第四章 蛋白質(zhì)化學(xué)1

第四章蛋白質(zhì)化學(xué)(protein)第一節(jié)概述第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本單位—氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)第六節(jié)蛋白質(zhì)及氨基酸的分離純化與測(cè)定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(xué)功能2一、蛋白質(zhì)的概念包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：存在于所有的生物細(xì)胞中，是由20種α－氨基酸按一定的序列通過(guò)酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學(xué)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(chǔ)．各具有一定的相對(duì)分子質(zhì)量，復(fù)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(diǎn)：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6.25。蛋白質(zhì)系數(shù)是凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)。粗蛋白含量＝樣品含氮量

6.25

蛋白質(zhì)含量=樣品蛋白氮

6.25有些還含有Ｓ／Ｐ／Ｆe/Cu/Zn/Mn等.元素CHON百分比50~55

6~8

20~23

15~18

5三聚氰胺是一種重要的氮雜環(huán)有機(jī)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(dòng)物長(zhǎng)期攝入三聚氰胺會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進(jìn)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(lái)源、理化性質(zhì)、分子形狀、化學(xué)組成、化學(xué)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①纖維狀蛋白質(zhì)②球狀蛋白質(zhì)8(２)根據(jù)溶解度清蛋白(白蛋白)精蛋白組蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白硬蛋白9(3)根據(jù)組成不同進(jìn)行分類①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②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(yíng)養(yǎng)價(jià)值分類①缺價(jià)蛋白質(zhì)（不完全蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)中缺乏某個(gè)或某些必需氨基酸。②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(dòng)所需要的，但自身不能合成的氨基酸．蛋白質(zhì)互補(bǔ)作用：11三、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能１.功能的多樣性催化功能調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)功能運(yùn)輸功能免疫功能運(yùn)動(dòng)功能儲(chǔ)藏功能生物膜的功能2.功能的復(fù)雜性12第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本單位

-----氨基酸（aminoacid）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(diǎn)缺點(diǎn)酸水解H2SO4(4M)或HCl(6M),

進(jìn)行回流煮沸20h無(wú)消旋作用，產(chǎn)物為L(zhǎng)-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(wú)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(guò)程中的降解物蛋白質(zhì)在酸、堿或酶存在下水解過(guò)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。①天然蛋白質(zhì)由20種基本氨基酸組成②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COOHCα

HH2NRCOO－Cα

HRH3N＋或16氨基酸的構(gòu)型氨基酸的構(gòu)型指α－氨基在空間的排布來(lái)區(qū)分的（D與L型）。17①除脯氨酸為α-亞氨基酸外，其余稱為α-氨基酸。②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(diǎn)

-----（20種，基本氨基酸，44頁(yè)，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(xué)修飾而來(lái)的。HOOC－CH－CH2－S－S－CH2－CH－COOHＮＨ２ＮＨ２胱氨酸19３.非蛋白質(zhì)氨基酸(180多種，47頁(yè)表4-2)大多是L-氨基酸衍生物細(xì)菌中含有多種D-型氨基酸有一些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)①酸性氨基酸：2種

Asp、Glu②堿性氨基酸：3種

Lys、His、Arg③中性氨基酸:15種222.按R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分①脂肪族氨基酸：15種②芳香族氨基酸：3種，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸③雜環(huán)氨基酸：2種，組氨酸、脯氨酸233.根據(jù)側(cè)鏈R基團(tuán)是否有極性分①極性帶正電荷的氨基酸（pH7時(shí)）：3種

②極性帶負(fù)電荷的氨基酸（pH６~7時(shí)）：2種③極性不帶電荷的氨基酸：7種④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①必需氨基酸：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)②半必需氨基酸：2種，Arg、His嬰兒期供給不足③非必需氨基酸：其余256種R為C、H基團(tuán)的氨基酸①甘氨酸：②丙氨酸：（-氨基丙酸）唯一一個(gè)無(wú)旋光性的氨基酸26③纈氨酸：（-氨基異戊酸）④亮氨酸：（-氨基異己酸）27⑤異亮氨酸：（-氨基-β-甲基戊酸）⑥脯氨酸:（β-吡咯烷基--羧酸）是一個(gè)亞氨基酸。注：含有支鏈的3個(gè)氨基酸均是必需氨基酸。283種R為芳香族基團(tuán)的氨基酸①苯丙氨酸：（-氨基-β-苯丙酸）②酪氨酸：（-氨基-β-對(duì)羥基苯丙酸）③色氨酸：（β-吲哚--氨基丙酸）注：三個(gè)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(qiáng)，Tyr次之，Phe最弱。292種R為含硫基團(tuán)的氨基酸①半胱氨酸：（-氨基-β-巰基丙酸）側(cè)鏈上含有一巰基（-SH），–SH

也是一個(gè)高反應(yīng)性的基團(tuán)。②蛋氨酸：（-氨基-γ-甲硫基丁酸）是個(gè)疏水氨基酸。Met在生物合成中是一種重要的甲基供體兩個(gè)Cys的巰基氧化生成二硫鍵302種R為含醇基基團(tuán)的氨基酸①絲氨酸：（-氨基-β-羥基丁酸）②蘇氨酸：（-氨基-β-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(tuán)的氨基酸①組氨酸：（-氨基-β-咪唑基丙酸）②賴氨酸：（,

-二氨基己酸）一個(gè)雙氨基酸，含有-和-氨基。③精氨酸：（-氨基-δ-胍基戊酸）是20種氨基酸中堿性最強(qiáng)的氨基酸。生理?xiàng)l件下，側(cè)鏈帶有一個(gè)正電荷堿性最強(qiáng)的氨基酸，生理?xiàng)l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(tuán)的氨基酸①天冬氨酸：（-氨基丁二酸）②谷氨酸：（-氨基戊二酸）332種R為含酰胺基團(tuán)的氨基酸①天冬酰胺：（-氨基-β-羧基丙酰胺）②谷氨酰胺：（-氨基-γ-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-CCNN+

-C-C-C-C-NH3+-C--C--OH-C-NCentrallineAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAromatic-C-C-C-N-C-N

N+=

C-C-C-C

C-C-C-C

CC-C

CCCHNC-COOH

a-C-C

OHGlnQAsnNAspDGluEPheFArgRLysKHisHGlyGAAAlaVValI

IleYTyrSerSThrTMetMCysC

AminoAcidSubwayMapTrpWNon-polarPolar35四、氨基酸的性質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸是無(wú)色晶體,溶點(diǎn)高，一般能溶于水、稀酸或稀堿中，但不溶于有機(jī)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1.兩性性質(zhì)37（2）氨基酸的解離氨基酸是一類兩性電解質(zhì)：在水中COO－Cα

HRH3N＋堿的作用酸的作用38例：甘氨酸的解離①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(dāng)質(zhì)子供體與質(zhì)子受體濃度相等時(shí)的pH值．解離常數(shù)按酸性遞減順序編號(hào)為：pK1，pK2、pK3等。K1=[A0][H+][A+][A-][H+]K2=[A0]K1=[H+]pK1=pHK2=[H+]pK2=pH40Handerson-Hasselbalch公式pH=pK+lg（[堿]/[酸]）可計(jì)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(guān)。pH=pKa+lg[質(zhì)子供體］[質(zhì)子受體］41例：計(jì)算在pH5.0時(shí)，甘氨酸的兩性解離、陽(yáng)離子及陰離子所占的比例？先寫出解離方程式根據(jù)公式pK1

2.34pK2

9.60pH=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?xiàng)l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（pH≈7）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為6.0，它在生理?xiàng)l件下有明顯的沖緩作用。47(4)氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint,pI）等電點(diǎn)：在某一特定pH值溶液時(shí)，氨基酸主要以兩性離子形式存在，凈電荷為零，在電場(chǎng)中不向電場(chǎng)的正極或負(fù)極移動(dòng)，這時(shí)的溶液pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。當(dāng)溶液pH低于該氨基酸等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸凈電荷為正，反之，為負(fù)。氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最低．不同氨基酸等電點(diǎn)不同．H+HHHA0A－A＋pK1pK2H+48應(yīng)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(diǎn)不同（調(diào)節(jié)溶液pH）分離混合物。電泳：在外電場(chǎng)的作用下，帶電顆粒，如不處于等電點(diǎn)狀態(tài)的分子，將向著與電性相反的電極移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為。49練習(xí)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(diǎn)時(shí)，主要以_離子形式存在，在pH>pI的溶液中，大部分以__離子形式存在。天然氨基酸都具有一個(gè)不對(duì)稱α-碳原子。一個(gè)蛋白質(zhì)樣品經(jīng)酸水解后，能用氨基酸自動(dòng)分析儀準(zhǔn)確測(cè)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(gè)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.TyrB.TrpC.HisD.Lys在生理?xiàng)l件下(pH6.0-7.0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(diǎn)的計(jì)算①側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸

pI=(pK1+pK2)/2pK1

2.34pK2

9.6052②側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸酸性氨基酸：pI=(pK1

+pK２)/2堿性氨基酸：pI

=(pK２+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(jì)可以測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)的含量。543.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)

（1）α-氨基參加的反應(yīng)（2）α-羧基參加的反應(yīng)（3）α-氨基和α-羧基共同參加的反應(yīng)（4）側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)55(1)α-氨基參加的反應(yīng)①與亞硝酸反應(yīng)（范斯萊克法測(cè)定氨基酸氮的依據(jù)）可用來(lái)進(jìn)行氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。室溫下56②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(lái)進(jìn)行定量測(cè)定。2HCHO57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(cè)定原理和方法58③與2,4－二硝基氟苯（DNFB或FDNB，Sanger試劑）首先被英國(guó)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59FrederickSanger

(桑格)英國(guó)化學(xué)家，在生物化學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)很大，他兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)1958和1980年；1953年確定了牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)；1975年和1977年確定了DNA的兩種用酶測(cè)序的方法加減法和終止法。60④與?；噭┓磻?yīng)與酰氯或酸酐在弱堿溶液中作用，氨基即被?；?。511561常用的酰化試劑叔丁氧甲酰氯、對(duì)甲苯磺酰氯、鄰苯二甲酸酐、丹磺酰氯等。62⑤生成西佛堿的反應(yīng)（Schiff）西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應(yīng)的中間物。食品中氨基酸與葡萄糖醛基反應(yīng)－－羰氨反應(yīng)（非酶褐變）。有色物質(zhì)63(2)α-羧基參加的反應(yīng)成鹽和成酯：羧基被保護(hù)，氨基被活化，重金屬鹽不溶于水。成酰氯反應(yīng)：氨基被保護(hù)，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。脫羧基反應(yīng)：疊氮反應(yīng)：常用于多肽的合成。64(3)α-氨基和α-羧基共同參加的反應(yīng)①與茚三酮反應(yīng)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(yīng)直接生成的是黃色化合物（440）。65②成肽反應(yīng)66(4)側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)

側(cè)鏈功能團(tuán)

羥基、酚基、巰基(包括二硫鍵)、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非α-氨基、非α-羧基等。蛋白質(zhì)的化學(xué)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(yīng)，以引起蛋白質(zhì)中個(gè)別氨基酸側(cè)鏈或功能團(tuán)發(fā)生共價(jià)化學(xué)改變。67①Cys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(hù)-SH以防被氧化