第一章 蛋白质化学蛋白质的生物学意义 蛋白质的元素组成蛋白质的氨基酸组成肽蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分类 提要蛋白质（蛋白质（proteinprotein）的生物学功能）的生物学功能2.2.蛋白质的重要生物学功能蛋白质的重要生物学功能3.3.氧化供能氧化供能其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白蛋白质蛋白质 是由许多不同的-氨基酸 按一定的序列通过肽键（酰胺键 ）缩合而成的，具有较稳定的构 象并具有一定生物功能的大分子 。蛋白质的元素组成C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、 N（1518%）、 S（04%）、各种蛋白质的含氮量很接均含氮量为 16% -凯氏（Kjadehl）定氮法的理论 基础蛋白质的含量=6.25 样品含氮量2.1蛋白质的分类2.1.1蛋白质形状球状蛋白纤维状蛋白膜蛋白2.1.2 分子组 成简单蛋白（ 按溶解度）结合蛋白 （按辅基）清蛋白 球蛋白谷蛋白醇溶蛋白精蛋白 组蛋白 硬蛋白核蛋白糖蛋白与蛋白聚糖脂蛋白色蛋白磷蛋白2.1.3蛋白质功能 酶调节蛋白 贮存蛋白质 转运蛋白质 运动蛋白 防御蛋白和毒蛋白 受体蛋白 支架蛋白结构蛋白 异常蛋白2.2蛋白质的组成单位氨基酸氨基酸 广义上是指既含氨基又含羧基的 化合物；是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种 标准氨基酸（20 standard amino acids)组 成。19种氨基酸具有一级氨基（-NH3+）和羧基 （-COOH）结合到碳原子（C），同时结合 到（C）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro 具有二级氨基（-亚氨基酸）2.1.1氨基酸的结构通式：不带电形式H2NCHCOOHR+H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称C（除Gly），则：1. 具有两种立体异构体 D-型和L-型2. 具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）2.2.2氨基酸的分类2.2.2.1根据R的化学结构（1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性： Gly、 Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser 、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）杂环氨基酸：Trp、His（4）杂环亚氨基酸：Pro2.2.2.2根据根据R的极性（1）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp（2）极性氨基酸1）不带电： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、 Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu非极性氨基酸极性不带电荷n蛋白质基本结构单位：L氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外n 氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类：20种。小结按主链碳的树目巧记忆氨基酸结构式 主链含有2个C(1种):R为H Gly 3C(9种):H- Ala His SH- Cys Phe OH- Ser Trp CONH- Asn COOH- Asp Tyr谐音:丙胱丝(寺),天组(祖)酰(显),酪(露)苯(本)色 4C:(5种) H3C Val HO Thr Gln CH3S Met HOOC Glu 谐音:携书担鲜谷 5C(4种):Pro H3C Ile Arg H3C leu谐音记忆:吉普一辆6C(1种):H2N Lys其他氨基酸 稀有氨基酸：基本氨基酸在蛋白质合成以后 经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的。 也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羟脯氨 酸、5-羟赖氨酸、锁链素等 非蛋白质氨基酸：基本氨基酸的衍生物，也 有一些是D-氨基酸或、-氨基酸。这 些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间 产物，如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中 间产物，-丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A 前体）的前体，-氨基丁酸是传递神经冲动 的化学介质。 2.2.3氨基酸的重要理化性质(1)一般物理性质无色晶体，熔点极高（200以上），不同 味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性）， 不溶于有机溶剂。Trp，Tyr，phe 在280nm附近有 最大吸收峰两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以 离子形式存在，在同一个氨基酸分子上 带有能放出质子的NH3+正离子和能接 受质子的COO-负离子，为两性电解质 。调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3 基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电 荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的 等电点（isoelectric point: pI）。 H3NCH COOHR+在酸性溶液 中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态 或水溶液中 的氨基酸（ pH=pI ）zwitterionH2NCHCOO-R在碱性溶液 中的氨基酸（pHpI）（当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的 -氨基，-羧基是可以离子化的。氨基酸等电点的确定：1）酸碱滴定2）根据pK值（该基团在此pH一半解离）计算：等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数。pI = pK1+pK2 2or（ pI = ）pK2+pKR2中性氨基酸碱性氨基酸pI = pK1+pKR 2酸性氨基酸Glu、Asp及CysLys、Arg、His带电状态判定 pI-pH0 .带正电 pI-pH0 .不带电(2)化学性质 （1）与茚三酮的反应： Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（ 蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法（3）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应（5）与亚硝酸反应（7）与5,5-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应（6）与荧光胺反应2.3 肽一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨 基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键） 。成肽反应： 肽链写法：游离-氨基在左，游离-羧基在右， 氨基酸之间用“-”表示肽键。H2N-丝氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe（S-L-F）氨基酸能以肽键相互连接形成长的、不带支 链的寡肽（12-20个氨基酸残基 ）和多肽（多于 20个氨基酸残基）。多肽仍然有游离的-氨基和 -羧基。肽键由于羰基碳-氧双键 的靠拢，允许存在共振结 构（resonance structure ），碳与氮之间的肽键有 部分（40%）双键性质。 肽键中的C-N键具有部分 双键性质，不能自由旋转 。由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽 键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平 面上，称肽平面。在大多数情况下，氨基的H与羰基的O 以反式（trans）结构存在。2.3.2生物活性肽的功能定义：能够调节生物机体的生命活动或具有某些 生理活性的寡肽和多肽的总称。 分子量比较小，以游离状态存在。这类多肽通常都具 有特殊的生理功能，常称为活性肽(biologically active peptide BAP) （促进肠道发育，调节内分泌机能，增 强免疫机能，抗菌等方面）。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽 ；蛇毒多肽等。 生产：通常用酶法生产，酸碱水解蛋白易破坏，L型氨 基酸会转化成消旋物或有毒物质（1）谷胱甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2CO-COOH-GluNHCHCO-CH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG（2）催产素和升压素 均为9肽，第3位和第 8位氨基酸不同。 催产素使子宫和乳腺 平滑肌收缩，具有催 产和促使乳腺排乳作 用。遗忘 升压素促进血管平滑 肌收缩，升高血压， 减少排尿。记忆（6）胃肠道活性肽（5）胰高血糖素由胰岛-细胞分泌（-细胞分泌胰岛素），29肽。胰 高血糖素调节 维持血糖浓度。-内啡肽（31肽）具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。Met-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Leu-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。（4）脑肽（3）促肾上腺皮质激素（ACTH）39肽，活性部位为第410位的7肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。n其他：生长因子；短杆菌S；甜味肽等2.4 蛋白质的结构蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性 序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形 状（构象）（conformation）。在结构中，这 种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定 。蛋白质有四种结构层次：一级结构（ primary），二级结构（secondary）超二级结 构、结构域，三级结构（tertiary）和四级结 构（quaternary）（不总是有）。一级结构就是蛋白质分子中氨基酸 残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列 。在基因编码的蛋白质中，这种序列是 由mRNA中的核苷酸序列决定的。2.4.1蛋白质的一级结构（primary structure ）蛋白质的一级结构包括：(1)组成蛋白质的多肽链数目(2)多肽链的氨基酸顺序(3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋 白质生物功能的基础。化学键：一级结构中包含的共价键（covalent bonds）主要指肽键（peptide bond）和二硫键 （disulfide bond）HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His- Leu-Val- Glu- Ala- Leu- Tyr Leu -Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链1571015 192 0212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH 15102015A链711621SSSS牛胰岛素的化学结构SSn一级结构体现生物信息：20n .多样n一级结构是空间结构及生物活性的基础特异n一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键2.4.2 蛋白质的空间结构（构象、高级结构）概念：蛋白质分子中所有原子在三维空间的 排列分布和肽链的走向，即除一级结构外 ，蛋白质的二、三、四级结构均属于空间 结构，即构象 （conformation）构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维系。构象与构型区别都是描述蛋白质空间结构的，二者的区 别在于： 构型：D型 、L型不能相互转换，如 转换必须断裂共价键 构象：不需要发生共价键断裂，即可 发生蛋白质分子和原子基在空间排布的 变化。共价键次级键