第四章 蛋白質(zhì)化學1

1、第四章 蛋白質(zhì)化學1 第一節(jié) 概述蛋白質(zhì)的概念蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的生物學功能2一、蛋白質(zhì)的概念包括以下幾點內(nèi)容：存在于所有的生物細胞中，是由20種氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學中稱為肽鍵）縮合而成的。是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。是生命的物質(zhì)基礎各具有一定的相對分子質(zhì)量，復雜的分子結(jié)構(gòu)和特定的生物功能；占生物體干重的45%50%以上；有些蛋白質(zhì)尚含有非蛋白成分。34元素組成特點：蛋白質(zhì)的含氮量接近于16%。蛋白質(zhì)系數(shù)：1克氮所代表的蛋白質(zhì)質(zhì)量(克數(shù))。即。蛋白質(zhì)系數(shù)是凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量的基礎。粗蛋白含量 樣品含氮量 蛋白質(zhì)含量 = 樣品蛋白氮 有些還含有e/Cu/Zn

2、/Mn等.元素C HON 百分比5055 68 2023 15185三聚氰胺是一種重要的氮雜環(huán)有機化工原料，主要用于生產(chǎn)三聚氰胺-甲醛樹脂，廣泛用于木材加工、塑料、涂料、造紙、紡織、皮革、電氣、醫(yī)藥等行業(yè)，目前是重要的尿素后加工產(chǎn)品。此外三聚氰胺還可以作阻燃劑、減水劑、甲醛清潔劑等。動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。6二、蛋白質(zhì)的分類1.分類依據(jù)生物來源、理化性質(zhì)、分子形狀、化學組成、化學結(jié)構(gòu)與功能等。2.常用的分類方法按分子形狀根據(jù)溶解度根據(jù)組成7(1)蛋白質(zhì)的形狀和大小纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)8()根據(jù)溶解度清蛋白(白蛋白)精蛋白組蛋白球蛋

3、白谷蛋白醇溶蛋白硬蛋白9(3)根據(jù)組成不同進行分類單純蛋白質(zhì) 如：清蛋白(白蛋白)精蛋白組蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白硬蛋白結(jié)合蛋白質(zhì) 如：核蛋白色蛋白糖蛋白脂蛋白磷蛋白10(4)根據(jù)營養(yǎng)價值分類缺價蛋白質(zhì)（不完全蛋白質(zhì)） 蛋白質(zhì)中缺乏某個或某些必需氨基酸。完全蛋白質(zhì) 含有8種必需氨基酸的蛋白質(zhì)。必需氨基酸：人體生命活動所需要的，但自身不能合成的氨基酸蛋白質(zhì)互補作用：11三、蛋白質(zhì)的生物學功能.功能的多樣性催化功能調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)功能運輸功能免疫功能運動功能儲藏功能生物膜的功能2.功能的復雜性12第二節(jié) 蛋白質(zhì)的基本單位 -氨基酸（amino acid）蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)特征氨基酸的分類氨

4、基酸的性質(zhì)13一、蛋白質(zhì)的水解水解類型使用試劑優(yōu)點缺點酸水解H2SO4 (4M) 或HCl (6M), 進行回流煮沸20h無消旋作用，產(chǎn)物為L-氨基酸色氨酸被破壞，絲氨酸、蘇氨酸部分水解，天冬酰胺和谷氨酰胺脫酰胺基。水解液呈現(xiàn)黑色（腐黑質(zhì)）堿水解NaOH (6M)共煮6-10h色氨酸穩(wěn)定大多數(shù)aa被破壞，有消旋作用，產(chǎn)物為D-和L-氨基酸混合物；精氨酸脫氨酶水解蛋白酶，條件溫和，常溫常壓無消旋作用，aa不被破壞不完全水解，中間產(chǎn)物較多（短肽）需多種酶協(xié)同作用完全水解14水解過程中的降解物蛋白質(zhì)在酸、堿或酶存在下水解過程： 蛋白質(zhì)胨多肽二肽氨基酸氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。天然蛋白質(zhì)由20種基

5、本氨基酸組成少數(shù)蛋白質(zhì)含不常見的氨基酸月示15二、氨基酸的結(jié)構(gòu)特征1.蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式COOHCHH2NRCOOCHRH3N或16氨基酸的構(gòu)型氨基酸的構(gòu)型指氨基在空間的排布來區(qū)分的（D與L型）。17除脯氨酸為-亞氨基酸外，其余稱為-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.蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點 -（20種，基本氨基酸，44頁，表4-1）18不常見的蛋白質(zhì)氨基酸是在蛋白質(zhì)合成后由常見的氨基酸經(jīng)化學修飾而來的。HOOCCHCH2SSCH2CHCOOH胱氨酸19.非蛋白質(zhì)氨基酸(180多種，47頁 表4-2)大多是L-氨基酸衍生物細菌中含有多種D-型氨基酸有一些

6、是重要的代謝物前體或代謝中間物（丙氨酸，鳥氨酸，瓜氨酸等）.20三、蛋白質(zhì)氨基酸 (20種) 的分類211.按酸堿性質(zhì)酸性氨基酸：2種Asp、Glu堿性氨基酸：3種Lys、His、Arg中性氨基酸:15種222.按R基團的化學結(jié)構(gòu)分脂肪族氨基酸：15種芳香族氨基酸：3種，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸雜環(huán)氨基酸：2種，組氨酸、脯氨酸233.根據(jù)側(cè)鏈R基團是否有極性分極性帶正電荷的氨基酸（pH 7時）：3種 極性帶負電荷的氨基酸（pH 7時） ：2種極性不帶電荷的氨基酸： 7種非極性氨基酸：8種非極性氨基酸在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用（蛋白質(zhì)的疏水核心）。244.根據(jù)人體能否自身合成必需氨基酸

7、：8種，賴氨酸(Lys)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、 異亮氨酸(Ile)、酪氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe)半必需氨基酸：2種，Arg、His嬰兒期供給不足非必需氨基酸：其余256種R為C、H基團的氨基酸甘氨酸：丙氨酸：（-氨基丙酸）唯一一個無旋光性的氨基酸26纈氨酸：（-氨基異戊酸）亮氨酸：（-氨基異己酸）27異亮氨酸：（-氨基-甲基戊酸）脯氨酸:（-吡咯烷基-羧酸）是一個亞氨基酸。注：含有支鏈的3個氨基酸均是必需氨基酸。283種R為芳香族基團的氨基酸苯丙氨酸：（-氨基-苯丙酸）酪氨酸：（-氨基-對羥基苯丙酸）色氨酸：（-吲哚-氨基丙酸）注：三

8、個分子中含有苯環(huán)共軛體系的氨基酸，在280nm處有吸收峰，Trp吸收最強，Tyr次之，Phe最弱。292種R為含硫基團的氨基酸半胱氨酸：（-氨基-巰基丙酸）側(cè)鏈上含有一 巰基（-SH），SH 也是一個高反應性的基團。蛋氨酸：（-氨基-甲硫基丁酸）是個疏水氨基酸。Met在生物合成中是一種重要的甲基供體兩個Cys的巰基氧化生成二硫鍵302種R為含醇基基團的氨基酸絲氨酸：（-氨基-羥基丁酸）蘇氨酸：（-氨基-羥基丁酸）在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基313種R為堿性基團的氨基酸組氨酸：（-氨基-咪唑基丙酸）賴氨酸：（,-二氨基己酸）一個雙氨基酸，含有-和-氨基。精氨酸：（-氨基-胍基戊酸）是2

9、0種氨基酸中堿性最強的氨基酸。生理條件下，側(cè)鏈帶有一個正電荷堿性最強的氨基酸，生理條件下完全質(zhì)子化是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。322種R為酸性基團的氨基酸天冬氨酸：（-氨基丁二酸）谷氨酸：（-氨基戊二酸）332種R為含酰胺基團的氨基酸天冬酰胺：（ -氨基-羧基丙酰胺）谷氨酰胺：（ -氨基-羧基丁酰胺）34LeuL-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 lineAliphaticAmideAcidicImi

10、no,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 OHGlnQAsnNAspDGluEPheFArgRLysKHisHGlyGAAAlaVValI IleYTyrSerSThrTMetMCysC Amino Acid Subway MapTrpWNon-polarPolar35四、氨基酸的性質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸是無色晶體,溶點高，一般能溶于水、稀酸或稀堿中，但不溶于有機溶劑，通常酒精能使氨基酸從其溶液中析出，除甘氨酸外都有旋光性。36（1）兼性離子1

11、.兩性性質(zhì)37（2）氨基酸的解離氨基酸是一類兩性電解質(zhì)：在水中COOCHRH3N堿的作用酸的作用38例：甘氨酸的解離解離情況受環(huán)境中pH值的影響：分步解離39解離常數(shù)( pK)是一種特定條件下的pH，即當質(zhì)子供體與質(zhì)子受體濃度相等時的pH值解離常數(shù)按酸性遞減順序編號為：pK1， pK2、 pK3等。K1= A0H+A+A-H+K2 = A0K1= H+ pK1= pHK2= H+ pK2= pH40Handerson-Hasselbalch公式pH = pK + lg（堿/酸）可計算出在任一pH條件下一種氨基酸的各種離子的比例。氨基酸的帶電狀況與溶液的pH值有關。pH = pKa + lg質(zhì)子

12、供體質(zhì)子受體41例：計算在時，甘氨酸的兩性解離、陽離子及陰離子所占的比例？先寫出解離方程式根據(jù)公式pK12.34pK29.60pH = pK + lg質(zhì)子供體質(zhì)子受體42（3）氨基酸的酸堿滴定曲線甘氨酸的滴定曲線43谷氨酸的滴定（解離）曲線44組氨酸的滴定（解離）曲線45賴氨酸的滴定（解離）曲線46生理條件下有明顯的沖緩作用的氨基酸緩沖劑：能阻止由于酸或堿的加入而引起的H的變化。大多數(shù)氨基酸的pK都不在生理pH（ pH7）范圍內(nèi)，在生理狀況下沒有明顯的緩沖作用。組氨酸咪唑基的pK，它在生理條件下有明顯的沖緩作用。47(4) 氨基酸的等電點（isoelectric point,pI）等電點：在某

13、一特定pH值溶液時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，凈電荷為零，在電場中不向電場的正極或負極移動，這時的溶液pH值稱為該氨基酸的等電點。當溶液pH低于該氨基酸等電點時，氨基酸凈電荷為正，反之，為負。氨基酸在等電點時溶解度最低不同氨基酸等電點不同H+HHHA0AApK1pK2H+48應用根據(jù)氨基酸的電荷不同（電泳法）分離混合物。根據(jù)氨基酸的等電點不同（調(diào)節(jié)溶液pH ）分離混合物。電泳：在外電場的作用下，帶電顆粒，如不處于等電點狀態(tài)的分子，將向著與電性相反的電極移動，這種現(xiàn)象稱為。49練習題組成蛋白質(zhì)分子的堿性氨基酸有_、_和_。酸性氨基酸有_和_。氨基酸在等電點時，主要以_離子形式存在，在pHpI

14、的溶液 中，大部分以_離子形式存在。天然氨基酸都具有一個不對稱-碳原子。 一個蛋白質(zhì)樣品經(jīng)酸水解后，能用氨基酸自動分析儀準確測定它的所有氨基酸。50用紙電泳法分離氨基酸主要是根據(jù)氨基酸的極性不同。 下列氨基酸溶液除哪個外都能使偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)?A.丙氨酸 B.甘氨酸 C.亮氨酸 D.絲氨酸在生理pH條件下。具有緩沖作用的氨基酸殘基是 A.Tyr B.Trp C.His D.Lys在生理條件下(左右)，蛋白質(zhì)分子中的_側(cè)鏈和_側(cè)鏈幾乎完全帶正電荷，但是_側(cè)鏈則部分帶正電荷具有緩沖能力。 必需氨基酸包括哪些？51等電點的計算側(cè)鏈不含離解基團的中性氨基酸 pI = (pK1 + pK2)/2pK12.

15、34pK29.6052側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸酸性氨基酸：pI = (pK1+ pK)/2堿性氨基酸：pI = (pK + pK3)/2232.194.259.672.188.9510. 53pK2pK1pK3532.紫外吸收三種芳香族氨基酸在中性pH條件下，都吸收紫外光溶液中蛋白質(zhì)在280nm處有最大吸收峰，用紫外分光光度計可以測定樣品中蛋白質(zhì)的含量。543.氨基酸的化學反應（1）-氨基參加的反應（2）-羧基參加的反應（3）-氨基和-羧基共同參加的反應（4）側(cè)鏈R基參加的反應55(1) - 氨基參加的反應與亞硝酸反應（范斯萊克法測定氨基酸氮的依據(jù)）可用來進行氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定

16、。室溫下56氨基酸的甲醛滴定(用于氨基酸定量分析)氨基酸不能直接用酸、堿滴定來進行定量測定。2 HCHO57是生物化工產(chǎn)品、食品和發(fā)酵物等產(chǎn)品中氨基氮的測定原理和方法58與2,4二硝基氟苯（DNFB或FDNB，Sanger試劑）首先被英國的Sanger鑒定多肽蛋白質(zhì)的N末端氨基酸。DNP-氨基酸 黃色 2,4二硝基氟苯弱堿性溶液59Frederick Sanger (桑格)英國化學家，在生物化學領域的貢獻很大，他兩次獲諾貝爾獎1958和1980年；1953年確定了牛胰島素一級結(jié)構(gòu)；1975年和1977年確定了DNA的兩種用酶測序的方法加減法和終止法。60與?；噭┓磻c酰氯或酸酐在弱堿溶液中作

17、用，氨基即被?；?11561常用的?；噭┦宥⊙跫柞Ｂ?、對甲苯磺酰氯、鄰苯二甲酸酐、丹磺酰氯等。62生成西佛堿的反應（Schiff）西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應的中間物。食品中氨基酸與葡萄糖醛基反應羰氨反應（非酶褐變）。有色物質(zhì)63(2)-羧基參加的反應成鹽和成酯：羧基被保護，氨基被活化，重金屬鹽不溶于水。成酰氯反應：氨基被保護，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。脫羧基反應：疊氮反應：常用于多肽的合成。64(3)-氨基和-羧基共同參加的反應與茚三酮反應所有具有游離氨基的氨基酸都生成紫色化合物（570）。脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應直接生成的是黃色化合物（440）。65成肽反應66(

18、4)側(cè)鏈R基參加的反應側(cè)鏈功能團 羥基、酚基、巰基(包括二硫鍵)、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非- 氨基、非-羧基等。蛋白質(zhì)的化學修飾 就是在較溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)與某些試劑起特異反應，以引起蛋白質(zhì)中個別氨基酸側(cè)鏈或功能團發(fā)生共價化學改變。67Cys側(cè)鏈上的巰基（SH）68與鹵化烷生成穩(wěn)定的烷基衍生物可保護 -SH 以防被氧化。+ ICH2COO-碘乙酸CH2COOI69巰基能和各種金屬離子形成絡合物-SH 酶遇到重金屬離子而生成硫醇鹽時，將導致酶失活。對羥基汞苯甲酸對氯汞苯甲酸70巰基易受空氣或其他氧化劑氧化形成兩種氧化衍生物形成二硫化物：胱氨酸的形成。胱氨酸二硫鍵71形成磺酸基：對游離的巰基具有保護作用，保護Cly巰基之間的氧化。+ HCOOOH過甲酸O3H72二硫鍵的還原（打開）SH與SS是一對氧化還原體系。常用的打開二硫鍵的試劑主要有：氧化劑：過甲酸（HCOOOH）還原劑：巰基乙醇、巰基乙酸、二硫蘇糖醇等。（HSCH2CH2OH）73氧化劑：過甲酸（HCOOOH）磺酸基74還原劑：巰基乙醇游離的巰基極易被氧化，需與鹵化烷試劑作用將其保護。7576羥基（OH）絲氨