ch1蛋白質(zhì)1學(xué)習(xí)課程

1、一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)成細(xì)胞原生質(zhì)的主要成分，原生質(zhì)是生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)，而生物化學(xué)研究的正是生命的化學(xué)。 蛋白質(zhì)幾乎參與了所有的生物結(jié)構(gòu)與生命過(guò)程 第1頁(yè)/共48頁(yè)第一頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。二、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成 生物界蛋白質(zhì)種類(lèi)估計(jì)在1010-1012數(shù)量級(jí)，如此眾多的蛋白質(zhì)其元素組成是不是很復(fù)雜呢？第2頁(yè)/共48頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、蛋白質(zhì)的元素組成 五種主要元素 C （50-55%） H （6-8%） O （20-23%） N （15-18%） 蛋白質(zhì)含量=蛋白氮6.25（凱氏定氮法） S （1-4%） 其它

2、元素：P、Fe、Cu、Zn、I、Mo等 第3頁(yè)/共48頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。2、蛋白質(zhì)的基本單位 自然界任何蛋白質(zhì)純品經(jīng)酸、堿、酶徹底水解后，所得的最終產(chǎn)物都是氨基酸（Amino acid, AA），因此氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位。第4頁(yè)/共48頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。2、蛋白質(zhì)的基本單位 酸水解條件： 6 mol/L HCl或4 mol/L H2SO4 ，105-110 下回流煮沸20h; 優(yōu)點(diǎn)：不引起水解產(chǎn)物消旋，得到L-型AA; 缺點(diǎn)：色氨酸被完全破壞，產(chǎn)生腐黑質(zhì)；含有羥 基和酰胺基的氨基酸部分被破壞。 堿水解條件： 5mol/L NaOH，煮沸10-

3、20h; 優(yōu)點(diǎn)：色氨酸在水解中不受破壞 ; 缺點(diǎn)：許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率 不高；部分的水解產(chǎn)物發(fā)生消旋化。第5頁(yè)/共48頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。2、蛋白質(zhì)的基本單位 酶水解 條件：蛋白水解酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶、糜 蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶 等）常溫37-40， pH值5-8; 優(yōu)點(diǎn)：不破壞氨基酸，不發(fā)生消旋，水解液清亮; 缺點(diǎn)：用一種酶常常水解不徹底，產(chǎn)物多為較小 的肽段，所需時(shí)間長(zhǎng)。前兩種水解法常用于蛋白質(zhì)的組成分析，酶水解常用于制備蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物第6頁(yè)/共48頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸氨基酸第7頁(yè)/共48頁(yè)

4、第七頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。一、氨基酸的分類(lèi) 自然界中天然存在的氨基酸有20多種，它們以不同的數(shù)量、比例及排列順序組成了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的蛋白質(zhì)家族。在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)之前，我們先來(lái)了解其基本單位氨基酸的分類(lèi)情況。 第8頁(yè)/共48頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(一)、常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸 這類(lèi)氨基酸有20種，它們由相應(yīng)的遺傳密碼編碼（新發(fā)現(xiàn)兩種：硒代半胱氨酸和吡咯賴(lài)氨酸）。除Pro外，與羧基相鄰的-碳原子都連有一個(gè)氨基，因此它們被稱(chēng)為-AA，可用結(jié)構(gòu)通式表示：第9頁(yè)/共48頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-1R基團(tuán)疏水性增加基團(tuán)疏水性增加第10頁(yè)/共48頁(yè)第

5、十頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-2第11頁(yè)/共48頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-3第12頁(yè)/共48頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-4第13頁(yè)/共48頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-5第14頁(yè)/共48頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸-6第15頁(yè)/共48頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)u支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸；u含羥基氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸；u含硫氨基酸：半胱氨酸(巰基) 甲硫氨酸(硫甲基)；u含苯

6、環(huán)氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸(酚羥基); u含胍基氨基酸：精氨酸；u含咪唑基氨基酸：組氨酸；u亞氨基酸：脯氨酸；u含酰胺氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺；u含吲哚基氨基酸：色氨酸；u含-氨基氨基酸：賴(lài)氨酸；第16頁(yè)/共48頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、按側(cè)鏈R基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)（1）脂肪族： 甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸；（2）芳香族 ：苯丙氨酸、酪氨酸;（3）雜環(huán)族：色氨酸、組氨酸；（4）雜環(huán)亞類(lèi)：脯氨酸； 第17頁(yè)/共48頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。2、按羧基

7、與氨基的數(shù)目分類(lèi)（1）一氨基一羧基： 甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；（2）二氨基一羧基： 賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸；（3）一氨基二羧基： 天冬氨酸、谷氨酸； 第18頁(yè)/共48頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。3、按側(cè)鏈R基極性分類(lèi)（1）非極性氨基酸 丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋/甲硫氨酸；（2）極性不帶電荷氨基酸 甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；（3）極性帶正電荷：堿性氨基酸 賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸；（4）極性帶負(fù)電荷：酸性

8、氨基酸 天冬氨酸、谷氨酸； 第19頁(yè)/共48頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。4、按營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度分類(lèi)（1）必需AA 在生物體內(nèi)不能合成或合成量不足以維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育，必須依賴(lài)食物供給的氨基酸。成人有8種，分別為賴(lài)、蛋、色、苯丙、亮、異亮、纈和蘇氨酸；嬰幼兒時(shí)期還需加上組氨酸和精氨酸。 豬（+組、精）；雞（+組、精、甘、胱、酪）； （2）非必需AA 指機(jī)體能由簡(jiǎn)單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。 第20頁(yè)/共48頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(二)、稀有的蛋白質(zhì)氨基酸 從少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些稀有氨基酸，它們由常見(jiàn)的基本氨基酸衍生而來(lái)，本身沒(méi)有相應(yīng)的遺傳密碼。

9、凝血酶原中的-羧基谷氨酸； 肌動(dòng)蛋白中的6-氮甲基賴(lài)氨酸； 膠原蛋白和彈性蛋白中的4-羥脯氨酸和5-羥賴(lài)氨酸第21頁(yè)/共48頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、非蛋白質(zhì)氨基酸 以游離狀態(tài)或結(jié)合狀態(tài)存在于細(xì)胞或組織中，但不參于組成蛋白質(zhì)，故稱(chēng)為非蛋白質(zhì)氨基酸。植物中較多，多數(shù)功能尚不清楚。 短桿菌肽S中的D-苯丙氨酸； -氨基丁酸是一種神經(jīng)遞質(zhì)； -丙氨酸是泛酸的前體； 瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸是尿素循環(huán)的中間體； 第22頁(yè)/共48頁(yè)第二十二頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。二、氨基酸的理化性質(zhì) n 一般物理性質(zhì)u形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同；u溶解性：一般溶于水

10、，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好；u熔點(diǎn)：熔點(diǎn)一般較高，通常大于200，超過(guò)熔點(diǎn)以上氨基酸會(huì)分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。第23頁(yè)/共48頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(一)、兩性性質(zhì)與等電點(diǎn) 氨基酸處在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中時(shí)，其氨基和羧基分別以質(zhì)子化（-NH3+）形式和離解狀態(tài)（- COO-）存在。此時(shí)的氨基酸即可以作為堿接受H+ ，又可以作為酸電離出H+ ，因而它具有酸堿兩性性質(zhì)。第24頁(yè)/共48頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。 從上圖可知：氨基酸在酸性環(huán)境中，主要以陽(yáng)離從上圖可知：氨基酸在酸性環(huán)境中，主要以陽(yáng)離子的形式存在；在堿性環(huán)境中，主要以陰

11、離子的形式子的形式存在；在堿性環(huán)境中，主要以陰離子的形式存在；只有在一定存在；只有在一定pH值下，以?xún)尚噪x子（兼性離子）值下，以?xún)尚噪x子（兼性離子）的形式存在。的形式存在。 等電點(diǎn)等電點(diǎn)：氨基酸所帶正負(fù)電荷相等時(shí)溶液的：氨基酸所帶正負(fù)電荷相等時(shí)溶液的pH值稱(chēng)為值稱(chēng)為該該氨基酸的等電點(diǎn)。等電點(diǎn)時(shí)氨基酸溶解度最小。氨基酸的等電點(diǎn)。等電點(diǎn)時(shí)氨基酸溶解度最小。第25頁(yè)/共48頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。 pH=pI時(shí)，凈電荷為零pHpI時(shí)，凈電荷為“-” 一定pH范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH離等電點(diǎn)越遠(yuǎn)，所帶凈電荷越大，可利用此性質(zhì)分離各種氨基酸。 利用丁醇-乙酸，一向展層；苯酚-甲酚-

12、水，二向展層分離各種氨基酸。 氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)，可以看成多元酸，以甘氨酸為例說(shuō)明氨基酸的解離情況第26頁(yè)/共48頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。 第27頁(yè)/共48頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。 側(cè)鏈可解離的氨基酸呢？第28頁(yè)/共48頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。 組氨酸是pK值唯一在7 附近的氨基酸，血紅蛋白中含有較多His殘基，這使得它具有顯著的緩沖能力。 第29頁(yè)/共48頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(二)、氨基酸的光學(xué)性質(zhì) 第30頁(yè)/共48頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、旋光性 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸除甘氨酸外，

13、均含有手性-碳原子，與該-碳原子相連的四個(gè)原子或基團(tuán)在空間可以有兩種排列方式：L-構(gòu)型與D-構(gòu)型。給定氨基酸的一種異構(gòu)體溶液在旋光計(jì)上使偏振光平面右旋，它的另一個(gè)異構(gòu)體就使偏振光平面左旋。這種能使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)稱(chēng)作旋光性。 右旋體：偏振面順時(shí)旋轉(zhuǎn)，用（+）或d表示； 左旋體：偏振面逆時(shí)旋轉(zhuǎn)，用（）或l表示；第31頁(yè)/共48頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、旋光性 各氨基酸的構(gòu)型是與甘油醛比較而確定的。甘油醛的構(gòu)型由X-射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析確立（相對(duì)/絕對(duì)構(gòu)型）。 第32頁(yè)/共48頁(yè)第三十二頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、旋光性 有些氨基酸除-碳原子外，還有第二個(gè)手

14、性碳原子。如羥脯氨酸、羥賴(lài)氨酸、蘇氨酸等。 第33頁(yè)/共48頁(yè)第三十三頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、旋光性 對(duì)映體、非對(duì)映體、（外）消旋物、內(nèi)消旋物第34頁(yè)/共48頁(yè)第三十四頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。1、旋光性 天然蛋白質(zhì)氨基酸絕大多數(shù)為L(zhǎng)-型，近年在某些微生物蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)有-型AA； 在實(shí)驗(yàn)室有機(jī)合成的AA為D-型和L-型的混合物，長(zhǎng)時(shí)間放置，L-型會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镈-型； 含有手性碳原子的化合物都有旋光異構(gòu)體，但不一定有旋光性。 構(gòu)型與旋光方向無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系； 同一種L-型AA在不同溶劑中測(cè)定時(shí)，其比旋光值和旋光方向也會(huì)不同。第35頁(yè)/共48頁(yè)第三十五頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn)

15、五十八分。2、吸光性 構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收；在遠(yuǎn)紫外區(qū)(220nm)均有光吸收；在近紫外區(qū)(220-300nm)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能力。因?yàn)樗鼈兙哂斜江h(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)。它們的最大光吸收分別在280nm、275nm和257nm。第36頁(yè)/共48頁(yè)第三十六頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)1、-氨基參加的反應(yīng) （1）亞硝酸反應(yīng)：反應(yīng)放出氮?dú)?，氮?dú)庖话雭?lái)自氨基氮，一半來(lái)自亞硝酸，通常情況下測(cè)定生成的氮?dú)獾捏w積量即可計(jì)算氨基酸的量，此反應(yīng)可用于測(cè)定蛋白質(zhì)的水解程度。 （2）甲醛反應(yīng)：間接滴定法。第37頁(yè)/共48頁(yè)第三十七頁(yè)，編輯

16、于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)1、-氨基參加的反應(yīng) （3）Sanger反應(yīng)：（與2，4-二硝基氟苯反應(yīng)）DNFB只與多肽或蛋白質(zhì)N端的AA起反應(yīng)，生成DNP-多肽或DNP-蛋白質(zhì)，當(dāng)用酸水解時(shí)，所有的肽鍵被切開(kāi)，只有DNP基仍連在N端AA上，形成黃色的DNP-AA，利用DNP-AA在有機(jī)溶劑中的溶解度與其他AA不同，可以用乙醚把DNP-AA抽提出來(lái)，從而與其他AA分開(kāi)，所得DNP-AA經(jīng)紙層析，從紙層析圖譜上黃色斑點(diǎn)的位置可鑒定N端AA的種類(lèi)和數(shù)目。第38頁(yè)/共48頁(yè)第三十八頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)1、-氨基參加的反應(yīng) （4）E

17、dman反應(yīng)：（與苯異硫氰酸酯反應(yīng)） 蛋白質(zhì)多肽鏈N末端AA的-氨基也可以與PITC發(fā)生上述反應(yīng)生成PTH-多肽，在酸性溶液中釋放出末端的PTH-AA和比原來(lái)少一個(gè)AA殘基的多肽鏈，所得的PTH-AA用層析法鑒定，即可確定肽鏈N末端AA的種類(lèi)。剩余的肽鏈重復(fù)應(yīng)用此方法測(cè)定其N(xiāo)端的第二個(gè)AA，如此重復(fù)就可測(cè)定多肽鏈全部序列。目前根據(jù)此原理設(shè)計(jì)出蛋白質(zhì)順序測(cè)定儀，大大提高了蛋白質(zhì)測(cè)序的效率。 第39頁(yè)/共48頁(yè)第三十九頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)1、-氨基參加的反應(yīng) （5）DNS-Cl反應(yīng)：（與丹磺酰氯反應(yīng)） 此法與DNFB法測(cè)定多肽鏈N-末端原理相同。丹磺?；?/p>

18、具有強(qiáng)烈熒光，靈敏度比DNFB高100倍，且水解后的DNS-AA不需提取，可直接用紙電泳或薄層層析鑒定N-末端。 第40頁(yè)/共48頁(yè)第四十頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)2、-羧基參加的反應(yīng) （1）與堿反應(yīng)成鹽 （2）與醇反應(yīng)成酯 （3）與酰化試劑反應(yīng)成酰氯 第41頁(yè)/共48頁(yè)第四十一頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)3、-氨基和-羧基共同參加的反應(yīng) 茚三酮反應(yīng)：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它-氨基酸生成藍(lán)紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。第42頁(yè)/共48頁(yè)第四十二頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn) 五十八分。(三)、氨基酸的重要化學(xué)性質(zhì)4、側(cè)鏈反應(yīng)（顏色反應(yīng)）（1） Millon反應(yīng)：檢測(cè)Tyr； Millon試劑：汞的硝酸鹽與亞硝酸鹽溶液； 產(chǎn)物：紅色的化合物。（2） Folin反應(yīng)：檢測(cè)Tyr、Trp； Folin試劑：磷鉬酸、磷鎢酸及堿性硫酸銅混合溶液； 產(chǎn)物：藍(lán)色的鉬藍(lán)、鎢藍(lán)。（3） 坂口反應(yīng)：檢測(cè)Arg； 坂口試劑：-萘酚的堿性次溴酸鈉溶液； 產(chǎn)物：紅色沉淀。第43頁(yè)/共48頁(yè)第四十三頁(yè)，編輯于星期五：十三點(diǎn)