生物化学 主讲 吴石金
生物与环境工程学院 2003/2004学年第 1学期
Biochemistry
生物化学
硕士研究生入学考试
国家教育部指定考试科目
教材:王镜岩主编(第三版) 高教出版社
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Chapter4 Protein的共价结构
第一节 蛋白质通论
蛋白质 存在于所有的
生物细胞中,是构成
生物体最基本的结构
物质和功能物质。
蛋白质 是生命活动的
物质基础,它参与了
几乎所有的生命活动
过程。
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早在 1878年,思格斯就在, 反杜林论, 中指出:, 生
命是蛋白体的存在方式,这种存在方式本质上就在于这些
蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。,
可以看出,第一,蛋白体是生命的物质基础;第二,
生命是物质运动的特殊形式,是蛋白体的存在方式;第三,
这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新
陈代谢。
现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断 。
木瓜蛋白酶(组织蛋白酶)
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(一)蛋白质的化学组成和分类
1,蛋白质是一类含氮有机化合物, 除含有 C,H、
O外, 还有 N和少量的 S,P 。 某些蛋白质还含
有其他一些元素, 主要是 P,Fe,Cu,Co、
Mn,Zn等 。 这些元素在蛋白质中的组成百分
比约为,
碳 50%
氢 7%
氧 23%
氮 16%
硫 0— 3%
其他 微 量
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2、蛋白质的含氮量
☆ 氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分 。 因
此, 可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白
质的含氮量 。 由于大多数蛋白质的含氮量接近
于 16%,所以, 可以根据生物样品中的含氮量
来计算蛋白质的大概含量,
☆ 蛋白质含量 ( 克 %) =每克生物样品中含氮的克
数 ? 6.25
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3、蛋白质的大小与分子量
蛋白质是分子量( Mr)很大的生物分子。对任
一种给定的蛋白质来说,它的所有分子在氨基酸的
组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是相同的,
即所谓均一的蛋白质。
4、蛋白质的分类
什么叫单纯蛋白质、缀合蛋白质?辅基(或配体)?分类
方法( 158页);
球状蛋白质、纤维状蛋白质、膜蛋白(质);
单体蛋白质、寡聚蛋白质、亚基(亚单位);
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(二)蛋白质的构象和蛋白质结构的组织层次
每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构,
这种三维结构通常被称为蛋白质的构象。
为了表示蛋白质结构的不同组织层次,一般采用下列专门术语,
Protein的一级结构( primary structure)
Protein的二级结构( secondary structure)
Protein的三级结构 (tertiary structure)
Protein的四级结构( quarternary structure)
(三)蛋白质功能的多样性( 160页)
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一,Amino acid 的连接方式 —— 肽键 (peptide bond)
二、肽( peptide)
1、定义,Amino acid 通过肽键连接起来的化合物称为肽。
2、分类:寡肽 (oligopeptide)、多肽和游离活性肽(如谷胱苷肽
( GSH)、脑啡肽、生长素、催产素等)。
三、多肽链( polypeptide chain)
1、氨基末段( -NH2)和羧基末端( -COOH)
2、命名:“某氨基酰某氨基酰 ? ? ? ? ? ?某氨基酸”
3、肽链和肽键;主链和侧链;氨基酸残基
4、二硫键、链内二硫键和链间二硫键
第二节 多 肽
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肽和肽键的结构
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 。
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C C N C C N C C N C C N C
C H 2 C H C H 2 C H 2 C H 2
C O O
-
O H C O 2 H C H 2
C O N H 2
O H
C H 3
H 3 N
+
O O O O
H H H H H
H H H H
S e r V a l T y r A s p G ln
C H 3
N- 端 C- 端
肽键
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 ?-氨基,称为氨基端或
N-端; 在另一端含有一个游离的 ?-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。如上述五肽可表示为,
Ser-Val-Tyr-Asp-Gln
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肽 键
肽键的特点是氮原子上的孤
对电子与羰基具有明显的共
轭作用。
组成肽键的原子处于同一平
面 —— 酰胺平面。
肽键中的 C-N键具有部分双键
性质,不能自由旋转。
在大多数情况下,以反式结
构存在。
C
O
N C N
+
O
-
C N
C
O
H
C
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肽键
肽键中的 C-N键具有部分双
键性质, 不能自由旋转 。
在大多数情况下,以反式结
构存在。
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四肽的结构
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天然存在的重要多肽
在生物体中,多肽最重要的存在形式是作为蛋
白质的亚单位。
但是,也有许多分子量比较小的多肽以游离状
态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功
能,常称为活性肽。
如:脑啡肽;激素类多肽;抗生素类多肽;谷
胱甘肽;蛇毒多肽等。
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C y s
T y r
IL e
G ln
A s n
C y s
P r o
L e u
G ly N H
2
S
S
牛 催 产 素
C y s
T y r
G ln
A s n
C y s
P r o
S
S
P h e
A r g
G ly N H
2
牛 加 压 素
+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu- COO-
Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽
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L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val
? ?
L-Orn L-Orn
? ?
L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu
短杆菌肽 S(环十肽 )
由细菌分泌的多肽,有时也都含有 D-氨基
酸和一些不常见氨基酸,如鸟氨酸
( Ornithine,缩写为 Orn)。
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第三节 蛋白质的水解
?蛋白质分子量的上下限是人为
规定的,因为这决定于蛋白质和
分子量概念的定义。
?某些蛋白质是由两个或更多个
蛋白质亚基 (多肽链 )通过非共价
结合而成的,称寡聚蛋白质。有
些寡聚蛋白质的分子量可高达数
百万甚至数千万。
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1、酸水解
常用 6 mol/L的盐酸或 4 mol/L的硫酸在 105-
110℃ 条件下进行水解, 反应时间约 20小时 。
此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化 。 缺
点是 色氨酸 被沸酸完全破坏;
含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分
被分解; 门冬酰胺和谷氨酰胺 侧链的酰胺基被
水解成了羧基 。
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2、碱水解
一般用 5 mol/L氢氧化钠煮沸 10-20小时 。
由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破
坏, 产率不高 。
部分的水解 产物发生消旋化 。
该法的优点是 色氨酸 在水解中不受破坏 。
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3、酶水解(重点掌握 173页)
目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶
( proteolytic enzyme)或称蛋白酶
( proteinase)已有十多种。
应用酶水解多肽不会破坏氨基酸,也不会发生消
旋化。水解的产物为较小的 肽 段。
最常见的蛋白水解酶有以下几种,
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Trypsin, R1=赖氨酸
Lys和精氨酸 Arg侧
链(专一性较强,
水解速度快)。
N H C H C
O
R 4
N H C H C
O
R 3
N H C H C
O
R 2
N H C H C
O
R 1
肽链 水解位点




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或胰凝乳蛋白酶
( Chymotrypsi
n),R1=苯丙
氨酸 Phe,色氨
酸 Trp,酪氨酸
Tyr; 亮氨酸
Leu,蛋氨酸
Met和组氨酸
His水解稍慢 。
N H C H C
O
R 4
N H C H C
O
R 3
N H C H C
O
R 2
N H C H C
O
R 1
肽链 水解位点




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Pepsin,R1和 R2=
R1=苯丙氨酸 Phe,
色氨酸 Trp,酪氨
酸 Tyr; 亮氨酸
Leu以及其它疏
水性氨基酸水解
速度较快。
N H C H C
O
R 4
N H C H C
O
R 3
N H C H C
O
R 2
N H C H C
O
R 1
肽链 水解位点




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thermolysin),R2=苯丙氨酸 Phe,色氨酸 Trp,
酪氨酸 Tyr; 亮氨酸 Leu,异亮氨酸 Ileu,
蛋氨酸 Met以及其它疏水性强的氨基酸水
解速度较快。
N H C H C
O
R 4
N H C H C
O
R 3
N H C H C
O
R 2
N H C H C
O
R 1
肽链 水解位点






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分别从肽链羧基端
和氨基端水解
N H C H C
O
R 4
N H C H C
O
R 3
N H C H C
O
R 2
N H C H C
O
R 1
肽链
水解位点 羧肽





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蛋白质是由一条或多条多肽 (polypeptide)
链以特殊方式结合而成的生物大分子。
蛋白质与多肽并无严格的界线,通常是将
分子量在 6000道尔顿以上的多肽称为蛋
白质。
蛋白质分子量变化范围很大,从大约 6000
到 1000000道尔顿甚至更大。
第四节 蛋白质的结构
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蛋白质的一级结构
☆ 蛋白质的一级结构
(Primary structure)包
括组成蛋白质的多肽链
数目,
☆ 多肽链的氨基酸顺序,
☆以及多肽链内或链间二
硫键的数目和位置。
☆其中最重要的是多肽链
的氨基酸顺序,它是蛋
白质生物功能的基础。
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一,Protein的一级结构( primary structure)
(一)定义:是指构成蛋白质的各种氨基酸的种类、数量、
连接方式 和排列顺序,由遗传信息(遗传密码)所决定。涉
及的化学键是肽键和少量的二硫键。
(二)研究意义
1、从分子水平上研究蛋白质的结构和功能,为蛋白质的
人工合成奠定了物质基础。
2、诊断遗传病、合成基因探针等高新技术的研究具有重
要意义。
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二、蛋白质一级结构的测定
蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研
究的基础。自从 1953年 F.Sanger测定了
胰岛素的一级结构以来,现在已经有上
千种不同蛋白质的一级结构被测定。
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1,样品必需纯( >97%以上);
2,知道蛋白质的分子量;
3,知道蛋白质由几个亚基组成;
4,测定蛋白质的氨基酸组成;并根据分子量计
算每种氨基酸的个数。
5,测定水解液中的氨量,计算酰胺的含量。
( 1)测定蛋白质的一级结构的要求
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( 2)测定步骤
1,多肽链的拆分。
由多条多肽链组成的蛋白质分子,必须先进行
拆分。










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( 2)测定步骤
1,多肽链的拆分。
几条多肽链借助非共价键连接在一起,
称为寡聚蛋白质,如,血红蛋白为四聚
体,烯醇化酶为二聚体;可用 8mol/L尿
素或 6mol/L盐酸胍处理,即可分开多肽
链 (亚基 ),










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( 2)测定步骤
2,测定蛋白质分子中多肽链的数目。
通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分
子量之间的关系,即可确定多肽链的数目。









定 168页以自学为主
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( 2)测定步骤
3,二硫键的断裂
几条多肽链通过二硫键交联在一起。可
在可用 8mol/L尿素或 6mol/L盐酸胍存在
下,用过量的 ?-巯基乙醇处理,使二硫
键还原为巯基,然后用烷基化试剂保护
生成的巯基,以防止它重新被氧化。










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4,测定每
条多肽链
的氨基酸
组成,并
计算出氨
基酸成分
的分子比;









定 现在已有氨基酸自动分析仪和肽链氨基
酸顺序自动测定仪,对蛋白质多肽氨基
酸排列顺序的测定提供了极大的方便。
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第五节 蛋白质的氨基酸序列与生
物学功能
(阅读材料 181页)
现在已有氨基酸自动分析仪和肽链氨基酸顺序自动
测定仪,对蛋白质多肽氨基酸排列顺序的测定提供了极
大的方便。