第一章蛋白质化学
生物化学 2
第一章蛋白质1.蛋白质的元素组成：主要由C、H、O、N、S等元素组成，有些还含有少量P和金属元素Fe、Cu、Zn等。
其中各种蛋白质平均含N量占整个分子量16%,即1gN→6.25g蛋白质；2.蛋白质的基本组成单位--氨基酸。
氨基酸结构：除甘氨酸以外，均为L-α-氨基酸。
分类：非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸、芳香族氨基酸）。
理化性质：○1、两性解离○2、含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质○3、氨基酸可与茚三酮反应生成蓝紫色化合物。
3.标准氨基酸的结构特点：由C、H、O、N、S等元素组成的含氨基的有机酸，它们都是α-氨基酸，它们含有一个氨基和一个羧基结合在α-碳原子上，一个氢离子，区别在于其R基团的结构、大小、电荷以及对氨基酸水溶性的影响。
4.酸性氨基酸：侧链含有羧基；包括天冬氨酸、谷氨酸。
碱性氨酸：侧链含有氨基、胍基，咪唑基；赖氨酸、精氨酸，组氨酸。
芳香族氨基酸：含有疏水性较强的苯基、酚基和吲哚基；包括苯丙氨酸，色氨酸，酪氨酸。
5.氨基酸的两性电离：氨基酸都含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基，在酸性溶液与H+结合成带正电的阳离子（—NH3+），也可在碱性溶液中与OH—结合，失去质子变成带负电的阴离子（—COO—），因此氨基酸为两性电解质。
6氨基酸的等电点：在某溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性粒子，呈电中性，此溶液的pH值即为该氨基酸的等电点。
7.肽键的形成：两分子氨基酸，其中一分子氨基酸的α-羟基和另一分子氨基酸的α-氨基脱去一分子水，缩合成肽，在该物质中连接两分子氨基酸的酰胺键极为肽键。
8肽的概念：氨基酸残基通过肽键连接成肽。
9.蛋白质的理化性质：○1、两性电离的性质和具有等电点；○2、胶体性质；○3、蛋白质的空间结构破坏会引起变性、同时还可能引起沉淀；蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰。
10.丙酮沉淀：在0—4℃的低温下，用10 倍于蛋白质量的丙酮，使之沉淀，沉淀后立即分离丙酮，否则蛋白质会变性。
名词解释
羧基与另一个氨基脱水缩合而形成的化学由许多氨基酸借助肽键连接 肽键中的C-N 键具有部分不能旋转，因此，肽键中的C 、O 、N、H 四个原子处于一个平是指构成蛋称pH 值溶液荷相等的兼性离子，即蛋白质分子的净电荷等于零，此时溶液的PH 值称为该蛋白的等电位。
双螺旋解开，变成无规则的线团，此种作用称核酸的DNA 在适链又可重新通过氨键连接，形成原来的双螺旋结构，并恢复其原有的理化性DNA 的复性。
DNA ，DNA ，一条RNA ，只是它们有大部分互补的碱基顺序，也可以复此过程称杂交。
DNA变性时，A 260 DNA 热变性时，通常将％时的温度叫融解温度，DNA 链中，排列顺序和连接方式。
辅基，与酶蛋白的结合比较牢固，不易于酶的必需基团空间结构，直接参与了将作用物转变为产物的反应过程，这个区域较酶的活性理化性质及免疫学丧失，但可用透析、超滤等方法将抑制去抑制剂，故酶活力难以恢复。
是指糖原或葡萄糖在缺氧条是指由糖原分解为葡萄糖又叫Cori 循环。
肌肉糖酵解产生乳酸入血，再至肝合成肝糖原，肝糖原分解成葡萄糖入血到肌肉，再酵解成乳酸，此反应循环进行，叫乳酸循是指由非糖物质转变成葡萄 第五章 脂类代谢是脂类在血液中的运输形式， 连同合成及吸收的磷脂，胆固醇，加上载体蛋白等形成乳糜微粒（CM ）,CM 入血后，因其直径大，因其血浆混浊，但数小时后便有澄清，这种现象称为脂肪的廓清。
这是因为CM 在组织毛细血管内皮细胞表面脂蛋白脂肪酶（LPL ）的催化下，使CM 中的甘油三酯逐步水解， CM 颗粒逐渐变小。
人们称LPL逐步水解为脂肪酸和甘油，以供其他组织利用，此过程称为脂脂肪酸在肝脏可分解并生成酮只能将酮体经血循环运至肝外组织利用。
在糖尿病等病理情况下，体内大量幼用脂肪，酮体的生成量超过肝外组织利用量时，可引起酮症。
此时血中酮体升高，是指体内需要而又不能目前认为必需脂肪酸有三种，即亚油酸，亚麻酸及脂类是脂肪与类脂的总类脂：是一类物理性质与脂肪相似的物质，主要有磷脂、糖脂、胆固醇及胆固醇脂等，是细胞的膜结构重要组分。
第一章蛋白质化学
（三）促肾上腺皮质激素（ACTH）
39肽，活性部位为第4~10位的7肽片段： Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。
（四）脑肽
脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。
Met-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-PheMet Leu-脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-PheLeu β-内啡肽（31肽）具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。
6. 3）带负电： Glu(γ羧基)、Asp(β羧基)
7. （2）非极性氨基酸： 8. Val、Leu、Ile (支链)； Gly(无旋光异构)、
Ala; Met (含硫) 、Pro(亚氨基); Phe、Trp(芳香 族)
色氨酸 tryptophan Trp W 5.89
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
CH2CHCOOH NH2
CH2CHCOOH
5. （4）杂环亚氨基酸：Pro
N
NH2
H
N+ CO2-
HH
2. 根据R的极性
3. （1）极性氨基酸： 4. 1）不带电：Ser、Thr (含羟基) ；Asn、Gln
(含酰氨)；Tyr(芳香族)、Cys(含硫)
5. 2）带正电： Lys(ε氨基) 、Arg(胍基)、His(咪 唑基)
定其位置。采用过甲酸氧化法，生成半胱氨磺酸。
蛋白质顺序测定基本步骤
纯蛋白质 二硫键拆开
末端氨基酸测定 专一性裂解 将肽段分离并测出顺序 将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）
构象(conformation)——即蛋白质的空间结构或 高级结构，是指蛋白质分子中所有原子在三维空 间的排列分布和肽链的走向。
生物化学第一章蛋白质化学
组成蛋白质的元素：
主要元素组成： 碳(C) 50% ~ 55% 氧(O) 19% ~ 24% 氢(H) 6% ~ 8% 氮(N) 13% ~ 19% 硫(S) 0% ~ 4%
少量的 磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等
蛋白质元素组成特点：
各种蛋白质含氮量很接近，平均为16％
故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 样品中蛋白质的含量〔g〕
脱水作用
脱水作用
－－
碱
酸－
－
－
－－ －
不稳定的蛋白质颗粒
带负电荷的蛋白质
溶液中蛋白质的聚沉
〔三〕蛋白质的变性、沉淀与凝固
1. 蛋白质的变性〔denaturation〕 在某些理化因素作用下，蛋白质的构
象被破坏，失去其原有的性质和生物活性， 称为蛋白质的变性作用。
变性后的蛋白称为变性蛋白质。
常见的变性因素：
2. 极性中性氨基酸
R-基含有极性基团； 生理pH条件下不解离。 包括7个：
甘氨酸(Trp)、 丝氨酸(Ser)、
半胱氨酸(Cys)、 谷氨酰胺(Gln)、 天冬酰胺(Asn)、 酪氨酸(Tyr) 苏氨酸(Thr)
3. 酸性氨基酸
R-基有COOH(COO-)
带负电荷
4. 碱性氨基酸
R-基有NH2(NH3+)
牛胰核糖核酸酶的变性与复性
尿素或盐酸胍 β-巯基乙醇
透析
有活性
无活性
〔二〕一级构造与功能的关系 1.一级构造相似的蛋白质功能相似 一级构造不同的蛋白质功能不同
胰岛素的一级构造及种属差异
一级构造不同的蛋白质功能不同
ACTH 促肾上腺素皮质激素
MSH 促黑激素
第一章 蛋白质化学(含答案)
第一章蛋白质化学问答题1. 色蛋白 (chromoprotein)2. 金属蛋白 (metalloprotein)3. 磷蛋白 (phosphoprotein)4. 核蛋白 (nucleoprotein)5. 脂蛋白 (lipoprotein)6. 糖蛋白 (glycoprotein)7. 组蛋白 (histones)8. 蛋白质的互补作用9. 蛋白质系数10. a 一氨基酸11.必需氨基酸12. 非必需氨基酸13. 半必需氨基酸14. 两性离子15. 氨基酸的等电点（ isoelectric point, pl ）17. 构型 (configuration)18. 氨基酸残基19. 蛋白质的二级结构20. 肽单位21. 肽平面22. α螺旋结构23. β折叠结构24. β转角结构25. Rossmann 卷曲26. 超二级结构27. 结构域28. 蛋白质的四级结构29. 蛋白质的三级结构30. 亚单位（亚基）31. 分级盐析32. 蛋白质的变性作用33. 蛋白质的沉淀作用34. 生物碱试剂35. 单纯蛋白质（简单蛋白质）和结合36. 同功能蛋白质37. 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ,Ig)38. 蛋白质的等电点39. 等离子点（ isoionic point ）40. 盐溶作用 (salting in)41. 盐析作用（ salting out)42. Bohr 效应（波尔效应）43. α - 碳原子的二面角44. 氨基末端（ N- 端）和 C- 末端45. 半透膜填空题1. 蛋白质按其分子外形的对称程度可分为_____和_____蛋白质两种。
2. 根据组成可将蛋白质分为_____和_____蛋白质两种。
3. 组蛋白是真核细胞染色体的_____，含_____氨酸多，所以呈碱性。
4. 醇溶蛋白溶于_____ ，而不溶于_____ 。
5. 蛋白质元素组成的特点是_____ ，平均为_____ 。
基础生物化学
第一章蛋白质化学蛋白质(protein)是由一条或多条多肽链构成的生物体内最重要的生物大分子，由20种常见蛋白质氨基酸通过肽键连接而成。
这些氨基酸除脯氨酸为亚氨基酸外，其他均为α-氨基酸。
蛋白质分子含氮量平均在16%，是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏(Kjeldahl)定氮法测定蛋白质含量的计算基础。
氨基酸是两性电解质，在酸性溶液中带正电，在碱性溶液中带负电，氨基酸处于净电荷为零时的两性离子状态的溶液pH，称为该氨基酸的等电点(pl)。
氨基酸处于等电点时，其溶解度最小，在电场中不移动。
氨基酸可以与茚三酮、2，4-二硝基氟苯、异硫氰酸苯酯、丹磺酰氯反应。
前者常用于氨基酸和蛋白质的定性和定量分析，后三者在蛋白质氨基酸序列分析中具有重要作用。
蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构，它是高级结构的基础。
蛋白质的高级结构即指它的空间结构(构象)，包括二级结构、超二级结构、结构域、三级结构、四级结构各个层次。
蛋白质多肽链主链的各种可能构象都可用和ψ的角度组合来描述。
蛋白质二级结构是多肽链主链通过氢键维持固定所形成的构象，在蛋白质分子中常见的二级结构单元有α螺旋、β折叠、β转角和无规则卷曲4种形式。
由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体称为超二级结构。
在较大的球状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。
结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同。
由α螺旋、β折叠、β转角和无规则卷曲等二级结构通过侧链基团的相互作用进一步卷曲、折叠，借助次级键的维系形成三级结构，三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布，它是建立在二级结构、超二级结构和结构域基础上的蛋白质的高级空间结构。
有些蛋白质含有多条肽链，每一条肽链都具有各自的三级结构。
生物化学——第一章蛋白质
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
O H 2N CH C OH
CH CH 3 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
谷氨酸（二羧基一氨基） pK1 pK2 pK3
碱性氨基酸：pI = (pK2 + pK3 )/2
赖氨酸（一pK羧1 基二p氨K2基pK）3
• 中性氨基酸pI一般为6.0答案：
• 提问：为什么偏酸性？
• -COOH解离程度略大于-NH2 • 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
• 更酸（3.0 左 右）
非极性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH 2 CH CH 3 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
O H 2 N CH C OH
CH CH 3 CH 2 CH 3
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
非极性氨基酸
H N
CO OH
吡咯
丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine
2、分类
各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。 20种基本氨基酸按R的极性可分为： （1）非极性氨基酸 （2）极性氨基酸 （不带电荷氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸）
生物化学第一章蛋白质121
R CH NH2 COO
pH > pI
净电荷为负
当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负 电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动， 此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。
甘
甘氨酸盐酸盐（A+） 等电点甘氨酸（A）
甘氨酸钠（A-）
蛋白质主要元素组成：C、H、O、N、S 微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等。
蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定 氮法测蛋白质含量的理论依据：
蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.25
蛋白质的分类
• 根据分子形状分类：
• 根据化学组成分类：
蛋白质主要功能：
催化功能； 调节功能； 运动功能； 信息功能；
特征：两条或多 条伸展的多肽链 侧向集聚，通过 相邻肽链主链上 的N-H与C=O之间 有规则的氢键， 形成锯齿状片层 结构，即β－折 叠片。
• 类别： • 平行：N端在同一方向。 • Φ=-119°，ψ=+113° • 反平行：N端一顺一反交替排列。 • Φ=-139°，ψ=+135°
特征：多肽 链中氨基酸 残基n的羰基 上的氧与残 基 （ n+3 ） 的 氮原上的氢 之间形成氢 键，肽键回 折 1800 。 形 成 10 个 原 子 组成的环。
β－转角（β-turn）
无
规
则
卷
曲
无规则卷曲
示
意
图
细胞色素C的三级结构
超二级结构
(super-secondary structure)
在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质 中，由若干相邻的二级结构单元（即α— 螺旋、β—折叠片和β—转角等）彼此相互 作用组合在一起，，形成有规则、在空间 上能辨认的二级结构组合体，充当三级结 构的构件单元，称超二级结构。
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中性氨基酸pI一般为6.0
提问：为什么偏酸性？
答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子 能力
提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
更酸（3.0 左 右）
碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.6~10.7)( 只 有 三 种）
提 问： 大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7）
- 时， 带
2、蛋白质的元素组成
蛋白质一般含碳50~55% 氢6~8% 氧20~23% 氮15~18% 硫0~4% 还含有微量的铁、磷、铁、锌、铜、钼、碘等
其中氮的含量在一般的蛋白质中都比较接近，16% 左右。所以1克氮相当于6.25克蛋白质
第一章蛋白质化学
3、蛋白质的组成
蛋白质——多聚氨基酸 如图 什么是氨基酸呢？
细胞内有支撑体
食物－酵母细胞
？
第一章蛋白质化学
功能 蛋 白,大多为 球 状细；胞膜—载体蛋白
（物质、信号）、酶 细胞质(包括细胞器)—酶 （物质代谢）、信号传递
细胞核—酶（遗传）、 结构蛋白（染色体骨架）
第一章蛋白质化学
蛋白质分布广泛、功能多构功能-皮、毛、骨、牙、细胞骨架
电？
第一章蛋白质化学
C.等 电 点 时 的 氨 基 酸
溶 解 度 最 小，易 于 沉 淀
提 问： 为 什 么？ 较小的同性排斥
氨基酸的等电点的计算
PI
PK1+PK2
中性和酸性氨基酸
2
or
PK2+PK3
碱性氨基酸
2 第一章蛋白质化学
D. 吸光性
含苯环氨基酸大π键吸收紫外光，蛋白质故 也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光 度仪在280nm处测定蛋白质含量；
3.氨基酸的性质
A、一般物理性质
a.α-氨基酸为无色晶体，熔点极高，一般在 200℃以上
b.不同氨基酸味道不同，有无味、苦味 、甜味
c.不同氨基酸的溶解度不同，但能溶于 稀酸或稀碱溶液中，不能溶于有机溶剂 ，通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀 析出.
第一章蛋白质化学
B.两性电解质
R
R
R
+ H 3 N +C H
第一章蛋白质化学
牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成
第一章蛋白质化学
2.1 蛋白质的组成单位——氨基酸
含有氨基的羧酸
1. 化学结构
R-CH(NH2)-COOH R代表氨基酸之间相异的部分，叫 R 基 (R group)， 又 称 为 侧 链 (sidechain) 。 无色晶体、溶于水
第一章蛋白质酪化氨学 酸分子
第一章蛋白质化学
20构白种成质基蛋的 本氨天冬氨基酸 酸图示
前二 十 种
氨基酸 的名称、
谷氨酸
符号、
化学结
赖氨酸
构和疏
水性指
数。指
精氨酸
数愈正
表示疏
水性愈
组氨酸
黑强色素。、甲亢
酪氨酸
脑白金
第一章蛋白质化学 色氨酸
苯丙氨酸 半胱氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 脯氨酸
O H - +
O H -
C O O H H 3 NC H H +
C O O H +
H 2 NC _H
C O O -
在酸性溶液中
“+ ”
“
不带电
在晶体状态或水溶液中 即等电点（pI）
”
“ —”
在碱性溶液中
pI——等电点时的pH
不同氨基酸等电点（pI）不同
提问：为什么？
第一章蛋白质化学
答案：
-R 有电性区别。
第一章蛋白质化学
第一章蛋白质化学
2. 分类
第一章蛋白质化学
氨基酸的分类(1)
根据R基的化学结构,可分为4大类: 脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸 杂环亚氨基酸
第一章蛋白质化学
氨基酸的分类(2)
根据R基团的极性分两大类 极性不带电荷
极性氨基酸: 极性带正电荷 极性带负电荷
非极性氨基酸
第一章蛋白质化学
蛋白质——蛋白质是生命的表现形式
生（诞生、生长）：在蛋白质（酶）控制
（催化）下的老细胞计划性凋亡和新细胞的再生 （细胞新陈代谢）、活细胞物质的代谢。
老？蛋白质功能的普遍衰退(?)。 病——个别蛋白质的功能障碍。 死？蛋白质功能的全部停止,分解。
第一章蛋白质化学
蛋白质的功能与分布
单细胞生物
胞外酶 鞭毛-蛋白质（运动器官） 细胞壁-糖、脂、肽 细胞膜-载运蛋白、酶蛋白 细胞质-酶蛋白（催化物质代谢） 细胞核-酶蛋白（催化遗传）
第一章蛋白质化学
多细胞动物
个体层次
毛发、皮肤 -角蛋白 骨骼、牙齿-钙+胶 原蛋白
第一章蛋白质化学
器官层次
巨噬细胞
食道（口、胃、肠） -消化酶（细胞外）
血管中-免疫蛋白 （Antibody） 激素蛋白
第一章蛋白质化学
结构蛋白, 均为纤维状；
带有细绿胞色荧水光平
的骨架蛋白质 地衣
细胞
细细提胞胞问粘内：连丝为物网什质状么-骨胶人架 原蛋体蛋白细白（胞决会定有细不胞同形 状的及形运状动呢）？；
地 球 上 天 然 形 成 的 氨 基 酸 有 300 种 以 上 ， 但 是 构 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 只 有 22 种 , 且都是α-氨基酸（可能还存在更多的）。
提问：什么是α-氨基酸？
答案：
----C-C-C-C-COOH
γβα ----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸 ----C-C-C (NH2)- C - COOH β-氨基酸 ----C-C (NH2)- C - C - COOH γ-氨基酸
E、氨基酸的化学性质
（1）与印三酮的反应★ （2）与甲醛的反应 （3）与2，4-二硝基氟苯的反应 ★ （4）与异硫氰酸苯酯的反应★ （5）与荧光胺的反应
第一章蛋白质化学
Edman 降解（1）与2，4-二
硝基氟苯的反应
• N-端残基的鉴定： 蛋白质多肽的N-端游离-NH2与2，4-
第一章蛋白质化学
第一章 蛋白质化学
第一章 蛋白质化学
1、蛋白质的生物学意义 2、蛋白质的元素组成 3、蛋白质的氨基酸组成 （1）氨基酸的结构通式 （2）氨基酸的分类 （3）氨基酸的重要理化性质 4、肽
第一章蛋白质化学
蛋白质-英文为“Protein”——第一重要.
第一章蛋白质化学
蛋白质的生物学意义
3. 载运功能-膜蛋白
4. 调控功能-激素
5. 运动功能-鞭毛、肌肉蛋白
辅助功能
6. 防御功能-免疫球蛋白
7. 神经传导
第一章蛋白质化学
提问：为什么同样是由铁组成的，汽车、 轮船、卷尺功能大不相同？
• 其他组成以及结构复杂程度不同
生物大分子包括蛋白质
结构决定功能
（分子结构决定生物功能）
第一章蛋白质化学