第三章 蛋白质化学

a. 脂肪族氨基酸
b. 芳香族氨基酸
c. 杂环氨基酸
2、按R基极性分类
1. 非极性R基团氨基酸：8种—Ala，Val，Leu， Ile， Phe，Pro，Met，Trp
2. 极性不带电荷R基团氨基酸：7种—Ser，Thr，Asn， Gln，Tyr，Cys，Gly
3. pH 7时带负电荷R基团氨基酸：2种—Asp，Glu 4. pH 7时带正电荷R基团氨基酸：3种—Lys，Arg，
• 例如五肽：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln的命名是： 丝氨酰缬氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酰氨酸
肽键的性质
1. 肽键是一种酰胺键，具有部分双键性质，不能自由 旋转。
2. 肽链中的酰胺基（ CO NH ）称为肽基或肽单 位。组成肽基的4个原子和2个相邻的Cα原子倾向 于共平面，形成所谓多肽主链的酰胺平面也称肽 平面或肽基平面。
• 氨基酸的D-型或L-型是以L-甘油醛或L-乳酸为参考 的。
CHO
C H OH
CH2OH
D-甘油醛
COO-
C
H
+
NH3
CH3
D-丙氨酸
CHO
C HO H CH2OH
L-甘油醛
COO-
C
+
H3N H
CH3
L-丙氨酸
2. 20种基本氨基酸的结构与分类
1、按R基团的化学结构分为脂肪族，芳香族和杂环族。
酸的长程顺序决定。
证据：蛋白质可逆变性实验，镰刀状细胞贫血
六十年代 White 和 Anfinsen 牛胰核糖核酸酶复性试验。
RNase 8M尿素 四个二硫键断裂 β-巯基乙醇
透析 去除尿素，巯基乙醇
蛋白质肽链伸展成 无规则卷曲，酶活 性丧失
RNase复性，活力为原来的 95-100％
第四节 蛋白质的重要理化性质
1. 蛋白质的两性解离与等电点
• 对某一种蛋白质来说，在某一pH值，它所带的正电荷 与负电荷恰好相等，也即净电荷为零，这一pH值称为 蛋白质的等电点。
2. 蛋白质的变性与复性
• 天然蛋白质分子受到某些物理因素的影响，生物活性 丧失，溶解度降低，及其它物理化学常数发生改变， 这种过程称为变性作用。
•当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构 象，这一现象称为蛋白质的复性。
2.分类
按组分 • 简单蛋白质，如核糖核酸酶，胰岛素，清蛋白等； • 结合蛋白质，如血红蛋白，核蛋白，黄素蛋白等。
• 按分子外形的对称程度可分为球状蛋白质和纤维状蛋 白质。
3. 蛋白质在生物体内的分布
含量(干重)
微生物 50-80%
人体
45%
一般细胞 50%
种类
大肠杆菌 人体
生物界
3000种 10万种 1010-1012
• 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也 决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。
• 酸性氨基酸： pI = (pK1’ + pK’ R-COO- )/2 • 碱性氨基酸： pI= (pK2 + pK’R-NH2 )/2
pI = (pK1’ + pK’R-COOH)/2 pI = (pK2’ + pK’ R-NH2 )/2
毛发的结构
三股右手α-helix 向左缠绕 ↓
初原纤维(αα组合的超二级结构) ↓
再排列成“9+2”电缆式结构“微原纤维” ↓
几百根微原纤维结合成---不规则
角 蛋 白 分 子 中 的 二 硫 键
4. 蛋白质的结构域 （理解）
• 多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级 结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体， 称为结构域。
小结
1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两边的pK值
和的一半。 2. pH﹥pI，氨基酸带净的负电荷，在电场中向阳极移动；
pH ﹤ pI ，氨基酸带净的正电荷，在电场中向阴极移 动。 3.在一定pH范围中，溶液的pH离氨基酸等电点愈远，氨 基酸带净电荷愈多。
• 必需氨基酸： Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys
• 天然蛋白质中的-螺旋几乎 都是右手螺旋。
(了解)
②β-折叠
（反向平行） （同向平行）
• 小结
1. 多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状； 2. 侧链交错位于锯齿状结构的上下方； 3. 氢键维系； 4. 可有顺平行片层和反平行片层结构。
③ β-转角(β-turn)
• 弯曲处的第一个氨基酸残基的–C=O 和第四个残基的 –N-H 之间形成氢键.
• 维持蛋白质三维结构的作用力
⑴ 氢键
⑵ 范德华力
⑶ 疏水相互作用 水介质中蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏
在分子内部，这一现象称为疏水相互作用。 ⑷ 盐键
即离子键，正负电荷之间的静电吸引力。 ⑸ 二硫键
□氨基酸顺序决定蛋白质的三维结构（了解）
• 球状蛋白质的三维结构决定于氨基酸的顺序，由氨基
•
R
2.氨基酸的两性解离
在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。
H3N+
COOH -H+ C H pK1'
R
+ H+
H3N+
COOCH R
-H+
COO-
pK2' H2N C H
+ H+
R
（理解）
pH=-lg[H+]=-lgK1’=pK1’ pH=-lg[H+]=-lgK2’=pK2’
• 在某一pH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，呈电 中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点， 用pI表示。
• 最常见的结构域含序列上连续的100-200个氨基酸残 基，少至40个左右，多至400个以上。
• 结构域有时也指功能域。
• 功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位，它可 以是一个结构域，也可以是由两个结构域或两个以上 结构域组成。
5. 蛋白质的三级结构 （掌握）
• 指由二级结构元件构建成的总三维结构。
二、蛋白质的大小与分子量
第一节 蛋白质的基本结构单位-氨基酸
• 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。
• 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基 酸（甘氨酸除外）。
1. α-氨基酸的一般结构
• α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。
• 20种基本氨基酸除Pro外，都是α-氨基酸。
• 氨基酸有D-型及L-型
第三章 蛋白质化学
蛋白质通论
• 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、蛋白质的化学组成与分类
1. 元素组成 C 50% H 7% O 23% N 16% S 0-3%
蛋白质含量=蛋白氮×6.25
2. 蛋白质的二级结构 （掌握）
• 指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是 该段肽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。
• 主要有α-螺旋、β-折叠、 β-转角、无规则卷曲。
• 氢键是稳定二级结构的主要作用力。
① -螺旋（-helix）
• 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;
• 亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐 键、氢键、范德华力；亚基可以相同或不同。
•由2个至多个三级结构的亚基缔合形成四级结 构的蛋白质。
单体蛋白：只有一个亚基（三级结构）； 寡聚蛋白：由少量的亚基聚合而成的蛋白质，
如四聚体血红蛋白； 多聚蛋白：由很多的亚基聚合成的蛋白质，
如病毒蛋白外壳。
（了解）
3. 蛋白质的紫外吸收
（理解）
• 蛋白质分子如果含有Trp、Tyr和Phe，对紫外光有吸 收，一般最大吸收峰为280nm。
5. 电泳
• 带电颗粒在电场的作用下向着与其所带电荷相反的 电极移动的现象。
• 影响泳速度的因素有颗粒的性质、电场强度和溶液 的性质等。
（了解）
His
3. 氨基酸的理化性质（理解）
（一）物理性质 1.氨基酸的旋光性 • 除Gly外，19种氨基酸含有一个手性α-碳原子，因 此都具有旋光性。
2.氨基酸的光吸收
• 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有 吸收光的能力。
• 酪氨酸的λmax＝275 nm，苯丙氨酸的λmax＝257 nm，色氨酸 的λmax＝280 nm
⑵ •由两段平行β折叠股和一段作为连接链的螺旋组成。
Rossman-折叠
⑶ a. β-曲折 b.希腊钥匙拓扑结构
□ 纤维状蛋白质（了解）
• 不溶性：角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；
• 角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、 甲、角、鳞和羽等。角蛋白中主要的是-角蛋白。
• -角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度拉伸时， 则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折 叠结构，称为-角蛋白。
• 包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系和 侧链在三维空间中彼此间的相互关系。
6. 蛋白质的四级结构 （掌握）
• 四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的亚基 按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。
• 亚基：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的 一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。
3. 肽单位中，C=O与N-H或两个α－碳原子呈反式排 布。
□ 天然存在的重要多肽 （了解）
• 抗生素：短杆菌肽S、多粘菌素E和放线菌素D • • 脑啡肽，谷胱甘肽， α-鹅膏蕈碱等。
㈡ 蛋白质分子的构象与结构层次
• 天然蛋白质分子不是一条走向随机的松散肽链，每种 天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构 称为蛋白质的构象。