第2章蛋白質(zhì)化學(xué)教學(xué)目標：1.熟悉蛋白質(zhì)化學(xué)組成。2.掌握常見氨基酸結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。3.掌握氨基酸和蛋白質(zhì)一些主要理化性質(zhì)。4.了解蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)構(gòu)象特點。教學(xué)重點：氨基酸和蛋白質(zhì)化學(xué)性質(zhì)。1蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第1頁一氨基酸結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1蛋白質(zhì)元素組成蛋白質(zhì)元素組成主要有C、H、O、N、S。有些蛋白質(zhì)中還有P、Cu、Fe、Mn、Mo、Co、Zn、Mg、Ca等礦質(zhì)元素。蛋白質(zhì)元素組成一個主要特征是，平均含N量為16%。其倒數(shù)：100/16=6.25，即蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義為樣品中每存在1g元素N，說明含有6.25g蛋白質(zhì)。假如能測定出樣品中含N量，就可計算出樣品中蛋白質(zhì)含量：粗蛋白質(zhì)%=N%×6.252蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第2頁2蛋白質(zhì)水解1)完全水解和不完全水解3蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第3頁蛋白質(zhì)分子在水解過程中改變依次為:蛋白質(zhì)分子→多肽→寡肽→二肽→α-氨基酸。將蛋白質(zhì)水解到不能再水解程度，得到α-氨基酸混合液，這種水解作用稱完全水解。將蛋白質(zhì)進行適度水解，得到各種水解中間產(chǎn)物與α-氨基酸混合物，這種水解作用稱不完全水解。4蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第4頁①酸水解慣用6mol/L鹽酸或4mol/L硫酸在105℃~110℃條件下進行水解,反應(yīng)時間約20小時,蛋白質(zhì)可完全水解。此法優(yōu)點是不輕易引發(fā)水解產(chǎn)物消旋化。缺點是色氨酸被沸酸完全破壞。含有羥基氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小部分被分解;門冬酰胺和谷氨酰胺側(cè)鏈酰胺基被水解成了羧基。2)慣用蛋白質(zhì)水解方法5蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第5頁②堿水解普通用5mol/LNaOH,2mol/LBa(OH)2煮沸10小時以上,可使肽鍵完全水解。因為水解過程中許多氨基酸都受到不一樣程度破壞,產(chǎn)率不高。部分水解產(chǎn)物發(fā)生消旋化。該法優(yōu)點是色氨酸在水解中不受破壞。6蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第6頁③酶水解當(dāng)前用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂蛋白水解酶(proteolyticenzyme)或稱蛋白酶(proteinase)已經(jīng)有十各種。應(yīng)用酶水解多肽,反應(yīng)條件比較溫和,不會破壞氨基酸,也不會發(fā)生消旋化。水解產(chǎn)物為較小肽段。有些蛋白酶具很強專一性。最常見蛋白水解酶有:胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等。7蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第7頁3氨基酸結(jié)構(gòu)L--氨基酸不變部分可變部分氨基酸分子結(jié)構(gòu)有兩個共同特點:都是-氨基酸;除甘氨酸外都是L-型氨基酸。各種氨基酸區(qū)分在于側(cè)鏈R基不一樣。參加蛋白質(zhì)組成常見氨基酸有20種(見P17表2-2)。除甘氨酸和脯氨酸外，其它均含有以下結(jié)構(gòu)通式。8蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第8頁4常見氨基酸分類參加組成蛋白質(zhì)常見氨基酸有20種。依據(jù)R基團化學(xué)結(jié)構(gòu)分為三類:脂肪族、芳香族和雜環(huán)族氨基酸。依據(jù)R基團酸堿性質(zhì)分為三類:中性、酸性和堿性氨基酸。依據(jù)R基團電性質(zhì)分為:疏水基團氨基酸、不帶電荷極性R基團氨基酸和帶電荷R基團氨基酸。9蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第9頁1)蛋白質(zhì)分子中稀有氨基酸在天然蛋白質(zhì)分子組成氨基酸中，除了上述20種常見基本氨基酸外，在少數(shù)蛋白質(zhì)分子中有一些不常見氨基酸，稱為稀有氨基酸。他們是在蛋白質(zhì)分子合成之后，由對應(yīng)常見氨基酸分子經(jīng)酶促催化化學(xué)修飾而成衍生物。10蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第10頁稀有氨基酸11蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第11頁2)非蛋白質(zhì)氨基酸除了參加蛋白質(zhì)組成20種氨基酸外，在生物體內(nèi)還發(fā)覺200各種其它氨基酸，這些氨基酸多數(shù)是常見氨基酸衍生物，但有些是β-、γ-、δ-氨基酸，有少數(shù)是D-型氨基酸。β-丙氨酸是維生素B3(泛酸)組成成份。γ-氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動化學(xué)介質(zhì)。瓜氨酸和鳥氨酸是尿素循環(huán)中間產(chǎn)物。12蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第12頁各種常見氨基酸均為無色結(jié)晶，結(jié)晶形狀因氨基酸結(jié)構(gòu)而異。氨基酸分子都以內(nèi)鹽形式存在，熔點比對應(yīng)羧酸或胺類高，普通在200℃~300℃。都能溶于水，但溶解度差異很大。均易溶于稀酸稀堿溶液中。除甘氨酸外，每種氨基酸都有旋光性和特定比旋光度。5氨基酸物理性質(zhì)13蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第13頁氨基酸光吸收組成蛋白質(zhì)20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(<220nm)都有光吸收。在近紫外區(qū)(220~300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光能力，其最大吸收峰(max)和摩爾消光系數(shù)()分別為。14蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第14頁酪氨酸(Tyr):max=275nm，275=1.4×103苯丙氨酸(Phe):max=257nm，257=2.0×102

色氨酸(Trp):max=280nm，280=5.6×10315蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第15頁6氨基酸兩性解離及等電點氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不一樣pH下，兩性離子狀態(tài)也隨之發(fā)生改變。1)氨基酸兩性解離16蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第16頁

pH1710凈電荷+10-1正離子兩性離子(pI)負離子17蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第17頁2)氨基酸等電點當(dāng)溶液為某一pH值時，氨基酸分子中所含-NH3+和-COO-數(shù)目恰好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含離解基團中性氨基酸，其等電點是它pK'1和pK'2算術(shù)平均值:pI=(pK'1+pK'2)/2側(cè)鏈含有可解離基團氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊pK'值算術(shù)平均值。酸性氨基酸:pI=(pK'1+pK'R-COO-

)/2堿性氨基酸:pI=(pK'2+pK'R-NH2

)/218蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第18頁pK'1pK'2pK'RpK'1=2.18pK'2=8.95pK'R=10.53pI=(pK'2+pK'R)/2=(8.95+10.53)/2=9.74賴氨酸兩性離解及其等電點(P21表2-3)19蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第19頁天冬氨酸兩性離解及其等電點(P21表2-3)pK'1pK'2pK'RpK'1=2.09pK'2=9.82pK'R=3.86pI=(pK'1+pK'R)/2=(2.09+3.86)/2=2.98pH>pI時，氨基酸帶負電荷，在電場中向正極移動。pH<pI時，氨基酸帶正電荷，在電場中向負極移動。pH與pI差值越大，氨基酸所帶電荷數(shù)就越多，在電場中移動速度就越快。20蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第20頁7氨基酸化學(xué)反應(yīng)1)α-羧基參加反應(yīng)②形成酰鹵反應(yīng)①形成酯反應(yīng)③脫羧反應(yīng)④成酰胺反應(yīng)21蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第21頁2)α-氨基參加反應(yīng)②酰化反應(yīng)①與亞硝酸反應(yīng)③Sanger試劑22蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第22頁3)α-氨基和α-羧基共同參加反應(yīng)用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成基本反應(yīng)

一個氨基酸a-氨基與另一個氨基酸a-羧基脫水縮合，生成酰胺化合物(肽)，其酰胺鍵稱為肽鍵。①成肽反應(yīng)23蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第23頁4)茚三酮反應(yīng)用途：慣用于氨基酸定性或定量分析24蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第24頁8氨基酸分離與測定從蛋白質(zhì)水解液中分離制備氨基酸或者分離分析氨基酸組成，需要分辯力很強分離技術(shù)。層析法是近代生化中非常有用效分離方法。層析技術(shù)由三個基本條件組成：①水不溶性惰性支持物。②流動相能攜帶溶質(zhì)沿支柱物流動。③固定相是附著在支持物上水或離子基團，能對各種溶質(zhì)流動產(chǎn)生不一樣阻滯作用。25蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第25頁依據(jù)分離機理，可將層析法分為吸附層析、離子交換層析、分配層析、分子篩過濾層析及離子交換與分子篩效應(yīng)兩種機理相結(jié)合層析等。對于分子大小不等化合物，宜用分子篩過濾分離；對于能溶于有機溶劑，難溶于水化合物，慣用吸附層析法分離；對于既溶于水也溶于有機溶劑化合物，宜用分配層析分離；電解質(zhì)混合物則宜用離子交換層析分離。對于混合液中氨基酸分離，分配層析和離子交換層析都能得到很好分離效果。26蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第26頁二蛋白質(zhì)性質(zhì)蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，氨基酸許多理化性質(zhì)在蛋白質(zhì)上都有所表現(xiàn)，如兩性解離、等電點、成酯反應(yīng)、成鹽反應(yīng)、顯色反應(yīng)、光吸收性質(zhì)等。但蛋白質(zhì)含有氨基酸所不具備許多性質(zhì)。主要有:膠體性質(zhì)、沉淀作用、變性作用等。27蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第27頁1蛋白質(zhì)兩性解離和等電點蛋白質(zhì)分子中有很多酸性解離基團和堿性解離基團，為含有兩性解離性質(zhì)化合物。各種解離基團解離度與溶液pH相關(guān)，pH越低，堿性基團解離度越大，蛋白質(zhì)帶正電荷越多，pH升高則解離情況相反。1)兩性解離28蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第28頁2)等電點調(diào)整溶液pH可改變蛋白質(zhì)分子帶電情況，在特定pH條件下，某種蛋白質(zhì)分子所帶正負電荷數(shù)相等，凈電荷為零，這一pH稱為該蛋白質(zhì)等電點(pI)。每種蛋白質(zhì)都有特定等電點，等電點并非常數(shù)，因溶液中鹽種類和離子強度而有所不一樣。等電點與蛋白質(zhì)分子中氨基酸組成相關(guān)。29蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第29頁3)等電沉淀和蛋白電泳在等電點pH時，蛋白質(zhì)為電中性，比較穩(wěn)定。其物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、溶解度、粘度、滲透壓等都表現(xiàn)為最低值，易發(fā)生絮結(jié)沉淀。等電點性質(zhì)常被用于蛋白質(zhì)分離制備。溶液pH值不等于等電點時，蛋白質(zhì)分子顯電性，在電場中向其所帶電荷相反電極泳動。不一樣蛋白質(zhì)分子因其大小、形狀、所帶電荷性質(zhì)和數(shù)量各不相同，在電場中泳動方向、速率也各不相同。可用電泳技術(shù)進行蛋白質(zhì)分離。30蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第30頁2蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是生物大分子，相對分子質(zhì)量在1萬~100萬之間，其顆粒大小屬于膠體粒子范圍。在蛋白質(zhì)分子表面有許多極性基團，親水性很強，輕易與水成為穩(wěn)定親水膠體溶液。1)蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定性31蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第31頁

①表面電荷在非等電點條件下，蛋白質(zhì)分子表面帶有同性電荷，因吸附溶液中異性電荷而形成雙電層，將分子顆粒包住，彼此相互排斥，不致發(fā)生聚集絮凝。

②水化膜蛋白質(zhì)分子表面親水基團吸附大量水分子而形成一層厚厚水化膜，水化膜將蛋白質(zhì)分子隔離開，彼此不再發(fā)生碰撞絮結(jié)。32蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第32頁2)蛋白質(zhì)膜過濾分離純化半透膜是指允許溶液中小分子物質(zhì)透過，大分子物質(zhì)不能透過一個薄膜，如羊皮紙、火棉紙、玻璃紙、腸衣等。蛋白質(zhì)含有半透膜不透過性，可用透析法進行蛋白質(zhì)分離提純。分離提純蛋白質(zhì)時，將含有小分子雜質(zhì)蛋白質(zhì)溶液裝在半透膜袋內(nèi)，流水沖洗，小分子物質(zhì)透過膜被沖走，大分子蛋白質(zhì)留在袋內(nèi)。33蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第33頁3蛋白質(zhì)沉淀作用破壞蛋白質(zhì)水化膜和表面電荷，蛋白質(zhì)親水膠體便失去穩(wěn)定性而發(fā)生沉淀，稱為蛋白質(zhì)沉淀作用。實踐中進行蛋白質(zhì)沉淀，一是為了分離制備有活性天然蛋白質(zhì)制品，如酶制劑、抗體蛋白、細胞色素類蛋白等，這類沉淀方法，為天然蛋白質(zhì)沉淀，或稱不變性沉淀。二是為了從生物制品中除去雜蛋白或者制備失去活性蛋白質(zhì)制品，這類沉淀方法要使蛋白質(zhì)變性失活，或生成不溶性鹽，沉淀蛋白質(zhì)不能再恢復(fù)天然狀態(tài)和生物活性，屬于變性沉淀。34蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第34頁沉淀蛋白質(zhì)方法①鹽析法②有機溶劑沉淀法③重金屬鹽沉淀法④生物堿試劑沉淀法⑤熱凝固沉淀法35蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第35頁①鹽析法在蛋白質(zhì)溶液中加入中性鹽，如NaCl、KCl、(NH4)2SO4、Na2SO4等，可產(chǎn)生鹽溶或鹽析現(xiàn)象。①在鹽濃度很稀范圍內(nèi)，伴隨鹽濃度增加，蛋白質(zhì)溶解度亦隨之增加，這種現(xiàn)象稱鹽溶。鹽溶作用是因為蛋白質(zhì)表面電荷吸附鹽離子后，增加了蛋白質(zhì)與水親和力而促進蛋白質(zhì)溶解。②當(dāng)鹽濃度提升到一定飽和度時，蛋白質(zhì)溶解度降低，分子發(fā)生絮結(jié)而沉淀析出，這種現(xiàn)象稱之為鹽析。(NH4)2SO4是鹽析法中慣用中性鹽。36蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第36頁②有機溶劑沉淀法水溶性有機溶劑如丙酮、乙醇等，含有介電常數(shù)比較小，與水親和力大，能以任何百分比與水相溶等特點。向水中加入適量這類溶劑時，能奪取蛋白質(zhì)顆粒表面水化膜，還能降低水介電常數(shù)，增加蛋白質(zhì)顆粒間靜電相互作用，造成蛋白質(zhì)分子聚集絮結(jié)沉淀。乙醇為有機溶劑沉淀法最慣用沉淀劑。有機溶劑長時間作用于蛋白質(zhì)會引發(fā)蛋白質(zhì)變性，此法操作時要注意：①低溫操作，②有機溶劑與蛋白質(zhì)接觸時間不能過長。37蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第37頁③重金屬鹽沉淀法當(dāng)溶液pH大于等電點時，蛋白質(zhì)顆粒帶負電荷，易與重金屬離子如Hg2+、Cu2+、Ag+等結(jié)合，生成不溶性鹽類，沉淀析出。誤服重金屬鹽病人，大量口服牛奶、豆?jié){或蛋清能夠排毒，就是因為這些食物中民重金屬離子形成了不溶性鹽，后者經(jīng)催吐劑嘔吐排出體外，到達解毒目標。38蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第38頁當(dāng)溶液pH低于等電點時，蛋白質(zhì)顆粒帶正電荷，易與生物堿試劑如苦味酸、鞣酸，磷鎢酸、磷鉬酸及三氯醋酸等作用，生成不溶性鹽沉淀，并伴隨發(fā)生蛋白質(zhì)分子變性。試驗室中慣用這些試劑定性檢驗蛋白質(zhì)及去除雜蛋白。在啤酒生產(chǎn)工藝中將麥芽汁加啤酒花煮沸，目標是借酒花中單寧類物質(zhì)與變性蛋白成鹽沉淀，以澄清麥汁，預(yù)防成品啤酒產(chǎn)生蛋白混濁。生物堿是生物尤其是植物產(chǎn)生一個復(fù)雜含N化合物。凡是能生物堿成沉淀反應(yīng)或顯色反應(yīng)試劑稱為生物堿試劑。④生物堿試劑沉淀法39蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第39頁⑤熱凝固沉淀法蛋白質(zhì)受熱變性后，在有少許鹽類存在或?qū)H調(diào)至等電點，則很輕易發(fā)生凝固沉淀。其原因可能因為變性蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)解體，疏水基團外露，水化膜破壞，同時因為破壞了帶電狀態(tài)等發(fā)生絮結(jié)沉淀。我國傳統(tǒng)做豆腐工藝是將豆?jié){煮沸，點入少許鹽鹵(MgCl2)或石膏(CaSO4)，或者點入酸漿或葡萄糖酸內(nèi)酯將pH調(diào)至等電點，熱變性大豆蛋白便很快絮結(jié)沉淀，經(jīng)過濾成型則成為豆腐。40蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第40頁4蛋白質(zhì)變性作用天然蛋白質(zhì)分子受到一些理化原因作用，其有序空間結(jié)構(gòu)被破壞而喪失生物活性，并伴隨一些理化性質(zhì)改變，但其一級結(jié)構(gòu)沒改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)變性作用。能破壞次級鍵理化原因都可造成蛋白質(zhì)變性。變性蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為：①理化性質(zhì)發(fā)生改變，如旋光性改變、粘度增加、光吸收增強、溶解度降低、易沉淀，顏色反應(yīng)增強等。②生化性質(zhì)發(fā)生改變，變性蛋白比天然蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解。③生物活性喪失。41蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第41頁5蛋白質(zhì)顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)分子能與各種化合物發(fā)生特異化學(xué)反應(yīng)。蛋白質(zhì)除具備氨基酸所具備化學(xué)性質(zhì)之外，最慣用還有雙縮脲反應(yīng)。雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產(chǎn)生蘭色銅－雙縮脲絡(luò)合物，稱為雙縮脲反應(yīng)。含有兩個以上肽鍵多肽，含有與雙縮脲相同結(jié)構(gòu)特點，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍紫色絡(luò)合物。可對多肽進行定量測定。42蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第42頁三蛋白質(zhì)共價結(jié)構(gòu)1肽結(jié)構(gòu)一個氨基酸氨基與另一個氨基酸羧基之間失水形成酰胺鍵稱為肽鍵，所形成化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成肽稱為二肽，由多個氨基酸組成肽則稱為多肽。組成多肽氨基酸單元稱為氨基酸殘基。在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定次序排列，這種排列次序稱為氨基酸次序。通常在多肽鏈一端含有一個游離-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸次序是從N-端氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點排列次序。43蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第43頁肽鍵特點是氮原子上孤對電子與羰基含有顯著共軛作用。

組成肽鍵原子處于同一平面。

44蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第44頁下述五肽可表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln45蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第45頁46蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第46頁在生物體中，多肽最主要存在形式是作為蛋白質(zhì)亞單位。有許多分子量比較小多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都含有特殊生理功效，常稱為活性肽。常見活性多肽有：腦啡肽，激素類多肽，抗生素類多肽，谷胱甘肽，蛇毒多肽等。2天然活性肽47蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第47頁1)谷胱甘肽動植物、微生物細胞中都含有一個還原型三肽：γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，稱為谷胱甘肽(GSH)。其巰基能發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，在細胞中是一些蛋白質(zhì)和巰基酶緩沖劑，其還原型巰基可作為供氫體使酶活中心必需基團-SH保持還原狀態(tài)。48蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第48頁

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

Met-腦啡肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-

Leu-腦啡肽牛催產(chǎn)素牛加壓素2)激素肽和神經(jīng)肽49蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第49頁3蛋白質(zhì)分類依據(jù)蛋白質(zhì)分子化學(xué)組成份為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。依據(jù)蛋白質(zhì)分子形狀分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。依據(jù)生理功效將蛋白質(zhì)分為生理活性蛋白質(zhì)和非生理活性蛋白質(zhì)。50蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第50頁1)形態(tài)學(xué)功效生物體各種組織結(jié)構(gòu)都有蛋白質(zhì)參加組成，如動物角、毛、蹄、肉等形態(tài)結(jié)構(gòu)干物質(zhì)主要成份都是蛋白質(zhì)。4蛋白質(zhì)生物學(xué)功效2)生理活性功效生物體各種代謝活動和生理現(xiàn)象都有不一樣功效蛋白質(zhì)參加，如酶催化作用，蛋白類激素對代謝調(diào)整作用，運載蛋白輸導(dǎo)作用，細胞色素蛋白傳遞電子作用，糖蛋白細胞識別作用，免疫球蛋白抗感染作用等。51蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第51頁3)外源蛋白質(zhì)含有營養(yǎng)功效蛋白質(zhì)是人和動物主要營養(yǎng)物質(zhì)，也是許多微生物所需要營養(yǎng)物質(zhì)。外源蛋白質(zhì)經(jīng)消化分解生成氨基酸，被細胞吸收主要作為合成本身蛋白質(zhì)或其它含N化合物原料。有一部分氨基酸被細胞氧化分解作為能源。合理營養(yǎng)要求有10%左右能量由蛋白質(zhì)氧化分解供給。52蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第52頁5蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)又稱初級結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)或共價結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)即肽鏈中氨基酸排列次序。一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)；也是認識蛋白質(zhì)分子生物功效，結(jié)構(gòu)與生物進化關(guān)系，結(jié)構(gòu)變異與分子病關(guān)系等許多復(fù)雜問題主要基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容包含：多肽數(shù)目，肽鏈末端殘基種類，肽鏈氨基酸組成及排列次序，鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵配置等。1)蛋白質(zhì)氨基酸組成53蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第53頁第一個被說明一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是牛胰島素。牛胰島素分子(單體)由51個殘基分A、B兩條鏈組成，分子量5734，A鏈有21個殘基，N端為甘氨酸(Gly)，C端為天冬酰胺(Asn)，鏈內(nèi)有A6與A11間形成鏈內(nèi)二硫鍵。B鏈有30個殘基，N端為苯丙氨酸(Phe)，C端為丙氨酸(Ala)。A、B兩鏈間有A7與B7，A20與B19間分別形成兩個鏈間二硫鍵，將兩條鏈連接在一起，組成完整一級結(jié)構(gòu)。54蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第54頁胰島素是哺乳動物胰臟中β-細胞分泌一個蛋白質(zhì)激素，對糖代謝起調(diào)整作用，促進血糖利用和糖原合成，還有調(diào)整脂肪和蛋白質(zhì)代謝功效。55蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第55頁研究蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系主要是研究多肽鏈中不一樣部位殘基與生物功效關(guān)系。在蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中，有部位保守性很強，既不能缺失，也不能更換，不然就會喪失活性；有部位則能夠改變，切除或更換別殘基都不會影響生物活性；還有部位必須切除后才能顯活性。不一樣部位殘基對功效影響，實質(zhì)上是影響了蛋白質(zhì)分子特定空間構(gòu)象形成。2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效56蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第56頁血紅蛋白是由2個α-亞基各141個殘基，和2個β-亞基各146個殘基組成四聚體。鐮刀型貧血癥是β-鏈N端第6位殘基由谷氨酸(Glu)殘基換成了纈氨①鐮刀型貧血癥酸(Val)殘基。Glu與Val差異很大，在生理pH條件下，GluR基團帶負電荷，而Val顯電中性。57蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第57頁②細胞色素C(Cytc)細胞色素C是普遍存在于各種細胞中一個結(jié)合蛋白。由104個殘基組成多肽鏈分子，每分子含一個血紅素輔基，是呼吸鏈主要組員，起電子遞體作用。象細胞色素C這么在不一樣生物體中行使同一個功效蛋白質(zhì)稱為同源蛋白質(zhì)。不一樣生物同源蛋白質(zhì)含有相同或近似多肽鏈結(jié)構(gòu)。也有些同源蛋白質(zhì)隨物種不一樣氨基酸組成改變很大，同源蛋白質(zhì)氨基酸次序相同性稱為次序同源現(xiàn)象。比較分析次序同源現(xiàn)象，可了解一級結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系，也可了解物種間進化關(guān)系。58蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第58頁不一樣生物細胞色素C氨基酸差異數(shù)(以人Cytc為基數(shù))生物殘基差異數(shù)生物殘基差異數(shù)黑猩猩0響尾蛇14猴子1海龜15免1金槍魚21豬牛羊10小蠅25狗11蛾31驢11小麥35馬12鏈孢霉43雞13酵母4459蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第59頁1蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)四蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)1)二級結(jié)構(gòu)概念蛋白質(zhì)分子二級結(jié)構(gòu)是指肽鏈主鏈有規(guī)則盤波折疊形成構(gòu)象，或規(guī)則幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。只包括肽鏈主鏈構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成氫鍵，不討論側(cè)鏈基團空間排布。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。維系二級結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵主要是氫鍵。60蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第60頁蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)是指分子構(gòu)象而言。構(gòu)象與構(gòu)型都是立體化學(xué)結(jié)構(gòu)概念，但含義不一樣。構(gòu)型是因為化合物分子中某一不對稱碳原子上四種不一樣取代基團空間排列所形成一個光學(xué)活性立體結(jié)構(gòu)。一個不對稱碳原子只能形成兩種不一樣構(gòu)型。分子從一個構(gòu)型變?yōu)橐粋€構(gòu)型必須發(fā)生共價鍵斷裂。2)構(gòu)型與構(gòu)象61蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第61頁構(gòu)象是分子內(nèi)部全部原子或原子團空間全部排布而形成一個立體結(jié)構(gòu)，這類立體結(jié)構(gòu)不需要共價鍵斷開，只要分子中發(fā)生C-C單鍵轉(zhuǎn)動就能從一個構(gòu)象變?yōu)榱硪粋€構(gòu)象。天然蛋白質(zhì)分子都有與其生物活性相關(guān)一個或少數(shù)幾個特定構(gòu)象，這種天然構(gòu)象相當(dāng)穩(wěn)定。62蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第62頁3)維系蛋白質(zhì)分子構(gòu)象化學(xué)鍵蛋白質(zhì)分子三維構(gòu)象穩(wěn)定性要靠大量化學(xué)鍵來維系，主要有氫鍵、離子鍵、二硫鍵、配位健等，另外還有疏水相互作用力、范德華力等。63蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第63頁4)酰胺平面X-衍射研究表明，肽鍵鍵長大于C=N雙鍵，小于C-N單鍵，含有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由轉(zhuǎn)動。所以每個肽鍵6個原子都被酰鍵固定在同一個平面上，這個平面稱為肽平面，也叫肽面。64蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第64頁酰胺平面是剛性平面，6個碳原子相對位置都是固定不變，其羰基氧原子與亞氨基氫原子總是呈反式排列。在主鏈成鏈共價鍵中，肽鍵占1/3，且不能自由轉(zhuǎn)動，這對肽鏈形成三維構(gòu)象有很大約束作用，只能靠α-碳原子兩邊單鍵，Cα-C和N-Cα鍵轉(zhuǎn)動，使酰胺平面相對位置發(fā)生改變，形成有限幾個主鏈構(gòu)象。65蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第65頁5)二級結(jié)構(gòu)基本構(gòu)象α-螺旋是蛋白質(zhì)分子中最常見很穩(wěn)定一個構(gòu)象，是由多肽主鏈圍繞一個中心軸有規(guī)則地一圈一圈盤旋前進形成螺旋狀構(gòu)象。這是Pauling等在1951年經(jīng)過X光衍射對纖維蛋白質(zhì)α-角蛋白(如毛、發(fā)、角、甲、爪等)進行構(gòu)象分析證實一個主鏈，故稱α-螺旋。天然蛋白質(zhì)分子中存在主要是右手螺旋，左手螺旋只在少數(shù)幾個蛋白質(zhì)中被發(fā)覺。左手α-螺旋結(jié)構(gòu)有以下特點。(1)α-螺旋66蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第66頁

①多肽鏈中各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成左手螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升距離即螺距為0.54nm，含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間距離為0.15nm。②肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵取向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基酰胺基團-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團-NH基形成氫鍵。每個殘基R基團都在α-螺旋外側(cè)，不影響螺旋穩(wěn)定性。67蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第67頁

③α-螺旋結(jié)構(gòu)慣用SN表示，S代表每圈螺旋殘基個數(shù)，N表示氫鍵封閉環(huán)本身原子數(shù)。經(jīng)典左手-螺旋S為3.6，N為13，可表示為3.613。68蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第68頁(2)β-折疊β-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展肽鏈平行排列，經(jīng)過鏈間氫鍵交聯(lián)而形成。肽鏈主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。在β-折疊中，α-碳原子總是處于折疊角上，氨基酸R基團處于折疊棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間軸心距為0.35nm。69蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第69頁β-折疊結(jié)構(gòu)氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成；也能夠在同一肽鏈不一樣部分之間形成。幾乎全部肽鍵都參加鏈間氫鍵交聯(lián)，氫鍵與主鏈長軸靠近垂直。β-折疊有兩種類型。一個為平行式，即全部肽鏈N-端都在同一邊。另一個為反平行式，即相鄰兩條肽鏈方向相反。70蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第70頁β-折疊71蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第71頁(3)

β-轉(zhuǎn)角β-轉(zhuǎn)角是由四個氨基酸殘基組成。彎曲處第一個氨基酸殘基-C=O和第四個殘基-NH之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球蛋白分子中。72蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第72頁73蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第73頁球狀蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)多元構(gòu)象74蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第74頁2蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子在一、二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再進行三維空間多向性盤波折疊，形成特定近似球狀構(gòu)象，稱為蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)包含蛋白質(zhì)分子主鏈和側(cè)鏈全部原子或原子團空間排布關(guān)系。1)三級結(jié)構(gòu)涵義75蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第75頁2)三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象特點三級構(gòu)象近似球形。分子中親水基團相對集中在分子表面，疏水基團相對集中在分子內(nèi)部。疏水鍵在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著主要作用。氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等次級鍵對三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象穩(wěn)定也有一定作用。三級結(jié)構(gòu)形成之后，蛋白質(zhì)分子生物活性部位就形成了。在球形分子表面往往有一個很深裂隙，活性部位就在其中。76蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第76頁3)活性部位球蛋白分子活性部位，又稱活性中心，是在三級構(gòu)象中由少數(shù)必需基團組成負責(zé)完成生物功效一個空間小區(qū)域。三級結(jié)構(gòu)是球狀蛋白質(zhì)分子生物活性所必須具備結(jié)構(gòu)形式。胰島素分子與受體分子結(jié)合主要發(fā)生在一個表面部位，這個部位由B24、B25、B26、B28、A19等殘基組成面積相當(dāng)大疏水及分散在疏水區(qū)周圍表面電荷和極性基團組成。其中Phe非常保守，被Leu或Ser取代后，活性嚴重喪失，僅剩1%左右。77蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第77頁胰島素分子中與受體結(jié)合表面部位78蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第78頁4)結(jié)構(gòu)域較大球狀蛋白質(zhì)分子或亞基，常先由幾個二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起形成超二級結(jié)構(gòu)，以此作為形成三級結(jié)構(gòu)實體，這些二級結(jié)構(gòu)實體稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域深入締合形成近似球形三級結(jié)構(gòu)。如卵清溶菌酶三級結(jié)構(gòu)是由兩個結(jié)構(gòu)域締合而成。這兩個結(jié)構(gòu)域經(jīng)過共價鍵轉(zhuǎn)動調(diào)整相互之間位置，形成大裂隙，酶活性中心即在這一部位，這種結(jié)構(gòu)有利于酶與底物發(fā)生誘導(dǎo)楔合作用或進行變構(gòu)調(diào)整作用。79蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)知識專家講座第79頁