2017年临床助理医师《生物化学》复习笔记：第一章蛋白质的化学

　　第一章 蛋白质的化学

　　第一节 蛋白质的分子组成

　　一、蛋白质的元素组成

　　经元素分析，主要有 C(50%～55%)、H(6%～7%)、O(19%～24%)、N(13%～19%)、S(0%～4%)。有些蛋白质还含微量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I等。

　　各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。因此，可以用定氮法来推算样品中蛋白质的大致含量。

　　每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中蛋白质含量(g%)

　　二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸

　　蛋白质在酸、碱或蛋白酶的作用下，最终水解为游离氨基酸(amino acid)，即蛋白质组成单体或构件分子。存在于自然界中的氨基酸有300余种，但合成蛋白质的氨基酸仅20种(称编码氨基酸)，最先发现的是天门冬氨酸(1806年)，最后鉴定的是苏氨酸(1938年)。

　　(一)氨基酸的结构通式

　　组成蛋白质的20种氨基酸有共同的结构特点：

　　1.氨基连接在α- C上，属于α-氨基酸(脯氨酸为α-亚氨基酸)。

　　2.R是側链，除甘氨酸外都含手性C，有D-型和L-型两种立体异构体。天然蛋白质中的氨基酸都是L-型。

　　注意：构型是指分子中各原子的特定空间排布，其变化要求共价键的断裂和重新形成。旋光性是异构体的光学活性，是使偏振光平面向左或向右旋转的性质，(-)表示左旋，(+)表示右旋。构型与旋光性没有直接对应关系。

　　(二)氨基酸的分类

　　1.按R基的化学结构分为脂肪族、芳香族、杂环、杂环亚氨基酸四类。

　　2.按R基的极性和在中性溶液的解离状态分为非极性氨基酸、极性不带电荷、极性带负电荷或带正电荷的四类。

　　带有非极性R(烃基、甲硫基、吲哚环等，共9种)：甘(Gly)、丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)、异亮(Ile)、苯丙(Phe)、甲硫(Met)、脯(Pro)、色(Trp)

　　带有不可解离的极性R(羟基、巯基、酰胺基等，共6种)：丝(Ser)、苏(Thr)、天胺(Asn)、谷胺(Gln)、酪(Tyr)、半(Cys)

　　带有可解离的极性R基(共5种)：天(Asp)、谷(Glu)、赖(Lys)、精(Arg)、组(His)，前两个为酸性氨基酸，后三个是碱性氨基酸。

　　蛋白质分子中的胱氨酸是两个半胱氨酸脱氢后以二硫键结合而成，胶原蛋白中的羟脯氨酸、羟赖氨酸，凝血酶原中的羧基谷氨酸是蛋白质加工修饰而成。

　　(三)氨基酸的重要理化性质

　　1.一般物理性质

　　α-氨基酸为无色晶体，熔点一般在200 oC以上。各种氨基酸在水中的溶解度差别很大(酪氨酸不溶于水)。一般溶解于稀酸或稀碱，但不能溶解于有机溶剂，通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。

　　芳香族氨基酸(Tyr、Trp、Phe)有共轭双键，在近紫外区有光吸收能力，Tyr、Trp的吸收峰在280nm，Phe在265 nm。由于大多数蛋白质含Tyr、Trp残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值，是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。

　　2.两性解离和等电点(isoelectric point, pI)

　　氨基酸在水溶液或晶体状态时以两性离子的形式存在，既可作为酸(质子供体)，又可作为碱(质子受体)起作用，是两性电解质，其解离度与溶液的pH有关。

　　在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势和程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点。氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的。计算公式为：pI=1/2(pK1+ pK2)。

　　若1个氨基酸有3个可解离基团，写出它们电离式后取兼性离子两边的pK值的平均值，即为此氨基酸的等电点(酸性氨基酸的等电点取两羧基的pK值的平均值，碱性氨基酸的等电点取两氨基的pK值的平均值)。

　　3.氨基酸的化学反应

　　氨基酸的化学反应是其基团的特征性反应。重要的有：

　　(1)茚三酮反应

　　所有具有自由α-氨基的氨基酸与过量茚三酮共热形成蓝紫色化合物(脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质)。用分光光度法可定量测定微量的氨基酸。蓝紫色化合物的最大吸收峰在570nm波长处，黄色在440nm波长下测定。吸收峰值的大小与氨基酸释放的氨量成正比。

　　(2)与2，4-二硝基氟苯(DNFB)的反应

　　在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与DNFB作用生成稳定的黄色2，4-二硝基苯氨基酸(DNP-氨基酸)，这一反应在蛋白质化学的研究史上起过重要作用，Sanger等人应用它测定胰岛素一级结构。

　　多肽顺序自动分析仪是根据相类似的原理设计的，即利用多肽链N端氨基酸的α-氨基与异硫氰酸苯酯PITC反应(Edman降解法)。

　　三、肽(peptide)

　　1.肽键与肽链

　　一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水形成的酰胺键称为肽键。由氨基酸通过肽键相连而成的化合物称为肽。肽键及其两端的α-碳原子相连所形成的长链骨架，即…Cα—C—N—Cα—C—N—Cα—C—N—Cα…称为多肽主链，—CαCN—是重复单位。肽键是蛋白质分子中的主要共价键。多肽链的方向性是从N末端指向C末端。

　　肽分子中不完整的氨基酸称为氨基酸残基。肽按其序列从N端到C端命名。一般10肽以下属寡肽，10肽以上为多肽。

　　2.生物活性肽

　　(1)谷胱甘肽(glutathione，GSH)

　　是由Glu、Cys、Gly组成的一种三肽，又叫γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸(含γ-肽键)。Cys的-SH是主要功能基团，GSH是一种抗氧化剂，是某些酶的辅酶，可保护蛋白质分子中的-SH免遭氧化，保护巯基蛋白和酶的活性。在GSH过氧化物酶的作用下，GSH还原细胞内产生的H2O2，生成H2O，2分子GSH被氧化成GSSG，后者在GSH还原酶催化下，又生成GSH。

　　(2)多肽类激素和神经肽

　　人体内有许多激素属寡肽或多肽，如下丘脑—垂体分泌的催产素(9肽)、加压素(9肽)、促肾上腺皮质激素(ACTH，39肽)等。催产素和加压素结构仅第3、第8位两个氨基酸残基不同，前者使平滑肌收缩，有催产和使乳腺泌乳的作用;后者能使小动脉收缩，增高血压，也有减少排尿的作用。

　　神经肽是在神经传导过程中起信号转导作用的肽类。如脑啡肽(5肽)、β-内啡肽(31肽)、强啡肽(17肽)等。随着脑科学的发展，会发现更多的生物活性肽。