大學課件生物化學Biochemistry第1章蛋白質的結構與功能主要內容蛋白質的分子組成蛋白質的分子結構蛋白質結構與功能的關系蛋白質的理化性質蛋白質的分類第一節體液平衡及滲透壓的調節01part1.掌握蛋白質的元素組成及其特點，會計算樣品中的蛋白質含量。2.熟悉組成人體蛋白質的氨基酸種類、結構特點和氨基酸的分類。3.理解蛋白質分子結構與蛋白質的功能活性關系，以及分子病、構象病的概念。4.掌握蛋白質的理化性質、引起蛋白質變性的因素、變性作用在醫學上的應用。學習目標

蛋白質是生命的物質基礎

1.催化功能2.調節功能3.支持和保護功能4.運輸和儲存功能5.營養功能

6.收縮和運動功能7.免疫功能8.識別功能9.遺傳信息傳遞功能10.凝血與抗凝血功能蛋白質的生物學功能蛋白質的種類繁多大腸桿菌約含蛋白質3000種，人體內含蛋白質10萬余種。蛋白質是細胞中含量最豐富的生物大分子約占人體固體成分的45%，可達細胞干重的70%。第一節蛋白質的分子組成01part

一、蛋白質的元素組成及其特點

組成蛋白質的元素主要有：C、H、O、N。有些蛋白質還含有少量的S、P、Se、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，個別蛋白質還含有I。蛋白質的元素組成特點：一切蛋白質都含有氮，而且含氮量相當恒定,平均為16%。1g氮相當于6.25g蛋白質。

生物體內的含氮物質主要是蛋白質，因此只要測定生物樣品的含氮量，就可按下式計算出其蛋白質大致含量：100g樣品中蛋白質的含量（g%）＝每克樣品中含氮克數×6.25×100二、蛋白質的基本組成單位——氨基酸

蛋白質受酸、堿或蛋白酶水解產生游離氨基酸。因此，組成蛋白質的基本單位是——氨基酸(aminoacid)。

自然界存在的氨基酸有300多種，但組成人體蛋白質氨基酸僅有20種，且都有特異的遺傳密碼，為編碼氨基酸。

（一）氨基酸的結構

R代表氨基酸側鏈氨基酸的結構通式：氨基酸的結構特點：①除脯氨酸為亞氨基酸外，其余19種均符合上述通式，均為α-氨基酸；②除甘氨酸的R為H外，其它氨基酸的α-碳原子都是不對稱碳原子，因而有兩種不同的構型，即L型和D型。組成人體蛋白質的氨基酸都是L型。

組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，其中除甘氨酸和脯氨酸外，均屬于L型-α-氨基酸。③不同氨基酸的R側鏈各異，它們的分子量、解離程度和化學反應性質也不相同。

（二）氨基酸的分類

根據R側鏈基團的結構和性質的不同，可將20種氨基酸分為4類：

1.非極性疏水性氨基酸：7種

2.極性中性氨基酸：8種

3.酸性氨基酸：2種

4.堿性氨基酸：3種

1.非極性疏水氨基酸側鏈特征是含有非極性R側鏈，它們顯示出不同程度的疏水性。2.極性中性氨基酸側鏈特征是含有極性R側鏈（如側鏈上含有羥基或巰基、酰胺基等極性基團），故有親水性，但在中性水溶液中不電離。3.酸性氨基酸特征是它們的側鏈含有羧基，易解離出H+而具有酸性。此類氨基酸有兩種：谷氨酸、天冬氨酸4.堿性氨基酸特征是它們的側鏈含有易接受H+的基團而具有堿性。此類氨基酸有三種：賴氨酸、精氨酸和組氨酸（二）氨基酸的分類根據人體內能否合成，將氨基酸分為3類：1.必需氨基酸：賴、色、苯丙、蛋、纈、蘇、亮、異亮等8種。2.半必需氨基酸：精、組等2種。3.非必需氨基酸：其余10種。氨基酸在多肽鏈中的連接方式——肽鍵和肽肽鍵由一個氨基酸的羧基（-COOH）與另一個氨基酸的氨基（-NH2）縮合脫去一分子水所形成的酰胺鍵（-CO-NH-）。肽鍵上的四個原子（CHON）處于同一平面上，該平面稱為肽鍵平面或酰胺平面。肽鍵平面

氨基酸通過肽鍵連接所形成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸形成的肽稱為二肽，由三個氨基酸形成的肽稱為三肽，以此類推。通常將10個以內的氨基酸形成的肽稱為寡肽，十肽以上者形成的肽稱為多肽。多肽分子中的氨基酸相互連接形成長鏈，稱為多肽鏈。肽鏈中的氨基酸因脫水縮合已不是完整的氨基酸，故稱為氨基酸殘基。

氨基酸由肽鍵連接成的長鏈骨架，稱為主鏈，而各氨基酸殘基的R基團統稱為側鏈。

多肽鏈有兩端：有自由氨基的一端稱為氨基末端或N端，通常寫在多肽鏈的左側。有自由羧基的一端稱為羧基末端或C端，通常寫在多肽鏈的右側。多肽鏈中氨基酸殘基的順序編號從N端開始。肽的命名也從N端開始，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽稱為谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，簡稱為谷胱甘肽(glutathione,GSH)。第二節

蛋白質的分子結構02part蛋白質是由許多氨基酸單位通過肽鍵連接所形成的具有特定分子結構的高分子化合物。蛋白質的分子結構可分為一級、二級、三級和四級。一級結構是蛋白質的基本結構，二級、三級、四級結構稱為高級或空間構象。

一、蛋白質的一級結構概念

指氨基酸在蛋白質多肽鏈中的排列順序。主要的化學鍵

肽鍵、有些蛋白質還含有二硫鍵。胰島素（Insulin）世界上第一個被確定一級結構的蛋白質。牛胰島素的一級結構

一級結構是決定蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質空間構象唯一因素。二、蛋白質的空間結構蛋白質的空間結構包括二級、三級、四級結構。（一）蛋白質的二級結構

概念

是指多肽鏈本身沿長軸方向折疊或盤曲所形成的有規律的、重復出現的空間結構。維系蛋白質二級結構的主要化學鍵是氫鍵。

蛋白質二級結構的主要形式α-螺旋β-折疊β-轉角無規卷曲“α-螺旋和β-折疊”是蛋白質二級結構中最常見的構象形式

1.α-螺旋α-螺旋的結構特點

①多肽鏈以肽鍵平面為單位，α-碳原子為轉折點，有規律的盤繞成右手螺旋結構。②每3.6個氨基酸殘基盤繞一圈，螺距為0.54nm。③相鄰螺旋的肽鍵之間形成氫鍵，方向與長軸基本平行，維持螺旋的穩定。④R基團伸向螺旋外側，其大小、形狀及電荷性質均影響α-螺旋的形成。2.β-折疊

β-折疊的結構特點①多肽鏈呈伸展狀態，肽鍵平面沿長軸折疊呈鋸齒狀，兩平面間夾角為110°，R基交替地伸向鋸齒狀結構的上下方。②若干肽段互相靠攏，平行排列，通過氫鍵連接。氫鍵的方向與長軸垂直。③若兩條肽段走向一致（N端、C端方向相同），稱為順向平行；反之，稱之為逆向平行，逆向更穩定。

β-折疊包括平行式和反平行式兩種類型

3.β-轉角

β-轉角的特點

①主鏈骨架本身以大約180°回折②回折部分通常由4個氨基酸殘基構成③構象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。

4.無規卷曲是指多肽鏈中除了以上幾種比較規則的構象外，其余沒有確定規律性的那部分肽鏈構象。

（二）蛋白質的三級結構概念指具有二級結構的多肽鏈進一步折疊盤曲所形成的空間結構。一般為球狀或橢圓狀，并具有一定的生物學活性。主要化學鍵

疏水鍵、氫鍵、鹽鍵等非共價鍵和二硫鍵。疏水鍵是維持三級結構穩定的最主要作用力。蛋白質的三級結構蛋白質的三級結構

（三）蛋白質的四級結構

概念是指各亞基之間的空間排布及亞基間的連接和相互作用所形成的更高級空間結構具有獨立三級結構的多肽鏈稱為亞基。

化學鍵氫鍵、鹽鍵、范氏引力、疏水鍵等非共價鍵。蛋白質結構中應注意的幾個問題由一條多肽鏈形成的蛋白質其最高級結構為三級，具有三級結構的蛋白質才具有生物學活性。形成蛋白質的四級結構至少要有兩條多肽鏈。兩條或兩條以上的多肽鏈靠共價鍵連接的蛋白質沒有四級結構。由一條多肽鏈形成的蛋白質與亞基不同。蛋白質分子中的次級鍵氫鍵

常見于連接在一電負性很強的原子上的氫原子與另一電負性很強的原子之間。蛋白質分子中氫鍵的形成

氫鍵疏水鍵

非極性物質在含水的極性環境中存在時，會產生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。蛋白質分子中的許多氨基酸殘基側鏈也是非極性的，這些非極性的基團在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側鏈基團。

離子鍵（鹽鍵）

是由正、負離子間通過靜電引力相互吸引而形成的化學鍵。

在近中性環境中，蛋白質分子中的酸性氨基酸殘基側鏈電離后帶負電荷，而堿性氨基酸殘基側鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。蛋白質分子中離子鍵的形成范德華氏（vanderWaals)引力

原子之間存在的相互作用力血紅蛋白的四級結構第三節蛋白質結構與功能的關系03part

蛋白質一級結構與功能的關系①相似結構表現相似的功能。②不同結構具有不同的功能。蛋白質空間結構與功能的關系

蛋白質構象是其生物學功能的基礎，構象改變功能改變。三、蛋白質結構改變與疾病（一）一級結構改變與疾病（分子病）鐮刀狀紅細胞性貧血，是一種蛋白質一級結構發生改變導致的血紅蛋白異常病。（二）空間結構改變與疾病（構象病）蛋白質一級結構不變而僅其構象發生改變也可導致疾病發生，有人稱此類疾病為構象病。例如肌萎縮性脊髓側索硬化癥。第四節蛋白質的理化性質04part一、蛋白質的兩性電離與等電點

1.蛋白質是兩性電解質