生化-蛋白质
2020-04-09 17:22:51 3 举报AI智能生成
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生物化学蛋白质
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大纲/内容
蛋白质
蛋白质是构成生物体的重要组成物质
蛋白质是生物体生命活动的执行者
催化功能
酶
调节功能
在生物体正常的生命活动如代谢、生长、发育、分化、生殖等过程中，多肽和蛋白质激素起着极为重要的调节作用
许多激素的信号常常通过 G 蛋白（GTP 结合蛋白质）介导。
其他还有转录和翻译调控蛋白质，包括与 DNA 紧密结合的组蛋白及某些酸性蛋白质等。
运输功能
如血红蛋白，清蛋白
运动功能
如肌动蛋白，肌球蛋白；微管蛋白
免疫和防御功能
如抗体
营养和储存功能
卵清蛋白和牛奶中的酪蛋白是提供氨基酸的储存蛋白质。在某些植物、细菌及动物组织中发现的铁蛋白可以储存铁。
机械支持和保护功能
胶原蛋白，弹性蛋白，不溶性角蛋白，纤维蛋白，截肢弹性蛋白
其他功能
蛋白质分子组成
一·元素组成
50% ～55%、氢 6% ～ 8%、氧 19% ～ 24%、氮 13% ～ 19% 和硫 0 ～ 4%。有些蛋白质还含有少量磷或硒以及金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘。
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为 16%
每克样品中含氮克数 ×6.25×100= 每 100 克样品中的蛋白质含量（g/100g）
二·蛋白质的基本组成——氨基酸
（一)氨基酸的一般结构式
（二）氨基酸的分类（书P8）
1·非极性R基氨基酸
2·不带电荷的极性R基氨基酸
3·带正电荷的R基氨基酸
4·带负电荷的R基氨基酸
（三）特殊氨基酸
1.硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸
是生物体内组成蛋白质的第 21 和第 22 种基本氨基酸。
2.非基本氨基酸
除直接由遗传基因编码的基本氨基酸以外，生物体内尚存在多种非基本氨基酸，包括蛋白质分子中的氨基酸衍生物、不构成蛋白质的生物活性氨基酸等。
（四）氨基酸的理化性质
1.两性解离及等电点
等电点：在某一 pH 值条件下，氨基酸解离成阳离子及阴离子的程度和趋势相等，净电荷数为零，成为兼性离子，它在电场中既不移向负极，也不移向正极。
2.紫外吸收性质（芳香环——酪氨酸，色氨酸残基）
在280nm波长附近具有最大的光吸收峰
3.茚三酮反应
三·肽键与多肽链
（一）氨基酸的成肽反应
20~30氨基酸形成的肽链是寡肽，更多氨基酸形成的肽为多肽
多肽链具有方向性，其中有自由 α- 氨基 的一端称为氨基末端或 N 末端；有自由 α- 羧基的一端称羧基末端或 C 末端。
为短肽命名时，按照惯例从 N 末端开始，指向 C 末端
（二）生物活性肽（书P13）
四·蛋白质的分类
根据分子的组成
单纯蛋白质
只由氨基酸组成，其水解的最终产物只有氨基酸
按其溶解性 质不同可分为清蛋白（或白蛋白）、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白等。
结合蛋白质
由单纯蛋白质与非蛋白质物质结合而成的，其中的非蛋白质物质称为该结 合蛋白质的辅基。
结合蛋白质 可按其辅基的不同分为核蛋白、色蛋白、糖蛋白、磷蛋白、脂蛋白和金属蛋白等
按照分子形状和空间结构的不同
纤维状蛋白质
分子很不对称，其分子长轴 / 短轴长度＞ 10，溶解性差别较大
例如肌肉的结构蛋 白质和血纤维蛋白原可溶于水，而角蛋白、丝心蛋白则不溶于水。
球状蛋白质
溶解性较好
其分子形状接近球形，分子长轴 / 短轴长度＜ 10，空间结构比纤维状蛋白质更复杂，生物体内的蛋白质多属于这一类
按蛋白质的功能
分为酶蛋白、调节蛋白质、运输蛋白质等
“家族”分类法
蛋白质的特定模体或结构域常与其某种生物学功能相关，根据结构与功能的关系，常将具有相同或类似模体或结构域的蛋白质归为一大类、一类或一组，分别称为超家族、家族或亚家族
蛋白质的分子结构
一级结构
蛋白质多肽链上各种氨基酸从 N 端至 C 端的排列顺序
是蛋白质生物学活性及特异空间结构的基础
氨基酸的排列顺序决定其空间结构
空间结构
（一）研究方法——X射线晶体衍射法
（二）二级结构
1.肽单元
肽键中的4个原子及相邻的2个α-C原子重复形成的长链结构
2.α螺旋结构（最简单的排列方式）
（1）多肽链主链围绕中心轴有规律地螺旋式上升，每隔 3.6 个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个氨基酸残基向上移动 0.15nm，故螺距为 0.54nm
（2）第一个肽平面羰基（—CO）上的氧与第四个肽平面亚氨基（—NH—）上的氢形成氢键。氢键的方向与螺旋长轴基本平行。氢键是一种很弱的次级键，但由于主链上所有肽键都参与了氢键的形成，所以α螺旋很稳定
（3）组成人体蛋白质的氨基酸都是 L-α- 氨基酸，形成右手螺旋，ϕ=-57°，ψ=-47°。侧 链 R 基团伸向螺旋外侧。根据多肽链主链旋转方向不同，α 螺旋也可有左手螺旋，其ϕ=+57°， ψ=+47°，如噬热菌蛋白酶中就有左手 α 螺旋
3.β折叠（一般与结构蛋白质的空间结构有关，但在有些球状蛋白质的空间结构中也存在）
（1）多肽链充分伸展，各肽键平面之间折叠成锯齿状结构，侧链 R 基团交错位于锯齿状结构的上下方。
（2）两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，它们之间靠肽键羰基氧和亚氨基氢形成链间氢键维系，使结构稳定。氢键的方向与 β 折叠的长轴垂直。
（3）若 两 条 肽 链 走 向 相 同，均 从 N 端 指 向 C 端，称 顺 平 行 折 叠，其 两 残 基 间 距 为0.65nm。反之，两条肽链走向相反，一条从 N 端指向 C 端，另一条从 C 端指向 N 端，称反平行折叠，两残基间距为 0.70nm。由一条肽链折返形成的 β 折叠为反平行方式，反平行较顺平行折叠更加稳定。
4.蛋白质的非重复二级结构
（三）三级结构
整条肽链中所有原子在三维空间的排布
相对简单，主要包含一种类型的二级结构
主要起结构支持等作用，如α- 角蛋白、胶原蛋白等
由多种类型的二级结构组成
大多数酶和调控蛋白
多肽链的盘曲方式由氨基酸残基的种类及排列顺序决定
形成和稳定主要靠疏水键，盐键，二硫键，氢键和范德华力
结构模体
是 2 个或 2 个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近而形成的一个特殊的空间结构，也称蛋白质的超二级结构。
结构域
是多肽链中稳定存在且相对独立在 空间上可以明显区别的局部区域。
（四）四级结构
亚基：由两条或多条肽链构成的蛋白质中每条肽链形成的相对独立的三级结构
由亚基构成的蛋白质为寡聚蛋白质
亚基间由非共价键维系
寡聚蛋白质中亚基的立体排布、亚基之间的相互关系称为蛋白质的四级结构
具有四级结构的蛋白质其亚基单独存在时一般没有生物学活性，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学活性
蛋白质结构与功能的关系
一·一级结构与功能的关系
（一）一级结构是空间结构的基础
（二）一级结构的种属差异
（三）一级结构与分子病
镰状细胞贫血
二·空间结构与功能的关系
协同效应
一个亚基与其配体结合后影响该寡聚体中另一个亚基与配体的结合能力；如果是促进作用称为正协同效应，反之为负协同效应。
变构效应
蛋白质分子在表现功能的过程中，一个配体与特定部位的结合会使蛋白质分子发生构象改变，进而影响蛋白质分子的功能
蛋白质的理化性质及其分离纯化
一·两性解离性质
人体内各种蛋白质的等电点不同，但大多数接近于 5.0。所以在体液 pH 7.4 环境下，大多数蛋白质解离成阴离子。少数蛋白质含碱性氨基酸较多，因而其分子中含有较多自由氨基，故其等电点偏于碱性
2.等电点沉淀法分离提取蛋白质
利用蛋白质在其等电点附近溶解度最小、容易沉淀析出的特性以及各种蛋白质等电点的差异，从一混合蛋白质溶液中分离出不同的蛋白质。
例如，猪胰腺组织提取胰岛素
3.蛋白质的电泳分离和分子量测定
4.蛋白质的离子交换层析
二·蛋白质高分子性质
1.蛋白质亲水胶体的稳定因素
蛋白质分子表面多为亲水基团，分子表面有多层水分子包围形成水化膜，可维持蛋白质胶体稳定
蛋白质胶粒可因本身的解离带有电荷
2.透析与超滤法分离纯化蛋白质
3.蛋白质的沉降与超速离心分离
4.凝胶过滤法分离纯化蛋白质
三·蛋白质的沉淀
1.盐析（水化膜被破坏，所带电荷被中和）
不变性
2.重金属盐沉淀蛋白质
重金属离子如 Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+ 等，可与呈负电状态的蛋白质结合，形成不溶性蛋白质盐沉淀。沉淀的条件以 pH 稍大于蛋白质的 pI 为宜。
3.生物碱试剂与某些酸沉淀蛋白质
4.有机溶剂沉淀蛋白质
四·蛋白质的变性，絮凝及凝固
变性
在某些物理或化学因素作用下，蛋白质的空间结构破坏（但不包括肽链的断裂等一级结构变化），导致蛋白质若干理化性质的改变、生物学活性的丧失
因素
物理因素
高温、高压、紫外线、X 线、超声波、剧烈震荡与搅拌等
化学因素
强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂、浓尿素和十二烷基硫酸钠（SDS）等
大多数蛋白质变性时其空间结构破坏严重，不能恢复，称为不可逆变性。但有些蛋白质在变性后，除去变性因素仍可恢复其活性，称为可逆变性。
絮凝
蛋白质被强酸或强碱变性后，仍能溶于强酸或强碱溶液中。若将此强酸或强碱溶液的 pH调至等电点，则变性蛋白质立即结成絮状的不溶解物，这种现象称为变性蛋白质的絮凝作用
凝固
絮凝作用所生成的絮状物仍能再溶于强酸或强碱中。如再加热，则絮状物变为比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸或强碱中，这种现象称为蛋白质的凝固作用
五·蛋白质的呈色反应
氨基酸呈色反应
阳性双缩脲反应
肽键
蛋白质一级结构测定
一·样品纯度要求
一般杂蛋白质不超过5%
二·氨基酸组成分析
三·多肽链的末端分析和序列测定
四·二硫键的拆开
1.过甲酸氧化法
2.巯基化合物还原法
五·肽链的部分水解
六·完整多肽链顺序的确定
七·二硫键的定位
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