第一章蛋白质化学第一节：概论第二节：氨基酸第三节：蛋白质一级结构及测序第四节：蛋白质空间结构第五节：蛋白质结构与功能的关系第六节：蛋白质的性质第七节：蛋白质的分离与纯化9/17/20241第一节概述l生物学功能l元素组成l蛋白质的水解9/17/20242一、蛋白质的生物学功能1.催化功能2.调节功能 3. 运动功能 4. 运输和跨膜转运功能5. 保护和防御功能 6. 信息传递与识别功能 7. 贮存功能 8. 结构功能 9/17/20243二、蛋白质的元素组成含量含量% % ： 505055 655 67 207 2023 1523 1517 0.317 0.33 3 微量或无微量或无 元素组成元素组成 ： C H O C H O N N S S 其它其它 蛋白质中蛋白质中N N是特征元素，且含量恒定，为是特征元素，且含量恒定，为16%16%左右左右 每克样品含氮量每克样品含氮量6.256.25= =样品蛋白质含量（克）。样品蛋白质含量（克）。凯氏（凯氏（Kjedahl）定氮法的理论基础定氮法的理论基础其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、MoMo、I I 等。等。 9/17/20244三、蛋白质的水解1.酸水解 特点：酸水解不引起氨基酸的消旋，缺点:但Trp完全被破坏，Ser和Thr部分破坏，Asn和Gln的酰胺基被水解2.碱水解 特点：碱水解使氨基酸消旋，许多氨基酸被破坏，但色氨酸不被破坏。Arg可脱氨生成鸟氨酸及尿素。常用于测定色氨酸含量3.酶水解 酶水解既不破坏氨基酸，也不引起消旋。但酶水解时间长，反应不完全9/17/20245第二节：氨基酸一、氨基酸的结构与分类二、氨基酸的性质9/17/20246（一）基本结构：L氨基酸结构特点：1.都是L-氨基酸氨基酸（除脯氨酸外）2. R侧链不同3.天然氨基酸都是L-构型的，（与标准甘油醛的构型参照得出的）。9/17/20247（二）氨基酸的分类1.常见的蛋白质氨基酸2.不常见蛋白质氨基酸3.非蛋白质氨基酸9/17/202482.根据侧链的化学结构分为3大类脂肪族 15种芳香族 3种杂环（亚氨基酸） 2种A.组成蛋白质的氨基酸:有22种1.根据侧链的极性分为2大类非极性氨基酸 9 种极性氨基酸极性不带电荷的 6种极性带电荷的 5种3.根据侧链酸碱性分为3大类酸性氨基酸 2 种碱性氨基酸3种中性氨基酸15种硒代Cys 吡咯赖氨酸 Stuture?9/17/202499/17/2024109/17/2024119/17/2024129/17/202413加各种氨基酸的功能9/17/202414总结：二十种氨基酸的结构特点总结：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、半胱氨酸（含巯基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖氨酸赖氨酸9/17/202415不常见蛋白质氨基酸9/17/202416非蛋白质氨基酸9/17/2024179/17/202418二、氨基酸的性质物理性质酸碱性质化学性质9/17/202419（一）物理性质（一）物理性质1.溶解性：溶解性：多为白色晶体，除胱氨酸和多为白色晶体，除胱氨酸和Tyr外，一般都溶于水，不溶外，一般都溶于水，不溶或微溶于醇或微溶于醇(Pro和和ProoH能溶于乙醇或乙醚中能溶于乙醇或乙醚中)不溶于丙不溶于丙酮，酮，稀酸和稀碱中溶解性好稀酸和稀碱中溶解性好。氨基酸的熔点一般都比较。氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于高，一般都大于2002.旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。3.光谱性质：光谱性质：含苯环氨基酸大键吸收紫外光Tyr:275nm;Phe:257nm;Trp280nm蛋白质的最大光吸收在280nm9/17/2024209/17/202421（二）（二）酸碱性质酸碱性质氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸的两性电离及等电点： 9/17/202422氨氨基基酸酸的的等等电电点点（isoelectricisoelectric pointpointPIPI）可可以以定定义义为为：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液氨基酸所带正负电荷相等时的溶液pHpH。9/17/202423左图是甘氨酸的电离酸碱左图是甘氨酸的电离酸碱滴定曲线，滴定曲线，第一个拐点第一个拐点:pK:pK1 1 : :羧基解离羧基解离50%50%的状态，的状态，第二个拐点第二个拐点: :等电点等电点，第三个拐点第三个拐点pKpK2 2 : :氨基解离氨基解离50%50%的状态。的状态。 9/17/202424中性氨基酸：PI中性氨基酸中性氨基酸PI=(pK1+pK2)/29/17/202425酸性氨基酸：酸性氨基酸： pI=(pKpK1 1+ pKpK2 2)/2加电离图酸性氨基酸酸性氨基酸pI=(pKpK1 1+ pKpK2 2)/29/17/202426碱性氨基酸碱性氨基酸pI=(pKpK2 2+ pKpK3 3)/29/17/2024271.-氨基参加的反应2.-羧基参加的反应：3. 侧链参加的反应4.-氨基与-羧基共同参加的反应（三）化学性质（三）化学性质9/17/202428(1)与亚硝酸反应：与亚硝酸反应：(2)与甲醛的反应：与甲醛的反应：1.-1.-氨基参加的反应：氨基参加的反应： (3)与与2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反应（）的反应（Sanger反应）：反应）：(4)与苯异硫氰酸酯（与苯异硫氰酸酯（PITC）反应（）反应（Edman反应）：反应）：(5)与丹磺酰氯（与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：）的反应：(7)形成形成Schiff碱碱(6)与荧光胺反应与荧光胺反应9/17/202429(1)与亚硝酸反应：与亚硝酸反应：此法也是VanSlyke法测氨基氮的理论基础。该反应也用来判断蛋白质的水解程度。N2一半来自氨基酸除-NH3外，-NH3亦可以发生反应，但速度不如-NH3快 ，前者3-4min即可完成9/17/202430(2)与甲醛的反应：与甲醛的反应：（主要是因为没有合适的指示剂。封闭氨基后使氨基酸的滴定范围变小，易于判断滴定终点。）此法可以作为氨基酸含量测定的依据9/17/202431(3)与与2,4-二硝基氟二硝基氟苯苯（2,4-DNFB）的反）的反应（应（Sanger反应）：反应）：DNP-氨基酸为黄色，它溶于乙酸乙酯；可用之抽提并与标准的DNP-氨基酸作比较。-NH3、酚羟基也可以有此反应，但反应慢，且生成的DNP-氨基酸不溶于乙酸乙酯，而是保留在水相里。9/17/202432分离过程： 这些衍生物是无色无色的，酸性条件下极稳定，可溶于乙酸乙酯，经高压液相即可分析出其N端的氨基酸组成。(4)与苯异硫氰酸与苯异硫氰酸酯（酯（PITC）反应）反应（Edman反应）：反应）：生成的肽链比原来少一个氨基酸，可以进行下一轮反应，而不需要彻底水解掉 ，此法是自动氨基酸分析仪的基本原理9/17/202433酸水解生成的DNS氨基酸（具有荧光），用乙酸乙酯抽提，可得到DNS氨基酸，用色谱法分析之，亦可不用分离，直接用纸电泳或薄层层析法鉴定(5)与丹磺酰氯（与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：）的反应：9/17/202434(6)与荧光胺反应与荧光胺反应1ng即可测出。激发波长：390nm，发射波长475nm 可以用荧光分光光度计进行定量检测9/17/202435(7)形成形成Schiff碱碱9/17/2024362.2.由由-羧基参加的反应：羧基参加的反应：(1)(1)与碱反应成盐与碱反应成盐 (2)(2)与醇反应成酯与醇反应成酯(3)(3)与酰化试剂反应成酰氯与酰化试剂反应成酰氯(4)(4)脱羧基生成胺脱羧基生成胺 9/17/202437（1）成盐反应）成盐反应RCHCOOH+HClNH2RCHCOOHNH2HCl（2）成酯反应）成酯反应RCHCOOH+C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2HCl气9/17/202438（3）酰氯化反应）酰氯化反应YNHCRHCOOH+PCl5酰化氨基酸YNHCRHCOCl酰化氨基酰氯使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。（4）脱羧反应）脱羧反应H2NCHRCOOH脱羧酶CO2+RCH2NH2胺9/17/202439试试 剂剂颜色颜色反应有关基团反应有关基团有有此此反反应应的氨基酸的氨基酸米伦反应HgNO3Hg(NO3)2及HNO3混合物红色Tyr黄色反应浓HNO3及NH3黄色、橘色Tyr、Phe乙醛酸反应(Hopking-Cole反应)乙醛酸试剂及浓H2SO4紫色紫色Trp坂口反应(Sakaguchi反 应)-萘酚、NaClO红色胍基Arg酚试剂反应(Folin-Cioculteu反应)碱性CuSO4及磷钨酸-钼酸蓝色酚基、吲哚基TyrEllman反应二硫硝基苯甲酸DTNB紫色巯基Cys3.蛋白质侧链的反应蛋白质侧链的反应OHN反应名称反应名称9/17/202440Tyr的酚基还可以与重氮化合物结合生成桔黄色化合物(Pauly反应反应)。His的咪唑基亦可发生相似的反应，生成棕红色化合物。侧链反应：Tyr的酚基在3，5位易发生亲电取代反应9/17/202441Arg的侧链胍基在硼酸缓冲液(PH892535)与1,2环已二酮反应生成缩合物，但此反应可逆Cys在体内多生成胱氨酸，形成二硫键9/17/202442Cys侧链上的SH，反应性能高，在微碱条件下可解离成硫醇阴离子，(-CH2-S-)能与卤化烷剂如碘乙酸、碘乙酸胺、甲基碘等反应生成稳定的烷基衍生物可与二硫硝基苯甲酸(dithionitrobenzoicacidDTNB)或Ellman试剂发生硫醇-二硫化物交换反应9/17/202443胱氨酸中的二硫键在稳定蛋白质的构象上起很大的作用，氧化剂和还原剂都可以打开二硫键9/17/2024449/17/202445（2）成肽反应）成肽反应3.-氨基与氨基与-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应9/17/2024469/17/2024479/17/202448