第二章 蛋白质的结构与功能(LT2011.9)

第 一 章蛋白质的结构与功能Structure and Function of Protein

主要内容第一节 蛋白质的化学组成 第二节 蛋白质的分子结构

第三节 蛋白质结构与功能的关系第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化

蛋白质(protein) 是由许多氨基酸(amino acids)通

过肽键相连形成的高分子含氮化合物。

蛋白质的生物学功能 1. 蛋白质是生物体的重要组成成分 分布广大：所有组织、器官都含有蛋白质 含量高：占人体干重的45% 2. 蛋白质具有重要的生物学功能 1)作为生物催化剂 2)代谢调节作用 3)免疫保护作用 4)物质的转运和存储 5)参与细胞间信息传递 3. 氧化供能(17.9KJ/g Pr)

第 一 节蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein

* 元素组成碳(C) 氢(H) 50% ~ 55% 6% ~ 8%

氧(O)氮(N)

19% ~ 24%13% ~ 19%

硫(S)

0% ~ 4%

少量的磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等

蛋白质元素组成的特点 各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮 量为16%。 定氮法测定蛋白质含量：

蛋白质含量=6.25×样品含氮量

一、氨基酸(amino acid)——蛋白质的基本组成单位

存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L- -氨基酸(甘氨酸除外)。

(一)氨基酸的一般结构 -

COO C

CH3 R HH

+

NH3

甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式

(二)氨基酸的分类 根据氨基酸侧链基团(R)的结构 和理化性质，将其分为4类： 1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸

3. 酸性氨基酸4. 碱性氨基酸

1. 非极性疏水性氨基酸(7种)H CH COO NH 3 H3C CH COO NH 3 H 3C CH CH COO H 3C H 3C H 3C NH 3

甘氨酸 Glycine(Gly) 丙氨酸 Alanine (Ala) 缬氨酸 Valine (Val) 亮氨酸 Leucine (Leu)

H 3C CH2 CH CH COO H 3C NH 3 CH2 CH COO NH 3 COO H 2N H 2C C H2 CH CH2

异亮氨酸 Isoleucine (Ile) 苯丙氨酸 Phenylalanine (Phe) 脯氨酸 Proline (Pro)

CH CH2 CH COO NH 3

2. 极性中性氨基酸(8种)C CH2 CH COO CH N H HO CH2 CH COO NH 3 HO CH2 CH COO NH 3 HS CH2 CH COO NH 3 NH 3

色氨酸 Tryptophan (Try) 丝氨酸 Serine (Ser)

CH3SCH2CH2 CH COO NH 3

蛋氨酸 Methionine (Met) 天冬酰胺 Asparagine (Asn)

H2N C CH2 CH COO O NH 3

谷氨酰胺 酪氨酸 H2N C CH2 CH2 CH COO Glutamine O NH 3 Tyrosine (Tyr) (Gln) 半胱氨酸 Cysteine (Cys)H3C CH CH COO HO NH 3

苏氨酸 Threonine (Thr)

3. 酸性氨基酸(两种)OOC CH2 CH COO NH 3 OOC CH2 CH2 CH COO NH 3

天冬氨酸 Aspartic acid (Asp)

谷氨酸 Glutamic acid (Glu)

4. 碱性氨基酸(三种)NH 2CH2CH2CH2CH2 CH COO NH 3 NH 2CNHCH 2CH2CH2 CH COO NH NH 3

赖氨酸 Lysine (Lys)HC N C H C CH2 CH COO NH NH 3

精氨酸 Arginine (Arg)

组氨酸 Histidine (His)

*含硫氨基酸：Met、Cys *芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp

几种特殊氨基酸Gly:无手性碳原子。 Pro:为环状亚氨基酸。 Cys

:可形成二硫键。COOH COOHCH2

CH2 CHCOONH2+

CH2

二硫键NH 2 CH COOH

2 CH CH2 SHNH 2 2H

CH CH2 S S CH2 NH 2

Cys

胱氨酸

(三) 氨基酸的理化性质1. 两性解离及等电点

R CH COOHR CH COOH+ NH3

aa的酸性及碱性解离程 度相等时，分子所带的 净电荷为零，此时溶液 的pH值就称为该氨基酸 的等电点

NH2

R+ OH

CH COO NH2

-

+ OH

+ H+

R

CH COOpH=pI

-

+ H+

pH>pI带 负电荷

pH<pI带 正电荷

+ NH3 兼性离子

等电点计算pI=1/2(pK1+pK2)

如丙氨酸pK-COOH=2.34, pK-NH2=9.69pI=1/2(2.34+9.69)=6.02 若一个aa有3个解离基团，则其pI为兼性离子 两边pK的平均值

除碱性氨基酸外，其余氨基酸的等电点均 小于pH7

COOH CH 2 H3N CH COOH+

COOH

COO-

H++

CH 2 H3N CH COO-

H++

CH 2 H3N CH COOpH6-8

pK1=1.88 -COOH

pK2=3.65 -COOH

强酸COOCH 2

pH2.77

H+

pK3=9.60 H2N CH -NH3+ COO-

天冬氨酸 pI=1/2(1.88+3.65)=2.77

强碱

2. 紫外吸收性质色氨酸和酪氨酸在 280nm波长附近对紫 外光有最大吸收峰。 据此可以通过测定蛋白质 溶液280nm的吸光值快速 测定其蛋白质含量。 3. 茚三酮反应 aa与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色的化 合物，在570nm处有最大吸收。据此亦可用作 aa含量分析。

二、肽(peptide)(一)肽与肽键 * 肽键(peptide bond):是由一个氨基 酸的 -羧基与另一个氨基酸的 -氨基 脱水缩合而形成的化学键。R1 H2N C C H O H OH + H N C COOH H R2 H2O R1 H2N CH

H C N O

H C COOH R2

肽键

肽氨基酸借肽键相连而形成的化合物称肽(peptide)

Met Phe Met Phe Lys Met Phe Lys

Cys

Thr

二肽 三肽 五肽

寡肽(oligopeptide) 由10个以内氨基酸连成的小肽 多肽(polypeptide) 由许多氨基酸连成的肽NH2 Met Phe Lys Cys Ser Thr Val COOH

氨基末端(N-端)

羧基末端(C -端)

氨基酸残基：氨基酸在形成肽链时丢失 了一分子水，肽链中的不 完整氨基酸分子。 蛋白质与多肽的区别(很难划出明显界线) Peptide 39个氨基酸残基的促肾上腺皮质激素称为肽 Protein 把51个氨基酸残基的胰岛素称为蛋白质

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