z72第二章蛋白質(zhì)化學(xué)

1、 第二章第二章 蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)生老病死，萬物輪回（蛋白質(zhì)層次）生老病死，萬物輪回（蛋白質(zhì)層次） 生（誕生、生長）生（誕生、生長）在蛋白質(zhì)（酶）控制在蛋白質(zhì)（酶）控制下（催化）下的老細(xì)胞計劃性凋亡和新細(xì)下（催化）下的老細(xì)胞計劃性凋亡和新細(xì)胞的再生（胞的再生（細(xì)胞新陳代謝細(xì)胞新陳代謝）、活細(xì)胞物質(zhì)）、活細(xì)胞物質(zhì)的代謝的代謝 老老 蛋白質(zhì)功能的普遍衰退蛋白質(zhì)功能的普遍衰退 病病 個別蛋白質(zhì)的功能障礙個別蛋白質(zhì)的功能障礙 死死 蛋白質(zhì)功能的全部停止，分解蛋白質(zhì)功能的全部停止，分解 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)生物功能分子生物功能分子第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸氨基酸第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)第

2、三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系關(guān)系第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)蛋白質(zhì)的重要性質(zhì) 第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)的分離純化與蛋白質(zhì)的分離純化與應(yīng)用應(yīng)用蛋白質(zhì)概論蛋白質(zhì)概論蛋白質(zhì)概論蛋白質(zhì)概論一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類 1 1、元素組成、元素組成 碳碳 50%50%、氫、氫7%7%、氧、氧23%23%、氮氮16%16%、硫、硫 0-3% 0-3% 微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鎂微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鎂 凱氏定氮：平均含氮凱氏定氮：平均含氮16%16%，粗蛋白質(zhì)含量，粗蛋白質(zhì)含量= =蛋蛋白氮白氮6.256.251 1克氮相當(dāng)于克氮相當(dāng)于6.256.25克蛋白質(zhì)，

3、稱為蛋白質(zhì)系數(shù)?？说鞍踪|(zhì)，稱為蛋白質(zhì)系數(shù)。 2 2、蛋白質(zhì)的分類、蛋白質(zhì)的分類（1 1）按蛋白質(zhì)的分子形狀）按蛋白質(zhì)的分子形狀（2 2）按化學(xué)組成）按化學(xué)組成單純蛋白質(zhì)（清蛋白等）單純蛋白質(zhì)（清蛋白等）結(jié)合蛋白質(zhì)（脂蛋白、糖蛋白、核蛋白等）結(jié)合蛋白質(zhì)（脂蛋白、糖蛋白、核蛋白等）（3 3）按功能分）按功能分（催化劑、結(jié)構(gòu)蛋白、運動蛋白、抵（催化劑、結(jié)構(gòu)蛋白、運動蛋白、抵御蛋白、運輸?shù)鞍?、信號識別與傳遞、貯藏蛋白、激素等）御蛋白、運輸?shù)鞍?、信號識別與傳遞、貯藏蛋白、激素等） 蛋白質(zhì)分子量蛋白質(zhì)分子量= aa= aa數(shù)目數(shù)目* *110110道爾頓（道爾頓（D D）氨基酸的平均分子量氨基酸的平均分子

4、量=126.7道爾頓道爾頓 二、二、 蛋白質(zhì)分子大小與分子量蛋白質(zhì)分子大小與分子量蛋白質(zhì)分子大小一般在蛋白質(zhì)分子大小一般在1 1200 200 S S左右左右三蛋白質(zhì)與基因的關(guān)系三蛋白質(zhì)與基因的關(guān)系蛋白質(zhì)的合成以蛋白質(zhì)的合成以mRNA為模板，為模板，mRNA由由基因轉(zhuǎn)錄生成?；蜣D(zhuǎn)錄生成。 蛋白質(zhì)基因？蛋白質(zhì)基因？人所具有的可能基因數(shù)：人所具有的可能基因數(shù)：40，000個個人所擁有的蛋白質(zhì)的種類：人所擁有的蛋白質(zhì)的種類：100,000個個第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸氨基酸 氨基酸的結(jié)構(gòu)特點、分子結(jié)構(gòu)、氨基酸的結(jié)構(gòu)特點、分子結(jié)構(gòu)、中文名稱及英文縮寫中文名稱及英文縮寫 氨基酸的基本性質(zhì)氨基酸的基本性質(zhì) 氨

5、基酸所能參與的理化反應(yīng)氨基酸所能參與的理化反應(yīng)一、蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)AAAA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點 1 1、除、除ProPro為為-亞亞AAAA外，其余氨基酸均為外，其余氨基酸均為-AA-AA。 2 2、-碳原子上均有一個氨基和一個羧基。碳原子上均有一個氨基和一個羧基。 3 3、除、除GlyGly外，其余氨基酸都有一個不對稱外，其余氨基酸都有一個不對稱碳原子，有旋光性。碳原子，有旋光性。 4 4、除、除GlyGly外，其余蛋白質(zhì)外，其余蛋白質(zhì)AAAA都是都是L L型型AAAA。蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)是由2020種種L-L-型型氨基酸組成的長鏈分子氨基酸組成的長鏈分子二、蛋白質(zhì)氨基酸的分類按按R R基團(tuán)的

6、極性基團(tuán)的極性可將氨基酸分為四大類：可將氨基酸分為四大類：（1 1）非極性）非極性R R基團(tuán)氨基酸：基團(tuán)氨基酸：8 8個個 Ala Val Leu Ile Pro Phe Trp Met Ala Val Leu Ile Pro Phe Trp Met（2 2）極性）極性R R基團(tuán)不帶電荷氨基酸：基團(tuán)不帶電荷氨基酸：7 7個個 Gly Ser Thr Cys Tyr Asn Gln Gly Ser Thr Cys Tyr Asn Gln （3 3）極性）極性R R基團(tuán)帶負(fù)電荷氨基酸基團(tuán)帶負(fù)電荷氨基酸( (酸性氨基酸）酸性氨基酸）：2 2個個 Asp GluAsp Glu（4 4）極性）極性R R

7、基團(tuán)帶正電荷氨基酸基團(tuán)帶正電荷氨基酸（堿性氨基酸）（堿性氨基酸）：3 3個個 His Lys ArgHis Lys Arg氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu) 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO丙氨酸丙氨酸 Alanine - -氨基丙酸氨基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)纈氨酸纈氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3 - -氨基異戊酸氨基異戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3 - -氨基異己酸氨基異己酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)異亮氨酸異亮氨酸 Ileucine

8、脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 - -氨基氨基- - - -甲基戊酸甲基戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)脯氨酸脯氨酸 Proline 亞亞氨基酸氨基酸HNCOHO - -吡咯烷基吡咯烷基- - - -羧酸羧酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu) 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO - -氨基氨基- - - -苯基丙苯基丙酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)芳香族氨基酸芳香族氨基酸色氨酸色氨酸 TryptophanTrpH2NCHCCH2OHOHN - -氨基氨基- - - -吲哚基丙吲哚基丙酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)甲硫氨酸甲硫氨酸 （蛋氨（蛋氨酸酸） Methio

9、nine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 - -氨基氨基- - - -甲硫基丁酸甲硫基丁酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)甘氨酸甘氨酸 Glycine極性不帶電荷極性不帶電荷脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO氨基乙酸氨基乙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)絲氨酸絲氨酸 Serine 極性不帶電荷極性不帶電荷含羥基含羥基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH - -氨基氨基- - - -羥基丙羥基丙酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)蘇氨酸蘇氨酸 Threonine極性不帶電荷極性不帶電荷含羥基含羥基氨基酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3 - -氨基氨基- - - -

10、羥基丁羥基丁酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine極性不帶電荷極性不帶電荷含硫氨基酸含硫氨基酸 - -氨基氨基- - - -巰基丙巰基丙酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)極性不帶電荷極性不帶電荷芳香族氨基酸芳香族氨基酸酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH - -氨基氨基- - - -對羥苯基丙對羥苯基丙酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)天冬酰胺天冬酰胺 AsparagineAsn極性不帶電荷極性不帶電荷含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)谷酰胺谷酰胺 GlutamineGln極性不帶電荷極性不帶電荷含酰胺氨基酸含酰

11、胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 極性帶負(fù)電極性帶負(fù)電酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO - -氨基丁二酸氨基丁二酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)谷氨酸谷氨酸 GlutamateH2NCH CCH2OHOCH2COHO - -氨基戊二酸氨基戊二酸極性帶負(fù)電極性帶負(fù)電酸性氨基酸酸性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)極性帶正電荷極性帶正電荷堿性堿性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH - -氨基氨基- - - -胍基戊胍基戊酸酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)組氨

12、酸組氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH - -氨基氨基- - - -咪唑基丙咪唑基丙酸酸極性帶正電荷極性帶正電荷堿性堿性氨基酸氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu)賴氨酸賴氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2 ， - -二氨基己酸二氨基己酸極性帶正電荷極性帶正電荷堿性堿性氨基酸氨基酸AA的結(jié)構(gòu)總結(jié)：的結(jié)構(gòu)總結(jié)：v含含S的的AA： Met, Cysv含苯環(huán)的含苯環(huán)的AA： Phe, Tyr, Trpv含羥基的含羥基的AA： Ser, Thr, Tyr酸性酸性AA：Asp, Glu堿性堿性AA：Arg, Lys, His從營養(yǎng)學(xué)的角度可分為：從營養(yǎng)學(xué)的

13、角度可分為：（1 1）非必需）非必需AAAA（1212種）：可由機體自身種）：可由機體自身合成。合成。（2 2）必需必需AAAA（8 8種）：不能在生物體（種）：不能在生物體（動動物、人體物、人體）內(nèi)轉(zhuǎn)化合成，必需由食物供給）內(nèi)轉(zhuǎn)化合成，必需由食物供給的氨基酸。的氨基酸。 Val Ile Leu Phe Met Val Ile Leu Phe Met Trp Thr LysTrp Thr Lys( (how to rememberhow to remember？) )核酸是否有營養(yǎng)價值？核酸是否有營養(yǎng)價值？第二十一種第二十一種AAAAv19961996年，發(fā)現(xiàn)第年，發(fā)現(xiàn)第2121種天然氨基酸種

14、天然氨基酸硒硒半胱氨酸半胱氨酸 （硒硒代半胱氨酸）代半胱氨酸）半胱氨酸半胱氨酸硒半胱氨酸硒半胱氨酸蛋白質(zhì)氨基酸與非蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸與非蛋白質(zhì)氨基酸哌啶酸哌啶酸三、氨基酸的理化性質(zhì)三、氨基酸的理化性質(zhì)（一）、氨基酸的兩性解離和等電點（一）、氨基酸的兩性解離和等電點( (氨基酸的兼性離子形式）氨基酸的兼性離子形式） 氨基酸在水中既起酸的作用氨基酸在水中既起酸的作用(供體供體) 也起堿的作用也起堿的作用(質(zhì)子的受體質(zhì)子的受體) 在酸性條件下在酸性條件下, ,丙丙aaaa以陽離子形式存在，以陽離子形式存在，可以看作是一個二元弱酸，有兩個可以解離可以看作是一個二元弱酸，有兩個可以解離的的H H+

15、 + ，即，即-COOH-COOH上的上的H H+ +和和-NH-NH3 3+上的上的H H+ +。 它的分解步驟如下它的分解步驟如下: : 物質(zhì)的解離常數(shù)是用滴定曲線的實驗物質(zhì)的解離常數(shù)是用滴定曲線的實驗方法求得方法求得, , 畫出曲線。（畫出曲線。（P36P36） 加入酸堿使丙加入酸堿使丙AAAA凈電荷等于凈電荷等于0 0時時, , 丙丙AAAA所帶正、負(fù)電荷相等所帶正、負(fù)電荷相等, , 這時的這時的pHpH值就是丙值就是丙AAAA的的等電點（等電點（pI)pI)。 pI: pI: 兩性電解質(zhì)所帶正負(fù)電荷相兩性電解質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等時溶液的等時溶液的pHpH值值 pI=pI=兩性離子狀態(tài)兩

16、側(cè)的基團(tuán)兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pKpK值之值之和的一半和的一半(2.34+9.69)/2=6.02(2.34+9.69)/2=6.02。中性中性AA: pI=(pKAA: pI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2)/2酸性酸性AA: GluAA: Glu、AspAsp、pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pKR R)/2)/2堿堿AA: ArgAA: Arg、LysLys、HisHis、pI=(pKpI=(pK2 2+pK+pKR R)/2)/2 中性中性AAAA的等電點不是的等電點不是pH7pH7，而是小于，而是小于7 7，在在pH6.0pH6.0左右，如：左右，如：Val=5.96Va

17、l=5.96，Ala=6.02Ala=6.02，Ser=5.68Ser=5.68，這是因為，這是因為AAAA中羧基的解離度大中羧基的解離度大于氨基的解離度。于氨基的解離度。 歸納歸納AAAA等電點的計算等電點的計算: : pH pIpH pI時時，氨基酸帶，氨基酸帶負(fù)負(fù)電荷，電荷，在電在電場中向場中向正正極移動。極移動。 pH = pIpH = pI時時，氨基酸凈電荷為，氨基酸凈電荷為零零pH pIpH pI時時，氨基酸帶，氨基酸帶正正電荷電荷，在電，在電場中向場中向負(fù)負(fù)極移動。極移動。 His His的咪唑基的的咪唑基的pKapKa值是最接近生值是最接近生理理pHpH值的一種（游離氨基酸為值

18、的一種（游離氨基酸為6.006.00，在多肽鏈中為在多肽鏈中為7.35 7.35 ），是在生理），是在生理pHpH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。例例1 ： pH6.0時將時將Gly, Ala, Glu, Lys, Arg, Ser混合物點樣于濾紙中央，接上電源混合物點樣于濾紙中央，接上電源進(jìn)行紙電泳。請分析說明可能的電泳進(jìn)行紙電泳。請分析說明可能的電泳結(jié)果？結(jié)果？根據(jù)根據(jù)GluGlu的數(shù)據(jù)（的數(shù)據(jù)（pKpK1 1-COOH 2.19-COOH 2.19，pKpK2 2-N N+ +H H3 39.679.67，pKpKR R R-COOH 4.25 R-COO

19、H 4.25，pI 3.22pI 3.22）（1 1）繪出滴定曲線）繪出滴定曲線（2 2）指出）指出GluGlu- -和和GluGlu= =各一半時的各一半時的pHpH值值（3 3）指出）指出GluGlu總是帶正電荷的總是帶正電荷的pHpH范圍范圍（4 4）指出）指出GluGlu和和GluGlu- -能作為緩沖液使用的能作為緩沖液使用的pHpH范圍范圍（5 5）欲配制谷氨酸，最好的緩沖范圍應(yīng)選擇）欲配制谷氨酸，最好的緩沖范圍應(yīng)選擇在何處？在何處？例例2：（1 1）解：見圖）解：見圖（2 2）GluGlu- -和和GluGlu= =各各50%50%時時pHpH為為9.679.67（3 3）pH3

20、.22pHpI時）的基團(tuán)形成不溶性的鹽而沉淀。 誤服重金屬鹽的病人可口服大量牛奶、生蛋清等，防止這些有害離子被吸收。 4 4、生物堿試劑沉淀、生物堿試劑沉淀 生物堿試劑,如苦味酸、單寧酸或三氯乙酸等可與蛋白質(zhì)中帶電荷的基團(tuán)生成不溶性的鹽而析出沉淀。（日常飲食注意）四、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性四、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 蛋白質(zhì)變性： 受到某些理化因素的影響，（1）分子構(gòu)象發(fā)生變化 （二級以上的高級結(jié)構(gòu)改變)（2）理化性質(zhì)和生物學(xué)功能改變（3）共價鍵不斷裂（一級結(jié)構(gòu)不 變，組成成分和分子量不變） 變性的實質(zhì)變性的實質(zhì)：由于外界條件破壞了Pr內(nèi)部的次級鍵使有序而緊密的結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序而松散的結(jié)構(gòu)。引起Pr變性的因

21、素： 物理因素：加熱、劇烈攪拌、紫外線照射、X射線、超生波化學(xué)因素：強酸、強堿、重金屬鹽、生物堿、有機溶劑等。（1 1）生物活性喪失，）生物活性喪失，eg. eg. 酶酶（2 2）溶解度降低）溶解度降低，粘度增加粘度增加, ,擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)降低降低, ,易凝聚易凝聚（3 3）光學(xué)性質(zhì)變化：）光學(xué)性質(zhì)變化：PrPr分子內(nèi)的側(cè)鏈分子內(nèi)的側(cè)鏈基因暴露到分子表面基因暴露到分子表面，從而出現(xiàn)光譜變化從而出現(xiàn)光譜變化（4 4）生化性質(zhì)改變：易被）生化性質(zhì)改變：易被Pr EPr E水解水解蛋白質(zhì)變性后的特征：蛋白質(zhì)變性后的特征： （1 1）大豆）大豆PrPr溶液加熱加鹽（溶液加熱加鹽（MgClMgCl2 2) )制成豆腐。制成豆腐。 （2 2）分析非）分析非PrPr成分時，常用三氯