第二章 蛋白质化学
Chapter 2 Chemistry of Protein
一、蛋白质的生物学意义,
生命现象的具体体现者和生物功能的具体执行者。
?原生质的主要成分，生物体形态结构的物质基础。
?生物体新陈代谢在酶的催化下进行，受激素的的调节。
?物质运输。
?生物运动。
?信息传递。
?生物防御。
?基因表达与生长分化。
?记忆、识别等。
二、蛋白质的化学组成
主要 元素：
C,H,O,N,S
微量 元素：
P,Fe,Zn,Cu,Mo,I
其中,N的含量较恒定，平均 16%。
——定 N法 测定蛋白质含量 的依据。
蛋白质含量 = 含 N量 ? 6.25
第一节 氨基酸（ Amino Acid）
----蛋白质的基本结构单位
一、概念
含有氨基的羧酸 。是蛋白质水解的最终产物。
组成 蛋白质的氨基酸只有 20种。
二、蛋白质氨基酸
1,结构通式
2,特点
--除脯氨酸外，均为 ?-氨基酸。
--除甘氨酸外，均为 L-氨基酸。
三、氨基酸分类
1,按 R基团的结构特点
脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。
2,从 营养学 角度
必需氨基酸、非必需氨基酸。
3,按 R基团的性质 \极性
--非极性氨基酸：疏水氨基酸。
--极性氨基酸：亲水氨基酸，包括酸性、碱性和非解离氨
基酸。（表 2-1）
四、氨基酸的重要理化性质
1,物理性质
外观：无色晶体，熔点高，有味
溶解性：溶于水，不溶于有机熔剂
?应用？
光吸收,Tyr,Phe, Trp在紫外区有光吸收能力
最大吸收峰在 280nm处
?应用？
四、氨基酸的重要理化性质
2,两性解离和等电点
(Figure & Table)
Key Concept,pI (Isoelectric Point)
pI = ? (pK1 + pK2 ) = pH
?Applications?
四、氨基酸的重要理化性质
3,化学性质
1),与茚三酮反应
NB,有此反应的并不都是氨基酸。
2),与亚硝酸反应
Key Point,free ?-amino group
3),与甲醛反应
四、氨基酸的重要理化性质
3,化学性质（续）
4),与 DNFB ( 2,4-二硝基氟苯 ) 反应
NB,蛋白质的一级结构即氨基酸排列顺序的测定。
5),与 PITC(异硫氰酸苯酯 )反应
Key Point,free ?-amino group at N-terminal of protein
第二节 肽
? 肽键 -CO-NH-
? 肽链
? 重要寡肽 ——举例
谷胱甘肽
催产素与加压素
脑啡肽
第三节 蛋白质的结构
一、一级结构
? 连接方式 ——肽键
? 氨基酸排列顺序 ——肽链
?cf 核酸的一级结构
? 构型与构象 (configuration & conformation)
Key Point,covalent bond
测定氨基酸排列顺序的方法要点
1,分析 -NH2末端和 COOH末端。
2,完全水解测氨基酸组成。
3,用两种以上的方法部分水解得小肽，测各小肽的氨基
酸顺序。 eg,胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶 等。
4,肽段重叠重组推断多肽结构。
例
NB *两条肽链以上的蛋白，首先要分解成单链。
*含二硫键的蛋白，要先拆开二硫键。
二、蛋白质的二级结构
指蛋白质多肽链自身的 折叠和盘绕 方式。以 氢键 稳定结构。
1,?-螺旋 。
2,?-折叠 。
3,?-转角。
4,无规卷曲。
二、蛋白质的二级结构
1,?-螺旋 。
蛋白质主链的典型结构方式。
结构特点：
? 每 3.6个氨基酸残基上升 1圈,螺距 0.54nm。
? 侧链 R外伸，相邻螺圈形成氢键与中轴平行。
? 分 左 手螺旋和 右 手螺旋。
NB,Pro为 ?-亚氨基。
二、蛋白质的二级结构
2,?-折叠 。
肽链的 伸展 结构。由两条（或以上）几乎完全
伸展的多肽链侧向聚集而成。
用热水、稀碱或拉力将 ?-角蛋白 处理，会使 ?-
螺旋 的氢键断开而伸展。这时，肽链按层次排列，
相邻肽链通过形成氢键维持稳定。
– 正向平行 ——N-端在同一方向
– 反向平行 ——N-端顺反交替
二、蛋白质的二级结构
3,?-转角。
包含 4个氨基酸,1st氨基酸残基的 C=O与 4th氨基酸残
基的 N-H之间形成氢键。
肽链在该处呈 180° 回折。
二、蛋白质的二级结构
3,无规卷曲 。
没有规律的松散的肽链结构。
酶的活性部位常在此区。
? 超二级结构
? 结构域 (domain)
三、蛋白质的三级结构 (tertiary structure)
? 蛋白质多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折
叠，形成特定构象的蛋白质或其亚基。
? 依靠次级键维持稳定。
? 非极性基团 疏水,多聚集于分子 内部 ；
极性基团 亲水,暴露在分子 表面 。
==>蛋白质的性质
四、蛋白质的四级结构 (quaternary structure)
? 两条（或两条以上）具有三级结构的多肽链聚合成
特定构象的蛋白质分子。
? 每条多肽链称为 亚基 。单独亚基无生物活性。
第四节 蛋白质分子结构与功能的关系
一级结构 ==>构象 ==>生物功能
一、一级结构与功能的关系
– 种属差异
– 分子病
二、构象与功能的关系
– aa排列顺序改变 --构象改变
– 发生生物功能时的构象改变 --活性改变
第五节 蛋白质的性质
蛋白质由氨基酸组成，既具有氨基酸的性质，又有其
特殊的性质。
– 分子量大
– 两性解离和等电点
– 胶体性质
– 沉淀反应
– 变性与复性
– 颜色反应
1.分子量大
10-1000 kD
测定蛋白质分子量的方法很多：
1,化学成分测定
Mr = 某一微量元素的原子量 × 原子数 / 该元素的百分含量
2,渗透压法
灵敏度差。
1.分子量大
3,凝胶过滤法（柱层析）
4,聚丙烯酰胺凝胶电泳
5,超离心法
沉降系数 S = 单位 (cm)离心场里的沉降速度
dx / dt=
?2 x
2,两性解离和等电点
- 两末端分别有 ?-NH2和 ?-COOH。
- 部分氨基酸的 R基团含有可解离的基团。
电泳,
– 电泳方向决定于：表面电荷的性质
– 电泳速度决定于：蛋白质所带的电荷量
分子量
电泳方法,
自由界面电泳
区带电泳 凝胶电泳 圆盘
纸电泳 平板
3,胶体性质
– 1-100nm大小的颗粒
– 不能透过半透膜
?纯化
– 表面形成水化层
?亲水胶体、不易凝集沉淀
4,沉淀反应
破坏水膜或中和电荷 ?沉淀
1,加盐 eg,(NH4)2SO4
2,有机溶剂
3,有机酸 / 生物碱
4,重金属盐
5,变性与复性
? 变性概念, 在 理化因素 的影响下，蛋白质构象发生变化而失活。
物理因素,高温、剧振、搅拌、紫外线,X-射线、超声波
化学因素,强酸、强碱、去污剂、重金属盐、有机酸等
? 变性蛋白的特征,
1,生物学性质改变 ——酶失活
2,理化 性质改变 ——溶解度低、易沉淀、构象改变、光学性质改变
3,生化 性质改变 ——肽链松散、易酶水解
NB 一级结构 不受破坏，组分、分子量不变。
5,变性与复性 (Cont.)
? 变性 原因, 次级键（尤其是氢键）被破坏 (吴宪,1930S)
? 变性 结果,
1,卷曲紧密结构 ?松散无序伸展结构
2,疏水基暴露，亲水基减少 ?不能与水相溶而失去水膜 ?沉淀
蛋白质的变性作用比较剧烈，这种变性是不可逆的。若变性作用
不剧烈，变性蛋白质可（部分）恢复其构象和性质，称 复性 。
NB 沉淀只除去蛋白质的水膜或中和电荷，变性则破坏蛋白质的构象 。
故,沉淀不一定是变性，变性易引起沉淀 。 e.g,pI of Protien
6,颜色反应
蛋白质中的氨基酸的某些特殊基团与某些试剂产生颜
色反应, 用于蛋白质分析 。
1,双缩脲反应 生成红紫色络合物 。
2,黄色反应 芳香族氨基酸 (Tyr,Trp) 特有的呈色反应 。
3,米伦反应 与酚基 (Tyr) 反应生成红色汞化物 。
4,乙醛酸反应 与 含有吲哚基 (Trp)的化合物反应生成紫色化合物 。
5,Folin-酚反应 酪氨酸的酚基将 Folin试剂中的磷钼酸和磷钨酸反
应还原成兰色物质 。
//蛋白质的定量测定分析方法之一 。
6,坂口反应 Arg的胍基与 ?-萘酚在次氯 (溴 )酸钠作用下生成红色产
物 。
Chapter 2 Chemistry of Protein
一、蛋白质的生物学意义,
生命现象的具体体现者和生物功能的具体执行者。
?原生质的主要成分，生物体形态结构的物质基础。
?生物体新陈代谢在酶的催化下进行，受激素的的调节。
?物质运输。
?生物运动。
?信息传递。
?生物防御。
?基因表达与生长分化。
?记忆、识别等。
二、蛋白质的化学组成
主要 元素：
C,H,O,N,S
微量 元素：
P,Fe,Zn,Cu,Mo,I
其中,N的含量较恒定，平均 16%。
——定 N法 测定蛋白质含量 的依据。
蛋白质含量 = 含 N量 ? 6.25
第一节 氨基酸（ Amino Acid）
----蛋白质的基本结构单位
一、概念
含有氨基的羧酸 。是蛋白质水解的最终产物。
组成 蛋白质的氨基酸只有 20种。
二、蛋白质氨基酸
1,结构通式
2,特点
--除脯氨酸外，均为 ?-氨基酸。
--除甘氨酸外，均为 L-氨基酸。
三、氨基酸分类
1,按 R基团的结构特点
脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。
2,从 营养学 角度
必需氨基酸、非必需氨基酸。
3,按 R基团的性质 \极性
--非极性氨基酸：疏水氨基酸。
--极性氨基酸：亲水氨基酸，包括酸性、碱性和非解离氨
基酸。（表 2-1）
四、氨基酸的重要理化性质
1,物理性质
外观：无色晶体，熔点高，有味
溶解性：溶于水，不溶于有机熔剂
?应用？
光吸收,Tyr,Phe, Trp在紫外区有光吸收能力
最大吸收峰在 280nm处
?应用？
四、氨基酸的重要理化性质
2,两性解离和等电点
(Figure & Table)
Key Concept,pI (Isoelectric Point)
pI = ? (pK1 + pK2 ) = pH
?Applications?
四、氨基酸的重要理化性质
3,化学性质
1),与茚三酮反应
NB,有此反应的并不都是氨基酸。
2),与亚硝酸反应
Key Point,free ?-amino group
3),与甲醛反应
四、氨基酸的重要理化性质
3,化学性质（续）
4),与 DNFB ( 2,4-二硝基氟苯 ) 反应
NB,蛋白质的一级结构即氨基酸排列顺序的测定。
5),与 PITC(异硫氰酸苯酯 )反应
Key Point,free ?-amino group at N-terminal of protein
第二节 肽
? 肽键 -CO-NH-
? 肽链
? 重要寡肽 ——举例
谷胱甘肽
催产素与加压素
脑啡肽
第三节 蛋白质的结构
一、一级结构
? 连接方式 ——肽键
? 氨基酸排列顺序 ——肽链
?cf 核酸的一级结构
? 构型与构象 (configuration & conformation)
Key Point,covalent bond
测定氨基酸排列顺序的方法要点
1,分析 -NH2末端和 COOH末端。
2,完全水解测氨基酸组成。
3,用两种以上的方法部分水解得小肽，测各小肽的氨基
酸顺序。 eg,胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶 等。
4,肽段重叠重组推断多肽结构。
例
NB *两条肽链以上的蛋白，首先要分解成单链。
*含二硫键的蛋白，要先拆开二硫键。
二、蛋白质的二级结构
指蛋白质多肽链自身的 折叠和盘绕 方式。以 氢键 稳定结构。
1,?-螺旋 。
2,?-折叠 。
3,?-转角。
4,无规卷曲。
二、蛋白质的二级结构
1,?-螺旋 。
蛋白质主链的典型结构方式。
结构特点：
? 每 3.6个氨基酸残基上升 1圈,螺距 0.54nm。
? 侧链 R外伸，相邻螺圈形成氢键与中轴平行。
? 分 左 手螺旋和 右 手螺旋。
NB,Pro为 ?-亚氨基。
二、蛋白质的二级结构
2,?-折叠 。
肽链的 伸展 结构。由两条（或以上）几乎完全
伸展的多肽链侧向聚集而成。
用热水、稀碱或拉力将 ?-角蛋白 处理，会使 ?-
螺旋 的氢键断开而伸展。这时，肽链按层次排列，
相邻肽链通过形成氢键维持稳定。
– 正向平行 ——N-端在同一方向
– 反向平行 ——N-端顺反交替
二、蛋白质的二级结构
3,?-转角。
包含 4个氨基酸,1st氨基酸残基的 C=O与 4th氨基酸残
基的 N-H之间形成氢键。
肽链在该处呈 180° 回折。
二、蛋白质的二级结构
3,无规卷曲 。
没有规律的松散的肽链结构。
酶的活性部位常在此区。
? 超二级结构
? 结构域 (domain)
三、蛋白质的三级结构 (tertiary structure)
? 蛋白质多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折
叠，形成特定构象的蛋白质或其亚基。
? 依靠次级键维持稳定。
? 非极性基团 疏水,多聚集于分子 内部 ；
极性基团 亲水,暴露在分子 表面 。
==>蛋白质的性质
四、蛋白质的四级结构 (quaternary structure)
? 两条（或两条以上）具有三级结构的多肽链聚合成
特定构象的蛋白质分子。
? 每条多肽链称为 亚基 。单独亚基无生物活性。
第四节 蛋白质分子结构与功能的关系
一级结构 ==>构象 ==>生物功能
一、一级结构与功能的关系
– 种属差异
– 分子病
二、构象与功能的关系
– aa排列顺序改变 --构象改变
– 发生生物功能时的构象改变 --活性改变
第五节 蛋白质的性质
蛋白质由氨基酸组成，既具有氨基酸的性质，又有其
特殊的性质。
– 分子量大
– 两性解离和等电点
– 胶体性质
– 沉淀反应
– 变性与复性
– 颜色反应
1.分子量大
10-1000 kD
测定蛋白质分子量的方法很多：
1,化学成分测定
Mr = 某一微量元素的原子量 × 原子数 / 该元素的百分含量
2,渗透压法
灵敏度差。
1.分子量大
3,凝胶过滤法（柱层析）
4,聚丙烯酰胺凝胶电泳
5,超离心法
沉降系数 S = 单位 (cm)离心场里的沉降速度
dx / dt=
?2 x
2,两性解离和等电点
- 两末端分别有 ?-NH2和 ?-COOH。
- 部分氨基酸的 R基团含有可解离的基团。
电泳,
– 电泳方向决定于：表面电荷的性质
– 电泳速度决定于：蛋白质所带的电荷量
分子量
电泳方法,
自由界面电泳
区带电泳 凝胶电泳 圆盘
纸电泳 平板
3,胶体性质
– 1-100nm大小的颗粒
– 不能透过半透膜
?纯化
– 表面形成水化层
?亲水胶体、不易凝集沉淀
4,沉淀反应
破坏水膜或中和电荷 ?沉淀
1,加盐 eg,(NH4)2SO4
2,有机溶剂
3,有机酸 / 生物碱
4,重金属盐
5,变性与复性
? 变性概念, 在 理化因素 的影响下，蛋白质构象发生变化而失活。
物理因素,高温、剧振、搅拌、紫外线,X-射线、超声波
化学因素,强酸、强碱、去污剂、重金属盐、有机酸等
? 变性蛋白的特征,
1,生物学性质改变 ——酶失活
2,理化 性质改变 ——溶解度低、易沉淀、构象改变、光学性质改变
3,生化 性质改变 ——肽链松散、易酶水解
NB 一级结构 不受破坏，组分、分子量不变。
5,变性与复性 (Cont.)
? 变性 原因, 次级键（尤其是氢键）被破坏 (吴宪,1930S)
? 变性 结果,
1,卷曲紧密结构 ?松散无序伸展结构
2,疏水基暴露，亲水基减少 ?不能与水相溶而失去水膜 ?沉淀
蛋白质的变性作用比较剧烈，这种变性是不可逆的。若变性作用
不剧烈，变性蛋白质可（部分）恢复其构象和性质，称 复性 。
NB 沉淀只除去蛋白质的水膜或中和电荷，变性则破坏蛋白质的构象 。
故,沉淀不一定是变性，变性易引起沉淀 。 e.g,pI of Protien
6,颜色反应
蛋白质中的氨基酸的某些特殊基团与某些试剂产生颜
色反应, 用于蛋白质分析 。
1,双缩脲反应 生成红紫色络合物 。
2,黄色反应 芳香族氨基酸 (Tyr,Trp) 特有的呈色反应 。
3,米伦反应 与酚基 (Tyr) 反应生成红色汞化物 。
4,乙醛酸反应 与 含有吲哚基 (Trp)的化合物反应生成紫色化合物 。
5,Folin-酚反应 酪氨酸的酚基将 Folin试剂中的磷钼酸和磷钨酸反
应还原成兰色物质 。
//蛋白质的定量测定分析方法之一 。
6,坂口反应 Arg的胍基与 ?-萘酚在次氯 (溴 )酸钠作用下生成红色产
物 。
