生物化学第2章蛋白质的结构与功能.docx

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生物化学第2章蛋白质的结构与功能

生物化学精品课程

第二章蛋白质的结构与功能

【授课时间】3学时

第一节蛋白质的分子组成

【目的要求】

1．掌握蛋白质的分子组成特点，氨基酸的结构通式

2．熟悉氨基酸的分类。

3．熟悉肽、生物活性肽的概念。

【教学内容】

1．一般介绍：

蛋白质的元素组成

2．一般介绍：

蛋白质的基本组成单位——氨基酸

3．一般介绍：

氨基酸在蛋白质分子中的连接方式

【重点、难点】

重点：

氨基酸结构特点

【授课学时】0．5学时

第二节蛋白质的分子结构

【目的要求】

1．掌握蛋白质一级、二级、三级和四级结构的概念及其主要的化学键。

α-螺旋、β-折叠的结构特点。

2．掌握蛋白质结构与功能的关系

3．熟悉结构域的概念。

【教学内容】

1．一般介绍：

蛋白质一级结构

2．重点介绍：

蛋白质空间结构

3．详细介绍：

蛋白质结构与功能的关系

【重点、难点】

重点：

蛋白质二级结构

难点：

蛋白质结构与功能的关系

【授课学时】1．5学时

第三节蛋白质的理化性质

【目的要求】

熟悉蛋白质重要的理化性质及相关的基本概念。

【教学内容】

1．详细介绍：

蛋白质的两性解离和等电点

2．详细介绍：

蛋白质的胶体性质

3．详细介绍：

蛋白质的变性、沉淀和凝固

4．详细介绍：

蛋白质的紫外吸收性质

5．详细介绍：

蛋白质的呈色反应

【重点、难点】

重点：

蛋白质的变性、沉淀和凝固

【授课学时】1学时

第四节蛋白质的分类

【目的要求】

了解蛋白质的分类。

【教学内容】

1．一般介绍：

按组成分类

2．一般介绍：

按分子形状分类

3．一般介绍：

按功能分类

【授课学时】

第二章蛋白质的结构与功能

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

第四节蛋白质的分类

第一节蛋白质的分子组成

时间

20ˊ

教学内容

一、蛋白质的元素组成

所有蛋白质分子都含有碳、氢、氧、氮、硫。

除此之外，有些蛋白质还含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘。

蛋自质的含氮量十分接近，平均约为16％。

因此，只要测出样品中含氮克数，就可以按下式推算出样品中蛋白质的大致含量。

即：

每克样品中含氮克数×6.25×100＝100克样品中蛋白质含量。

二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸

蛋白质彻底水解后，用化学分析方法证明其基本组成单位为氨基酸（aminoacid）。

（一）氨基酸的命名

氨基酸的命名以羧酸为母体，其碳原子的位次以阿拉伯数字表示，也可用希腊字母α、β、γ……标示。

（二）氨基酸的结构特点

1．蛋白质水解所得到的氨基酸都是α-氨基酸（脯氨酸为α-亚氨基酸）。

结构通式：

2．不同的氨基酸其侧链（R）不同，除了R为H的甘氨酸外，其它氨基酸与α碳原子相连的四个原子或基团各不相同，即手性碳原子，故它们具有旋光异构现象，存在D-型和L-型两种异构体。

组成天然蛋白质的氨基酸均为L-型。

（三）氨基酸的分类

1．非极性侧链氨基酸

2．非电离极性侧链氨基酸

3．酸性侧链氨基酸

4．碱性侧链氨基酸

（四）氨基酸的理化性质

1．两性解离与等电

3．氨基酸的紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在280nm波长附近具有最大的光吸收峰。

大多数蛋白质含有酪氨酸、色氨酸残基，所以测定它对280nm波段的光吸收，是定量测定溶液中蛋白质含量的一种最迅速简便的方法。

4．茚三酮反应α-氨基酸与水合茚三酮于加热条件下生成一种称为罗曼染料的蓝紫色化合物，同时释出CO2和R-CHO，生成蓝紫色化合物的颜色深浅及释放出CO2多少，均可用于氨基酸的定性及定量测定。

三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式

在蛋白质分子中，氨基酸之间通过肽键相连。

氨基酸通过肽键连接起来形成的化合物称为肽（peptide）。

由两个氨基酸缩合成的肽称为二肽，三个氨基酸缩合成三肽，其余以此类推。

通常将十肽以下者称为寡肽，十肽以上者称为多肽。

多肽分子中的氨基酸相互衔接，形成长链，称为多肽链（polypeptidechain）。

肽链中氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，称为氨基酸残基（residue）。

多肽链的主键是肽键。

每个肽分子都有一个游离α-NH2末端（称N-末端）和一个游离α-COOH末端（称C-末端），在书写某肽时，规定N-端在左，C-端在右。

每条多肽链中氨基酸残基顺序编号都从N-端开始。

肽的命名也是从N-端开始指向C-端，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸缩合成的三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，或简称谷胱甘肽（glutathioneGSH）。

GSH结构式：

GSH通过功能基团巯基参与细胞的氧化还原作用，清除氧化剂，具有保护某些蛋白质的活性巯基不被氧化的作用。

在生物体内，氨基酸通过肽键连接，除了合成蛋白质多肽链外，还能合成一些具有调节功能的小分子肽，称为生物活性肽。

生物活性肽是传递细胞之间信息的重要信息分子，在调节代谢、生长、发育、繁殖等生命活动中起重要作用。

活性肽中最小是三肽，如下丘脑分泌的促甲状腺素释放激素是三肽，神经垂体分泌的抗利尿激素和催产素是九肽，腺垂体分泌的促肾上腺皮质激素是39肽。

备注

图

图

图

第二节蛋白质的分子结构

时间

20ˊ

30ˊ

15ˊ

教学内容

一、蛋白质的一级结构

一级结构（primarystructure）：

蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

一级结构是蛋白质分子的基本结构。

基本结构键为肽键。

1954年英国科学家Sanger报道了胰岛素的一级结构。

各种蛋白质由于所含氨基酸总数、各种氨基酸比例、排列顺序不同，就形成了结构多样、功能各异的蛋白质。

二、蛋白质的空间结构

蛋白质的空间结构指蛋白质分子内各原子围绕某些共价键的旋转而形成的各种空间排布及相互关系。

（一）蛋白质的二级结构（secondarystructure）

指多肽主链原子的局部空间排列，不涉及侧链的构象。

1．α-螺旋（α-helix）：

①多肽链主链以肽键平面为单位，以α-碳原子为转折点，形成右手螺旋结构。

②每螺旋包含3.6个氨基酸残基。

③相邻螺旋之间通过氢键保持螺旋结构稳定。

2．β-折叠（β-pleatedsheet）：

多肽链呈伸展状态，相邻肽键平面之间折叠成锯齿状的结构，两平面间夹角为110°。

R基团交错伸向锯齿状结构的上下方。

3．β-转角（β-turn）

4．不规则卷曲（randomcoil）

（二）蛋白质的三级结构（tertiarystructure）

指每一条多肽链内所有原子的空间排布。

结构域（domain）：

大分子蛋白质在形成三级结构时，肽链中某些局部的二级结构汇集在一起，形成的能够发挥生物学功能的特定区域。

稳定三级结构的因素主要是各种非共价键，包括疏水作用力、氢键、盐键等。

其中疏水作用力是最主要的稳定力。

（三）蛋白质的四级结构（quarternarystructure）

由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链（亚基）组成的蛋白质，分子中各亚基之间的空间排布及相互接触关系。

亚基之间以疏水作用力、氢键、盐键等非共价键缔合。

三、蛋白质结构与功能的关系

（一）蛋白质一级结构与功能的关系

蛋白质特定的构象和功能是由其一级结构所决定的。

1．一部分氨基酸残基直接参与构成蛋白质的功能活性部位，这种氨基酸残基如被置换将影响该蛋白质的功能。

2．部分氨基酸残基虽然不直接作为功能基团，但它们在蛋白质的构象中处于关键位置，这种氨基酸残基如被置换也将影响该蛋白质的功能。

（二）蛋白质空间结构与功能的关系

蛋白质构象是其功能学活性的基础，构象发生变化，其功能活性也随之改变。

如：

酶的变构调节。

备注

图

图

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第三节蛋白质的理化性质

时间

40ˊ

教学内容

一、蛋白质的两性解离和等电点

蛋白质分子中的氨基、羧基、氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团，因此蛋白质分子为两性电解质。

等电点（pI）：

当溶液处于某一pH值，蛋白质分子净电荷为零，此时溶液的pH值为该蛋白质的pI。

二、蛋白质的胶体性质

蛋白质分子量多在1万～10万之间，颗粒大小在1nm～100nm范围，故蛋白质有胶体性质。

亲水胶体的稳定因素：

表面的水膜和电荷的排斥作用。

去掉其水膜，中和其电荷时，蛋白质从溶液中沉淀出来。

三、蛋白质的变性、沉淀和凝固

蛋白质的变性：

蛋白质在某些物化因素作用下，空间构象破坏，导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。

变性因素：

加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

蛋白质变性后，其溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。

沉淀：

蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，从溶液中析出。

凝固：

蛋白质变性后形成的絮状物经加热变成坚固的凝块的现象，此凝块不再溶于强酸或强碱中。

四、蛋白质的紫外吸收性质

蛋白质分子含有酪氨酸及色氨酸残基，这些氨基酸的侧链基团具有紫外光吸收能力，最大吸收峰在280nm处，故利用此特性测定280nm处的光吸收值常用于蛋白质含量的测定。

五、蛋白质的呈色反应

（一）双缩脲反应

含有多个肽键的蛋白质和肽在碱性溶液中加热可与Cu2＋作用生成紫红色内络盐。

此反应除用于蛋白质、多肽的定量测定外，由于氨基酸不呈现此反应，还可用于检查蛋白质水解程度。

（二）茚三酮反应

在pH5～7的溶液中，蛋白质分子中的游离α-氨基能与茚三酮反应生成紫蓝色化合物。

此反应可用于蛋白质的定性、定量分析。

（三）Folin-酚试剂反应

蛋白质分子中酪氨酸残基在碱性条件下能与酚试剂（磷钨酸与磷钼酸）反应生成蓝色化合物。

该反应的灵敏度比双缩脲反应高100倍。

备注

图

第四节蛋白质的分类

时间

5ˊ

教学内容

一、按组成分类

单纯蛋白质：

结合蛋白质：

二、按分子形状分类

球状蛋白质：

纤维状蛋白质：

三、按功能分类

活性蛋白质：

非活性蛋白质：

备注