蛋白质的结构和生物学功能

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1、蛋白质的结构和生物学功能蛋白质是构成细胞和生物体的基本物质，占细胞干重的一半，生物膜中蛋白质的含量占60％～70％，蛋白质在原生质的有机成分中占80％。所有蛋白质的元素组成都很近似，都含有C、H、O、N四种元素，其中平均含氮量约占16％，这是蛋白质在元素组成上的一个特点。蛋白质是一类极为复杂的含氮高分子化合物，其基本组成单位是氨基酸。1．蛋白质的基本组成单位——氨基酸组成蛋白质的氨基酸有20种，其中19种结构可用通式表示。另一种为脯氨酸，它也有类似结构，但侧链与氮原子相接形成亚氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L—型与D一

2、型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时—NH2写在左边为L型，－NH2在右为D一型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属L型。20种基本氨基酸中，有许多是能在生物体内从其他化合物合成的。但其中有8种氨基酸是不能在人体内合成的，叫必需氨酸。它们是：苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、甲硫酸（Met）、苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Try）、赖氨酸（Lys）和缬氨酸（Val）。20种氨基酸的分类，主要是根据R基来区分的。早些年根据R基的结构把氨基酸分为脂肪族、芳香族和杂环族三类，其中脂肪

3、族又分为中性（一氨基一羧基）、酸性（一氨基二羧基）和碱性（二氨基一羧基）氨基酸。近年来都按R基的极性来区分氨酸的种类。对于含有一个氨基和一个羧基的α–氨基酸来说，在中性溶液中或固体状态下，是以中性分子的形式还是以两性离子的式存在呢？许多实验证明主要是以两性离子的形式存在。中性分子形式两性离子形式氨基酸由于含有氨基和羧基，因此在化学性质上表现为是的一种兼有弱碱和弱酸的两性化合物。氨基酸在溶液中的带电状态，会随着溶液的pH值而变化，如果氨基酸的净电荷等于零，在外加电场中不发生向正极或负极移动的现象，在这种状态下溶液的pH值称为其等电点，常用pI表示。由

4、于各种氨基酸都有特定的等电点，因此当溶液的pH值低于某氨基酸的等电点时，则该氨基酸带净正电荷，在电场中向阴极移动。若溶液的pH值高于某氨基酸的等电点时，则该氨基酸带净负电荷，在电场中向阳极移动。氨基酸等电点的计算方法：对于单氨基单羧基的氨基酸，其等电点是pK1和Pk2的算术平均值，即从pI＝1/2（pK1＋pK2）公式中求得；对于含有3个可解离基团的氨基酸来说，只要依次写出它从酸性经过中性至碱性溶溶解高过程中的各种离子形式，然后取两性离子两侧的pK值的算术平均值，即可得其pI值。例如Asp解离时，有3个pK值，在不同pH条件下可以有4种离子形式，如

5、下图所示。3在等电点时，两性离子形式主要是Asp＋，因此Asp的pI＝1/2（pK1＋pK2）＝1/2（2.09＋3.86）＝2.98。同样方法可以求得其他含有3个pK值的氨基酸的等电点。各种氨基酸在可见光区都没有光吸收，而在紫外光区仅色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收能力。其中色氨酸的最大吸收波长为279nm，酪氨酸的最大吸收波长为278nm，苯丙氨酸的为259nm。利用紫外光法可以测定这些氨基酸的含量。蛋白质在280nm的紫外光吸收绝大部分是由色氨酸和酪氨酸所引起的。因此测定蛋白质含量时，用紫外分光光度法测定蛋白质在280nm的光吸收值是一种既简便

6、而又快速的方法。2．蛋白质的化学结构与空间结构组成蛋白质的氨基酸，是借助肽键连接在一起的。肽键是由一个氨基酸分子中的α氨基与相邻的另一个氨基酸分子中α–羧基，通过失水缩合而成，这样连起来的氨基酸聚合物叫做肽。肽链上的各个氨基酸，由于在相互连接的过程中丢失了α–氨上的H和α–羧基上的OH，被称之为氨基酸残基。在多肽链一端氨基酸含有一个尚未反应的游离氨基（一NH2），称为肽链的氨末端氨基酸或N末端氨基酸；另一端的氨基酸含有一个尚未反应的游离羧基（—COOH），称为肽链的羧基末端氨基酸或C末端氨基酸。一般表示多肽链时，总是把N末端写在左边，C末端写右边。

7、合成肽链时，合成方向是从N末端开始，逐渐向C末延伸。各种蛋白质分子都有特定的空间结构，即构象。蛋白质的一级结构：又称初级结构或化学结构，是指组成蛋质分子的多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序，多肽链的数目，同时也包括链内或键间二硫键的数目和位置等。蛋白质分子的一级结构是由共价键形成的，肽键和二硫键都属于共价键。肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式，形成共价主链。二硫键（—S—S）是由两个半胱氨酸（残基）脱氢连接而成的，是连接肽链内或肽链间的主要化学键。二硫键在蛋白质分子中起着稳定肽链空间结构的作用，往往与生物活力有关。二硫键被破坏后，蛋白质或多肽

8、的生物活力就会丧失。蛋白质结构中，二硫键的数目多，蛋白质结构的稳定性就越强。在生物体内起保护作用的皮、角、毛发的蛋白质中，