第一章蛋白質(zhì)的化學(xué)

1、第一章第一章 蛋白質(zhì)的化學(xué)蛋白質(zhì)的化學(xué) 蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成 與與 分類分類蛋白質(zhì)的氨基酸組成蛋白質(zhì)的氨基酸組成肽肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離分析技術(shù)蛋白質(zhì)的分離分析技術(shù)是由許多不同的是由許多不同的-氨基酸氨基酸按一定的序列通過按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并具有一定生物功能的大分子。具有一定生物功能的大分子。一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義1. 生物體的組成成分生物體的組成成

2、分2. 酶酶3. 運(yùn)輸運(yùn)輸4. 運(yùn)動運(yùn)動5. 抗體抗體6. 干擾素干擾素7. 遺傳信息的控制遺傳信息的控制8. 細(xì)胞膜的通透性細(xì)胞膜的通透性9. 高等動物的記憶、識別機(jī)構(gòu)高等動物的記憶、識別機(jī)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的元素組成 與與 分類分類C（5055%）、）、H（68%）、）、O（2023%）、）、N（1518%）、）、 S（04%）、）、N的含量平均為的含量平均為16%凱氏凱氏（Kjadehl）定氮法）定氮法的理論基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)蛋白質(zhì)含量=（總氮含量-無機(jī)氮含量）6.25蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類1. 分子形狀分子形狀球狀蛋白球狀蛋白（水溶性較好，種類繁多水溶性較好，種類繁多）纖維

3、狀蛋白纖維狀蛋白（大多不溶于水，起結(jié)構(gòu)、保護(hù)、運(yùn)動的機(jī)能大多不溶于水，起結(jié)構(gòu)、保護(hù)、運(yùn)動的機(jī)能）膜蛋白膜蛋白（折疊近球形，插入生物膜或膜表面折疊近球形，插入生物膜或膜表面）2. 分子組成分子組成 簡單蛋白簡單蛋白（僅有肽鏈組成）（僅有肽鏈組成）（按溶解度）（按溶解度） 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（由簡單蛋白（由簡單蛋白和輔助成分組和輔助成分組成）成）（按輔基）（按輔基）清蛋白清蛋白球蛋白球蛋白谷蛋白谷蛋白醇溶蛋白醇溶蛋白精蛋白精蛋白組蛋白組蛋白硬蛋白硬蛋白核蛋白核蛋白 （與核酸）（與核酸）糖蛋白與蛋白聚糖（與多糖）糖蛋白與蛋白聚糖（與多糖）脂蛋白（與脂質(zhì)）脂蛋白（與脂質(zhì)）色蛋白（與色素）色蛋白（與色素）

4、磷蛋白磷蛋白 （與磷酸）（與磷酸）所有生物所有生物植物種子植物種子與核酸結(jié)合成核蛋白與核酸結(jié)合成核蛋白存在于毛、發(fā)、角、筋、骨存在于毛、發(fā)、角、筋、骨3. 功能分類功能分類酶酶 （具有生物催化活性的蛋白質(zhì)）（具有生物催化活性的蛋白質(zhì)）調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 （激素、轉(zhuǎn)錄因子）（激素、轉(zhuǎn)錄因子）貯存蛋白（卵清蛋白、鐵蛋白）貯存蛋白（卵清蛋白、鐵蛋白）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（血清蛋白、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（血清蛋白、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）運(yùn)動蛋白（肌動蛋白、肌球蛋白、骨架蛋白）運(yùn)動蛋白（肌動蛋白、肌球蛋白、骨架蛋白）防御蛋白與毒蛋白（抗體、凝血酶、神經(jīng)毒蛋白）防御蛋白與毒蛋白（抗體、凝血酶、神經(jīng)毒蛋白）受體蛋白（膜受體）受體蛋

5、白（膜受體）支架蛋白（識別蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)元件）支架蛋白（識別蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)元件）結(jié)構(gòu)蛋白（角蛋白、膠原蛋白）結(jié)構(gòu)蛋白（角蛋白、膠原蛋白）異常功能蛋白異常功能蛋白三、蛋白質(zhì)的氨基酸組成三、蛋白質(zhì)的氨基酸組成氨基酸氨基酸 是蛋白質(zhì)的基本組成單位。從細(xì)是蛋白質(zhì)的基本組成單位。從細(xì)菌到人類，所有蛋白質(zhì)都由菌到人類，所有蛋白質(zhì)都由20種種標(biāo)準(zhǔn)氨基標(biāo)準(zhǔn)氨基酸酸（20 standard amino acids)組成。組成。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：19種氨基酸具有一種氨基酸具有一級氨基（級氨基（-NH3+）和羧基（）和羧基（-COOH）結(jié)合到）結(jié)合到碳碳原子（原子（C），同時結(jié)合到（），同時結(jié)

6、合到（C）上的是）上的是H原子原子和各種側(cè)鏈（和各種側(cè)鏈（R）；）；Pro具有二級氨基（具有二級氨基（-亞氨亞氨基酸）基酸）不帶電形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R兩性離子形式C如是不對稱C（除Gly），則： 具有兩種立體異構(gòu)體 D-型和L-型 2. 具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）1. 從蛋白質(zhì)水解得到的均為L-氨基酸（二）氨基酸的分類（二）氨基酸的分類根據(jù)根據(jù)R的化學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脂肪族氨基酸：）脂肪族氨基酸：1）疏水性：）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）極性：）極性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr

7、（蘇氨酸）（蘇氨酸）（2）芳香族氨基酸：）芳香族氨基酸：Phe、Tyr（3）雜環(huán)氨基酸：）雜環(huán)氨基酸：Trp(色氨酸）、色氨酸）、His（4）雜環(huán)亞氨基酸：）雜環(huán)亞氨基酸：Pro根據(jù)根據(jù)R的極性的極性（1）極性氨基酸：）極性氨基酸：1）不帶電：）不帶電： Gly、 Ser、Thr（蘇氨（蘇氨酸）、酸）、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）帶正電：）帶正電：His、Lys、Arg；3）帶負(fù)電：）帶負(fù)電：Asp、Glu（2）非極性氨基酸：）非極性氨基酸： Gly、 Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp3. 不常見的氨基酸不常見的氨基酸 以及以及 非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸（

8、1）5 羥賴氨酸、羥賴氨酸、4 羥脯氨酸羥脯氨酸 （膠原蛋白）（膠原蛋白） 3,3,5 三碘甲腺原氨酸（甲狀腺球蛋白）三碘甲腺原氨酸（甲狀腺球蛋白） 甲基組氨酸、甲基組氨酸、 -N-甲基賴氨酸等（肌肉蛋白）甲基賴氨酸等（肌肉蛋白） N-甲基精氨酸、甲基精氨酸、N-乙酰賴氨酸（組蛋白）乙酰賴氨酸（組蛋白）（2）非蛋白質(zhì)氨基酸：）非蛋白質(zhì)氨基酸：-氨基丁酸（氨基丁酸（GABA）是谷氨酸脫是谷氨酸脫羧產(chǎn)生，具有傳遞神經(jīng)沖動的功能。羧產(chǎn)生，具有傳遞神經(jīng)沖動的功能。（神經(jīng)遞質(zhì)）（神經(jīng)遞質(zhì)） 鳥氨酸、瓜氨酸鳥氨酸、瓜氨酸等是氨基酸代謝中間產(chǎn)物。等是氨基酸代謝中間產(chǎn)物。（三）氨基酸的重要理化性質(zhì)（三）氨基酸

9、的重要理化性質(zhì)一般物理性質(zhì)一般物理性質(zhì) 無色晶體，熔點(diǎn)極高（無色晶體，熔點(diǎn)極高（200以上），不同味道；水以上），不同味道；水中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機(jī)溶劑。中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機(jī)溶劑。兩性解離和等電點(diǎn)兩性解離和等電點(diǎn) 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，在同一個氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的在同一個氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的NH3+正離子和正離子和能接受質(zhì)子的能接受質(zhì)子的COO-負(fù)離子，為負(fù)離子，為兩性電解質(zhì)兩性電解質(zhì)/偶極離子偶極離子。 調(diào)節(jié)氨基酸溶液的調(diào)節(jié)氨基酸溶液的pH，使得氨基酸分子上

10、的，使得氨基酸分子上的NH3+正離子和正離子和COO-負(fù)離子的解離度完全相等，即所帶凈電負(fù)離子的解離度完全相等，即所帶凈電荷為零，主要以兩性離子存在時，在電場中，不向任何一荷為零，主要以兩性離子存在時，在電場中，不向任何一極運(yùn)動，此時溶液的極運(yùn)動，此時溶液的pH叫做叫做氨基酸的等電點(diǎn)（氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectric point，pI）H3NCHCOOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在堿性溶液中的氨基酸（pHpI）（當(dāng)氨基酸相互連接成蛋白質(zhì)時，只有其側(cè)鏈基團(tuán)和末端的-氨基，-羧基是可以離子化的)中性

11、氨基酸的pI 5.0 6.3酸性氨基酸的pI 2.8 3.2堿性氨基酸的pI 7.6 10.9在等電點(diǎn)時的氨基酸的偶極離子濃度最大，溶解度最小。氨基酸等電點(diǎn)的確定：氨基酸等電點(diǎn)的確定：1）酸堿滴定（滴定曲線）酸堿滴定（滴定曲線）2）根據(jù)）根據(jù)pK值（該基團(tuán)在此值（該基團(tuán)在此pH一半解離）計(jì)算：一半解離）計(jì)算：等電點(diǎn)等于兩性離子兩側(cè)等電點(diǎn)等于兩性離子兩側(cè)pK值的算術(shù)平均數(shù)。值的算術(shù)平均數(shù)。pI = pK1+pK22or（ pI = ）pK2+pK3224681012140.51.01.52.0OH-加入的當(dāng)量pHpK1pIpK2（3）（2）（1）Gly的滴定曲線的滴定曲線OH-OH-+H3NCC

12、OOHHH（1）+H3NCCOO-HH（2） H2NCCOO-HH（3）Gly解離作用解離作用3. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)（1）與茚三酮的反應(yīng)）與茚三酮的反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。在在570nm（藍(lán)紫色）或（藍(lán)紫色）或440nm（黃色）定量測定（幾（黃色）定量測定（幾g）。）。-氨基酸氨基酸 水合茚三酮水合茚三酮氧化脫氨氧化脫氨醛醛脫羧脫羧-酮酸酮酸還原型茚三酮還原型茚三酮弱酸溶液弱酸溶液加熱加熱還原型茚三酮還原型茚三酮水合茚三酮水合茚三酮氨氨藍(lán)紫色復(fù)合物藍(lán)紫色復(fù)合物（2）與甲醛的反應(yīng)）與甲醛的反應(yīng)：氨基酸的甲醛滴定法：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3

13、+RCHCOO-NH2+ H+OH-中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2羥甲基氨基酸羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸（3）與）與2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)的反應(yīng)NO2FO2N+ HNCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱堿性DNP-氨基酸（黃色）Sanger法：鑒定多肽或者蛋白質(zhì)末端氨基酸的方法。H2NCHCOOH + RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.7 40NCH3CH3O=S=OHNCHCOOH RDNS-氨基酸（強(qiáng)烈熒光）取代DNFB測定蛋白質(zhì)N端氨基酸，

14、靈敏度高5-二甲氨基萘磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯(DNS-Cl，丹磺酰氯，丹磺酰氯)（4）與異硫氰酸苯酯（）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)）的反應(yīng)N=C=S + NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3無水HF重復(fù)測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計(jì)出“多肽順序自動分析儀”（6）與熒光胺反應(yīng)：）與熒光胺反應(yīng)：氨基酸與其反應(yīng)產(chǎn)生熒光產(chǎn)物根據(jù)熒光強(qiáng)度測定氨基酸含量（ng級）。激發(fā)波長x=390nm，發(fā)射波長m=475nm（7）與）與5,5-雙硫基雙硫基-雙（雙（2-硝基苯甲酸）反應(yīng)硝基苯甲酸）反應(yīng)與半胱氨酸（Cys）的SH基團(tuán)，產(chǎn)生

15、硫代硝基苯甲酸，測定SH含量（5）與亞硝酸反應(yīng)：）與亞硝酸反應(yīng)：除Pro外，與亞硝酸反應(yīng)生成氮?dú)?，測定氮?dú)怏w積，推算氨基酸的量，范斯萊克法（van Slyke）H2NCHCH2SSHNO2HOOCSNO2COOHCOOH+SSNO2NO2HOOCCOOHH2NCHCOOH +CH2SHpH8.0硫代硝基苯甲酸硫代硝基苯甲酸測定測定Cys含量（含量（pH8.0412nm的摩爾消光系數(shù)的摩爾消光系數(shù)=13600）Cys（7）成鹽反應(yīng)）成鹽反應(yīng)RCHCOOH + HClNH2RCHCOOH NH2HCl（8）酰基化和烴基化反應(yīng)）?；蜔N基化反應(yīng)RCHCOOH + R X NH2R =?；驘N基 R

16、CHCOOH + HX NHRX =鹵素（Cl、F）（9）成酯反應(yīng)）成酯反應(yīng)RCHCOOH + C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2 HCl氣當(dāng)羧基變成乙酯后，羧基的化學(xué)性質(zhì)就被掩蔽了，而當(dāng)羧基變成乙酯后，羧基的化學(xué)性質(zhì)就被掩蔽了，而氨基的化學(xué)性質(zhì)就突出地顯示出來。氨基的化學(xué)性質(zhì)就突出地顯示出來。（10）酰氯化反應(yīng)）酰氯化反應(yīng)YNHCRHCOOH + PCl5?；被醂NHCRHCOCl?；被Ｂ仁拱被岬聂然罨?，易于另一氨基酸的氨基結(jié)合，使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基結(jié)合，在合成肽的工作上常用。在合成肽的工作上常用。（11）成酰胺反應(yīng)）成酰胺反應(yīng)H2NCHRCOOC2

17、H5 + HNH2體外無水H2NCHRCONH2 +C2H5OH氨基酸酰胺有機(jī)體內(nèi)：Asp（Glu）+NH4+Asn（Gln）Asn（Gln）合成酶ATP（12）脫羧反應(yīng)）脫羧反應(yīng)H2NCHRCOOH脫羧酶CO2 + RCH2NH2胺（13）迭氮反應(yīng)）迭氮反應(yīng)H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH?；被醂HN-CHR-COOCH3?；被峒柞H2NH2（-CH3OH）YHNCHRCONHNH2?；被岬碾卵苌颒NO2YHNCHRCON3 + 2H2O?；被岬?、肽四、肽一個氨基酸的一個氨基酸的-羧基羧基和另一個氨基酸的和另一個氨基酸的-氨基氨基脫水縮合而脫水縮合而成

18、的化合物。成的化合物。 氨基酸之間脫水后形成的鍵稱氨基酸之間脫水后形成的鍵稱肽鍵肽鍵（酰胺鍵酰胺鍵）。）。 當(dāng)兩個氨基酸通過肽鍵相互連接形成二肽，在一端仍然當(dāng)兩個氨基酸通過肽鍵相互連接形成二肽，在一端仍然有游離的氨基和另一端有游離的羧基，每一端連接更多的氨有游離的氨基和另一端有游離的羧基，每一端連接更多的氨基酸。氨基酸能以肽鍵相互連接形成長的、不帶支鏈的寡肽基酸。氨基酸能以肽鍵相互連接形成長的、不帶支鏈的寡肽（20個氨基酸殘基以下）和多肽（多于個氨基酸殘基以下）和多肽（多于20個氨基酸殘基）。個氨基酸殘基）。多肽仍然有游離的多肽仍然有游離的-氨基和氨基和-羧基羧基。肽鏈寫法肽鏈寫法：游離：游離

19、-氨基在左，游離氨基在左，游離-羧基在右，氨基酸之間用羧基在右，氨基酸之間用“-”表示肽鍵。表示肽鍵。(從從N端到端到C端端)H2N-絲氨酸絲氨酸-亮氨酸亮氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe（S-L-F）Ser-Leu 命名：絲氨酰酰亮氨酸肽的結(jié)構(gòu)肽的結(jié)構(gòu)鍵角鍵角鍵長鍵長生物活性肽生物活性肽BAP （一）谷胱甘肽（一）谷胱甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2COCOOH-GluNHCHCOCH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG（二）催產(chǎn)素和升壓素（二）催產(chǎn)素和升壓素 下丘腦分泌，均為9肽，第3位和第8位氨基酸不同。催產(chǎn)素使子宮和乳腺平滑肌收縮，具有催產(chǎn)和

20、促使乳腺排乳作用。升壓素促進(jìn)血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿。還原型谷胱甘肽(GSH） 還原劑保護(hù)作用氧化型谷胱甘肽(GSSG) -肽鍵（三）促腎上腺皮質(zhì)激素（三）促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH） 39肽，活性部位為第肽，活性部位為第410位的位的7肽片段：肽片段： Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly（四）腦肽（四）腦肽腦啡肽（腦啡肽（5肽）肽）具有強(qiáng)烈的鎮(zhèn)痛作用（強(qiáng)于嗎啡），不上癮。具有強(qiáng)烈的鎮(zhèn)痛作用（強(qiáng)于嗎啡），不上癮。Met-腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-內(nèi)啡肽（內(nèi)啡肽（31肽）具有較強(qiáng)的嗎啡樣活性

21、與鎮(zhèn)痛作用。肽）具有較強(qiáng)的嗎啡樣活性與鎮(zhèn)痛作用。（五）胰高血糖素（五）胰高血糖素（六）胃腸道活性肽（六）胃腸道活性肽由胰島由胰島-細(xì)胞細(xì)胞分泌（分泌（-細(xì)胞分泌胰島素細(xì)胞分泌胰島素），），29肽肽。胰高。胰高血糖素促進(jìn)肝糖原降解，調(diào)節(jié)維持血糖濃度。血糖素促進(jìn)肝糖原降解，調(diào)節(jié)維持血糖濃度。腸促胰液素（腸促胰液素（27肽），膽囊收縮素肽），膽囊收縮素-腸促胰酶素（腸促胰酶素（33肽），肽），腸抑胃素（腸抑胃素（43肽），促胃酸激素（肽），促胃酸激素（17肽）等等肽）等等活性肽的來源活性肽的來源體內(nèi)途徑體內(nèi)途徑（前體經(jīng)過加工，裂解，?；?，硫脂化等）（前體經(jīng)過加工，裂解，?；?，硫脂化等）體外途徑體外途

22、徑分離純化天然活性肽分離純化天然活性肽化學(xué)合成化學(xué)合成生物合成生物合成酶法水解酶法水解五、五、 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質(zhì)中，多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構(gòu)象）（中，多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構(gòu)象）（conformation）。）。在結(jié)構(gòu)中，這種構(gòu)象是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。在結(jié)構(gòu)中，這種構(gòu)象是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。蛋白質(zhì)有四種結(jié)構(gòu)層次：蛋白質(zhì)有四種結(jié)構(gòu)層次：一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)（primary），），二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)（secondary），），三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)（tertiary）和

23、）和四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)（quaternary）（不總是有）。）（不總是有）。（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（化學(xué)結(jié)構(gòu)）（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（化學(xué)結(jié)構(gòu)）一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。在基因編碼的蛋白質(zhì)中，這種序列氨基酸的線性序列。在基因編碼的蛋白質(zhì)中，這種序列是由是由mRNA中的核苷酸序列決定的。一級結(jié)構(gòu)中包含的中的核苷酸序列決定的。一級結(jié)構(gòu)中包含的共價鍵（共價鍵（covalent bonds）主要指）主要指肽鍵肽鍵（peptide bond）和和二硫鍵二硫鍵（disulfide bond）HPhe-Val-Asn-Gl

24、n-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鏈157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SSSS牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)SS一級結(jié)構(gòu)確定的原則一級結(jié)構(gòu)確定的原則：將大化小，逐段分析，制成兩：將大化小，逐段分析

25、，制成兩套肽片段，找出重疊位點(diǎn)，排出肽的前后位置，最后套肽片段，找出重疊位點(diǎn)，排出肽的前后位置，最后確定蛋白質(zhì)的完整序列。確定蛋白質(zhì)的完整序列。目前往往采用從待測蛋白質(zhì)的基因序列反推出蛋白質(zhì)目前往往采用從待測蛋白質(zhì)的基因序列反推出蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。的一級結(jié)構(gòu)。（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象、高級結(jié)構(gòu)）（二）蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象、高級結(jié)構(gòu)）蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鏈的走向鏈的走向。主要方法：是將蛋白質(zhì)結(jié)晶，用主要方法：是將蛋白質(zhì)結(jié)晶，用X射線衍射法測定原子間射線衍射法測定原子間距離，得出肽鏈走向的數(shù)據(jù)。距離，得出肽鏈走向的數(shù)據(jù)。由于

26、羰基碳由于羰基碳-氧雙鍵的靠攏，允許存在共振結(jié)構(gòu)（氧雙鍵的靠攏，允許存在共振結(jié)構(gòu)（resonance structure），碳與氮之間的肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)，由），碳與氮之間的肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)，由CO-NH構(gòu)成的肽單元呈現(xiàn)相對的剛性和平面化，肽鍵中的構(gòu)成的肽單元呈現(xiàn)相對的剛性和平面化，肽鍵中的4個原子個原子和它相鄰的兩個和它相鄰的兩個-碳原子多處于同一個平面上。碳原子多處于同一個平面上。CCNCOHC NO-H+CC氨基的H與羰基的O幾乎總是呈反式（trans）而不是順式（cis）。蛋白質(zhì)構(gòu)象穩(wěn)定的原因：蛋白質(zhì)構(gòu)象穩(wěn)定的原因：1）酰胺平面；）酰胺平面；2）R的影響。的影響。穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象作用力

27、：穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象作用力：氫鍵，鹽鍵，疏水鍵，范德華力氫鍵，鹽鍵，疏水鍵，范德華力1. 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞方式（指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞方式（氫鍵維持氫鍵維持）（1）螺旋（螺旋（-helix）Pauling和和Corey于于1965年提出。年提出。結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：1）螺旋的每圈有）螺旋的每圈有3.6個氨基酸個氨基酸，螺旋間距離，螺旋間距離為為0.54nm，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100。2）每個肽鍵的羰基氧與遠(yuǎn)在第四個氨基酸氨基上的氫）每個肽鍵的羰基氧與遠(yuǎn)在第四個氨基酸氨基上的氫形成氫鍵（形成氫鍵（hydrogen bond），氫鍵

28、的走向平行于螺旋），氫鍵的走向平行于螺旋軸，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成。軸，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成。C(NHCCO)3 NOHHR3) R側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。RRRRRRRRR螺旋的橫截面螺旋的橫截面4）Pro的的N上缺少上缺少H，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在螺螺旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋。旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋。5) 天然蛋白質(zhì)的天然蛋白質(zhì)的螺旋多為右手螺旋。螺旋多為右手螺旋。（2）折疊（折疊（-pleated sheet）是一種肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)。肽鏈按層排列，依靠相鄰肽鏈?zhǔn)且环N肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)。肽

29、鏈按層排列，依靠相鄰肽鏈上的上的羰基羰基和和氨基氨基形成的形成的氫鍵氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。肽鍵的平面維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。肽鍵的平面性使多肽折疊成片，氨基酸側(cè)鏈伸展在折疊片的上面和下面。性使多肽折疊成片，氨基酸側(cè)鏈伸展在折疊片的上面和下面。CCCCCCRRRRRRNNCNNCCC平行反平行折疊中，相鄰多肽鏈平行平行或反平行（較穩(wěn)定）反平行（較穩(wěn)定）（3）轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（-turn, -bend ）為了緊緊折疊成緊密的為了緊緊折疊成緊密的球蛋白球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四發(fā)夾形狀。一個氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個氨基酸

30、的氨基氫上。個氨基酸的氨基氫上。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行在連接反平行折疊的端頭。折疊的端頭。Gly,Pro常常出現(xiàn)在常常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角（4）凸起（凸起（-bugle）小的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，小的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，折疊鏈中額外折疊鏈中額外插入的一個殘基，可引起肽鏈方向的插入的一個殘基，可引起肽鏈方向的改變，但不如改變，但不如轉(zhuǎn)角程度高。轉(zhuǎn)角程度高。（5）無規(guī)則卷曲（）無規(guī)則卷曲（andom coil）沒有一定規(guī)律的松散肽沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的活性部位。鏈結(jié)構(gòu)。酶的活性部位。2. 超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二

31、級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)是指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相是指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合互作用，形成有規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)至三級結(jié)構(gòu)層次的一種過渡態(tài)構(gòu)象體。是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)至三級結(jié)構(gòu)層次的一種過渡態(tài)構(gòu)象層次。層次。模體（模體（motif）：）：螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋，鋅指，亮氨酸拉鏈螺旋，鋅指，亮氨酸拉鏈等等結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)的是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的近似球形的結(jié)構(gòu)，具有部基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的近似球形的結(jié)構(gòu)，

32、具有部分生物功能。對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往分生物功能。對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級結(jié)構(gòu)。由兩個以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級結(jié)構(gòu)。3. 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)指多肽鏈上的所有原子（包括主鏈和側(cè)鏈）在三維指多肽鏈上的所有原子（包括主鏈和側(cè)鏈）在三維空間的分布?？臻g的分布。肌紅蛋白肌紅蛋白典型的球形蛋白質(zhì)，典型的球形蛋白質(zhì)，高度折疊成緊密結(jié)構(gòu)，高度折疊成緊密結(jié)構(gòu)，疏水氨基酸殘基大部疏水氨基酸殘基大部分埋藏在分子內(nèi)部，分埋藏在分子內(nèi)部，極性殘基在表面。肌極性殘基在表面。肌紅蛋白中有紅蛋白中有8條條-螺旋。螺旋。由多肽的折疊形成的由多肽的折疊形成的

33、疏水空隙內(nèi)是疏水空隙內(nèi)是血紅素血紅素輔基輔基4. 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)多肽亞基（多肽亞基（subunit）的空間排布和相互作用。亞基）的空間排布和相互作用。亞基間以非共價鍵連接。間以非共價鍵連接。血紅蛋白血紅蛋白人體內(nèi)的血紅蛋白由四個人體內(nèi)的血紅蛋白由四個亞基構(gòu)成，分別為兩個亞基構(gòu)成，分別為兩個亞亞基和兩個基和兩個亞基，血紅蛋白亞基，血紅蛋白的每個亞基由一條的每個亞基由一條肽鏈肽鏈和一和一個個血紅素血紅素分子構(gòu)成，分子構(gòu)成， 共價鍵共價鍵次級鍵次級鍵化學(xué)鍵化學(xué)鍵 肽鍵肽鍵一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)氫鍵氫鍵二硫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵疏水鍵鹽鍵鹽鍵范德華力范德華力三、四級

34、結(jié)構(gòu)三、四級結(jié)構(gòu)（三）蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵（三）蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵六、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系六、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子具有多樣的生物學(xué)功能，需要一定的化學(xué)蛋白質(zhì)分子具有多樣的生物學(xué)功能，需要一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，還需要一定的空間構(gòu)象。結(jié)構(gòu)，還需要一定的空間構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1. 種屬差異種屬差異蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異十分明顯。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異十分明顯。某些氨基酸對于蛋白質(zhì)功能發(fā)揮是必須的。某些氨基酸對于蛋白質(zhì)功能發(fā)揮是必須的。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，可以斷定它們在親緣關(guān)系根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，可以斷定它們在親

35、緣關(guān)系上的遠(yuǎn)近。上的遠(yuǎn)近。不同物種的胰島素差異在不同物種的胰島素差異在A8,9,10和和B30的氨基酸差異。的氨基酸差異。2.分子病分子病蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序與正常有蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序與正常有所不同的遺傳病。所不同的遺傳病。 （鐮刀形貧血病鐮刀形貧血?。┑诹坏诹籊luVal 鐮刀狀細(xì)胞貧血病是一種致死性疾病，它的純鐮刀狀細(xì)胞貧血病是一種致死性疾病，它的純合子患者合子患者(50紅細(xì)胞鐮刀狀化紅細(xì)胞鐮刀狀化)有的在童年就有的在童年就死去。雜合子患者死去。雜合子患者(1紅細(xì)胞鐮刀狀化紅細(xì)胞鐮刀狀化)的壽命的壽命雖也不長，但它能抵抗一種流行于非洲的瘧疾，雖也不長，但它

36、能抵抗一種流行于非洲的瘧疾，這是因?yàn)殡s合子患者加速被感染紅細(xì)胞的破壞這是因?yàn)殡s合子患者加速被感染紅細(xì)胞的破壞而中斷瘧原蟲的生活周期的緣故。而中斷瘧原蟲的生活周期的緣故。鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白致病機(jī)理鐮刀狀細(xì)胞血紅蛋白致病機(jī)理 正常型正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys -鏈鏈 谷氨酸谷氨酸鐮刀型鐮刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys -w谷谷AA（極性）（極性） 纈纈AA（非極性）（非極性） 由于由于6位于分子表面，伸出位于分子表面，伸出HbS分子表面的分子表面的Val側(cè)鏈創(chuàng)造了一個側(cè)鏈創(chuàng)造了一個“粘性粘性”的突起，與另一的突起，與另一HbS分

37、子上的互補(bǔ)口袋通過疏水相互作用而分子上的互補(bǔ)口袋通過疏水相互作用而聚集沉淀。聚集沉淀。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系別（變）構(gòu)作用：含亞基的蛋白質(zhì)由于一個亞基的構(gòu)象改變別（變）構(gòu)作用：含亞基的蛋白質(zhì)由于一個亞基的構(gòu)象改變而引起其余亞基和整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作而引起其余亞基和整個分子構(gòu)象、性質(zhì)和功能發(fā)生改變的作用。因別構(gòu)而產(chǎn)生的效應(yīng)稱別構(gòu)效應(yīng)。用。因別構(gòu)而產(chǎn)生的效應(yīng)稱別構(gòu)效應(yīng)。血紅蛋白是別構(gòu)蛋白，血紅蛋白是別構(gòu)蛋白，O2結(jié)合到一個亞基上以后，影響結(jié)合到一個亞基上以后，影響與其它亞基的相互作用。與其它亞基的相互作用。七、蛋白質(zhì)的性質(zhì)七、蛋白質(zhì)的性質(zhì)（一）蛋白

38、質(zhì)的相對分子量（一）蛋白質(zhì)的相對分子量蛋白質(zhì)相對分子量在蛋白質(zhì)相對分子量在10 0001 000 000（10KD1000KD）之間。測定分子量的主要方法有滲透壓法、之間。測定分子量的主要方法有滲透壓法、超離心法超離心法、凝、凝膠過濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。膠過濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。最準(zhǔn)確可靠的方法是最準(zhǔn)確可靠的方法是超離心法超離心法（Svedberg于于1940年設(shè)計(jì)）：年設(shè)計(jì)）：蛋白質(zhì)顆粒在蛋白質(zhì)顆粒在2550*104 g離心力作用下從溶液中沉降下來。離心力作用下從溶液中沉降下來。沉降系數(shù)（沉降系數(shù)（s）：單位（）：單位（cm）離心場里的沉降速度。）離心場里的沉降速度。 s = v

39、2x v =沉降速度（沉降速度（dx/dt）=離心機(jī)轉(zhuǎn)子角速度（弧度離心機(jī)轉(zhuǎn)子角速度（弧度/s） x =蛋白質(zhì)界面中點(diǎn)與轉(zhuǎn)子中心的距離（蛋白質(zhì)界面中點(diǎn)與轉(zhuǎn)子中心的距離（cm）沉降系數(shù)的單位常用沉降系數(shù)的單位常用S，1S=110-13（s）蛋白質(zhì)分子量（蛋白質(zhì)分子量（M）與沉降系數(shù)（）與沉降系數(shù)（s）的關(guān)系）的關(guān)系M = RTsD（1V）R氣體常數(shù)（8.314107ergsmol -1 度-1）T絕對溫度D擴(kuò)散常數(shù)（蛋白質(zhì)分子量很大，離心機(jī)轉(zhuǎn)速很快，則忽略不計(jì)）V蛋白質(zhì)的微分比容（m3g-1）溶劑密度（20，gml-1） s沉降系數(shù)（二）蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn)（二）蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn)蛋白

40、質(zhì)在其等電點(diǎn)偏酸溶液中帶正電荷，在偏堿溶液中帶蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)偏酸溶液中帶正電荷，在偏堿溶液中帶負(fù)電荷，在等電點(diǎn)負(fù)電荷，在等電點(diǎn)pH時為兩性離子。時為兩性離子。利用利用pI,使得蛋白質(zhì)溶解度最小，容易沉淀分離。使得蛋白質(zhì)溶解度最小，容易沉淀分離。電泳：帶電顆粒在電場中移動的現(xiàn)象。分子大小不電泳：帶電顆粒在電場中移動的現(xiàn)象。分子大小不同的蛋白質(zhì)所帶凈電荷密度不同，遷移率即異，在同的蛋白質(zhì)所帶凈電荷密度不同，遷移率即異，在電泳時可以分開。電泳時可以分開。1. 自由界面電泳：蛋白質(zhì)溶于緩沖液中進(jìn)行電泳。自由界面電泳：蛋白質(zhì)溶于緩沖液中進(jìn)行電泳。2. 區(qū)帶電泳：將蛋白質(zhì)溶液點(diǎn)在浸了緩沖液的支持物上區(qū)帶

41、電泳：將蛋白質(zhì)溶液點(diǎn)在浸了緩沖液的支持物上進(jìn)行電泳，不同組分形成帶狀區(qū)域。進(jìn)行電泳，不同組分形成帶狀區(qū)域。（1）紙上電泳：用濾紙作支持物。）紙上電泳：用濾紙作支持物。（2）凝膠電泳：用凝膠（淀粉、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）凝膠電泳：用凝膠（淀粉、瓊脂糖、聚丙烯酰胺）作支持物。作支持物。1）圓盤電泳：玻璃管中進(jìn)行的凝膠電泳。）圓盤電泳：玻璃管中進(jìn)行的凝膠電泳。+ 2）平板電泳：鋪有凝膠的玻板上進(jìn)行的電泳。）平板電泳：鋪有凝膠的玻板上進(jìn)行的電泳。-+等電聚焦電泳：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在其等電點(diǎn)時，凈電荷為零，等電聚焦電泳：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在其等電點(diǎn)時，凈電荷為零，在電場中不再移動。在電場中不再移動。+5.06.07.0穩(wěn)定

42、穩(wěn)定pH梯度梯度5.06.07.0穩(wěn)定穩(wěn)定pH梯度梯度通電通電+（三）蛋白質(zhì)的變性（三）蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性（denaturation），在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。（蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)不被破壞） 蛋白質(zhì)變性因素：加熱，強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，去污劑，重金屬鹽等蛋白質(zhì)的復(fù)性（renaturation），蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性。 （四）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)（四）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)布朗運(yùn)動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，具布朗運(yùn)動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，具有吸附能力有吸附能力蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：1）表面形成水膜（水化層）；）表面形成水膜（水化層）； 2）帶相同電荷。）帶相同電荷。+（五）蛋白質(zhì)的沉淀反應(yīng)（五）蛋白質(zhì)的沉淀反應(yīng)1. 加高濃度鹽類（鹽析）：加鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出。加高濃度鹽類（鹽析）：加鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出。分段鹽析：調(diào)節(jié)鹽濃度，可使混合蛋白質(zhì)溶液中的分段鹽析：調(diào)節(jié)鹽濃度，可使混合蛋白質(zhì)溶液中的幾種蛋白質(zhì)分段析出。血清球蛋白（幾種蛋白質(zhì)分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4飽和度），清蛋白（飽