第二章第二章蛋白质化学蛋白质化学一、蛋白质一、蛋白质 (Protein) 的生物学意义的生物学意义( (一一) ) 蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础 生物体内的蛋白质是除水以外，机体组生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的织中最多的组分，占人体干重的45%45%，占细，占细菌干重的菌干重的505070%70% 。2.1蛋白质通论蛋白质通论(二) ) 蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能1.1.作为生物催化剂：作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。酶几乎都是蛋白质。2.调节代谢反应：调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。生长素。3.运输载体：运输载体：如红细胞中运输如红细胞中运输O2、CO2要靠要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.参与机体的运动：参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。2.1蛋白质通论蛋白质通论5.5.参与机体的防御：参与机体的防御：机体抵抗外来侵害的防御机能，靠机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.6.接受传递信息：接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。觉蛋白。7.7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.8.其它：其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。 所以，我们不难理解，为什么说所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。没有蛋白质就没有生命。2.1蛋白质通论蛋白质通论二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类1.根据分子形状分：根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质球状蛋白质、纤维状蛋白质2.根据功能分：根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。活性蛋白质、结构蛋白质。3.根据组成分：根据组成分：（1 1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2 2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。4.根据营养价值分：根据营养价值分：完全蛋白质、不完全蛋白质。完全蛋白质、不完全蛋白质。2.1蛋白质通论蛋白质通论三、蛋白质的水解作用三、蛋白质的水解作用1.酸水解酸水解条件条件：510倍的倍的20%的盐酸煮沸回流的盐酸煮沸回流1624小时，小时，或加压于或加压于120水解水解2小时。小时。优点优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。氨基酸，产物单一，无消旋现象。缺点缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。黑质，水解液呈黑色。2.1蛋白质通论蛋白质通论2.碱水解碱水解条件：条件：4mol/LBa(OH)2或或6mol/LNaOH煮沸煮沸6小时。小时。优点：优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点：缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解蛋白酶水解条件条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温3740，pH值值58。优点：优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点：缺点：水解不完全，中间产物多。水解不完全，中间产物多。蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。解用于制备蛋白质水解产物。2.1蛋白质通论蛋白质通论第第3章章蛋白质化学蛋白质化学第一部分第一部分氨基酸结构与性质氨基酸结构与性质一一. . 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 蛋白质是有机化合物，主要由蛋白质是有机化合物，主要由C C、N N、 H H、O O 四种四种元素，还含有元素，还含有P P、S S、金属元素等。金属元素等。 3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸CHON其他元素其他元素50-55%6-8%20-23%15-18%低于低于1% 蛋白质中蛋白质中N N是特征元素，且含量为是特征元素，且含量为16%16%左右左右 ，即，即1616克克氮氮/100/100克蛋白质，故可以用克蛋白质，故可以用定氮法定氮法测量蛋白质含量（凯测量蛋白质含量（凯氏定氮法），即：每氏定氮法），即：每100100克蛋白质含氮克蛋白质含氮1616克，也即克，也即6.256.25克蛋白质含氮克蛋白质含氮1 1克。所以，克。所以，每克样品含氮量每克样品含氮量6.256.25100 100 就就相当于相当于100100克样品蛋白质含量（克样品蛋白质含量（% %）。）。 有些蛋白质含有有些蛋白质含有其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、MoMo、I I 等。等。二、蛋白质分子的基本组成单位二、蛋白质分子的基本组成单位氨基酸氨基酸（一）氨基酸（一）氨基酸（aminoacid，aa）的结构通式的结构通式1.1、构成蛋白质的氨基酸、构成蛋白质的氨基酸均为均为L-氨基酸氨基酸。2.2、除甘氨酸、除甘氨酸(R基为基为H)外，其余氨基酸均具有外，其余氨基酸均具有旋光旋光性性。3.3、各种氨基酸的区别在、各种氨基酸的区别在于于侧链侧链R基基上。上。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸（二）氨基酸的构型（二）氨基酸的构型 构成蛋白质的氨基酸构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外除甘氨酸外，-碳原子均为手性分碳原子均为手性分子子，在空间各原子有在空间各原子有两种排列方式两种排列方式：L-L-构型与构型与D-D-构型，它们构型，它们的关系就像左右手的关系，互为的关系就像左右手的关系，互为镜像关系。镜像关系。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸（三）氨基酸的结构（三）氨基酸的结构3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸 组成蛋白质的氨基酸共有组成蛋白质的氨基酸共有2222中，包括新近发现的中，包括新近发现的硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸。硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸。 二十种氨基酸的结构特点：二十种氨基酸的结构特点：1.1.支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸亮氨酸、异亮氨酸2.2.含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸3.3.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4.4.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）5.5.含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸6.6.含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸7.7.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8.8.含羧基的氨基酸：含羧基的氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸9.9.含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸： 精氨酸精氨酸10.10.含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖赖氨酸氨酸212.12.不含侧链的氨基酸：不含侧链的氨基酸：甘甘氨酸氨酸11.11.侧链为简单的氨基酸侧链为简单的氨基酸: :丙丙氨酸氨酸13.13.含亚氨基的氨基酸：含亚氨基的氨基酸：脯氨酸脯氨酸2221 1、按酸碱性、按酸碱性（1 1）酸性氨基酸：）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、氨酸、谷氨酸、（2 2）碱性氨基酸：）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸二氨基一羧基氨基酸 ，有：赖，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸氨酸、精氨酸、组氨酸（3 3）中性氨基酸：）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（四）氨基酸的分类（四）氨基酸的分类3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸2 2、按侧基、按侧基R R基的结构特点：基的结构特点： （1 1）脂肪族氨基酸）脂肪族氨基酸: : 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、赖氨甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸酸、精氨酸（2 2）芳香族氨基酸：）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3 3）杂环氨基酸：）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸脯氨酸、组氨酸3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸3 3、按侧基、按侧基R R基与水的亲和能力大小基与水的亲和能力大小 ( (重点掌握重点掌握) )： （1 1）非极性氨基酸：）非极性氨基酸：有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸 (8(8种种) )。（2 2）极性不带电氨基酸：）极性不带电氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸 (7(7种种) )。（3 3）极性带电氨基酸：）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸 (5(5种种) )。4 4、按氨基酸是否能在人体内合成分：、按氨基酸是否能在人体内合成分：（1）必需氨基酸：必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫（蛋从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫（蛋）氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。(苏缬亮异亮，苏缬亮异亮，苯丙色赖蛋苯丙色赖蛋)（2）非必需氨基酸：非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有指人体内可以合成的氨基酸。有十余种。十余种。（3）半必需氨基酸：半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。组氨酸、精氨酸。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸（五）（五）蛋白质中不常见的氨基酸蛋白质中不常见的氨基酸 羟羟- -脯脯氨氨酸酸 ( (4-HyP)4-HyP)、羟羟- -赖赖氨氨酸酸( (5-HyL)5-HyL)、r-r-羧基谷氨酸、羧基谷氨酸、6-6-氮氮- -甲基赖氨酸甲基赖氨酸（六）非蛋白氨基酸（六）非蛋白氨基酸 鸟鸟氨氨酸酸、胍胍氨氨酸酸、高高半半胱胱氨氨酸酸、高高丝丝氨氨酸酸、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质（一）物理性质（一）物理性质1.1.形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。结构不同。2.2.溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.3.熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。化碳。 3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸4.旋光性：旋光性：除甘氨酸除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。外的氨基酸均有旋光性。5.光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，只有光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，只有Trp、Tyr、Phe含有功轭双键，所以能够含有功轭双键，所以能够吸收紫吸收紫外光外光。它们的吸收峰分别在。它们的吸收峰分别在280、275、257(nm)。因为蛋白质一般含有因为蛋白质一般含有Trp、Tyr、Phe，其紫外吸其紫外吸收峰大多数在收峰大多数在280nm左右。左右。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸（二）（二）化学性质化学性质1.1.氨基酸的氨基酸的两性解离两性解离及及等电点等电点氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，又含有羧基，可电离出可电离出H+，所以氨基酸具有所以氨基酸具有酸碱两性性质酸碱两性性质。通。通常情况下，氨基酸以常情况下，氨基酸以两性离子的形式两性离子的形式存在。存在。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸氨氨基基酸酸在在酸酸性性环环境境中中，主主要要以以阳阳离离子子的的形形式式存存在在，在在碱碱性性环环境境中中，主主要要以以阴阴离离子子的的形形式式存存在在。这这种种可可以以在在不不同同的的pH环环境境下下发发生生不不同同的的电电离离方方式式，形形成成带带相相反反电电性性的的离离子子，称称为为两两性性解解离离，这这种种离离子子称称为为两两性性（兼兼性、偶极）离子。性、偶极）离子。氨氨基基酸酸的的等等电电点点:氨氨基基酸酸分分子子的的净净电电荷荷为为零零（所所带带正正负电荷相等负电荷相等)时的溶液时的溶液pH，以，以pI表示。表示。氨基酸具有两性电离的性质，因而其水溶液既可氨基酸具有两性电离的性质，因而其水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定。现以被酸滴定，又可被碱滴定。现以甘氨酸甘氨酸为例来说明氨为例来说明氨基酸两性电离的特点。基酸两性电离的特点。甘氨酸的电离酸碱滴定曲线甘氨酸的电离酸碱滴定曲线从左向右是用从左向右是用NaOHNaOH滴定的曲线，滴定的曲线，溶液的溶液的pHpH由小到大逐渐升高，由小到大逐渐升高，曲线中从左向右曲线中从左向右第一个拐点第一个拐点是是氨基酸羧基解离氨基酸羧基解离50%50%的状态；的状态；从右向左是用从右向左是用盐酸盐酸滴定的曲线，滴定的曲线，溶液的溶液的pHpH由大到小逐渐降低由大到小逐渐降低, ,第三个拐点第三个拐点是氨基酸氨基解离是氨基酸氨基解离50%50%的状态的状态; ;第二个拐点第二个拐点是氨基是氨基酸的等电点，酸的等电点，3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸茚三酮的反应：茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。色化合物。2.-氨基与氨基与-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应3.-氨基参加的反应氨基参加的反应3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸1)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)：生成黄色的二硝基苯生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。氨基酸衍生物。2)苯异硫氰酸酯苯异硫氰酸酯(PITC)反应反应(Edman反应反应)：生成苯乙内生成苯乙内酰硫脲酰硫脲-氨基酸。蛋白质自动测序仪即基于此原理。氨基酸。蛋白质自动测序仪即基于此原理。3)丹磺酰氯丹磺酰氯(DNS-Cl)反应：反应：生成荧光物质生成荧光物质DNS-氨基酸。氨基酸。(1)、(2)、(3)反应用于蛋白质的反应用于蛋白质的N-末端的测定末端的测定4)与甲醛的反应：与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用可游离出氢离子，然后用NaOH滴定，从消耗的碱量滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸用途：用来直接测定氨基酸的浓度用途：用来直接测定氨基酸的浓度4.-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( (合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体) ) (3) (3)与酰化试剂反应成酰氯与酰化试剂反应成酰氯 ( (活化氨基酸羧基活化氨基酸羧基) )3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸5.侧链反应（颜色反应）：侧链反应（颜色反应）：3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸1)Millon反应：反应：检测检测Tyr或含或含Tyr的蛋白质的反应。的蛋白质的反应。Millon试剂：试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。产物：产物：红色的化合物。红色的化合物。2)Folin反应：反应：检测检测Tyr或含或含Tyr的蛋白质的反应。的蛋白质的反应。Folin试剂：试剂：磷钼酸、磷钨酸混合溶液。磷钼酸、磷钨酸混合溶液。产物：产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。蓝色的钼蓝、钨蓝。3)坂口反应：坂口反应：检测检测Arg或含或含Arg的蛋白质的反应。的蛋白质的反应。坂口试剂：坂口试剂：-萘酚的碱性次溴酸钠溶液。萘酚的碱性次溴酸钠溶液。产物：产物：砖红色的沉淀砖红色的沉淀4)Pauly反应：反应：检测检测His、Tyr及含及含His、Tyr蛋白质。蛋白质。试剂：试剂：对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混合溶液混合溶液产物：产物：橘红色的化合物。橘红色的化合物。5)乙醛酸的反应：乙醛酸的反应：检测检测Trp或含或含Trp蛋白质的反应。蛋白质的反应。当当Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分层现象，界面出现紫色环。层现象，界面出现紫色环。6)Cys的反应：的反应：Cys或含或含Cys蛋白质与亚硝基亚铁氰蛋白质与亚硝基亚铁氰7)酸钠在稀氨酸钠在稀氨的溶液中，产生一种红色的化合物。的溶液中，产生一种红色的化合物。3.2蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸