第二节 蛋白质的共价结构

Ala-Tyr-AspGly
N端
N C
C端
N末 端
C末端
牛核糖核酸酶
（四）.肽的理化性质：
1.旋光性 一般短肽的旋光度等于其各个氨基酸的 旋光度的总和。 2.酸碱性质 偶极离子形式存在。 pH0―14范围内，肽键中的亚氨基不解离 酸碱性质主要取决于： Ｎ：α－ＮＨ２ Ｃ：α－COOH 侧链Ｒ上可解离的基团。 肽末端α-羧基pKa值比游离AA中的大。 肽末端α-氨基pKa值比游离AA中的小。
3、蛋白质的形状
Collagen 纤维状蛋白质
Myoglobin 球状蛋白质
Bacteriorhodopsin 膜结合蛋白质
4、蛋白质的大小
蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子 量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。
蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到
1000000道尔顿甚至更大。
% % % % %
有些蛋白质还含有少量的 P 、 Fe 、 Cu 、 Mn 、 Zn 、 Se、I等。
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16％。 凯氏定氮法：
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要 测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出
蛋白质的大致含量：
100克样品中蛋白质的含量 ( g % )
C和Y。羧肽酶A能释放除Pro、Arg和Lys之外的任
何一种C末端氨基酸；羧肽酶 B只能水解以碱性氨
基酸 Arg 和 Lys 为 C末端的氨基酸；羧肽酶 C和 Y可
以释放任何一种C末端氨基酸。
…… -Val-Ser-Gly
（四）二硫桥的断裂
还原法断裂二硫桥
蛋 白 质 一 级 结 构 的 测 定
4、测定每条多肽 链的氨基酸组成， 并计算出氨基酸 成分的分子比； 氨基酸自动分析仪和 肽链氨基酸顺序自动 测定仪，对蛋白质多 肽氨基酸排列顺序的 测定提供了极大的方 便。
（三）N-末端和C-末端氨基酸残基的测定
1、N末端分析
二硝基氟苯法（ DNFB 法）：用 DNFB （ Sanger 试剂）与肽链N末端的氨基反应，生成DNP－多肽 或 DNP －蛋白质。然后水解肽链，分离得到 DNP
分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个 部分都含有蛋白质。
含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体
干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹
肌等高达80％。
大事记：
1833年 1864年 Payen和Persoz分离出淀粉酶。 Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白， 并将其制成结晶。 19 世纪末 Fischer 证明蛋白质是由氨基酸组成 的，并将氨基酸合成了多种短肽 。 1938年 德国化学家Gerardus J. Mulder引用 “Protein” 一词来描述蛋白质。
一条肽链是有方向性的，肽链的一端具有游 离的α－氨基，称其为 N 端；另一端具有游离的α －羧基，称其为 C 端。有少数小分子量的肽，其首 尾也缩合成肽键，成为环肽。 对于生物体内的具有特定结构和功能的小分
子量肽，还有特别名称，如脑啡肽、内啡肽、催产
素、加压素等。
多肽链有方向性：
N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端
如血红蛋白、免疫球蛋白等
简 单
• 清蛋白和球蛋白 albumin and globulin 广泛存在于动物组织 • 谷蛋白和醇溶谷蛋白 glutelin and prolamin 植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸/碱 • 精蛋白和组蛋白 碱性蛋白存在于细胞核 • 硬蛋白
蛋 白
结 合 蛋 白
• 色蛋白：简单蛋白+色素物质 • 糖蛋白：简单蛋白+糖类物质 • 脂蛋白：简单蛋白+脂类结合 • 核蛋白：简单蛋白+核酸
第二节 蛋白质的共价结构
(Covalent structure of protein)
一、蛋白质通论 二、肽 三、蛋白质一级结构的测定 四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能 五、肽和蛋白质的人工合成
一、蛋白质通论
• Protein —— 来自希腊字母，意思是“头等重要的，原始的” 蛋白质 —— 来源于对蛋清（清蛋白）的研究
二、肽
（一）肽(peptide)的定义 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
（二）肽键的结构
• 肽键 (peptide bond) ：是由一个氨基酸的 - 羧 基与另一个氨基酸的 - 氨基脱水缩合而形成的 化学键，本质为酰胺键。 • 氨基酸残基(residue) :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。
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids) 通过肽键 (peptide bond) 相连形成的高分 子含氮化合物。
（二）蛋白质的化学组成和分类
1、化学组成： 主 要 元 素 组 成
C H O N S
50 ~ 55 6~ 7 19 ~ 24 13 ~ 19 0~4
（二） 蛋白质具有重要的生物学功能
Hale Waihona Puke 1）酶的生物催化作用2）调控作用
参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等 参与代谢调控：如激素或生长因子等
3）运动与支持
机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等
4）参与运输贮存的作用
血红蛋白 ——运输氧 铜蓝蛋白 ——运输铜 铁蛋白 ——贮存铁
5）免疫保护作用
抗原抗体反应 凝血机制
• 2、测定蛋白质分子中多肽链的数目。 蛋 通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋 白 • 质 白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的 一 级 数目。 结 构 的 测 定
3、二硫键的断裂
蛋 • 几条多肽链通过二硫键交联在一起。可 白 在可用 8mol/L 尿素或 6mol/L 盐酸胍存在下， 质 一 用过量的 - 巯基乙醇处理，使二硫键还原为 级 结 巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基， 构 的 以防止它重新被氧化。 测 定
GSH 有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产生 的过氧化氢。
H 2 O2
2GSH
GSH过氧 化物酶
NADP+ GSH还原酶 NADPH+H+
2H2O
GSSG
谷胱甘肽的生理功用：
解毒作用； 参与氧化还原反应； 保护巯基酶的活性； 抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定。
2. 多肽类激素及神经肽
• 体内许多激素属寡肽或多肽
O NH2-CH-C H
甘氨酸
+
OH
O NH-CH-C H
甘氨酸
H
OH
-HOH
O O NH2-CH-C-N-CH-C H HH OH
甘氨酰甘氨酸
肽键
蛋白质氨基酸残基数的估计
组成蛋白质的氨基酸的平均分子量为128， 每个氨基酸残基的平均分子量为110； 对于简单蛋白质，用 110除它的相对分子量 即可约略估计出其氨基酸残基数目。
1951年
Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白
质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。
1953年
1962年
Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。
John Kendrew 和 Max Perutz确定了血红蛋
白的四级结构。
20世纪90年代以后 后基因组计划。
（一）什么是蛋白质?
计算题：
• 一 种 蛋 白 质 按 其 重 量 含 有 1.65% 亮 氨 酸 和
2.48% 异亮氨酸，计算该蛋白质最低分子量。
（注：两种氨基酸的分子量都是131Da）。
肽 键
O C N O C C N H C O
-
C
N
+
•
肽键的特点是氮原子上的孤对 电子与羰基具有明显的共轭作用。 • 组成肽键的原子处于同一平 面——酰胺平面。 • 肽键中的 C-N 键具有部分双键 性质，不能自由旋转。 • 在大多数情况下，以反式结构 存在。
= 每克样品含氮克数× 6.25×100 1/16%
2、蛋白质的分类
* 根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质：如：血清清蛋白 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分
如：糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白等
* 根据蛋白质形状 纤维状蛋白质：多为结构蛋白，难溶于水，
如丝心蛋白等
球状蛋白质：多数具有生理活性，多数可溶 膜蛋白
2、诊断遗传病、合成基因探针等高新技术的 研究具有重要意义。
蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化 学研究的基础。自从1953年F.Sanger测定 了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上 千种不同蛋白质的一级结构被测定。
（一）蛋白质测序的要求
1，样品必需纯（>97%以上）； 2，知道蛋白质的分子量； 3，知道蛋白质由几个亚基组成； 4，测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计 算每种氨基酸的个数。
5，测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。
（二）测定步骤
• 1、多肽链的拆分。 蛋 • 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进 白 行拆分。 质 一 级 结 构 的 测 定
• 1、多肽链的拆分。
蛋 白 • 几条多肽链借助非共价键连接在一起， 质 称为寡聚蛋白质，如血红蛋白为四聚体，烯 一 级 醇化酶为二聚体；可用 8mol/L 尿素或 6mol/L 结 构 盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基). 的 测 定
3.肽的化学反应
肽的α— 羧基，α— 氨基和侧链 R 基上的活性
基团都能发生与游离氨基酸相似的反应。
肽的化学反应和氨基酸的一致， N 端的氨基酸
残基可以与茚三酮反应。
双缩脲反应是肽和蛋白质特有的，氨基酸没有
此反应。
（五） 几种生物活性肽
活性肽(active peptide)： 生物体内存在大量的多肽和寡肽有很强的生物活 性，称活性肽。 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)