蛋白质及其分解代谢

（二）高分子性质，即胶体性质
蛋白质为分子量1万至100万的高分子物质,其在溶液中形成 的质点直径在1-100nm胶体质点范围内。
蛋白质胶体稳定的因素:蛋白质颗粒表面具水化层 蛋白质颗粒表面带同性电荷 去除这两个稳定因素,蛋白质极易沉淀。
蛋白质具有分子扩散现象；布朗运动；可用超速离心法分 离蛋白质；有较大的粘度，随蛋白质分子的水合作用和分子的 不对称性增大而增大；不能透过半透膜，可用透析法纯化蛋白。
（五）氨基酸的分离
（1）纸色谱法 （2）薄层色谱法
苯丙 天冬 溶剂 前沿 异亮
蛋 丙
谷 丝 精 组 半胱 原点
溶 剂 移 动 方 向
赖
图5-1 氨基酸纸层析图谱
二、蛋白质的结构
（一）多肽的结构
1、肽键与肽 肽键(peptide bond)：由一个AA的а-氨基与另一个氨酸的 а-羧基脱水缩合生成的化学键。
O O H2N CH C OH + H NH CH C OH R1 R2
O O H2N CH C NH CH C OH R1 R2
肽 peptide：AA通过肽键相连形成的化合物(二肽、三肽、寡肽和多肽)。
寡肽 oligopeptide ：一般10肽以下
多肽 polypeptide： 一般10肽以上
蛋白质的一级结构的改变影响蛋白质的空间结构和生 理功能，例如镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起 的。正常人血红蛋白由四条多肽链组成，两条α链和两条β 链，共有574个氨基酸。镰刀状细胞贫血病的血红蛋白与正 常的血红蛋白两条α链完全相同，只是两条β链上N-端末端 开始的第6位的氨基酸不同：正常血红蛋白为谷氨酸，而镰 刀状细胞贫血病为缬氨酸所代替。
蛋白质的这种周转过程主要有三个功能： 第一，以蛋白质形式贮存养分，并在代谢需要时将其分解， 这一过程主要发生在肌肉组织； 第二，去除对人体有害的异蛋白质； 第三，通过去除多余的酶及调节蛋白质调节细胞的代谢。 因此，调控一种蛋白质的降解速度与调控其合成速度对 细胞同样重要。
鼠肝中某些酶的半衰期
半衰期 （短半衰期） 半衰期 （长半衰期）
（二）溶酶体降解
细胞内蛋白质可在溶酶体内降解。溶酶体中含50多种水 解酶类，包括多种蛋白质水解酶。溶酶体中酶的最适pH为5， 在细胞溶胶的pH下溶酶体中的酶是无活性的，这可避免溶 酶体中的酶偶然泄漏对细胞造成的破坏。溶酶体通过胞吞作 用摄取细胞内的物质。这些物质被包裹在液泡中，并与溶酶 体融合而被降解。在营养充分的细胞中，溶酶体对蛋白质的 降解是无选择性的。
谷胱甘肽
谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还
原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。
（二）蛋白质分子的一级结构
1、一级结构(primary structure)：指蛋白质多肽链中氨基 酸的组成及排列顺序。 2、一级结构维系键：肽键和二硫键。
3、重要性：是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。
Glu、Asp2种 （4）碱性AA：R可电离带正电荷，有极性。 Lys、Arg、His3种
4. 非标准氨基酸
4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、γ-羧基谷氨酸和6-氮甲基赖氨酸
5. 非蛋白质氨基酸 β-丙氨酸、D-苯丙氨酸、同型半胱氨酸、鸟氨酸、 г-氨基丁酸
（三）氨基酸的性质
1、两性电离性质 氨基酸分子中既有氨基又有羧基，氨基可以接受质子 呈碱性，而羧基可以给出质子呈酸性。所以氨基酸既有 酸性又有碱性，这一性质称为氨基酸的两性性质。
1、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指在一级结构基础上，多肽链形成 的空间构象。二级结构的主要形式有α-螺旋、β-折叠、β-转 角和无规则卷曲等。
蛋白质的α-螺旋结构多为右手螺旋。每3.6个氨基酸螺旋 转一周，螺距为0.54nm，每个氨基酸残基的高度为0.15nm。 在α-螺旋中相邻螺旋间形成链内氢键，维持α-螺旋结构的稳 定。
3、与亚硝酸反应
氨基酸能与亚硝酸反应，生成羟基酸和水，并放出氮气。 反应定量完成，通过测定生成氮气的量，可计算氨基酸的 含量，此方法叫做范斯莱克（Van Slyke）氨基氮测定法。
（四）氨基酸的营养价值
氨基酸在营养上可分为“必需氨基酸”和“非必需氨基 酸”两类。
必需氨基酸：是指人体需要，但自己不能合成，或合成的速 度不能满足机体需要必须由食物蛋白质供给的氨基酸。 非必需氨基酸：是指体内可以合成，或可由其它氨基酸转变 而来，可以不必由食物供给的氨基酸。 人体的必需氨基酸有9种，即：亮氨酸、异亮氨酸、缬 氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和组氨 酸。有时也把半胱氨酸和酪氨酸称为半必需氨基酸。
例如谷类蛋白质含赖氨酸较少而含色氨酸较多， 豆类蛋白质与之相反，两者混合食用可提高营养价 值。
二、 蛋白质的降解
（一）蛋白质的降解作用
各种蛋白质降解速率有很大的不同，它随生理需要而发 生改变。细胞中蛋白质的降解速率也随营养状况和激素水平 而异。在营养缺乏的情况下，细胞提高蛋白质的降解速率， 以维持必须的代谢过程的进行。细胞不断的从氨基酸合成蛋 白质，同时又将一些蛋白质分解成氨基酸。
COOˉ R CH NH2
阴 离子
+
H
COOˉ R CH NH3
两 性 离子
+
H
+
COOH R CH NH3
Hale Waihona Puke 阳 离子+OH ˉ
OH ˉ
pH＞ pI
pH＝ pI
pH ＜ pI
等电点——
使某种氨基酸所带正、负电荷数相等时溶液的PH值。
2、呈色反应
氨基酸可以与其它物质生成有特征颜色的化合物，利用这 些性质可以定性或定量测定氨基酸，如茚三酮反应。
3、氨基酸的分类（根据侧链基团的结构和性质不同）
（1）非极性疏水性AA：R为疏水基团，无极性。 Ala、Val、Leu、Ile、Met、Phe、Pro、Trp 8种
（2）极性中性AA：R不带电荷，但显极性。
Gly、Ser、Thr、Tyr、 Cys、 Asn、Gln7种
（3）酸性AA：R可电离带负电荷，有极性。
（二）组成蛋白质的基本单位——氨基酸(amino acids)
1、氨基酸（AA）的通式
COOH H2N C H R L α 氨基酸
2、特点：
（1）20种基本氨基酸中，除脯氨酸为亚氨基酸外，其余19种均符合通式； （2）除甘氨酸的R基为H外，其余19种α-碳原子为不对称碳原子，有L、 D型之分，但组成人体蛋白质的氨基酸均为L型； （3）不同氨基酸的侧链基团不同。
天然蛋白质被选择为降解蛋白质与其N端末端 有关。N末端为天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸、赖氨 酸和苯丙氨酸残基的蛋白质，半衰期只有2~3分钟； N末端为丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丝氨酸和缬氨 酸的蛋白质，半衰期超过10小时。这一规律称为N 末端规则。
许多正常和病理过程都伴有溶酶体活性的增加，由于不 被使用、神经切除或者外伤引起的肌肉损耗都是溶酶体活性 增高引起的。例如：在分娩后出现的子宫回缩，这个肌肉器 官的重量在9天内从2kg减少到50g。风湿性关节炎就涉及溶 酶体的细胞外释放，从而降解周围组织。
（三）泛素
真核细胞蛋白质可以不通过溶酶体降解，而通 过与泛素连接被降解。泛素是一个由76个氨基酸组 成的蛋白质，因存在广泛且含量丰富而得名。泛素 经三步反应与被降解的蛋白质共价键相连接，使蛋 白质携带了降解标记。泛素连接的蛋白质通过一个 依赖ATP的过程被水解。
酶
酶
鸟氨酸脱羧酶 RNA聚合酶Ⅰ
酪氨酸氨基转移 酶 丝氨酸脱水酶 磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶
0.2(小时) 1.3(小时)
2.0(小时) 4.0(小时) 5.0(小时)
醛缩酶 3-磷酸甘油醛 脱氢酶
细胞色素b 乳酸脱氢酶 细胞色素c
118(小时) 130(小时)
130(小时) 130(小时) 150(小时)
（三）蛋白质分子的空间构象
• 蛋白质的构象指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的 排列、分布及肽链的走向。
蛋白质分子的构象可分为二、三、四级结构。
•
维持蛋白质构象的化学键：
次级键（副键），由蛋白质分子的主链和侧链上的极性、非极 性和离子基团等相互作用而形成的。 如：氢键、疏水键、离子键、范德华力、二硫键、配位键。
β-折叠
2、蛋白质的三级结构
蛋白质多肽链在二级结构基础上，进一步折叠盘旋形成的 更复杂的空间构象，称为蛋白质的三级结构。蛋白质三级结构 反映的是蛋白质分子中所有原子的整体排列和空间关系。使蛋 白质三级结构稳定的因素有：氢键、疏水相互作用、盐键、二 硫键和配位键等。
3、蛋白质的四级结构
由两条或两条以上具有三级结构的多肽链结合而成的特定 结构的蛋白质构象称为四级结构。其中四级结构中每个具有三 级结构的多肽链称为亚基。四级结构由几个亚基组成，每个亚 基单独存在时无生物活性，只有结合成完整的四级结构才有生 物活性。
（三）蛋白质的变性(denaturation)
1.概念：在某些理化因素的作用下，蛋白质特定的空间构象 发生改变或破坏，从而导致其生物学活性的丧失和一些理化 性质的改变的现象，称为蛋白质的变性。
2.变性因素：
理：加热、高压、紫外线、超声波、剧烈震荡等 化：强酸、强碱、重金属离子、尿素、乙醇、丙酮等
3.变性的本质：蛋白质分子空间构象的改变或破坏（二硫键 和非共价键破坏），不涉及一级结构改变或肽键的断裂。
变性的蛋白质易于沉淀，而沉淀的蛋白质不一定发生变性。
（四）蛋白质颜色反应（可做定性或定量测定）
1.茚三酮反应 2.双缩脲反应 3.酚试剂反应
氨基酸无此反应
小结
蛋白质的组成元素.
氨基酸的通式. 组成蛋白质的氨基酸的种类. 肽、多肽链、氨基酸残基. 蛋白质的一级结构及空间构象.
蛋白质的理化性质,如两性游离、等电点及某些呈色反应等.