蛋白质化学功能结构.docxVIP

第四部分动物生物化学

第一单元蛋白质化学及其功能

第一节蛋白质的结构组成及功能

构成蛋白质的主要元素有C、H、O、N、S5种，其中N元素的含量稳定，占蛋白质的16％，因此，测定样品中氮元素的含量就能算出蛋白质的量。

一、蛋白质的基本结构单位——氨基酸

蛋白质可以受酸、碱或酶的作用而水解成为其基本结构单位——氨基酸。

组成蛋白质的基本单位是氨基酸。如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约20种不同的氨基酸。这些氨基酸中，大部分属于L-a-氨基酸。其中，脯氨酸属于L-a-亚氨基酸，而甘氨酸则属于a-氨基酸。

二、氨基酸的性质

1．一般物理性质

(1)含有苯环的氨基酸有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸在近紫外区(280nm)有最大吸收。

（2）氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。

（3）氨基酸的等电点：当氨基酸在溶液所带正、负电荷数相等（净电荷为零）时，溶液的PH称该氨基酸的等电点（PI）。

第二节蛋白质的结构层次

1．肽与肽键

一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。

由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。

在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序

通常在多肽链的一端含有一个游离的a-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的a-羧基，称为羧基端或C-端。

氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。

二、蛋白质的一级结构

1．蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的排列顺序：

蛋白质的一级结构是蛋白质的最基本结构，是蛋白质空间结构及其生物学活性的基础。

三、蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角。

1．a-螺旋

①多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm.

②肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。

③蛋白质分子为右手a-螺旋

2．b-折叠

b-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。

四、蛋白质的三级结构

蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，从而生成特定的空间结构。包括主链和侧链的所有原子的空间排布．一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水极，极性侧链在分子表面。

五、蛋白质的四级结构

许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。如，血红蛋白的四级结构是由两种亚基聚合而成的四聚体。

维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键

维系蛋白质分子的二级结构：氢键

维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键

维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键

六、蛋白质结构与功能的关系

1．镰刀形贫血病

患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白（Hb-S），它与正常的血红蛋白（Hb-A）的差别：仅仅在于β链的N-末端第6位残基发生了变化，（Hb-A）第6位残基是极性谷氨酸残基，（Hb-S）中换成了非极性的缬氨酸残基，使红细胞收缩成镰刀形，输氧能力下降，易发生溶血。

2蛋白质的变性

蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。例如，酶失去活性，血红蛋白失去运氧功能等。理化性质的改变，如溶解度降低易于沉淀，肽键暴露易于被酶水解等。

蛋白质变性的原理有许多实际运用，如用酒精、加热和紫外线消毒灭菌，用热凝固法检查尿蛋白，选择适当的条件制备或保存疫苗、免疫血清等，这都是利用蛋白质变性的原理。

3、变构作用与血红蛋白运输氧的功能

变构作用：是指寡聚蛋白与变构剂结合，改变蛋白质构象，导致蛋白质生物活性改变的现象。它是细胞内最简单的调节方式。

例：血红蛋白的别构效应

一个亚基与氧结合后，引起该亚基构象改变，进而引起另三个亚基的构象改变，整个分子构象改变与氧的结合能力增加。血红蛋白与氧的结合曲线是S形曲线。

第三