第三章蛋白质

3.蛋白质的副键
次级键（非共价键）： 氢键O-H-N 盐碱 疏水键
（疏水基团之间也有引力） 范德华引力(分子和分子间的引力) 二硫键（共价键）：Cys-SH+HS-Csy
Cys-S-S-Csy
二、蛋白质的结构
1. 蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构 (Primary structure) 多肽链中氨基酸的排 列顺序
芳香族氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2
HN
氨基酸的结构
精氨酸 Arginine
碱性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH 2 CH 2 NH C NH NH 2
氨基酸的结构
精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine
碱性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2
组成肽键的原子处于同一平面。 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。
三、 天然存在的重要多肽
在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为 蛋白质的亚单位。
但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离 状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理 功能，常称为活性肽。
第二节 多肽 一、多肽的结构
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，所形成的化合物称为肽。
肽键
R 1
R 2
H 2NCHCO O H+H 2NCHCO O H
R 1
HR 2
H 2NCHCNCHCO O H
O
二肽
由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则 称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。
脂肪族氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH CH 3 CH 2 CH 3
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline
亚氨基酸
H N
CO OH
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
（1）-螺旋
多肽链中的各个肽平面围绕同 一轴旋转，形成螺旋结构，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;（第一个aaN上的H 和第四个aaC上的O）
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。
除草剂：如N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；
5、化妆品工业
氨基酸能调节皮肤pH的变动，对细菌的防护 作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增 加皮肤、毛发的光泽。
防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是 甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、 丝氨酸等游离氨基酸。
在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一 些维生素，可防止皮肤老化。
氨基酸的结构
精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine 组氨酸 Histidine
碱性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2
N NH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate
酸性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CO OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate
第三章-蛋白质
人体中有20种氨基酸，大自然中有300 多种氨基酸，这20种氨基酸是通用的，动物 体里有，植物体里也有这20种氨基酸。无论 吃什么食物都能获得这20种氨基酸都能满足 我们人体的需要。
根据侧链R基的不同。20种基本氨基酸可分为 脂肪族氨基酸 含有羟基氨基酸 含硫氨基酸 含酰氨基氨基酸 含一氨基二羧基酸性氨基酸 含二氨基一羧基碱性氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸
酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也
不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。
()
1
三、氨基酸的化学性质
与 茚
与茚三酮的反应
三 酮
1
茚三酮
反
O C
CO C
H2O H2O
应
O O
C O H C CO H +H 2 NC R H C O O H
O
O
O
C
H O C
C CO +2 N H 3+HC C
H
HH
H HH
肽键
用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。
四、氨基酸的应用
1.治疗药剂
1.精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等 疾病颇有效果；
2.天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗 低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。
3.半胱氨酸：能促进毛发的生长；甲酯盐酸 盐可用于治疗支气管炎等；
组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞 痛，心功能不全等疾病的治疗。
牛催产素
C ys Tyr Phe S G ln S A sn C ys P ro A rg G ly N H 2
牛加压素
第三节 蛋白质
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。 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。
一、 蛋白质的结构组成
2.化学工业
维生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。 叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。 氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-
赖氨酰-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-精氨酸乙 酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。 聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的 表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与 磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳 定剂等。
❖ 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧 外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一 些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些 元素在蛋白质中的组成百分比约为：
碳 50％ 氢 7％ 氧 23％ 氮 16% 硫 0—3％ 其他 微 量
1.蛋白质的含氮量
❖ 氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。 因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作 蛋白质的含氮量。
主要的化学键:肽键
肽单元:是由肽键和-碳原子
肽键平面(酰胺平面):组成肽单元的六个原子 基本处于同一个平面上。
2.蛋白质的二级(Secondar y)结构
蛋白质在一级结构的基础上自行卷 曲折叠，借氢键连接形成以-螺旋、 -折叠为主空间结构。
主要的次级键：氢键
基本形式主要：有-螺旋、-折叠、 -转角、不规则卷曲。
❖ 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：
❖ 蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮 的克数 6.25
2.蛋白质的大小与分子量
蛋白质是分子量很大的生物分子。对任一种 给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸 的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是 相同的，即所谓均一的蛋白质。
如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽； 谷胱甘肽；蛇毒多肽等。
+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-
Met-脑啡肽
Leu-脑啡肽
C ys Tyr IL e S G ln S A sn C ys P ro Leu G ly N H 2
在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。
COOH -H +
COO-
H3N + C H
p K 1 ' H 3N + C H
R
+ H+
R
-H +
COO-
p K 2' H 2N C H
+ H+
R
净电荷 +1 正离子
0 两性离子 等电点PI
-1 负离子
氨基酸的等电点
当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+ 和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基
Ser
Val
T yr
Asp
Gln
H
H
H
H
H
O
O
O
O
H3N+ C C N C C N C C N C C N C COO-
N-端 CH2
H CH
H CH2
H CH2
H CH2 C-端
OH
CH3CH3
CO2H
CH2
肽键
OH
CONH2
在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺 序称为氨基酸顺序
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine
脂肪族氨基酸
O H2N CH C OH
H
氨基酸的结构
甘氨酸 丙氨酸
Glycine Alanine
脂肪族氨基酸
O H2N CH C OH
CH3
氨基酸的结构
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸
Glycine Alanine Valine
脂肪族氨基酸
O H 2 N CH C OH
含硫氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH 2 S CH 3
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine
含硫氨基酸
O
O
O
C C
OH
水合茚三酮
C OH
O O
C CH+R C H O +N H 2+C O 2 C O H
O O -N H 4 + O
C
C
CNC
+2 H 2 O
C
C
OO
用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。
（ 2
氨基酸的化学性质
）
3．-氨基和羧基共同参与的反应
成 肽
1
反
应
R 1O H 2NCCO H+
HNC R 2 CO O H-H 2OH 2NC R 1 C ONC R 2 CO O H
酸性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH 2 CO OH
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine
含羟基氨基酸
O H 2N CH C OH
CH 2 OH
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine
含羟基氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH OH CH 3
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氨基酸的结构
天冬酰胺 Asparagine
O H 2N CH C OH
CH 2 SH
氨基酸的结构
苯丙氨酸 Phenylalanine
芳香族氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2
氨基酸的结构
苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine
芳香族氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2
OH
氨基酸的结构
苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Trytophan
蛋白质分子为右手-螺旋。
（2）-折叠
-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也 可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键 都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。
-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链 的方向相反。
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。如上述五肽可表示为：
Ser-Val-Tyr-Asp-Glu
二、 肽键
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。
含酰胺氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CO NH 2
氨基酸的结构
天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine
含酰胺氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH 2 CO NH 2
二 、 氨基酸的离解性质
氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或 氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨 基 是 以 质 子 化 (-NH3+) 形 式 存 在 ， 羧 基 是 以 离 解 状 态 (COO-)存在。
CH CH 3 CH 3
氨基酸的结构
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸
Glycine Alanine Valine Leucine
脂肪族氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH CH 3 CH 3
氨基酸的结构
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine
3、食品工业
营养强化剂； 谷氨酸钠－味精； 天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉
感并使香味浓厚爽口； 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：－甜味素
4、农业
杀虫剂：刀豆氨酸、5-羟色氨酸可使南方毛虫拒食 而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的 二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；
杀菌剂：N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；-1， 4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；