第二章蛋白质

第二章蛋白质本章重点：氨基酸的结构、种类及主要理化性质；蛋白质的分子结构；蛋白质分子结构与生物学功能的关系；蛋白质的主要理化性质。蛋白质的定义蛋白质：由20种α-氨基酸按照一定的顺序，通过肽键连接而成的、具有特定立体结构的、有活性的生物大分子。蛋白质是一切生物体中普遍存在的。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2.1蛋白质的分类CHONS（50%）（7%）（23%）（16%）（0～3%）蛋白质氮元素的含量都相当接近，一般在15%—17％，平均为16％。这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的计算基础。蛋白质含量＝蛋白氮×6.256.25—16％的倒数，每测定１g氮相当于6.25g的蛋白质。也就是1g氮所代表的蛋白质量（克数）2.1.1按分子的形状分类A.球状蛋白质外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。但肌动蛋白属于球状蛋白却不溶于水。B.纤维状蛋白质分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。不溶性纤维状蛋白质：大多数纤维状蛋白质属此类，如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白等。可溶性纤维状蛋白质：如肌球蛋白和血纤蛋白原可溶于水。C.膜蛋白2.1.2按组成成分分类A.单纯蛋白质：单纯蛋白不含有非蛋白质部分。这类蛋白质水解后的最终产物只有氨基酸。单纯蛋白质按其溶解性又可分为:清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白精蛋白、组蛋白以及硬蛋白等B.结合蛋白质－－结合蛋白是指由单纯蛋白和非蛋白成分结合而成的蛋白质。这些非蛋白成分包括糖、脂、核酸、色素等，又称为辅基或配体。糖蛋白：如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：如血清-，-脂蛋白等。核蛋白：如细胞核中的核糖核蛋白等。色蛋白：如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。2.1.3根据功能分类①催化蛋白质的一个最重要的生物学功能是作为有机体新陈代谢的催化剂——酶。酶是蛋白质中最大的一类。②调节许多蛋白质具有调节其他蛋白质执行其生理功能的能力，这些蛋白质称为调节蛋白③转运功能是从一地到另一地转运特定的物质。④贮存这类蛋白质是氨基酸的聚合物，生物体必要时可利用蛋白质作为提供充足氮素的一种方式。⑤运动作为运动基础的收缩和游动蛋白具有共同的性质：它们都是丝状分子或丝状聚合体。⑥结构蛋白质另一重要功能是建造和维持生物体的结构。⑦防御和进攻免疫反应（免疫球蛋白）⑧异常功能2.2蛋白质的组成单位—氨基酸氨基酸（aminoacid，aa或AA）是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位（构件分子）。从各种生物体内发现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质组成的常见氨基酸只有20种，这20种氨基酸称为常见氨基酸或基本氨基酸。蛋白质完全水解：用浓酸、碱将蛋白质完全水解为氨基酸。酸水解：无消旋作用，产物为L-氨基酸。碱水解：多数氨基酸被破坏，有消旋现象。蛋白质部分水解：一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸。蛋白酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。2.2.1氨基酸的结构通式氨基酸（aminoacid,简写aa)：蛋白质的基本组成单位，是含氨基的羧酸。天然蛋白质由20种α-氨基酸组成。α-氨基酸中α碳原子为不对称碳原子（除甘氨酸）。1）组成蛋白质的aa都是α-氨基酸（除脯氨酸外）；2）不同aa仅R链不同；3）除甘氨酸外，其余aa的α-碳原子均为不对称碳原子。构型：根据甘油醛构型确定D型和L型1.根据甘油醛原则确定构型2.自然界的氨基酸有两种构型，构型和旋光方向没有必然联系。3.组成蛋白质的氨基酸都是L型，除甘氨酸外都有旋光性。L-AA2.2.2氨基酸的分类二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号-氨基酸结构通式COOHCHH2NR非解离形式解离形式（两性离子形式）1.从营养学角度分：2.从营养学角度分：3.必需氨基酸和非必需氨基酸这些体内需要而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸，称为营养必需氨基酸。人体必需氨基酸有八种：MetTrpLysValIleLeuPheThr半必需氮基酸：组氨酸、精氨酸4.根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸。5.据R基团化学结构分类：脂肪族AA；芳香族AA；杂环AA。6.按R基的极性性质可以分成2大类1非极性氨基酸A.丙氨酸B.亮氨酸C.异亮氨酸D.苯丙氨酸E.甲硫氨酸F.色氨酸G.脯氨酸H.缬氨酸I.甘氨酸2极性氨基酸A.不带电荷a.丝氨酸b.苏氨酸c.半胱氨酸d.酪氨酸e.天冬酰胺f.谷氨酰胺B.带正电荷a.赖氨酸b.精氨酸c.组氨酸C.带负电荷a.天冬氨酸b.谷氨酸①非极性R基氨基酸这一组中共有9种氨基酸a.4种带有脂肪烃侧链的氨基酸丙氨酸Ala）缬氨酸Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）b.2种含芳香环氨基酸苯丙氨酸(Phe)色氨酸(Trp)c.含硫氨基酸甲硫氨酸（Met）d.亚氨基酸脯氨酸(Pro)e.侧链介于极性与非极性之间甘氨酸(Gly)COO-CHH3N-R②极性但不带电荷的R基氨基酸这一组中有6种氨基酸a.侧链的极性是由于它们的羟基造成的苏氨酸(Thr)丝氨酸(Ser)酪氨酸(Tyr)b.R基极性是它们的酰胺基引起的天冬酰胺(Asn)谷氨酰胺(Gln)c.由于含有巯基的缘故半胱氨酸(Cys)③带负电荷的R基氨基酸这一类的是两种酸性氨基酸天冬氨酸(Asp)谷氨酸(Glu)④带正电荷的R基氨基酸这一类氨基酸在pH=7时携带净正电荷，又叫碱性氨基酸赖氨酸(Lys)：除-氨基外，在脂肪链的位置上还有一个氨基精氨酸(Arg):含有一个带正电荷的胍基组氨酸(His):有一个咪唑基非蛋白质氨基酸：存在于生物体内，但不组成蛋白质的呈游离或结合态的氨基酸，约150种，具有多种生理功能。（1）L-α-氨基酸的衍生物L-瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。（2）D-α-氨基酸D-Ala存在于肽聚糖中，D-Phe是短杆菌肽S的组分。（3）β、γ、δ-氨基酸β-Ala是泛酸的前体，γ-氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。2.2.3氨基酸的性质1)一般物理性质无色晶体；高熔点；溶解于水。2)氨基酸的两性解离和等电点•氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。•在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在！氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点(isoelectricpoint,pI):在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为两性离子，所带净电荷为零，在电场中既不向阳极也不向阴极移动。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。氨基酸等电点的特点：1.净电荷数等于零，在电场中不移动；2.此时氨基酸的溶解度最小。氨基酸等电点的确定：根据pK值计算：等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数pI=(pK1+pK2)/2或pI=（pK2+pK3）/2酸性氨基酸、碱性氨基酸的pI计算：a、先写出其解离公式；b、后取兼性离子两侧基团的pK值的平均值。3）紫外吸收性质只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力，因其含有苯环共轭双键的R侧链。酪氨酸(Tyr)λmax：270nm苯丙氨酸(Phe)λmax：259nm色氨酸(Try)λmax：279nm所以，测样品280nm处的光吸收值，可知溶液中蛋白质浓度。此法快速简便。4）氨基酸的化学反应(1)与亚硝酸反应（p29）在室温下亚硝酸能与含游离α-氨基的氨基酸起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸(注：含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应)（2）与2，4-二硝基氟苯的反应（p28）(Sanger反应）在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与2，4-二硝基氟苯（DNFB）作用，生成稳定的黄色2，4-二硝基苯基氨基酸（简写为DNP-氨基酸）。3）与异硫氰酸苯酯反应（Edman反应）在弱碱性条件下，氨基酸中的α-氨基还可以与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，产生相应的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）。在无水酸中，PTC-氨基酸即环化为苯硫乙内酰脲（PTH），后者在酸中极稳定。这个反应首先被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸。（p29）(4）与茚三酮反应（p26）茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，氨基酸被氧化成醛、CO2和NH3，最后茚三酮与反应产物──氨和还原茚三酮发生作用，生成蓝紫色化合物。两个亚氨基酸──脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应形成黄色化合物(5)与甲醛反应：氨基酸的甲醛滴定法（p27）1.精氨酸的pI值为10.76,将其溶于pH7的缓冲液中，并置于电场中，则精氨酸应向电场的_______方向移动。2.下列4种氨基酸中哪个有碱性侧链？A．脯氨酸B．苯丙氨酸C．异亮氨酸D．赖氨酸3.氨基酸与茚三酮反应都产生蓝紫色化合物。()4.蛋白质中的________、______和_______3种氨基酸具有紫外吸收特性，因而使蛋白质在280nm处有最大吸收值。2.3肽肽和肽键肽的性质酸碱性质、重要化学反应类似于氨基酸性质天然存在的活性肽生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子2.3.1肽(peptide)和肽键(peptidebend)肽：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物。肽键：氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。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（S-L-F）氨基酸能以肽键相互连接形成长的、不带支链的寡肽（20个氨基酸残基以下）和多肽（多于20个氨基酸残基）。多肽仍然有游离的α-氨基和α-羧基。1）肽键的结构特点：肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。所以连接在肽键两端的基团处于一个平面上，这个平面称为肽平面。在大多数情况下，相邻肽平面以反式结构存在。1）肽键具高度稳定性；2）具双键性质，不能自由转动；3）肽单元呈平面化和刚性性质；肽键和肽的结构如图所示丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸4）C=O与—NH反式排列。^酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）二面角:两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。[相关名词]•肽平面：参与肽键的6个原子被约束于一个平面上，与此相应的-Cα-CO-NH-Cα-则称为肽平面。•多肽主链：在多肽链中由肽键连接的各氨基酸残基形成的长链骨架(…Cα-CO-NH-Cα….)为多肽链的主链。或：肽链的骨干是由肽单元重复排列而成长链，称为主链。•多肽侧链：在多肽链中的各氨基酸残基所连接的侧链基团为多肽侧链。或：氨基酸残基的R-基连在主链上成为侧链。说明：各种不同的肽链主链都是一样的，但侧链（R-基）的顺序即氨基酸的顺序各不相同。2.3.2肽的理化性质——类似于氨基酸性质1)旋光性2)两性解离及等电点3)化学反应双缩脲反应：含有两个或两个以上肽键的化合物与碱性硫酸铜作用，生成蓝紫色的复合物，肽键越多颜色越深，受蛋白质特异性影响小，可用于肽和蛋白质定量测定及测定蛋白质水解程度。2.3.3天然存在的活性肽在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在，这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。①谷胱甘肽(glutathione,GSH)谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，作用是保护巯基酶或防止过氧化物积累②抗生素类多肽③激素类多肽体内许多激素属寡肽或多肽催产素和加压素：均为9肽，第3位和第8位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。加压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿2.4蛋白质的结构构型（con