1、第第3 3章章 蛋白質化學蛋白質化學蛋白質蛋白質 （ProteinProtein）1838年，年，J. J. Berzelius提出，由提出，由proteios衍生而來衍生而來 第一重要，首要的物質第一重要，首要的物質最初在雞蛋中發現，是一類含氮的復雜有最初在雞蛋中發現，是一類含氮的復雜有機化合物機化合物恩格斯指出，恩格斯指出，“生命是蛋白體的存在方式生命是蛋白體的存在方式”蛋白質在生物體中發揮著重要的生理功能蛋白質在生物體中發揮著重要的生理功能蛋白質存在于蛋白質存在于所有所有生物細胞中，是生物細胞中，是構成生物體最基本的構成生物體最基本的結構物質和功結構物質和功能物質。能物質。蛋白質是生命活

2、動的物質基礎，參蛋白質是生命活動的物質基礎，參與了幾乎所有的生命活動過程。與了幾乎所有的生命活動過程。物質代謝、肌肉收縮、神經興奮傳物質代謝、肌肉收縮、神經興奮傳導、遺傳信息傳遞等等導、遺傳信息傳遞等等蛋白質功能的多樣性蛋白質功能的多樣性 1. 1. 催化功能催化功能- -酶酶 2. 2. 調節功能調節功能- -激素、基因調控因子激素、基因調控因子 3. 3. 轉運功能轉運功能- -膜轉運蛋白、血紅膜轉運蛋白、血紅/ /血清蛋白血清蛋白 4. 4. 貯存功能貯存功能- -乳、蛋、谷蛋白乳、蛋、谷蛋白 5. 5. 運動功能運動功能- -鞭毛、肌肉蛋白鞭毛、肌肉蛋白 6. 6. 結構成分結構成分-

3、 -皮、毛、骨、牙、細胞骨架皮、毛、骨、牙、細胞骨架 7. 7. 支架作用支架作用- -接頭蛋白接頭蛋白 8. 8. 防御功能防御功能- -免疫球蛋白免疫球蛋白 9. 9. 異常功能異常功能一、蛋白質通論一、蛋白質通論、蛋白質的含氮量、蛋白質的含氮量v蛋白氮占生物組織所有含氮物質的絕大部分。蛋白氮占生物組織所有含氮物質的絕大部分。v大多數蛋白質含氮量接近于大多數蛋白質含氮量接近于16%16% 蛋白質含量蛋白質含量 = = 每克樣品中含氮的克數每克樣品中含氮的克數 6.256.25v凱氏定氮法凱氏定氮法、蛋白質的分類、蛋白質的分類（1 1）、依據外形分類）、依據外形分類 球狀蛋白質：球狀蛋白質：

4、globular protein（分子軸比小于10） ，一般為功能蛋白 纖維狀纖維狀蛋白質蛋白質：fibrous protein(分子軸比大于10)，一般為結構蛋白 膜蛋白質膜蛋白質：membrane protein （2 2）、依據蛋白質的組成分類）、依據蛋白質的組成分類 簡單蛋白簡單蛋白（或單純蛋白）（或單純蛋白） simple protein 單純蛋白，僅由氨基酸組成單純蛋白，僅由氨基酸組成 結合蛋白結合蛋白 conjugated protein由簡單蛋白與其它非蛋白成分結合而成由簡單蛋白與其它非蛋白成分結合而成簡簡單單蛋蛋白白 清蛋白和球蛋白清蛋白和球蛋白 albumin and gl

5、obulin 廣泛存在于動物組織廣泛存在于動物組織 谷蛋白和醇溶谷蛋白谷蛋白和醇溶谷蛋白 glutelin and prolamin 植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸/ /堿堿 精蛋白（精蛋白（SpermatinSpermatin）和組蛋白）和組蛋白(histone)(histone) 堿性蛋白，存在于細胞核堿性蛋白，存在于細胞核 硬蛋白硬蛋白 結結合合蛋蛋白白 色蛋白：色蛋白：簡單蛋白簡單蛋白+ +色素物質色素物質 糖蛋白：糖蛋白：簡單蛋白簡單蛋白+ +糖類物質糖類物質 脂蛋白：脂蛋白：簡單蛋白簡單蛋白+ +脂類結合脂類結合 核蛋白核蛋白：簡單蛋白：簡單蛋白+ +

6、核酸核酸 磷蛋白：輔基為磷酸，酪蛋白（磷蛋白：輔基為磷酸，酪蛋白（casein）(二)蛋白質的水解 酸水解 堿水解 酶水解蛋白質酶水解蛋白質酶水解酶酶水解一般是水解一般是部分水解部分水解得到多肽片段和得到多肽片段和AA的混合物的混合物氨基酸是蛋白質的基本結構單元蛋白質蛋白質月示月示胨胨多肽多肽肽肽AAAA 1*104 5*103 2*103 1000 200 100 -500(Amino Acid, AA, Aa, aa)第一節第一節 氨基酸氨基酸 -C-C-C-C-COOH-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH-C-C-C-C(NH2 2)-COOH -)-COOH -氨基酸氨基

7、酸 -C-C-C(NH-C-C-C(NH2 2)-C-COOH -)-C-COOH -氨基酸氨基酸 -C-C(NH-C-C(NH2 2)-C-C-COOH -)-C-C-COOH -氨基酸氨基酸什么是什么是-氨基酸？氨基酸？ 大多數大多數AAAA在中性在中性pHpH時呈時呈兼兼性離子性離子狀態狀態: : 除甘氨酸外，除甘氨酸外，1919種種AAAA都具有都具有旋光性。旋光性。 除胱氨酸和酪氨酸外，其余除胱氨酸和酪氨酸外，其余AAAA都能溶于水。都能溶于水。COO-NH3+二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類（一）常見的蛋白質氨基酸（一）常見的蛋白質氨基酸按基的化學結構分類：按基的化學結構分類：、脂

8、肪族、脂肪族aaaa（）中性（）中性aaaa甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸氨基乙酸a-氨基丙酸氨基異己酸氨基異戊酸氨基甲基戊酸（2 2）含羥基或硫）含羥基或硫aaaa絲氨酸半胱氨酸蘇氨酸甲硫氨酸氨基甲硫基丁酸，體內代謝甲基供體a氨基氨基羥基丙酸羥基丙酸a氨基羥基丁酸a氨基巰基丙酸（）酸性（）酸性aaaa及其酰胺及其酰胺天門冬氨酸谷氨酸天門冬酰胺谷氨酰胺（）堿性（）堿性aaaa 賴氨酸 精氨酸a,二氨基丙酸a, 氨基胍基戊酸、芳香族、芳香族aaaa苯丙氨酸酪氨酸色氨酸a氨基苯基丙酸a氨基對羥苯基丙酸a氨基吲哚基丙酸、雜環、雜環aaaa組氨酸脯氨酸a, 氨基咪唑基丙酸，存在于珠蛋白內按基的極性性

9、質分類：按基的極性性質分類：、非極性基、非極性基aaaa丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸色氨酸、不帶電荷的極性基、不帶電荷的極性基aaaa絲氨酸蘇氨酸酪氨酸3 3、帶正電荷的基、帶正電荷的基aaaa賴氨酸精氨酸組氨酸4 4、帶負電荷的基、帶負電荷的基aaaa 根據生物體的需要，可將氨基酸分為必需氨基酸半必需氨基酸 氨基酸的結構與分類非必需氨基酸其余氨基酸其余氨基酸Arg HisLysLys、Val IleVal IleLeu phe Met TryLeu phe Met TryThrThr 賴氨酸(Lys) 纈氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Try) 亮氨酸(Leu) 異亮

10、氨酸(Ile) 蘇氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe) 嬰兒時期所需: 精氨酸(Arg)、組氨酸(His) 早產兒所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys)（二）不常見的蛋白質氨基酸（二）不常見的蛋白質氨基酸 由常見由常見aa經修飾而來。經修飾而來。羥脯氨酸胱氨酸羥賴氨酸6-N-甲基賴氨酸 -羧基谷氨酸 （三）非蛋白質氨基酸（三）非蛋白質氨基酸 不是蛋白質的組成成分不是蛋白質的組成成分20200 0多種多種多是蛋白質中多是蛋白質中L L型型-AA-AA衍生物衍生物有一些是有一些是-，-，-AA-AA有些是有些是D-D-型型AAAA一些是代謝中間產物，如瓜氨酸、鳥一些是代謝中間產物，如瓜氨酸、鳥氨

11、酸；氨酸； -氨基丁酸等氨基丁酸等鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸三、氨基酸的酸堿性質三、氨基酸的酸堿性質（一）兼性離子（一）兼性離子非離子形式 兩性離子形式H3NCHCOOHR+（pHpI）H3NCHCOO-R+（pH=pI）H2NCHCOO-R（pHpI）（二）氨基酸的解離（二）氨基酸的解離（三）氨基酸的等電點（三）氨基酸的等電點 當溶液為某一當溶液為某一pHpH值時，值時，AAAA主要以兼性離子主要以兼性離子的形式存在，分子中所含的正負電荷數目的形式存在，分子中所含的正負電荷數目相等，凈電荷為相等，凈電荷為0 0。這一。這一pHpH值即為值即為AAAA的等電的等電點（點（pIpI,isoletr

12、ic point,isoletric point）。 在在pIpI時，時，AAAA在電場中既不向正極也不向負在電場中既不向正極也不向負極移動，即處于兩性離子狀態。極移動，即處于兩性離子狀態。 Ka1*Ka2=l側鏈不含離解基團的中性側鏈不含離解基團的中性AAAAlpI = (pK1 + pK2 )/2 氨基酸的酸堿性質氨基酸的每一功能基團可被酸堿所滴定，可根據氨基酸的滴定曲線來推算pK值。甘氨酸滴定曲線甘氨酸滴定曲線 對于側鏈含有可解離基團的對于側鏈含有可解離基團的AAAA pIpI取決于兩性離子兩邊取決于兩性離子兩邊p pK K值的算術平均值值的算術平均值 酸性酸性AAAA：p pI I =

13、 (p = (pK K1 1 + p + pK KR-COOR-COO- - )/2 )/2 堿性堿性AAAA：p pI I = (p = (pK K2 2 + p + pK KR-NH2 R-NH2 )/2 )/2 氨基酸的酸堿性質 在等電點以上的任何pH，氨基酸帶 凈負電荷，在電場中將向正極移動；結論： 在低于等電點的任何pH，氨基酸帶 凈正電荷，在電場中將向負極移動。 在一定pH范圍內，氨基酸溶液的pH離 等電點愈遠，氨基酸所攜帶的凈電荷 愈大。返回四、氨基酸的化學反應四、氨基酸的化學反應（一）（一）-氨基參加的反應氨基參加的反應1.1.與亞硝酸反應與亞硝酸反應2.2.與酰化試劑反應與酰

14、化試劑反應3.3.烴基化反應烴基化反應4.4.形成形成SchiffSchiffs s堿反應堿反應5.5.脫氨基反應脫氨基反應 NH2 OH R CH COOH + HNO2 R CH COOH+H2O+N2l范斯萊克法（范斯萊克法（Van Slyke）測氨基氮（體積）的基測氨基氮（體積）的基礎，生產上用于測定蛋白質的水解程度。礎，生產上用于測定蛋白質的水解程度。lN2中的中的1/21/2為氨基氮。為氨基氮。 氨基酸定量和蛋白質水解程度的測定。氨基酸定量和蛋白質水解程度的測定。含亞氨酸的脯氨酸則不能與亞硝酸反應。與酰化試劑反應與酰化試劑反應酰化試劑：酰氯、酸酐主要的酰化試劑NO2FO2N+ H2

15、NCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱堿性弱堿性DNP- -氨基酸氨基酸 （黃色黃色）DNFBSanger 法測定法測定N N末端氨基酸基礎末端氨基酸基礎2,4-二硝基氟苯烴基化反應烴基化反應A.為為- NH2的反應的反應B.氨基酸氨基酸- NH2的一個的一個H原子可被烴基取代原子可被烴基取代(鹵代烴鹵代烴)C.在弱堿性條件下，與在弱堿性條件下，與DNFB發生芳環取代，生成二硝基發生芳環取代，生成二硝基苯氨基酸苯氨基酸l應用：鑒定多肽或蛋白質的應用：鑒定多肽或蛋白質的N-末端氨基酸末端氨基酸反應特點反應特點 與甲醛的反應甲醛滴定法測定氨基酸含量 由于氨基酸與甲醛反應發生在氨基

16、部位，不生成兩性離子。采用NaOH滴定時，H可完全釋放出來，以酚酞作指示劑，可測定氨基氮含量。食品工業中氨態氮的測定（二）（二） 由由-羧基參加的反應羧基參加的反應1.1.成鹽或成酯反應成鹽或成酯反應2.2.成酰氯反應成酰氯反應3.3.脫羧基反應脫羧基反應4.4.疊氮反應疊氮反應（2）成酯）成酯 NH2 干燥，干燥，HCl R CH COOH + C2H5OH 回流回流 R CH COOC2H5 + H2ONH3Cl保護羧基保護羧基（1）與）與NaOH等形成鹽等形成鹽 HN-保護基保護基 R CH-COOH + PCl5 HN-保護基保護基 R CH-COCl + POCl3 + HCl保護氨

17、基保護氨基 活化羧基，活化羧基，可進一步用于合成肽可進一步用于合成肽（三）（三）-羧基和羧基和-氨基都參加的反應氨基都參加的反應1 1、 與與茚三酮反應茚三酮反應 2 2、 成肽成肽反應反應 與茚三酮反應是氨基和羧基共同參與的反應-氨基酸與合茚三酮試劑共熱，可發生反應生成藍紫化合物。（四）（四） 側鏈側鏈R R基參加的反應基參加的反應1 1、TyrTyr2 2、堿性、堿性AAAA2 2、堿性、堿性AAAA3 3、帶硫、帶硫AAAA五、氨基酸的分離與測定 層析法 電泳法 氨基酸顯色反應（一）層析法 1906年俄國植物學家Michael Tswett 在研究植物葉的色素成分時，將植物葉子的萃取物倒

18、入填有碳酸鈣的直立玻璃管內，然后加入石油醚使其自由流下，結果色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶，命名為色譜法。以后此法逐漸應用于無色物質的分離。 網址：http:/ 化學(置換反應) 、生物學性質的差異，使各組分以不同程度分布在兩相中。原理原理2.色譜的基本分類色譜的基本分類 層析形式：紙層析、氣相色譜、高壓液相色譜、薄層層析、親和層析、凝膠層析、離子交換層析等。 色譜分析中的相：液相、氣相、油相、水相。 固定相， 流動相 當流動相流過含有樣品的固定相時，各組分以不同速度移動，從而達到互相分離。 固定相：可以是固體，也可以是以被固體或凝膠所支持的液體，可以裝入柱中，也可以為薄層或薄膜。

19、 流動相：液體，氣體。 層析過程中包括吸附與分配平衡，溶解與析出等到平衡。原理 利用吸附劑(如氧化鋁粉末)對不同物質吸附能力的差別達到分離的目的 解吸、吸附、再解吸、再吸附棉花吸附劑待分離樣品溶液純溶劑沖洗(洗脫劑)流出液或洗脫液吸附劑材料 無機吸附劑：氧化鋁、碳酸鈣、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋅、磷酸氫鈣、硅酸、活性炭等 有機吸附劑：蔗糖、乳糖、淀粉、菊根粉、纖維素等。 吸附劑的選擇一般可以應用前人的經驗或小樣試驗，常采用具有中等或較強吸附力的吸附劑。4.1.3 洗脫劑 洗脫劑選擇： 樣品在溶劑中的溶解度 溶劑一般需無水溶劑，而且不與水互溶 溶劑的沸點要適宜，一般講溶劑沸點以40-80為宜 溶劑純

20、度要高，溶劑中即使是微量雜質的存在，也可明顯地改變吸附性質 溶劑的解吸能力適當，可采用按一定比例制備多元混合溶劑系統，以調整洗脫能力。4.2 分配層析 分配層析是利用被分離組分在固定相或流動相中的溶解度差別而實現分離，它相當于一種連續的溶劑抽提法。固定相為液體 4.2.1 分配系數K 一定量的溶質在兩種不相混溶的溶劑中達到平衡時，溶質在兩種溶劑中的濃度比值為一常數，此常數稱為分配系數。 固定相中溶質的濃度（克/升） 固定相中溶質的量K= = 流動相中溶質的濃度（克/升） 流動相中溶質的量4.2.2 分配柱層析原理 色帶中心（濃度中心）的移動速率 R= 柱層析上部洗脫劑上層液面的移動速率 色帶中

21、心（濃度中心）的移動距離 LA = = 洗脫劑上層液面的移動距離 LS 移動速率R 4.2.1 固定相與流動相固定相：一般由支持劑和溶劑組成。 支持劑要求是化學惰性，沒有吸附力，但能保留大量的固定相液體。常使用的支持劑有硅膠、硅藻土類、纖維素、淀粉等。固定相的液體通常是水溶液或與水混合的液體，常用的有水、各種緩沖液、甲酰胺、丙二醇、以及其混合液等，按一定比例與支持劑混合后填裝層析柱。 流動相：一般采用有機溶劑， 如飽和烴、醇類、酮類、酯類、鹵代烷、苯以及它們的混合物。 反相分配層析 以有機溶劑為固定相，水溶液為流動相 固定相與流動相的選擇，一般是根據樣品組分在兩相間的溶解度而定。4.3.1 離

22、子交換樹脂（高分子量有機聚合物，一種不溶性高分子物質，如聚苯乙烯樹脂中引入一些酸性或堿性的活性基團）。根據離子交換樹脂所帶的基團性質分為： 陽離子交換樹脂 （1）強酸性陽離子交換樹脂：含有-SO3H或-CH2SO3H，如732 （2）弱酸性陽離子交換樹脂：含有-COOH或-OH，如724 陰離子交換樹脂 （1）強堿性陰離子交換樹脂：含有銨鹽N+OH-，如717 （2）弱堿性陰離子交換樹脂：含有伯胺-NH2、仲胺=NH、叔胺N，如701離子交換樹脂的交換過程硬水的軟化 4.3.2 離子交換樹脂親和力 溶液中某一離子能否與交換劑上的離子進行交換，主要取決于離子的相對濃度以及交換劑對離子的相對親和力

23、。 一般地，在稀的水溶液中，親和力隨離子的價數與原子序數增加而增加，但隨水化離子半徑的增加而降低。 強酸性陽離子交換樹脂對各種離子的親和力次序如下：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+H+Li+(CH3)4N+La3+Y3+Ba2+Cs+Rb+K+Na+H+Li+Zn2+Cu2+Ni2+Co2+Fe2+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+ 弱酸性陽離子交換樹脂對氫離子的親和力特別高，因此再生為氫型時僅需少量的酸。 強堿性陰離子交換樹脂對各種離子的親和力次序如下：檸檬酸根SO42-C2O42-I-NO3-CrO42-Br-SCN-Cl-HCOO-OH-F-CH3COO- 弱堿性陰離子交換樹脂對

24、氫氧根離子有較高的親和力。對各種酸的親和力次序如下：芳香磺酸檸檬酸鉻酸硫酸酒石酸草酸磷酸砷酸鉬酸硝酸氫碘酸氫溴酸硫氫酸鹽酸氫氟酸甲酸乙酸碳酸4.3.2 離子交換樹脂親和力在層析柱內放入離子交換樹脂，再將樣品溶液通過，一些性質相近的離子與樹脂發生離子交換反應而被吸附。用水洗去殘液，再用洗脫劑來洗脫。洗脫交換吸留交換離子向下移動，親和力大的離子被吸留得比較牢固，因此移動慢，親和力小的離子被吸留的力量小，容易被洗脫下來，移動得快，這樣，樣品中不同的離子就被分離開。 舉例：樣品中含Mg2+和Al3+，采用R-SO3Na進行分離，洗脫劑用Ca2+， Fe3+（先用Ca2+，再用Fe3+） 離子交換能力的

25、大小，是樣品中離子在樹脂和洗脫劑之間的分配系數K的不同。 樣品離子在樹脂上的濃度（摩爾/克樹脂） K= 樣品離子在溶劑中的濃度（摩爾/毫升洗脫劑） K值大小決定于樣品中離子在柱內的保留時間，如果樣品中各種離子的K值差別足夠大，這些離子就可以得到分離。 氨基酸自動分析儀離子交換層析的具體應用 氨基酸自動分析儀含層析柱、蠕動泵、開關閥、塑料管道、保溫槽、自動比色計、記錄器及控制器 層析柱中裝有交聯聚苯乙烯磺酸樹脂，樣品溶液加入后用不同pH的檸檬酸緩沖液作洗脫劑，可將多種氨基酸分離，經茚三酮顯色后比色定性定量。（二）電泳法 電泳：帶電質點在電場中向與本身電荷相反的電極移動的現象 帶電質點移動速度與外

26、加電場強度、本身所帶電荷成正比，與介質的粘度、質點本身的大小成反比（三）氨基酸的顯色反應 氨基酸具有紫外吸收 有的氨基酸可加熒光劑后顯現出來 有些氨基酸與化學試劑可發生特殊的顯色反應AAAA通過肽鍵連接形成的化合物稱肽。通過肽鍵連接形成的化合物稱肽。肽鍵中肽鍵中C-NC-N鍵有部分鍵有部分 雙鍵性質，能自由旋雙鍵性質，能自由旋轉轉組成肽鍵原子處于組成肽鍵原子處于 同一平面（肽平面）同一平面（肽平面）鍵長及鍵角一定鍵長及鍵角一定大多數情況以反式大多數情況以反式 結構存在結構存在CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHH

27、HHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽鍵 氨基酸順序：多肽鏈中氨基酸順序：多肽鏈中AAAA殘基排列的順序，殘基排列的順序，AAAA順序是從順序是從N-N-端開始以端開始以C-C-端氨基酸殘基為終端氨基酸殘基為終點，如上述五肽：點，如上述五肽：Ser-Val-Tyr-Asp-GlnSer-Val-Tyr-Asp-Gln 氨基酸殘基：組成多肽的氨基酸殘基：組成多肽的AAAA單元單元 含游離含游離 - -氨基的一端：氨基端或氨基的一端：氨基端或N-N-端端 含游離含游離 - -羧基的一端：羧基端或羧基的一端：羧基端或C-C-端端共價主鏈共價主鏈 多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組

28、成，平面之間以多肽鏈的主鏈由許多酰胺平面組成，平面之間以碳原子碳原子相隔。而相隔。而C C-C-C鍵和鍵和C C-N-N鍵是單鍵，可以自由旋轉，其中鍵是單鍵，可以自由旋轉，其中C C-C-C鍵旋轉的角度稱鍵旋轉的角度稱，C C-N-N鍵旋轉的角度稱鍵旋轉的角度稱。和和這一對兩這一對兩面角決定了相鄰兩個酰胺平面的相對位置，也就決定了肽鏈的面角決定了相鄰兩個酰胺平面的相對位置，也就決定了肽鏈的構象。構象。 二面角二面角 兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的C為定點而旋轉，繞為定點而旋轉，繞C-N鍵旋轉的角度稱鍵旋轉的角度稱角，繞角，繞C-C鍵旋轉的角度稱鍵旋轉的角度稱角。角

29、。和和稱稱作二面角，亦稱構象角。作二面角，亦稱構象角。肽末端肽末端-羧基羧基pKa值比游離值比游離AA中的大。中的大。 肽末端肽末端-氨基氨基pKa值比游離值比游離AA中的小。中的小。 也有等電點（兩性）。也有等電點（兩性）。 酸堿性質取決于：酸堿性質取決于： -羧基、羧基、-氨基、側鏈基團的解離氨基、側鏈基團的解離 具有雙縮脲反應具有雙縮脲反應Protein特有的反應。特有的反應。多肽鏈多肽鏈肽鏈中的氨基酸不是原來完整的分子，肽鏈中的氨基酸不是原來完整的分子，多肽鏈中的氨基酸單位稱為多肽鏈中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基氨基酸殘基。由由1010個以上氨基酸殘基組成的多肽鏈。個以上氨基酸殘基組成的

30、多肽鏈。肽鍵肽鍵鏈狀結構鏈狀結構肽的命名肽的命名 多肽化合物的名稱，通常按照肽內氨多肽化合物的名稱，通常按照肽內氨基酸殘基的排列順序，以殘基名稱（如基酸殘基的排列順序，以殘基名稱（如某某氨酰）從某某氨酰）從N N端依次閱讀到端依次閱讀到C C端，并以端，并以C C端殘基全名結束肽的名稱。端殘基全名結束肽的名稱。命名舉例命名舉例氨基末端羧基末端下列五肽命名為丙氨酰谷氨酰亮氨酰纈氨酰組氨酸：（三）、（三）、 天然活性多肽天然活性多肽 生物的生長、發育、細胞分化、大腦活動、生物的生長、發育、細胞分化、大腦活動、腫瘤病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、腫瘤病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物鐘規律及分

31、子進化等均涉及到生物鐘規律及分子進化等均涉及到活性肽活性肽。生物活性肽是機體內傳遞信息、調節代謝生物活性肽是機體內傳遞信息、調節代謝和協調器官活動的重要和協調器官活動的重要化學信使化學信使。 已發現的天然肽大多具有活性已發現的天然肽大多具有活性 含量少，結構多樣，功能各異含量少，結構多樣，功能各異 例如：動物體內的激素、微生物的抗菌素例如：動物體內的激素、微生物的抗菌素谷胱甘肽谷胱甘肽 肽鍵:由谷氨酸的羧基與半胱氨酸的氨基縮合而成。 由于GSH中含有一個活潑的巰基很容易氧化，使其處于活性狀態，可對蛋白質、酶進行保護 二分子GSH脫氫以二硫鍵相連成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）激素肽、神經肽激素肽

32、、神經肽神經肽：腦啡肽、內啡肽、強啡肽，具有鎮痛作用內啡肽：有3種內啡肽，均由促黑素促皮質激素原轉變而來，不同肽的功能不同強啡肽：強鎮痛作用P-物質參閱第七章，催產素、胰增血糖素、激肽、促腎上腺皮質激素、促黑激素及其他促激素催產素和升壓素催產素和升壓素 均為9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催產素使子宮和乳腺平滑肌收縮，具有催產和促使乳腺排乳作用。升壓素促進血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿。促腎上腺皮質激素（促腎上腺皮質激素（ACTH） 39肽，活性部位為第410位的7肽片段： Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。腦啡肽：甲硫氨酸腦啡肽、亮氨酸腦啡肽腦啡肽：甲硫氨酸腦啡肽、

33、亮氨酸腦啡肽腦啡肽具有強烈的鎮痛作用（強于嗎啡），不上癮。Met-腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-內啡肽（31肽）具有較強的嗎啡樣活性與鎮痛作用。肽類應用研究和發展前景肽類應用研究和發展前景l激素l抗生素l活性肽l應用及展望第三節 蛋白質一、蛋白質的一級結構一、蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構是指以肽鍵連接而蛋白質的一級結構是指以肽鍵連接而成的氨基酸的排列順序成的氨基酸的排列順序蛋白質的一定生物功能的表現由相應蛋白質的一定生物功能的表現由相應固定的氨基酸排列順序所決定固定的氨基酸排列順序所決定人體內大約有人體內大約有5 5萬

34、萬1010萬種蛋白質，而萬種蛋白質，而整個生物界有特定生物功能的蛋白質整個生物界有特定生物功能的蛋白質分子總數據不超過分子總數據不超過100100億種。億種。一、蛋白質的一級結構一、蛋白質的一級結構 測定方法與步驟： 首先測定肽鏈末端數目 將肽鏈拆開，分離各條肽鏈 測定肽鏈氨基酸組成，確定各氨基酸比例 對肽鏈進行末端分析 部分水解，分析各片段的AA順序 拼湊出整條AA順序 測定二硫鍵的位置，確定全部一級結構 自1953年以來，已測定約十萬個不同蛋白質的一級結構蛋白質序列數據庫蛋白質序列數據庫 蛋白質三維結構蛋白質三維結構l二級結構二級結構l三級結構三級結

35、構l四級結構四級結構l超二級結構和結構域超二級結構和結構域二、蛋白質的高級結構二、蛋白質的高級結構構型與構象的區別構型與構象的區別1 1、影響蛋白質三維結構的因素、影響蛋白質三維結構的因素 內力（內因）內力（內因） 蛋白質分子內各原子間作用力蛋白質分子內各原子間作用力 外力（外因）外力（外因） 與溶劑及其他溶質作用力與溶劑及其他溶質作用力 2、蛋白質分子內部的作用力、蛋白質分子內部的作用力 肽鍵肽鍵、二硫鍵、二硫鍵一級結構一級結構 氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵、氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵、二硫鍵二硫鍵三維結構三維結構（) )氫鍵氫鍵( Hydrogen bond ) 兩負電性原子對氫

36、原子的靜電引力所形成兩負電性原子對氫原子的靜電引力所形成 XHY 質子給予體質子給予體X-H和質子接受體和質子接受體Y間相互作用間相互作用 氫鍵具有：氫鍵具有： 方向性方向性- -（鍵角）指（鍵角）指XH與與HY間的夾角間的夾角 飽和性飽和性- - XH只與一個只與一個Y結合結合（) )范德華力范德華力 (van der Waals force ) （）疏水作用（）疏水作用 ( Hydrophobic Interactions) 非極性側鏈為非極性側鏈為避開極性溶劑水避開極性溶劑水彼此靠近彼此靠近所產生所產生 主要存在蛋白質的內部結構主要存在蛋白質的內部結構 蛋白質表面通常具有極性鏈或區域蛋白

37、質表面通常具有極性鏈或區域 蛋白質可形成分子內疏水鏈蛋白質可形成分子內疏水鏈/ /腔腔/ /縫隙縫隙 穩定生物大分子的高級結構穩定生物大分子的高級結構（) )離子鍵離子鍵 ( Electrostatic attraction ) 又稱鹽鍵：具有相反電荷的兩個基團間的又稱鹽鍵：具有相反電荷的兩個基團間的庫侖作用。庫侖作用。F：吸引力吸引力Q1/2：電荷電量電荷電量 ：介質介電常數介質介電常數R：電荷質點間距離電荷質點間距離（5 5）二硫鍵）二硫鍵 (Disulfide Bond) 由含硫氨基酸形成由含硫氨基酸形成 起穩定肽鏈空間結構的作用起穩定肽鏈空間結構的作用 二硫鍵被破壞，蛋白質生物活性喪失

38、二硫鍵被破壞，蛋白質生物活性喪失（6 6）配位鍵）配位鍵(Metal-ion Coordination) 兩個原子之間形成的共價鍵兩個原子之間形成的共價鍵 共用電子對由其中一個原子提供共用電子對由其中一個原子提供 金屬離子與蛋白質的結合方式金屬離子與蛋白質的結合方式 例如：鐵氧還蛋白例如：鐵氧還蛋白（7 7）酯鍵）酯鍵 (Ester Bond) Ser/Thr的羥基與的羥基與AA的羧基形成酯鍵的羧基形成酯鍵 磷酸與含羥基磷酸與含羥基AA縮合形成磷酸酯鍵縮合形成磷酸酯鍵四、二級結構四、二級結構（Secondary Structure） 指肽鏈的指肽鏈的部分主鏈部分主鏈在空間的排列在空間的排列,

39、,或規或規則的幾何走向、旋轉及折疊。則的幾何走向、旋轉及折疊。 只涉及只涉及主鏈構象主鏈構象及鏈內及鏈內/ /間形成的間形成的氫鍵氫鍵 主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折疊、折疊、 - -轉角、無轉角、無規則卷曲、規則卷曲、 - -螺旋、螺旋、 環等。環等。 - -螺旋是在角蛋白中發現的，為卷曲螺旋是在角蛋白中發現的，為卷曲的棒狀結構的棒狀結構 主要特點主要特點 肽平面的各個原子所構成的鍵長鍵角恒肽平面的各個原子所構成的鍵長鍵角恒定不變定不變 肽鍵的原子排列呈反式構型肽鍵的原子排列呈反式構型 相鄰肽平面構成二面角相鄰肽平面構成二面角 肽鍵螺旋的螺距一定肽鍵螺旋的螺距一定 肽鏈內形成氫鍵

40、肽鏈內形成氫鍵 蛋白質分子為右手蛋白質分子為右手- -螺旋螺旋 鏈內形成氫鍵與軸平行鏈內形成氫鍵與軸平行（一）（一） - -螺旋螺旋 （ -helix）酰胺平面與酰胺平面與-碳原子的二面角碳原子的二面角 R基大小：較大的難形成，如多聚基大小：較大的難形成，如多聚Ile R基的電荷性質：不帶電荷易形成基的電荷性質：不帶電荷易形成 Pro吡咯環的形成吡咯環的形成 C -N /C -N不能不能旋轉旋轉 無法形成鏈內氫鍵無法形成鏈內氫鍵 - -螺旋形成的客觀條件螺旋形成的客觀條件 - -折疊構象是在絲蛋白中發現的，是完全折疊構象是在絲蛋白中發現的，是完全伸展的肽鏈，呈折疊狀伸展的肽鏈，呈折疊狀 由兩由

41、兩/ /多條多條伸展的肽鏈伸展的肽鏈，通過鏈間的通過鏈間的交聯而形成。交聯而形成。（二）（二） - -折疊折疊 C 總是處于折疊的角上總是處于折疊的角上 AA的的R基團處于折疊的棱角上并與之垂直基團處于折疊的棱角上并與之垂直 兩個兩個AA之間的軸心距為之間的軸心距為0.35nm 是肽鏈與肽鏈之間或一條肽鏈的不同肽段間形成氫鍵，是肽鏈與肽鏈之間或一條肽鏈的不同肽段間形成氫鍵，幾乎所有的肽鏈都參與鏈間氫鍵的交聯，氫鍵與鏈的長幾乎所有的肽鏈都參與鏈間氫鍵的交聯，氫鍵與鏈的長軸接近垂直軸接近垂直 有平行式與反平行式兩種有平行式與反平行式兩種1 1、 - -折疊結構特點折疊結構特點 平行式：所有肽鏈的平

42、行式：所有肽鏈的N-N-端都在同一邊端都在同一邊 反平行式：相鄰兩條肽鏈的方向相反反平行式：相鄰兩條肽鏈的方向相反2 2、 - -折疊的類型折疊的類型（三）（三） - -轉角轉角 肽鏈主鏈骨架的肽鏈主鏈骨架的180180回折結構回折結構 特點：特點： 由由4 4個連續的個連續的AA殘基組成殘基組成 第一個殘基的第一個殘基的C=O與第四個與第四個殘基的殘基的NH形形成氫鍵成氫鍵（四）無規則卷曲（四）無規則卷曲（random coil）超二級結構與結構域超二級結構與結構域（一）超二級結構（一）超二級結構 定義：定義：在一些具有特殊功能的球狀蛋白質分子在一些具有特殊功能的球狀蛋白質分子中，若干個相鄰

43、的二級結構單元按照一定規律有中，若干個相鄰的二級結構單元按照一定規律有規則地組合在一起，彼此相互作用，形成在空間規則地組合在一起，彼此相互作用，形成在空間構象上可以彼此區別的二級結構構象上可以彼此區別的二級結構組合組合單位單位 常見的超二級結構單元：常見的超二級結構單元：、的元件的元件（二）結構域與功能域（二）結構域與功能域定義：二級定義：二級/ /超二級結構基礎上形成的特超二級結構基礎上形成的特定區域。定區域。特點：特點：結構域自身是緊密裝配的，但結構域之間結構域自身是緊密裝配的，但結構域之間相當松散，存在空穴相當松散，存在空穴結構域存在的原因：結構域存在的原因：局域分別折疊比整條肽鏈折疊在

44、動力學上局域分別折疊比整條肽鏈折疊在動力學上更為合理更為合理結構域之間由肽鏈連接，有利于結構的調結構域之間由肽鏈連接，有利于結構的調整整蛋白質蛋白質的的三級結構三級結構 定義：蛋白質三級結構是蛋白質鏈的不定義：蛋白質三級結構是蛋白質鏈的不同區段的同區段的R基相互作用形成的空間構象，基相互作用形成的空間構象，即肽鏈所有原子的空間排布。三級結構即肽鏈所有原子的空間排布。三級結構不包括肽鏈之間的相互關系。不包括肽鏈之間的相互關系。 特點：特點： 較二級結構更復雜較二級結構更復雜 維持維持 三級結構的化學鍵三級結構的化學鍵 包括一級結構中相距較遠的肽段間的幾包括一級結構中相距較遠的肽段間的幾何相互關系

45、和側鏈在三維空間中彼此間何相互關系和側鏈在三維空間中彼此間的相互關系。的相互關系。四級結構四級結構 指由多條各自具有一、二、三級結構的肽鏈通過指由多條各自具有一、二、三級結構的肽鏈通過非共價非共價鍵鍵連接起來的結構形式。四級結構是描述蛋白質亞基或亞單連接起來的結構形式。四級結構是描述蛋白質亞基或亞單位之間的作用力、亞基數目、空間排列方式。位之間的作用力、亞基數目、空間排列方式。 單獨的亞基無生物活性。單獨的亞基無生物活性。穩定四級結構的穩定四級結構的作用力作用力 結構互補（極性）和非共價鍵結構互補（極性）和非共價鍵 離子鍵和氫鍵離子鍵和氫鍵締合的專一性締合的專一性 疏水相互作用疏水相互作用驅動

46、締合驅動締合 1 1、亞基、亞基2 2、單體、單體3 3、原體、原體四級結構中的概念四級結構中的概念 幾種典型蛋白質的結構與功能 纖維狀蛋白質 角蛋白類（毛、發蹄、爪、羽毛、甲殼、指甲、鱗片） 絲蛋白（蠶絲纖維、珠絲纖維、皮等） 膠原蛋白（皮膚、軟骨、動脈管壁及結締組織） 球狀蛋白:功能多樣、結構復雜，表面親水、內部疏水 糖蛋白 脂蛋白一、一級結構與功能的關系 （一）比較生物化學 各種蛋白質具有一定的結構 不同來源的同功能蛋白質的一級結構基本相同，但在個別位置上存在差異，并表現出種屬特異性胰島素來源胰島素來源A8A9A10B30人蘇絲異亮蘇豬蘇絲異亮丙狗蘇絲異亮丙兔蘇絲異亮絲牛丙絲纈丙羊丙甘纈

47、丙馬蘇甘異亮丙蘇絲異亮丙一、一級結構與功能的關系 （二）分子進化 問題：在生物進化過程中，功能相同的蛋白質是否會發生進化或變化 例：細胞色素C一、一級結構與功能的關系 （三）分子病 蛋白質的結構決定著生物功能。分子病是由于結構發生改變導致功能發生改變的一類疾病。 例：鐮刀形細胞貧血病一、一級結構與功能的關系 （四）蛋白質的激活 生物體內的某些蛋白質的肽鏈需要發生特定方式的斷裂后才表現出活性。 例如 血液凝固時凝血因子的前體物質在其他因子的作用下被激活，血液凝固。 胰島素原的激活二、高級結構與功能的關系 （一）變構蛋白:一類可通過改變其構象來改變其生物活性的蛋白質。 血紅蛋白：當其一個亞基與氧結

48、合后，整個分子的空間結構發生改變，其他3個亞基同氧的親和力增強，有利于血紅蛋白分子同氧的結合。 變構酶：通過改變酶的分子構象來改變酶的活性，達到控制代謝速度的目的。 （二）蛋白質的變性和復性蛋白質變性：在某些物理化學因素影響下，蛋蛋白質變性：在某些物理化學因素影響下，蛋白質分子的空間結構解體，活性喪失。白質分子的空間結構解體，活性喪失。蛋白質的變性主要涉及二硫鍵和非共價鍵的破壞，天然結構解體，一級結構沒有變化。蛋白質變性分為可逆與不可逆兩種引起變性的因素引起變性的因素物理：熱、紫外線照射、超聲波、劇烈振蕩、高壓和表物理：熱、紫外線照射、超聲波、劇烈振蕩、高壓和表面張力面張力化學：酸、堿、有機溶

49、劑、尿素、表面活性劑、有機酸、化學：酸、堿、有機溶劑、尿素、表面活性劑、有機酸、生物堿試劑、重金屬陽離子等生物堿試劑、重金屬陽離子等變性蛋白質的特點變性蛋白質的特點 A. A.生物活性喪失，應用于醫學消毒生物活性喪失，應用于醫學消毒 、滅菌，有的領域則要、滅菌，有的領域則要防止變性防止變性 B.B.變性后，空間結構被破壞，盤曲肽鏈伸展，肽鍵外露，變性后，空間結構被破壞，盤曲肽鏈伸展，肽鍵外露，易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解 C.C.變性后，蛋白質的疏水基團外露，親水基團被掩蓋，溶變性后，蛋白質的疏水基團外露，親水基團被掩蓋，溶解度降低，分子相互凝集解度降低，分子相互凝集, ,易沉淀易沉淀 D.

50、D.蛋白質的不對稱性增加，擴散常數據降低，黏度增加，蛋白質的不對稱性增加，擴散常數據降低，黏度增加，各原子和基團的正常排布發生變化，吸收光譜改變各原子和基團的正常排布發生變化，吸收光譜改變 復性復性（renaturation） 除去變性因素后，變性蛋白重新回復到天然除去變性因素后，變性蛋白重新回復到天然結構與功能的現象。結構與功能的現象。 例：胃蛋白酶加熱至例：胃蛋白酶加熱至80-90 時，失去溶解性與消化蛋白質的能力，如將溫度再降低至37 ，可恢復溶解性和消化蛋白質的能力。但隨著變性時間延長，變性程度加深，難以復性。蛋白質變性與凝固 豆腐是大豆蛋白質的濃溶液加熱加鹽而成的變性蛋白凝固體 臨床

51、分析化血清中非蛋白成分時，常加入三氯醋酸或鎢酸使血液中蛋白質變性沉淀而去掉。 急救重金屬鹽中毒時，給患者喂食大量的乳品或蛋清，與重金屬結合成不溶解的變性蛋白質，再將沉淀物洗出，阻止其對人體的傷害。 蛋白質變性后更易于消化，生物活性的物質變性后活性喪失 蛋白質含有酸蛋白質含有酸/ /堿堿AAAA殘基具有兩性殘基具有兩性 堿堿/ /酸越大酸越大pI pI 越大越大 pI通常在通常在 6.0 左右左右一、蛋白質的兩性電離及等電點 蛋白質的分子量蛋白質的分子量 一般在一萬至一百萬道爾頓之間一般在一萬至一百萬道爾頓之間 1道爾頓道爾頓1C12絕對質量絕對質量/12 1.6610-27千克千克二、蛋白質分

52、子的大小（一）根據化學組成測定最小分子量（一）根據化學組成測定最小分子量1 1、測定蛋白質中某一微量元素的含量、測定蛋白質中某一微量元素的含量 假設蛋白質中僅含一個鐵原子假設蛋白質中僅含一個鐵原子最低相對分子質量最低相對分子質量= 100* 55.8/鐵的百分含量鐵的百分含量2、當蛋白質分子含某一氨基酸特別少時，可、當蛋白質分子含某一氨基酸特別少時，可由該氨基酸的含量計算蛋白質的最低分子量由該氨基酸的含量計算蛋白質的最低分子量（二）（二）SDSPAGEPAGE測定相對分子質量測定相對分子質量蛋白質顆粒電泳時遷移率取決于：蛋白質顆粒電泳時遷移率取決于：w所帶電荷所帶電荷w分子量分子量w分子形狀分

53、子形狀十二烷基磺酸鈉十二烷基磺酸鈉原態蛋白質變性？磺酸基磺酸基 極性親水極性親水烷基烷基 親油親油（蛋白質疏水區）（蛋白質疏水區）遷移率與電荷和形狀無關，僅取決于遷移率與電荷和形狀無關，僅取決于相對分子質量相對分子質量巰基乙醇破壞二硫鍵（三）凝膠過濾法測定相對分子質量（三）凝膠過濾法測定相對分子質量蛋白質混合樣蛋白質混合樣w凝膠法只適于球狀蛋白分子測量凝膠法只適于球狀蛋白分子測量三、蛋白質的膠體性質與蛋白質的沉淀（一）膠體性質（一）膠體性質（colloidal system）膠體溶液的特點：膠體溶液的特點：w分子直徑在分子直徑在1-100 nm1-100 nm內內w溶于水溶于水w不易聚集沉淀不易聚集沉淀大多數球狀蛋白能形成穩定的親水膠體溶液大多數球狀蛋白能形成穩定的親水膠體溶液蛋白質膠體溶液的穩定因素：蛋白質膠體溶液的穩定因素：1.1.同種蛋白帶同種電荷，相互排斥同種蛋白帶同種電荷，相互排斥2.2.水膜彈性水膜彈性w蛋白質溶液具有丁達爾效應、布朗蛋白質溶液具有丁達爾效應、布朗運動以及不能通過半透膜等性質運動以及不能通過半透膜等性質（二）蛋白質的（二）蛋白質的沉淀沉淀 Pr從膠體溶液中析出從膠體溶液中析出 、可逆沉淀：、可逆沉淀：溫和條件，改變溶液溫和條件，改變溶液pH或或Pr所所帶電荷帶電荷Pr結構和性質沒有變化結構和性質沒有變化適當條件下可重新溶解適當條