生物化学 第四章 蛋白质化学

四川省精品课程生物化学第四章蛋白质第一节概述第二节氨基酸第三节蛋白质的一级结构第四节蛋白质的空间结构与功能第五节蛋白质的重要理化性质第六节蛋白质相对分子量的测定四川省精品课程生物化学第一节概述一、蛋白质的概念蛋白质是一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分子质量、复杂的分子结构和特定的生物功能，是表达生物遗传性状的一类主要物质。四川省精品课程生物化学二、蛋白质的研究简史蛋白质是一类重要的生物大分子，protein字源出自希腊文，是“最原初的”，“第一重要的”意思；19世纪30年代中期以前，认识其化学元素组成情况及原子之间结合比例，即确定经验性的分子式。四川省精品课程生物化学1937年，A.W.k.Tiselius建立了研究蛋白质的移动界面电泳(electrophoresis)方法,于1948年获诺贝尔化学奖1941年，A.J.P.Martin和R.L.M.Synge建立了分配层析(partitionchromatography)技术，被授予1952年的诺贝尔化学奖四川省精品课程生物化学TheNobelPrizeinChemistry1948forhisresearchonelectrophoresisandadsorptionanalysis,especiallyforhisdiscoveriesconcerningthecomplexnatureoftheserumproteinsArneW.K.TiseliusUppsalaUniversity,Uppsala,Sweden1902-1971四川省精品课程生物化学TheNobelPrizeinChemistry1952fortheirinventionofpartitionchromatographyArcherJ.P.MartinRichardL.M.Synge1/2oftheprize1/2oftheprizeNationalInstituteforMedicalResearchLondon,UnitedKingdomRowettResearchInstituteBucksburn(Scotland),UnitedKingdom1910-20021914-1994四川省精品课程生物化学1953年，F.Sanger利用纸层析和纸电泳技术第一次揭示出牛胰岛素的一级结构，开创了以后数千种蛋白质序列分析的先声，被授予1958年的诺贝尔化学奖。四川省精品课程生物化学TheNobelPrizeinChemistry1958forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulinFrederickSangerUniversityofCambridge,Cambridge,UnitedKingdom(1918-)四川省精品课程生物化学J.C.Kendrew(1958)及M.F.Perutz(1960)利用X射线技术解析了肌红蛋白(myoglobin)和血红蛋白(hemoglobin)的三维结构，使人们第一次能够洞察生物大分子的空间结构，他们共同赢得了1962年的诺贝尔化学奖。四川省精品课程生物化学TheNobelPrizeinChemistry1962fortheirstudiesofthestructuresofglobularproteinsMaxFerdinandPerutz1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1914-2002JohnCowderyKendrew1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1917-1997四川省精品课程生物化学20世纪50年代末，E.H.Fischer和E.G.Krebs发现可逆磷酸化修饰是一种广泛存在的蛋白质分子活性调节机制，获得1992年的诺贝尔生理医学奖；20世纪70年代中后期，GunterBlobel提出“信号假说”(signalhypothesis)，获得了1998年的诺贝尔生理医学奖；20世纪50年代后期，E.W.Sutherland发现细胞内cAMP的存在，1971年被授予诺贝尔生理医学奖；四川省精品课程生物化学70年代末80年代初，A.G.Gilman和M.Rodbell独立发现G蛋白的存在，因此二人在1994年获得诺贝尔生理医学奖；70年代，P.D.Boyer提出“结合改变机制”；90年代，J.E.Walker测定ATP合酶的晶体结构，他们共享了1997年的诺贝尔化学奖；60年代，P.Mitchell提出“化学渗透学说”，获1978年获诺贝尔化学奖；四川省精品课程生物化学蛋白质主要元素组成：C、H、O、N、S微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等。蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.25三、蛋白质的化学组成50%7%23%16%0~3%四川省精品课程生物化学在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品将有机氮都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气馏出并为过量的酸液吸收，再以标准碱滴定，就可计算出样品中的氮量。凯氏定氮法原理四川省精品课程生物化学四川省精品课程生物化学1、电炉；2、水蒸气发生器（2L平底烧瓶）；4、螺旋夹a；5、小漏斗及棒状玻璃塞（样品入口处）；7、反应室；8、反应室外层；9、橡皮管及螺旋夹b；11、冷凝管；12、蒸馏液接收瓶。四川省精品课程生物化学凯氏定氮法(测定氮的经典方法)样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g蛋白质）；故：蛋白质含量=氮的量×6.25优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；缺点：易将无机氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质中,不精确。四川省精品课程生物化学三聚氰胺四川省精品课程生物化学蛋白质中的含氮量不超过30％，三聚氰胺的含氮量达到66％四川省精品课程生物化学四、蛋白质的形状和大小1.根据形状和溶解度分三类纤维状蛋白质，球状蛋白质，膜蛋白质2.单体、寡聚、多聚蛋白质3.蛋白质的相对分子质量亚基之间通过非共价键相互缔合简单蛋白质的氨基酸残基数=蛋白质的相对分子质量110四川省精品课程生物化学五、蛋白质的分布蛋白质占干重人体中（中年人）人体45%水55%细菌50%-80%蛋白质19%真菌14%-52%脂肪19%酵母菌14%-50%糖类＜1%白地菌50%无机盐7%植物：主要在种子中含量较高。四川省精品课程生物化学人体各组织器官中蛋白质含量（蛋白质g/100g干组织）:器官或组织蛋白质含量器官或组织蛋白质含量体液85心60脾84肝57肺82胰47横纹肌80脑神经45肾72骨骼28消化道63脂肪组织14四川省精品课程生物化学我国一些谷物主要成分含量:粮食种类蛋白质/％脂肪/％糖类/％大豆36.317.526豌豆22.781.3554.7绿豆22.251.0856.02花生仁26.2039.222.0油菜籽26.3440.3517.59大米6.551.0577.50小麦9.421.4768.74玉米5.226.1372.4四川省精品课程生物化学六、蛋白质的生物学功能1.生物体的组成成分2.催化3.运输4.储存5.运动6.防御功能：抗体、干扰素、溶菌酶等7.遗传信息的控制8.信息传递结构蛋白酶蛋白四川省精品课程生物化学第二节氨基酸一、氨基酸的结构特点氨基酸（aminoacid）是蛋白质的基本组成单位。氨基酸是具有氨基（-NH3+）或亚氨基和羧基（-COOH）的有机分子。氨基酸种类多，但构成蛋白质具有遗传密码的基本氨基酸只有20种，其通式为：四川省精品课程生物化学不带电形式H2N—C—HCOOHR+H3N—C—HCOO-R两性离子形式四川省精品课程生物化学氨基酸的结构特点：(1)与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸；(2)除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子,所以：A.氨基酸都具有旋光性。B.每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。四川省精品课程生物化学20种基本氨基酸L-AminoacidD-AminoacidCOO-HCαNH3+RCOO-NH3+CαHR注意：氨基酸的构型是以距羧基最近的手性C原子为标准（除Gly外），而糖的构型是以距羧基最远的手性C原子为标准。四川省精品课程生物化学二、20种基本氨基酸的分类（1）按R基团的酸碱性分：酸性AA，碱性AA，中性AA（2）按R基团的电性质分：疏水性R基团AA不带电荷极性R基团的AA带电荷R基团的AA（3）按R基团的化学结构分:芳香族AA，杂环族AA，脂肪族AA四川省精品课程生物化学据氨基、羧基数分类一氨基一羧基氨基酸一氨基二羧基氨基酸(Glu、Asp)二氨基一羧基氨基酸(Lys、His、Arg)杂环氨基酸(His、Pro)据R基团化学结构分类脂肪族氨基酸（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族氨基酸(Phe、Tyr、Trp)据营养学分类必需氨基酸非必需氨基酸人的必需氨基酸Ile、Met、Val、Leu、Trp、Phe、Thr、LysArg、His据R基团极性分类极性R基团氨基酸非极性R基团氨基酸（８种）不带电荷（７种）带电荷：正电荷（３种）负电荷（２种）COO-NH3+CHR四川省精品课程生物化学+H3NCOO-H+H2NCOO-H+H3NCOO-HCH3+H3NCOO-HCH(CH3)2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH(CH3)CH(CH3)2CH2CH3Glycine(Gly)Alanine(Ala)Valine(Val)Leucine(Leu)Isoleucine(Ile)Proline(Pro)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸1.Nonpolar,aliphalicRgroups(6)四川省精品课程生物化学+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2Phenylalanine(Phe)Tyrosine(Tyr)Tryptophan(Try)苯丙氨酸酪氨酸色氨酸2.AromaticRgroups(3)NHOHp四川省精品课程生物化学+H3NCOO-HCH2OH+H3NCOO-HCHOH+H3NCOO-HCH2SH+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2CH2SCH3CONH2Serine(Ser)Threonine(Thr)Cysteine(Cys)Methionine(Met)Asparagine(Asn)Glutamine(Gln)丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸（蛋氨酸）门冬酰胺谷氨酰胺3.Polar,unchargedRgroups(6)CH3+H3NCOO-HCH2CH2CONH2四川省精品课程生物化学四川省精品课程生物化学+H3NCOO-HCH2COO-Aspartate(Asp)Glutamate(Glu)门冬氨酸谷氨酸+H3NCOO-HCH2CH2COO-4.NegativelychargedRgroups(2)四川省精品课程生物化学+H3NCOO-HCH2CH2Lysine(Lys)Arginine(Arg)赖氨酸精氨酸+H3NCOO-HCH2CH2CH25.PositivelychargedRgroups(3)CH2CH2NH3+NHCNH2NH2++H3NCOO-HH2CHNNHguanidinoimidazoleHistidine组氨酸四川省精品课程生物化学人体必需氨基酸有八种：MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来写一两本书”四川省精品课程生物化学英文名称缩写符号中文名称glycineGlyG甘氨酸L-alanineA1aAL-丙氨酸L-valinneValVL