生物化學(xué) 蛋白質(zhì)化學(xué)-氨基酸和多肽

3蛋白質(zhì)化學(xué)

proteinchemistry概述3.1蛋白質(zhì)的基本構(gòu)件單位─氨基酸3.2肽3.3蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)3.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系3.5蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)1概述生命是蛋白體的存在方式。

恩格斯《反杜林論》1878蛋白質(zhì)是生命的表征，哪里有生命活動(dòng)哪里就有蛋白質(zhì)。如果說基因是構(gòu)建生命的圖紙，那么蛋白質(zhì)就是組成生命的主要材料，是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。2概述----蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜﹑種類繁多﹑功能各異，是構(gòu)建生命，行使生命活動(dòng)最主要的功能分子。31、催化作用酶有兩類：一類是蛋白質(zhì)（蛋白酶），另一類為核酸（核酶）42、運(yùn)輸作用：血紅蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖運(yùn)輸載體、脂蛋白、電子傳遞體53、運(yùn)動(dòng)作用動(dòng)物的肌肉收縮（肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白）、細(xì)菌的鞭毛運(yùn)動(dòng)64、防御作用抗體、補(bǔ)體、干擾素、凝血酶和血纖維蛋白原等75、激素的調(diào)節(jié)作用：蛋白質(zhì)或多肽類激素，胰島素、生長(zhǎng)素6、接受和傳遞信息的受體作用：受體蛋白、味覺蛋白8、控制細(xì)胞生長(zhǎng)、分化：生長(zhǎng)因子、阻遏蛋白9、結(jié)構(gòu)成分和機(jī)械支持物：角蛋白、結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白10、異常功能：毒蛋白：生物體攻擊或自衛(wèi)的武器。貝類分泌的膠質(zhì)蛋白，能將貝殼粘在巖石上；朊病毒(一種特殊的蛋白質(zhì)病毒)8概述----蛋白質(zhì)的化學(xué)組成1、元素組成2、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元91、元素組成主要元素：C、H、O、N、S

微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等



碳：50％氫：7％氧：23％

氮：16%

硫：0—3％其他：微量

蛋白質(zhì)平均含N量為16％,這是凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：蛋白質(zhì)含量＝蛋白質(zhì)含N量×6.25102、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元是氨基酸（20種）多個(gè)氨基酸首尾連結(jié)形成長(zhǎng)而不分支的多聚物——多肽鏈多肽鏈再折疊卷曲，形成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的定義：由20種L-α-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具較穩(wěn)定構(gòu)象并具一定生物功能的生物大分子。11

3.1蛋白質(zhì)的基本構(gòu)件單位─氨基酸AA

Aminoacids–thebuildingblockofprotein3.1.1蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及分類3.1.2氨基酸的理化性質(zhì)12(1)蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：3.1.1蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及分類可變部分除脯氨酸為α-亞氨基酸外，均為a-氨基酸。各種蛋白質(zhì)氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基的不同。除R為H（甘氨酸）外，均具有旋光性，均為L(zhǎng)-型。13D型與L型D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛15(2)20種蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及三字符①中性脂肪族氨基酸(5個(gè))甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）纈氨酸（Val,V）亮氨酸（Lue,L）異亮氨酸（Ile,I）（氨基乙酸）（α-氨基丙酸）（α-氨基-β-甲基丁酸）（α-氨基-β-甲基戊酸）（α-氨基-γ-甲基戊酸）16②含羥基或硫氨基酸(4個(gè))絲氨酸

(Ser,S）蘇氨酸(Thr,T）半胱氨酸(Cys,C）甲硫氨酸(Met,M）巰基羥基羥基（α-氨基-β-羥基丙酸）（α-氨基-β-羥基丁酸）（α-氨基-β-巰基丙酸）（α-氨基-γ-甲硫基丁酸）甲硫基17③酸性氨基酸及酰胺(4個(gè))

天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）羧基酰胺基酰胺基羧基（α-氨基-丁二酸）（α-氨基-戊二酸）18④堿性氨基酸(3個(gè))

賴氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）組氨酸（His,H）胍基咪唑基氨基（α，ε-二氨基己酸）（α-氨基-δ-胍基戊酸）（α-氨基-β-咪唑基丙酸）19⑤雜環(huán)氨基酸(2個(gè))

組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）堿性氨基酸吡咯烷基20⑥芳香族氨基酸(3個(gè))

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trp,W）（α-氨基-β-苯基丙酸）（α-氨基-β-對(duì)羥苯基丙酸）（α-氨基-β-吲哚基丙酸）21非極性R基團(tuán)氨基酸22不帶電荷極性R基團(tuán)氨基酸23帶電荷R基團(tuán)氨基酸24據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

脂肪族ＡＡ（中性、含羥基或巰基、酸性、堿性）芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)雜環(huán)ＡＡ(His、Pro)極性R基團(tuán)AA據(jù)R基團(tuán)極性分類非極性R基團(tuán)AA（８種）不帶電荷（７種）帶電荷：正電荷（３種）負(fù)電荷（２種）據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類

必需ＡＡ(8種)半必需ＡＡ(2種)IleMetValLeuTrpPheThrLys一家寫兩三本書來非必需ＡＡArg，His（疏水氨基酸）（親水氨基酸）IleLeuTrpThrPheLysMetVal一兩色素本來淡些(3)蛋白質(zhì)氨基酸的分類（常見的有20種）25(一)蛋白質(zhì)中幾種重要的稀有氨基酸在少數(shù)蛋白質(zhì)含有一些不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、6-N-甲基賴氨酸等。補(bǔ)充：不常見的蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸26幾種不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)鎖鏈素由4個(gè)Lys組成(彈性蛋白中)

27

廣泛存在于各種細(xì)胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不存在蛋白質(zhì)中的一類氨基酸，大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。如：-丙氨酸、鳥氨酸、胍氨酸、-氨基丁酸等。(二)非蛋白氨基酸28幾種非蛋白氨基酸的結(jié)構(gòu)

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸29精氨酸（Arg,R）胍基30非蛋白氨基酸存在的意義：1.作為細(xì)菌細(xì)胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Ala2.作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸（VB3）、鳥氨酸、胍氨酸(尿素).3.作為神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)物質(zhì)：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作為一種N素的轉(zhuǎn)運(yùn)和貯藏載體.5.調(diào)節(jié)生長(zhǎng),殺蟲防御作用等。絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。313.1.2氨基酸的理化性質(zhì)3.1.2.1AA的物理性質(zhì)

3.1.2.2AA的兩性解離和等電點(diǎn)3.1.2.3AA的光學(xué)性質(zhì)

3.1.2.4AA的重要化學(xué)反應(yīng)

323.1.2.1氨基酸的物理性質(zhì)

氨基酸在常溫下為白色固體，熔點(diǎn)很高（約為200～300℃），大部分尚未到達(dá)熔點(diǎn)時(shí)已開始分解。

一般均能溶于水，但是溶解度大小不一，差異較大，其中亮氨酸和酪氨酸難溶于冷水，其余均可溶。氨基酸易溶于酸性或堿性溶液中，微溶于乙醇，不溶于乙醚。

氨基酸的味感與其構(gòu)型有關(guān)。D型氨基酸一般具有甜味，D-色氨酸的甜度是蔗糖的40倍。L氨基酸具有鮮、甜、苦、酸四種味感。甘氨酸因具有甜味而得名，L-精氨酸有苦味，L-谷氨酸的鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。333.1.2.2氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn)（pI）

pH=pI

凈電荷=0

pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++H++

OH-+H++

OH-(pK′1)(pK′2)

當(dāng)氨基酸溶液在某一定pH值時(shí)，使某特定氨基酸分子上所帶正負(fù)電荷相等，成為兩性離子，在電場(chǎng)中既不向陽極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值即為該氨基酸的等電點(diǎn)(pI

isoelectricpoint)。簡(jiǎn)單講，使氨基酸凈電荷為零時(shí)的溶液pH值，稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。34等電點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法等電聚焦法：一種特殊的電泳，其載體上鋪有連續(xù)的PH梯度的緩沖液，然后將氨基酸點(diǎn)樣，只要該處的PH與氨基酸的PI不同，則氨基酸就會(huì)帶電，PH值>PI時(shí)，aa帶-電；PH值<PI時(shí)，aa帶+電。通電后，氨基酸就會(huì)移動(dòng)，直到某處的PH＝PI，氨基酸才呈電中性，不再移動(dòng)，因此，可以測(cè)出PI。酸堿滴定法35甘氨酸滴定曲線一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2一氨基一羧基AA的pI計(jì)算公式36谷氨酸（A）和賴氨酸（B）滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′2+pK′3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mL數(shù)加入的OH-mL數(shù)pHpH37谷氨酸（A）和賴氨酸（B）滴定曲線和等電點(diǎn)計(jì)算一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′2+pK′3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mL數(shù)加入的OH-mL數(shù)pHpH38有關(guān)pI的習(xí)題當(dāng)溶液的pH值>pI時(shí)，aa帶電為+/-？當(dāng)溶液的pH值<pI時(shí)，aa帶電為+/-？aa溶于蒸餾水中后，溶液的pH值變?yōu)?，此aa的pI>、=、<6?aa溶于蒸餾水中后，溶液的pH值變?yōu)?，此aa的pI>、=、<8?393.1.2.3氨基酸光學(xué)性質(zhì)

1、旋光性：除甘氨酸外，其它所有天然α-氨基酸都有不對(duì)稱碳原子，因此它們都具有旋光性。2、紫外吸收光譜：色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)有較強(qiáng)的光吸收。組氨酸(His)具有較短共軛雙鍵系統(tǒng)，其在紫外光區(qū)也有較弱的光吸收。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這些氨基酸殘基，一般最大吸收峰在=280nm處，因此用紫外分光光度法可測(cè)定蛋白質(zhì)含量。40TryTyrPhe的紫外吸收光譜

摩爾吸收系數(shù)波長(zhǎng)朗伯—比爾定律：

A＝－lgT＝εLc413.1.2.4AA的重要化學(xué)反應(yīng)與2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)（sanger反應(yīng)）:用于蛋白質(zhì)N-端測(cè)定.與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應(yīng)（Edman反應(yīng)）：用于蛋白N-端測(cè)定，蛋白質(zhì)順序測(cè)定儀設(shè)計(jì)原理的依據(jù)。與茚三酮反應(yīng):用于氨基酸定量定性測(cè)定成肽反應(yīng)：氨基酸合成肽的反應(yīng)基礎(chǔ)421、氨基酸與2,4一二硝基氟苯(DNF)的反應(yīng)

（sanger反應(yīng)）用途：用于測(cè)定肽鏈的N-末端AA少一個(gè)AA的肽鏈432、氨基酸與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應(yīng)

（Edman反應(yīng)），用途：氨基酸的序列分析PITC（phenylisothiocyanate）+弱堿中(400

C)(硝基甲烷400

C)H+苯氨基硫甲酰衍生物(PTC-AA)苯乙內(nèi)酰硫脲(PTH，phenylthiohydantion）衍生物(PTH-AA)通過層析法分離鑒定AA443、氨基酸與茚三酮反應(yīng)45

脯氨酸和羥脯氨酸不含游離的α-氨基，與水合茚三酮反應(yīng)不產(chǎn)生藍(lán)色，而產(chǎn)生黃色。

黃色464、氨基酸的成肽反應(yīng)473.2肽3.2.1概念：肽（多肽）、肽鍵、AA殘基、N端或C端3.2.2肽鏈中AA的排列順序和命名3.2.3重要的天然寡肽（生物活性肽）48

基本概念：1、肽鍵和肽：一個(gè)AA的羧基與另一個(gè)AA的氨基之間脫水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。3.2.1肽、肽鍵和肽鏈

49

基本概念：2、二肽、多肽、氨基酸殘基：兩個(gè)AA組