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蛋白质一级结构的表示法
蛋白质的一级结构，通常根据参与组成多肽链 的氨基酸残基种类，按照其排列顺序，从N—末端氨 基酸残基开始，依次命名。 举例：甲硫脑啡肽
H
H 2N C CO NH
H
C H 肽键 CO NH
H
C H CO NH
H
C CO NH
H
C COOH
CH 2
CH 2
CH 2 CH 2
S
OH
中文氨基酸残基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸 三字母符号表示法：Tyr· Gly· Met Gly· Phe· 单字母符号表示法：Y· G· M G· F·
结合蛋白质分为：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白 、 磷蛋白、黄素蛋白、色蛋白、金属蛋白等。
2.1.3 蛋白质在生产和生活中的利用
2.1.3.1 在食品和饲料领域的应用 2.1.3.2 在医药领域的应用
2.2 蛋白质的基本组成单位–氨基酸
2.2.1 氨基酸的结构 2.2.2 氨基酸的分类 2.2.3 氨基酸的性质
alanine )
非 极 性 氨 基 酸
缬氨酸 亮氨酸
( valine ) ( leucine ) ( isoleucine )
Leu Ile P he T rp Met
异亮氨酸
苯丙氨酸 ( phenylalanine ) 色氨酸 蛋氨酸 ( t rypt ophan ) ( met hionine )
2.2.3.1 氨基酸的两性解离与等电点 2.2.3.2 氨基酸的光学活性与吸收光谱
2.2.3.1 氨基酸的两性解离及等电点
氨基酸分子既含有酸性的羧基(-COOH)， 又含有碱性的氨基（-NH2）。
其中的-COOH能放出质子（H＋），而变 成-COO－；其中的-NH2 能接受质子，而 变成-NH3＋。因此，氨基酸是两性电解质 （ampholyte）。
一般含有：碳（50％~55％） 、氮（15％ ~18％）、氧（20％~23％）、氢（6％~8 ％）、硫（0％~4％）。 在某些蛋白质中，还含有一些微量元素如： 磷、铁、铜、钼、碘、锌等。 蛋白质元素组成的一个特点：各种蛋白质的 氮含量比较恒定，平均值为16％左右。 由于
容易用凯氏定氮法进行测定氮的含量，因此，蛋白 质的含量可由氮的含量乘以 6.25（100/16）计算 出来。
2.1.1.1 蛋白质的生物学意义
(1) 蛋白质生物学功能的多样性
酶的催化功能、控制生长和分化、代谢调节功 能、运动功能、运输作用、免疫保护作用、接受和 传递信息、贮存营养功能、结构支持作用。
（2）蛋白质生物学功能的复杂性
某一功能的发挥往往受到多种因素的影响与调 节。
2.1.1.2 蛋白质的元素组成
2.2.2.3 非蛋白质氨基酸
在生物体内的各种细胞或组织还发现150多 种不参与蛋白质组成的氨基酸，故称非蛋白 质氨基酸，这类氨基酸多呈游离，但也有结 合态的。大部分是蛋白质常见氨基酸衍生物， 但也有D–型和一些β、γ或δ–氨基酸。
这些非蛋白质氨基酸不存在于蛋白质中，多 是重要的代谢物前体或代谢中间产物。如瓜 氨酸和鸟氨酸是精氨酸的前体，γ–氨基丁酸 是一种神经递质。
除 甘氨酸 以外，其余 20 种氨基酸的 Cα都是不对 称碳原子（手性），因而每一种氨基酸都有D-型 和 L-型两种构型。天然蛋白质中的几乎所有的氨基 酸都是 L-型氨基酸。某些微生物和植物体中含有 D-型氨基酸。
COOH H2N C R
L-型 氨 基 酸
COOH H C R
D-型 氨 基 酸
H
NH2
氨基酸两性解离示意图：
R CH COOH NH2
中性分子形式
R CH COO
+ NH3
两性离子形式
氨基酸的等电点：
对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特 定的pH时，氨基酸以两性离子的形 式存在，正电荷数与负电荷数相等， 净电荷为零，在电场中，既不向正极 移动，也不向负极移动。这时，溶液 的pH，称为该氨基酸的等电点，用p Ｉ表示。
纤维状蛋白质（fibroue protein）
结构特点：多数为结构蛋白， 结构很不对称，多数难溶于水。 能耐受强的拉力。
如皮肤、肌键、软骨及骨组织中的 胶原蛋白 ；毛发及皮肤中的角蛋白； 存在于皮肤、动脉血管壁、结缔组 织中的弹性蛋白。
主要功能是给机体提供坚实的 支架，连接各细胞、组织及器 官。
2.1.2.2 按蛋白质功能分类
C2
Cα2
N1
2.3.1.2 天然活性肽
⑴ 谷胱甘肽 ⑵ 脑啡肽 ⑶ 短杆菌肽S ⑷ 肽类激素
2.3.1.3 一级结构的测定步骤
测序一般要求样品均一，纯度应在97%以上，允许误差在10%左 右。
1. 测定蛋白质的分子质量和多肽链的数目 2. 拆开蛋白质分子的多肽链 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 断开多肽链内的二硫键 分析每一条多肽链的氨基酸组成 鉴定多肽链的N末端和C末端残基 把多肽链裂解成两套以上大小不等的较小片段 测定各肽段的氨基酸序列 重叠各肽段，重建完整多肽链的一级结构顺序 确定半胱氨酸残基间形成的S—S二硫键位置
氨基酸名称
符号
HC
R基化学结构
C NH N H CH2
组氨酸 ( histidine )
His
HN
赖氨酸
( lysine )
Lys
H3N CH2 CH2 CH2 CH2 H2N C NH CH2 CH2 CH2 NH2
+
+
精氨酸
( arginine )
Arg
天冬氨酸 ( aspartic acid ) Asp 谷氨酸 ( glutamic acid ) Glu
催化蛋白 调节蛋白 结构蛋白 运输蛋白 贮藏蛋白 运动蛋白 防御蛋白 电子传递蛋白
2.1.2.3 按蛋白质的组成和溶解性分类
按组成分为：简单蛋白质和结合蛋 白质。 简单蛋白质：根据溶解度的不同，又分
为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、组 蛋白、精蛋白、硬蛋白 7 小类。
结合蛋白质：根据辅基的不同，可以将
2.2.2 氨基酸的分类
2.2.2.1 编码氨基酸 2.2.2.2 非编码氨基酸 2.2.2.3 非蛋白质氨基酸
2.2.2.1 编码氨基酸
L - 型氨基酸 H2 N C H R
COOH
C D
- 型氨基酸
H
C
R
分类
氨基酸名称
丙氨酸 (
符号
Ala Val
R基化学结构
H3 C H3 C H3 C H3 C CH CH3 CH CH3 CH2 CH CH3 CH2 CH2 N CH2
不 带 电 荷 极 性 氨 基 酸
丝氨酸 苏氨酸
半胱氨酸 ( cyst eine ) 酪氨酸 (t yrosine )
天冬酰胺 (asparagine ) 谷氨酰胺 ( glut amine )
硒代-半胱氨酸(seleno-cysteine)
se-cys HSe
CH2
C
COO -
分类
带 正 电 荷 极 性 氨 基 酸 带极 负性 电氨 荷基 酸
O N H Cα C N H Cα O C N H Cα O C
……
O C N
O C H
肽单位
N Cα
H
H
H R
O N H Cα C OH
氨基酸残基（amino acid residue）
多肽链上的每个 氨基酸，由于形成 肽键而失去了一分 子水，成为不完整 的分子形式。这种 不完整的氨基酸被 称为氨基酸残基。
2.3.1 蛋白质的一级结构 2.3.2 蛋白质的三维结构
2.3.1 蛋白质的一级结构
2.3.1.1 肽和肽键 2.3.1.2 天然活性肽 2.3.1.3 一级结构的测定步骤
蛋白质的一级结构概念
多肽链上各种氨基酸残基的排列顺 序，即氨基酸序列。
2.3.1.1 肽和肽键
一个氨基酸分子的α-羧基可以与另一 个氨基酸分子的α-氨基缩合，失去一 个水分子，从而形成肽（peptide）。 这种由二个氨基酸分子缩合而成的肽， 称为二肽（dipeptide）。其中，包含 一个肽键。
氨基酸的等电点的作用：
在一定的实验条件下，等电点是氨基酸 的特征常数。 当氨基酸处于等电点状态时， 其溶解度最小，容易发生沉淀；不同氨基酸， 由于R基团结构的不同，有不同的等电点。
利用这一特性可以从各种氨基酸 的混合物溶液中分离制取某种氨 基酸。
2.2.3.2 氨基酸的光学活性与吸收光谱
（一）氨基酸的构型:
甘氨酸的结构式
H H C COOH α NH2
（二）吸收光谱
参与蛋白质组成的氨基酸在可见光区 都没有光吸收；在紫外光区只有色氨 酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能 力。其最大吸收波长(λ)分别为280、 275、257nm。 是利用紫外分光光度计，在280nm波 长处，测定蛋白质浓度的基础。
2.3 蛋白质的结构
2 蛋白质的结构与功能
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 概述 蛋白质的基本组成单位–氨基酸 蛋白质的结构 蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的重要性质、分离纯化与 鉴定
2.1 概述
2.1.1 蛋白质的生物学意义和元素组成 2.1.2 蛋白质的分类 2.1.3 蛋白质在生产和生活中的利用
2.1.1 蛋白质的生物学意义和元素组成
- OOC CH 2 - OOC CH CH 2 2
2.2.2.2 非编码氨基酸
蛋白质中有一些不常见的稀有氨基酸，没有相 应的三联体遗传密码，故称非编码氨基酸。这些氨 基酸都是在生物体合成蛋白质分子后相应的编码氨 基酸经羟基化、甲基化、磷酸化等修饰形成的衍生 物。
例如：胶原蛋白和弹性蛋白中的 4-羟脯氨酸 和 5-羟赖氨酸；甲状腺球蛋白中的 二碘酪氨 酸 和 L-甲状腺素；α-角蛋白中的 胱氨酸 等。
（二）二面角（dihedral angle）
肽平面 1围绕 Cα2—N1 单 键旋转，其旋转的角度用Φ 表示；肽平面 2 也可以围绕 Cα2—C2 单键旋转，其旋转 的角度用Ψ表示。由于Φ 和 Ψ 这二个转角决定了相邻二 个肽平面在空间上的相对位 置，因此，习惯上将这二个 转角称为二面角。二面角决 定多肽链主链骨架的构象。
H H R
O
N Cα C
氨基酸残基
肽单位平面结构和二面角
（一）肽单位平面结构的特征
肽单位的特征：
1．肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转。
肽键的键长是0.1325nm，比 C—N 单键（键长0.147nm）短 些，比C=N 双键（ 键长 0.127nm ）长些。
2．肽单位是刚性平面结构。 这就是说，肽单位上的 6 个原子都位于同一个刚 性平面上，称为酰胺平面。 3．在肽单位上，其 C＝O 和 N—H 都是反式排布。
R1 H N H Cα H O R2 N H Cα H O
C
C
OH
肽键（peptide bone）：是 连接多肽链中氨基酸残基 的唯一共价键。 O H 多肽链（polypeptide O N Cα C Cα C N chain） ：由许多氨基酸残
基通过肽键彼此连接而成的线 状聚合体，称为多肽链。 肽键 氨基酸残基
H3C H2 C
S
CH2 CH2 CH
CBaidu Nhomakorabea2
脯氨酸
( proline )
P ro
H2 C
COOH
N H
分类
氨基酸名称
甘氨酸 ( glycine ) ( serine ) (t hreonine )
符号
Gly Ser T hr Cys T yr Asn Gln
R基化学结构
H HO CH2 H3 C HS HO O H2 N C O H2 N C CH2 CH2 H CH2 CH OH CH2 CH2
CH 2 CH 2 CH 2 CH COOH NH2 NH2
L —鸟 氨 酸
H2
OOH
H2N C NH CH 2 CH 2 CH 2 CH COOH O
L —瓜 氨 酸
NH2
2.2.3 氨基酸的性质
构成蛋白质的α–氨基酸均为无色晶体，熔点 高于200℃，一般能溶于水、稀酸、稀碱，不溶于 有机溶剂，用酒精可把氨基酸从水溶液中沉淀析出。
2.1.2 蛋白质的分类
2.1.2.1 根据蛋白质的构象 2.1.2.2 按蛋白质功能分类 2.1.2.3 按蛋白质的组成和溶解性分类
2.1.2.1 根据蛋白质的构象
分为纤维状蛋白质 和球状蛋白质 。
球状蛋白质(globular protein)：

结构特点：近似于球形或椭圆形， 多数可溶于水或盐溶液中。许多 具有生理活性的蛋白质如酶、转 运蛋白、蛋白质类激素、免疫球 蛋白等均属球状蛋白。
2.2.1 氨基酸的结构
蛋白质中常见 H 的氨基酸有 21 种。 除脯氨酸以外，这 R Cα COOH 些天然氨基酸在结 NH 2 构上的共同点是： 与羧基相邻的α-碳原 氨 基 酸 的 结 构 通 式 子上都有一个氨基， 因而称为α-氨基酸。
脯氨酸的结构式：
H H2C C H2C NH C H2 COOH