第四章 蛋白質(zhì)范本

1、祝大家07年生物考研取得優(yōu)異成績(jī)學(xué)子272646652xuezi003@21第四章蛋白質(zhì)提要一.概念簡(jiǎn)單蛋白、結(jié)合蛋白、基本氨基酸、等電點(diǎn)、甲醛滴定法、Edman降解、一級(jí)結(jié)構(gòu)、肽鍵、構(gòu)型與構(gòu)象、二面角、二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)、亞基、別構(gòu)蛋白、分子病、水化層、雙電層、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性、鹽析與鹽溶二.氨基酸分類、基本氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類、名稱、符號(hào)、化學(xué)反應(yīng)、鑒定、蛋白質(zhì)的水解三.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、測(cè)

2、定步驟、常用方法、酶二級(jí)結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)主要靠疏水鍵維持四級(jí)結(jié)構(gòu)變構(gòu)現(xiàn)象結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化對(duì)功能的影響、典型蛋白質(zhì)四.蛋白質(zhì)的性質(zhì)分子量的測(cè)定方法、酸堿性、溶解性、變性、顏色反應(yīng)第一第一節(jié)蛋白蛋白質(zhì)通論一、蛋白質(zhì)的功能多樣性蛋白質(zhì)是原生質(zhì)的主要成分，任何生物都含有蛋白質(zhì)。自然界中最小、最簡(jiǎn)單的生物是病毒，它是由蛋白質(zhì)和核酸組成的。沒有蛋白質(zhì)也就沒有生命。自然界的生物多種多樣，因而蛋白質(zhì)的種類和功能也十分

3、繁多。概括起來(lái)，蛋白質(zhì)主要有以下功能：1.催化功能生物體內(nèi)的酶都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，它們有機(jī)體新陳代謝的催化劑。沒有酶，生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)就無(wú)法正常進(jìn)行。例如，沒有淀粉酶，淀粉就不能被分解利用。2.結(jié)構(gòu)功能蛋白質(zhì)可以作為生物體的結(jié)構(gòu)成分。在高等動(dòng)物里，膠原是主要的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)蛋白，參與結(jié)締組織和骨骼作為身體的支架，占蛋白總量的14。細(xì)胞里的片層結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等都是由不溶性蛋白與脂類組成的。動(dòng)物的毛發(fā)和指甲都是由角

4、蛋白構(gòu)成的。3.運(yùn)輸功能脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞中的血紅蛋白和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)的血藍(lán)蛋白在呼吸過程中起著運(yùn)輸氧氣的作用。血液中的載脂蛋白可運(yùn)輸脂肪，轉(zhuǎn)鐵蛋白可轉(zhuǎn)運(yùn)鐵。一些脂溶性激素的運(yùn)輸也需要蛋白，如甲狀腺素要與甲狀腺素結(jié)合球蛋白結(jié)合才能在血液中運(yùn)輸。4.貯存功能某些蛋白質(zhì)的作用是貯存氨基酸作為生物體的養(yǎng)料和胚胎或幼兒生長(zhǎng)發(fā)育的原料。此類蛋白質(zhì)包括蛋類中的卵清蛋白、奶類中的酪蛋白和小麥種子中的麥醇溶蛋白等。肝臟中的鐵蛋白可將血液中多余的鐵儲(chǔ)存起來(lái)，

5、供缺鐵時(shí)使用。5.運(yùn)動(dòng)功能肌肉中的肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的必要成分，它們構(gòu)象的改變引起肌肉的收縮，帶動(dòng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)。細(xì)菌中的鞭毛蛋白有類似的作用，它的收縮引起鞭毛的擺動(dòng)，從而使細(xì)菌在水中游動(dòng)。6.防御功能高等動(dòng)物的免疫反應(yīng)是機(jī)體的一種防御機(jī)能，它主要也是通過蛋白質(zhì)（抗體）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。凝血與纖溶系統(tǒng)的蛋白因子、溶菌酶、干擾素等，也擔(dān)負(fù)著防御和保護(hù)功能。7.調(diào)節(jié)功能某些激素、一切激素受體和許多其他調(diào)節(jié)因子都是蛋白質(zhì)。8.信息傳遞功能生物體內(nèi)

6、的信息傳遞過程也離不開蛋白質(zhì)。例如，視覺信息的傳遞要有視紫紅質(zhì)參與，感受味道需要味覺蛋白。視桿細(xì)胞中的視紫紅質(zhì)，只需1個(gè)光子即可被激發(fā)，產(chǎn)生視覺。9.遺傳調(diào)控功能遺傳信息的儲(chǔ)存和表達(dá)都與蛋白質(zhì)有關(guān)。DNA在儲(chǔ)存時(shí)是纏繞在蛋白質(zhì)（組蛋白）上的。有些蛋白質(zhì)，如阻遏蛋白，與特定基因的表達(dá)有關(guān)。β－半乳糖苷酶基因的表達(dá)受到一種阻遏蛋白的抑制，當(dāng)需要合成β－半乳糖苷酶時(shí)經(jīng)過去阻遏作用才能表達(dá)。10.其他功能某些生物能合成有毒的蛋白質(zhì)，用以攻擊或自

7、衛(wèi)。如某些植物在被昆蟲咬過以后會(huì)產(chǎn)生一種毒蛋白。白喉毒素可抑制生物蛋白質(zhì)合成。二、蛋白質(zhì)的分類（一）按分子形狀分類1.球狀蛋白外形近似球體，多溶于水，大都具有活性，如酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、蛋白激素、抗體等。球狀蛋白的長(zhǎng)度與直徑之比一般小于10。2.纖維狀蛋白外形細(xì)長(zhǎng)，分子量大，大都是結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原蛋白，彈性蛋白，角蛋白等。纖維蛋白按溶解性可分為可溶性纖維蛋白與不溶性纖維蛋白。前者如血液中的纖維蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等，后者如膠原蛋白，彈性蛋

8、白，角蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白。（二）按分子組成分類1.簡(jiǎn)單蛋白完全由氨基酸組成，不含非蛋白成分。如血清清蛋白等。根據(jù)溶解性的不同，可將簡(jiǎn)單蛋白分為以下7類：清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、祝大家07年生物考研取得優(yōu)異成績(jī)學(xué)子272646652xuezi003@23（三）非蛋白質(zhì)氨基酸自然界中還有150多種不參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。它們大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D氨基酸或β、γ、δ氨基酸。這些氨基酸中有些是重要的代謝物前體或中間產(chǎn)物，如

9、瓜氨酸和鳥氨酸是合成精氨酸的中間產(chǎn)物，β丙氨酸是遍多酸（泛酸，輔酶A前體）的前體，γ氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)。二、氨基酸的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)α氨基酸都是白色晶體，每種氨基酸都有特殊的結(jié)晶形狀，可以用來(lái)鑒別各種氨基酸。除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中。脯氨酸和羥脯氨酸還能溶于乙醇或乙醚中。除甘氨酸外，α氨基酸都有旋光性，α碳原子具有手性。蘇氨酸和異亮氨酸有兩個(gè)手性碳原子。從蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸都是L型。但在生物體內(nèi)特別是細(xì)菌中，

10、D氨基酸也存在，如細(xì)菌的細(xì)胞壁和某些抗菌素中都含有D氨基酸。三個(gè)帶苯環(huán)的氨基酸有紫外吸收，F(xiàn):257nmε=200Y:275nmε=1400W:280nmε=5600。通常蛋白質(zhì)的紫外吸收主要是后兩個(gè)氨基酸決定的，一般在280nm。氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，在水溶液中以偶極離子的形式存在。所以氨基酸晶體是離子晶體，熔點(diǎn)在200℃以上。氨基酸是兩性電解質(zhì)，各個(gè)解離基的表觀解離常數(shù)按其酸性強(qiáng)度遞降的順序，分別以K1’、K2’來(lái)表示。

11、當(dāng)氨基酸分子所帶的凈電荷為零時(shí)的pH稱為氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。等電點(diǎn)的值是它在等電點(diǎn)前后的兩個(gè)pK’值的算術(shù)平均值。氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)可看作多元弱酸，各解離基團(tuán)的表觀解離常數(shù)按酸性減弱的順序，以pK1’、pK2’、pK3’表示。氨基酸可作為緩沖溶液，在pK’處的緩沖能力最強(qiáng)，pI處的緩沖能力最弱。氨基酸的滴定曲線如圖。（二）化學(xué)性質(zhì)1.氨基的反應(yīng)（1）?；被膳c酰化試劑，如酰氯或酸酐在堿性溶液中反應(yīng)，生成酰胺。該反應(yīng)在多肽合成中可用

12、于保護(hù)氨基。（2）與亞硝酸作用氨基酸在室溫下與亞硝酸反應(yīng)，脫氨，生成羥基羧酸和氮?dú)狻Ｒ驗(yàn)椴范加羞@個(gè)反應(yīng)，所以賴氨酸的側(cè)鏈氨基也能反應(yīng)，但速度較慢。常用于蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾、水解程度測(cè)定及氨基酸的定量。（3）與醛反應(yīng)氨基酸的α氨基能與醛類物質(zhì)反應(yīng)，生成西佛堿C=N。西佛堿是氨基酸作為底物的某些酶促反應(yīng)的中間物。賴氨酸的側(cè)鏈氨基也能反應(yīng)。氨基還可以與甲醛反應(yīng)，生成羥甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶極離子形式存在，所以不能用酸堿滴定測(cè)定含量

13、。與甲醛反應(yīng)后，氨基酸不再是偶極離子，其滴定終點(diǎn)可用一般的酸堿指示劑指示，因而可以滴定，這叫甲醛滴定法，可用于測(cè)定氨基酸。（4）與異硫氰酸苯酯(PITC)反應(yīng)α氨基與PITC在弱堿性條件下形成相應(yīng)的苯氨基硫甲酰衍生物（PTCAA），后者在硝基甲烷中與酸作用發(fā)生環(huán)化，生成相應(yīng)的苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTHAA）。這些衍生物是無(wú)色的，可用層析法加以分離鑒定。這個(gè)反應(yīng)首先為Edman用來(lái)鑒定蛋白質(zhì)的N末端氨基酸，在蛋白質(zhì)的氨基酸順序分析方面占有

14、重要地位。（5）磺?；被崤c5(二甲胺基)萘1磺酰氯(DNSCl)反應(yīng)，生成DNS氨基酸。產(chǎn)物在酸性條件下(6NHCl)100℃也不破壞，因此可用于氨基酸末端分析。DNS氨基酸有強(qiáng)熒光，激發(fā)波長(zhǎng)在360nm左右，比較靈敏，可用于微量分析。（6）與DNFB反應(yīng)氨基酸與24二硝基氟苯(DNFB)在弱堿性溶液中作用生成二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸）。這一反應(yīng)是定量轉(zhuǎn)變的，產(chǎn)物黃色，可經(jīng)受酸性100℃高溫。該反應(yīng)曾被英國(guó)的Sanger用來(lái)測(cè)

15、定胰島素的氨基酸順序，也叫桑格爾試劑，現(xiàn)在應(yīng)用于蛋白質(zhì)N末端測(cè)定。（7）轉(zhuǎn)氨反應(yīng)在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，氨基酸可脫去氨基，變成相應(yīng)的酮酸。2.羧基的反應(yīng)羧基可與堿作用生成鹽，其中重金屬鹽不溶于水。羧基可與醇生成酯，此反應(yīng)常用于多肽合成中的羧基保護(hù)。某些酯有活化作用，可增加羧基活性，如對(duì)硝基苯酯。將氨基保護(hù)以后，可與二氯亞砜或五氯化磷作用生成酰氯，在多肽合成中用于活化羧基。在脫羧酶的催化下，可脫去羧基，形成伯胺。3茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮在微酸