第三章蛋白质化学

第三章蛋白质化学一、重点难点概述：学习要求：掌握蛋白质的概念和化学组成；掌握蛋白质的组成单位——氨基酸的结构和理化性质；掌握肽的概念和性质；掌握蛋白质的结构（包括初级结构和空间结构）及结构与功能的关系，掌握蛋白质和氨基酸的理化性质；了解蛋白质分析、分离和纯化的一般方法。重点及难点：氨基酸的结构和性质；蛋白质的结构与功能的关系；蛋白质的分离纯化。主要内容：一、蛋白质的化学组成与分类蛋白质：蛋白质（protein）是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。氨基酸是蛋白质的基本组成单位。它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16%~20%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸（Aminoacid）按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。（一）蛋白质的元素组成（二）蛋白质的基本单位——氨基酸（三）蛋白质的分类二、蛋白质的大小与分子量三、蛋白质的构象四、蛋白质结构层次五、蛋白质分子多样性第二节蛋白质基本单位---氨基酸一、蛋白质的水解二、氨基酸的结构与分类（一）基本氨基酸（20种）（二）修饰氨基酸（三）非蛋白质组分氨基酸三、氨基酸的构型、旋光性和光吸收(一)氨基酸的构型（二）氨基酸的旋光性（三）氨基酸的光吸收性四、氨基酸的酸碱性质（一）氨基酸是两性电解质（二）氨基酸有特征滴定曲线（三）不同氨基酸的酸碱性质不同（四）氨基酸的甲醛滴定五、氨基酸的化学反应六、氨基酸的分离分析（一）分配层析法分离氨基酸（二）分配柱层析（三）氨基酸的纸层析（四）氨基酸的薄层层析（五）氨基酸纸电泳（六）离子交换层析分离氨基酸第三节蛋白质的共价结构一、肽和键的结构（一）肽键（二）肽键作为蛋白质主键的证据（三）肽键的特点（四）肽概念二、肽的理化性质（一）肽的物理性质：晶体的熔点很高（二）肽的解离（三）小肽的滴定及等电点确定三、天然存在的活性肽四、蛋白质一级结构举例（一）胰岛素（二）核糖核酸酶的一级结构五、蛋白质的氨基酸序列与生物功能（一）同源蛋白质的种属差异与生物进化（二）同源蛋白质具有共同的进化起源（三）血液凝固与氨基酸序列的局部断裂六、肽链人工合成第四节蛋白质的三维结构一、研究蛋白质构象的方法（一）X-射线晶体衍射技术：（二）核磁共振二．蛋白质分子中的共价键与次级键三、多肽折叠的空间限制（一）肽单位平面结构——肽单元（二）二面角（三）拉氏构象图四、蛋白质的二级结构（一）螺旋结构概述（二）a-螺旋（三）b-折叠（四）转角（五）无规卷曲（六）蛋白质的结构转换第五节蛋白质的三级结构和四级结构一、三级结构和四级结构的概念（一）三级结构（二）四级结构（三）纤维蛋白与球蛋白结构和功能的差异二、纤维蛋白适应其支架功能（一）纤维状蛋白质的类型（二）纤维蛋白的特性（三）a-角蛋白（四）胶原蛋白（五）丝心蛋白三、结构多样性反应了球蛋白功能的多样性四、肌红蛋白提供了关于球状蛋白结构复杂性的最早线索（一）肌红蛋白的结构（二）由肌红蛋白的结构得出了许多重要结论（三）肌红蛋白的构象保证了血红素与氧的结合五、球状蛋白有各种三级结构（一）细胞色素C（二）溶菌酶（三）核糖核酸酶六、对许多球蛋白质研究中发现共同的结构形式——超二级结构和结构域（一）超二级结构（基序motif或折fold叠）（二）结构域七、球状蛋白质的三级结构的特征要点：八.蛋白质大小的限制九、球状蛋白质的聚集体——四级结构（二）亚基间的结合力：（一）有关四级结构的一些概念（三）四级结构的对称性（四）球蛋白聚合成四级结构的优越性第六节蛋白质的变性和折叠一、蛋白质的变性（一）变性概念（二）变性因素（三）各种变性因素对蛋白质构象的影响（四）变性现象（五）可逆变性和不可逆变性（六）蛋白质变性过程（七）蛋白质的复性（八）变性的预防和利用二、多肽链折叠（一）氨基酸顺序决定蛋白质的三极结构（二）氨基酸顺序决定三级结构的证据（三）肽链按步骤折叠（四）折叠过程的能量变化（五）某些蛋白质折叠在其他蛋白质的辅助下进行第七节蛋白质的功能一、肌红蛋白的结构（一）结构与功能（二）肌红蛋白氧合曲线二、血红蛋白的结构与功能（一）血红蛋白的主要地位（二）血红蛋白的结构（三）血红蛋白对氧的结合四、免疫球蛋白的结构与功能(一)免疫系统（二）抗原与抗体的一般概念（三）免疫球蛋白的分类（四）免疫球蛋白的结构（五）IgG的作用（六）抗体技术五、肌球蛋白和肌动蛋白（一）分布：（二）肌球蛋白（三）肌动蛋白六、蛋白质的结构与功能的进化（一）蛋白质进化的一般规律（二）同源蛋白质进化趋势七、蛋白质构象的特点八、寡聚蛋白与别构效应蛋白质的重要性质、两性解离性质及等电点、蛋白质胶体性质、蛋白质的沉淀、蛋白质的变性与复性、蛋白质的紫外吸收、蛋白质呈色反应蛋白质的分离纯化与鉴定一、细胞破碎二、提取三、分离盐析有机溶剂沉淀等电点沉淀四、纯化离子交换层析凝胶过滤五、蛋白质分子量的测定与纯度鉴定1．蛋白质元素组成和氨基酸组成的特点。2．蛋白质中常见氨基酸的结构特点、分类方法,熟记20种氨基酸的结构特点，三字母符号和单字母符号。3．氨基酸α-氨基参加的各种反应及用途；α-羧基参加的各种反应及其用途；α-氨基和α-羧基共同参加的反应及其用途；熟悉R基参加的一些重要反应及其用途。4．掌握用纸层析、离子交换层析、高效液相色谱（HPLC）分离和分析氨基酸的基本原理。5．肽链一级、二级、三级、四级结构；蛋白质一、二、三、四级结构的含义，四级结构的主要特点，及四级缔合在结构和功能方面的优越性。利用沉淀法、凝胶过滤法、离子交换层析法、亲和层析法、快速液相层析法、PAGE法、IES法、IES-PAGE双向电泳法等方法分离分析蛋白蛋的基本原理和基本步骤，测定蛋白质含量的常用方法。二、五个问题：1.甘氨酸的pK-COOH=2.34,pK-NH2=9.6,它的pI为A.11.94B.7.26C.5.97D.3.63E.2.34[答案]C[评析]氨基酸含有碱性的氨基和酸性的羧基，具有两性解离的特性。在某种pH环境中，氨基酸的酸性基团和碱性基团解离度相等，成为兼性离子。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该氨基酸的等电点。甘氨酸的R基无解离基团，其pI的计算方法为：pI=1/2(pK-COOH+pK-NH2)=1/2(2.34+9.6)=5.97。2.测定小肽氨基酸序列的最好方法是A.2，4-二硝基氟苯法（FDNB法）B.二甲氨基萘磺酰氯法（DNS-CL法）C.氨肽酶法D.苯异硫氰酸法（PITC法）E.羧肽酶法[答案]D[评析]测定小肽氨基酸序列最好的方法是苯异硫氰酸法。此法的最大优点是苯异硫氰酸和肽链N端的氨基反应后形成苯硫氨甲酰肽（PTC-肽），然后在酸性条件下，N端的苯硫氨甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）环化形成苯硫乙内酰脲衍生物（PTH-氨基酸）并从肽链上脱落下来，而肽链的其余部分保持完整，又可重复上述的反应。蛋白质顺序仪就是根据这一原理设计制造的。3.下列关于蛋白质结构的叙述哪些是正确的？A.二硫键对稳定蛋白质的构象起重要作用B.球状蛋白质在水溶液中，带电荷的氨基酸侧链趋向于排列在分子的外面C.蛋白质的一级结构决定高级结构D.氨基酸的疏水侧链很少埋在蛋白质分子的内部[答案]A，B，C[评析]蛋白质的一级结构决定高级结构。二硫键在稳定蛋白质构象方面起重要作用。带电荷的氨基酸侧链有暴露于蛋白质分子表面的趋势，而疏水侧链则有埋于蛋白质分子内部的趋势。4.一个蛋白质样品经酸水解后，能用氨基酸自动分析仪准确测定它的所有氨基酸。[答案]错。[评析]酸水解时色氨酸被破坏，羟基氨基酸部分被破坏，谷氨酰胺和天冬酰胺分别转变成谷氨酸和天冬氨酸，胱氨酸转变成半胱氨酸，且半胱氨酸与茚三酮不发生颜色反应。5.球状蛋白折叠形成疏水核心时，伴随着多肽链熵的增加。[答案]错。[评析]蛋白质折叠形成疏水核心时，肽链的熵减少，环境的熵增加。参考文献：1张幼怡.蛋白质-蛋白质相互作用方法与应用[M].北京:北京大学医学出版社,2008.9,120-125.2魏群.蛋白质:结构与功能[M].北京:科学出版社,2008.45-46.3初众,邢春影,严善春.洋虫成虫蛋白质化学提取方法的比较[J].东北林业大学学报,2008,(05):149-150.4王彦艳,陈公琰.SELDI蛋白质芯片技术及在肺癌肿瘤标志物中的研究进展[J].实用肿瘤学杂志,2006,(05):78-79.5姚玉静,杨晓泉,邱礼平.食品蛋白质化学改性研究进展[J].粮食与油脂,2006,(07):79-80.6邢文超,负强,苏志国.新型蛋修质修饰剂的合成及修饰牛血红蛋的初步研究[J].中国生物工程杂志,2008,(05):109-110.7董奋强,崔英德,崔亦华.蛋白质化学修饰及其工业应用[J].河南化工,2008,(04):85-86.8袁勤生,张天民,荣晓花.蛋白质化学专家-戚正武院士[J].中国生化药物杂志,2008,(19):102-103.9中国生物工程杂志.第五届国际蛋白质化学和生物技术前沿研讨会在长春举行[J].中国生物工程杂志,2008,(01):112-113.10严锐,黄金营.蛋白质化学修饰的研究进展[J].化学工业与工程,2006,(05):78-79.11张天幕.电喷雾电离质谱及其在蛋白质化学研究中的应用[J].生命科学仪器,2008,(05):85-86.12桑志红.电喷雾电离质谱及其在蛋白质化学研究中的应用[J].国外医学(药学分册),2008,(05):102-103.13KDERAY,MATSUCHIMAA,HIROTOM.Pegylationofproteinsandbioactivesubstancesformedicalandtechnicalapplications[J].ProgressinPolymerScience,1998,(7):1233-1271.14RAMESHRAJAP,HUASHANW,ANILG.Currentaspectsinpharmacologyofmodifiedhemoglobin[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2000.185-198.15VeroneseFM.PeptideandproteinPEGylation:Areviewofproblemsandsolutions[J].Biomaterials,2001,(5):405-417.16SAKAMOTOS,OBATAYAI,MIHARAH.Effectsonaminoacidssubstitutionofhydrophobicresiduesonhaem-bindingpropertiesofdesignedtwo-α-helixpeptides[J].JournaloftheChemicalSociety,PerkinTransactions,1999.2059-2069.[17]汪少芸,叶秀云.研究与实践性教学在蛋白质化学精品课程中的应用[J].福建轻纺,2012(1):35-38。[18]黄云[1],马洪雨[2].浅谈蛋白质组学实验室的建设与管理——以南京农业大学植物保护学院蛋白质组学实验室为例[J].高校实验室工作研究,2014(4):66-67.[19]刘清梅.蛋白质组学教学中的一些思考[J].考试周刊,2011(61):208-209.[20]卢春花,韦宇拓,白先放,何勇强.《蛋白质组学》课程教学实践与探讨[J].实验科学与技术,2014,12(5):197-199.