05-9-第三章 蛋白质化学

(1) -螺旋 ( -helix)
1951年，Pauling and Corey
提出，要点有：
1. 多肽链主链环绕螺旋 中心轴螺旋式上升。螺 旋一周，沿轴上升的距 离即螺距为0.54nm，含 3.6个氨基酸残基；两 个氨基酸之间的距离为 0.15nm。
2.肽链内形成氢键， 氢键的取向几乎与轴 平行，第一个氨基酸 残基的酰胺基团的-CO 基与第四个氨基酸残 基酰胺基团的-NH基形 成氢键。 3. 蛋白质分子为右手 -螺旋。
肽与肽键
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 (peptide bond)。 氨基酸通过肽键连 接起来的化合物称为 肽(peptide)。
肽键
由两个氨基酸组成的肽称为二肽；
含量小于10个氨基酸的肽称为寡肽 ；超过10个氨基酸的肽称为多肽。 组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸 残基(amino acid residue)。
四、蛋白质的超二级结构
Super secondary structure
指相互邻近的二级结构在空间折叠中 靠近，彼此相互作用，形成规则的二级 结构聚合体。 种类有：αα、 β α β、 β β β等。
四 超二级结构：α
α 、β α β 、β β β
五、蛋白质的结构域
structural domain
维系蛋白质三维结构的作用力有： 氢键、疏水力、离子键、范德华力、 配位键、酯键、二硫键等。
范德华力
二硫键
酰胺平面（肽平面）

由于肽键具有部分 双键性质，因此不 能自由旋转，参与 肽键形成的2个原子 以及另外4个取代成 员：羰基氧原子、 酰胺氢原子、以及2 个相邻的a-碳原子 构成了一个相对刚 性的平面，叫酰胺 平面
等电点的计算： 对于所有的R基团不解离的氨基酸而言（即解 离只发生在α-羧基和α-氨基上），计算起来非 常简单：

pI＝（pK1’+pK2’）/2
若是碰到R基团也解离的，氨基酸就有了多级 解离，这个公式就不好用了，比如Lys、Glu、 Cys等。
pI＝（pKx ＋pKy）/2


pKx ，pKy为相应的两个可解离基团
在较大的蛋白质分子或亚基中，其三 维结构往往可以形成两个或多个空间上 可以明显区别的区域。
肌 钙 蛋 白 C
六、蛋白质的三级结构
Tertiary structure
是指在二级结构基础上，肽链进一步 折叠卷曲形成的特定空间构象。包括侧 链基团在内的所有原子空间排列。
维系蛋白质三级结构的主要作用力是 次级键。包括氢键、疏水键、离子键和 范德华力等。
肌红蛋白的三级结构
六、蛋白质的四级结构
Quaternary structure
由两条或两条以上的多肽链盘绕聚合而 成的蛋白质，称为寡聚蛋白质，其每一 条具有三维结构的多肽链称为亚基 (subunit)。
（1）由pK’值判断解离顺序：总是 pK1’< pK2’< pK3’< …，pK’值小，就 先解离; pK’值大，就难解离。
（2）找出呈电中性的物质：其左右PK’ 值的平均值就是氨基酸的等电点： pI＝（pK左’+pK右’）/2
中性
1 酸性 pI ( pK 侧链 COOH pK COOH ) 2
对于一氨基、一羧基的氨基酸，上式中的pKx 和pKy为它的pK1（氨基解离）和pK2 （羧基 解离） ； 对于象天冬氨酸和谷氨酸那样的酸性氨基酸， pKx＝ pK1、pKy＝pKR； 对于象赖氨酸、组氨酸和精氨酸那样的碱性 氨基酸，pKx＝ pKR、pKy＝pK2。



在这种情况下可以按下面的步骤来计算：
构型（configuration）：立体异构体分
子中取代原子或基团在空间的取向。如几 何异构和光学异构体。
两种构型之间如果没有共价键的断裂则不
能互变。

构象（conformation）：取代基团当单 键旋转时形成不同的立体结构，这种空 间位置的改变不涉及共价键的断裂。

例如 乙烷分子中C—C单键旋转时，它 们所连接的氢原子相对空间位置随之改 变，产生无数种构象，其中交叉型构象 最稳定，重叠型构象最不稳定
ห้องสมุดไป่ตู้
肽键
肽单位（peptide group）
二面角（dihedral angle)
一个蛋白质的构象取决于肽单 位绕N-C键和C-C键的旋转， 旋转本身受到肽链的主链和 相邻残基的侧链原子之间的 角 立体干扰的限制。 F角：一个肽平面绕N-C键旋 转的角度用F表示， Y角：绕C-Ｃ键旋转的角度用 Y表示
极 性 带 负 电 荷 氨 基 酸
极 性 带 正 电 荷 氨 基 酸
氨基酸的分类
根据R基团的酸碱性分类： 1. 酸性氨基酸：Asp、Glu
2. 碱性氨基酸：Lys、Arg、His
3. 中性氨基酸：其他
氨基酸的分类
根据R基团的结构分类：
1. 脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、 Ile、Met、Cys、Ser、Thr、Glu、Asp、 Lys、Arg、Gln、Asn
肽键
多肽链可以看成由Cα串联起来的无 数个酰胺平面组成。
第二节
蛋白质的分子结构
一、蛋白质的一级结构
Primary structure 指蛋白质分子 中氨基酸的排列 顺序及二硫键的 位置。
21aa
30aa
1953,Sanger揭开胰岛素的一级结构
二、构型与构象
构型(configuration)：分D或L型 构象(conformation)：单键的旋转

通过与构型标准物－甘油醛比较，氨基 酸分为： D-型氨基酸、L-型氨基酸。

到目前为止，发现的游离的以及蛋白质 温和水解得到的氨基酸绝大多数是L-型 氨基酸。 D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨 霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没 有在蛋白质中发现。

氨基酸的分类
根据R基团的极性分类：
1 碱性 pI ( pK NH 3 pK 侧链 NH 3 ) 2
氨基酸的理化性质
氨基酸的化学反应
底 物 (α-AA＋) 茚三酮反应 水合茚三 酮 亚硝酸反应 亚硝酸 条件 产物 应用 特征 弱酸 蓝紫 定性、定量 加热 色 测AA 室温 N2 测pro水解程 度 Sanger反应 2,4-二硝基 弱碱 黄色 N-末端分析 氟苯 Edman反应 异硫氰酸 弱碱 N-末端分析 苯酯 名 称
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。
N-端
C-端
肽键中的C-N键具有部分双键性质， 不能自由旋转。 肽键具有平面性，组成肽键的4个原 子和2个Cα处在同一平面内，称酰氨平 面(amide plane) 。
第三章
蛋白质化学
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。” 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。
第一节
蛋白质的分子组成
蛋白质是一类含氮有机化合物，除含 有碳、氢、氧、氮和少量的硫外，某些 蛋白质还含有磷、铁、锌、铜、钼、碘 等元素。
碳 50～55％ 氧 20～23％ 硫 0～4％ 氢 氮 6～8％ 15～18%
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：
样品蛋白质含量 = 样品含氮量 6.25
蛋白质水解
降解物 分子质 量(u) 蛋白质 ＞107 眎 5×105 胨 2×103 多肽 500～ 1000 二肽 约200 氨基酸 约100
角
两面角： 角，
角

3.3.3 多肽链折叠的空间限制 肽键形式上是单键，它具有部分双键性 质，并由此而影响其构象。

C—N单键的键长：0.147nm C=N双键的键长：0.127nm 肽键中C—N的键长：0.132nm

三、蛋白质的二级结构
Secondary structure 指多肽链主链由于氢键的作用而形 成的空间排布。它只涉及肽链主链的 构象及链内或链间形成的氢键。 主要有-螺旋、-折叠、-转角、 γ-转角、无规则卷曲等。
当 pH ＜ pI时，氨基酸带正电荷
pH ＞ pI时，氨基酸带负电荷

思考题：
当溶液的pH值>pI时，aa带电为+、-？
当溶液的pH值<pI时，aa带电为+、-？ aa溶于蒸馏水中后，溶液的pH值变为6， 此aa的pI> = < 6 ? aa溶于蒸馏水中后，溶液的pH值变为8， 此aa的pI> = < 8 ?
稀有氨基酸：是一些氨基酸的衍生物， 不参与蛋白质的合成。蛋白质合成以后 通过酶的催化修饰而形成的。如4-羟基 脯氨酸。 非蛋白质氨基酸：以游离态或结合态存 在，不参与蛋白质的组成。如茶氨酸、 瓜氨酸、鸟氨酸。
氨基酸的理化性质
氨基酸的旋光性

除甘氨酸外，氨基 酸均含有一个手性碳原子，因此都具有 旋光性。 比旋光度是氨基酸的 重要物理常数之一， 是鉴别各种氨基酸的 重要依据
COOH H3N
+
C H R
-H pK1 ' +H
+
+
COO H3N
+
-
C H R
-H pK2 ' +H
+
+
COO R
-
H2N C H
pH＜pI
pH＝pI
pH＞pI
氨基酸的等电点(Isoelectric point,pI )： 在某一特定的pH条件下，氨基酸分子 在溶液中离解成阳离子和阴离子的数 目和趋势相等，这时溶液的pH即为该 氨基酸的～。