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第三章 蛋白质 （ protein）. 第一节 通论 第二节 蛋白质的氨基酸组成 第三节 肽 第四节 蛋白质结构 第五节 蛋白质的分子与功能的关系 第六节 蛋白质的性质. 第三章 蛋白质（ protein ） 第一节 通 论 一、蛋白质的化学组成与分类 1 、蛋白质的元素组成：. 蛋白质的平均含氮量为 16% ， 这是蛋白质元素组成的一个特点，也是 凯氏（ kjedahl ）定氮法 测定蛋白质含量的计算基础。 蛋白质 = 蛋白氮 6.25 其中 6.25 是 16% 的倒数，为 1 克氮所代表的蛋白质量（克）.
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第三章 蛋白质 （protein） 第一节 通论 第二节 蛋白质的氨基酸组成 第三节 肽 第四节 蛋白质结构 第五节 蛋白质的分子与功能的关系 第六节 蛋白质的性质
第三章 蛋白质（protein） 第一节 通 论 一、蛋白质的化学组成与分类 1、蛋白质的元素组成：
蛋白质的平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏（kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的计算基础。蛋白质的平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏（kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的计算基础。 蛋白质 = 蛋白氮 6.25 其中6.25是16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质量（克）
2、蛋白质按结构组成分类： • 简单蛋白质（simple protein）： • 蛋白质完全由氨基酸构成。 • 结合蛋白质（conjugated protein）： • 除蛋白质部分外，还有非蛋白成分，这种成分称辅基（prosthetic group）或配基（ligand）。
3、蛋白质按分子外形的对称程度分类： • 球状蛋白质（globular protein）： • 分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度好，能结晶。 • 纤维状蛋白质（fibrous protein）： • 分子对称性差，分子类似细棒或纤维。又可分为可溶性纤维状蛋白质和不可溶性纤维状蛋白质。
二、蛋白质的生物学意义 1、作为有机体新陈代谢的催化剂——酶。 2、作为有机体的结构成分。 3、某些蛋白质具有运输的功能。 4、某些蛋白质具有激素的功能，对生物体内的新陈代谢起调节作用。 5、某些蛋白质有贮藏氨基酸的功能，用作有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料。
6、参与个体运动或者说做功。 7、有机体的一种防御机能——免疫反应（immune response）也是通过蛋白质来实现的。 8、某些蛋白质是接受和传递信息的受体。 9、调节或控制细胞的生长、分化和遗传信息的表达。
第二节 蛋白质的氨基酸组成 蛋白质用酸或蛋白酶处理，使其彻底水解，最后可以得到各种氨基酸。 氨基酸是指含有氨基的羧酸，是蛋白质的基本组成单位。 一、氨基酸的结构通式 常见氨基酸有20种，除脯氨酸外，其结构共同点是：与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸。
从结构通式可以看出，除R为H原子（即甘氨酸）外，所有-氨基酸分子中的-碳原子都是不对称的C原子，因而：从结构通式可以看出，除R为H原子（即甘氨酸）外，所有-氨基酸分子中的-碳原子都是不对称的C原子，因而： 1、氨基酸都具有旋光性，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。 2、每一种氨基酸都有D型和L型两种立体异构体，这取决于-碳原子上氨基的位置。
L-氨基酸 D-氨基酸
二、氨基酸的分类 • 1、根据组成蛋白质的20种氨基酸的侧链R基的化学结构可分为： • 脂肪族氨基酸(15) • 芳香族氨基酸：Phe Tyr • 杂环氨基酸: His Trp • 杂环亚氨基酸: Pro
脂肪族氨基酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 甘氨酸 杂环亚氨基酸 丝氨酸 脯氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 蛋氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 天冬酰氨
脂肪族氨基酸 精氨酸 组氨酸 赖氨酸 杂环氨基酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 芳香族氨基酸
2、根据氨基酸的侧链R基不同可分为： • 极性氨基酸 极性不带电氨基酸 极性带负电氨基酸 极性带正电氨基酸 • 非极性氨基酸 其中甘氨酸在有些书中归为极性不带电氨基酸，因-碳原子上的H受到易解离的-氨基和-羧基的影响，体现不出它的极性。
非极性氨基酸 丙氨酸 亮氨酸 缬氨酸 异亮氨酸 脯氨酸 蛋氨酸 苯丙氨酸 色氨酸
极性不带电氨基酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 谷氨酰胺 酪氨酸 天冬酰氨
极性带电氨基酸 组氨酸 赖氨酸 精氨酸 谷氨酸 天冬氨酸
氨基酸类别(侧链R基分类) 非蛋白质氨基酸 天冬氨酸 酸性氨基酸 谷氨酸 赖氨酸 甘氨酸 碱性氨基酸 精氨酸 丝氨酸 蛋白质氨基酸 （20种） 组氨酸 苏氨酸 极性氨基酸 半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰氨 谷氨酰胺 中性氨基酸 丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 非极性氨基酸 甲硫氨酸 色氨酸 脯氨酸 缬氨酸
三、氨基酸的重要理化性质 1、一般物理性质 -氨基酸为无色晶体，熔点极高，一般在200℃以上。不同的氨基酸具有不同的味道。 各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸和稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。
2、两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，但与无机盐不同的是，氨基酸是两性电解质，以兼性离子（zwitterion）或称偶极离子（dipolarion）存在。 两性离子：在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+和能接受质子的-COO-。
等电点（isoelectric point） 当调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的 -NH3+基和-COO-基的解离度完全相等（即氨基酸所带电荷为零）时，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点，以符号pI表示。
氨基酸等电点除用酸碱滴定方法测定外，还可按氨基酸可解离基团的pK值来计算。氨基酸等电点除用酸碱滴定方法测定外，还可按氨基酸可解离基团的pK值来计算。 pI=（ pK1+ pK2) / 2 K1，K2 分别代表-碳原子上的-COOH和-NH2的表观解离常数。
3、氨基酸的化学性质 氨基酸分子除-氨基、-羧基能参加化学反应外，有些侧链R基团也能参加化学反应。
（1）与茚三酮（ninhydrin）的反应 + NH3 + 水合茚三酮 还原型茚三酮 蓝紫色物质
脯氨基和羟脯氨基与茚三酮反应生成黄色物质，其余所有的-氨基酸与茚三酮反应均生成蓝紫色物质。脯氨基和羟脯氨基与茚三酮反应生成黄色物质，其余所有的-氨基酸与茚三酮反应均生成蓝紫色物质。 氨基酸与茚三酮的反应非常灵敏，在分离氨基酸的实验过程，常用茚三酮作为显色剂来定量、定性测定氨基酸。 多肽和蛋白质与茚三酮也有反应，但肽越大，灵敏度也越差。
（2）与甲醛的反应 + H+ HCHO 羟甲基氨基酸 HCHO 二 羟甲基氨基酸
氨基酸分子在溶液中主要是两性离子，故不能用酸、碱滴定其含量，但甲醛的加入促进氨基酸释放出H+，可以酚酞作为指示剂、用NaOH来滴定计算氨基酸的含量，此方法称为氨基酸的甲醛滴定法（formol titration），在判断蛋白质水解或合成的进度时，可用此方法来判定。
（3）与2,4-二硝基氟苯的反应 在弱碱性溶液中，氨基酸的-氨基很容易与2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene，DNFB）作用，生成稳定的黄色的2,4-二硝基苯氨基酸（DNP-氨基酸，2,4-dinirophenyl amino acid）。利用此反应可以测定蛋白质N端氨基酸的种类，英国的Sanger等人应用此方法对胰岛素的一级结构进行了阐述。
N端—aa1 aa2 aa3—C端 DNFB DNP—aa1 aa2 aa3 水解 DNP—aa 1 + aa2 + aa3 乙醚抽提 DNP—aa 1 纸层析确定aa 1为何种蛋白质
（4）与异硫氰酸苯酯的反应 在弱碱性条件中，氨基酸的-氨基与异硫氰酸苯酯（phenylisothiocyanate，PITC）反应，生成苯氨基硫甲酰氨基酸（phenylthiocarbamoyl，PTC-氨基酸），在无水酸中， PTC-氨基酸即环化成稳定的苯硫乙内酰脲（phenylthiohydantoin，PTH）。
PITC可与蛋白质多肽链N端反应，酸性溶液中，只释放末端PTH-氨基酸，从而留下了少了一个氨基酸的肽链，故重复使用此方法，可从蛋白质N端开始测定其氨基酸排列顺序。目前根据此原理，设计出“多肽顺序自动分析仪”进行自动测定，一次可连续测出60个以上的氨基酸顺序。
（5）与5,5’-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）的反应（5）与5,5’-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）的反应 5,5’-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）又称二硫硝基苯甲酸（dithionitrobenzoic，DTNB，或称Ellaman试剂），与半胱氨酸的-SH反应。
+ + 硫代硝基苯甲酸 可通过测定硫代硝基苯甲酸的光吸收值来确定半 胱氨酸的含量，常用于测定细胞游离-SH的含量。
（6）与荧光胺的反应 在室温下，氨基酸可与荧光胺反应产生具有荧光的产物，根据荧光强度可用荧光分光光度计测定氨基酸含量。此反应非常灵敏，1ng氨基酸即能反应。
第三节 肽 肽（peptide）：一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。 肽在生物体内具有特殊功能。作为主要的化学信使，它们在沟通细胞内部、细胞与细胞间以及器官与器官之间的信息方面起着重要作用。 肽键（peptide bond）：氨基酸之间脱水形成的键。 二肽（dipeptide）：由两个氨基酸缩合而成的肽。
肽键（peptide bond）： 氨基酸之间脱水形成的键。 二肽（dipeptide）：由两个氨基酸缩合而成的肽。
生物的生长发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰防老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽（active peptides）。 一、谷胱甘肽（glutathione) 存在于动植物和微生物细胞中的一个重要三肽，因为它含有游离的-SH，所以常用GSH来表示。
其分子中含有一个活泼的巯基，二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型谷胱甘肽（GSSH）。谷胱甘肽分子中有一个特殊的-肽键，是由谷氨酸的-羧基与半胱氨酸-氨基其分子中含有一个活泼的巯基，二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型谷胱甘肽（GSSH）。谷胱甘肽分子中有一个特殊的-肽键，是由谷氨酸的-羧基与半胱氨酸-氨基 缩合而成的。 Glu-Cys-Gly S S Glu-Cys-Gly 还原型谷胱甘肽在红细胞中作为巯基缓冲剂存在，维持血红蛋白和其他红细胞蛋白质的半胱氨酸残基处于还原态。
二、催产素（oxytocin)和升压素(pitressin) 两者都是在下丘脑的神经细胞中合成的多肽激素，合成后与神经垂体运载蛋白相结合，经轴突运输到神经垂体，再释放到血液。两者都是9肽，结构相似，仅有2个位置的氨基酸不同，但功能截然不同。 催产素：使多种平滑肌收缩，具有催产及使乳腺排乳 的作用。 升压素：使血管平滑肌收缩，从而升高血压，并有减 少排尿的作用，也称为抗利尿激素。
三、促肾上腺皮质激素 （adrenocorticoticotropic hormone，ACTH） 是一个含有39个氨基酸的直链多肽。 腺垂体分泌的ACTH能刺激肾上腺皮质的生长和肾上腺皮质激素的合成和分泌；大脑分泌的ACTH参与意识行为的调控。现在通过化学方法合成的ACTH，临床上用于柯兴氏综合症的诊断，风湿性关节炎、皮肤炎和眼炎的治疗。
四、脑肽 脑啡肽（enkephalin）是具有类吗啡作用的活性肽。Met-脑啡肽（C端氨基酸残基为甲硫氨酸）和Leu-脑啡肽（C端氨基酸残基为亮氨酸）都是5肽。 1975年，从猪脑中分离出-内啡肽（endorphin），具有较强吗啡样活性与镇痛作用，其部分降解产物 -内啡肽则没有鸦片样活性，也无镇痛作用，但显示出行为效应，具有抗精神分裂症的疗效。如：通化东宝生产的镇脑宁
五、胰高血糖素（glucogon） 由胰岛-细胞分泌，由29个氨基酸组成。胰高血糖素具有增高血糖含量的效应，还能引起血管舒张，抑制肠的蠕动及分泌。其受体不是糖蛋白而是脂蛋白。
第四节 蛋白质的结构 一、蛋白质的一级结构 蛋白质分子中的氨基酸残基的排列顺序（序列）就是蛋白质的一级结构。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。 组成多肽链的氨基酸单位已不是完整的氨基酸分子，因此每一个-NH-CH-CO-单位称为氨基酸残 R 基（amino acid residue）。 主要的化学键:肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
右边: -羧基末端 羧基末端 C端 用“OH”表示 左边: -氨基末端 氨基末端 N端 用“H”表示 通常书写多肽或蛋白质肽链结构时习惯
蛋白质分子并不是简单的一条肽链，有的成环状，有的由一条以上肽链组成。一级结构确定的原则：1、测定蛋白质中氨基酸组成。蛋白质分子并不是简单的一条肽链，有的成环状，有的由一条以上肽链组成。一级结构确定的原则：1、测定蛋白质中氨基酸组成。 2、蛋白质N端和C端的测定。 3、应用两种或两种以上不同的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段。 4、分离提纯所产生的肽，并测定出它们的序列。 5、从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白质中全部氨基酸的排列顺序。 6、如果是含二硫键的蛋白质，必须在测定其氨基酸排列顺序前，拆开二硫键，并确定其位置。
二、蛋白质的二级结构 蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。 （一）肽单元 参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptide unit)。
蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil )
