第三章蛋白质化学
一、重点难点概述：学习要求：掌握蛋白质的概念和化学组成；掌握蛋白质的组成单位——氨基酸的结构和理化性质；掌握肽的概念和性质；掌握蛋白质的结构（包括初级结构和空间结构）及结构与功能的关系，掌握蛋白质和氨基酸的理化性质；了解蛋白质分析、分离和纯化的一般方法。
重点及难点：氨基酸的结构和性质；蛋白质的结构与功能的关系；蛋白质的分离纯化。 主要内容：
一、蛋白质的化学组成与分类
蛋白质：蛋白质（protein）是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。氨基酸是蛋白质的基本组成单位。它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16%~20%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸（Amino acid）按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。
（一）蛋白质的元素组成（二）蛋白质的基本单位——氨基酸（三）蛋白质的分类 二、蛋白质的大小与分子量 三、蛋白质的构象 四、蛋白质结构层次 五、蛋白质分子多样性
第二节蛋白质基本单位---氨基酸 一、蛋白质的水解
二、氨基酸的结构与分类 （一）基本氨基酸（20种）（二）修饰氨基酸（三）非蛋白质组分氨基酸 三、氨基酸的构型、旋光性和光吸收
(一) 氨基酸的构型（二）氨基酸的旋光性（三）氨基酸的光吸收性 四、氨基酸的酸碱性质
（一）氨基酸是两性电解质（二）氨基酸有特征滴定曲线（三）不同氨基酸的酸碱性质不同 （四）氨基酸的甲醛滴定 五、氨基酸的化学反应 六、氨基酸的分离分析
（一）分配层析法分离氨基酸（二）分配柱层析（三）氨基酸的纸层析（四）氨基酸的薄层层析（五）氨基酸纸电泳（六）离子交换层析分离氨基酸 第三节蛋白质的共价结构 一、肽和键的结构
（一）肽键（二）肽键作为蛋白质主键的证据（三）肽键的特点（四）肽概念 二、肽的理化性质
（一）肽的物理性质：晶体的熔点很高（二）肽的解离（三）小肽的滴定及等电点确定 三、天然存在的活性肽 四、蛋白质一级结构举例
（一）胰岛素（二）核糖核酸酶的一级结构 五、蛋白质的氨基酸序列与生物功能
（一）同源蛋白质的种属差异与生物进化（二）同源蛋白质具有共同的进化起源
（三）血液凝固与氨基酸序列的局部断裂 六、肽链人工合成
第四节蛋白质的三维结构 一、研究蛋白质构象的方法 （一）X-射线晶体衍射技术：（二）核磁共振 二．蛋白质分子中的共价键与次级键 三、多肽折叠的空间限制
（一）肽单位平面结构——肽单元（二）二面角（三）拉氏构象图 四、蛋白质的二级结构
（一）螺旋结构概述（二） a-螺旋（三）b-折叠（四）转角（五）无规卷曲（六）蛋白质的结构转换
第五节蛋白质的三级结构和四级结构 一、三级结构和四级结构的概念
（一）三级结构（二）四级结构（三）纤维蛋白与球蛋白结构和功能的差异 二、纤维蛋白适应其支架功能
（一）纤维状蛋白质的类型（二）纤维蛋白的特性（三）a-角蛋白（四）胶原蛋白（五）丝心蛋白
三、结构多样性反应了球蛋白功能的多样性
四、肌红蛋白提供了关于球状蛋白结构复杂性的最早线索
（一）肌红蛋白的结构（二）由肌红蛋白的结构得出了许多重要结论（三）肌红蛋白的构象保证了血红素与氧的结合 五、球状蛋白有各种三级结构
（一）细胞色素C（二）溶菌酶（三）核糖核酸酶
六、对许多球蛋白质研究中发现共同的结构形式——超二级结构和结构域 （一）超二级结构（基序motif或折fold叠）（二）结构域 七、球状蛋白质的三级结构的特征要点： 八.蛋白质大小的限制
九、球状蛋白质的聚集体——四级结构 （二）亚基间的结合力：
（一）有关四级结构的一些概念 （三）四级结构的对称性
（四）球蛋白聚合成四级结构的优越性 第六节蛋白质的变性和折叠 一、蛋白质的变性
（一）变性概念（二）变性因素（三）各种变性因素对蛋白质构象的影响（四）变性现象 （五）可逆变性和不可逆变性（六）蛋白质变性过程（七）蛋白质的复性（八）变性的预防和利用
二、多肽链折叠（一）氨基酸顺序决定蛋白质的三极结构（二）氨基酸顺序决定三级结构的证据（三）肽链按步骤折叠（四）折叠过程的能量变化（五）某些蛋白质折叠在其他蛋白质的辅助下进行
第七节蛋白质的功能
一、肌红蛋白的结构（一）结构与功能（二）肌红蛋白氧合曲线 二、血红蛋白的结构与功能
（一）血红蛋白的主要地位（二）血红蛋白的结构（三）血红蛋白对氧的结合
四、免疫球蛋白的结构与功能
(一) 免疫系统（二）抗原与抗体的一般概念（三）免疫球蛋白的分类（四）免疫球蛋白的结构（五）IgG的作用（六）抗体技术 五、肌球蛋白和肌动蛋白 （一）分布：（二）肌球蛋白（三）肌动蛋白 六、蛋白质的结构与功能的进化
（一）蛋白质进化的一般规律（二）同源蛋白质进化趋势 七、蛋白质构象的特点 八、寡聚蛋白与别构效应
蛋白质的重要性质、两性解离性质及等电点、蛋白质胶体性质、蛋白质的沉淀、蛋白质的变性与复性、蛋白质的紫外吸收、蛋白质呈色反应
蛋白质的分离纯化与鉴定一、细胞破碎二、提取三、分离盐析有机溶剂沉淀等电点沉淀四、纯化离子交换层析凝胶过滤五、蛋白质分子量的测定与纯度鉴定 1．蛋白质元素组成和氨基酸组成的特点。
2．蛋白质中常见氨基酸的结构特点、分类方法, 熟记20种氨基酸的结构特点，三字母符号和单字母符号。
3．氨基酸α-氨基参加的各种反应及用途；α-羧基参加的各种反应及其用途；α-氨基和α-羧基共同参加的反应及其用途；熟悉R基参加的一些重要反应及其用途。
4．掌握用纸层析、离子交换层析、高效液相色谱（HPLC）分离和分析氨基酸的基本原理。 5．肽链一级、二级、三级、四级结构；蛋白质一、二、三、四级结构的含义，四级结构的主要特点，及四级缔合在结构和功能方面的优越性。利用沉淀法、凝胶过滤法、离子交换层析法、亲和层析法、快速液相层析法、PAGE法、IES法、IES-PAGE双向电泳法等方法分离分析蛋白蛋的基本原理和基本步骤，测定蛋白质含量的常用方法。 二、五个问题：
1.甘氨酸的pK-COOH = 2.34,pK-NH2=9.6,它的pI为 A.11.94 B.7.26 C.5.97 D.3.63 E.2.34 [答案] C
[评析] 氨基酸含有碱性的氨基和酸性的羧基，具有两性解离的特性。在某种pH环境中，氨基酸的酸性基团和碱性基团解离度相等，成为兼性离子。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该氨基酸的等电点。甘氨酸的R基无解离基团，其pI的计算方法为： pI=1/2(pK-COOH+ pK-NH2)=1/2(2.34+9.6)=5.97。 2.测定小肽氨基酸序列的最好方法是
A.2，4-二硝基氟苯法（FDNB法） B.二甲氨基萘磺酰氯法（DNS-CL法） C.氨肽酶法 D.苯异硫氰酸法（PITC法） E.羧肽酶法 [答案] D
[评析] 测定小肽氨基酸序列最好的方法是苯异硫氰酸法。此法的最大优点是苯异硫氰酸和肽链N端的氨基反应后形成苯硫氨甲酰肽（PTC-肽），然后在酸性条件下，N端的苯硫氨甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）环化形成苯硫乙内酰脲衍生物（PTH-氨基酸）并从肽链上脱落下来，而肽链的其余部分保持完整，又可重复上述的反应。蛋白质顺序仪就是根据这一原理设计制造的。
3.下列关于蛋白质结构的叙述哪些是正确的？ A.二硫键对稳定蛋白质的构象起重要作用
B.球状蛋白质在水溶液中，带电荷的氨基酸侧链趋向于排列在分子的外面
C.蛋白质的一级结构决定高级结构 D.氨基酸的疏水侧链很少埋在蛋白质分子的内部
[答案] A，B，C
[评析] 蛋白质的一级结构决定高级结构。二硫键在稳定蛋白质构象方面起重要作用。带电荷的氨基酸侧链有暴露于蛋白质分子表面的趋势，而疏水侧链则有埋于蛋白质分子内部的趋势。
4.一个蛋白质样品经酸水解后，能用氨基酸自动分析仪准确测定它的所有氨基酸。 [答案] 错。
[评析] 酸水解时色氨酸被破坏，羟基氨基酸部分被破坏，谷氨酰胺和天冬酰胺分别转变成谷氨酸和天冬氨酸，胱氨酸转变成半胱氨酸，且半胱氨酸与茚三酮不发生颜色反应。 5.球状蛋白折叠形成疏水核心时，伴随着多肽链熵的增加。 [答案] 错。
[评析] 蛋白质折叠形成疏水核心时，肽链的熵减少，环境的熵增加。 参考文献：
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第三章蛋白质化学
