华南师范大学生命科学学院 05级生物工程（2）班 郭晨超 现代生物化学 第二章 蛋白质化学 华南师范大学生命科学学院 05级生物工程（2）班 郭晨超

一、蛋白质的化学概念 “Protein”，中文译名蛋白质，由20多种α-氨基酸通过肽键连接而成，具有特定空间构想和生物学活性，属高分子有机化合物。 NH2—CH—CO—NH—CH—CO—NH—CH—COOH ┃ ┃ ┃ R1 R2 R3 这就是一个氨基酸残基，注意右边的羧基被脱去了OH。20种氨基酸大抵都如此，所不同的只是R罢了。 肽键，由前一个氨基酸的羟基和后一个氨基酸的羧基脱水后缩合而成。

二、蛋白质的组成单位——氨基酸 编码氨基酸：参与组成蛋白质分子的氨基酸，共20种 通式：NH2—CH—COOH ┃ R 氨基酸具有旋光异构性，其中人和动物能够利用的统统为L型 20种氨基酸英文缩写以及中文名 GLY—甘氨酸 ALA—丙氨酸 VAL—颉氨酸 LEU—亮氨酸 ILE—异亮氨酸 SER—丝氨酸 THR—苏氨酸 CYS—半胱氨酸 MET—蛋氨酸 ASP—天门冬氨酸 ASR—天冬酰胺 GLU—谷氨酸

氨基酸的性质 GLN—谷氨酰胺 LYS—赖氨酸 ARG—精氨酸 HIS—组氨酸 PHE—苯丙氨酸 TYR—酪氨酸 TRP—色氨酸 PRO—脯氨酸 氨基酸的性质 无色结晶或粉末状，结晶形状可用于鉴定； 两性性质：由于氨基酸分子中同时含有氨基和羧基，所以氨基酸具有两性性质 等电点：当氨基酸处于比较酸的环境中时，其中的氨基会与环境中的质子结合，使氨基酸带正电；处于碱性环境中时，其中的羧基会失去一个质子，使氨基酸带负电。当环境的pH恰好达到某一个值时，氨基酸既不与质子结合，又不失去质子，则此时的pH值称为等电点（pI） 注意：等电点是一个特定的pH值，不同的氨基酸等电点不同。

茚三酮反应 大多数氨基酸会与茚三酮乙醇溶液反应形成蓝紫色化合物，可用于定量测定。

三、蛋白质的结构 1.一级结构 即肽链中各个氨基酸残基的排列顺序。它是蛋白质分子的结构基础 氨基酸残基：组成多肽链的氨基酸在相互结合时，失去了一分子水，因此把多肽中的氨基酸单位称为氨基酸残基 。 肽键：蛋白质中氨基酸的主要连接方式，即一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基之间脱去一分子水相互连接形成肽键。肽键中-C-N-键的性质介于单、双键间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之内 每一条肽链都有N端和C端。氨基酸形成肽链时，位于肽链两端的氨基酸会有一个氨基或者羧基没有参与形成肽链而遗留下来。氨基的一端称为氨基末端（N端），另一端成为羧基末端（C端）

肽键的形成

氨基酸分子通过肽键连接后成为肽链，经过修饰后即成为蛋白质 肽链命名：有两个氨基酸组成的肽称为二肽，三个氨基酸组成的肽称为三肽……多个氨基酸组成的肽称为多肽。 肽链表达式 用氨基酸中文名称字头表示，中间用“·”隔开。通常把N端写在左边 例：甘·丙·丝·谷·亮…… 用英文名称的三字母缩写名或单字符号，中间用“-”隔开 例：Gly-Ala-Ser-Val-Leu…… G-A-S-V-L……

2. 二级结构， 主要靠氢键维持，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角三种结构 ⑴ α-螺旋，是一种类似棒状的结构，多肽链构成联的中心部分，侧链R深处到螺旋外面。每3.6个氨基酸残基完成一个螺旋，上下螺旋之间靠氢键维持，氢键环内包含13个原子，也叫3.6（13）螺旋 天然存在的蛋白质大多数为右手螺旋

α-螺旋

⑵ β-折叠，呈扇面状折叠。需要两条或以上肽链参与形成。 两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前者两条链从“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。

平行与反平行

多肽链出现180°回折的情况，一般由四个氨基酸组成，第一个氨基酸与第四个氨基酸形成氢键连接 ⑶ β-转角 多肽链出现180°回折的情况，一般由四个氨基酸组成，第一个氨基酸与第四个氨基酸形成氢键连接 此外，蛋白质还有三级和四级结构

四、蛋白质的性质 一、蛋白质的水合作用和透析 球状蛋白质的表面多亲水基团，具有强烈地吸引水分子作用，使蛋白质分子表面常为多层水分子所包围，称水化膜，从而阻止蛋白质颗粒的相互聚集。 与低分子物质比较，蛋白质分子扩散速度慢，不易透过半透膜，粘度大，在分离提纯蛋白质过程中，我们可利用蛋白质的这一性质，将混有小分子杂质的蛋白质溶液放于半透膜制成的囊内，置于流动水或适宜的缓冲液中，小分子杂质皆易从囊中透出，保留了比较纯化的囊内蛋白质，这种方法称为透析。

二、蛋白质的两性性质和等电点 蛋白质是由氨基酸组成的， 除了肽链两端的氨基和羧基外，R基团也可能带各种不同的电荷。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质游离成正、负离子的趋势相等，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点 （类似于氨基酸的等电点）。 各种蛋白质分子由于所含的碱性氨基酸和酸性氨基酸的数目不同，因而有各自的等电点。

三、蛋白质的变性作用与复性 蛋白质的结构在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失 ，称之为蛋白质的变性作用 。 一般认为蛋白质变性本质是二级以上结构的破坏，并不涉及一级结构的变化。 引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类。化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐等；物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等 变性后的蛋白质在特定条件下还可以恢复原来的理化性质和生物学活性，成为复性

四、蛋白质的沉淀作用 蛋白质分子凝聚从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀作用。分为可逆的和不可逆的两种。 1.可逆的沉淀作用（盐析 ） 在蛋白质溶液中加入大量的中性盐以破坏蛋白质的胶体稳定性而使其析出，这种方法称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等。 各种蛋白质盐析时所需的盐浓度及pH不同 。经透析除盐，仍保证蛋白质的活性。 2.不可逆的沉淀作用（重金属盐沉淀、生物碱试剂沉淀） 碱性条件下，蛋白质可以与重金属离子如汞、铅等结合成盐沉淀。 蛋白质又可与生物碱试剂结合成不溶性的盐沉淀

五、蛋白质的分离纯化 1.凝胶过滤法 使用一种叫做“Sephadex”的凝胶，将凝胶装入一根很细的玻璃管中，使蛋白质混合液从柱顶流下，使大小不同的蛋白质由于阻力不同而无法同时从底部留出，从而达到分离的目的。 2.离子交换纤维素柱色谱法 离子交换纤维素是人工合成的纤维素衍生物，其中带有许多带电基团，可对带相反电荷的蛋白质产生阻碍作用，使带有不同电荷的蛋白质通过时由于阻力不同而流速不同，从而达到分离的目的

3.SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法 在外加电场下，带点颗粒向着与其所带电荷相反的电极移动的现象，称为电泳 将蛋白质中加入十二烷基硫酸钠（SDS）使蛋白质变性，肽链被打开。打开的肽链与SDS结合而带负电荷，电泳时在电场作用下，肽链在凝胶中向正极迁移。 越重的蛋白质所受阻力越大。不同大小的肽链由于在迁移时受到的阻力不同，在迁移过程中逐渐分开，从而达到分离的目的。