生物化学考研

Pa rt1.蛋白质的结构与性质【目的与要求】重点掌握★氨基酸的结构特点、光学性质、等电点、两性性质★一级结构、肽键、肽平面结构、N—末端、C—末端、★二级结构，包括α—螺旋体、β—折叠片★三级结构、次级键★四级结构；★结构与功能的关系；★蛋白质的等电点、两性性质、沉淀、变性熟悉★氨基酸的其它理化性质、蛋白质的平均含氮量、蛋白系数、蛋白质的分类。

一般了解★超二级结构、结构域、活性肽；★肌红蛋白、血红蛋白具体结构及其功能的关系★蛋白质分离纯化与鉴定的一般方法★蛋白质一级结构测定的一般步骤。

§1.1蛋白质通论一. 蛋白质的生物学意义(一) 蛋白质是生命活动的物质基础(二) 蛋白质的生物学功能二、蛋白质的分类1.根据分子形状分2.根据功能分3.根据组成分：简单蛋白质结合蛋白质三. 蛋白质的水解1.酸水解2. 碱水解3. 蛋白酶水解§1.2蛋白质的分子组成—氨基酸一. 蛋白质的元素组成元素组成 C H O N S 其它蛋白质中N含量恒定，为16%左右，可用定氮法测量蛋白质含量－凯氏定氮法每克样品含氮量×6.25×100=100克样品蛋白质含量（克%）(6.25称为蛋白系数)。

有些蛋白质含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I 等。

二、蛋白质分子的基本组成单位——氨基酸（一）氨基酸的结构通式：特点：1、19种氨基酸均为L-α-氨基酸。

（Pro无)2、除甘氨酸外的氨基酸均有手性α碳原子, 具有旋光性。

3、脯氨酸为α-亚氨基酸（二）氨基酸的构型：构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有α-手性碳原子，为L-构型（三）氨基酸的结构与分类1、按羧基与氨基的数目分（酸碱性）:2、按侧基R基的结构特点分：3、按侧基R基极性分：（1）非极性氨基酸：（2）极性不带电氨基酸：（3）极性带电氨基酸：4、按氨基酸是否能在人体内合成分：（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：假设携来一两本书。

（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。

有十种。

（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。

5、根据生物体内氨基酸分布可分为：★构成蛋白质常见氨基酸（20）★构成蛋白稀有氨基酸（羟脯氨酸、羟赖氨酸）★非蛋白氨基酸（D-Ala)二十种氨基酸的名称和结构如图所示:Ala,A,丙氨酸Val,V,缬氨酸Pro,P，脯氨酸Leu ,L,亮氨酸Met ,M, 甲硫氨酸Ile,I,异亮氨酸Phe,F,苯丙氨酸Tyr,Y,酪氨酸Trp,W,色氨酸Ser,S,丝氨酸Thr,T,苏氨酸Cys,C,半胱氨酸Gly,G,甘氨酸Asn,N,天冬酰氨Gln,Q,谷氨酰氨Lys,K,赖氨酸Arg,R,精氨酸His,H,组氨酸Asp,D,天冬氨酸Glu,E, 谷氨酸注：二十种氨基酸的结构特点➢含硫的氨基酸：➢含苯环的氨基酸：➢亚氨基酸（不是L型）：➢含无手性碳的氨基酸：➢酸性氨基酸：➢碱性氨基酸;（四）蛋白质中不常见的氨基酸羟-脯氨酸、羟-赖氨酸、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基赖氨酸（五）非蛋白氨基酸：鸟氨酸、胍氨酸等思考1、蛋白氨基酸有20种。

2、生物体中有20种氨基酸。

3、某一食品富含人体所必需的17种氨基酸，营养价值很高，试分析正误(如野酸枣－金丝枣）。

4、构成蛋白常见的20种氨基酸均为L 型。

三.氨基酸的理化性质（一）物理性质1.旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。

2.紫外光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基酸有光的吸收。

（二）化学性质1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸具有酸碱两性性质。

通常以兼性离子的形式存在，在酸性环境中，主要为阳离子在碱性环境中，主要为阴离子。

在某一pH环境下，为两性离子（兼性离子）。

氨基酸的pI：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液pH。

图解：➢曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态，➢第二个拐点是氨基酸的等电点，➢第三个拐点是氨基酸氨基解离50%的状态。

通过氨基酸的滴定曲线，可用下列Henderson-Hasselbalch 方程求出各解离基团的解离常数（K’）：[质子受体][H+]Ka1= ——————————[质子供体]根据pK’可求出氨基酸的等电点，可由其等电点左右两个pK，值的算术平均值求出。

氨基酸等电点的计算中性氨基酸：pI=(pK’1 + pK’2)/2K’1为α-羧基的解离常数,K’2为α-氨基的解离常数。

等电点的特点:❖ 1.在电场中氨基酸不泳动❖ 2.氨基酸为两性离子;❖ 3.溶解度最小;❖当pH大于pI时，Aa带负电❖当pH小于pI时，Aa带正电解离质子的顺序为：α-COOH ＞R-COOH ＞R-NH3＋＞α-NH3＋接受质子的顺序：α-NH2＞R-NH2＞R-COO-＞α-COO-2.由α-氨基参加的反应：(1) 与2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反应（Sanger反应）：生成黄色物。

(2) 与苯异硫氰酸酯（PITC）反应（Edman反应）：生成无色物。

(3) 与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：生成荧光物。

用于蛋白质的N-末端的测定。

3.α-羧基参加的反应：(1)与碱反应成盐(2)与醇反应成酯(3)与酰化试剂反应成酰氯4.α-氨基与α-羧基共同参加的反应与茚三酮的反应：可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。

脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。

5.侧链反应（颜色反应）：(1) Millon反应：Tyr 产物：红色的化合物。

(2) Folin反应：Tyr。

产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。

(3) 坂口反应：Arg。

产物：砖红色的沉淀。

(4) Pauly反应：检测His、Tyr及残基产物：橘红色的化合物。

(5) 乙醛酸的反应：检测Trp及残基。

分层现象，界面出现紫色环。

(6) Cys的反应：Cys、及残基产生一种红色的化合物。

§1.3蛋白质的结构↗一级结构蛋白质的结构→空间结构(构象)→二级结构→超二级结构↘三级结构←结构域↙↘四级结构一、蛋白质的一级结构（Primary structure）蛋白质的一级结构(共价结构或化学结构):它是指蛋白质多肽链中Aa连接方式、排列顺序、组成. （一）肽键与肽1.肽键：一个氨基酸的α-COOH 和相邻的另一个氨基酸的α-NH2脱水形成共价键。

肽键与肽的结构：2.肽: 氨基酸借肽键连接起来叫肽，包括:1）二肽；2）三肽；3）多肽；4）N-末端：肽链端有自由α-NH2的一端（氨基末端），C-末端：肽链端有自由α-COOH端称为（羧基末端）；5）氨基酸残基：构成肽链的氨基酸（残缺不全）6）多肽链的方向：一般-NH2端开始，N端为头(左)，C端为尾(右)。

★肽的命名如：Glu-Ala-Asp-His-Arg可命名为谷氨酰-丙氨酰-天冬氨酰-组氨酰-精氨酸（二）天然活性肽自然界中自由存在的活性肽，如：谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），生物体内的抗氧化剂青霉素：含有D—半胱氨酸和D—缬氨酸的二肽衍生物。

主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。

二、蛋白质的二级结构（一）构型与构象构型：指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。

氨基酸的D-、L-构型。

当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。

构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。

一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。

（二）蛋白质的二级结构二级结构的概念：多肽链在一级结构的基础上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成的空间构象。

其实质是多肽链在空间的排列方式。

1.蛋白质分子构象的立体化学原则Linus Pauling和Robert Corey于20世纪40年代末至50年代初，应用X-射线衍射法（X-ray diffraction）技术对α-角蛋白等研究结果，提出了蛋白质分子构象的立体化学原则，要点如下：（1）肽平面或肽单位。

共包含6个原子，（2）肽键上的原子呈反式构型（3）肽键C-N键具有部分双键的性质(partial double-bond character)，不能旋转。

其键长小于胺中的C-N(4) 相邻肽平面构成二面角：决定多肽链的二级结构。

2.蛋白质二级结构主要类型有：α-螺旋、β-折叠、β-转角(1) α-螺旋（α-Helix）: 结构要点：➢多肽主链成右手螺旋（N端到C端）。

➢每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。

➢肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧➢维持的作用力：肽键中C＝O和N-H形成许多链内氢键，这是稳定α-螺旋的主要键。

* 影响α-螺旋稳定的因素：脯氨酸较大的R连续出现; 甘氨酸连续出现; 酸性或碱性氨基酸连续出现(2) β-折叠(β-pleated sheets)又称β-片层、β-结构，其结构要点如下：1.几条肽段平行排列,每条肽段呈锯齿状;2.侧链R基团交替地分布在片层平面的上下方3.有平行式和反平行式两种。

4.维持作用力：链间氢键(3) β-转角:又称β-弯曲，β-回折或发夹结构。

出现180。

的回折，回折处的结构就称为β-转角。

一般由四个连续的氨基酸组成（4）其它形式的二级结构β-凸起（三）超二级结构和结构域1．超二级结构是M.Rossmann于1973年提出来的。

几个相互靠近的二级结构聚集体。

常见的有：αα、ββ、βαβαβ等。

2．结构域（structural domain）在一些相对较大的蛋白质分子中，在二级或超二级结构基础上形成的相对独立的特定区域称为结构域。

再组装成更复杂的球状结构。

它的结构层次介于超二级结构和三级结构之间。

☆结构域是指由花式或二级结构组合形成的局部折叠区域☆球状蛋白的独立折叠单位，通常也是蛋白质的功能单位（功能域）☆小的单体蛋白只有一个结构域结构域=三级结构☆大的单体蛋白有数个结构域三、蛋白质的三级结构三级结构：一条多肽链中所有原子在空间的整体排布。

大多数为球状或近似球状。

为何球蛋白溶于水？大多数的亲水的R侧基在表面，而疏水的R侧基在内部。

•由二级结构向三级结构转变的主要动力是疏水作用三级结构形成后，生物学活性必需基团靠近，形成活性中心或部位，即蛋白质分子表面形成了某些发挥生物学功能的特定区域。

➢三级结构主要靠次级键维系固定，➢主要有：☆氢键☆离子键（盐键）☆疏水作用☆范德华力☆二硫键（共价键）配位键四.蛋白质的四级结构➢几个具有独立三级结构的多肽链(亚基)，聚集体，称为四级结构。

➢具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基或亚单位(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同。

➢单独亚基，无生物学功能，当亚基聚合成为具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。