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1、第二章第二章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能v第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成v第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构v第三节第三节 蛋白质的结构与功能的关系蛋白质的结构与功能的关系v第四节第四节 蛋白质的理化性质及其分离纯化蛋白质的理化性质及其分离纯化v第五节第五节 蛋白质的分类蛋白质的分类v 蛋白质蛋白质(protein)(protein)概念：概念：由许多氨基酸由许多氨基酸(amino acids)(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)(peptide bond)相连相连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。v 蛋白质
2、的重要性：蛋白质的重要性：u蛋白质是构成生物体的基本成分蛋白质是构成生物体的基本成分蛋白质是细胞中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成蛋白质是细胞中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的分的45%45%，可达细胞干重的，可达细胞干重的70%70%。u蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能生物催化作用生物催化作用酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶代谢调节作用代谢调节作用激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素运动支持作用运动支持作用肌动蛋白、胶原蛋白、肌动蛋白、胶原蛋白、-角蛋白等角蛋白等运输储存作用运输储存作用血红蛋白、血清蛋白血红蛋白、血清蛋白免疫防
3、御作用免疫防御作用免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素接受传递信息作用接受传递信息作用受体蛋白受体蛋白u氧化供能氧化供能第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、一、蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成v 主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S。有些蛋白质含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴有些蛋白质含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。、钼，个别蛋白质还含有碘。v 蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%16%；体内的含氮物质体内的含氮物
4、质以蛋白质为主。以蛋白质为主。通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：蛋白质含量蛋白质含量 (%)=(%)=含氮量含氮量(%)(%)6.25 6.25二、组成蛋白质的基本单位二、组成蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸1、氨基酸的命名：、氨基酸的命名：v 系统命名法系统命名法 v 俗称俗称H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H2 2、氨基酸的结构特点：、氨基酸的结构特点：v氨基酸的通式氨基酸的通式v 特点：特点：存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余种，但组成人体蛋余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有白质的氨
5、基酸仅有2020种。种。u除脯氨酸为亚氨基酸外，其余除脯氨酸为亚氨基酸外，其余19种均符合通式；种均符合通式；u除甘氨酸的除甘氨酸的R基为基为H外，其余外，其余19种种-碳原子为手性碳原子碳原子为手性碳原子，有，有L、D型之分，组成人体蛋白质的氨基酸均为型之分，组成人体蛋白质的氨基酸均为L型；型；u不同氨基酸的侧链基团不同。不同氨基酸的侧链基团不同。L-L-氨基酸氨基酸D-D-氨基氨基酸酸C CN NH H2 2R RCOOHCOOHH HC CH HR RCOOHCOOHN NH H2 23、氨基酸的分类：、氨基酸的分类：根据侧链基团的结构和性质不同将根据侧链基团的结构和性质不同将2020种
6、氨基酸分为种氨基酸分为4 4类：类：非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸极性中性氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 碱性氨基酸碱性氨基酸v 非极性疏水氨基酸：侧链为烃基、杂环等疏水性基团。这非极性疏水氨基酸：侧链为烃基、杂环等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度较小。类氨基酸在水中的溶解度较小。v 极性中性氨基酸：侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性基极性中性氨基酸：侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离。团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离。v 酸性氨基酸：侧链上有羧基，在水溶液中能释放出酸性氨基酸：侧链上有羧基，在水溶液中能释放出H+而带而带负电荷。负
7、电荷。v 碱性氨基酸：侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中碱性氨基酸：侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合能结合H+而带正电荷。而带正电荷。v 几种特殊氨基酸：几种特殊氨基酸：u甘氨酸甘氨酸：结构最简单的氨基酸结构最简单的氨基酸，无，无手性手性C C，不是不是L氨基氨基酸酸H2NCH CHOHO-氨基乙酸（甘氨酸）氨基乙酸（甘氨酸）u脯氨酸：亚氨基酸脯氨酸：亚氨基酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2u半胱氨酸半胱氨酸：可形成二硫键可形成二硫键u必需氨基酸（必需氨基酸（essential amino acid)：机体不能合成，必需从食物中摄取，
8、有八种：机体不能合成，必需从食物中摄取，有八种：甲硫（蛋）、色、缬、赖、异亮、亮、苯丙、苏氨酸甲硫（蛋）、色、缬、赖、异亮、亮、苯丙、苏氨酸 “假假 设设 借借 来来 一一 两两 本本 书书”u修饰氨基酸：修饰氨基酸：蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。如：胱氨酸、羟蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。如：胱氨酸、羟脯氨酸（脯氨酸（Hyp）、羟赖氨酸（）、羟赖氨酸（Hyl）。）。u非生蛋白氨基酸：非生蛋白氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的。氨酸，是代谢途径中产生的。4、氨基酸的理化性质、氨
9、基酸的理化性质v 物理性质物理性质 都是白色晶体，熔点较高。能溶于强酸和强碱溶液；在水都是白色晶体，熔点较高。能溶于强酸和强碱溶液；在水中的溶解度各不相同。中的溶解度各不相同。v 两性解离及等电点两性解离及等电点CHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-R+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI阳离子阳离子阴离子阴离子pH=pI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2C
10、OO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+等电点等电点(isoelectricisoelectric point,point,pIpI)：在某一：在某一pHpH的溶液中，氨基的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的，呈电中性。此时溶液的pHpH值称为该氨基酸的等电点。值称为该氨基酸的等电点。“使使某种氨基酸所带正、负电荷数相等时溶液的某种氨基酸所带正、负电荷数相等时溶液的pHpH值。值。”v 紫外吸收紫外吸收色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的最
11、大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含有这三种氨大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测定蛋白基酸残基，所以测定蛋白质溶液质溶液280nm的光吸收值的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。v 茚三酮反应茚三酮反应氨基酸与水合茚三酮共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸氨基酸与水合茚三酮共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应生成
12、黄色化合物。脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色化合物。NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸-H2O甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式v肽键肽键(peptide bond)(peptide bond)：由一个氨基酸的：由一个氨基酸的-羧基与另一个氨羧基与另一个氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。u肽单元肽单元(peptide unit)
13、：参与组成肽键的：参与组成肽键的6个原子位于同个原子位于同一平面，又叫肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位一平面，又叫肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。u肽肽(peptide)：由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。：由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽肽，由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。u肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基
14、团不全，被称为氨肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基基酸残基(residue)。v 生物活性肽生物活性肽u谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)(glutathione,GSH)抗氧化剂，保护含巯基蛋白质活性抗氧化剂，保护含巯基蛋白质活性u多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构v 概念：多肽链中氨基酸的排列顺序。概念：多肽链中氨基酸的排列顺序。v 主要化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。主要化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构v 概念
15、：肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基概念：肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。酸残基侧链的构象。v 主要化学键：氢键主要化学键：氢键v 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式u-螺旋螺旋(-helix)-helix)多肽链以肽键平面为单位，多肽链以肽键平面为单位，-碳碳原子为转折点，有规律的盘绕成原子为转折点，有规律的盘绕成右手螺旋结构，侧链伸向螺旋外右手螺旋结构，侧链伸向螺旋外侧。侧。每每3.6个氨基酸个氨基酸残基盘绕一圈，残基盘绕一圈，螺距为螺距为0.54nm。相邻螺旋的肽相邻螺旋的肽键之间形成氢键，键之间形成氢键，方向与长轴基本方向与长轴基本
16、平行。平行。u-折叠折叠(-pleated sheet)-pleated sheet)多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿状，两平多肽链呈伸展状态，肽键平面沿长轴折叠呈锯齿状，两平面间夹角为面间夹角为110，R基交替地伸向锯齿状结构的上下方。基交替地伸向锯齿状结构的上下方。若干肽段互若干肽段互相靠拢，平行相靠拢，平行排列，通过氢排列，通过氢键连接。氢键键连接。氢键的方向与长轴的方向与长轴垂直。垂直。若两条肽段走向一致（若两条肽段走向一致（N端、端、C端方向相同），称为平行端方向相同），称为平行式；反之，称之为反平行式，反向更稳定。式；反之，称之为反平行式，反向更稳定。u-转角转角(-turn)-turn)肽链内形成肽链内形成180180回折。回折。含含4 4个氨基酸残基，第一个氨个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键基酸残基与第四个形成氢键。第二个氨基酸残基常为第二个氨基酸残基常为ProPro。u不规则卷曲不规则卷曲(random coil)(random coil)：多肽链中除了以上几种比多肽链中除了以上几种比较规则的构象外，其余没有较规则的构象外，其余没有确定规律性的
