第2章蛋白质化学

态构象层次。
αα、βαβ、 β-曲折等
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五、蛋白质的结构－－二级结构
结构域：球状蛋白质的折叠单位。多肽链
在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成 紧密的近似球行的结构，具有部分生物功 能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽 链往往由两个以上结构域缔合成三级结构。
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蛋白质的结构－－二级结构
1、蛋白质中常见氨基酸
（1）根据R的化学结构
① 脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、 Met、Cys、Ser、Thr、Glu、Gln、Asp、Asn、 Lys、Arg ② 芳香族氨基酸：Phe、Tyr
③ 杂环氨基酸：Trp、His ④ 杂环亚氨基酸：Pro
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三、氨基酸－－氨基酸的分类
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四、肽
（一）生物活性肽的功能
生物活性肽：是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。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱 甘肽；蛇毒多肽等。
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四、肽
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四、肽
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五、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）。 蛋白质有四种结构层次：
β-折叠结构要点：
• 多肽链呈锯齿状（或扇面 状）排列成比较伸展的结 构； • 相邻两个氨基酸残基的轴 心距离为0.35nm，侧链R 基团交替地分布在片层平 面的上下方，片层间有氢 键相连； • 有平行式和反平行式两种。
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五、蛋白质的结构－－二级结构
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五、蛋白质的结构－－二级结构
-转角 (-turn)
多肽链在一级结构的基础上，按照一定的方 式有规律的旋转或折叠形成的空间构象。其实 质是多肽链在空间的排列方式。
α-螺旋、β-折叠、 β-转角、 β-凸起、 无规卷曲
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五、蛋白质的结构－－二级结构
-螺旋（ -helix ）
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五、蛋白质的结构－－二级结构
-螺旋结构要点：
• 螺旋上升一周包含3.6个氨基 酸残基；每个残基沿轴旋转 。 100 ；每两个残基之间的距 离为0.15nm；螺距0.54nm; • -螺旋中氨基酸残基侧链伸 向外侧，相邻的螺圈之间形 成氢键，氢键的取向几乎与 轴平行。 • -螺旋有左手螺旋和右手螺 旋两种。天然蛋白质的-螺 旋多为右手螺旋。
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。
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一、蛋白质的生物学意义
1.作为生物催化剂； 2.调节代谢反应； 3.运输载体； 4.参与机体的运动； 5.参与机体的防御； 6.接受传递信息； 7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息 的表达； 8.其它。
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二、蛋白质的分类
蛋白质的含氮量
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三、蛋白质的组成单位---氨基酸
（二）氨基酸的结构通式
-氨基酸：
COOH H2N C R H
不变部分 可变部分
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三、氨基酸－－氨基酸的结构通式
1、旋光性：右旋(+)、左旋(-)
2、立体异构体
COOH H2N C R H
L－氨基酸
D－氨基酸
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三、氨基酸－－氨基酸的分类
（三）氨基酸的分类
大多数蛋白质的含氮量接近于16%，这是 蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏 （ Kjedahl） 定氮法测定蛋白质含量的计算 基础。
蛋白质含量=蛋白氮 6.25 6.25为蛋白质系数，即1克氮所代表的蛋 白质量（克数）
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二、蛋白质的分类
（一）依据蛋白质的分子形状分类
纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒状， 可溶或不溶。 球状蛋白质：外形近球形或椭圆形，溶解 性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于 此类。 膜蛋白：一般折叠成近球形，生物膜的多 数功能是通过膜蛋白实现的。
（2）根据R的极性
① 非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、 Pro、Phe、Trp ② 不带电荷极性氨基酸：Ser、Thr、Asn、Gln、 Tyr、Cys
③ 极性带负电荷氨基酸：Asp、Glu
④ 极性带正电荷氨基酸： Lys、Arg、His
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三、氨基酸
2、蛋白质中不常见氨基酸
O C N H
Asp H C CH2
O C N H
Gln H C COO
-
H3N
C CH2 OH
N-端
CH2 C-端 CH2 CONH2
CH3 CH3 肽键
CO2H
Ser-Val-Ty基酸组成的肽。 寡肽：12-20个氨基酸残基。 多肽：多于20个氨基酸残基。 氨基酸残基：组成多肽的氨基酸单元。 氨基酸顺序：氨基酸残基的排列顺序。
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五、蛋白质的结构
4、蛋白质的三级结构
一条多肽链在二级结构、 超二级结构和结构域等结 构层次的基础上，组装而 成的完整的结构单元，称 为三级结构。 或是指多肽链包括主、 侧链在内的所有原子在三 维空间内的分布。 大多数三级结构为球状 或近似球状。
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五、蛋白质的结构－－三级结构
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五、蛋白质的结构
常见氨基酸修饰生成的，如5-羟基赖氨 酸和4-羟脯氨酸
3、非蛋白质氨基酸
不参与构建蛋白，但具有重要作用， 如γ-氨基丁酸（神经递质）。
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质
1、氨基酸的两性性质和等电点
COOH
COO+H N—C —H 3 α
H2N—Cα—H
R
不带电形式
R
两性离子形式
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－两性解离和等电点
PI：称为该氨基酸的等电点，即氨基酸所 带正负电荷相等时的溶液pH。
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－两性解离和等电点
氨基酸等电点的计算 •中性氨基酸： pI=(pK1+pK2)/2 pK1 为α-羧基的解 离 常 数 ,pK2 为 α氨基的解离常数。
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质
2、氨基酸的化学反应
一级结构（primary） 二级结构（secondary） 三级结构（tertiary） 四级结构（quaternary）
空间结构
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五、蛋白质的结构
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五、蛋白质的结构
（一）蛋白质的一级结构（化学结构）
蛋白质的一级结构指蛋 白质多肽链中AA的排列 顺序，包括二硫键的位 臵。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。
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五、蛋白质的结构－－一级结构
胰岛素的一级结构
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五、蛋白质的结构
（二）蛋白质的空间结构
1、蛋白质分子中的共价键与次级键
共价键 肽键 二硫键 一级结构 二、三、四级结构 三、四级结构
化学键
氢键 疏水键 次级键 盐键 范德华力
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五、蛋白质的结构－－稳定蛋白质的作用力
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五、蛋白质的结构
2、蛋白质的二级结构
核蛋白 糖蛋白与蛋白聚糖 脂蛋白 色蛋白 9 磷蛋白
结合蛋白 （按辅基）
二、蛋白质的分类
（三）依据蛋白质的功能分类
酶：具催化活性的蛋白质；
调节蛋白：调节各种代谢过程的蛋白或前
体，如激素；
贮存蛋白；
转运蛋白； 运动蛋白；
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二、蛋白质的分类
（三）依据蛋白质的功能分类
防御蛋白和毒蛋白；
受体蛋白；
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第二章 蛋白质化学
一. 蛋白质的生物学意义
二. 蛋白质的分类
三. 氨基酸
四. 肽
五. 蛋白质的结构
六. 蛋白质分子结构与功能的关系
七. 蛋白质的性质与分离、分析技术
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一、蛋白质的生物学意义
蛋白质 (protein):是由许多不同的α-氨基 酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）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。 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生 物体最基本的结构和功能物质。
亚硝酸盐反应 烃基化反应 酰化反应 脱氨基反应 西佛碱反应
成盐成酯反应 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应
COOH H2N C R
侧链反应
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H
三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－化学反应
与茚三酮反应
脯氨酸与茚三酮 反应的产物为黄 色化合物
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－化学反应
与甲醛的反应（氨基酸的甲醛滴定法）
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羧基端
氨基端
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五、蛋白质的结构－－二级结构
影响蛋白质-螺旋结构稳定的因素 1.脯氨酸 Pro
H N C OH O
2.甘氨酸 Gly
H2N
O CH C H OH
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3.相同电荷的氨基酸
五、蛋白质的结构－－二级结构
β-折叠结构(β-pleated sheet)
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五、蛋白质的结构－－二级结构
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三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－化学反应
与2,4-二硝基氟苯(2,4-DNFB)的反应
黄色
用途：用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸. 近年来更多地使用5-二甲氨基萘磺酰氯 （DNS-Cl）代替DNFB试剂。 25
三、氨基酸－－氨基酸的理化性质－－化学反应
与苯异硫氰酸酯(PITC)反应(Edman反应)
PTH-AA
用途：重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设 26 计出“多肽顺序自动分析仪”
四、肽
肽：一个氨基 酸的α-羧基和 另一个氨基酸 的α-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）。
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四、肽
Ser H
+
O C N H
Val H C CH