第二章蛋白質的基礎知識

授課目的：

本章主要闡述蛋白質和氨基酸的結構和性質，熟悉蛋白質對生物體的重要性和營養(yǎng)作用，了解蛋白質的分類。并在此基礎上地闡明氨基酸代謝的基礎知識。1*現(xiàn)在是1頁\一共有70頁\編輯于星期四第一節(jié)蛋白質概述第二節(jié)氨基酸第三節(jié)蛋白質基本結構第四節(jié)蛋白質的基本性質授課時序：第五節(jié)氨基酸代謝第六節(jié)氨基酸、多肽、蛋白質類藥物簡介2*現(xiàn)在是2頁\一共有70頁\編輯于星期四第一節(jié)蛋白質概述一、蛋白質的化學概念二、蛋白質的生物學功能三、蛋白質的元素組成四、蛋白質的分類3*現(xiàn)在是3頁\一共有70頁\編輯于星期四“造物主”最初帶給生命以幾種形式或一種形式，然后進化接著開始從如此簡單的形式開始，永不停息地產(chǎn)生出業(yè)已存在的最美麗的最有價值的東西，而且今后仍將進化下去。——《物種起源》達爾文生命的起源必然是通過化學途經(jīng)實現(xiàn)的，只要把蛋白質的化學成份弄清楚以后，化學就能著手制造出活的蛋白質來，如果化學有一天能用人工的方法制造蛋白質，那么這樣的蛋白質就一定會顯示出生命現(xiàn)象。——《反杜林論》恩格斯一.蛋白質的化學概念Protein字源出自希臘文它是“最初的”“第一重要的”意思蛋白質是生命存在的主要形式!定義：是由氨基酸組成的，具有復雜結構的大分子物質。4*現(xiàn)在是4頁\一共有70頁\編輯于星期四二、蛋白質的生物學功能生物體的組成成分

酶調節(jié)功能運輸和儲存運動防御凝血基因的調控營養(yǎng)構成生物機體的結構蛋白，如肌動蛋白、肌球蛋白具有催化功能的蛋白質免疫球蛋白氮平衡必需氨基酸互補作用5*現(xiàn)在是5頁\一共有70頁\編輯于星期四三、蛋白質的元素組成蛋白質是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質中的組成百分比約為：

C50~60％H6~8％O19~24％N16%S0—4％其他微量N的含量平均為16%——凱氏（Kjadehl）定氮法的理論基礎。6*現(xiàn)在是6頁\一共有70頁\編輯于星期四蛋白質含量的測定：

凱氏定氮法(測定氮的經(jīng)典方法)

優(yōu)點：對原料無選擇性，儀器簡單，方法也簡單；

缺點：易將其他氮都歸入蛋白質中,不精確。一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g蛋白質；故：單位樣品中蛋白質的含量=單位樣品中含氮量×6.25

7*現(xiàn)在是7頁\一共有70頁\編輯于星期四1、依據(jù)蛋白質的外形分類：①球狀蛋白質（globularprotein）：外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，大多數(shù)蛋白質屬于這一類。②纖維狀蛋白質（fibrousprotein）：分子類似纖維或細棒，大多數(shù)不溶于水和稀鹽，堅韌物質。2、按照蛋白質的化學組成分：①簡單蛋白(simpleprotein)：又稱為單純蛋白質；這類蛋白質只含氨基酸，不含其它成分。②結合蛋白(conjugatedprotein)：又稱為復合蛋白質；由簡單蛋白與其它非蛋白成分結合而成分。四、蛋白質的分類8*現(xiàn)在是8頁\一共有70頁\編輯于星期四3、按照生物功能分類①活性蛋白質：參與代謝反應的蛋白質。②非活性蛋白質：對生物體起保護和支持作用的蛋白質。4、按營養(yǎng)價值分類：①完全蛋白質：含有人體所必須的各種氨基酸②不完全蛋白質：缺乏人體所必須的某些氨基酸四、蛋白質的分類9*現(xiàn)在是9頁\一共有70頁\編輯于星期四

第二節(jié)氨基酸一、氨基酸的概念二、氨基酸的結構特點三、氨基酸的分類四、氨基酸的理化性質五、氨基酸的連接方式六、生物活性肽10*現(xiàn)在是10頁\一共有70頁\編輯于星期四

氨基酸是蛋白質的基本結構單位。氨基酸是具有氨基（-NH2）或亞氨基（-NH-）和羧基（-COOH）的有機分子。一、氨基酸的概念（AminoAcid）11*現(xiàn)在是11頁\一共有70頁\編輯于星期四不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR組成蛋白質的天然氨基酸主要有20種，除脯氨酸外，其他19種都具有α-型氨基酸的通式二、氨基酸的結構特點12*現(xiàn)在是12頁\一共有70頁\編輯于星期四2、兩性電解質不帶電形式

H2N—C—HCOOHR+H3N—C—HCOO-R兩性離子形式

二、氨基酸的結構特點13*現(xiàn)在是13頁\一共有70頁\編輯于星期四3、手性分子：旋光性

除甘氨酸外，目前已知的天然蛋白質中的氨基酸均為的L-氨基酸二、氨基酸的結構特點14*現(xiàn)在是14頁\一共有70頁\編輯于星期四三、氨基酸的分類根據(jù)氨基酸分子中所含氨基和羧基數(shù)目的中性氨基酸：分子中含一個氨基，一個羧基酸性氨基酸：分子中含一個氨基，兩個羧基堿性氨基酸：分子中含兩個氨基，一個羧基根據(jù)R基的物理性質分親水氨基酸：極性疏水氨基酸：非極性8種人體必須氨基酸：MetTrpLysValIleLeuPheThr假設來寫一兩本書+H3N—C—HCOO-R兩性離子形式15*現(xiàn)在是15頁\一共有70頁\編輯于星期四外觀形狀：無色晶體或粉末狀熔點高：200～300℃溶解性：水中溶解度差別較大，不溶于有機溶劑。光學性質：紫外吸收性（酪、色、苯丙）、旋光性（L-型）1、一般物理性質四、氨基酸的理化性質16*現(xiàn)在是16頁\一共有70頁\編輯于星期四2、一般化學性質四、氨基酸的理化性質氨基酸的等電點（PI）

PI：在某一條件下，氨基酸所帶凈電荷為零，此時環(huán)境的PH值17*現(xiàn)在是17頁\一共有70頁\編輯于星期四1、肽鍵：氨基酸之間脫水后形成的共價鍵稱肽鍵，又稱酰胺鍵。五、氨基酸的連接方式18*現(xiàn)在是18頁\一共有70頁\編輯于星期四2、肽平面：肽鏈中從一個Cα到另一個Cα之間的結構五、氨基酸的連接方式19*現(xiàn)在是19頁\一共有70頁\編輯于星期四2、特征肽單位是一個剛性平面結構肽鍵上的原子呈反式構型（pro除外）相鄰肽平面構成二面角（二）肽平面五、氨基酸的連接方式20*現(xiàn)在是20頁\一共有70頁\編輯于星期四完全伸展的多肽主鏈構象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構象酰胺平面Φ=00，ψ=00側鏈非鍵合原子接觸半徑21*現(xiàn)在是21頁\一共有70頁\編輯于星期四3、肽：氨基酸通過肽鍵連接起來形成的化合物。.五、氨基酸的連接方式構成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基

22*現(xiàn)在是22頁\一共有70頁\編輯于星期四4、多肽鏈五、氨基酸的連接方式多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個酰胺平面組成23*現(xiàn)在是23頁\一共有70頁\編輯于星期四1、谷胱甘肽（GSH）在保持某些要求巰基的酶活性中起重要作用！六、生物活性肽24*現(xiàn)在是24頁\一共有70頁\編輯于星期四短桿菌肽S由短桿菌產(chǎn)生的10肽環(huán)。2、

抗生素類多肽青霉素含D-Cys和D-Val的二肽衍生物作用于革蘭氏陽性細菌細胞壁肽聚糖的合成六、生物活性肽25*現(xiàn)在是25頁\一共有70頁\編輯于星期四3、腦啡肽腦啡肽具有強烈的鎮(zhèn)痛作用，不上癮。Met-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu4、胰高血糖素

由胰島α-細胞分泌的29肽。促進糖分解代謝的激素，同時促進胰島素的分泌。六、生物活性肽26*現(xiàn)在是26頁\一共有70頁\編輯于星期四第三節(jié)蛋白質基本結構一、蛋白質的一級結構二、蛋白質的空間結構三、蛋白質一級結構與功能的關系四、蛋白質空間結構與功能的關系27*現(xiàn)在是27頁\一共有70頁\編輯于星期四1952年丹麥人Linderstrom-Lang最早提出蛋白質的結構可以分成四個層次: 一級結構：氨基酸序列

二級結構：多肽主鏈結構

三級結構：所有原子的空間位置

四級結構：多聚體28*現(xiàn)在是28頁\一共有70頁\編輯于星期四共價鍵次級鍵化學鍵

肽鍵一級結構氫鍵二硫鍵二、三、四級結構疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結構蛋白質分子中的共價鍵與次級鍵配位鍵29*現(xiàn)在是29頁\一共有70頁\編輯于星期四一、蛋白質的一級結構一級結構又叫初級結構、基本化學結構或共價結構。1969年國際純粹與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)定義為：一級結構即肽鏈中的氨基酸順序。30*現(xiàn)在是30頁\一共有70頁\編輯于星期四研究一級結構需要闡明的內容包括：（1）多肽鏈數(shù)目。（2）每條肽鏈的末端殘基種類。（3）每條肽鏈的氨基酸順序。（4）鏈內或鏈間二硫鍵的配置等。一、蛋白質的一級結構31*現(xiàn)在是31頁\一共有70頁\編輯于星期四

胰島素的一級結構一、蛋白質的一級結構32*現(xiàn)在是32頁\一共有70頁\編輯于星期四——指蛋白質多肽鏈中主鏈原子的空間排布1、α-螺旋主要特征：多肽主鏈按右手或左手方向盤繞，一般形成右手螺旋。每圈螺旋：3.6個氨基酸殘基；螺距：0.54nm。結構穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵。構成螺旋的每個Cα都取相同的二面角。影響形成和穩(wěn)定的因素：氨基酸組成和排列順序（一）蛋白質的二級結構二、蛋白質的空間結構33*現(xiàn)在是33頁\一共有70頁\編輯于星期四α-螺旋二、蛋白質的空間結構34*現(xiàn)在是34頁\一共有70頁\編輯于星期四2、β-折疊結構主要特征：多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構象。側鏈R基交替地分布在片層平面的上下。結構穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵（一）蛋白質的二級結構二、蛋白質的空間結構35*現(xiàn)在是35頁\一共有70頁\編輯于星期四主要特征：由多肽鏈上4個連續(xù)的氨基酸殘基組成。主鏈骨架以180°返回折疊。結構穩(wěn)定的主要化學鍵：氫鍵。脯氨酸容易出現(xiàn)在這種結構中。3、-轉角（一）蛋白質的二級結構二、蛋白質的空間結構36*現(xiàn)在是36頁\一共有70頁\編輯于星期四主要特征：肽段有更大的任意性。穩(wěn)定、非重復性結構。受R基團的影響較大，經(jīng)常是構成蛋白質的功能部位。4、無規(guī)則卷曲

（一）蛋白質的二級結構二、蛋白質的空間結構無規(guī)則卷曲細胞色素C的三級結構37*現(xiàn)在是37頁\一共有70頁\編輯于星期四1、定義：蛋白質分子中所有原子的空間排布。（二）蛋白質的三級結構二、蛋白質的空間結構2、構象特點結構為球形或近似球形。含多種二級結構單元。結構穩(wěn)定的主要化學鍵：二硫鍵、次級鍵（氫鍵、范德華力、疏水鍵、離子鍵）三級結構與生物活性密切相關。血紅蛋白38*現(xiàn)在是38頁\一共有70頁\編輯于星期四1、定義：由多條具有三級結構的多肽鏈彼此通過非共價鍵相互連接而成的聚合體結構2、亞基：四級結構中，每一個具有獨立的三級結構的多肽鏈。（三）蛋白質的四級結構二、蛋白質的空間結構3、維持亞基之間的化學鍵：氫鍵、離子鍵4、單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結構才有生物學功能。39*現(xiàn)在是39頁\一共有70頁\編輯于星期四蛋白質的一、二、三、四級結構40*現(xiàn)在是40頁\一共有70頁\編輯于星期四三、蛋白質一級結構與功能的關系蛋白質一級結構決定其高級結構蛋白質一級結構與分子病代表病例：鐮刀型貧血癥-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…正常紅細胞與鐮刀形紅細胞的掃描電鏡圖鐮刀形紅細胞正常紅細胞Val41*現(xiàn)在是41頁\一共有70頁\編輯于星期四四、蛋白質的空間結構與功能的關系蛋白質的三維結構決定其生物學功能

Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點含氧HbS脫氧HbS疏水位點血紅蛋白分子凝集42*現(xiàn)在是42頁\一共有70頁\編輯于星期四

蛋白質的一級結構決定它的空間結構特定的空間結構是蛋白質具有生物活性的保證43*現(xiàn)在是43頁\一共有70頁\編輯于星期四第四節(jié)蛋白質的基本性質44*現(xiàn)在是44頁\一共有70頁\編輯于星期四一、蛋白質的兩性解離及等電點pH=pI

凈電荷=0

pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負PrCOOHNH3++H++

OH-+H++

OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

對某一蛋白質而言，在某一PH下，當它所帶正負電荷相等的時候，該溶液的pH值即為該蛋白質的等電點（pI）應用：電泳分離蛋白質技術、等電點沉淀技術45*現(xiàn)在是45頁\一共有70頁\編輯于星期四二、蛋白質的膠體性質高分子化合物粘度大、擴散慢易沉降不能透過半透膜親水性：水化層、雙電層

46*現(xiàn)在是46頁\一共有70頁\編輯于星期四三、蛋白質的變性與復性1、蛋白質的變性作用：蛋白質因受某些理化因素的影響，分子的空間構象被破壞，從而導致其理化性質及生物學活性改變的現(xiàn)象2、變性因素：物理：高溫、高壓、射線等化學：強酸、強堿、重金屬鹽等。3、變性的本質：空間結構破壞，一級結構和分子量不變4、蛋白質變性后的表現(xiàn)：生物學活性喪失、理化性質改變5、蛋白質變性作用的應用意義消毒滅菌去除雜蛋白、純化藥物保存蛋白質生物制劑47*現(xiàn)在是47頁\一共有70頁\編輯于星期四

6、蛋白質的復性影響蛋白質變性的理化因素消除后，某些變性蛋白質又恢復原來的空間構象，生物學活性也隨之恢復。變性復性注意：并不是所有變性蛋白都可以復性的！三、蛋白質的變性與復性注意：蛋白質變性后一級結構沒有發(fā)生變化。只是空間構象發(fā)生變化。48*現(xiàn)在是48頁\一共有70頁\編輯于星期四（一）可逆的沉淀作用四、蛋白質的沉淀作用1、鹽溶與鹽析：在蛋白質溶液中加入中性鹽時，可產(chǎn)生以下兩種現(xiàn)象：在鹽濃度很稀的范圍內，隨著鹽濃度增加，蛋白質的溶解度亦隨之增加，這種現(xiàn)象稱鹽溶。與鹽溶作用相反，當溶液中鹽濃度提高到一定的飽和度時，蛋白質溶解度逐漸降低，蛋白質分子發(fā)生絮結，成沉淀析出，這種現(xiàn)象稱為鹽析。利用鹽析的原理，加中性鹽使蛋白質沉淀的方法叫做鹽析沉淀法。49*現(xiàn)在是49頁\一共有70頁\編輯于星期四2、有機溶劑沉淀

——在蛋白質溶液中，加入能與水互溶的有機溶劑使蛋白質產(chǎn)生沉淀的方法。機理：破壞蛋白質的水化膜注意：（1）低溫操作。

（2）在沉淀完全的前提下，時間越短越好。應用：等電點有機溶劑沉淀法、消毒滅菌、分離制備有活性的蛋白質（一）可逆的沉淀作用四、蛋白質的沉淀作用50*現(xiàn)在是50頁\一共有70頁\編輯于星期四1、重金屬鹽沉淀：條件：溶液pH大于等電點機理：堿性條件下，蛋白質帶負電，可與帶正電的重金屬離子結合應用：解毒2、熱凝固沉淀：條件：蛋白質受熱變性后，溶液pH等于等電點機理：水化膜、電荷層破壞應用：豆腐工藝3、生物堿試劑沉淀：條件：溶液的pH低于等電點機理：酸性條件下，蛋白質帶正電，可與帶負電的生物堿試劑結合應用：啤酒澄清、尿蛋白檢驗劑、“柿石癥”的原理（二）不可逆的沉淀作用四、蛋白質的沉淀作用51*現(xiàn)在是51頁\一共有70頁\編輯于星期四五、蛋白質的紫外吸收特征蛋白質溶液能吸收一定波長的紫外線，主要是由帶芳香環(huán)的氨基酸決定的最大吸收峰：280nm吸收能力：色>酪>苯丙測定濃度：0.1一0.5mg／ml52*現(xiàn)在是52頁\一共有70頁\編輯于星期四第五節(jié)氨基酸代謝

53*現(xiàn)在是53頁\一共有70頁\編輯于星期四一、氨基酸代謝庫食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內源性氨基酸）混在一起，分布于體內各處，參與代謝，稱為氨基酸代謝庫。氨基酸代謝庫α-酮酸脫氨基作用酮

體氧化供能糖胺類脫羧基作用氨尿素代謝轉變其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成食物蛋白消化吸收組織蛋白質分解體內合成氨基酸(非必需氨基酸)54*現(xiàn)在是54頁\一共有70頁\編輯于星期四定義：

指氨基酸脫去氨基生成相應α-酮酸和氨的過程。方式：二、氨基酸的脫氨基作用轉氨基作用氧化脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用轉氨基和氧化脫氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)55*現(xiàn)在是55頁\一共有70頁\編輯于星期四56*現(xiàn)在是56頁\一共有70頁\編輯于星期四57*現(xiàn)在是57頁\一共有70頁\編輯于星期四58*現(xiàn)在是58頁\一共有70頁\編輯于星期四59*現(xiàn)在是59頁\一共有70頁\編輯于星期四血氨①氨基酸脫氨基作用②腎臟生成谷氨酰胺分解③腸道吸收①肝臟合成②合成谷氨酰胺④作為氮源尿素③中和原尿中的酸以銨鹽形式尿排合成非必需氨基酸及其它含氮化物三、血氨的來源與去路正常人血氨濃度一般<58.8μmol/L。60*現(xiàn)在是60頁\一共有70頁\編輯于星期四四、α-酮酸的代謝α-酮酸1、經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸2、轉變成糖及脂類3、氧化供能生糖氨基酸生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸根據(jù)α-酮酸轉變?yōu)樘堑男再|，將氨基酸分為：異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、色氨酸甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸氨基酸生糖及生酮性質的分類61*現(xiàn)在是61頁\一共有70頁\編輯于星期四五、氨基酸脫羧基作用*幾種重要的脫羧產(chǎn)物——氨基酸在脫羧酶的催化下，放出二氧化碳并生成相應胺的反應過程。62*現(xiàn)在是62頁\一共有70頁\編輯于星期四63*現(xiàn)在是63頁\一共有70頁\編輯于星期四64*現(xiàn)在是64頁\一共有70頁\編輯于星期四*精胺、精脒是調節(jié)細胞生長的重要物質。在生長旺盛的組織如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高。65*現(xiàn)在是65頁\一共有70頁\編輯于星期四六、一碳