第二章蛋白质化学 Chapter 2 Chemistry of Protein

第二章蛋白质化学Chapter 2 Chemistry of Protein 一、蛋白质的生物学意义：生命现象的具体体现者和生物功能的具体执行者。原生质的主要成分，生物体形态结构的物质基础。生物体新陈代谢在酶的催化下进行，受激素的的调节。物质运输。生物运动。信息传递。生物防御。基因表达与生长分化。记忆、识别等。

二、蛋白质的化学组成 主要元素： C、H、O、N、S 微量元素： P、Fe、Zn、Cu、Mo、I 其中，N的含量较恒定，平均16%。 ——定N法测定蛋白质含量的依据。蛋白质含量 = 含N量  6.25

第一节氨基酸（Amino Acid）----蛋白质的基本结构单位一、概念含有氨基的羧酸。是蛋白质水解的最终产物。组成蛋白质的氨基酸只有20种。二、蛋白质氨基酸 1. 结构通式 2. 特点 --除脯氨酸外，均为-氨基酸。 --除甘氨酸外，均为L-氨基酸。

三、氨基酸分类 1. 按R基团的结构特点脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。 2. 从营养学角度必需氨基酸、非必需氨基酸。 3. 按R基团的性质\极性 --非极性氨基酸：疏水氨基酸。 --极性氨基酸：亲水氨基酸，包括酸性、碱性和非解离氨基酸。（表2-1）

四、氨基酸的重要理化性质 1. 物理性质外观：无色晶体，熔点高，有味溶解性：溶于水，不溶于有机熔剂 应用？光吸收：Tyr、Phe 、Trp在紫外区有光吸收能力最大吸收峰在280nm处 应用？

四、氨基酸的重要理化性质 2. 两性解离和等电点 (Figure & Table) Key Concept: pI (Isoelectric Point) pI = ½ (pK1 + pK2 ) = pH  Applications?

四、氨基酸的重要理化性质 3. 化学性质 1). 与茚三酮反应 NB: 有此反应的并不都是氨基酸。 2). 与亚硝酸反应 Key Point: free -amino group 3). 与甲醛反应

四、氨基酸的重要理化性质 3. 化学性质（续） 4). 与DNFB ( 2,4-二硝基氟苯) 反应 NB: 蛋白质的一级结构即氨基酸排列顺序的测定。 5). 与PITC(异硫氰酸苯酯)反应 Key Point: free -amino group at N-terminal of protein

第二节肽 • 肽键 -CO-NH- • 肽链 • 重要寡肽——举例谷胱甘肽催产素与加压素脑啡肽

第三节蛋白质的结构 一、一级结构 • 连接方式——肽键 • 氨基酸排列顺序——肽链 cf 核酸的一级结构 • 构型与构象(configuration & conformation) Key Point: covalent bond

测定氨基酸排列顺序的方法要点 1. 分析-NH2末端和COOH末端。 2. 完全水解测氨基酸组成。 3. 用两种以上的方法部分水解得小肽，测各小肽的氨基酸顺序。eg. 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。 4. 肽段重叠重组推断多肽结构。例 NB *两条肽链以上的蛋白，首先要分解成单链。 *含二硫键的蛋白，要先拆开二硫键。

二、蛋白质的二级结构 指蛋白质多肽链自身的折叠和盘绕方式。以氢键稳定结构。 1. -螺旋。 2. -折叠。 3. -转角。 4. 无规卷曲。

二、蛋白质的二级结构 1. -螺旋。蛋白质主链的典型结构方式。结构特点： • 每3.6个氨基酸残基上升1圈，螺距0.54nm。 • 侧链R外伸，相邻螺圈形成氢键与中轴平行。 • 分左手螺旋和右手螺旋。 NB: Pro为-亚氨基。

二、蛋白质的二级结构 2. -折叠。肽链的伸展结构。由两条（或以上）几乎完全伸展的多肽链侧向聚集而成。用热水、稀碱或拉力将-角蛋白处理，会使-螺旋的氢键断开而伸展。这时，肽链按层次排列，相邻肽链通过形成氢键维持稳定。 • 正向平行——N-端在同一方向 • 反向平行——N-端顺反交替

二、蛋白质的二级结构 3. -转角。包含4个氨基酸，1st氨基酸残基的C=O与4th氨基酸残基的N-H之间形成氢键。肽链在该处呈180°回折。

二、蛋白质的二级结构 3. 无规卷曲。没有规律的松散的肽链结构。酶的活性部位常在此区。 • 超二级结构 • 结构域(domain)

三、蛋白质的三级结构 (tertiary structure) • 蛋白质多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，形成特定构象的蛋白质或其亚基。 • 依靠次级键维持稳定。 • 非极性基团疏水，多聚集于分子内部；极性基团亲水，暴露在分子表面。 ==>蛋白质的性质

四、蛋白质的四级结构 (quaternary structure) • 两条（或两条以上）具有三级结构的多肽链聚合成特定构象的蛋白质分子。 • 每条多肽链称为亚基。单独亚基无生物活性。

第四节蛋白质分子结构与功能的关系 一级结构==>构象==>生物功能一、一级结构与功能的关系 • 种属差异 • 分子病二、构象与功能的关系 • aa排列顺序改变--构象改变 • 发生生物功能时的构象改变--活性改变

第五节蛋白质的性质 蛋白质由氨基酸组成，既具有氨基酸的性质，又有其特殊的性质。 • 分子量大 • 两性解离和等电点 • 胶体性质 • 沉淀反应 • 变性与复性 • 颜色反应

1.分子量大 10-1000 kD 测定蛋白质分子量的方法很多： 1. 化学成分测定 Mr = 某一微量元素的原子量×原子数 / 该元素的百分含量 2. 渗透压法灵敏度差。

1.分子量大 3. 凝胶过滤法（柱层析） 4. 聚丙烯酰胺凝胶电泳 5. 超离心法沉降系数S = 单位(cm)离心场里的沉降速度 dx / dt = 2 x

2. 两性解离和等电点 - 两末端分别有-NH2和-COOH。 - 部分氨基酸的R基团含有可解离的基团。电泳： • 电泳方向决定于：表面电荷的性质 • 电泳速度决定于：蛋白质所带的电荷量分子量电泳方法：自由界面电泳区带电泳凝胶电泳圆盘纸电泳平板

3. 胶体性质 • 1-100nm大小的颗粒 • 不能透过半透膜 纯化 • 表面形成水化层 亲水胶体、不易凝集沉淀

4. 沉淀反应 破坏水膜或中和电荷沉淀 1. 加盐 eg. (NH4)2SO4 2. 有机溶剂 3. 有机酸 / 生物碱 4. 重金属盐

5. 变性与复性 • 变性概念：在理化因素的影响下，蛋白质构象发生变化而失活。物理因素：高温、剧振、搅拌、紫外线、 X-射线、超声波化学因素：强酸、强碱、去污剂、重金属盐、有机酸等 • 变性蛋白的特征： 1. 生物学性质改变——酶失活 2. 理化性质改变——溶解度低、易沉淀、构象改变、光学性质改变 3. 生化性质改变——肽链松散、易酶水解 NB 一级结构不受破坏，组分、分子量不变。

5. 变性与复性(Cont.) • 变性原因：次级键（尤其是氢键）被破坏 (吴宪，1930S) • 变性结果： 1. 卷曲紧密结构松散无序伸展结构 2. 疏水基暴露，亲水基减少不能与水相溶而失去水膜沉淀蛋白质的变性作用比较剧烈，这种变性是不可逆的。若变性作用不剧烈，变性蛋白质可（部分）恢复其构象和性质，称复性。 NB 沉淀只除去蛋白质的水膜或中和电荷，变性则破坏蛋白质的构象。故：沉淀不一定是变性，变性易引起沉淀。e.g. pI of Protien

6. 颜色反应 蛋白质中的氨基酸的某些特殊基团与某些试剂产生颜色反应，用于蛋白质分析。 1. 双缩脲反应生成红紫色络合物。 2. 黄色反应芳香族氨基酸 (Tyr、Trp) 特有的呈色反应。 3. 米伦反应与酚基(Tyr) 反应生成红色汞化物。 4. 乙醛酸反应与含有吲哚基(Trp)的化合物反应生成紫色化合物。 5. Folin-酚反应酪氨酸的酚基将Folin试剂中的磷钼酸和磷钨酸反应还原成兰色物质。 // 蛋白质的定量测定分析方法之一。 6. 坂口反应Arg的胍基与-萘酚在次氯(溴)酸钠作用下生成红色产物。

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