生物化学2蛋白质(环境).

本章重点与难点重点：掌握组成蛋白质的氨基酸的结构特点、分类、三个字母代号及重要理化性质；掌握蛋白质1-4级结构特点、作用力；了解蛋白质结构与功能的关系；了解蛋白质的重要理化性质难点：氨基酸结构特点、酸碱性质、等电点；蛋白质各级结构的概念和特点、结构与功能的关系；蛋白质重要理化性质的应用。2.1蛋白质的组成和分类2.1.1概念蛋白质（protein）是由许多α-氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子含氮化合物。催化作用高效专一地催化机体内几乎所有的反应酶运输作用专一运输各种小分子和离子如血红蛋白调节作用调节机体代谢活动如胰岛素、钙调蛋白、阻遏蛋白运动作用负责机体的运动如肌动蛋白、肌球蛋白防御作用防御异体侵入机体如免疫球蛋白、病毒外壳蛋白营养作用作为氨基酸的贮库，用于生长发育所需或某些物质与蛋白质结合而被贮存如卵清蛋白、酪蛋白、麦醇溶蛋白、铁蛋白结构蛋白作为构建机体某部分的材料如a-角蛋白、胶原蛋白2.1.2蛋白质的存在与功能2.1.3蛋白质的组成C、H、O、N，大多含有S有的还含有P、Fe、I、Cu、Mo、Zn1.元素组成各元素的百分比对于大多数蛋白质都较相似，其中N约占16%。这可用于测定蛋白质的含量——凯氏定氮法。二.蛋白质的化学组成2.蛋白质的基本结构单元蛋白质的基本结构单元是氨基酸多个氨基酸首尾连结形成长而不分支的多聚物——多肽链多肽链再折叠卷曲，形成蛋白质*根据蛋白质组成成分单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分*根据蛋白质形状纤维状蛋白质球状蛋白质2.1.4蛋白质的分类膜蛋白质氨基酸（aminoacid）：含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物。氨基连在α-碳上的为α-氨基酸。天然氨基酸均为α-氨基酸。2.2蛋白质的组成单位—氨基酸2.2.1氨基酸的结构通式组成蛋白质的氨基酸都为a-氨基酸（除Pro外）C酸氨HH2NCOOHR不同的aa在于R基团的不同组成蛋白质的氨基酸都为L型（除Gly外）D型与L型CHNH2COOHRCHH2NCOOHR非极性氨基酸（8）极性氨基酸非解离的极性氨基酸(不带电7)酸性氨基酸（带负电2）碱性氨基酸(带正电3)2.2.2氨基酸的分类组成蛋白质的氨基酸共有20种(不同的氨基酸在于侧链的不同)1.由侧链R基团的性质脂肪族氨基酸杂环氨基酸芳香族氨基酸Phe、Tyr、TrpPro、HisGly、Ala、Val、Leu、Ile、Asp、Asn、Glu、Gln、Lys、Arg、Ser、Thr、Cys、Met2.由aa的营养需求人类自身能合成非必需氨基酸必需氨基酸人类自身不能合成或不能足量合成，必须依赖食物供给。MetTrpLysValILeLeuPheThrArgHis“假设来写一两本书”GlyAlaSerTyrCysProAsnAspGluGln3.不常见的蛋白质氨基酸通常是常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸以游离或结合态存在于细胞或组织中，大部分是常见氨基酸的衍生物或异构型。如存在于细菌细胞壁肽聚糖内的D-谷氨酸和D-丙氨酸、花生中的g-亚甲基谷氨酸、甘蔗中的b-氨基丁酸，刀豆中的刀豆氨酸等。4.非蛋白质氨基酸鸟氨酸(Orn)瓜氨酸（1）两性解离和等电点2.2.3氨基酸的理化性质氨基酸同时含有氨基和羧基：氨基具有碱性，羧基具有酸性H|R—C—C|NH3+OOH+-H++H-H|R—C—C|NH3+OO-H|R—C—C|NH2OO+-H++H强碱溶液强酸溶液两性离子等电点(isoelectricpoint)使氨基酸净电荷为零时溶液的pH值，用pI表示此时，aa以两性离子形式存在，也有少量的数目基本相同的正、负离子存在，还有极少量的中性分子pI是氨基酸的特征常数等电点的计算例Gly的pI计算－H+＋H+NH2—CH2—COO－Gly－＋NH3—CH2—COO－Gly±＋NH3—CH2—COOHGly＋pI=1/2(pK1'+pK2')－H+＋H+K1'K2'K1'、K2'分别代表aCOOH和aNH3＋的表观解离常数。可以从滴定曲线中求得。等电点的计算例Glu的解离pI=1/2(pK1'+pK2')等电点的计算氨基酸等电点的计算公式pI=1/2(pKn+pKn+1)(其中n为可解离的正电荷基团数目)ConclusionpHpI带负电，移向正极pHpI带正电，移向负极pH=pI不带电，不移动（2）氨基酸的化学性质茚三酮反应还原性茚三酮OOOHH＋NH3＋CO2＋RCHO水合茚三酮＋RCH－COOHNH2OOO＋2NH3＋OOOHHOOOO＋NH4NO＋3H2O蓝紫色化合物OO反应分2步：茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析1）与水合茚三酮反应Pro的茚三酮反应呈黄色氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COO-NH3+R—CH—COO-NH2+H+OH-中和滴定HCHOR—CH—COO-NHCH2OHHCHOR—CH—COO-N(CH2OH)22）与甲醛反应在弱碱溶液中，氨基酸的α-氨基与2,4-二硝基氟苯(DNFB)反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。DNFB＋O2NNO2FH2NCHCOOHRDNP-氨基酸O2NNO2HNCHCOOHR＋HFDNP-氨基酸溶于乙酸乙酯，所以可以用乙酸乙酯抽提并将抽提液进行色谱分析，再以标准的DNP-氨基酸作为对照鉴定出此氨基酸的种类。此反应最初被Sanger用于测定肽链N-端氨基酸3）Sanger反应NCS＋40℃，弱碱NCNHRCHCOS40℃，H+、硝基甲烷COOHH2NCHRPITC异硫氰酸苯酯PTC-氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸PTH-氨基酸苯硫乙内酰脲氨基酸HNCNHRCHCOOHS可用层析法鉴定出aa的种类4）Edman反应Edman反应此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理Edam降解法•Edam降解法是一种化学法对蛋白质进行测序的方法，是从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的过程。N末端氨基酸残基被苯异硫氰酸酯修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，再经层析鉴定，余下的多肽链（少了一个残基）被回收再进行下一轮降解循环。•蛋白质自动测序仪Trp、Tyr、Phe含芳香环共轭双键系统，最大吸收峰分别在279nm、278nm、259nm。紫外吸收（3）氨基酸的光吸收性除Gly之外，其余蛋白质氨基酸都有手性碳原子，都具有旋光性。旋光性质（4）氨基酸的光学性质肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的a-羧基与另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合而形成的化学键。2.3肽2.3.1肽的基本概念和结构肽：是由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合而成的化合物。NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH-CH-CHOHOOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……*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(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。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多肽链有两端*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。肽链写法：游离α-氨基在左，游离α-羧基在右，氨基酸之间用“-”表示肽键。H2N-丝氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸-COOHSer-Leu-Phe→N末端C末端牛核糖核酸酶1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)：3个氨基酸组成,存在于几乎每一个细胞的身体。含有巯基的、小分子肽类物质，具有两种重要的抗氧化作用和整合解毒作用，简写为G-SH），易于碘乙酸、芥子气（一种毒气）、铅、汞、砷等重金属盐络合，而具有了整合解毒作用。2.3.2生物活性肽的功能GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+谷胱甘肽另一主要生理作用是做为体内一种重要的抗氧化剂，它能够清除掉人体内的自由基，清洁和净化人体内环境污染，从而增进了人的身心健康。•体内许多激素属寡肽或多肽2.多肽类激素促甲状腺激素释放激素(TRH)是下丘脑合成及分泌的一种下丘脑激素，它可以促进垂体促甲状腺激素的合成与分泌。蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构2.4蛋白质的结构定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序，也称蛋白质的共价结构。主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。2.4.1蛋白质的一级结构一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一级结构的测定步骤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断开多肽链内的二硫键④分析每一条多肽链的氨基酸组成⑤鉴定多肽链的N末端和C末端残基⑥把多肽链裂解成两组以上大小不等的较小片段⑦测定各肽段的氨基酸序列⑧重叠各肽段，重建完整多肽链的一级结构顺序⑨确定半胱氨酸残基间形成的二硫键的位置2.4.2蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构又称为蛋白质的构象或高级结构。是指蛋白质多肽链沿一定方向折叠、盘绕形成的特有空间构象。（1）稳定蛋白质空间结构的作用力维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键a离子键b氢键c疏水键d范德华引力蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主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。定义主要的化学键：氢键（2）蛋白质的二级结构氢键：与电负性大的原子X（氟、氯、氧、氮等）共价结合的氢，如与负电性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形的键。１）a-螺旋①蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100º。②在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。③α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。α-螺旋结构的要点如下：α-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。除了上面这种典型的α-螺旋外，还有一些不典型的α-螺旋，所以规定了有关螺旋的写法，用“nS”来表示，n为螺旋上升一圈氨基酸的残基数。S为氢键封闭环内的原子数，典型的α-螺旋用3.613表示，非典型的α-螺旋有3.010，4.416（π螺旋）等。一些侧链基团虽然不参与螺旋，但它们可影响α-螺旋的形成和稳定性在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，α-螺旋就不稳定。●在多肽链中只要出现pro，α-螺旋就被中断，产生一个弯曲（bend）或结节（kink）。●Gly的R基太小，难以形成α-螺旋所需的两面角，所以和Pro一样也是螺旋的最大破坏者。●肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成α-螺旋。●2）b-折叠β-折叠也是pauling等人提出来的，它是与α-螺旋完全不同的一种结构。①β-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。②在两条相邻的肽链之间形成氢链。③β-折叠有平行和反平行的两种形式:④每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平行的是0.35nm。(3)β-转角(β-turn)β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180º的回折，在回折角上的结构就称β-转角，也称发夹结构。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键。4)β凸起是一种小的非重复性结构，能