1、第一章 蛋白質 第一節 蛋白質的基本組成單位-氨基酸 （一）氨基酸的種類蛋白質是重要的生物大分子，其組成單位是氨基酸。組成蛋白質的氨基酸有20種，均為-氨基酸。每個氨基酸的-碳上連接一個羧基，一個氨基，一個氫原子和一個側鏈R基團。20種氨基酸結構的差別就在于它們的R基團結構的不同。根據20種氨基酸側鏈R基團的極性，可將其分為四大類：非極性R基氨基酸（8種）；不帶電荷的極性R基氨基酸（7種）；帶負電荷的R基氨基酸（2種）；帶正電荷的R基氨基酸（3種）。（二）氨基酸的性質氨基酸是兩性電解質。由于氨基酸含有酸性的羧基和堿性的氨基，所以既是酸又是堿，是兩性電解質。有些氨基酸的側鏈還

2、含有可解離的基團，其帶電狀況取決于它們的pK值。由于不同氨基酸所帶的可解離基團不同，所以等電點不同。除甘氨酸外，其它都有不對稱碳原子，所以具有D-型和L-型2種構型，具有旋光性，天然蛋白質中存在的氨基酸都是L-型的。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸具有紫外吸收特性，在280nm處有最大吸收值，大多數蛋白質都具有這些氨基酸，所以蛋白質在280nm處也有特征吸收，這是紫外吸收法定量測定蛋白質的基礎。氨基酸的-羧基和-氨基具有化學反應性，另外，許多氨基酸的側鏈還含有羥基、氨基、羧基等可解離基團，也具有化學反應性。較重要的化學反應有：（1）茚三酮反應，除脯氨酸外，所有的-氨基酸都能與茚三酮發生顏色反應，生成藍

3、紫色化合物，脯氨酸與茚三酮生成黃色化合物。（2）Sanger反應，-NH2與2,4-二硝基氟苯作用產生相應的DNB-氨基酸。（3）Edman反應，-NH2與苯異硫氰酸酯作用產生相應的氨基酸的苯氨基硫甲酰衍生物（PIT-氨基酸）。Sanger反應和Edmen反應均可用于蛋白質多肽鏈N端氨基酸的測定。氨基酸通過肽鍵相互連接而成的化合物稱為肽，由2個氨基酸組成的肽稱為二肽，由3個氨基酸組成的肽稱為三肽，少于10個氨基酸肽稱為寡肽，由10個以上氨基酸組成的肽稱為多肽。第二節 蛋白質的結構（一）蛋白質的結構層次*蛋白質是具有特定構象的大分子，為研究方便，將蛋白質結構分為多個結構水平，包括一級結構、二級結

4、構、超二級結構、結構域、三級結構和四級結構。一般將二級結構-四級結構稱為三維構象或高級結構。1一級結構指蛋白質多肽鏈中氨基酸的排列順序。肽鍵是蛋白質中氨基酸之間的主要連接方式，即由一個氨基酸的-氨基和另一個氨基酸的-之間脫去一分子水相互連接。肽鍵具有部分雙鍵的性質，所以整個肽單位是一個港性的平面結構。在多肽鏈的含有游離氨基的一端稱為肽鏈的氨基端或N端，而另一端含有一個游離羧基的一端稱為肽鏈的羧基端或C端。2蛋白質的二級結構是指多肽鏈骨架盤繞折疊所形成的有規律性的結構。最基本的二級結構類型有-螺旋結構和-折疊結構，此外還有-轉角和自由回轉。右手-螺旋結構是在纖維蛋白和球蛋白中發現的最常見的二級結

5、構,每圈螺旋含有3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm,螺旋中的每個肽鍵均參與氫鍵的形成以維持螺旋的穩定。-折疊結構也是一種常見的二級結構，在此結構中，多肽鏈以較伸展的曲折形式存在，肽鏈（或肽段）的排列可以有平行和反平行兩種方式。氨基酸之間的軸心距為0.35nm,相鄰肽鏈之間借助氫鍵彼此連成片層結構。3結構域是介于二級結構和三級結構之間的一種結構層次，是指蛋白質亞基結構中明顯分開的緊密球狀結構區域。超二級結構是指蛋白質分子 中的多肽鏈在三維折疊中形成有規則的三級結構聚集體。4蛋白質的三級結構是整個多肽鏈的三維構象，它是在二級結構的基礎上，多肽鏈進一步折疊卷曲形成復雜的球狀分子結構。具有三級結構

6、的蛋白質一般都是球蛋白，這類蛋白質的多肽鏈在三維空間中沿多個方向進行盤繞折疊，形成十分緊密的近似球形的結構，分子內部的空間只能容納少數水分子，幾乎所有的極性R基都分布在分子外表面，形成親水的分子外殼，而非極性的基團則被埋在分子內部，不與水接觸。蛋白質分子中側鏈R基團的相互作用對穩定球狀蛋白質的三級結構起著重要作用。5蛋白質的四級結構指數條具有獨立的三級結構的多肽鏈通過非共價鍵相互連接而成的聚合體結構。在具有四級結構的蛋白質中，每一條具有三級結構的皚鏈稱為亞基或亞單位，缺少一個亞基或亞基單獨存在都不具有活性。四級結構涉及亞基在整個分子中的空間排布以及亞基之間的相互關系。（二）維持蛋白質空間結構的

7、作用力維持蛋白質空間結構的作用力主要是氫鍵、離子鍵、疏水作用力和范德華力等非共價鍵，又稱次級鍵。此外，在某些蛋白質中還有二硫鍵，二硫鍵在維持蛋白質構象方面也起著重要作用。蛋白質的空間結構取決于它的一級結構，多肽離岸主鏈上的氨基酸排列順序包含了形成復雜的三維結構（即正確的空間結構）所需要的全部信息。第三節 蛋白質結構與功能的關系*不同的蛋白質，由于結構不同而具有不同的生物學功能。蛋白質的生物學功能是蛋白質分子的天然構象所具有的性質，功能與結構密切相關。一、一級結構與功能的關系 蛋白質的一級結構與蛋白質功能有相適應性和統一性，可從以下幾個方面說明：（1）一級結構的變異與分子病 蛋白質中的氨基酸序列

8、與生物功能密切相關，一級結構的變化往往導致蛋白質生物功能的變化。如鐮刀型細胞貧血癥，其病因是血紅蛋白基因中的一個核苷酸的突變導致該蛋白分子中-鏈第6位谷氨酸被纈氨酸取代。這個一級結構上的細微差別使患者的血紅蛋白分子容易發生凝聚，導致紅細胞變成鐮刀狀，容易破裂引起貧血，即血紅蛋白的功能發生了變化。（2）一級結構與生物進化 研究發現，同源蛋白質中有許多位置的氨基酸是相同的，而其它氨基酸差異較大。如比較不同生物的細胞色素C的一級結構，發現與人類親緣關系接近，其氨基酸組成的差異越小，親緣關系越遠差異越大。（3）蛋白質的激活作用 在生物體內，有些蛋白質常以前體的形式合成，只有按一 定方式裂解除去部分肽鏈

9、之后才具有生物活性，如酶原的激活。二、蛋白質空間結構與功能的關系 蛋白質的空間結構與功能之間有密切相關性，其特定的空間結構是行使生物功能的基礎。以下兩方面均可說明這種相關性。（1）.核糖核酸酶的變性與復性及其功能的喪失與恢復 核糖核酸酶是由124個氨基酸組成的一條多肽鏈，含有四對二硫鍵，空間構象為球狀分子。將天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用-巰基乙醇處理，則分子內的四對二硫鍵斷裂，分子變成一條松散的肽鏈，此時酶活性完全喪失。但用透析法除去-巰基乙醇和脲后，此酶經氧化又自發地折疊成原有的天然構象，同時酶活性又恢復。（2）血紅蛋白的變構現象 血紅蛋白是一個四聚體蛋白質，具有氧合功能，可在血液中運

10、輸氧。研究發現，脫氧血紅蛋白與氧的親和力很低，不易與氧結合。一旦血紅蛋白分子中的一個亞基與O2結合，就會引起該亞基構象發生改變，并引起其它三個亞基的構象相繼發生變化，使它們易于和氧結合，說明變化后的構象最適合與氧結合。從以上例子可以看出，只有當蛋白質以特定的適當空間構象存在時才具有生物活性。第四節 蛋白質的重要性質*蛋白質是兩性電解質，它的酸堿性質取決于肽鏈上的可解離的R基團。不同蛋白質所含有的氨基酸的種類、數目不同，所以具有不同的等電點。當蛋白質所處環境的pH大于pI時，蛋白質分子帶負電荷，pH小于pI時，蛋白質帶正電荷，pH等于pI時，蛋白質所帶凈電荷為零，此時溶解度最小。蛋白質分子表面帶

11、有許多親水基團，使蛋白質成為親水的膠體溶液。蛋白質顆粒周圍的水化膜（水化層）以及非等電狀態時蛋白質顆粒所帶的同性電荷的互相排斥是使蛋白質膠體系統穩定的主要因素。當這些穩定因素被破壞時，蛋白質會產生沉淀。高濃度中性鹽可使蛋白質分子脫水并中和其所帶電荷，從而降低蛋白質的溶解度并沉淀析出，即鹽析。但這種作用并不引起蛋白質的變性。這個性質可用于蛋白質的分離。蛋白質受到某些物理或化學因素作用時，引起生物活性的喪失，溶解度的降低以及其它性質的改變，這種現象稱為蛋白質的變性作用。變性作用的實質是由于維持蛋白質高級結構的次級鍵遭到破壞而造成天然構象的解體，但未涉及共價鍵的斷裂。有些變性是可逆的，有些變性是不可

12、逆的。當變性條件不劇烈時，變性是可逆的，除去變性因素后，變性蛋白又可從新回復到原有的天然構象，恢復或部分恢復其原有的生物活性，這種現象稱為蛋白質的復性。第五節 測定蛋白質分子量的方法*1凝膠過濾法 凝膠過濾法分離蛋白質的原理是根據蛋白質分子量的大小。由于不同排阻范圍的葡聚糖凝膠有一特定的蛋白質分子量范圍，在此范圍內，分子量的對數和洗脫體積之間成線性關系。因此，用幾種已知分子量的蛋白質為標準，進行凝膠層析，以每種蛋白質的洗脫體積對它們的分子量的對數作圖，繪制出標準洗脫曲線。未知蛋白質在同樣的條件下進行凝膠層析，根據其所用的洗脫體積，從標準洗脫曲線上可求出此未知蛋白質對應的分子量。2SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法蛋白質在普通聚丙烯酰胺凝膠中的電泳速度取決于蛋白質分子的大小、分子形狀和所帶電荷的多少。SDS（十二烷基磺酸鈉）是一種去污劑，可使蛋白質變性并解離成亞基。當蛋白質樣品中加入SDS后，SDS與蛋白質分子結合，使蛋白質分子帶上大量的強負電荷，并且使蛋白質分子的形狀都變成短棒狀，從而消除了蛋白質分子之間原有的帶電荷量和分子形狀的差異。這樣電泳的速度只取決于蛋白質分子量的大小，蛋白質分子在電泳中的相對遷移率和分子質量的對數成直線關系。以標準蛋白質分子質量的對數和其相對遷移率作圖，得到標準曲線，根據所測樣品的相對遷移率，從