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生物化学 第一单元 蛋白质的化学

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发表于 2011-7-12 23:37:40 | 显示全部楼层 |阅读模式

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; r- m$ @1 O# B5 w- K
第一单元 蛋白质的化学
2 k- {6 f" O" ]3 q- G8 t
  大纲领求:. D+ g1 G+ v/ }9 E& P* v
  1.蛋白质的分子组成:
7 o( T, t0 i" G6 h- Y  (1)元素组成; A( R3 R' q  Y# `9 T( ?7 l
  (2)基础单位
8 t- K; \7 y7 ]+ s( z  2.蛋白质的分子结构
+ p% w+ Z- A" a, n9 o! Y" a  (1)肽键与肽
" d# C+ L1 K' m% j  (2)一级结构
7 l4 G& B9 ]+ Q3 @  (3)二级结构-α螺旋
# J, I. [6 |1 r) S  (4)三级和四级结构概念
( {. M3 K/ G- j! k2 l+ h" P/ A  3.蛋白质的理化性质! W5 U1 N- t& `- j' f
  (1)等电点
  l% T9 a! d" P5 q  (2)沉淀
0 ~0 ^: Z1 P+ Z0 k! q7 Y/ V  (3)变性: P) k- v8 ~2 e8 q1 ?
  蛋白质是生物体的根本组成成份,是我们生命运动的物质基本,生物体所进行的各种生命活动都是由蛋白质来完成的。" K2 B. X4 U5 v* L9 q& w. e
$ P6 \0 A% Z4 L* e' {% U
  一、蛋白质的元素组成* y: D. t# m' O5 O
  作为生物大分子,所有蛋白质都含有碳、氢、氧、氮;大多数蛋白质含有硫;有些蛋白质含有磷;少数还含有铁、铜、锰、锌等金属元素;个别蛋白质含有碘。
1 C2 {' }, k- F$ e  在这些元素中,有一个元素比较尤其,就是氮,测定创造各种蛋白质的含氮量恒定,平均为16%。即1g氮相当于6.25g蛋白质。由于蛋白质是体内的重要含氮物,因此,只要测定生物样品中氮的含量,就可以按下式推算出样品中的蛋白质大致含量。* _0 u! t% ~- }
  每克样品中含氮量×6.25=每克样品中蛋白质含量* m6 S8 n6 k) S
  这就是凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础
( \/ g* R! E; O! i" z# h6 L  以非蛋白氮充当蛋白氮(三聚氰胺): _# J( a; p! R
# |6 i* ?5 W# A$ E2 E$ q5 C
  二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
) _1 {* P$ b& a5 Z: b3 K, d3 w  蛋白质是高分子化合物,可以受酸、碱或蛋白酶作用而水解。研究发现蛋白质水解后的最终产物是氨基酸,所以组成蛋白质的基本单位是氨基酸。存在自然界中的氨基酸有300余种,而组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种。
& s7 w2 k1 |2 B! r/ ]; t  (1)氨基酸的一般结构式:20氨基酸在化学结构式具有一个共同的特点,即在连结羧基的α碳原子上还有一个氨基,故称α一氨基酸。α氨基酸的一般结构式可用下式表现:/ H* g* s& E& G7 \( P( q
  

5 r- j. K; v0 P9 M/ B; |) ^3 r0 L                               
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2 C1 p/ m7 ^+ B9 K% u* K6 ~  由上式可以看出,除甘氨酸外,其余氨基酸的α碳原子是一个不对称碳原子,具有旋光异构现象,也有D-和L-两种构型。组成天然蛋白质的20种氨基酸多属于L-α一氨基酸。(甘氨酸除外)。: ]( @8 G1 k8 m% C) K
  (2)氨基酸的分类:不同的氨基酸主要表示在侧链的不同。组成蛋白质的20余种氨基酸,根据它们的侧链R的结构和性质分为以下四类。
" n2 |$ B8 e1 ^0 G2 A) q3 ^  

/ P% A: `% a( T/ M' R                               
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+ D1 R$ b+ l' x* B  1)非极性氨基酸:8/ e. \0 M; B3 C1 P+ ~; b' w
  这类氨基酸的特点是在水中溶解度小于极性R基氨基酸。
/ x4 F: f0 }+ v5 v$ ?5 r; F  
, s; [% {; o2 t6 h
                               
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( l( k& ~% @! r3 w- w/ d  2)不带电荷的极性氨基酸:74 J1 V4 b4 p3 G1 J5 Z
  这类氨基酸的特征是比非极性R基氨基酸易溶于水。
3 X! o4 F1 o, Q& `  包含三种具有羟基的氨基酸( 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸);两种具有酰胺基的氨基酸(谷氨酰胺和天冬酰胺);一种含有巯基氨基酸(半胱氨峻)和R基团只有一个氢但仍能表现必定极性的甘氨酸。0 \% d) C0 V- e
  
/ K4 D) f0 f8 b5 i% g
                               
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/ G7 ~4 f. f# n4 P( q3 s: ?
  3)带正电荷的氨基酸:3
- ~8 w, X: x  ?' `0 ~: g* E4 }  这类氨基酸的特征是含有两个氨基,在生理条件下带正电荷,属于碱性氨基酸。包括赖氨酸、精氨酸和组氨酸。$ T2 l. z) q1 G6 O% d% O* p9 \5 V
  4)带负电荷的氨基酸:2
- I$ K6 m! ^  e4 }4 _) W; W  这类氨基酸的特征是含有两个羧基,在生理条件下分子带负电荷,属于类酸性氨基酸。包括天冬氨酸和谷氨酸。
) l. c) i( y4 n5 W( ^) u  

" l4 O& e( I0 d+ L, F/ v                               
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% s! H1 v' k+ R9 z  小结( k) h( d2 X3 A" \
  1.各种蛋白质的含氮量很接近,平均含氮量为16%。. @( Y5 \* ]: N, I; m7 D
  2.定氮法测定蛋白质含量:9 J+ G0 @# g+ x9 W/ E
  蛋白质含量=6.25×样品含氮量
4 S7 |/ l) q" y  3.蛋白质基本结构单位:20种L-a-氨基酸(甘氨酸除外)! F+ F* {) p; i, f
  4.氨基酸分类:  \# Q6 M8 ^+ P' X
  ↑非极性R基氨基酸:8
3 f( D# B6 I( S  W2 Z9 Y  ↑不带电荷的极性氨基酸:7
+ g: i, |' a! H  S( g  ↑带正电荷的R基氨基酸:碱性氨基酸 3(含有两个以上氨基):Arg、His、Lys
* H$ f( @; u# ~% p' V  ↑带负电荷R基氨基酸:酸性氨基酸 2 (含有两个羧基):Glu、Asp
9 A' x# S- v- ]9 S  例题:含有两个羧基的氨基酸是
- N2 N+ _+ s! V* p  c! e+ m  A.酪氨酸6 H) N2 n/ g2 v. }
  B.赖氨酸3 U3 _- T. v5 s2 w
  C.苏氨酸* J, F3 N* N: L
  D.谷氨酸  E1 k. D: k0 p: A
  E.丝氨酸
; F4 q+ Y( e8 T  . \7 s6 A6 C( q% K9 P% Q

  P4 K6 J- b8 M5 o$ D% R( D
' r" m4 X' J* Y9 d4 X7 x. p4 C
                               
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『正确答案』D
: t, P8 y" Z( n- G

3 X' X8 z; n* M7 k5 K  三、肽键与肽链
" n- a4 I% C7 H- M1 K  我们说蛋白质是由氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物,那么氨基酸是如何通过肽键连接成蛋白质的呢?; G7 s6 E) @- {
  氨基酸是通过成肽反响形成肽键。也就是一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水形成的酰胺键。是蛋白质中氨基酸间最基本的连接方法。
4 y+ \& X" ^- ]. b8 z9 R  
5 D- g6 O+ N5 c' a: y9 Q+ l
                               
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% W& ]6 W, b" ~" F: N  d
  氨基酸之间通过肽键连接而成的化合物称为肽,两个氨基酸缩合产生的肽叫二肽。二肽能同样与另一分子氨基酸缩合成三肽。如此进行下去,依次生成四肽、五肽……,很多氨基酸就可连成多肽。肽链分子中的氨基酸相互衔接,形成长链,称为多肽链。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而有残缺,故称为氨基酸残基。蛋白质就是由许多氨基酸残基组成的多肽链。/ q8 b3 u- F: c4 z
  

2 ?5 y/ c5 j# j  ?+ t( f                               
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  g  R: }( w. m! B. ~- _+ j  肽链的两端:氨基末端(N-端):多肽链中有自由氨基的一端5 l+ _' H: q7 B/ {; p
  羧基末端(C-端):有自由羧基的一端3 W" j0 D. h0 b' z/ k0 `
  每条多肽链中氨基酸残基次序编号都是从N-端开端,N-端在左,C-端在右。2 L7 h( s( G6 Z3 n
  多肽链的方向从N-末端开始指向C-末端。
, k1 _  }6 U' N) a6 D6 G  小结
# ~, n# O6 l3 p, U$ a5 `  蛋白质的基本结构情势:多肽链4 \& d. w$ f( D, @1 O1 Y8 j- N- u
  多肽链的方向性:从N末端指向C末端。$ O- F9 k5 p/ f4 R. O, v
  连接方式:肽键, K% i# Z3 S' ^# G8 i
  肽键:一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键) v, ~+ E* E( m& j* i& k

( }: }3 I! J0 A1 \* n  四、蛋白质的分子结构! M4 D" _' C8 t
  ↑蛋白质分子的基本结构——一级结构
3 j; w- y- w" a! ?  ↑蛋白质分子的空间结构——二、三、四级结构
& K/ u) M. c" V! b  1.一级结构
  L0 Z, k' @$ f9 |- V; W  多肽链中氨基酸的组成和排列顺序称为蛋白质的一级结构。它是蛋白质最基本的结构。肽键是蛋白质一级结构的主要化学键。有些尚含有二硫键,由两个半胱氨酸巯基(-SH)脱氢氧化而生成。% B5 ], j- z; A* l
  

. X7 [! `$ o( z7 M5 {+ K4 k% c7 t                               
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/ Z* {+ d8 a: g; m, H+ z; u2 m  各种蛋白质之间的差别是由其氨基酸组成、数目以及氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序决定的。蛋白质分子中氨基酸的排列顺序决定其空间构象。蛋白质的一级结构是其特异空间结构及生物学活性的基础。
% W4 y5 y  h6 r. K  2.二级结构( L0 v- U8 b  ], w/ {  S0 ]
  蛋白质分子的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列,并不涉及侧链的构象。主要形式包括α-螺旋结构、β-折叠、β-转角和无规矩卷曲。: T( T3 b' s, f7 |3 p4 Q
  α-螺旋结构特点:1 B% i4 r7 k% ^$ j2 f, x$ Y8 S0 I
  (1)多肽链主链缭绕中心轴有规律的螺旋式上升,每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈,螺距为0.54nm。3 n9 H' F/ t- I2 l/ m$ a4 ^4 N
  (2)右手螺旋。5 e1 i; b2 D8 }" f
  (3)第一个肽平面羰基上的氧与第四个肽平面亚氨基上的氢形成氢键,氢键的方向与螺旋长轴基本平行。氢键是一种很弱的次级键,但由于主链上所有肽键都参与氢键的形成,所以α-螺旋很稳固。$ J3 {/ M, v3 h; }: [; }& y2 z
  
$ ?* ^1 m% [: s  V% [
                               
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; \( c4 M) `) R2 c; ]2 i  3.三级结构
3 s( z3 y# y4 U) A, U  是指在二级结构基础上,多肽链进一步折叠、盘曲,主链、侧链都包括在内所形成的空间结构,即多肽链的整体构象。
+ u4 c2 p) s, w) x5 a  只含一条肽链的蛋白质,必须具备三级结构才有生物学功效。2 `/ t4 k+ Q3 v
三级结构的形成和稳定主要靠疏水键、盐键、二硫键、氢键和范德华力。
+ g0 B8 o: q8 Z0 g7 e; D  三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。长度缩短:球形、椭球形、杆状,氨基酸地位由侧链极性决定:非极性(内)、极性(表面,少数内部)、带电(表面),已经形成功能区。
7 E0 S1 I! o1 B9 U4 J2 T# s  

1 i" R2 ~: r" `5 ]& L* d                               
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) ~$ I  t( b+ c, F5 F1 ~3 R  例如,肌红蛋白(Mb)与血红蛋白(Hb)的一条β-链的三级空间构象基本雷同。也就预示他们具有相同的功能---运输氧。
, F6 z8 m: I+ G  

- g# b5 r+ c' }( U: \& ]                               
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' k: }0 s% `7 c# \" s   4.四级结构3 r/ }8 Q5 e: h- |8 w3 ]
  指由两条以上具有三级结构的多肽链,通过非