页数：75页文件大小：4.10 MB来源： 生物化学ppt课件
本课件讲述蛋白质，先介绍蛋白质氨基酸的结构特点、分类与两性解离、等电点及化学反应，再展开肽与肽链、α-螺旋与β-折叠等构象层次，进而说明一级结构与构象对功能的影响，最后介绍蛋白质的胶体性质、沉淀、变性及分离纯化与利用。
第二章 蛋白质 目录：第二章蛋白质关第一节氨基酸第二节蛋白质的结构第三节蛋白质的分子结构与功能的系第四节蛋白质的重要性质第五节蛋白质的分类第六节蛋白质的分离纯化与利用
蛋白质的功能与地位：蛋白质是最基本的生命物质之一,是细胞中含量最为丰富、功能最多的生物大分子,它参与动物、植物、微生物的几乎所有生命结构和生命过程,它在细胞结构、生物催化、物质运输、运动、防御、调控以及记忆、识别等各个方面起着极其重要的作用。第二章蛋白质
蛋白质氨基酸的结构特点
氨基酸按R基团极性分类（一）：下表列出相关内容。
| 类别 | 数目 | 氨基酸 |
|---|---|---|
| 非极性R基团氨基酸 | 8个 | Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met |
| 极性R基团不带电荷氨基酸 | 7个 | Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Gln |
氨基酸按R基团极性分类（二）：下表列出相关内容。
| 类别 | 数目 | 氨基酸 |
|---|---|---|
| 极性R基团带负电荷氨基酸 | 2个 | Asp、Glu |
| 极性R基团带正电荷氨基酸 | 3个 | His、Lys、Arg |
必需氨基酸与非必需氨基酸：下表列出相关内容。
| 类别 | 种类数 | 说明 | 代表氨基酸 |
|---|---|---|---|
| 非必需氨基酸 | 12种 | 可由机体自身合成 | — |
| 必需氨基酸 | 8种 | 不能在生物体（动物、人体）内转化合成，必需由食物供给 | Met、Phe、Leu、Ile、Val、Lys、Thr、Trp |
稀有与非蛋白质氨基酸：（二）稀有的蛋白质氨基酸羟基化的AA、甲基化的AA，是蛋白质氨基酸的衍生物。（三）非蛋白质氨基酸存在于各种细胞或组织中，但不存在于蛋白质中，是蛋白质常见AA的衍生物，也有D型或一些β-、γ-或δ-AA。
氨基酸的两性与等电点：三、氨基酸的性质(两性)和等电点依照酸、碱质子理论,酸是质子的供体，碱是质子的受体。氨基酸在水中即起酸的作用(供体)也起碱的作用(质子的受体)
丙氨酸的解离过程：在酸性条件下,丙aa以阳离子形式存在，可以看作是一个二元弱酸，有两个可以解离的H+，即COOH上的H+和NH3上的H+。它的分解步骤如下:
等电点的测定与计算：物质的解离常数是用滴定曲线的实验方法求得,画出曲线。加入酸碱使丙aa净电荷等于0时,丙aa所带正、负电荷相等,这时的pH值就是丙aa的等电点。pI:两性电解质所带正负电荷相等时溶液的pH值pI=两性离子状态两侧的基因pK’值之和的一半(2.34+9.69)/2=6.02。
氨基酸等电点的计算归纳：下表列出相关内容。
| 氨基酸类别 | 代表氨基酸 | pI计算公式 | 示例（pI） |
|---|---|---|---|
| 中性氨基酸 | Val、Ala、Ser | pI=(pK1+pK2)/2 | Val 5.96、Ala 6.02、Ser 5.68 |
| 酸性氨基酸 | Glu、Asp | pI=(pK1+pKR)/2 | — |
| 碱性氨基酸 | Arg、Lys、His | pI=(pK2+pKR)/2 | — |
中性氨基酸的等电点不是pH 7，而是小于7（约pH 6.0），原因是羧基的解离度大于氨基的解离度。
氨基酸的光学性质
氨基酸的化学反应与茚三酮反应
Sanger反应：2、Sanger反应2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱减溶液中与AA反应生成2,4-二硝基苯基氨基酸,英国的Sanger用这个反应鉴定多肽N-未端的氨基酸,用以测定多肽或蛋白质的AA排序。
Edman降解反应：现在根据此原理设计出了”蛋白质顺序测定仪3、Edman反应与苯异硫氰酸酯（PITC）在弱碱条件下形成相应的苯氨基硫甲酰（PTC)衍生物,与酸发生环化生成PTH-aa,这是著名的Edman降解,进行多肽链N-未端氨基酸测定。苯乙内酰硫脲衍生物
丹磺酰氯反应：4、与丹磺酰氯（ＤＮＳ）的反应用以测验多肽链的Ｎ－末端。DNS＋ ＋HCl（有荧光）由于丹磺酰基具有强烈的荧光，用荧光分光光度计可快速检出，灵敏度比DNFB法高100倍，而且水解后的DNS-氨基酸不需提取，可直接用纸电泳或薄层层析鉴定N-末端。
蛋白质的元素组成与含氮量：化学元素:主要由C、N、O、H、S;微量P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、硒。大多数蛋白质的含氮量是16%，N若用凯氏定氮法进行测定，蛋白质的含量=N的含量×6.25。1克氮相当于6.25克蛋白质，称为蛋白质系数。第二节蛋白质的结构
蛋白质的一级结构：一、蛋白质一级结构1、一级结构是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式。蛋白质的一级结构也叫化学结构2、肽和肽链的结构和命名肽：由一AA的羧基和另一氨基脱水缩合而成的化合物。肽键：AA之间脱水后形成的共价键，又称酰铵键。
肽与肽链的命名：肽的命名是根据氨基酸残基的数目决定的：寡肽：十个以下AA残基组成的肽。多肽：超过10个AA残基组成的肽。多肽链：由多个AA以肽键连接的一条链。肽单位：由CO和NH构成肽键的四个原子和与之相连的两个α-碳原子构成的刚性平面。AA残基：指的是肽链中的AA单位，不是完整的AA分子。
谷胱甘肽的结构：谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷胱甘肽（GSH)非a-羧基,如谷aa、天门冬aa的中非a-羧基可形成肽键。非a-氨基不能形成肽键。
谷胱甘肽的功能：谷胱甘肽的功能：1是一些酶的辅酶。2保护SH基酶。3防止过氧化物的积累。2G--SH还原型G-S--S-G氧化型
谷胱甘肽的氧化还原：GS－SG
蛋白质的二级结构与构型构象：二、蛋白质的二级结构二级结构：多肽链主链本身通过氢键按一定方向盘绕、折叠而形成的构象。（一）构型、构象构型：指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。如D-构型，L-构型。构型的转变必定伴随着共价键的断裂和重组。
构象与构型的区别：构象的改变不需要共价键的断裂，只需要单键旋转方向或角度改变即可。构象：指相同构型的化合物中，与碳原子相连的原子或取代基团在单键旋转时形成的相对空排布。
肽链的单键旋转与构象：在肽链的主链中，只有Ca-N1(φ),Ca-C2(ψ)是单键,可以自由旋转，所以多肽链可以形成特定的构象。实际上一个天然的蛋白质多肽链在一定条件下，只有一种或很少几种构象，而且相当稳定,这是因为:
制约构象形成的因素：1主链上三分之一是肽键，具双键性质不能旋转。2主链上还有侧链，其大小及带电情况不同。它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应，制约着大量的构象形成。
α-螺旋结构的主要特征：（二）蛋白质二级结构的类型1、a-螺旋结构的主要特征如下:a、肽链中的肽平面绕Ca相继旋转一定角度形成a螺旋。每隔3.6个氨基酸残基,螺旋上升一圈;每圈间距0.54nm,即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm,螺旋上升时,每个氨基酸残基沿轴旋转100°。
α-螺旋中的氢键形成：b、螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧,链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴，每个氨基酸残基的N-H与前面第四个氨基酸残基的C=O形成氢键。肽链上所有的氨基酸残基都参与了氢键的形成，因此a-螺旋相当稳定,螺旋体内氢键形成示意如下:
α-螺旋的中断与手性：遇上pro就会中断或拐弯，a-亚基引起没有多余的H形成H键。c、天然蛋白质中绝大多数都是右手-a-螺旋，左手螺旋只在少数蛋白质中发现，例如嗜热菌蛋白酶中有一很短的左手a-螺旋, 组成
β-折叠结构：2、蛋白质的β折叠结构如图3-11H键连接,锯齿状的片层结构
α-螺旋与β-折叠的比较：下表列出相关内容。
| 比较项目 | α-螺旋 | β-折叠 |
|---|---|---|
| 肽链形状 | 卷曲的棒状结构 | 几乎完全伸展的片层结构 |
| 氢键位置 | 链内氢键 | 链间氢键 |
| 方向 | 大多数为右手α-螺旋 | 平行式与反平行式 |
β-转角与无规则卷曲
超二级结构与结构域：三、蛋白质的超二级结构和结构域超二级结构：多肽链上相邻的构象单元组合在一起。，形成有规则的、在空间上能辨认结构组合体。如：a螺旋-β转角-a螺旋，β折叠-a螺旋-β折叠。结构域：指在二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠成几个相对独立、近似球形的组装体。
蛋白质的三级结构：指多肽链借助各种次级键盘绕成具有特定肽链走向的紧密环状构象。多肽链在二级结构的基础上,主链构象和侧链构象相互作用,进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结构即为三级结构。四、蛋白质的三级结构
维持三级结构的作用力
疏水作用力与离子键等
蛋白质的四级结构与亚基：四级结构:由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而形成有特定三维结构的蛋白质构象。其中具有三级结构的多肽链称为亚基。单独的亚基并无活性,只有形成特定的四级结构才具有生理功能。例如血红蛋白 。五、蛋白质的四级结构
血红蛋白分子病：Hb-AHb-Sβ-链6Gluβ-链6Val血红蛋白表面的电荷改变,聚集成纤维状血红蛋白，使红细胞收缩成镰刀状，输氧性能下降，易溶血，严重时可以致死。第三节Pr分子结构与功能的关系一、Pr的一级结构与功能的关系1、脊椎动物细胞色素C,104个AA,90多个生物种属研究亲缘关系的树状图。2、分子病e.g.血红Pr,574个AA
蛋白质前体的激活：3．Pr前体的激活与一级结构很多功能Pr以无活性的前体肽的形式产生和贮存。在特定条件下经PrE水解去掉一部分肽段后才有活性。胰岛素84AA，经PrE水解形成A，B两条链，由两个二硫键相连，形成具a-螺旋、β-折叠的空间构象,才具有生物活性。
蛋白质构象与功能的关系：二、蛋白质构象与功能的关系蛋白质分子的生物功能直接由其特定构象所决定，一旦构象遭到破坏，功能也就丧失了。例如：牛核糖核酸酶的功能是水解RNA，其球状分子构象中含有四对二硫键。如果用尿素（8mol/L）和B-巯基乙醇处理，使其中的二硫键全部还原为巯基，酶的构象破坏，功能丧失。如及时除去尿素和B-巯基乙醇，酶可恢复原来的构象而恢复其催化功能。
蛋白质的两性性质：一、蛋白质的两性性质、等电点和电泳1、蛋白质的两性性质蛋白质分子中除N-端的a-氨基和C-端的a-羧基外，还有许多可解离的侧链基团，是两性电解质，在一定pH条件下，上述基团解离而使蛋白质带电荷。第四节蛋白质的重要性质
蛋白质的等电点：2、蛋白质的等电点等电点：在某一pH溶液中，使蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阴极也不向阳极移动，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。等电点时的蛋白质：最不稳定、溶解度最小、易形成沉淀析出（常用于蛋白质的分离纯化）；粘度、渗透压、膨胀性和导电能力均最小。
蛋白质的电泳：在电场中移动的速度和方向不同用于蛋白质的分析、分离、纯化、鉴定和制备电泳：蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向与电荷相反的电极移动的现象。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，主要用于测定分子量。在特定PH溶液中所带电荷不同分子量不同分子的大小和形状不同蛋白质3、电泳
蛋白质的胶体性质：单分子蛋白质颗粒:直径1—100nm.蛋白质具有胶体的特征:布朗运动、丁达尔效应以及不能透过半透膜稳定蛋白质的因素：3（1）水膜：AA极性基团,如NH+、COO-、OH、SH、CONH等易吸附水分子，在蛋白质颗粒外面形成一层水化层。（2）电荷：在非等电状态时，蛋白质带同种电荷相互排斥。二、蛋白质的胶体性质
盐析沉淀蛋白质：沉淀蛋白质的方法有以下几种:1、盐析盐析：向蛋白质溶液中加入高浓度的(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl等中性盐,破坏蛋白质分子表面的水化层，中和他们的电荷，而使蛋白质沉淀析出的现象。即加入高浓度中性盐使蛋白质沉淀析出的现象三、蛋白质沉淀反应
盐溶与分段盐析：盐溶：低浓度中性盐增加蛋白质溶解度的现象分段盐析：不同蛋白质所带电荷和亲水性不同，析出时需要的盐浓度不同，调节中性盐浓度使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出的方法。2、有机溶剂沉淀乙醇、甲醇、丙酮等极性有机溶剂降低介质的介电常数，破坏蛋白质水膜（乙醇等有机溶剂亲水性更强，脱水剂）,使蛋白质沉淀。
重金属盐沉淀蛋白质
蛋白质的变性：四、Pr的变性Pr的变性：天然Pr受到某些物质或化学因素的影响，分子构象发生变化，Pr的理化性质和生物学功能都随之改变，但一级结构未遭破坏的现象。变性后的Pr称为变性Pr。
蛋白质变性后的变化：Pr变性后:1分子构象发生变化（二级以上的高级结构改变)2理化性质和生物学功能改变3共价键不断裂（一级结构不变，组成成分和分子量不变）
变性的实质与复性：变性的实质：由于外界条件破坏了Pr内部的次级键使有序而紧密的结构变为无序而松散的结构。引起Pr变性的因素：加热、紫外线照射、强酸强碱、重金属盐、生物碱、有机溶液剂等。复性：当若引起变性的因素较温和，当除去这些因素后，Pr重新自发折叠恢复原来的构象的现象。
蛋白质变性后的特征：Pr变性后的特征：1生物活性丧失，eg.E的催化2溶解度降低,粘度增加,扩散系数降低,易凝聚3光学性质变化：Pr分子内的侧链基因暴露到分子表面,从而出现光谱变化4生化性质改变：易被PrE水解
蛋白质变性的应用：Pr变性的应用:1大豆Pr溶液加热加盐制成豆腐。2分析非Pr成分时，常用三氯醋酸将样品中的Pr变性沉淀除去。3人体衰老，Pr变性，亲水性渐弱，皮肤失去弹性。
双缩脲反应
酚试剂反应与其他呈色反应
蛋白质的分类（一）：下表列出相关内容。
| 分类依据 | 类别 | 举例 |
|---|---|---|
| 按分子形状 | 球状蛋白、纤维状蛋白 | — |
| 按化学组成 | 单纯蛋白质（仅由α-氨基酸组成） | 清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白 |
单纯蛋白质按溶解度不同再分为上述七类。
蛋白质的分类（二）：下表列出相关内容。
| 分类依据 | 类别 | 举例 |
|---|---|---|
| 按化学组成 | 结合蛋白质（由氨基酸和辅因子组成） | 核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红蛋白、黄素蛋白、金属蛋白 |
| 按功能 | 运输蛋白、贮藏蛋白等 | 运输蛋白、贮藏蛋白、收缩蛋白、抵御蛋白、结构蛋白、调节蛋白 |
蛋白质分离纯化的原则：一、蛋白质的分离纯化1、蛋白质分离纯化的一般原则前处理（得蛋白质提取液）粗分级结晶细分级2、分离纯化蛋白质的基本原理（1）按蛋白质分子大小不同分离第六节、蛋白质的分离纯化和利用
透析和超滤：利用蛋白质分子颗粒大、不能透过半透膜的胶体性质设计的。超滤是在透析的基础上增加压力或离心力，迫使蛋白质混合物中的其它小分子通过滤膜，而蛋白质分子被阻留在膜上。A、透析和超滤
离心沉降法：蛋白质颗粒在超速离心场内的沉降趋势，与蛋白质的颗粒大小和密度有关。沉降平衡离心法：分子大小近似,密度差异较大沉降速度离心法：密度近似，大小差异较大B、离心沉降法
凝胶过滤：C、凝胶过滤（凝胶层析）凝胶是具有网孔结构的颗粒，当分子大小不同的蛋白质混合液流经凝胶装成的层析柱时，比凝胶网孔小的蛋白质分子进入网孔内，比凝胶网孔大的蛋白质被排阻在外，当用溶剂洗脱时，大分子先被洗脱，小分子后被洗脱。
按溶解度差异的分离：A、等电沉淀B、盐析降低水的介电常数破坏水膜C、有机溶剂分级分离（2）根据蛋白质溶解度的差异进行分离
电泳、离子交换与亲和层析：A、电泳B、离子交换层析（4）亲和层析利用蛋白质的特异生化性质：某些蛋白质能与其相应的专一性配基进行特异的非共价结合。R—B +AR—B—A+BB：专一配基R—B+A—BR：固体载体A：目的Pr（3）根据蛋白质的电离性质不同进行分离
蛋白质纯度鉴定与分子量测定：3、蛋白质纯度的鉴定电泳法超速离心沉降法二、蛋白质分子量的测定1、超速离心法2、凝胶过滤法3、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法三、蛋白质的利用食品：叶Pr、甜味Pr医药：胰岛素Pr、干扰素Pr、天然花粉Pr饲料：叶Pr
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