第三章 蛋白质化学(protein)第一节 蛋白质的概念、分类和功能第二节 蛋白质分子组成第三节 蛋白质的分子结构第四节 蛋白质结构的测定与多肽的人工合成第五节 蛋白质的理化性质第六节 氨基酸及蛋白质的分析和分离1 第一节 蛋白质的概念、分类和功能o蛋白质的概念o蛋白质的分类o蛋白质的功能2一、蛋白质的概念包括以下几点内容：o存在于所有的生物细胞中，是由20种-氨基酸按一定的序列通过肽键缩合而成的。是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。是生命的物质基础； o各具有一定的相对分子质量，复杂的分子结构和特定的生物功能；占生物体干重的45%50%以上；o有些蛋白质尚含有非蛋白成分。34o元素组成特点：蛋白质的含氮量接近于16%。l蛋白质系数：1克氮所代表的蛋白质质量(克数)。即。l蛋白质系数是凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础。粗蛋白含量 样品含氮量 蛋白质含量 = 样品蛋白氮 l有些还含有e/Cu/Zn/Mn等.元素元素C C H HO ON N 百分比百分比50505555 6 68 8 20 202323 15 1518185三聚氰胺o是一种重要的氮杂环有机化工原料，主要用于生产三聚氰胺-甲醛树脂，广泛用于木材加工、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电气、医药等行业，目前是重要的尿素后加工产品。此外三聚氰胺还可以作阻燃剂、减水剂、甲醛清洁剂等。o动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。6二、蛋白质的分类1.分类依据生物来源、理化性质、分子形状、化学组成、化学结构与功能等。2.常用的分类方法按分子形状根据溶解度根据组成7(1)根据溶解度o清蛋白(白蛋白)o球蛋白o谷蛋白o醇溶蛋白o组蛋白o精蛋白o硬蛋白8(2)根据组成成分进行分类单纯蛋白质如：清蛋白(白蛋白)精蛋白组蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白硬蛋白结(缀)合蛋白质 如：核蛋白色蛋白糖蛋白脂蛋白磷蛋白9(3)蛋白质的分子形状和大小纤维状蛋白质球状蛋白质10三、蛋白质的功能.功能的多样性n催化功能n调节功能n结构功能n运输功能n免疫功能n运动功能n储藏功能n生物膜的功能2.功能的复杂性11第二节 蛋白质的的分子组成 o组成蛋白质分子的基本单位-氨基酸o肽键与肽12一、氨基酸1 1. 结构通式COOHCHH2NRCOOCHRH3N或或13o氨基酸的构型指氨基在空间的排布来区分的（D与L型）。氨基酸的构型141516除脯氨酸为-亚氨基酸外，其余称为-氨基酸。除甘氨酸外其它所有氨基酸分子 A.具有旋光性。B.是L-型。2.蛋白质氨基酸的结构特点 -（20种，基本氨基酸，70页，表3-1）17不常见的蛋白质氨基酸o是在蛋白质合成后由常见的氨基酸经化学修饰而来的。HOOCCHCH2SSCH2CHCOOH胱氨酸18.非蛋白质氨基酸(180多种)o大多是L-氨基酸衍生物o细菌中含有多种D-型氨基酸o有一些是重要的代谢物前体或代谢中间物（丙氨酸，鸟氨酸，瓜氨酸等）.19三、蛋白质氨基酸(20种)的分类201.按酸碱性质酸性氨基酸：2种Asp、Glu碱性氨基酸：3种Lys、His、Arg中性氨基酸:15种212.按R基团的化学结构分脂肪族氨基酸：15种芳香族氨基酸：3种，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸杂环氨基酸：2种，组氨酸、脯氨酸223.根据侧链R基团是否有极性分极性带正电荷的氨基酸（pH 7时）：3种 极性带负电荷的氨基酸（pH 7时） ：2种极性不带电荷的氨基酸： 7种非极性氨基酸：8种非极性氨基酸在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用（蛋白质的疏水核心）。234.根据人体能否自身合成必需氨基酸：8种，赖氨酸(Lys)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、 异亮氨酸(Ile)、酪氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe)半必需氨基酸：2种，Arg、His婴儿期供给不足非必需氨基酸：其余24Leu L-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C C N N+ -C-C-C-C-NH3+-C-C- -OH-C-NCentral lineAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAromatic-C-C-C-N-C-N N+= C-C-C-C C-C-C-C C C-C C C C HN C-COOH a-C-C OHGln QAsn NAsp DGlu EPhe FArg RLys KHis HGly GAAAlaVValI IleYTyrSer SThr TMet MCys C Amino Acid Subway MapTrp WNon-polarPolar25四、氨基酸的性质o构成蛋白质的氨基酸是无色晶体,溶点高，一般能溶于水、稀酸或稀碱中，但不溶于有机溶剂，通常酒精能使氨基酸从其溶液中析出，除甘氨酸外都有旋光性。26（1）兼性离子1.两性性质27（2）氨基酸的解离o氨基酸是一类两性电解质：在水中COOCHRH3N碱碱的的作作用用酸酸的的作作用用28例：甘氨酸的解离解离情况受环境中pH值的影响：分步解离29解离常数(pK)o是一种特定条件下的pH，即当质子供体与质子受体浓度相等时的pH值o解离常数按酸性递减顺序编号为：pK1， pK2、 pK3等。K K1 1= = AA0 0HH+ + AA+ + AA- -HH+ + K K2 2 = = AA0 0 K K1 1= H= H+ + p pK K1 1= pH= pHK K2 2= H= H+ + p pK K2 2= pH= pH30Handerson-Hasselbalch公式pH = ppH = pK K + lg + lg（碱/酸）o可计算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例。o氨基酸的带电状况与溶液的pH值有关。pH = ppH = pK Ka + lga + lg 质子供体质子供体 质子受体质子受体31（3）氨基酸的酸碱滴定曲线o甘氨酸的滴定曲线33生理条件下有明显的冲缓作用的氨基酸o缓冲剂：能阻止由于酸或碱的加入而引起的H的变化。o大多数氨基酸的pK都不在生理pH（pH7）范围内，在生理状况下没有明显的缓冲作用。o组氨酸咪唑基的pK为，它在生理条件下有明显的冲缓作用。37(4) 氨基酸的等电点（isoelectric point,pI）o等电点：在某一特定pH值溶液时，氨基酸主要以两性离子形式存在，净电荷为零，在电场中不向电场的正极或负极移动，这时的溶液pH值称为该氨基酸的等电点。o当溶液pH低于该氨基酸等电点时，氨基酸净电荷为正，反之，为负。o氨基酸在等电点时溶解度最低不同氨基酸等电点不同H+HHHA0AApKpK1 1pKpK2 2H+38o应用l根据氨基酸的电荷不同（电泳法）分离混合物。l根据氨基酸的等电点不同（调节溶液pH ）分离混合物。o电泳：在外电场的作用下，带电颗粒，如不处于等电点状态的分子，将向着与电性相反的电极移动，这种现象称为。39练习题o组成蛋白质分子的碱性氨基酸有_、_和_。酸性氨基酸有_和_。o氨基酸在等电点时，主要以_离子形式存在，在pHpI的溶液中，大部分以_离子形式存在。o天然氨基酸都具有一个不对称-碳原子。o一个蛋白质样品经酸水解后，能用氨基酸自动分析仪准确测定它的所有氨基酸。40o用纸电泳法分离氨基酸主要是根据氨基酸的极性不同。o下列氨基酸溶液除哪个外都能使偏振光发生旋转?A.丙氨酸B.甘氨酸C.亮氨酸D.丝氨酸o在生理pH条件下。具有缓冲作用的氨基酸残基是o在生理条件下左右)，蛋白质分子中的_侧链和_侧链几乎完全带正电荷，但是_侧链则部分带正电荷具有缓冲能力。o必需氨基酸包括哪些？41等电点的计算侧链不含离解基团的中性氨基酸 p pI I = ( = (pK1 + + pK2)/2)/2pK12.34pK29.6042侧链含有可解离基团的氨基酸酸性氨基酸：p pI I = ( = (pK1+ + pK)/2)/2硷性氨基酸：p pI I = (= (pK + + pK3)/2)/2232.194.259.672.188.9510.53pK2pK1pK3432.紫外吸收o三种芳香族氨基酸在中性pH条件下，都吸收紫外光o溶液中蛋白质在280nm处有最大吸收峰，用紫外分光光度计可以测定样品中蛋白质的含量。443.氨基酸的化学反应（1）-氨基参加的反应（2）-羧基参加的反应（3）-氨基和-羧基共同参加的反应（4）侧链R基参加的反应45(1) - 氨基参加的反应与亚硝酸反应（范斯莱克法测定氨基酸氮的依据）可用来进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。室温下室温下46氨基酸的甲醛滴定(用于氨基酸定量分析)o氨基酸不能直接用酸、碱滴定来进行定量测定。2 HCHO47o是生物化工产品、食品和发酵物等产品中氨基氮的测定原理和方法48与2,4二硝基氟苯（DNFBDNFB或或FDNBFDNB，SangerSanger试剂试剂）o首先被英国的Sanger鉴定多肽蛋白质的N末端氨基酸。DNP-氨基酸氨基酸 黄色黄色 2,4二硝基氟苯二硝基氟苯弱碱性溶液弱碱性溶液49Frederick Sanger(桑格)o英国化学家，在生物化学领域的贡献很大，他两次获诺贝尔奖1958和1980年；1953年确定了牛胰岛素一级结构；1975年和1977年确定了DNA的两种用酶测序的方法加减法和终止法。50与酰化试剂反应o与酰氯或酸酐在弱碱溶液中作用，氨基即被酰基化。511551常用的酰化试剂o叔丁氧甲酰氯、对甲苯磺酰氯、邻苯二甲酸酐、丹磺酰氯等。52生成西佛碱的反应（Schiff）o西佛碱是以氨基酸为底物的某些酶促反应的中间物。o食品中氨基酸与葡萄糖醛基反应羰氨反应（非酶褐变）。有色物质有色物质53(2)-羧基参加的反应1.成盐和成酯：羧基被保护，氨基被活化，重金属盐不溶于水。2.成酰氯反应：氨基被保护，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。3.脱羧基反应：4.叠氮反应：常用于多肽的合成。54(3)-氨基和-羧基共同参加的反应与茚三酮反应p所有具有游离氨基的氨基酸都生成紫色化合物（570）。p脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应直接生成的是黄色化合物（440）。55成肽反应56(4)侧链R基参加的反应o侧链功能团 羟基、酚基、巯基(包括二硫键)、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非- 氨基、非-羧基等。o蛋白质的化学修饰 就是在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质与某些试剂起特异反应，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价化学改变。57Cys侧链上的巯基（SH）58与卤化烷生成稳定的烷基衍生物o可保护 -SH 以防被氧化。+ ICH+ ICH2 2COOCOO- -碘乙酸CH2COOI59巯基能和各种金属离子形成络合物o-SH 酶遇到重金属离子而生成硫醇盐时，将导致酶失活。对羟基汞苯甲酸对羟基汞苯甲酸对氯汞苯甲酸对氯汞苯甲酸60巯基易受空气或其他氧化剂氧化形成两种氧化衍生物两种氧化衍生物o形成二硫化物：胱氨酸的形成。胱氨酸二二硫硫键键61o形成磺酸基：对游离的巯基具有保护作用，保护Cly巯基之间的氧化。+ HCOOOH+ HCOOOH过甲酸O3H62二硫键的还原（打开）二硫键的还原（打开）oSHSH与S SS S是一对氧化还原体系。o常用的打开二硫键的试剂主要有：氧化剂：过甲酸（HCOOOHHCOOOH）还原剂：巯基乙醇、巯基乙酸、二硫苏糖醇等。（HSCHHSCH2 2CHCH2 2OHOH）63氧化剂：过甲酸（HCOOOHHCOOOH）磺酸基磺酸基64还原剂：巯基乙醇o游离的巯基极易被氧化，需与卤化烷试剂作用将其保护。6566羟基（OH）o丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸磷酸酯。Pi67思考题1.蛋白质的20种氨基酸的结构特征？是否都有旋光性？是否都是L-氨基酸？2.必需氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸各是哪些氨基酸？3.兼性离子？pK值？pI？电泳？氨基酸处在大于自身pI的pH溶液中净电荷为正还是负？4.哪种氨基酸在生理pH范围内具有缓冲能力？为什么？5.蛋白质在280nm有最大吸收峰？6.写出组氨酸在pH1、4、8、12时组氨酸的净电荷是怎样的？对每个pH来说，当电泳时，组氨酸是向阳极还是向阴极迁移？7.氨基酸甲醛滴定、茚三酮反应？8。Sanger试剂？二硫键的形成与还原（打开）二硫键的形成与还原（打开）68