第3章　蛋白质

3.1　复习笔记

一、蛋白质的化学组成与分类

1蛋白质的化学组成

蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有C、H、O外，还有N和少量的S。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是少量磷、铁、锌、铜、碘、钼等。

2蛋白质含量分析

凯氏定氮法：蛋白质含量（克%）＝每克样品中含N的克数×6.25×100%

二、氨基酸

1蛋白质氨基酸的分类

表3-1　氨基酸的分类

2氨基酸的理化性质

（1）氨基酸的物理性质（表3-2）

表3-2　氨基酸的物理性质

（2）氨基酸的化学性质（表3-3）

表3-3　氨基酸的化学性质

（3）氨基酸的两性解离和等电点

①两性解离

氨基酸在中性水溶液中羧基（—COOH）会放出质子，氨基（—NH₂）接受质子，这样就使一个中性形式的氨基酸分子变成了带正（—NH₃^＋）、负电荷（—COO^－）相等的两性离子。

②等电点（pI）（表3-4）

表3-4　氨基酸等电点的定义、特点及计算

三、肽

1肽的结构与命名

（1）肽键

肽键是一种酰胺键，是由一个氨基酸的α氨基和另一个氨基酸的α羧基脱去一分子水缩合形成的—CO—NH—的结构单元。

（2）肽

氨基酸之间通过肽键连接而成的链称肽链，简称肽。

（3）命名

①由两个氨基酸分子组成的肽称为二肽，三个氨基酸缩合成的肽称为三肽。

②含有少于10个氨基酸的肽称为寡肽，超过10个氨基酸缩合而成的肽则称为多肽。

（4）结构

①肽链两端各有一个游离的α氨基和一个游离的α羧基，分别称为肽链的N末端和C末端。

②肽链中氨基酸编号从N端开始往C末端依次序编号。

③重复的肽键单位组成的长链称为主链，氨基酸残基的R基团称为侧链。

2重要的肽

谷胱甘肽、脑啡肽、乳酸链球菌肽和降血压肽是较常见的肽。

四、蛋白质的分子结构

1蛋白质的结构分类

表3-5　蛋白质的分子结构及维持的作用力

2蛋白质的空间结构

（1）蛋白质空间结构的维系力

①蛋白质的构象

蛋白质的构象是指蛋白质分子中各原子和基团在三维空间所处的相对位置构成的特定空间结构。

②构象与构型的区别

构象的改变由分子中单键旋转所致，可引起其活性改变或丧失；构型改变需要有共价键的断裂与重建。

（2）蛋白质的二级结构

①蛋白质的四种二级结构（表3-6）

表3-6　蛋白质的四种二级结构

②α螺旋结构与β折叠结构的对比（表3-7）

表3-7　α螺旋结构与β折叠结构的对比

（3）蛋白质的超二级结构和结构域

①超二级结构

蛋白质超二级结构是介于二级结构与三级结构之间的蛋白质结构层次，是指二级结构的基本结构单位相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体，如αα，βαβ，ββ等。

②结构域

结构域是指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上组成三级结构的局部折叠区，形成两个或多个空间上可以明显区别的相对独立的紧密球状实体。

（4）蛋白质的三级结构

①定义

蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构基础上借助侧链基团的相互作用，进一步折叠卷曲所形成的特定空间结构。

②蛋白质三维结构的特点

a．整个分子紧密结实，内部只有容纳几个水分子的小空腔甚至没有。

b．几乎所有的亲水基团（极性基团）都转向分子表面。

c．疏水基团（非极性基团）转向分子内部。

（5）蛋白质的四级结构

蛋白质的四级结构是指由两条或多条具有三级结构的多肽链按一定的空间排列方式聚合，通过非共价键缔合在一起形成的蛋白质大分子结构。

3蛋白质结构与功能的关系

（1）一级结构与功能的关系

①一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能。

②一级结构是空间构象和蛋白质生物学功能的基础。

③氨基酸序列提供重要的生物进化信息。

④重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病，如血红蛋白质异常病变导致镰刀型贫血病。

（2）空间结构与功能的关系

①蛋白质的变性

蛋白质的变性是指由于一些物理或化学因素破坏蛋白质分子内部的高度规则性空间结构，致使其原有性质和功能发生部分或全部丧失，同时引起某些物理性质和化学性质变化的过程。

②蛋白质的复性

蛋白质的复性是指变性的蛋白质在引起变性的因素被解除后，蛋白质恢复到原状的过程。

③蛋白质的变构效应

蛋白质的变构效应是指含亚基的蛋白质（四级结构）中由于一个亚基构象的改变而引起其余亚基和整个分子空间结构的改变，从而使蛋白质功能和性质发生一定改变的现象。

五、蛋白质的理化性质

1蛋白质的电泳

电泳是指蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向与电荷相反的电极移动的现象。

2蛋白质的胶体性质

维持蛋白质胶体溶液稳定的原因是胶体颗粒表面所带的电荷使颗粒间相互排斥，不致凝集而沉淀以及蛋白质表面具有如氨基、羧基、羟基、酰胺基等亲水基团，能够形成水化膜。

3蛋白质的沉淀作用

（1）定义

蛋白质的沉淀作用是指采用外加条件使蛋白质胶体溶液失去维持其稳定的水化层和相同电荷间的排斥力而使蛋白质从溶液中析出的现象。

（2）蛋白质的沉淀方法（表3-8）

表3-8　蛋白质的沉淀方法

4蛋白质的透析

透析是一种基于蛋白质不能透过半透膜的性质，利用透析袋将其与其他小分子化合物（无机盐、氨基酸、单糖、短肽、表面活性剂等）分离的方法。

5蛋白质的颜色反应

表3-9　蛋白质重要的颜色反应

六、蛋白质的分离纯化

根据蛋白质分子大小不同、蛋白质溶解度差异、蛋白质特异性免疫识别和蛋白质电离性质不同来分离纯化蛋白质。

（1）前处理

①动物组织或细胞可用电动捣碎机或匀浆机破碎或用超声波破碎；植物组织和细胞需要用与石英砂或玻璃粉和适当的提取液一起研磨的方法破碎，或用纤维素酶处理。

②组织或细胞破碎后，选择适当的缓冲液把所要的蛋白质（目的蛋白质）提取出来，用离心法或过滤法等除去细胞碎片。

（2）粗分级分离

采用盐析、等电点沉淀、有机溶剂等分级分离方法，或采用超过滤、凝胶过滤、冷冻真空干燥或其他方法（如聚乙二醇浓缩法）进行浓缩。

（3）细分级分离

层析法（包括凝胶过滤、离子交换层析、吸附层析、疏水层析、金属螯合层析、亲和层析等），梯度离心法，电泳法（包括区带电泳、等电聚焦等）。

（4）结晶

结晶是蛋白质分离纯化的最后步骤。尽管结晶并不能保证蛋白质一定是均一的，但只有某种蛋白质在溶液中的数量占有优势时才能形成结晶。结晶过程本身伴随着一定程度的纯化。