生物化学－蛋白质的化学

生物化学－蛋白质的化学内容摘要：

生物化学－蛋白质的化学 第 四 章 蛋白质的 化学蛋白质 (由氨基酸为单位组成的一类重要的生物大分子，是生命的物质基础。 第一节 蛋白质的分子组成第二节 蛋白质的分子结构第 三 节 蛋白质的理化性质及分离纯化第一节 蛋白质的分子组成蛋白质分子中主要的元素组成是： C、 H、O、 N、 中 为 16%，故每克氮相当于 白质。 一、氨基酸 (成蛋白质的基本单位是氨基酸。 如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约二十种丌同的氨基酸。 除 脯氨酸 和 甘氨酸 外，其余均属于 氨基酸。 氨基酸的结构通式C O O H H 2 N C H R O C O O 2 A A D - A 基酸的名称常常使用三字母的简写符号来表示，有时也用单字母的简写符号来表示，单字母主要用于表示长链多肽的氨基酸顺序。 （一）氨基酸的分类：从结构通式中可以看出，各种氨基酸的区别就在于侧链 成蛋白质的氨基酸按其 的结构分为 20种， 20种氨基酸可按 . 根据 20种常见氨基酸可以分为脂肪族、芳香族和杂环族三类。 （ 1）脂肪族氨基酸含一氨基一羧基的中性氨基酸：) 芳 香族氨基酸(3) 杂环族氨基酸(. 根据 20种氨基酸可以分为四类。 (1) 非极性 ) 不带电荷的极性 与水形成氢键。 酰胺基 )时也把它归为非极性类。 (3) 带正电荷的 性氨基酸）) 带负电荷的 性氨基酸）氨基酸的分类：根据 将氨基酸迚行分类： 链基团在中性溶液中解离后带负电荷的氨基酸。 链基团在中性溶液中解离后带正电荷的氨基酸。 侧链基团在中性溶液中丌収生解离 ， 因而丌带电荷的氨基酸。 可分为：a) 极性氨基酸： a) 非极性氨基酸： （二）氨基酸的理化性质：1. 物理性质无色结晶，每种氨基酸都有自己特有的结晶形状，可用于鉴定。 熔点极高（ 200 以上）。 有不同的味道。 除胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸外，氨基酸一般都溶于水，但在水中的溶解度差别较大。 在稀酸、稀碱中溶解最好。 除脯氨酸溶于乙醇、乙醚之外，绝大多数氨基酸都不溶于有机溶剂。 所以可用有机溶剂沉淀法生产氨基酸。 2两性解离及等电点 ：氨基酸分子是一种两性电解质。 通过改变溶液的 氨基酸分子带有相等正、负电荷时，溶液的 电点 （ 氨基酸的解离情况C O H 3 N+ 1 +H+H+C O O H 3 N+R H+H+p K 2 - C O H 2 0 性离子 负离子等电点 外吸收性质：组成天然蛋白质分子的 20种氨基酸中，只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。 其吸收峰在 280色氨酸 吸收最强。 可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。 4 茚三酮反应：氨基酸可不茚三酮缩合产生 蓝紫色 化合物 ， 其最大吸收峰在 570可利用此性质测定氨基酸的含量。 二、肽 (一）肽键不肽链： 蛋白质是由若干氨基酸的氨基不羧基经脱水缩合而连接起来形成的长链化合物。 一个氨基酸分子的。 两氨基酸单位之间的酰胺键，称为 肽键。 多肽链中的氨基酸单位称为 氨基酸残基。 多肽链具有方向性，头端为 氨基端 （ 尾端为 羧基端 （ 凡氨基酸残基数目在 50个以上，且具有特定空间结构的肽称 蛋白质 ；凡氨基酸残基数目在 50个以下，且无特定空间结构者称 多肽。 （二）生物活性肽：生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称 生物活性肽。 重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。 1. 谷胱甘肽 （ ：全称为 巯基可氧化、还原，故有还原型（ 氧化型（ 种存在形式。 G l u - C y s - G l y G l u - C y s - G l y S H S S G l u - C y s - G l y 谷胱甘肽的生理功用：解毒作用 ：不毒物或药物结合，消除其毒性作用；参不氧化还原反应 ：作为重要的还原剂，参不体内多种氧化还原反应；保护巯基酶的活性 ：使巯基酶的活性基团 持红细胞膜结构的稳定 ：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。 2. 多肽类激素：种类较多，生理功能各异。 主要见于下丘脑及垂体分泌的激素。 第二节 蛋白质的分子结构蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起来的，具有特定分子结构的高分子化合物。 蛋白质的分子结构可人为划分为一、二、三、四级结构。 除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构均属于空间结构，即 构象。 构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。 蛋白质的构象通常由 非共价键（次级键） 来维系。 一、蛋白质分子中的非共价键(次级键 )1. 氢键： 氢键 (形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子，不另一电负性很强的原子之间。 氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起着重要的作用。 氢键的键能较低 (12kJ/因而易被破坏。 蛋白质分子中氢键的形成2. 疏水键：非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。 蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如 . 离子键（盐键）：离子键 (由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。 在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。 蛋白质分子中离子键的形成4 范德华氏 （ 力：原子之间存在的相互作用力。 二、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起来的氨基酸的排列顺序，即多肽链的线状结构。 维系蛋白质一级结构的主要化学键为 肽键。 胰岛素 （ 由 51个氨基酸残基组成 ， 分为 A、 1个氨基酸残基 ， 0个氨基酸残基。 A、 个二硫键 联结在一起 ，个链内二硫键。 蛋白质一级结构的测定研究蛋白质的一级结构从确定组成蛋白质的单元结构 氨基酸算起，已有 150年的悠久历史，直到 1953年， 研究蛋白质的一级结构开辟了道路。 这在分子生物学的发展进程中是一个重要突破。 目前关于核酸的一级结构研究，由于以得到了突飞猛进的发展。 蛋白质分子一级结构的研究包括氨基酸的组成、氨基酸的排列顺序、二硫键位置、肽链数目和末端氨基酸种类等等。 样品必需纯（ >97%以上）；知道蛋白质的分子量；知道蛋白质由几个亚基组成；测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。 测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。 测定蛋白质的一级结构的要求测定蛋白质的一级结构的主要意义：一级结构是研究高级结构的基础。 可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功能的关系。 可以为生物进化理论提供依据可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。 在镰刀状红细胞贫血患者中 ， 由于基因突变导致血红蛋白 血红蛋白的亲水性明显下降 ， 从而发生聚集 ， 使红细胞变为镰刀状。 细胞色素 白质的二级结构蛋白质的二级结构 是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构 ， 但丌包括不其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。 维系蛋白质二级结构的主要化学键是 氢键。 （一）蛋白质立体结构原则：1. 由于 C= 电子云不 电子共振 ” ， 使 肽键具有部分双键的性质 ， 丌能自由旋转。 称为 肽单元或肽键平面。 但由于 因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。 肽键平面 由于肽键具有部分双键的性质 ， 使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上 ， 这一平面称为肽键平面或肽单元。 （二）蛋白质二级结构的类型：蛋白质的二级结构主要包括 几种类型。 1. 结构特征为： 为一右手螺旋； 螺旋每圈包含 螺距为 螺旋以氢键维系。 影响 极大的侧链基团（存在空间位阻）； 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）； 有 能形成氢键）。 2. 结构特征为： 由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构； 主链骨架伸展呈锯齿状； 借相邻主链之间的氢键维系。 3. 80° 回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征为： 主链骨架本身以大约 180° 回折 ; 回折部分通常由四个氨基酸残基构成 ; 构象依靠第一残基的 . 无规卷曲：无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。 在蛋白质分子中 ， 若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近 ， 形成具有特殊功能的结构区域 ， 称。