【正文】 第一章 蛋白質(zhì)化學 I 主要內(nèi)容 一、蛋白質(zhì)的生物學意義 蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)最為重要的有機化學物質(zhì)之一，它幾乎參與了生物體所有的生命活動，如生物體的構成、機體的運動、化學催化、機體的免疫保護、生物遺傳信息的傳遞與表達等等，可以說蛋白質(zhì)是一切生命活動的重要支柱，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命現(xiàn)象的存在，因此，蛋白質(zhì)化學是生物化學中一個重要的研究方面。二、 蛋白質(zhì)的元素組成 蛋白質(zhì)是由C、H、O、N、S等幾種元素構成，其中C 5055%、H 68%、O 2030%、 N 1517%、S 04%，且含量基本相同，因此通過測定蛋白質(zhì)樣品中元素含量就可以推測出樣品中蛋白質(zhì)的含量。三、 蛋白質(zhì)的氨基酸組成 （一）氨基酸的結構及特點 一般的蛋白質(zhì)都是由20種氨基酸構成，這些氨基酸都是在蛋白質(zhì)的合成過程中直接加進去的，并有專門的遺傳密碼與其對應，這些構成蛋白質(zhì)的基本氨基酸稱為天然氨基酸(通用氨基酸)。天然氨基酸具有如下特點： 1. 20種天然氨基酸均有專門的遺傳密碼與其對應，它們在蛋白質(zhì)的合成中是直接加上去的。 2. 除甘氨酸外，其它氨基酸至少含有一個手性碳原子。 3. 除脯氨酸外，其它氨基酸均為a氨基酸。 4. 氨基酸雖有D、L–型之分，但存在于天然蛋白質(zhì)中的氨基酸均為L型氨基酸。 （二）天然氨基酸的分類 氨基酸根據(jù)其側鏈基團在近中性的pH條件下是否帶電荷以及帶電荷的種類分成四類：非極性氨基酸、極性不帶電荷氨基酸、極性帶正電荷氨基酸、極性帶負電荷氨基酸。 （三）稀有蛋白質(zhì)氨基酸 這部分主要是指雖然在蛋白質(zhì)中有所存在，含量卻較少的一類氨基酸。蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸是在蛋白質(zhì)合成后的加工過程中通過化學的方法在天然氨基酸的基礎上增加某些基團而形成的。 （四）非蛋白質(zhì)氨基酸 非蛋白質(zhì)氨基酸是細胞中不參與天然蛋白質(zhì)合成的一類氨基酸。 （五）氨基酸的重要理化性質(zhì) 1. 一般理化性質(zhì) 2. 氨基酸的酸堿性質(zhì)與等電點 3. 氨基酸的主要化學性質(zhì) （1）茚三酮反應 （2）桑格反應（Sanger reaction） （3）埃德曼反應（Edman reaction ） 4. 氨基酸的光學性質(zhì) 由于氨基酸分子中除甘氨酸外都有不對稱碳原子的存在，因此，天然氨基酸中除甘氨酸外均有旋光現(xiàn)象的存在。20種天然氨基酸在可見光范圍內(nèi)都沒有明顯的光吸收現(xiàn)象，但在紫外區(qū)有三種氨基酸確有明顯的光吸收作用。 五、蛋白質(zhì)的分子結構 為研究方便，人們將蛋白質(zhì)結構分成不同的層次，1952年LinderstronLang 將蛋白質(zhì)分成三個結構層次，1953年Bernal又提出四級結構，此后人們又在結構與功能的研究中提出了超二級結構及結構域概念，因此，目前，目前人們認為蛋白質(zhì)可以分成六個結構層次進行研究。 （一）蛋白質(zhì)的一級結構 根據(jù)1969年國際理論化學和應用化學協(xié)會（IUPAC）的規(guī)定蛋白質(zhì)的一級結構（Primary structure）是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。 氨基酸與氨基酸之間通過酰胺鍵相連構成的化合物稱為肽或蛋白質(zhì)，通常構成肽鏈的氨基酸數(shù)目在10個以下的稱為寡肽，10以上者稱為多肽或蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)與多肽鏈的區(qū)別： （1）氨基酸組成數(shù)量。一般都在100個以上，分子量在10，000以上。 （2）具有特定的空間結構。 （3）結構與功能之間的對應關系。 （二）蛋白質(zhì)的二級結構 蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈本身、局部的、有規(guī)則的空間排布方式——蛋白質(zhì)的二級結構。蛋白質(zhì)的二級結構主要包括a螺旋結構、b折疊、b轉角、無規(guī)則卷曲（自由回轉） 蛋白質(zhì)二級結構的主要類型 a螺旋結構是美國麻省理工學院的Pauling、 Corey 在 1953 年對動物毛發(fā)結構的X 光衍射分析中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白結構， a 螺旋結構有左旋和右旋兩種。 ①多肽鏈主鏈圍繞其中心軸盤繞而成的一種螺旋管狀結構，；②螺旋結構中每個氨基酸殘基上的氨基氫與其后第四個氨基酸殘基的羰基氧形成氫鍵，其氫鍵的走向與螺旋軸平行。 b折疊結構也是Pauling和Corey在蠶絲絲心蛋白中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白結構。 ① b折疊結構是由幾條多肽鏈或一條多肽鏈的幾個片段平行折疊形成的一種片層結構；②相鄰的主鏈之間借助于鏈內(nèi)或鏈間氫鏈相連形成片層，主鏈中相鄰氨基酸殘基的側鏈基團上下交替排列在片層的上方或下方；③b折疊結構分平行或反平行兩種結構。 b 轉角是指多肽鏈走向發(fā)生180176。回折，其轉角處的結構。 無規(guī)則卷曲（自由回轉） 超二級結構與結構域 （1）超二級結構（Supersecodary structure）是指由兩個或多個二級結構單元被長度不等，走向不規(guī)則的連接肽彼此相連，形成的有規(guī)律的、在空間上可以辨認的二級結構組合體稱為超二級結構。超二級結構根據(jù)其復雜程度分為簡單超二級結構和復雜超二級結構兩種類型。由兩個或少數(shù)構象單元經(jīng)連接肽相連形成的超二級結構稱簡單超二級結構，一般包括aa corner）、a發(fā)夾 （ahairpin）、 b發(fā)夾（bhairpin）、拱形結構（arch）。 由多個構象單元或由簡單的超二級結構進一步組合形成的有規(guī)律的在空間上可辯識的結構，具體可分為a螺旋超螺旋、 bXb結構、 b迂回、 b折疊桶四種形式。（2）結構域（Structural domain） 也叫轄區(qū)，是指存在于球狀蛋白質(zhì)分子內(nèi)部由相鄰的多個二級結構單元彼此相連形成的球狀亞單位。結構域是獨立的結構單位、功能單位和獨立的結構形成單位。結構域主要包括a結構域、b折疊域、a+b 結構域和a/b 結構域。 結構域作為獨立的結構單位，具有內(nèi)在的穩(wěn)定性，結構域之間通過柔性肽段相連。多數(shù)蛋白質(zhì)具有多個結構域，其結構域可能相同，如磷酸丙糖異構酶具有兩個相似的結構域，也可能不同，如丙酮酸激酶。（三）蛋白質(zhì)的三級結構 在二級結構的基礎上，多肽鏈進一步盤繞折疊形成的球狀蛋白質(zhì)結構稱為蛋白質(zhì)的三級結構。換言之是指構成球狀蛋白質(zhì)的多肽鏈中所有原子和基團的空間排布。它是由不同的二級結構單元按照一定的方式彼此組合而成的一種蛋白質(zhì)結構。 （四）蛋白質(zhì)的四級結構 由兩個及其以上具有三級結構的多肽鏈鏈相互聚集形成的蛋白質(zhì)空間結構稱為蛋白質(zhì)四級結構。四級結構形成的意義：①四級結構賦予蛋白質(zhì)更加復雜的結構，以便執(zhí)行更復雜的功能如在酶類中，除功能簡單的水解酶，其它酶大多數(shù)是寡聚蛋白。②通過亞基間的相互作用，可以對酶或其它功能蛋白的活性進行調(diào)節(jié)。③催化相關代謝的酶形成多酶復合物，可以提高酶促反應的速度。④可以得用大小、種類有限的亞基組合成結構復雜的大分子蛋白質(zhì)。⑤可以降低細胞內(nèi)的滲透壓。⑥節(jié)約編碼的信息量。 (五)維持蛋白質(zhì)空間構象的作用力 在不同蛋白質(zhì)結構中起主要作用的穩(wěn)定因素不同，在蛋白質(zhì)一級結構中起主要穩(wěn)定作用的因素是共價鍵；在蛋白質(zhì)二級結構中起主要作用的穩(wěn)定因素是氫鍵；在蛋白質(zhì)三、四級結構中起最主要作用的因素是疏水力。五、蛋白質(zhì)分子結構與功能的關系 （一）蛋白質(zhì)一級結構與功能的關系 蛋白質(zhì)一級結構是決定蛋白質(zhì)空間結構及其生物學功能的重要基礎，在細胞內(nèi)特定的環(huán)境條件下，蛋白質(zhì)一級結構決定蛋白質(zhì)的空間結構，蛋白質(zhì)一級結構通過決定蛋白質(zhì)空間結構的方式間接地決定和影響蛋白質(zhì)的生物學功能。蛋白質(zhì)一級結構與生物進化的關系、蛋白質(zhì)一級結構與分子病的關系是生物化學中研究較為清楚的兩個例子。 (二)蛋白質(zhì)空間結構與功能的關系蛋白質(zhì)空間結構直接決定和影響蛋白質(zhì)的功能，蛋白質(zhì)空間結構的變化必然導致蛋白質(zhì)生物功能的改變，如核糖核酸酶空間結構變化與功能關系、血紅蛋白空間結構變化與功能關系以及調(diào)節(jié)酶結構變化與酶活性變化等。 II 習 題一、 名詞解釋 １．Ｎ端與Ｃ端: ２．蛋白質(zhì)一級結構: ３．氨基酸殘基: ４．Ｓn=: ５．肽單位、肽平面: ６．寡聚蛋白: ７．蛋白質(zhì)變性: 8．超二級結構與結構域:二、是非題 判斷下列各句話意思的正確與否，正確的在題后括號內(nèi)畫“√”，錯誤 的畫“”，如果是錯誤的，請說明其理由，它們至少含有一個不對稱碳原子。，但在蛋白質(zhì)中所發(fā)現(xiàn)的氨基酸均為Ｌ－型。，不能引起偏振光平面的偏轉。，蛋白質(zhì)的空間結構主要是由它的一級結構所決定的。，當其酸性氨基酸數(shù)目等于堿性氨基酸數(shù)目時，此蛋白質(zhì)樣品的等電點pH是７。，兩者的功能雖然不同，但它們的作用機制相同，都是通過鐵離子化合價的變化來實現(xiàn)的。 17．蛋白質(zhì)構象的變化伴隨自由能的變化，最穩(wěn)定的構象自由能最低。18．剛性平面結構的肽單位是蛋白質(zhì)主鏈骨架的重復單位。19．蛋白質(zhì)分子的亞基就是蛋白質(zhì)的結構域。20．脯氨酸不能維持α—螺旋，凡有脯氨酸的部位肽鏈都發(fā)生彎轉。21．有機溶劑引起蛋白質(zhì)變性的主要原因之一是降低介質(zhì)的介電常數(shù)。22．血紅蛋白比肌紅蛋白攜氧能力高，這是因為它有多個亞基。23．蛋白質(zhì)和酶原的激活過程說明蛋白質(zhì)的一級結構變化與蛋白質(zhì)的功能密切相關。24．肌紅蛋白和血紅蛋白的α和β鏈有共同的三級結構。 三、填空題 １．組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，其中，必須氨基酸有 種，即 。２．通用氨基酸除 外都有旋光性； 在穩(wěn)定許多蛋白質(zhì)結構中起重要作用，因為它可參與形成鏈內(nèi)和鏈間的共價鍵。３．氨基酸結構上的共同點是：(1) ,(2) ，(3) 。６．蛋白質(zhì)的主鏈構象單元有 ， ， ， 四種。８．在典型的α－螺旋結構中，一個氨基酸的氨基氫與其前面第 個氨基酸殘基的羰基氧形成氫鍵，在此封閉體系內(nèi)，共含有 個原子。9．在正常生理條件下(pH＝7)，蛋白質(zhì)分子中 和 的側鏈部分帶正電荷。11．球蛋白分子中 基團排列在外部， 基團排列在分子的內(nèi)部。14．用紫外光吸收法測定蛋白質(zhì)含量的依據(jù)是所有的蛋白質(zhì)分子中都含有 、 和 三種氨基酸。15． 1965年中國科學家完成了由51個氨基酸殘基組成的 合成。16．目前己知的超二級結構有 、 、 和 四種基本形式。l7．維持蛋白質(zhì)三級結構的作用力是 ， ， 和鹽鍵。19．，A1a，G1u，Lys，Arg和Ser的混合物進行紙電泳，向陽極移動 快的是 ；向陰極移動最快的是 和 ；移動很慢接近原點的是 ， 和 。 四、選擇題１．在生理ＰH條件下，帶正電荷的氨基酸是： Ａ Ala Ｂ Try Ｃ Trp Ｄ Lys２．下列哪些氨基酸只含非必須氨基酸： Ａ 芳香族氨基酸 Ｂ 堿性氨基酸 Ｃ 酸性氨基酸 Ｄ 支鏈氨基酸３．下列哪些蛋白質(zhì)是不溶于水的？ Ａ 血紅蛋白 Ｂ 酶 Ｃ 抗體 Ｄ 膠原蛋白４．細胞色素氧化酶除含有血色素輔基外，還含有： Ａ 銅 Ｂ 鐵 Ｃ 鎂 Ｄ 鋅５．蛋白質(zhì)在280nm有最大光吸收，主要是因為其中含有： Ａ Phe Ｂ Tyr Ｃ His Ｄ Trp６．pＩ在pH７附近的ＡＡ是： Ａ Ser Ｂ Glu Ｃ Asn Ｄ His８．維持蛋白質(zhì)空間結構穩(wěn)定的主要因素是： Ａ 疏水作用 Ｂ 氫鍵 Ｃ 范德華作用力 Ｄ 鹽鍵 10．在效應物作用下，蛋白質(zhì)產(chǎn)生的變構(或別構)效應是由于蛋白質(zhì)的 A 一級結構發(fā)生變化 B 構型發(fā)生變化 C 構象發(fā)生變化 D 氨基酸序列發(fā)生變化 11．下列具有協(xié)同效應的蛋白質(zhì)是： A 肌紅蛋白 B 血紅蛋白 C 絲心蛋白 D 彈性蛋白 12．同源蛋白是指： A 來源相同的各種蛋白質(zhì) B 來源不同的同一種蛋白質(zhì) C 來源相同的同一種蛋白質(zhì) D 來源不同的各種蛋白質(zhì)13．如下哪些敘述是正確的： Ａ 肽鍵中的Ｃ－Ｎ具有部分雙鍵性質(zhì)； Ｂ 肽單位中的六個原子處在一個平面上； Ｃ 兩個相鄰近的α－碳呈反式分布；