸,硫代氨基酸酯等;5,化妝品工業(yè)氨基酸能調(diào)節(jié)皮膚pH得變動,對細(xì)菌得防護(hù)作用,也可作為皮膚、毛發(fā)得營養(yǎng)成分,增加皮膚、毛發(fā)得光澤。防止皮膚干燥得自然保濕因子得主要成分就是甘氨酸、羥基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等游離氨基酸。在化妝品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些維生素,可防止皮膚老化。

第三節(jié)蛋白質(zhì)得分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)就是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結(jié)合而成得生物大分子。蛋白質(zhì)與多肽并無嚴(yán)格得界線,通常就是將分子量在6000道爾頓以上得多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大,從大約6000到道爾頓甚至更大

一、基本問題---肽一個氨基酸得氨基與另一個氨基酸得羧基之間失水形成得酰胺鍵稱為肽鍵,所形成得化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成得肽稱為二肽,由多個氨基酸組成得肽則稱為多肽。組成多肽得氨基酸單元稱為氨基酸殘基。

1、多肽

在多肽鏈中,氨基酸殘基按一定得順序排列,這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈得一端含有一個游離得

-氨基,稱為氨基端或N-端;在另一端含有一個游離得

-羧基,稱為羧基端或C-端。氨基酸得順序就是從N-端得氨基酸殘基開始,以C-端氨基酸殘基為終點得排列順序。如上述五肽可表示為:

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln

2、肽鍵

肽鍵得特點就是氮原子上得孤對電子與羰基具有明顯得共軛作用。組成肽鍵得原子處于同一平面。肽鍵中得C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì),不能自由旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下,以反式結(jié)構(gòu)存在。

3、天然存在得重要多肽

在生物體中,多肽最重要得存在形式就是作為蛋白質(zhì)得亞單位。但就是,也有許多分子量比較小得多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊得生理功能,常稱為活性肽。如:腦啡肽;激素類多肽;抗生素類多肽;谷胱甘肽;蛇毒多肽等。

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-腦啡肽

Leu-腦啡肽

二、蛋白質(zhì)得一級結(jié)構(gòu)1、蛋白質(zhì)得一級結(jié)構(gòu)(Primarystructure)包括:

(1)組成蛋白質(zhì)得多肽鏈數(shù)目、(2)多肽鏈得氨基酸順序,

(3)多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵得數(shù)目和位置?！锲渲凶钪匾镁褪嵌嚯逆湹冒被犴樞?她就是蛋白質(zhì)生物功能得基礎(chǔ)。2、蛋白質(zhì)得一級結(jié)構(gòu)得測定

蛋白質(zhì)氨基酸順序得測定就是蛋白質(zhì)化學(xué)研究得基礎(chǔ)。自從1953年F、Sanger測定了胰島素得一級結(jié)構(gòu)以來,現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)得一級結(jié)構(gòu)被測定。(1)測定蛋白質(zhì)得一級結(jié)構(gòu)得要求

A、樣品必需純(>97%以上);B、知道蛋白質(zhì)得分子量;C、知道蛋白質(zhì)由幾個亞基組成;D、測定蛋白質(zhì)得氨基酸組成;并根據(jù)分子量計算每種氨基酸得個數(shù)。E、測定水解液中得氨量,計算酰胺得含量。(2)測定步驟

①多肽鏈得拆分:由多條多肽鏈組成得蛋白質(zhì)分子,必須先進(jìn)行拆分。幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起,稱為寡聚蛋白質(zhì),如,血紅蛋白為四聚體,烯醇化酶為二聚體;可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理,即可分開多肽鏈(亞基)、

②測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈得數(shù)目:通過測定末端氨基酸殘基得摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間得關(guān)系,即可確定多肽鏈得數(shù)目。

③二硫鍵得斷裂:幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起?？稍诳捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下,用過量得

-巰基乙醇處理,使二硫鍵還原為巰基,然后用烷基化試劑保護(hù)生成得巰基,以防止她重新被氧化?？梢酝ㄟ^加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間得非共價力;應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間得二硫鍵。

★巰基得保護(hù)④測定每條多肽鏈得氨基酸組成,并計算出氨基酸成分得分子比;⑤分析多肽鏈得N-末端和C-末端

★末端氨基酸得測定:多肽鏈端基氨基酸分為兩類,N-端氨基酸和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中,最重要得就是N-端氨基酸分析法。末端氨基酸測定得主要方法有:

二硝基氟苯(DNFB)法丹磺酰氯法:在堿性條件下,丹磺酰氯(二甲氨基萘磺酰氯)可以與N-端氨基酸得游離氨基作用,得到丹磺酰-氨基酸。此法得優(yōu)點就是丹磺酰-氨基酸有很強得熒光性質(zhì),檢測靈敏度可以達(dá)到1

10-9mol。肼解法:此法就是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱,C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來,其余得氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水得物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。

氨肽酶法:氨肽酶就是一種肽鏈外切酶,她能從多肽鏈得N-端逐個得向里水解。根基不同得反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出得氨基酸種類和數(shù)量,按反應(yīng)時間和氨基酸殘基釋放量作動力學(xué)曲線,從而知道蛋白質(zhì)得N-末端殘基順序。最常用得氨肽酶就是亮氨酸氨肽酶,水解以亮氨酸殘基為N-末端得肽鍵速度最大。羧肽酶法:羧肽酶就是一種肽鏈外切酶,她能從多肽鏈得C-端逐個得水解。根基不同得反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出得氨基酸種類和數(shù)量,從而知道蛋白質(zhì)得C-末端殘基順序。目前常用得羧肽酶有四種:A,B,C和Y;A和B來自胰臟;C來自柑桔葉;Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外得所有C-末端氨基酸殘基;B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基得肽鍵。⑥多肽鏈斷裂成多個肽段,可采用兩種或多種不同得斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片,并將其分離開來。多肽得選擇性降解得方法有:酶解法:胰蛋白酶,糜蛋白酶,胃蛋白酶,嗜熱菌蛋白酶,羧肽酶和氨肽酶化學(xué)法:溴化氰水解法,她能選擇性地切割由甲硫氨酸得羧基所形成得肽鍵。⑦測定每個肽段得氨基酸順序。⑧確定肽段在多肽鏈中得次序:利用兩套或多套肽段得氨基酸順序彼此間得交錯重疊,拼湊出整條多肽鏈得氨基酸順序。⑨確定原多肽鏈重二硫鍵得位置:一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵得多肽鏈,再利用雙向電泳技術(shù)分離出各個肽段,用過甲酸處理后,將每個肽段進(jìn)行組成及順序分析,然后同其她方法分析得肽段進(jìn)行比較,確定二硫鍵得位置。三、蛋白質(zhì)得空間結(jié)構(gòu)1、蛋白質(zhì)得二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)得二級(Secondary)結(jié)構(gòu)就是指肽鏈得主鏈在空間得排列,或規(guī)則得幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。她只涉及肽鏈主鏈得構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成得氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。(1)、-螺旋

在-螺旋中肽平面得鍵長和鍵角一定,肽鍵得原子排列呈反式構(gòu)型,相鄰得肽平面構(gòu)成兩面角、①多肽鏈中得各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn),形成螺旋結(jié)構(gòu),螺旋一周,沿軸上升得距離即螺距為0、54nm,含3、6個氨基酸殘基;兩個氨基酸之間得距離0、15nm、②肽鏈內(nèi)形成氫鍵,氫鍵得取向幾乎與軸平行,第一個氨基酸殘基得酰胺基團(tuán)得-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團(tuán)得-NH基形成氫鍵。③蛋白質(zhì)分子為右手-螺旋。左手和右手螺旋

(2)-折疊

-折疊就是由兩條或多條幾乎完全伸展得肽鏈平行排列,通過鏈間得氫鍵交聯(lián)而形成得。肽鏈得主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象。①在-折疊中,-碳原子總就是處于折疊得角上,氨基酸得R基團(tuán)處于折疊得棱角上并與棱角垂直,兩個氨基酸之間得軸心距為0、35nm、②-折疊結(jié)構(gòu)得氫鍵主要就是由兩條肽鏈之間形成得;也可以在同一肽鏈得不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵得交聯(lián),氫鍵與鏈得長軸接近垂直。③

-折疊有兩種類型。一種為平行式,即所有肽鏈得N-端都在同一邊。另一種為反平行式,即相鄰兩條肽鏈得方向相反。(3)-轉(zhuǎn)角在-轉(zhuǎn)角部分,由四個氨基酸殘基組成、四個形成轉(zhuǎn)角得殘基中,第三個一般均為甘氨酸殘基、彎曲處得第一個氨基酸殘基得-C=O和第四個殘基得–N-H之間形成氫鍵,形成一個不很穩(wěn)定得環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。(４)自由回轉(zhuǎn)沒有一定規(guī)律得松散肽鏈結(jié)構(gòu),但仍就是緊密有序得穩(wěn)定結(jié)構(gòu),通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象、不同得蛋白質(zhì),自由回轉(zhuǎn)得數(shù)量和形式各不相同、分兩類:①緊密環(huán)②連接條帶２、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(１)超二級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中,由若干相鄰得二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起,彼此相互作用,形成有規(guī)則得、在空間上能辨認(rèn)得二級結(jié)構(gòu)組合體。幾種類型得超二級結(jié)構(gòu):αα;ββ;βαβ;βββ、

★超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu),但沒有聚集成具有功能得結(jié)構(gòu)域、ααβββαβ(２)結(jié)構(gòu)域?qū)τ谳^大得蛋白質(zhì)分子或亞基,多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨立得三維實體締合而成三級結(jié)構(gòu)。這種相對獨立得三維實體就稱結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域通常就是幾個超二級結(jié)構(gòu)得組合,對于較小得蛋白質(zhì)分子,結(jié)構(gòu)域與三級結(jié)構(gòu)等同,即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域一般由100~200個氨基酸殘基組成,但大小范圍可達(dá)40~400個殘基。氨基酸可以就是連續(xù)得,也可以就是不連續(xù)得、結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙,比較松散,往往就是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解得部位。酶得活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域得界面上、結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連,使分子構(gòu)象有一定得柔性,通過結(jié)構(gòu)域之間得相對運動,使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定得生物功能。在蛋白質(zhì)分子內(nèi),結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對獨立得運動,水解出來后仍能維持穩(wěn)定得結(jié)構(gòu),甚至保留某些生物活性、★結(jié)構(gòu)域與功能域得關(guān)系:有時一個結(jié)構(gòu)域就就是蛋白質(zhì)得功能域,但不總就是、包含一個但通常就是多個結(jié)構(gòu)域３、蛋白質(zhì)得三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)得三級結(jié)構(gòu)就是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)得基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤旋、折疊,從而生成特定得空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈得所有原子得空間排布、一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部,形成疏水核,極性側(cè)鏈在分子表面、４、蛋白質(zhì)得四級結(jié)構(gòu)許多蛋白質(zhì)就是由兩個或兩個以上獨立得三級結(jié)構(gòu)通過非共價鍵結(jié)合成得多聚體,稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中得每個獨立三級結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。蛋白質(zhì)得四級結(jié)構(gòu)就是指亞基得種類、數(shù)量以及各個亞基在寡聚蛋白質(zhì)中得空間排布和亞基間得相互作用。如,血紅蛋白得四級結(jié)構(gòu)得測定由佩魯茨1958年完成,其結(jié)構(gòu)要點為:球狀蛋白,寡聚蛋白,含四個亞基兩條α鏈,兩條β鏈,α2β2α鏈:141個殘基;β鏈:146個殘基分子量65000含四個血紅素輔基親水性側(cè)鏈基團(tuán)在分子表面,疏水性基團(tuán)在分子內(nèi)部三、蛋白質(zhì)分子中得共價鍵與次級鍵

一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→亞基→四級結(jié)構(gòu)維系蛋白質(zhì)分子得一級結(jié)構(gòu):肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子得二級結(jié)構(gòu):氫鍵維系蛋白質(zhì)分子得三級結(jié)構(gòu):疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子得四級結(jié)構(gòu):范德華力、鹽鍵a鹽鍵(離子鍵)b氫鍵c疏水相互作用力

d范德華力e二硫鍵f酯鍵氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵,均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小,但數(shù)量大疏水相互作用力對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要,二硫鍵越多,蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用力第四節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能得關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能得關(guān)系研究蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能得關(guān)系主要就是:研究多肽鏈中不同部位得殘基與生物功能得關(guān)系。進(jìn)行這方面得研究常用得方法有:同源蛋白質(zhì)氨基酸順序相似性分析、氨基酸殘基得化學(xué)修飾及切割實驗等。例1鐮刀形貧血病患者血紅細(xì)胞合成了一種不正常得血紅蛋白(Hb-S)她與正常得血紅蛋白(Hb-A)得差別:僅僅在于β鏈得N-末端第6位殘基發(fā)生了變化(Hb-A)第6位殘基就是極性谷氨酸殘基,(Hb-S)中換成了非極性得纈氨酸殘基使血紅蛋白細(xì)胞收縮成鐮刀形,輸氧能力下降,易發(fā)生溶血這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系得高度統(tǒng)一性例2一級結(jié)構(gòu)得局部斷裂與蛋白質(zhì)得激活體內(nèi)得某些蛋白質(zhì)分子初合成時,常帶有抑制肽,呈無活性狀態(tài),稱為蛋白質(zhì)原、蛋白質(zhì)原得部分肽鏈以特定得方式斷裂后,才變?yōu)榛钚苑肿?、?胰島素,在剛合成時,就是一個比成熟得胰島素分子大一倍多得單鏈多肽,稱為前胰島素原前胰島素原得N-末端有一段肽鏈,稱為信號肽、信號肽被切去,剩下得就是胰島素原。胰島素原比胰島素分子多一段C肽,只有當(dāng)C肽被切除后才成為有51個殘基,分A、B兩條鏈得胰島素分子單體、例3同源蛋白同源蛋白:就是指在不同有機體中實現(xiàn)同一功能得蛋白質(zhì)、同源蛋白中得一級結(jié)構(gòu)中有許多位置得氨基酸對所有種屬來說都就是相同得,稱為不變殘基;其她位置得氨基酸稱可變殘基、不同種屬得可變殘基有很大變化、可用于判斷生物體間親緣關(guān)系得遠(yuǎn)近、例:細(xì)胞色素C60個物種中,有27個位置上得氨基酸殘基完全不變,就是維持其構(gòu)象中發(fā)揮特有功能所必要得部位,屬于不變殘基、可變殘基可能隨著進(jìn)化而變異,而且不同種屬得細(xì)胞色素C氨基酸差異數(shù)與種屬之間得親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者,氨基酸差異少,反之則多(進(jìn)化樹)、黃色:不變殘基(invariableresidues)藍(lán)色:保守氨基酸(conservativeresidues)未標(biāo)記:可變殘基(variableresidues)二、蛋白質(zhì)得構(gòu)象與功能得關(guān)系別構(gòu)效應(yīng):又稱變構(gòu)效應(yīng),就是指寡聚蛋白與配基結(jié)合,改變蛋白質(zhì)構(gòu)象,導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性改變得現(xiàn)象、她就是細(xì)胞內(nèi)最簡單得調(diào)節(jié)方式、例:血紅蛋白得別構(gòu)效應(yīng)一個亞基與氧結(jié)合后,引起該亞基構(gòu)象改變進(jìn)而引起另三個亞基得構(gòu)象改變整個分子構(gòu)象改變與氧得結(jié)合能力增加

第五節(jié)蛋白質(zhì)得性質(zhì)一、蛋白質(zhì)得分子大小蛋白質(zhì)就是分子量很大得生物分子,相對分子質(zhì)量大于10000、最高可達(dá)40000000(煙草花葉病毒)、

蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量得測定方法1、根據(jù)化學(xué)成分測定最小相對分子質(zhì)量此法首先利用化學(xué)分析方法測定蛋白質(zhì)分子中某一特殊成分得百分含量然后,假定蛋白質(zhì)分子中該成分只有一個,據(jù)其百分含量可計算出最低相對分子質(zhì)量:最小相對分子質(zhì)量＝(已知成分得相對分子、原子質(zhì)量)/已知成分得百分含量如果蛋白質(zhì)分子中所含已知成分不就是一個單位,則真實相對分子質(zhì)量等于最小相對分子質(zhì)量得倍數(shù)。2、

超離心法在60000～80000r/min得高速離心力作用下,蛋白質(zhì)分子會沿旋轉(zhuǎn)中心向外周方向移動用光學(xué)方法測定界面移動得速度即為蛋白質(zhì)得離心沉降速度蛋白質(zhì)得沉降速度與分子大小和形狀有關(guān)沉降系數(shù)就是溶質(zhì)顆粒在單位離心場中得沉降速度,用S表示。一個S單位,為1×10-13秒相對分子質(zhì)量越大,S值越大蛋白質(zhì)得沉降系數(shù):1～200S

由沉降系數(shù)S可根據(jù)斯維得貝格〔Svedberg〕方程計算蛋白質(zhì)分子得相對分子質(zhì)量:

M=RST/D〔1－iρ〕R:氣體常數(shù)T:絕對溫度

D:擴散系數(shù)ρ:溶劑得密度3、凝膠過濾法凝膠過濾所用介質(zhì)為凝膠珠,其內(nèi)部為多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一定型號得凝膠網(wǎng)孔大小一定,只允許相應(yīng)大小得分子進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部,大分子則被排阻在外洗脫時大分子隨洗脫液從顆粒間隙流下來,洗脫液體積小;小分子在顆粒網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中穿來穿去,歷程長,后洗脫下來,洗脫體積大測定蛋白質(zhì)分子量一般用葡聚糖,商品名:Sephadex測得幾種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)得洗脫體積〔Ve〕以相對分子質(zhì)量對數(shù)(logM)對Ve作圖,得標(biāo)準(zhǔn)曲線再測出未知樣品洗脫體積〔Ve〕從標(biāo)準(zhǔn)曲線上可查出樣品蛋白質(zhì)得相對分子質(zhì)量4、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法SDS:十二烷基硫酸鈉,變性劑普通蛋白質(zhì)電泳得泳動速率取決于荷質(zhì)比(凈電荷、大小、形狀)用SDS和巰基乙醇(打開二硫鍵)處理蛋白質(zhì)變性(肽鏈伸展)并與SDS結(jié)合,形成SDS-蛋白質(zhì)復(fù)合物不同蛋白質(zhì)分子得均帶負(fù)電(SDS帶負(fù)電);且荷質(zhì)比相同(蛋白質(zhì)分子大,結(jié)合SDS多;分子小,結(jié)合SDS少)不同蛋白質(zhì)分子具有相似得構(gòu)象用幾種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量得對數(shù)值對她們得遷移率作圖測出待測樣品得遷移率從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品得相對分子質(zhì)量

★影響遷移率得主要因素凝膠得分子篩效應(yīng)對長短不同得棒形分子會產(chǎn)生不同得阻力〔主要因素〕凝膠得濃度和交聯(lián)度同一電泳條件下,分子小,受阻小,游動快,遷移率大。相對分子質(zhì)量大者,遷移率小★優(yōu)點:快速,樣品用量少,可同時測幾個樣品

缺點:誤差大,約為±10％(誤差主要來源于遷移距離得測量誤差)★此方法只能測得亞基肽鏈得相對分子質(zhì)量二、蛋白質(zhì)得兩性離解和電泳現(xiàn)象蛋白質(zhì)與多肽一樣,能夠發(fā)生兩性離解,也有等電點。在等電點時(IsoelectricpointpI),蛋白質(zhì)得溶解度最小,在電場中不移動。在不同得pH環(huán)境下,蛋白質(zhì)得電學(xué)性質(zhì)不同。在等電點偏酸性溶液中,蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷,在電場中向正極移動;在等電點偏堿性溶液中,蛋白質(zhì)粒子帶正電荷,在電場中向負(fù)極移動。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。蛋白質(zhì)在等電點pH條件下,不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)得電泳現(xiàn)象,可以將蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化。三、蛋白質(zhì)得膠體性質(zhì)由于蛋白質(zhì)得分子量很大,她在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液得典型性質(zhì),如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運動等。由于膠體溶液中得蛋白質(zhì)不能通過半透膜,因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白得小分子雜質(zhì)除去。四、蛋白質(zhì)得沉淀作用蛋白質(zhì)膠體溶液得穩(wěn)定性與她得分子量大小、所帶得電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱脳l件,將影響蛋白質(zhì)得溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)脳l件下,蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。

1、可逆沉淀(1)在溫和條件下,通過改變?nèi)芤旱胮H或電荷狀況,使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。(2)在沉淀過程中,結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化,在適當(dāng)?shù)脳l件下,可以重新溶解形成溶液,所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。(3)可逆沉淀就是分離和純化蛋白質(zhì)得基本方法,如等電點沉淀法、鹽