蛋白質化學-(4)(1)教學內容

蛋白質化學-(4)(1)沒有蛋白質就沒有生命。動物的毛和蠶絲的成分都是蛋白質，它們是重要的紡織原料；動物的皮可加工成柔韌的皮革；牛奶中的蛋白質——酪素除做食品外，還能和甲醛合成酪素塑料；酶的主要成分是蛋白質，酶廣泛應用于食品、紡織、醫(yī)藥、制革和試劑等工業(yè)上。2自然界常見蛋白質的成分1大部分酶2胰島素、生長激素3載體、4抗體5抗毒素、凝集素6部分抗原7神經遞質的受體8朊病毒9糖被10單細胞蛋白11丙種球蛋白12細胞色素C13纖維蛋白原、凝血酶原14血紅蛋白、肌紅蛋白15細胞骨架16微管、微絲17干擾素18動物細胞間質19含蛋白質成分的食品如：豆?jié){、蛋清等3蛋白質在生命活動中的重要作用

１.酶的催化功能

２.控制生長和分化

３.轉化和貯存功能

４.運動功能

５.結構支持作用

６.免疫保護作用

７.代謝調節(jié)功能

８.接受和傳遞信息

９.生物膜功能

10.感染和毒性作用

11.其它作用

43.1.2蛋白質的一般組成

蛋白質是由20種左右α-氨基酸組成的高分子有機物質，相對分子質量由數(shù)千至數(shù)千萬。元素組成：C（53%）、H（7%）、O（23%）、N（16%）、S（1%）及P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等微量元素。蛋白質平均含N量為16％,這是凱氏定氮法測蛋白質含量的理論依據(jù)：

蛋白質含量＝蛋白質含N量×6.255氮折算系數(shù)食物折算系數(shù)食物折算系數(shù)全小麥粉5.83雞蛋（整）6.25麥糠麩皮6.31蛋黃6.12麥胚芽5.80蛋白6.32麥胚粉5.70肉類和魚類6.25燕麥5.83動物明膠5.55大麥、黑麥粉5.83乳與乳制品6.38小米6.31酪蛋白6.40玉米6.25人乳6.37大米及米粉5.95大豆（黃）5.71花生5.46其它豆類6.25杏仁5.18其它食品6.2563.2蛋白質的結構單元----氨基酸3.2.1氨基酸（aminoacid）的結構

氨基酸是羧酸分子中α-碳原子上的一個氫原子被氨基取代而成的化合物。因而，稱為α-氨基酸。例外：賴氨酸，有兩個氨基，一個在a位，一個在ε位3.2.1.1-氨基酸的結構通式或結構通式(投影式)兩性物質光活性物質7氨基酸3.2.1.2氨基酸的分子構型D-和L-異構體，例外：甘氨酸？天然蛋白質中的氨基酸都屬L型。83.2.2氨基酸的分類及其結構(1)按側鏈R基的結構9含羥基或硫氨基酸甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）纈氨酸（Val,V）亮氨酸（Leu,L）異亮氨酸（Ile,I）一氨基一羧基氨基酸絲氨酸（Ser,S）蘇氨酸（Thr,T）半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）10一氨基二羧基（酸性）氨基酸及酰胺天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）11二氨基一羧基（堿性）氨基酸組氨酸（His,H）賴氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）雜環(huán)氨基酸12雜環(huán)氨基酸組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）色氨酸（Trp,W）-OH羥脯氨酸Hyp13芳香族氨基酸苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）14氨基酸(2)按側鏈R基的極性15

1617

18人體必需氨基酸有八種：

MetTrpLysValIleLeuPheThr

“假設來借一兩本書”重要概念：必需氨基酸：人和動物體不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸。從廣義上講，生物體能合成，但合成量較少，不足以維持正常生理，還必須由食物補充一部分，稱為半必需氨基酸，如Arg、His。

19特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Gly無光學活性(opticallyinactive)

蛋白質多肽中Gly殘基的存在將增加其結構區(qū)域的柔性，而Pro殘基的存在則相反，將會增加其結構區(qū)域的剛性。＊甘氨酸20具環(huán)式結構的亞氨基酸(ringstructureandiminoacid)

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Pro蛋白質多肽中Pro殘基的存在將會增加其結構區(qū)域的剛性，而Gly殘基的存在則相反，將增加其結構區(qū)域的柔性＊＊脯氨酸21具有活性的巰基(activethiol)易氧化形成二硫鍵(disulfide

bond),可用作還原劑(reducingreagent)

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Cys半胱氨酸22

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–His組氨酸側鏈為一個咪唑基，在酸堿催化中起重要作用＊組氨酸23特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Phe,Tyr和Trp蛋白質分子中Phe,Tyr和Trp殘基的存在使得蛋白質在近紫外區(qū)(220-300nm)有特征性吸收＊苯丙氨酸酪氨酸色氨酸244.蛋白質分子中不常見(非標準)的L--氨基酸在少數(shù)蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為非標準(non-standard)氨基酸。這些氨基酸都是由相應的基本(標準)氨基酸衍生而來的。氨基酸2526在細胞內已發(fā)現(xiàn)的非蛋白組成成分的氨基酸有300多種，盡管它們不是蛋白質的構成成分，但具有廣泛的生物學功能。如在尿素循環(huán)中的關鍵代謝中間產物：L-瓜氨酸：H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-COO－ONH3＋(Citrulline)L-鳥氨酸：H3N-CH2-CH2-CH2-CH-COO－NH3＋+(Ornithine)5.天然的非蛋白質氨基酸氨基酸存在于腦組織中，與腦組織營養(yǎng)及傳遞有關的：H2N-CH2-CH2-CH2-COOH（Y-氨基丁酸）27常見氨基酸均為無色結晶,其形狀因構型而異。

溶解性：在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。通常酒精能使其從溶液中沉淀析出。(2)熔點：熔點極高，一般在200℃以上。(3)味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的味甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。

旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+)表示。(5)極性：R殘基是親水性的為極性氨基酸；疏水性的為非極性氨基酸。3.2.3氨基酸的主要物理性質28（6）光吸收可見光（390~770nm）：無光吸收。紫外光（220~300nm）：Phe（257nm）Tyr（275nm）Trp（280nm）

測定蛋白質濃度的基礎。

29(1)氨基酸的離解性質及等電點Br?nsted的酸堿理論，即廣義酸堿理論。HAA-+H+酸堿質子3.2.4氨基酸的主要化學性質

氨基酸在水中的兩性離子既能像酸一樣放出質子，也能像堿一樣接受質子，氨基酸具有酸堿性質，是一類兩性電解質。(又稱酸堿質子理論)

30Asanacid（protondonor）：Asabase（protonacceptor）：氨基酸的兩性解離31不同pH時，氨基酸以不同的離子化形式存在：當氨基酸溶液在某一定pH值時，使某特定氨基酸分子上所帶正負電荷相等，成為兩性離子，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時溶液的pH值即為該氨基酸的等電點(isoelctricpoint)，以pI表示。pH=pI

凈電荷=0

pH<pI凈電荷為正

pH>pI凈電荷為負pH的影響32

實驗證明在pI

時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負離子形式，還有極少量的中性分子。

當溶液的pH=pI時，氨基酸主要以兩性離子形式存在。pH<pI時，氨基酸主要以正離子形式存在。pH>pI時，氨基酸主要以負離子形式存在。等電點正離子兩性離子負離子H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-++H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR33氨基酸的等電點pl值相當于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側的基團pk值之和的一半；氨基酸的解離在一定的pH范圍，α-氨基酸的α-氨基、α-羧基和可解離R基團均能解離。可以按照下列步驟分析氨基酸的解離：（1）將氨基酸鹽酸鹽（即質子化形式）看成多元酸，確定質子供體基團；（2）根據(jù)質子供體的解離常數(shù)寫出該氨基酸鹽酸鹽的解離方程；（3）根據(jù)解離方程確定該氨基酸的等電形式及其解離趨勢；（4）根據(jù)解離方程計算等電點或在一定pH下氨基酸不同解離形式的比例。等電點的計算34中性氨基酸：以Gly為例[H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97GlyK1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI時，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+]35酸性氨基酸，以Asp為例：Asp+Asp-Asp=Asp+36堿性氨基酸，以Lys為例：Lys++37甘氨酸滴定曲線甘氨酸鹽酸鹽（A+）等電點甘氨酸（A）一氨基一羧基AA的等電點計算：pI=2pK′1+pK′2甘氨酸鈉（A-）38谷氨酸（A）和賴氨酸（B）滴定曲線和等電點計算一氨基二羧基AA的等電點計算：pI=2pK′1+pK′2二氨基一羧基AA的等電點計算：pI=2pK′2+pK′3BpK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mol數(shù)加入的OH-mol數(shù)pHpHAB39P82,思考題3Key：pH值從7下降到6，說明氨基酸溶于水的過程釋放出質子，溶液存在如下平衡：

AA±+H2OAA-+H3O+

為了使氨基酸達到等電點，只有加酸才能使上述平衡向左移，因此，pI小于6.40（a）與亞硝酸（HNO2)的反應（2）氨基酸的化學反應

（氨基、羧基、側鏈R基）α-氨基參加的反應

可用氣體測定儀測定N2的量，測定氨基氮的含量;伯胺反應，賴氨酸的ε-氨基也能反應，但速度慢；41（b）與甲醛的反應（2）氨基酸的化學反應

一羥甲基衍生物二羥甲基衍生物甲醛測定法測定游離氨基或蛋白質的水解度42（c）?；磻?/p>

酰氯：芐氧羰酰氯（Cbz-Cl）:對甲苯磺酰氯(Tos-Cl)or5一二甲氨基萘-1-磺酰氯(dansylchloride,DNS):叔丁氧酰氯(Boc-Cl):酸酐：鄰苯二甲酸酐：（R’＝酰基）or43Cbz-ClCbz-氨基酸舉例1：氨基酸與芐氧酰氯（Cbz-Cl）的反應人工合成肽中保護氨基44氨基酸與5一二甲氨基萘-1-磺酰氯（dansylchloride,DNS）的反應舉例2：測定微量AA有熒光45（d）烴基化反應

舉例1：與2、4一二硝基氟苯的反應

2，4一二硝基氟苯（R’＝烴基）46DNFBDNP-氨基酸（穩(wěn)定、黃色）肽鏈N端分析47桑格法(F.Sanger)O2N–FNO2+H–NH–CHCO–NH–肽鏈–COOH

-HFRO2N–NO2

–NH–CHCO–NH–肽鏈–COOH

RHCl△NO2O2N–

–NH–CHCOOH

R+其它各種氨基酸此法的缺點是在水解時，整個肽鏈都被破壞、所以在肽鏈上只能進行一次N–端分析。48舉例2：與苯異硫氰酸（酯）的反應

PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸肽鏈N端分析49愛得曼（Edman)降解法這種方法是瑞士化學家愛得曼于1950年提出來的，其優(yōu)點是每次測定肽鏈的其余部分不受影響而被保留下來，這樣又獲得了一個新的N-端氨基。用同樣的方法可確定下一個氨基酸組分。50（e）脫氨反應氨基酸經氧化劑或酶（AA氧化酶）的作用，脫氨產生酮酸。是生物體內氨基酸分解代謝的重要方式之一。51(f)成鹽作用R-CH-COOH+HClR-CH-COOH

NH2NH2·HCl52（a）成酯和成鹽反應α-羧基參加的反應53酰化氨基酸對硝基苯酚?；被釋?硝基苯酯（活化酯）（式中Y＝?；┤斯ず铣呻?4（b）酰氯化反應人工合成肽中和AA中的羧基活化。55（c）成酰胺反應體外：體內：Asp+NH4ATP酶Asn+Glu+NH4ATP酶Gln+56（d）脫羧基反應谷氨酸γ-氨酸丁酸胺57（e）疊氮反應人工合成肽中和AA中的羧基活化。氨基酸?；被狨；被峒柞?/p>