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1、第一章 蛋白质的化学,概 述,蛋白质(Protein)是由许多不同的氨基酸，按照一定的顺序，通过肽键连接而成的一条或多条肽链构成的生物大分子。,一、什么是蛋白质？,Chymotrypsin with its active site,Fireflies emit light catalyzed by luciferase with ATP,Erythrocytes contain a large amount of hemoglobins,the oxygen-transporting protein.,The protein keratin is the chief structural co
2、mponents of hair,scales,horn,wool,nails and feathers.,1.蛋白质是生物体的重要组成成分，是生物体形态结构的物质基础。2.蛋白质是生命活动的物质基础。物质交换和运输光合作用与呼吸作用原生质运动分泌与吸收防御与抵抗识别与调控生物催化,二.蛋白质在生命活动中的重要作用,蛋白质是生命活动的重要物质基础，没有蛋白质就没有生命,第一节 蛋白质的化学组成,一.蛋白质的元素组成 主要的：C H O N S 5055%68%2023%1518%04%微量的：P Fe Cu Zn Mo I Se 大多数蛋白质含氮量较恒定，平均16%，即1g氮相当于6.25g蛋
3、白质。6.25称为蛋白质系数。样品中蛋白质含量=样品中的含氮量6.25,二.蛋白质的分子组成,蛋白质 月元 胨 多肽 二肽 氨基酸 104 d 5103d 2103d 1035102d 2102d 102d,三.蛋白质的其他组分简单蛋白质 结合蛋白质 氨基酸部分 非氨基酸部分 糖 脂 核酸 辅因子,第二节 蛋白质的基本单位 氨基酸,一.氨基酸的结构通式,氨基酸的结构,氨基酸的结构,In protein chemistry,we use Greek letter nomenclature.,二.氨基酸的分类,1.常见的蛋白质氨基酸（20种）（教程p.7)(1)按极性分：非极性氨基酸,极性氨基酸(
4、2)按酸碱性分：中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸(3)按营养状况分：必需氨基酸,非必需氨基酸 2.稀有的蛋白质氨基酸 3.非蛋白质氨基酸,1.一般理化性质 晶形 熔点 味道 溶解度 吸收光谱 旋光性,三.氨基酸的重要性质,氨基酸的紫外吸收光谱,280nm,275nm,257nm,氨基酸的紫外吸收光谱,2.氨基酸的两性性质及等电点,（1）两性性质,氨基酸的解离曲线,Pk2是AA的NH3+被滴定一半时的pH（NH3+释放H+）,Pk1是AA的coo-被滴定一半时的pH（coo-结合H+）,（2）氨基酸的等电点（PI）,当溶液处于某一特定pH时，氨基酸主要以两性离子存在，其净电荷为零，在电场中既不
5、向正极也不向负极移动，这时溶液的pH值叫该氨基酸的等电点，用pI表示。对氨基酸而言，等电点就是它的等离点，即正负离子相等时的pH值。,氨基酸的等电点（PI）的推导,移项：Ala+=,AlaH+,K1,Ala-=,Ala K2,H+,根据等电点的定义,Ala+=Ala-即:,AlaH+,K1,=,Ala K2,H+,整理：K1 K2 Ala=Ala H+H+K1 K2=H+2两端取对数：-lg H+2=-lg K1-lg K2-lg K1=pk1-lg K2=pk2 2（-lg H+）=pk1+pk2 根据pH 的定义得：pH=lg 1/H+=-lg H+2 pH=pk1+pk2 PI=1/2(
6、pk1+pk2),氨基酸等电点（PI）的计算,中性氨基酸：PI=1/2（pk1+pK2)酸性氨基酸：PI=1/2（pk1+pKR)碱性氨基酸：PI=1/2（pk2+pKR),3.氨基酸的化学反应,（1）茚三酮反应 AA+水合茚三酮 蓝紫色化合物在弱酸中与氨基酸共热，具有游离氨基的氨基酸都生成紫色化合物（470)脯氨酸是一个亚氨基酸，同其生成黄色化合物（440）。产生的颜色强度，与氨基酸浓度成正比。,加热,第三节 肽,1、肽的概念 肽 肽键 肽链 N端 C端 二肽 三肽 多肽 寡肽 多肽链 氨基酸残基 肽单位,谷胱甘肽（GSH）,-,2、肽的命名3、肽的理化性质在晶体或溶液中以两性离子状态存在熔
7、点高其酸碱性决定于N端氨基、C端羧基和侧链R基双缩脲反应与氨基酸类似的反应：DNFB DNS PITC 反应等 4、常见的多肽（天然活性肽）,第四节 蛋白质的性质与化学技术纯化,1、胶体性质 1）.分子量很大 2).很大的吸附力 3).不能透过半透膜 4).其水溶液是亲水胶体2、两性性质及等电点3、沉淀反应 1).中性盐沉淀（盐析）2).有机溶剂沉淀 3).生物碱沉淀 4).加热沉淀,一、蛋白质性质,4、变性作用概念影响因素 特征复性5、水解反应（完全水解/不完全水解）6、颜色反应双缩脲反应酚试剂反应茚三酮反应,1、一般程序前处理 生物组织 破碎 溶解 离心 无细胞提取液粗分级 盐析 等电点沉
8、淀 超滤 有机溶剂分级 浓缩的蛋白质溶液细分级 层析 电泳 精制品结晶/冻干粉,二.分离纯化,1）根据分子大小进行分离 透析和超滤 离心沉降（沉降平衡/速率沉降）凝胶过滤（凝胶层析）,2.分离纯化的方法和原理,蛋白质的透析,2）根据溶解度差异分离 等电点沉淀 盐析 低温有机溶剂沉淀3）根据电离性质不同分离 电泳 离子交换层析4）根据生化性质分离 亲和层析,凝胶过滤层析原理,Cationexchangecolumn,Gel filtrationcolumn,Affinitychromatography,蛋白质的超滤,垂直板电泳,蛋白质的一级结构就是它的氨基酸序列 氨基酸序列是联系DNA中遗传信息
9、与作为蛋白质生物功能基础的三维结构之间的桥梁。1、氨基酸在蛋白质多肽链中的连接方式-肽键 二硫键（-s-s-)2、蛋白质被水解成肽段后再测序 可以揭示进化关系,第五节 蛋白质的一级结构,Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。,1、构型与构象构型：是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。任何一个不对称碳原子的4个原子或基团只可能有两种不同的空间排布，即两种构型：D-构型或L-构型。构型的改变必定要有共价键的断裂和重组。构象：是指一个由几个碳原子组成的分子，由于单键的旋转造成的不同
10、碳原子上各各原子或取代基团的空间排布。构象的改变不需要共价键的断裂和重组，只需要单键旋转方向和角度改变即可。,第二章 蛋白质的空间结构（高级结构）,立体异构体的构型,乙烷的构象,2、肽键的特点,1.一般的C-N单键 肽键C-N 一般的C=N双键（键长1.49)（键长1.32）（键长1.27)因此具有部分双键的性质，不能沿C-N自由旋转2.C=O和NH2中的O原子与H原子成反式排列3.与C-N键相连的N-C和C-C可以自由旋转，其 旋转角分别为和。和称为二面角，可描述多肽的所有可能构象。4.肽键中的四个原子和它相邻的两个C处于同一平面，形成酰胺平面。,3、肽平面和二面角,4、稳定蛋白质构象的力,
11、一、蛋白质的空间结构层次,1)-螺旋 2)-折迭3)-转角（U形转折/回折)4)自由回转,1.蛋白质的二级结构,Corey&Pauling,蛋白质的-螺旋,左手/右手-螺旋,右手型-螺旋,-螺旋的横截面,蛋白质-螺旋结构特点,是蛋白质的一种二级结构其骨架：为N-C-C重复单位构成的一条右旋的肽链直径：5螺圈：每3.6个氨基酸螺旋上升一圈螺距：5.4（0.54 nm)氨基酸间相距5.4/3.6=1.5，且沿中轴旋转100靠主链内氢键维持其结构稳定性,蛋白质的-折迭,反平行折叠,平行折叠,蛋白质的-折迭,是蛋白质的一种二级结构肽链伸展，且按层排列，相邻肽链的长轴相互平行，链间氢键与长轴接近垂直，靠
12、相邻肽链间氢键维持结构稳定性，氨基酸残基的轴心距为3.5,反平行-折迭片,蛋白质的-转角,2、蛋白质的超二级结构,这是由相邻的二级结构单位组合在一起，形成的有规则的、在空间上能辨认的 二级结构组合体。,(1)(2)X(3)(4)曲折,3、蛋白质的结构域,二级结构卷曲折叠成的相对独立、近似球形的组装体。,肌红蛋白的三级结构,4.蛋白质的三级结构,血红蛋白的四级结构,5、蛋白质的四级结构,血红蛋白的四级结构,第七节 蛋白质结构与功能的关系,一、一级结构与功能的关系 1.一级结构反应种属特异性和亲缘关系 2.一级结构的变化造成功能的变化 3.肽链的局部断裂使蛋白前体激活二、构象与功能的关系 构象的改变造成功能的改变（如酶、血红蛋白等）,细胞色素C进化树,蛋白质的一级结构的变异与分子病,氨基酸顺序 1 2 3 4 5 6 7 8HbA HbS Val.His.Leu.Thr.Pro.Val.Glu.Lys,蛋白质的特异断裂,胰岛素的激活,第八节 蛋白质的分类,一、按分子形状分 球状蛋白质 纤维状蛋白质 1.-角蛋白 毛发、指甲、羽毛等 2.-角蛋白 蚕丝、蜘蛛丝等 3.胶原蛋白 皮肤、软骨等,二.按化学组成和溶解度分 1.简单蛋白质 2.结合蛋白质三.按生物功能分 酶 结构蛋白 收缩蛋白 运输蛋白 贮藏蛋白 免疫蛋白 调节蛋白,
