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1、第一章蛋白质化学第一章蛋白质化学一、元素组成一、元素组成1、主要元素：、主要元素：碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。质还含有少量磷和金属元素。2、特点：、特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为氮量为16%。3、定氮法测定蛋白质含量：、定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量6.25样品含氮量样品含氮量 二、结构单位二、结构单位氨基酸氨基酸（amino acid）1、蛋白质的结构单位、蛋白质的结构单位CCHOHOHCH2OHCCOOH3NHCH3CCHOHOHCH2OHL-(+)-甘油醛D-(-)-甘油醛L-
2、丙氨酸COOCH3CHNH3COOCRHNH3L-丙氨酸L-氨基酸通式CCOOHHOHCH3D-(-)-乳酸Tyr三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质1、物理性质、物理性质2、两性解离、两性解离n等电点（等电点（isoelectric point,pI）：在某一）：在某一pH环环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带相等，所带净电荷为零净电荷为零，在电场中不泳动。此时，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的氨基酸所处环境的pH值值称为该种氨基酸的等电点称为该种氨基酸的等电点(pI)。(zwitterion)n等电点计算等电点计算侧链为
3、非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：基酸：pI=(pK1+pK2)酸性氨基酸酸性氨基酸(Glu、Asp)及及Cys：pI=(pK1+pKR)碱性氨基酸碱性氨基酸(赖、精、组赖、精、组)：pI=(pK2+pKR)n带电状态判定带电状态判定 pI-pH0 .带正电带正电 pI-pH0 .不带电不带电等电点的计算COOHCNH3HHCOOCNH3HHCOOCNH2HH2.349.60COOHCNH3HH2CH2CHOOCCOOCNH3HCH2CH2HOOCCOOCNH3HCH2CH2OOCCOOCNH2HCH2CH2OOC2.194.259.673、紫
4、外吸收：、紫外吸收：nT r p、T y r 和和 P h e 在在280nm波长附近具有最大波长附近具有最大吸收峰，其中吸收峰，其中Trp的最大吸的最大吸收最接近收最接近280nm氨基酸的化学反应 由由-氨基参与的反应氨基参与的反应 5.二硝基氟苯：黄色，肽链末端分析COOHCHNH2R+FNO2O2NNO2O2NHNHCRHOOC应用：鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸A.虽然多肽侧链上的-NH2、酚羟基也能与DNFB反应，但其生成物，容易与-DNP氨基酸区分和分离首先由Sanger应用，确定了胰岛素的一级结构A.肽分子与DNFB反应，得DNP-肽B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其
5、他游离氨基酸C.分离DNP-氨基酸D.层析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的种类、数目Sanger试剂氨基酸的化学反应 由由-氨基参与的反应氨基参与的反应 6.与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2NH2CHCOR2NCOCHNHSCR1NHHCSHNCCHR1OEdman试剂显色反应：显色反应：n茚三酮反应茚三酮反应:氨基羧基同时参加反应氨基羧基同时参加反应氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还
6、原型茚三酮。NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。显色反应：显色反应：n茚三酮反应茚三酮反应n茚三酮反应茚三酮反应:脯氨酸，羟脯氨酸，黄色物质脯氨酸，羟脯氨酸，黄色物质例外：例外：Pro黄色；黄色；Asn棕色棕色二、蛋白质结构中的化学键 1.肽键 peptide bond（化学键）2.二硫键 disuffide bond（化学键）不同肽链，同一肽链不同部位 半胱氨酸 稳定共价键、稳定肽链空间结构 破坏，蛋白质活性丧失。角蛋白二、蛋白质结构中的化学键 3.酯键 ester bond（化学键）丝氨酸、苏氨酸羟基与氨基酸的羧基 磷蛋白：丝氨酸、苏氨酸羟基 维系蛋白质结构，行使功
7、能 4.离子键 ionic bond（库伦作用）相反电荷的基团 碱性氨基酸，生理条件下 高浓度盐、过高过低PH 羧基PK低，氨基PK高，1-2个PH单位二、蛋白质结构中的化学键 5.配位键 dative bond（共价键）金属离子：Fe,Cu,Mn,Zn 高级结构：锌指结构 螯合剂，蛋白质解离成亚基，变形失活 6.氢键 hydrogen bond 氢原子与两个电负性强的原子（F,O,N）弱键，供体原子、氢、受体原子处在一条直线 氢供体：=NH,-OH,-NH2,-NH3+,-CONH2 氢受体：-COO-,C=O二、蛋白质结构中的化学键 7.范德华作用力 原子、基团、分子之间弱相互作用 非专一
8、性的吸引力 取向力、诱导力，色散力 与距离6次方成反比，吸引不相碰 蛋白质内部非极性结构，维系蛋白质高级结构 8.疏水作用hydrophobic bond 非极性侧链（疏水基团）在极性溶剂中为了避开水相互彼此靠近所产生的作用力 本质范德华作用力 蛋白质的内部结构中次级键介导蛋白质高级结构形成次级键介导蛋白质高级结构形成（一）、蛋白质的基本结构形式（一）、蛋白质的基本结构形式1、连接方式：、连接方式：肽键肽键n肽键肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（肽键。（CONH）n肽平面肽平面
9、(peptide unit)：由肽键中的四个原：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（平面。（CCONHC）2、肽分类、命名、肽分类、命名三、二级结构三、二级结构蛋白质的二级结构是指蛋白质的二级结构是指多肽链骨架原子多肽链骨架原子的相对的相对空间空间位置，位置，不涉及侧链不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架原的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有子的相对空间位置，主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角转角和无规则卷曲和无规则卷曲。维持二级结构的力量为。维持二级结构的力量为氢键氢键。1、-螺旋螺旋(-helix)n
10、右手螺旋：右手螺旋：3.6个个AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm；n每个肽键每个肽键N-H与第四个肽键的羰基形成氢键与第四个肽键的羰基形成氢键n氢键维系：链内氢键（氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平行长轴；），平行长轴；n侧链伸出螺旋侧链伸出螺旋nSN：S为螺旋每圈的残基数，为螺旋每圈的残基数，N是形成氢键是形成氢键O与与N原子间原子间在主链上的原子数在主链上的原子数n3.6132、-折叠折叠(-pleated sheet)n氢键维系：氢键的方向垂直长轴；不同肽链、同一肽链不氢键维系：氢键的方向垂直长轴；不同肽链、同一肽链不同肽段，所有肽键参与同肽段，所有肽键参与n可有顺平行片层和反平行片
11、层结构。可有顺平行片层和反平行片层结构。3、其它、其它（1）肽链主链出现的）肽链主链出现的180回折部分称回折部分称-转角。由转角。由4个连个连续氨基酸组成，第一个残基的续氨基酸组成，第一个残基的CO与第四个氨基酸的与第四个氨基酸的NH形成氢键。形成氢键。甘氨酸和脯氨酸甘氨酸和脯氨酸 -转角在球蛋白中大量存在，约占全部残基的转角在球蛋白中大量存在，约占全部残基的1/43、其它、其它（2）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。称为无规卷曲。四、超二级结构、域结构四、超二级结构、域结构1、超二级结构、超二级结构(supersecon
12、dary structure)（1）基序或模序（）基序或模序（motifs or modules，模体符），模体符）在一些具有特殊功能的球状蛋白质中，由若干个相邻的二在一些具有特殊功能的球状蛋白质中，由若干个相邻的二级结构单元按照一定规律有规则地组合在一起，相互作用，级结构单元按照一定规律有规则地组合在一起，相互作用，形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位称超二形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位称超二级结构或模序。它们可直接作为三级结构的级结构或模序。它们可直接作为三级结构的“建筑块建筑块”或或域结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。域结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能
13、的基础。2、域结构（、域结构（domain，结构域），结构域）域结构是在较大的蛋白质分子中，一条长的多肽域结构是在较大的蛋白质分子中，一条长的多肽链有时要先分别折叠成几个相对独立的区域，在组链有时要先分别折叠成几个相对独立的区域，在组装成球状或颗粒状的三级结构。这种自二级或超二装成球状或颗粒状的三级结构。这种自二级或超二级结构基础上形成的特定区域，称为结构域。级结构基础上形成的特定区域，称为结构域。短的多肽如果只有短的多肽如果只有1个结构域，结构域与三级个结构域，结构域与三级结构为同一结构层次结构为同一结构层次较大蛋白质有多个结构域较大蛋白质有多个结构域五、三级结构五、三级结构蛋白质的三级结构
14、是指在一条多肽链中所有原子蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布，包括主链和侧链。是由不同区段的整体空间排布，包括主链和侧链。是由不同区段上上R基相互作用形成的空间构象。三级结构的形成基相互作用形成的空间构象。三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。n长度缩短：球形、椭球形、杆状，等长度缩短：球形、椭球形、杆状，等n多数同时含有多数同时含有-螺旋和螺旋和-折叠折叠n氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表面，少数内部）、带电（表面）（表面，少数内部）、带电（表面）n次
15、级键维系：疏水键次级键维系：疏水键n功能区：表面或特定部位功能区：表面或特定部位蛋白质分子中各个亚基的三维空间排布及亚基接触部位蛋白质分子中各个亚基的三维空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构n亚基亚基(subunit)：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。亚基可以相同或不同。亚基可以相同或不同。n亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、氢
16、键、范德华力氢键、范德华力n亚基可以相同或不同亚基可以相同或不同n亚基不一定只有一条链（胰岛素中亚基不一定只有一条链（胰岛素中A链与链与B链，二硫键连链，二硫键连接接)六、四级结构六、四级结构蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。构是生物活性的直接体现。1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（1）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构【经典举例】蛋白变性与复性【经典举例】蛋白变性与复性一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（2）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结构不同功能构不同功能一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系1、一级结构中的保守序列决定空间结构
