1、第四章 蛋白质一.蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质1.酶：作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必须，酶的另一化学本质是 RNA，不过它比蛋白质差远了，种类、速度、数量。2.免疫系统：防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体），发炎。细胞免疫：T 细胞本身，分化，脓细胞。体液免疫：B 细胞，释放抗体，导弹，免疫球蛋白（Ig）。3.肌肉：肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。4.运输和储存氧气：Hb 和 Mb。5.激素：含氮类激素，固醇类激素。6.基因表达调节：操纵子学说，阻遏蛋白。7.生长因子：EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长
2、因子），促使细胞分裂。8.信息接收：激素的受体，糖蛋白，G 蛋白。9.结构成分：胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定的。10.精神、意识方面：记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。11.蛋白质是遗传物质？只有不确切的少量证据。如库鲁病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。二.构成蛋白质的元素1. 共有的元素有 C、H、O、N， 其次 S、稀有 P 等2. 其中 N 元素的含量很稳定，16，因此，测 N 量就能算出蛋白质的量（实验四，修改预定表）。三.结构层次1. 一级结构：AA 顺序2. 二级结构：主干的
3、空间走向3. 三级结构：肽链在空间的折叠和卷曲形成的形状，所有原子在空间的排布。4. 四级结构：多条肽链之间的作用。 1.氨基酸 蛋白质的结构单位、水解产物一.氨基酸的结构通式：P50-碳原子， -羧基，-氨基氨基酸的构型：自然选择 L 型， D 型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。二.氨基酸的表示法生物体中有 20 种基本氨基酸（合成蛋白质的原料），还有其它非基本氨基酸，20 种基本氨基酸的表示方法有下列几种：1. 中文名：X （X ）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20 种要会背。2. 英文名：3 字名，如 Gly、Cys 等，20 种要会背。3
4、. 按顺序演示，记忆技巧。Ala Arg Asp Asn Cys Glu Gln Gly His Ile丙 精 天 天冬酰氨 半 谷 谷氨酰氨 甘 组 异亮Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val亮 赖 甲硫 苯丙 脯 丝 苏 色 酪 缬三.氨基酸的具体结构：20 种全部记住，仅注意 R。P5153讲解顺序：甘 Gly（最特殊，唯一无旋光性）、丙 Ala（顾名思义）、苯丙 Phe（顾名思义）。酪 Tyr（有 -苯酚基）、半胱 Cys（- 巯基）、丝 Ser（- 羟基）、苏 Thr（-羟基）、天冬 Asp（酸性氨基酸，- 羧基）、天冬酰氨 Asn（-酰氨）、
5、色 Trp（-吲哚基P66）、组 His（-咪唑基 P66）。谷 Glu（酸性氨基酸，-羧基）、谷氨酰氨 Gln（- 酰氨）、甲硫 Met（-甲硫基）。金 Arg（-胍基 P66）。赖 Lys（碱性氨基酸，-氨基）。缬 Val、亮 Leu、异亮 Ile：都是烷烃链。脯 Pro（亚氨基）。四.氨基酸的分类1.结构上脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2 羧基 1 氨基：Glu 、Asp），碱性氨基酸（2 氨基 1羧基：Arg、Lys ），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）芳香族氨基酸：含苯环：Phe、Tyr杂环氨基酸： His（也是碱性氨基酸）、Pro、Trp2.R 基的极性极性氨基酸：亲水氨基酸：溶解性较
6、好，酸性氨基酸、碱性氨基酸、含巯基、羟基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His 、Cys、Ser、Thr、Tyr 、Gln 、Asn非极性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性较差，具有烷烃链、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala 、 Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp3.营养价值必需氨基酸：人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有 8 种：Leu、Lys、Met 、Phe、Ile、Trp、Thr、Val半必需氨基酸：人和哺乳动物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有 2 种：Arg
7、、His。有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有 10 种。记法：Tip MTV Hall非必需氨基酸：人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余 10 种从营养价值上看，必需半必需非必需五.非基本氨基酸1. 氨基酸的衍生物：蛋白质化学修饰造成的，有 P-Ser、P-Thr 、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最为重要的是 Cyss 胱氨酸，是由 2 分子 Cys 通过二硫建连接起来的，P542. 非蛋白氨基酸：仅游离存在，瓜氨酸、鸟氨酸、-丙氨酸3. D-氨基酸：缬氨霉素、短杆菌肽中含有。六.氨基酸的性质1. 物理性质紫外吸收：有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在 2
8、0 种基本 aa 中，有 4 种是具有共轭双键的，Trp、Tyr、Phe 、His ，其中 His 只有 2 个双键共轭，紫外吸收比较弱，Trp、Tyr、Phe 均有 3 个双键共轭，紫外吸收较强，其中 Trp 的紫外吸收最厉害，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者，此 3 种氨基酸的紫外吸收特点如下：Aa（氨基酸） m（最大吸收波长： nM） E（消光系数： A/Mol/L）Phe 257 2*102Tyr 275 1.4*103Trp 280 5.6*103旋光性：仅 Gly 不具旋光性，其它 19 种都有，且自然选择为 L-型。溶解性：溶解于水，特别是稀酸稀碱溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂
9、。熔点：均大于 200，也就是说氨基酸都是固态，而同等分子量的其它有机物则是液态，这说明了氨基酸与氨基酸之间的结合力很强，是离子键，即氨基酸是以离子状态存在的，而不是以中性分子存在的。2.化学性质解离和等电点：氨基酸是个两性电解质，既可进行酸解离也可进行碱解离，用解离方程式表示就是：见 P57，这样，氨基酸在水溶液中就可能带电，+或- ，以及呈电中性，到底是什么情况，完全由溶液的 PH 值来决定。等电点：如果调节溶液的 PH 值使得其中的氨基酸呈电中性，我们把这个 PH 值称为氨基酸的等电点：PI。PI 是氨基酸的重要常数之一，它的意义在于，物质在 PI 处的溶解度最小，是分离纯化物质的重要手
10、段。思考题：当溶液的 PH 值PI 时，aa 带电为+/- ？当溶液的 PH 值=等电点的计算：对于所有的 R 基团不解离的氨基酸而言（即解离只发生在 -羧基和-氨基上），计算起来非常简单：PI（PK1 +PK2）/2若是碰到 R 基团也解离的，氨基酸就有了多级解离，这个公式就不好用了，比如 Lys、Glu、Cys 等。aa Cys Asp Glu Lys His ArgPK -羧基 1.71 2.69 2.19 2.18 1.82 2.19PK -氨基 8.33 9.82 9.67 8.95 9.17 9.04PK-R-基团 10.78（-SH） 3.86（-COOH） 4.25（- COO
11、H） 10.53（-NH2） 6（咪唑基） 12.48（胍基）在这种情况下可以按下面的步骤来计算：由 PK值判断解离顺序，总是 PK1 按照解离顺序正确写出解离方程式：简式，注意解离基团的正确写法。找出呈电中性的物质，其左右 PK值的平均值就是氨基酸的等电点：PI（PK 左+PK 右）/2以 Lys 为例：在黑板上用简式演示等电点的测定：等电聚焦法：这是一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的 PH 梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的 PH 与氨基酸的 PI 不同，则氨基酸就会带电，PH 值PI 时，aa 带-电；PH 值氨基酸的重要化学反应反应基团 试剂 主要产物 应用 P-NH2 茚三酮
12、 紫色、红色物 对氨基酸显色 63NH2 茚三酮 黄色物 Pro 的鉴定 -NH2 HNO2 N2 等 游离 aa 定量，蛋白质水解程度 59-NH2 DNFB 二硝基氟苯 Sanger 试剂 DNP-aa 二硝基苯黄色物 蛋白质 N 端测定一级结构分析标准图谱 6181-NH2 PITC 苯异硫氰酸酯 Edman 试剂 PTC-aa 在无水的酸中环化成 PTH-aa 蛋白质N 端测定一级结构分析 aa 顺序自动分析仪标准图谱 82-NH2 甲醛 羟甲基-aa 和二羟甲基-aa 甲醛滴定 aa 含量（封闭氨基） 60Arg 的胍基 -萘酚次溴酸钠坂口试剂 桃红色物 鉴定 Arg Met 的 -
13、S-CH3 H2O2 过氧化物 吸烟有害，烟中的过氧化物，弹性蛋白酶，抑制剂 Met，肺气肿。 Cys 的-SH 碘代乙酸 ICH2COOH 过甲酸 HCOOOH 乙酸硫基 HOOC-CH2-S-磺基 HS3O- 肽链拆分，作用与 CYSS 上的二硫键 65His 的咪唑基 重氮苯磺酸 Pauly 试剂 樱红色物（1His 连 2 重） 鉴定 His 65-66Tyr 的酚基 重氮苯磺酸 Pauly 试剂 桔黄色物 鉴定 Tyr Tyr 的酚基 磷钼酸、磷钨酸 Folin 试剂 兰色物质 定量测定蛋白质、Tyr Trp 的吲哚基 对二甲基氨基苯甲醛 兰色物质 鉴定 Trp -OHSer、Thr
14、、Tyr 激酶、 ATP P-aa 调节酶的活性，测定酶的活性中心 652.肽一.肽与肽键氨基酸的羧基与另一氨基酸氨基脱水缩合形成的化合物就是肽，其实就是一种酰胺化合物，其酰胺键就是肽键，它的特点是刚性平面、反式构型。见补页。肽中的氨基酸叫氨基酸残基，几个氨基酸残基就叫几肽。二.肽的种类寡肽：2-10，无构象，谷胱甘肽是 3 肽多肽：10-50，介于之间，胰高血糖素是 29 肽蛋白质：50 以上，有特定的构象，胰岛素是 51 肽三.肽的表示法1. N 端、C 端的概念：肽链的两个端点，N 端的氨基酸残基的 -氨基未参与肽键的形成，C 端的氨基酸残基的 -羧基未参与肽键的形成。2. 写法和读法：
15、规定书写方法为 N 端C 端，例如：Ala-Gly-Phe，读作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。注意有时会看到一些奇怪的写法，比如：NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或 H-Ala-Gly-Phe-OH，均属于画蛇添足，但 Ala-Gly-Phe- NH2 则表示 C 端被酰胺化了。若有必要从 C 端N 端写，则必须标明，如（C）Phe- Gly Ala（N）四.肽的性质1.酸碱性：肽至少有一个游离的氨基和游离的羧基，也是两性化合物，至少有 2 级解离，通常都有多级解离。因此，肽在水溶液中也能够带电，也有自己的等电点 PI，其计算与测定完全同氨基酸的。例如：谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，其
16、结构见 P72，注意 Glu-Cys 之间的肽键（-，而不是正常的 -），各解离基团的 PK值见 P72，PI （ 2.13+2.34）/22.235，很酸。2.双缩脲反应：见笔记 P33，双缩脲（相似于三肽，即 2 个肽键）、碱性铜离子、紫红色化合物。凡大于三肽的肽都能发生此反应，2 肽不行。3.水解反应：肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下：酸水解：浓酸（6N 以上，解释一下 NM/价），高温（110以上），长时（24-36 小时），污染，Trp 遭到破坏，不消旋，水解彻底碱水解：浓碱（6N 以上），高温（ 100以上），6 小时，污染，含-OH 和-SH 的氨基酸均遭到破坏，Ser、T
17、hr 、Tyr 、Cys ，消旋，水解彻底。酶水解：胰酶，常温常压，常 PH，不消旋、不破坏、不彻底。常用的蛋白酶，即工具酶：外切酶：氨肽酶：从 N 端开始一个个水解肽键羧肽酶：从 C 端开始一个个水解肽键：羧肽酶 A：Arg、Lys、Pro 除外的氨基酸残基羧肽酶 B：仅 Arg、Lys羧肽酶 C：所有的氨基酸残基内切酶：胰蛋白酶：仅作用于 Arg、Lys 的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。产物为 C 端 Arg、Lys 的肽链。糜蛋白酶：仅作用于含苯环的氨基酸的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。 Trp、Tyr、Phe ，产物为 C 端 Trp、Tyr 、Phe 的肽链。五.肽的
18、实例1.谷胱甘肽：其结构见 P72，注意 Glu 与 Cys 的连接（-，而不是正常的 -），还原型 GSH 和氧化型 GSSG，多种酶的激活剂，参与体内多项代谢，主要作用是还原剂，消除体内的自由基（过氧化物，抽烟，黑坳）。2.催产素和加压素：9 肽或环 8 肽，都是脑垂体后叶激素，结构见生化制药工艺P？都有升血压、抗利尿、刺激子宫收缩、排乳的作用，催产素促进遗忘，加压素增强记忆。3.短杆菌肽和缬氨霉素4.促甲状腺素释放因子：TRF，是个三肽，TRF 促甲状腺素 甲状腺素5.胰高血糖素：29 肽，存在，见 生化制药工艺P？，升高血糖，作用同肾上腺素。3.蛋白质一.种类和性质1.种类组成上分：简
19、单蛋白：仅由 aa 构成结合蛋白：简单蛋白与其它生物分子的结合物，糖蛋白（共价）、脂蛋白（非共价）形态上分：球蛋白：长/宽34，血红蛋白纤维蛋白：长/宽10，血纤蛋白、丝蛋白功能上分：酶、抗体、运输蛋白、激素等理化性质上分：HDL 、VHDL 、LDL、VLDL构象上分：国际上有蛋白质构象库。2.性质紫外吸收：280nm，贡献者是 Trp、Tyr 、Phe，最主要的是 Trp，核酸的紫外吸收峰在 260nm。两性解离：有 PI，不能计算，只能测定（等电聚焦）。等电点沉淀法：PI 处蛋白质的溶解度最低。胶体性质：大分子，多于 51 个 aa 残基，最小平均分子量为 5000D；在水中能两性解离故
20、而带电，又亲水，所以是胶体，分散好。有电泳、布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜等等典型的胶体性质。沉淀反应：凡是能破坏水化膜以及能中和电荷的物质均可使蛋白质沉淀等电点沉淀：PH 值，中和电荷盐析：高浓度的盐溶液使蛋白质沉淀，离子中和电荷，如(NH4)2SO4盐溶：低浓度的盐溶液使蛋白质溶解，蛋清的溶解。有机溶剂沉淀：降低溶液的介电常数。蛋白质变性：蛋白质在某些外界因素的影响下，理化性质改变、生物活性丧失的现象。这些因素包括热、酸、碱、有机剂等。蛋白质变性理论：吴宪，1931 年提出。蛋白质的功能直接由蛋白质的构象来决定，某些外界因素改变了蛋白质的独特构象，因而使生物活性丧失。但不改变蛋白质的
21、一级结构（即共价结构）。蛋白质的变性与水解是不同的。当环境条件恢复时，蛋白质的生物活性有可能也恢复，这就是蛋白质的复性。这一理论在实践中有很重要的指导意义，能够解释酶为什么有最适的 PH 和最适的温度。蛋白质的颜色反应：可以用来定量定性测定蛋白质双缩脲反应：红色，m540nm黄色反应：与 HNO3 的反应，生成硝基苯，呈黄色。皮肤遇到 HNO3 的情况，白黄橙黄。米伦氏反应：与 HgNO3 或 HgNO2 的反应，呈黄色，原理同上。与乙醛酸的反应：红色，Trp 的吲哚基的特定反应。坂口反应：红色，Arg 的胍基的反应。福林反应：蓝色，是 Tyr 的酚基与磷钼酸和磷钨酸的反应。印三酮反应：紫红色
22、Pauly 反应：樱红色，His 的咪唑基。二.蛋白质的一级结构及其测定1.蛋白质的结构层次：1 、2、超 2、结构域、3、42.一级结构：即蛋白质的共价结构或平面结构，核心内容就是 aa 的排列顺序，它的改变涉及到蛋白质共价键的破坏和重建。一级结构的全部内容包括：肽链的个数、aa 的顺序、二硫键的位置、非 aa 成分。3.蛋白质一级结构的测定间接法：通过测定蛋白质之基因的核苷酸顺序，用遗传密码来推断 aa 的顺序。这是因为核苷酸的测序比蛋白质的测序工作要更方便、更准确。直接法：用酶和特异性试剂直接作用于蛋白质而测定出 aa 顺序。第一步：前期准备分离纯化蛋白质：纯度要达到 97以上才能分析准
23、确。蛋白质分子量的测定：渗透压法、凝胶电泳法（聚丙烯酰胺、SDS ）、凝胶过滤法、超离心法等aa 组成的测定：氨基酸自动分析仪肽链拆分：非共价键的如氢键、离子键、疏水键、范德华力 4 种，可用尿素或盐酸胍等有机溶液来拆分。共价键的仅二硫键 1 种，可用巯基乙醇、碘代乙酸、过甲酸来拆分。第二步：肽链的端点测定N 端测定：Sanger 法，DNFBDNP-肽水解乙醚萃取层析鉴定Edman 法，PITCPTC-肽PTH-aa层析鉴定C 端测定：肼解法，P83，唯有 C 端 aa 与众不同，酰肼化合物与游离 aa，再通过Sanger 法来鉴定。Asn、Gln、Cys、Arg 将被肼破坏，不能分析。羧肽
24、酶法：配合动力学控制。羧肽酶 A：Arg、Lys、Pro 除外的氨基酸残基羧肽酶 B：仅 Arg、Lys羧肽酶 C：所有的氨基酸残基每条肽链 aa 顺序的测定： aa 顺序自动分析仪只能准确测定 50aa 以下的肽链，而一般的蛋白质都含有 100 以上的 aa 残基，所以，事先要将蛋白质打断成多肽甚至寡肽，再上机分析，而且要 2 套以上，便于以后拼接。常用的工具酶和特异性试剂有：胰蛋白酶：仅作用于 Arg、Lys 的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。糜蛋白酶：仅作用于含苯环的氨基酸的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。 Trp、Tyr、PheCNBr：仅作用于 Met 的羧基与别的氨基酸
25、的氨基之间形成的肽键。拼接：将 2 套多肽的 aa 顺序对照拼接，举例：15698735125698452315 698735 125 69845 231569 873512569 84523第四步：二硫键位置的确定：包括链内和链间二硫键的位置，用对角线电泳来测。在肽链未拆分的情况下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫键连着的多肽产物。先进行第一向电泳，将产物分开。再用过甲酸、碘代乙酸、巯基乙醇处理，将二硫键打断。最后进行第二向电泳，条件与第一向电泳完全相同。选取偏离对角线的样品（多肽或寡肽），它们就是含二硫键的片段，上机测 aa 顺序，根据已测出的蛋白质的 aa 顺序，把这些片段进行定位，就能找
26、到二硫键的位置。如下图：4.蛋白质一级结构测定的意义分子进化：将不同生物的同源蛋白质的一级结构进行比较，以人的为最高级，从而确定其它物种的进化程度，也可以制成进化树，由于这是由数据决定的，因此比形态上确定的进化更加科学和精确。证明了一个理论，即蛋白质的一级结构决定高级结构，最终决定蛋白质的功能。疾病的分子生物学：镰刀型贫血症的内因是血红蛋白的 6Val ，正常的血红蛋白的6Glu三.蛋白质的二级结构1.二级结构概论二级结构的定义：肽链主干在空间的走向。主干指的是肽平面与 -C 构成的链子，见 P95。二级结构的内容：空间走向以及维持这种走向的力量：氢键和 R 基团的影响（离子键、疏水键、空间障
27、碍等）二级结构的数学描述： 角：肽平面绕 N-C 单键旋转的角度 角：肽平面绕 C-C 羧基单键旋转的角度，见 P95。至于+-方向的规定，0 度角的规定太复杂，不作要求。这样，一个肽平面的空间位置可以被 2 个二面角来确定，如果每个肽链的两个二面角（,）都相同，则构成了规则的空间走向，所以可以用（,）来描述肽链的二级结构。2.二级结构的常见类型Pauling 的贡献， X 光衍射法是研究蛋白质构象的最好技术，羊毛蛋白和蚕丝蛋白，单调一致，诺贝尔化学奖。-右手螺旋-螺旋即像弹簧一样的螺旋，有右手与左手之分，自然选择蛋白质的 -螺旋为右手螺旋。示范。-右手螺旋的数据：每一圈含有 3.6 个 aa
28、 残基（或肽平面），见 P96 的 b，每一圈高5.4，即每一个 aa 残基上升 1.5，旋转了 100 度，2 个二面角（,）（-570 ，-480）。维持 -右手螺旋的力量是链内氢键，它产生于一个肽平面的 C=O 与相邻一圈的在空间上邻近的另一个肽平面的 N-H 之间，见 P96b，它的方向平行于螺旋轴，因此，-右手螺旋的外观是个筒状的帘子，见 P96c。每个氢键串起的长度为 3.6 个肽平面或 3.6 个 aa残基，被氢键串起来的这个环上含有 13 个原子，故 -右手螺旋也被称为 3.613 螺旋。R 基团对 -右手螺旋的影响：破坏者 Pro，该处折断，因为亚氨基不能形成氢键；不稳定者酸
29、性、碱性、太大、太小：Glu 、Asp 、Arg、Lys、Gly、Ile。其它都是起稳定作用的。分布：毛发中的 -角蛋白，例如头发中的 - 角蛋白。见沈同 P155。-折叠：肽链在空间的走向为锯齿折叠状，见 P97。跟纤维素的相似。二面角（,）（-119，+113）。维持 -折叠的力量：链间的氢键，它产生于一个肽平面的 C=O 与相邻肽链的在空间上邻近的另一个肽平面的 N-H 之间，见 P98，两条肽链上的肽平面互相平行，形成片层结构。见 P97。-折叠有平行式和反平行式两种见 P98。平行式：两条链的走向相同，N-CN-C反平行式：两条链的走向相反，N-CC-N反平行式的 -折叠比平行式的更
30、稳定一条肽链回折后就可形成两条走向相反肽段，就可以形成反平行式的 -折叠，-折叠不限于两条肽链之间，多条肽链可以形成很宽的 -折叠片层，片层与片层之间以范德华力相互作用，形成厚厚的垫子。-右手螺旋与 - 折叠相比更具弹性，不易拉断， -折叠易拉断， -右手螺旋经加热后可变成 -折叠，长度增加，毛衣越洗越长也是这种变化。左手螺旋：存在于胶原蛋白中，aa 残基组成为（-Gly-Pro-Y-），Y 为 HyPro 或HyLys 靠链间氢键和范德华力来维持。见沈同 P158。U 型回折：也叫 - 转角，肽链在某处回折 1800 所形成的结构。这个结构包括的长度为 4 个 aa 残基，其中的第三个为 G
31、ly，稳定该结构的力量是第一和第四个 aa 残基之间形成的氢键。在黑板上演示。310 螺旋：是 -右手螺旋的过渡形式，又廋又长，每个氢键串起的长度为 3 个肽平面或 3.6 个 aa 残基，被氢键串起来的这个环上含有 10 原子。无规卷曲：无固定的走向，但也不是任意变动的，它的 2 个二面角（, ）有个变化范围。从结构的稳定性上看 -右手螺旋 -折叠 U 型回折无规卷曲，而从功能上看正好相反，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，-右手螺旋和 -折叠一般只起支持作用。3.超二级结构：空间相邻的几个 2 级结构形成的更复杂的结构，其类型有左手超螺旋：3 根 -右手螺旋拧到一起形成一个左手超螺旋
32、，如头发中的角蛋白，见沈同 P155。右手超螺旋：3 根左手螺旋拧到一起形成一个右手超螺旋，如胶原蛋白，见沈同P158。本教材 P103 有误。：相邻的 2 根 -右手螺旋拧到一起形成一个左手超螺旋，见 P98。：一个连接链连着 2 个 折叠，平行式，这个连接链可以很长。见 P98。：3 段 折叠和 2 段 螺旋相间形成，见 P98。：以 2 段 U-型回折连接着的 3 段 折叠，反平行式。见 P98。4.结构域：长肽链（多于 150 个 aa），在二级结构的基础上通过多次折叠，在空间上形成一些半独立的球状结构，叫结构域，它是三级结构的一部分，结构域之间靠无规卷曲连接。也就是说将三级结构拆开后
33、首先看到的结构。草图显示。四.蛋白质的三级结构和四级结构1.三级结构：即蛋白质的三维结构、构象，指其中所有原子的空间排布，是结构域再经过卷曲和折叠后形成的。如果蛋白质是单条肽链，则三级结构就是它的最高级结构，三级结构由二硫键和次级键（氢键、疏水键、离子键、范德华力）维持。P99 是肌红蛋白的三级结构。2.四级结构：多条肽链通过非共价键（氢键、疏水键、离子键、范德华力）形成的聚合体的结构就是四级结构，注意，由二硫键连接的几条肽链不具有四级结构。每条肽链都有自己的三级结构，称为亚基或亚单位，一般情况下，具有四级结构的蛋白质含有的肽链不会太多，故称这类蛋白质为寡聚蛋白，如寡聚酶等。五.蛋白质的结构与
34、功能1.蛋白质的结构与功能的关系每一种蛋白质都具有特定的结构，也具有特定的功能。蛋白质的结构决定了蛋白质的功能。蛋白质的功能直接由其高级结构（构象）决定。例子，蛋白质的变性现象。蛋白质的一级结构决定高级结构（构象），因此，最终决定了蛋白质的功能。例子，人工合成胰岛素，A、B 链分别合成，等比例混合后就有活性。而生物合成胰岛素则是先合成一条长肽链，形成正确的二硫键，而后再剪去中间的 C 肽才形成胰岛素的。草图显示。2.蛋白质结构与功能实例免疫球蛋白 G：即抗体 G，IgG（Immuno globe），由免疫细胞 B 分泌出的蛋白质，可以特异的结合抗原并消灭之，这就是免疫反应。IgG 的一级结构：
35、四条肽链，2 重 2 轻（L2H2），对称排列，LHHL，有 12 条链内二硫键，4 条链间二硫键，见草图。对其 aa 的分析发现，IgG 分为 V 区（可变区）和 C 区（恒定区）。二级结构：几乎全是 折叠，由无规卷曲连接。结构域：有 12 个球体，每个均被二硫键锁住。三级结构：T 型和 Y 型，属于球蛋白。没有四级结构。IgG 的功能：V 区负责结合抗原，像钳子一样夹住抗原，体现了 IgG 的特异性，2 价。C区负责结合补体（一种酶，可以水解抗原），也是 2 价，结合部位在寡糖链处的铰链区。IgG 的动态作用过程用人体演示。肌红蛋白：Mb（Myoglobin），哺乳动物的肌肉中储存氧气的蛋
36、白质，水生的哺乳动物体内尤为发达（如鲸鱼），因此，它们可以憋气很长时间，研究用 Mb 一般由鲸鱼提供。一级结构：单条肽链，153 个 aa，其中的 83 个 aa 为保守序列（即同源蛋白质均相同，是决定功能的最重要序列），含有一分子血红素辅基，见 P104，其中保持 Fe2+，血红素通过 Fe2+以配位键吊在肽链的 His 的咪唑基上，示意。O2 将结合在 Fe2+上。二级结构：几乎全是 -右手螺旋，中间由无规卷曲和结来连接。三级结构：扁平的菱形，见 P99 或沈同 P172，属于球蛋白。功能：储存氧气。其三级结构在分子表面形成一个疏水的空穴，血红素即藏在其中，该空穴允许 O2 进入而拒绝水的
37、进入，保证了 Fe2+结合 O2 而避免了 Fe2+Fe3+。Mb 结合氧气的特征可以由氧合曲线来描述，见 P104，为双曲线形。其中的氧饱和度（饱和百分数）为 Mb O2/（Mb O2+ Mb），P O2 为氧的分压。从图中可以看出，Mb 倾向于结合氧气而不愿意放出氧气，所以它的功能是储存氧气，只有在 P O2 极低的时候（体内缺氧的时候）它才释放出氧气。另外，C O 可以与 O2 竞争性的结合 Mb。血红蛋白：Hb（Hemoglobin），在人体中有三种，HbA，HbA 2，HbF （仅存于胎儿中），三者的结构和功能大同小异，此处以 HbA 为例。一级结构：4 条链，2 2。141，146
38、，每条肽链都结合着一分子的血红素，两条 链之间还夹着一分子 DPG（二磷酸甘油酸），每条肽链都有保守序列。二级结构：4 条链均同 Mb, 几乎全是 -右手螺旋，中间由无规卷曲和结来连接。三级结构：4 条链均同同 Mb, 扁平的菱形，见沈同 P181，属于球蛋白。四级结构：4 个亚基占据着 4 面体的 4 个角，链间以离子键结合，一条 链与一条 链形成二聚体，Hb 可以看成是由 2 个二聚体组成的（）2 ，在二聚体内结合紧密，在二聚体之间结合疏松。功能：运输氧气，4 价。其三级结构在每个肽链的分子表面形成一个疏水的空穴，血红素即藏在其中，该空穴允许 O2 进入而拒绝水的进入，保证了 Fe2+结合
39、 O2 而避免了Fe2+Fe3+。其氧合曲线见 P104，为 S 形曲线，只有在 PO2 很高的情况下（在肺部） Hb 才结合氧气，而 PO2 一降低（在外周血管中），它就释放 O2，而此时的 Mb 却纹丝不动。就结合 O2的能力而言，4 价的 Hb 还不如 1 价的 Mb。Hb 的氧合曲线形状与 Mb 不同是因为它有着 Mb 所不具有的一些特性，如：协同效应：Hb 分子中一条链结合 O2 后，可以导致其构象的变化，使其它几条链结合 O2的结合能力突然增强，表现出其氧合曲线为 S 形曲线。对 Hb 协同效应的解释为：在没有结合氧气时，Hb 的四条链之间结合紧密，这种构象称为 T 态，这种紧密是
40、由离子键和DPG（位于 2 条 链之间）造成的，屏蔽了分子表面疏水的空穴，使 Hb 分子结合 O2的能力降低（游离的 链和 链结合氧气的能力与 Mb 相同）。当一条链结合了氧气之后，铁卟啉把 His 的咪唑基向下一扯，导致该肽链的三级结构发生变化（牵一发而动全局），肽链之间的离子键被破坏，Hb 的四级结构也随之改变，2 个二聚体（）之间发生错位，挤出 DPG，四级结构进一步变化，每条链表面疏水的空穴暴露在外，这种构象称为R 态，结合氧气的能力得以增强。别构效应：是某些寡聚蛋白质特有的现象。是指蛋白质与效应物结合改变蛋白质的构象，进而改变蛋白质的生物活性。Hb 的活性中心：Hb 每个亚基上血红素
41、存在的那个疏水空穴是结合氧气的地方，称之为活性中心，也叫活性部位。别构中心：在 Hb 分子的其它地方还有结合效应物的部位，如结合 H+、CO2、DPG 甚至O2，这些部位结合了效应物之后，可以改变蛋白质的构象，进而影响到活性中心与氧气的结合，这些部位就叫别构中心。活性中心与别构中心可以重合也可以不重合，在 Hb 中是不重合的。因此，别构效应可以说成是别构中心结合了效应物之后影响了活性中心与氧气的结合。协同效应实际上就是一种别构效应。Mb 只有活性中心没有别构中心，它的氧合曲线就是双曲线形的。Hb 的另一个别构效应是波尔效应：H+ 和 CO2 对 Hb 与氧气结合的影响。具体的影响见P105 的
42、方程式，叙述为 H+和 CO2 促进 Hb 释放 O2，这也解释了 Hb 为什么在肺中吸氧排 CO2,而在肌肉中吸 CO2 排氧。另外，DPG 降低 Hb 与 O2 的结合能力。关于镰刀形细胞贫血症：红细胞减少，只有正常人的 1/2，无力，剧烈运动会导致死亡。Hbs 与 Hb 在结合 O2 的能力方面并没有区别，区别在于 Hbs 造成红细胞溶血，溶血后的Hb 不能像红细胞中的 Hb 一样正常运输 O2。Hbs 导致溶血的原因在于其 6Val，正常的血红蛋白的 6Glu，红细胞表面的 Hbs 由于疏水键而聚集，使细胞膜破裂。镰刀形细胞贫血症在非洲某些地区居然是自然选择的结果，是与疟疾抗争的产物。
43、Hbs 纯合子：6Val6Val Hbs 杂合子：6Glu6Val 正常人 6Glu6Glu童年死，抗疟疾 死亡分布年龄广，抗疟疾 长寿，一得疟疾立即死疟疾杆菌只能利用正常人的 Hb，不能利用 Hbs，所以 Hbs 者是不感染疟疾的。在该地，Hbs 纯合子和正常人都经不起自然选择，只有 Hbs 杂合子存活了下来。六.多肽的固相合成1.多肽的液相合成：aa1-aa2-aa3-aa4-aa5aa1+aa2aa1-aa2+aa2-aa1+aa1+aa2，得率很低而且分离出 2 肽 aa1-aa2 很烦，合成越到后面，分离工作越困难。2.经过保护和活化处理的多肽的液相合成：保护氨基 aa1 活化羧基+
44、aa2 保护羧基保护氨基 aa1 -aa2 保护羧基+保护氨基 aa1 活化羧基+aa2 保护羧基分离 2 肽“保护氨基 aa1 -aa2 保护羧基”，去掉氨基保护，再与“保护氨基 aa3 活化羧基”反应。得率提高，分离简化，但仍然很烦。3.多肽的固相合成：主要就是解决了分离提取方面的难题。整个过程见草图，其中表示保护，表示活化，合成的方向为 CN，与生物合成多肽的方向相反。多肽的固相合成思路诞生于洛克菲勒大学主教学楼的电梯中，该大学的教授、诺贝尔奖金获得者与其老板洛克菲勒的一段对话。因此，现在人们还能在电梯的内壁上看到“Solid-phase peptide synthesize was b
45、orn here!” 布置本章作业：1.用下列实验数据推导某肽链的一级结构：完全酸水解后产生的 aa 组成为：Ala 、Arg、2Ser、Lys 、Phe、Met、Pro用 DNFB 处理并水解得到 DNP-Ala 和 -DNP-Lys羧肽酶 A 和 B 都对此肽不作用用 CNBr 处理获得 2 个片段，其中一个片段含有 Pro、Trp 、Ser 用糜蛋白酶作用产生 3 个片段，1 个含有 Pro、Ser；另 1 个含有 Met、Trp；最后一个含有 Phe、Lys、Ser、 Ala、Arg用胰蛋白酶处理产生 3 个片段，1 个含有 Ala、Arg；另 1 个含有 Lys、Ser；最后一个含有
46、 Phe、Trp、Met、Ser、Pro2.根据书上 P59 给出的 PK值，计算正常的二肽 Glu-Lys 以及 Lys-Glu 的 PI 值。若有时间就介绍一下参考书。见本讲义 P2第十二章 蛋白质的分解代谢食物中的蛋白质在小肠被一系列的蛋白酶作用后，水解成 AA，才能被小肠上皮细胞所吸收。AA 在细胞内可以通过下列途径进一步分解，也可以重新被合成，而蛋白质的合成则放到后面去讲。1.AA 的降解一. 共同代谢途径：氨基和羧基的处理。1. AA 的氧化脱氨作用需要 O2 参与，可逆反应，将氨基变成酮基，产物即是 -酮酸，由 AA 氧化酶催化（有L-和 D-之分，具有立体专一性） ，辅酶为 F
47、AD 或 FMN，但不产生能量。总的反应式P412，具体过程为见讲义下 P22。AA 氧化酶数量少活性低，因此氧化脱氨不是多数 AA的氨基主要处理方式。但是有一种酶例外：L-Glu 脱氢酶，其催化的反应见 P413，要产生能量，该酶活性高，是 Glu 的氨基主要处理方式。2. AA 的转氨作用( 附重申：进实验室做生化实验时必须着白色工作服，否则，谢绝入内，以后做任何实验都是这样要求)在转氨酶作用下进行，实际上是移换反应，酮基和氨基的对调，可逆反应。反应式见P413细胞内的转氨酶种类很多，多数都是“谷转氨酶” ，也就是以 -酮戊二酸（P413）为氨基受体的转氨反应，是 AA 的氨基主要处理方式
48、。其中谷丙转氨酶（见P414）和谷草转氨酶的活性最高：Glu + 草酰乙酸 - Asp + -酮戊二酸Glu + 丙酮酸 - Ala + -酮戊二酸转氨酶都需要磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺为辅酶（VB6 的衍生物，结构见 P414） ，它们是氨基的载体。转氨酶是胞内酶，以肝脏、心脏含量最高，血液中极少，当肝脏病变时，细胞通透性增大，转氨酶就滲出细胞外，进入血液中，使得血液中转氨酶的活性大大提高，这就是诊断肝炎的原理。3. AA 的联合脱氨作用是氧化脱氨和转氨的集优化，即 L-Glu 脱氢酶活性高，谷转氨酶种类多，因此两者的联合是广泛而彻底的氨基处理方式，可逆反应。见 P4154. AA 的脱羧作用由
49、氨基酸脱酸酶催化，辅酶也是磷酸吡哆醛，产物是胺（多数具有毒性和强烈的生理效应） ，以 Glu 为例见 417。产物 -氨基丁酸具有抑制中枢神经的作用。二. 共同代谢产物的去路1. NH3 的去路：鱼类：NH3 直接排出体外；鸟类：尿酸；哺乳类：尿素。人和哺乳动物通过鸟氨酸循环，由 NH3 和 CO2 生成尿素。由肝脏生成尿素，进入血液后经肾脏排除（尿） 。意义：生化史上头一次提出的环式代谢，由 Krebs（TCA）发现的，具有极其广泛的理论价值降毒作用，NH3 的毒性比尿素大得多。将废物 CO2 也一同除去。鸟氨酸循环的简要过程：P419 掌握注意几点：原料的活化：肝脏线粒体中。见 P421，由氨甲酰磷酸（结构式 P420 上）合成酶催化，合成酶则在生长旺盛的肝外细胞的胞浆中。消耗 2 个 ATP。中间插入的 NH3 也不是游离的，而是通过转氨而来
