第一章 蛋白质化学
1.蛋白质的功能与分布
2.蛋白质的组成与结构
3.蛋白质的性质与分离
蛋白质-英文为“Protein”——第一重要.
生老病死，万物轮回(蛋白质层次)
生（诞生、生长）：在蛋白质（酶）控制（催化）下的老细胞计划性凋亡和新细胞的再生（细胞新陈代谢）、活细胞物质的代谢。
老？
蛋白质功能的普遍衰退(?)。
病——个别蛋白质的功能障碍。
死？
蛋白质功能的全部停止,分解。
蛋白质——生物功能分子
第一节 蛋白质的功能与分布单细胞生物
多细胞动物
食道（口、胃、肠）-消化酶（细胞外）
血管中-免疫蛋白
（Antibody）
激素蛋白细胞水平提问：为什么人体细胞会有不同的形状呢？
细胞内有支撑体
？
功能 蛋 白,大多为 球 状；
蛋白质分布广泛、功能多样
1,催化功能-酶
2,结构功能-皮、毛、骨、牙、细胞骨架
3,载运功能-膜蛋白
4,调控功能-激素
5,运动功能-鞭毛、肌肉蛋白
6,防御功能-免疫球蛋白
7,神经传导
其他组成以及结构复杂程度不同生物大分子包括蛋白质结构决定功能
（分子结构决定生物功能）
牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成
2.1 蛋白质的组成单位——氨基酸含有氨基的羧酸
1,化学结构
R-CH(NH2)-COOH
R 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分,叫 R 基 (R group),又 称 为 侧 链 (sidechain) 。
无色晶体、溶于水
地 球 上 天 然 形 成 的 氨 基 酸 有 300 种 以 上,但 是 构 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 只 有 22 种,且都是α-氨基酸（可能还存在更多的）。
提问：什么是α-氨基酸？
答案：
----C-C-C-C-COOH
γ β α
----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸
----C-C-C (NH2)- C - COOH β-氨基酸
----C-C (NH2)- C - C - COOH γ-氨基酸
20种基本氨基酸图示构 成 蛋 白 质 的 前二 十 种 氨 基 酸 的 名 称,符 号,化 学 结 构 和 疏 水 性 指 数 。 指 数 愈 正 表 示 疏 水 性 愈 强 。
苯丙氨酸
2,分类大—小极性（电性有—无）—非极性
纯晶体状态
答案：
-R 有电性区别。
中性氨基酸pI一般为6.0
提问：为什么偏酸性？
答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
更酸（3.0 左 右）
碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.6~10.7)( 只 有 三 种）
提 问,大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7） 时,带 电？
B.等 电 点 时 的 氨 基 酸
溶 解 度 最 小，易 于 沉 淀
提 问,为 什 么？
较小的同性排斥
C,吸光性含苯环氨基酸大π键吸收紫外光，蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；
氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？
成 肽 反 应
2.2 肽二肽还有α—羧基与α—氨基，还可以继续与其他氨基酸缩水形成三肽、四肽等等多个氨基酸形成的肽叫多肽,呈链状故又称多肽链。
蛋白质= 1或几条长多肽链 +[或不+] 辅助基团
短 链 且具有生物功能的 多 肽 不 算 蛋 白 质，通常称为活性肽！
2,活 性 肽
如催产素、加压素（升高血压）、舒缓素、干扰素、胸腺肽、脑肽等等。
2.3 蛋 白 质 的 结 构
1.一 级 结 构（ 线 性 结 构）
蛋 白 质 的 一 级 结 构 (primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。
二 硫 键
2,空 间 结 构（ 又 称 构 象）
多肽链＝通过可 旋转的α- 碳 原 子连接的酰胺平面链
提问：影响蛋白质构象的作用力有哪些？
内力（内因）
蛋白质分子内各原子间作用力外力（外因）
与溶剂及其他溶质作用力内因为主，外因通过改变内因起作用按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。
3,二 级 结 构
——蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。
包括α—螺旋、β—折叠片、β—转角、自由回转四种方式。
A,α—螺旋（蛋白质最常见的二级结构形式）
(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。
虚 线 代 表 氢 键 绿 色：C 蓝 色：N 红 色：O 。 此 (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。
天然蛋白质大部分为右手螺旋；
氢 键
(a) 一 般 形 式 。 D 代 表 donor；A 代 表 acceptor。 (b) 水 分 子 之 间 的 氢 键 。 (c) 在 弯 曲 的 多 肽 链 内,例 如 a 螺 旋 (d) 酶 RNase A 与 其 胸 腺 嘧 啶 之 间 的 氢 键 。
O ……（ 氢 键 ）………H
—C—（NH—CH—CO）3—N—
R
由同一条肽链内 每 3个 氨 基 酸 残基的两个肽键衍生而来
B.β折叠片
β—折叠片是多肽链的折叠形式平行肽链间以氢键从侧面连接的构象
维持β—折叠片的作用力也是肽键衍生出的氢键
平行式
反平行式
3.β转角作用力——同样是肽键衍生来的氢键但由于只有这一个氢键，只形成β—转角结构。
O ……（ 氢 键 ）………H
—C—（NH—CH—CO）2—N—
R
4.自由回转自由回转
——没有一定规律的松散的肽链结构作用力弱
电子显微镜下的人体头发
3,蛋白质的三级结构
——一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构球状分子特有的结构
A.三级结构中的作用力包括二硫键、氢键、盐键、疏水作用力、范德华力
氢键-侧链间形成范德华力（分子间作用力，受彼此距离影响）
疏水键
-“非极性基团被极性水分子排挤相互聚拢”作用力。
键 能肽键
二硫键离子键
氢键疏水键
范德华力
4.四级结构寡聚蛋白特有的空间结构寡聚蛋白——
由数条具有三级结构的蛋白质通过次级键叠合而成亚基单独没有生物功能
5.蛋白质分子结构与功能关系（研究热点）
蛋白质的分子具有多种多样的生物功能是以其庞大的分子组成和极为复杂的结构为基础的，充分认识这其间的关系是人工合成功能蛋白质的基础。
A.结构决定功能例如镰刀形贫血病的分子机理
正常细胞 镰刀形细胞镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息
正常型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys ---
β链 谷氨酸镰刀型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys ---
β链 缬氨酸谷A（极性） 缬A（非极性）
(了解)由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失,导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。
蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构乃至功能！
测序方法
1逐个水解测序（早期）
2由特定的基因推断（目前）
肌红蛋白 血红蛋白α 血红蛋白β
氨基酸序列大不相同，功能相似（载氧），结构相似结构决定功能
B,调节结构改变功能变构现象外因通过改变蛋白质构象引起蛋白质功能变化的现象。
血红蛋白
第三节 蛋白质的性质及其分离
3.1 蛋白质的分子量一般在一万至一百万（1道尔顿＝1×C12绝对质量/12≈1.66×10-27千克）之间常用的测定方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法等。
凝胶法只适于球状蛋白分子测量
3.2 蛋白质的两性电离及等电点提问：为什么蛋白质具有两性（酸、碱性）？
含有酸碱氨基酸残基碱/酸 越大 pI？
越大
pI通常在 6.0 左右
3.3 蛋白质的水溶性及胶体性质提问：什么样的分子是水溶性的？
答案：分子直径≤胶体颗粒大小（1~100 nm)且不易聚集沉淀。
大多数球状蛋白溶于水，能形成稳定的胶体溶液。
3.4 蛋白质的分离主要依据以下几个性质：分子大小的区别、溶解度、电荷、吸附性质。
A.根据分子大小不同的分离方法提问：有哪些方法呢？
离心法、凝胶过滤、膜过滤（透析、超滤）
利用蛋白质分子较大，不能透过半透膜的性质，用半透膜将蛋白质与无机盐、单糖等小分子物质分开，半透膜一般用玻璃纸或一些合成材料。
B.利用溶解度差别的分离
a.等电点沉淀提问：如何将混合液中不同蛋白质等电点分离？
调整溶液pH，使不同等电点的蛋白质在各自等电点 pI处依次沉淀下来。
b.盐溶—盐析等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀溶解—盐溶提问：原因？
盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出提问：原因？
提问：
向蛋白质溶液中加入有机溶剂（如甲醇、乙醇、丙酮）会使蛋白质沉淀，为什么？
破坏蛋白质的水化层；
C.根据电荷不同的分离方法——电泳原理：利用蛋白质在非等电点时所带总电荷不为0，且大小不同，电场中的移动速度不同的分离方法。
平板电泳
D.利用蛋白质选择性吸附的性质先吸附，再洗脱
a.离子交换吸附利用阴、阳离子树脂
b.亲合色谱利用亲和色谱颗粒
3.5变性-功能丧失提问：分子本质？
答案：二、三、四级空间结构被破坏扭曲变伸展（31年我国科学家袁宪教授首次提出）
（一级结构完好）
一级结构破坏-降解
A.现象：
失活
B.变性因素：
a.物理因素——
提问：有哪些？
加热（70~100℃）、剧烈振荡或搅拌例如 卤水（少量MgCl2）点豆腐、煎炒烹炸紫外线、X射线、超生波例如 皮肤粗糙、白内障、杀菌
b.化学因素——
提问：有哪些？
强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。
例如 胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒
C.机理提问：分子机理？
答案：变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键以及二硫键。
重金属——与-SH生成不溶性的硫化物浓乙醇、去污剂——破坏疏水作用力
3.6 复性-恢复活性手段—去除变性因素（稀释、透析）及加入协助蛋白（分子伴侣）
具体机理不清楚应用—蛋白质工程产品的复性
3.7 蛋白质工程提取、制造或改造蛋白质的技术产品—工程蛋白工程——预见性、精确性、严密性
80年代兴起于美国，发展迅速，前景无量方法：基因工程（主要手段）、化学合成应用领域药物蛋白、工业酶、农作物改造
3.8 蛋白质的分类提问：如何分类？
分子组成——简单蛋白、结合蛋白（核酸、糖、脂类、色素分子、磷酸、金属离子）
形状、功能、溶解性、生物种类等等
1.蛋白质的功能与分布
2.蛋白质的组成与结构
3.蛋白质的性质与分离
蛋白质-英文为“Protein”——第一重要.
生老病死，万物轮回(蛋白质层次)
生（诞生、生长）：在蛋白质（酶）控制（催化）下的老细胞计划性凋亡和新细胞的再生（细胞新陈代谢）、活细胞物质的代谢。
老？
蛋白质功能的普遍衰退(?)。
病——个别蛋白质的功能障碍。
死？
蛋白质功能的全部停止,分解。
蛋白质——生物功能分子
第一节 蛋白质的功能与分布单细胞生物
多细胞动物
食道（口、胃、肠）-消化酶（细胞外）
血管中-免疫蛋白
（Antibody）
激素蛋白细胞水平提问：为什么人体细胞会有不同的形状呢？
细胞内有支撑体
？
功能 蛋 白,大多为 球 状；
蛋白质分布广泛、功能多样
1,催化功能-酶
2,结构功能-皮、毛、骨、牙、细胞骨架
3,载运功能-膜蛋白
4,调控功能-激素
5,运动功能-鞭毛、肌肉蛋白
6,防御功能-免疫球蛋白
7,神经传导
其他组成以及结构复杂程度不同生物大分子包括蛋白质结构决定功能
（分子结构决定生物功能）
牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成
2.1 蛋白质的组成单位——氨基酸含有氨基的羧酸
1,化学结构
R-CH(NH2)-COOH
R 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分,叫 R 基 (R group),又 称 为 侧 链 (sidechain) 。
无色晶体、溶于水
地 球 上 天 然 形 成 的 氨 基 酸 有 300 种 以 上,但 是 构 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 只 有 22 种,且都是α-氨基酸（可能还存在更多的）。
提问：什么是α-氨基酸？
答案：
----C-C-C-C-COOH
γ β α
----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸
----C-C-C (NH2)- C - COOH β-氨基酸
----C-C (NH2)- C - C - COOH γ-氨基酸
20种基本氨基酸图示构 成 蛋 白 质 的 前二 十 种 氨 基 酸 的 名 称,符 号,化 学 结 构 和 疏 水 性 指 数 。 指 数 愈 正 表 示 疏 水 性 愈 强 。
苯丙氨酸
2,分类大—小极性（电性有—无）—非极性
纯晶体状态
答案：
-R 有电性区别。
中性氨基酸pI一般为6.0
提问：为什么偏酸性？
答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
更酸（3.0 左 右）
碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.6~10.7)( 只 有 三 种）
提 问,大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7） 时,带 电？
B.等 电 点 时 的 氨 基 酸
溶 解 度 最 小，易 于 沉 淀
提 问,为 什 么？
较小的同性排斥
C,吸光性含苯环氨基酸大π键吸收紫外光，蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；
氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？
成 肽 反 应
2.2 肽二肽还有α—羧基与α—氨基，还可以继续与其他氨基酸缩水形成三肽、四肽等等多个氨基酸形成的肽叫多肽,呈链状故又称多肽链。
蛋白质= 1或几条长多肽链 +[或不+] 辅助基团
短 链 且具有生物功能的 多 肽 不 算 蛋 白 质，通常称为活性肽！
2,活 性 肽
如催产素、加压素（升高血压）、舒缓素、干扰素、胸腺肽、脑肽等等。
2.3 蛋 白 质 的 结 构
1.一 级 结 构（ 线 性 结 构）
蛋 白 质 的 一 级 结 构 (primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。
二 硫 键
2,空 间 结 构（ 又 称 构 象）
多肽链＝通过可 旋转的α- 碳 原 子连接的酰胺平面链
提问：影响蛋白质构象的作用力有哪些？
内力（内因）
蛋白质分子内各原子间作用力外力（外因）
与溶剂及其他溶质作用力内因为主，外因通过改变内因起作用按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。
3,二 级 结 构
——蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。
包括α—螺旋、β—折叠片、β—转角、自由回转四种方式。
A,α—螺旋（蛋白质最常见的二级结构形式）
(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。
虚 线 代 表 氢 键 绿 色：C 蓝 色：N 红 色：O 。 此 (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。
天然蛋白质大部分为右手螺旋；
氢 键
(a) 一 般 形 式 。 D 代 表 donor；A 代 表 acceptor。 (b) 水 分 子 之 间 的 氢 键 。 (c) 在 弯 曲 的 多 肽 链 内,例 如 a 螺 旋 (d) 酶 RNase A 与 其 胸 腺 嘧 啶 之 间 的 氢 键 。
O ……（ 氢 键 ）………H
—C—（NH—CH—CO）3—N—
R
由同一条肽链内 每 3个 氨 基 酸 残基的两个肽键衍生而来
B.β折叠片
β—折叠片是多肽链的折叠形式平行肽链间以氢键从侧面连接的构象
维持β—折叠片的作用力也是肽键衍生出的氢键
平行式
反平行式
3.β转角作用力——同样是肽键衍生来的氢键但由于只有这一个氢键，只形成β—转角结构。
O ……（ 氢 键 ）………H
—C—（NH—CH—CO）2—N—
R
4.自由回转自由回转
——没有一定规律的松散的肽链结构作用力弱
电子显微镜下的人体头发
3,蛋白质的三级结构
——一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构球状分子特有的结构
A.三级结构中的作用力包括二硫键、氢键、盐键、疏水作用力、范德华力
氢键-侧链间形成范德华力（分子间作用力，受彼此距离影响）
疏水键
-“非极性基团被极性水分子排挤相互聚拢”作用力。
键 能肽键
二硫键离子键
氢键疏水键
范德华力
4.四级结构寡聚蛋白特有的空间结构寡聚蛋白——
由数条具有三级结构的蛋白质通过次级键叠合而成亚基单独没有生物功能
5.蛋白质分子结构与功能关系（研究热点）
蛋白质的分子具有多种多样的生物功能是以其庞大的分子组成和极为复杂的结构为基础的，充分认识这其间的关系是人工合成功能蛋白质的基础。
A.结构决定功能例如镰刀形贫血病的分子机理
正常细胞 镰刀形细胞镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息
正常型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys ---
β链 谷氨酸镰刀型 ---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys ---
β链 缬氨酸谷A（极性） 缬A（非极性）
(了解)由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失,导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。
蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构乃至功能！
测序方法
1逐个水解测序（早期）
2由特定的基因推断（目前）
肌红蛋白 血红蛋白α 血红蛋白β
氨基酸序列大不相同，功能相似（载氧），结构相似结构决定功能
B,调节结构改变功能变构现象外因通过改变蛋白质构象引起蛋白质功能变化的现象。
血红蛋白
第三节 蛋白质的性质及其分离
3.1 蛋白质的分子量一般在一万至一百万（1道尔顿＝1×C12绝对质量/12≈1.66×10-27千克）之间常用的测定方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法等。
凝胶法只适于球状蛋白分子测量
3.2 蛋白质的两性电离及等电点提问：为什么蛋白质具有两性（酸、碱性）？
含有酸碱氨基酸残基碱/酸 越大 pI？
越大
pI通常在 6.0 左右
3.3 蛋白质的水溶性及胶体性质提问：什么样的分子是水溶性的？
答案：分子直径≤胶体颗粒大小（1~100 nm)且不易聚集沉淀。
大多数球状蛋白溶于水，能形成稳定的胶体溶液。
3.4 蛋白质的分离主要依据以下几个性质：分子大小的区别、溶解度、电荷、吸附性质。
A.根据分子大小不同的分离方法提问：有哪些方法呢？
离心法、凝胶过滤、膜过滤（透析、超滤）
利用蛋白质分子较大，不能透过半透膜的性质，用半透膜将蛋白质与无机盐、单糖等小分子物质分开，半透膜一般用玻璃纸或一些合成材料。
B.利用溶解度差别的分离
a.等电点沉淀提问：如何将混合液中不同蛋白质等电点分离？
调整溶液pH，使不同等电点的蛋白质在各自等电点 pI处依次沉淀下来。
b.盐溶—盐析等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀溶解—盐溶提问：原因？
盐析向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出提问：原因？
提问：
向蛋白质溶液中加入有机溶剂（如甲醇、乙醇、丙酮）会使蛋白质沉淀，为什么？
破坏蛋白质的水化层；
C.根据电荷不同的分离方法——电泳原理：利用蛋白质在非等电点时所带总电荷不为0，且大小不同，电场中的移动速度不同的分离方法。
平板电泳
D.利用蛋白质选择性吸附的性质先吸附，再洗脱
a.离子交换吸附利用阴、阳离子树脂
b.亲合色谱利用亲和色谱颗粒
3.5变性-功能丧失提问：分子本质？
答案：二、三、四级空间结构被破坏扭曲变伸展（31年我国科学家袁宪教授首次提出）
（一级结构完好）
一级结构破坏-降解
A.现象：
失活
B.变性因素：
a.物理因素——
提问：有哪些？
加热（70~100℃）、剧烈振荡或搅拌例如 卤水（少量MgCl2）点豆腐、煎炒烹炸紫外线、X射线、超生波例如 皮肤粗糙、白内障、杀菌
b.化学因素——
提问：有哪些？
强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。
例如 胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒
C.机理提问：分子机理？
答案：变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键以及二硫键。
重金属——与-SH生成不溶性的硫化物浓乙醇、去污剂——破坏疏水作用力
3.6 复性-恢复活性手段—去除变性因素（稀释、透析）及加入协助蛋白（分子伴侣）
具体机理不清楚应用—蛋白质工程产品的复性
3.7 蛋白质工程提取、制造或改造蛋白质的技术产品—工程蛋白工程——预见性、精确性、严密性
80年代兴起于美国，发展迅速，前景无量方法：基因工程（主要手段）、化学合成应用领域药物蛋白、工业酶、农作物改造
3.8 蛋白质的分类提问：如何分类？
分子组成——简单蛋白、结合蛋白（核酸、糖、脂类、色素分子、磷酸、金属离子）
形状、功能、溶解性、生物种类等等
