Chapter 4 Chemistry of Protein第四章第四章 蛋白质化学蛋白质化学 主主 要要 内内 容容Protein的分子组成的分子组成Protein的分子结构的分子结构Protein结构与功能的关系结构与功能的关系Protein的理化性质的理化性质什么是蛋白质什么是蛋白质(protein)？自然界约自然界约 150余万种生物体中，约有余万种生物体中，约有10101012种蛋白质种蛋白质;人体中大约人体中大约105种X衍射法衍射法-晶体晶体-10余年世界上最大余年世界上最大PDB到到2002年年7月月23日存有日存有18294种蛋白质的构种蛋白质的构象数据道尔顿道尔顿Dalton,Da:第一节第一节 Protein的化学组成的化学组成一、一、Protein的元素的元素element组成组成元素元素element构成：构成：碳碳50%-55%氢氢6%-7%氧氧13%-19%Nitrogen(N)13%-19%硫硫0%-4%其他其他The relation between N content and total protein：mgPr=mgN6.25二、氨基酸二、氨基酸amino acids(AA)的化学结构的化学结构RHH2NCCOOH1.Configuration of AAL-type AA的碳原子编号的碳原子编号-AAH2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOHNH2123456三、三、Classes of AA标准氨基酸标准氨基酸R结构与极性结构与极性非极性疏水非极性疏水R极性不带电荷极性不带电荷R带正电荷带正电荷R带负电荷带负电荷RR结构结构脂肪脂肪/芳香芳香/杂环族杂环族溶液酸碱性溶液酸碱性酸性酸性/碱性碱性/中性中性人体能否合成人体能否合成异生成糖或酮异生成糖或酮必需必需/非必需非必需生糖生糖/生酮生酮/兼性兼性非标准氨基酸非标准氨基酸 非极性疏水非极性疏水R-AAHHCOOHNH2CCH3HCOOHNH2CCH2HCHCOOHNH2CCH3CH3CH2HCH2SCH3COOHNH2CHCH2CH3CH3HCOOHNH2CCCH2HCOOHNH2CCH2HNHCOOHNH2CCOOHCH2HNHCCOOHNH2CHCH3CH3HCCH2CH甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 脯氨酸甲硫氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 极性不带电荷极性不带电荷R-AACH2HOHCOOHNH2CCH2OHHCOOHNH2CCH2HNH2OCOOHNH2CCCH2HCH2NH2OCOOHNH2CCHCH3OHHCOOHNH2CCHSHCOOHNH2CCH2酪氨酸天冬酰胺 谷氨酰胺丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 带正电荷带正电荷R-AA(Basic AA)CH2HCH2CH2CH2NH2COOHNH2CCH2HCH2CH2NHNH2NHCOOHNH2CCNNCH2HCOOHNH2C赖氨酸 精氨酸 组氨酸 带负电荷带负电荷R-AA(Acidic AA)CH2HCOOHNH2CCOOHCH2HCH2COOHNH2CCOOH天冬氨酸 谷氨酸 Essential AA and non-essential AAEAANEAAValGly LeuAla Ile Ser Met Cys Thr苏苏 Glu Lys Asp Phe Gln Trp色色 Asn*His Pro*ArgTyr 酪酪 Non-standard AA羟脯氨酸羟脯氨酸羟赖氨酸羟赖氨酸N-甲基赖氨酸甲基赖氨酸硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸胱氨酸胱氨酸-羧基谷氨酸羧基谷氨酸鸟氨酸、瓜氨酸鸟氨酸、瓜氨酸四、四、Classes of ProteinBy components:simple protein:albumin,globin conjugated protein:lipoprotein,glycoprotein,ribonucleoprotein By source:animal/vegetable/microorganism proteinBy configuration:fibrous protein,globular protein第二节第二节 Chemical structure of protein一级结构一级结构primary structure二级结构二级结构secondary structure 三级结构三级结构tertiary structure四级结构四级结构quaternary structure基本概念：基本概念：游离氨基酸游离氨基酸free AA,FAA 氨基酸残基氨基酸残基AA residue 肽键肽键peptide bond：刚性作用：刚性作用 肽平面肽平面/单元单元peptide plane/unit 寡肽寡肽oligopeptide 多肽多肽/链链polypeptide/chain N-端端N-terminal/C-端端C-terminalNH2CHOOHCR1N CHOOHHHCR2N CHOOHHCNH2CHOCR1R2H2O+肽 键NOHCCCCCNOHCCCONHC-+谷胱甘肽谷胱甘肽Glutathione，GSH HOOC-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH2-COOHNH2OCH2SHO-Glu Cys GlyTwo peptidesH2N-Cys-Tyr-Gln-Asn-Cys-Pro-Gly-C-NH2IleLeuPheArgH2N-Cys-Tyr-Gln-Asn-Cys-Pro-Gly-C-NH2OOS-SS-S催产素加压素HNNNNH OHH OH CH2H OHHCH3OH CH2OHHCH3COOHNH2C CC CC CC CCSH氨基端羧基端多肽链多肽链N-terminal and C-terminalChemical bonds holding protein configuration:peptide bond disulfide bond 氢键氢键hydrogen bond 疏水作用疏水作用hydrophobic interaction 离子键离子键ionic bond 范德华力范德华力Van der Waals interaction一、一、Primary structureDefinition：The linear sequence of amino acids is the primary structure of a protein(including disulfide bridge).生物学意义：生物学意义：基础、病理、进化基础、病理、进化 S S A链链 I I Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn 5 I 10 15 I 21 S S I S S B链链 I I Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala 5 10 15 20 25 30_Bovine insulin是第一个阐明是第一个阐明P.S.的的protein，也是第一个人工合，也是第一个人工合成的成的protein。
它含它含A、B两条两条peptide chains，A链有链有21个个AA residues，B链有链有30个个AA residues，此外含，此外含6个个Cys，构成，构成3个个disulfide bridges，其中，其中2个在个在A、B链之间，链之间，A链内还有链内还有1个个disulfide bridge牛胰岛素牛胰岛素bovine insulin二、二、Secondary structure Definition：Secondary structure is a local regular occuring structure in proteins and is mainly formed through hydrogen bonds between backbone atoms.So-called random coils无规则卷曲无规则卷曲,loops环环状结构状结构 or turns转角转角 dont have a stable secondary structure.There are two types of stable secondary structures:Alpha helix(-螺旋螺旋)and beta-sheet(-折叠折叠).Alpha-helix and beta-sheet are preferably located at the core of the protein,whereat loops prefer to reside in outer regions.-Helix的结构模型的结构模型 right-handed 3.6 aa per turn hydrogen bond N-HO=C同向同向-Sheet 反向反向-Sheet-Turn超二级结构超二级结构super secondary structure:又称模体又称模体/基元基元motif。
/-转角转角-三、三、Tertiary structureDefinition:Tertiary structure describes the more compact packing of alpha-helices,beta-sheets and random coils with respect to each other on the level of one whole polypeptide chain.结构域结构域domain:肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白四、四、quaternary structureDefinition:In biochemistry,quaternary structure is the arrangement of multiple folded protein molecules in a multi-subunit complex.血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白四种结构的比较：四种结构的比较：第三节第三节 Structure and Function of ProteinPrimary structure&FunctionDimensional structure&Function第四节第四节 Chemicophysical Properties of Protein一般性质：一般性质：紫外吸收紫外吸收ultraviolet absorption 呈色反应呈色反应chromogenic reaction 两性电离两性电离amphipathic ionization 等电点等电点isoelectric point,pIUltraviolet absorption of AA and protein茚三酮茚三酮chromogenic reaction(AA)OOOHOHOOOHHOOOHON+NH3 +H2O还原茚三酮 水合茚三酮 蓝紫色化合物OOOHOHR-CH-COOHNH2CHOOOHH水合茚三酮 氨基酸 还原茚三酮+NH3 +CO2 +R-CHOO.D570Protein双缩脲反应：双缩脲反应：peptide bond 硫酸铜硫酸铜 紫色或红色紫色或红色 检测检测protein水解程度水解程度Protein的的Lowry反应：反应：Folin-酚试剂酚试剂 蓝色复合物蓝色复合物 amphipathic ionization and pI of AA and proteinRHNH3+OOCCOHOHNH2RCCRHNH3+OOHCCRHH2NOOCC非电离形式兼性离子pH pI pH pI pH pI大分子特性：大分子特性：Protein溶液是胶体溶液是胶体colloid溶液溶液 沉淀沉淀precipitation 电泳电泳electrophoresis 透析透析dialysis 超速离心超速离心ultracentrifugation /沉降沉降sedimentation 沉降系数沉降系数S1S=10-13秒秒 变性变性denaturation 复性复性 renaturation核酸酶变性实验核酸酶变性实验核酸酶复性实验核酸酶复性实验BRIEF SUMMARYRelation between N content and total proteinAA分类分类Protien的结构的结构Protien的性质：的性质：。