生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,Chapter4 Protein的共价结构,第一节 蛋白质通论,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,早在1878年，思格斯就在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。” 可以看出，第一，蛋白体是生命的物质基础；第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式；第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新陈代谢。 现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断。,木瓜蛋白酶（组织蛋白酶）,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,（一）蛋白质的化学组成和分类,1、蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有C、H、O外，还有N和少量的S、P 。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是P、Fe、Cu、Co、Mn、 Zn等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50 氢 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,2、蛋白质的含氮量,氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： 蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮的克数 6.25,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,3、蛋白质的大小与分子量,蛋白质是分子量（Mr）很大的生物分子。对任一种给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是相同的，即所谓均一的蛋白质。,4、蛋白质的分类 什么叫单纯蛋白质、缀合蛋白质？辅基（或配体）？分类方法（158页）； 球状蛋白质、纤维状蛋白质、膜蛋白（质）； 单体蛋白质、寡聚蛋白质、亚基（亚单位）；,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,（二）蛋白质的构象和蛋白质结构的组织层次,每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象。 为了表示蛋白质结构的不同组织层次，一般采用下列专门术语： Protein的一级结构（primary structure) Protein的二级结构（secondary structure) Protein的三级结构(tertiary structure) Protein的四级结构（quarternary structure),（三）蛋白质功能的多样性（160页）,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,一、Amino acid 的连接方式肽键(peptide bond),二、肽（peptide) 1、定义：Amino acid 通过肽键连接起来的化合物称为肽。 2、分类：寡肽(oligopeptide)、多肽和游离活性肽（如谷胱苷肽（GSH）、脑啡肽、生长素、催产素等）。,三、多肽链（polypeptide chain) 1、氨基末段（-NH2）和羧基末端（-COOH） 2、命名：“某氨基酰某氨基酰 某氨基酸” 3、肽链和肽键；主链和侧链；氨基酸残基 4、二硫键、链内二硫键和链间二硫键,第二节 多 肽,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,肽和肽键的结构,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序 通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,肽 键,肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面酰胺平面。 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,肽键,肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,四肽的结构,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,天然存在的重要多肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。 但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu- COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽S(环十肽) 由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,第三节 蛋白质的水解,蛋白质分子量的上下限是人为规定的，因为这决定于蛋白质和分子量概念的定义。 某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价结合而成的，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,1、酸水解,常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105-110条件下进行水解，反应时间约20小时。 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏； 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,2、碱水解,一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。 部分的水解产物发生消旋化。 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,3、酶水解（重点掌握173页）,目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase）已有十多种。 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。 最常见的蛋白水解酶有以下几种：,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,Trypsin ：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。,肽链,水解位点,胰蛋白酶,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr; 亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和组氨酸His水解稍慢。,肽链,水解位点,糜蛋白酶,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,Pepsin：R1和R2R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr; 亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。,肽链,水解位点,胃蛋白酶,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,thermolysin)：R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr; 亮氨酸Leu，异亮氨酸Ileu,蛋氨酸Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。,肽链,水解位点,嗜热菌蛋白酶,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,分别从肽链羧基端和氨基端水解,肽链,水解位点,羧肽酶和氨肽酶,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到1000000道尔顿甚至更大。,第四节 蛋白质的结构,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构(Primary structure)包括组成蛋白质的多肽链数目. 多肽链的氨基酸顺序， 以及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。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,一、Protein的一级结构（primary structure) （一）定义：是指构成蛋白质的各种氨基酸的种类、数量、连接方式 和排列顺序，由遗传信息（遗传密码）所决定。涉及的化学键是肽键和少量的二硫键。 （二）研究意义 1、从分子水平上研究蛋白质的结构和功能，为蛋白质的人工合成奠定了物质基础。 2、诊断遗传病、合成基因探针等高新技术的研究具有重要意义。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,二、蛋白质一级结构的测定,蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从1953年F.Sanger测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,1，样品必需纯（97%以上）； 2，知道蛋白质的分子量； 3，知道蛋白质由几个亚基组成； 4，测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。 5，测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。,（1）测定蛋白质的一级结构的要求,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,（2）测定步骤,1、多肽链的拆分。 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。,蛋白质一级结构的测定,生物化学 主讲 吴石金,生物与环境工程学院 2003/2004学年第1学期,（2）测定步骤,1、多肽链的拆分。 几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L