1、第四章蛋 白 質(zhì)一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類(lèi)二、氨基酸三、肽四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)六、蛋白質(zhì)的功能主要內(nèi)容一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類(lèi)主要組成元素：C、H、O、N、S 及 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。百分?jǐn)?shù)約為：碳占5055%，氫占68%，氧占2030%，氮占1518%及硫占04%。大多數(shù)蛋白質(zhì)所含氮素約為16%，因該元素容易用凱氏(Kjeldahl)定氮法進(jìn)行測(cè)定，故蛋白質(zhì)的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)計(jì)算出來(lái)。 根據(jù)分子形狀分球狀蛋白質(zhì)（分子對(duì)稱(chēng)性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類(lèi) ）纖維狀蛋白質(zhì)（對(duì)稱(chēng)性差，分子

2、類(lèi)似細(xì)棒或纖維。它又可分成可溶性纖維狀蛋白質(zhì)，和不溶性纖維狀蛋白質(zhì) ）根據(jù)組成分簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)根據(jù)功能分活性蛋白質(zhì)（如酶蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、運(yùn)動(dòng)蛋白、保護(hù)和防御蛋白和受體蛋白）非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)這類(lèi)蛋白質(zhì)只含由-氨酸組成的肽鏈，不含其它成分1、清蛋白 廣泛存在于生物體內(nèi)，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白 普遍存在于生物體內(nèi)，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物種子 球蛋白等。3、谷蛋白 如米谷蛋白和麥谷蛋白等。4、醇溶谷蛋白 這類(lèi)蛋白質(zhì)主要存在于植物種子中。如玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白等。5、組蛋白 分子中組氨酸、賴(lài)氨酸較多，分子呈堿性。如小牛胸腺組蛋白等。6、魚(yú)精蛋白 分子

3、中堿性氨基酸特別多，因此呈堿性。如鮭精蛋白等。7、硬蛋白 這類(lèi)蛋白是動(dòng)物體內(nèi)作為結(jié)締及保護(hù)功能的蛋白質(zhì)。例如，角蛋白、膠原、網(wǎng)硬蛋白和彈性蛋白等。生物體內(nèi)常見(jiàn)氨基酸的分類(lèi)蛋白質(zhì)氨基酸： 蛋白質(zhì)中常見(jiàn)的20種氨基酸稀有的蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成中，除上述20種常見(jiàn)氨基酸外，從少數(shù)蛋白質(zhì)中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應(yīng)常見(jiàn)氨基酸的衍生物。如4-羥脯氨酸、5-羥賴(lài)氨酸等。非蛋白質(zhì)氨基酸：生物體內(nèi)呈游離或結(jié)合態(tài)的氨基酸。二、氨基酸 蛋白質(zhì)中存在的20種氨基酸，除脯氨酸外，在其-碳原子上都有一個(gè)自由的羧基及一個(gè)自由的氨基；由于脯基酸的-氨基被取代，它實(shí)際上是一種-亞氨基酸。此外，每種氨基酸都有一個(gè)

4、特殊的R基團(tuán)。蛋白質(zhì)氨基酸酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺 （Gln,Q）堿性氨基酸賴(lài)氨酸 （Lys,K）精氨酸 （Arg,R）組氨酸 （His,H）雜 環(huán)氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸 （Trg,W） 除去上述20種氨基酸外，有一些蛋白質(zhì)的水解液中含有少數(shù)其它氨基酸，這些都是正常氨基酸的衍生物，其中有4-羥基脯氨酸，存在于纖維蛋白、膠原以及某些植物蛋白中（如煙草細(xì)胞壁的糖蛋白）。在膠原的水解液中也分離出5-羥基賴(lài)氨酸。N-甲基賴(lài)氨酸存在于肌球蛋白中，另一個(gè)重要的特有氨基酸是-羧基谷氨酸，存在

5、于凝血酶原及某些具有結(jié)合離子功能的其他蛋白質(zhì)中。鎖鏈素（一種賴(lài)氨酸的衍生物，其中央的吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)由個(gè)賴(lài)氨酸分子的側(cè)鏈組成）則僅在彈性蛋白中發(fā)現(xiàn)。從甲狀腺蛋白中分離出3,5-二碘酪氨酸和甲狀腺素等，他們都是酪氨酸的衍生物，稀有氨基酸都是從肽鏈中的正常氨基酸前體經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾產(chǎn)生的。含稀有氨基酸的蛋白質(zhì)多具有較強(qiáng)的生物活性。 稀有的蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸 除去蛋白質(zhì)的20種普通氨基酸及少數(shù)稀有氨基酸外，已發(fā)現(xiàn)有150多種其它氨基酸，存在于各種細(xì)胞及組織中，呈游離狀態(tài)或者結(jié)合狀態(tài)，但并不存在于蛋白質(zhì)中，所以稱(chēng)為非蛋白質(zhì)氨基酸 。 它們大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的-氨基酸的衍生物，但是也發(fā)現(xiàn)有-，-，或-氨

6、基酸。某些非蛋白質(zhì)氨基酸呈D-構(gòu)型，如細(xì)菌細(xì)胞壁中存在的D-谷氨酸和D-丙氨酸。 一些非蛋白氨基酸的分子結(jié)構(gòu)如下：氨基酸的性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì)溶解度：水中溶解度差別較大， 不溶于有機(jī)溶劑。 光吸收性：可見(jiàn)光區(qū)無(wú)光吸收，紫外光區(qū)Phe、 Thy、 Trp有光吸收。旋光性：AA的物理常數(shù)，與結(jié)構(gòu)、PH值有關(guān)。味感：不同味道(與構(gòu)型有關(guān)).（二）兩性解離和等電點(diǎn) 氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。 在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化H3NCHCOO

7、HR+在酸性溶液中的 氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2NCHCOO-R在堿性溶液中的氨基酸（pHpI）（三）化學(xué)性質(zhì)茚三酮(無(wú)色)+（1）與茚三酮的反應(yīng)：Pro產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其它為藍(lán)紫色。在570nm（藍(lán)紫色）或440nm（黃色）定量測(cè)定（幾g）。加熱（弱酸）NH3CO2RCHO+還原性茚三酮+ 2NH3 +還原性茚三酮還原性茚三酮3H20紫色化合物（2）與甲醛的反應(yīng)：氨基酸的甲醛滴定法（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)N=C=S + NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸p

8、H8.3無(wú)水HF 多用于重復(fù)測(cè)定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計(jì)出“多肽順序自動(dòng)分析儀”（5）成鹽反應(yīng)RCHCOOH + HClNH2RCHCOOH NH2HCl（6）?；蜔N基化反應(yīng)RCHCOOH + R X NH2R =?；驘N基 RCHCOOH + HX NHRX =鹵素（Cl、F）（7）成酯反應(yīng)RCHCOOH + C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2 HCl氣當(dāng)羧基變成乙酯后，羧基的化學(xué)性質(zhì)就被掩蔽了，而氨基的化學(xué)性質(zhì)就突出地顯示出來(lái)。（8）酰氯化反應(yīng)YNHCRHCOOH + PCl5?；被醂NHCRHCOCl酰化氨基酰氯使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基結(jié)合，在合成

9、肽的工作上常用。（9）成酰胺反應(yīng)H2NCHRCOOC2H5 + HNH2體外無(wú)水H2NCHRCONH2 +C2H5OH氨基酸酰胺有機(jī)體內(nèi)：Asp（Glu）+NH4+Asn（Gln）Asn（Gln）合成酶ATP（10）脫羧反應(yīng)H2NCHRCOOH脫羧酶CO2 + RCH2NH2胺（11）迭氮反應(yīng)H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH?；被醂HN-CHR-COOCH3酰化氨基酸甲酯NH2NH2（-CH3OH）YHNCHRCONHNH2酰化氨基酸的肼衍生物HNO2YHNCHRCON3 + 2H2O?；被岬?、肽 氨基酸彼此以酰胺鍵互相連接在一起形成的化合物為肽。這個(gè)鍵稱(chēng)肽鍵。 兩

10、個(gè)分子氨基酸所形成的肽稱(chēng)為二肽，三個(gè)氨基酸縮合成的肽稱(chēng)為三肽，依此類(lèi)推。若一種肽含有少于10個(gè)氨基酸，則為寡肽，超過(guò)此數(shù)的肽統(tǒng)稱(chēng)為多肽。 肽鍵： 肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。 組成肽鍵的原子處于同一平面。 多肽鏈的立體結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指氨基酸在肽鏈中的排列順序及二硫鍵的位置，是多肽鏈具有共價(jià)鍵的主鏈結(jié)構(gòu)。 多肽鏈的氨基酸順序，是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。二級(jí)結(jié)構(gòu) 指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵相互作用而形成的空間關(guān)系；是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式 。 主要有以

11、下類(lèi)型：() 螺旋（helix）() 折疊（-pleated sheet）() 轉(zhuǎn)角（-turn）() 無(wú)規(guī)則卷曲（nonregular coil） () 螺旋在-螺旋中肽平面的鍵長(zhǎng)和鍵角一定,肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型,相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角.多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離0.15nm.肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的-CO基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的-NH基形成氫鍵。蛋白質(zhì)分子為右手-螺旋。() 折疊 是一種肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)。肽鏈按層排列，依靠相

12、鄰肽鏈上的羰基和氨基形成的氫鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。肽鍵的平面性使多肽折疊成片，氨基酸側(cè)鏈伸展在折疊片的上面和下面。-折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。NNCNNCCC平行反平行() 轉(zhuǎn)角 在-轉(zhuǎn)角部分，由四個(gè)氨基酸殘基組成; 彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的 -C=O 和第四個(gè)殘基的 N-H 之間形成氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 這類(lèi)結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。 為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉(zhuǎn)方向，成發(fā)夾形狀。一個(gè)氨基酸的羰基氧以氫鍵結(jié)合到相距的第四個(gè)氨基酸的氨基氫上。-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行-折疊片的端頭。() 無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)規(guī)則卷曲細(xì)胞色素C的三級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu) 在蛋

13、白質(zhì)中，特別是球狀蛋白質(zhì)中，經(jīng)?？梢钥吹接扇舾上噜彽亩?jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成規(guī)則的，在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。已知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有三種基本組合形式：（），（）和（）。 結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。多肽鏈在超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的近似球行的結(jié)構(gòu)，具有部分生物功能。對(duì)于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -鏈 -迂回回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) -迂回超二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型立體圖 /結(jié)構(gòu)域丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域4木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域1無(wú)規(guī)則卷曲+ -螺旋結(jié)構(gòu)域無(wú)

14、規(guī)則卷曲+-回折結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1+結(jié)構(gòu)域3-P-甘油醛脫氫酶結(jié)構(gòu)域2木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域2三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的距離較遠(yuǎn)的氨基酸之間的相互作用而使多肽鏈彎曲或折疊形成的緊密而具有一定剛性的結(jié)構(gòu)。是二級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈進(jìn)一步折疊、卷曲形成復(fù)雜的球狀分子結(jié)構(gòu)。 -折疊-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)則卷曲空穴 包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面 維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水相互作用，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。血紅蛋白抹香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條或多條肽鏈以

15、特殊方式結(jié)合成有生物活性的蛋白質(zhì)。 許多蛋白質(zhì)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合成的多聚體，稱(chēng)為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個(gè)獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)單元稱(chēng)為亞基。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指亞基的種類(lèi)、數(shù)量以及各個(gè)亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。四級(jí)結(jié)構(gòu)中相同單體亞基的幾種可能對(duì)稱(chēng)排列假設(shè)的單體C2對(duì)稱(chēng)C3對(duì)稱(chēng)C4對(duì)稱(chēng)D2對(duì)稱(chēng)D3對(duì)稱(chēng)五、蛋白質(zhì)的性質(zhì)(一)、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量很大，一般在10 000至1 000 000之間，因此它的水溶液必然具有膠體的性質(zhì)，如布朗運(yùn)動(dòng)、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過(guò)半透膜及吸附能力等。蛋白質(zhì)是親水力很強(qiáng)的膠體。在這些膠體顆粒的表面上

16、有一層很厚的水膜而且?guī)в邢嗤碾姾墒鼓z體顆粒互相排斥，故能在水溶液中使顆粒相互隔開(kāi)而不致聚合下沉，保持其穩(wěn)定性 (二)蛋白質(zhì)的沉淀鹽析作用：在蛋白質(zhì)溶液中加入定量的中性鹽時(shí)，則能使蛋白質(zhì)脫水并中和其電荷而從溶液中沉淀出來(lái)，中性鹽的這種沉淀作用稱(chēng)為鹽析作用。硫酸銨、硫酸鈉和氯化鈉是常見(jiàn)的幾種蛋白質(zhì)鹽析劑。 不可逆沉淀：在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。加熱沉淀、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀?？赡娉恋恚涸跍睾蜅l件下，通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。在沉淀過(guò)程

17、中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒(méi)有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液。等電點(diǎn)沉淀法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀法等均屬于可逆沉淀法。（三）、蛋白質(zhì)的兩性解離及等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)(Isoelectric point pI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。（四）、蛋白質(zhì)的變性 當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學(xué)因素的影響，使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)構(gòu)象發(fā)生變化時(shí)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或喪失，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為變性作用（denaturation）。 蛋白質(zhì)的變性作用如果不過(guò)于劇烈，則是一種可逆過(guò)程，變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來(lái)的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為復(fù)性（renaturation）。核糖核酸酶變性與復(fù)性