第三章蛋白質(zhì)

第三章蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者

1.酶：作為酶的化學(xué)本質(zhì)，溫和、快速、專一，任何生命活動之必需，酶的另一化學(xué)本質(zhì)是RNA，不過它比蛋白質(zhì)差遠了（種類、速度、數(shù)量）。

2.免疫系統(tǒng)：防御系統(tǒng)，抗原（進入“體內(nèi)”的生物大分子和有機體）?？贵w。

3.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動蛋白和肌球蛋白互動的結(jié)果，體育生化。

4.運輸和儲存氧氣：Hb和Mb。5.基因表達調(diào)節(jié)：操縱子學(xué)說，阻遏蛋白。第一節(jié)引言FirefliesemitlightcatalyzedbyluciferasewithATPErythrocytes（紅細胞）containalargeamountofhemoglobins,theoxygen-transportingprotein.6.生長因子：EGF（表皮生長因子），NGF（神經(jīng)生長因子），促使細胞分裂。7.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白。8.結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質(zhì)堆積而成，人的長相也是由蛋白質(zhì)決定。9.精神、意識方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類是目前熱門課題。10.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？只有不確切的少量證據(jù)。如庫魯（kuru）

病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。Theproteinkeratinisthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.蛋白質(zhì)是生物功能的主要載體，而氨基酸(aminoacid，AA)是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子。自然界中存在的成千上萬種蛋白質(zhì)，在結(jié)構(gòu)和功能上的驚人的多樣性歸根到底結(jié)底是由20種常見氨基酸的內(nèi)在性質(zhì)造成的。這些性質(zhì)包括：①聚合能力，②特有的酸堿性質(zhì)，③側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)及其化學(xué)功能的多樣性，④手性。

第二節(jié)氨基酸各種生物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了180多種氨基酸（aminoacid，AA）參與組成蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種，稱為蛋白質(zhì)氨基酸；某些蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸組分都是基本氨基酸參入多肽鏈后經(jīng)酶促修飾形成的，不參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸，稱為非蛋白質(zhì)氨基酸。

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點為：（1）與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸。（2）除甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都為不對稱碳原子。所以：A.氨基酸都具有旋光性。

B.每一種氨基酸都具有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。一、蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及分類

（一）氨基酸結(jié)構(gòu)通式構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種均為α-氨基酸（脯氨酸例外）共同結(jié)構(gòu)為在同一碳原子上有羧基、氨基與氫不同點為側(cè)鏈R基不同+（二）氨基酸的分類

中性氨基酸1）按R基團的酸堿性分酸性氨基酸堿性氨基酸疏水性R基團氨基酸2）按R基團電性質(zhì)分不帶電荷極性R基團的氨基酸帶電荷R基團的氨基酸

脂肪族氨基酸3）按R基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)分芳香族氨基酸雜環(huán)族氨基酸1.常見的蛋白質(zhì)氨基酸（1）Nonpolar,aliphaticRgroupsGly無旋光性側(cè)鏈疏水縮寫符號-甘Gly-丙Ala-纈Val-亮Leu-脯Pro-異亮Ileα-氨基-γ-甲基戊酸α-氨基-β-甲基戊酸β-吡咯烷基-α-羧酸非極性、脂肪族側(cè)鏈氨基酸甲硫氨酸為非極性半胱氨酸為極性縮寫符號-甲硫Met-半胱Cys兩種含硫氨基酸α-氨基-γ-甲硫基丁酸α-氨基-β-巰基丙酸（2）NegativelychargedRgroups側(cè)鏈親水側(cè)鏈酸性基團縮寫符號-天冬Asp-谷Gluα-氨基丁二酸α-氨基戊二酸酸性電離側(cè)鏈氨基酸（3）PositivelychargedRgroups側(cè)鏈親水側(cè)鏈堿性基團縮寫符號-賴Lys-精Arg-組Hisα,ε-二氨基己酸α-氨基-δ-胍基戊酸α氨基-β-咪唑基丙酸堿性電離側(cè)鏈氨基酸（4）AromaticRgroups苯丙氨酸、色氨酸側(cè)鏈疏水酪氨酸側(cè)鏈親水縮寫符號-苯丙Phe-酪Tyr-色Trpα-氨基-β-苯基丙酸α-氨基-β-對羥苯基丙酸α-氨基-β-吲哚基丙酸芳香族（苯環(huán)）側(cè)鏈氨基酸色氨酸λ=280nm酪氨酸λ=275nm苯丙氨酸λ=257nm蛋白質(zhì)UV特征吸收：λ=280nm笨餅烙澀（5）Polar，unchargedRgroups側(cè)鏈親水縮寫符號-絲Ser-蘇Thr-半胱Cys-天冬酰胺Asn-谷氨酰胺Glnα-氨基-β羥基丙酸α-氨基-β羥基丁酸α-氨基-β巰基丙酸極性、非電離側(cè)鏈氨基酸

構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸alanine 丙氨酸 Ala

Aarginine 精氨酸 Arg

Rasparagine 天冬酰胺 Asn

N（B）asparticacid 天冬氨酸 Asp

D（B）cystine 半胱氨酸 Cys

Cglutarmine 谷氨酰胺 Gln

Qglutarmicacid谷氨酸Glu

Eglycine 甘氨酸 Gly

Ghistidine 組氨酸 His

Hisoleucine 異亮氨酸 Ile

ILeucine亮氨酸 Leu

L

lysine 賴氨酸 Lys

Kmethionine 甲硫氨酸 Met

MPhenylalanine苯丙氨酸

Phe

Fproline 脯氨酸 Pro

Pserine 絲氨酸 Ser

Sthreonine 蘇氨酸 Thr

Ttryptophan 色氨酸 Trp Wtyrosine 酪氨酸 Tyr Yvaline 纈氨酸 Val

V沒用于表示氨基酸的英文字母有幾個?是哪些?B，O，U，X氨基酸結(jié)構(gòu)小結(jié)1.甘Gly（最特殊，唯一無旋光性），丙Ala，苯丙Phe（顧名思義）2.酪Tyr（β-苯酚基），半胱Cys（β-巰基），絲Ser（β-羥基），蘇Thr（β-羥基），天冬Asp（酸性，β-羧基），天冬酰胺Asn（β-酰胺），色Trp（β-吲哚基），組His（β-咪唑基）3.谷Glu（酸性，γ-羧基），谷氨酰胺Gln（γ-酰胺），甲硫Met（γ-甲硫基）4.精Arg（δ-胍基）5.賴Lys（堿性，ε-氨基）6.纈Val，亮Leu，異亮Ile都是烷烴鏈7.脯Pro（亞氨基）人體所需的八種必需氨基酸甲硫氨酸（Met）色氨酸（Trp）賴氨酸（Lys）

纈氨酸（Val）異亮氨酸（Ile）

亮氨酸（Leu）

苯丙氨酸（Phe）蘇氨酸（Thr）嬰兒時期所需:精氨酸（Arg）、組氨酸（His）早產(chǎn)兒所需：色氨酸（Try）、半胱氨酸（Cys）假設(shè)來寫一兩本書2.不常見的蛋白質(zhì)氨基酸構(gòu)成蛋白質(zhì)的編碼氨基酸為20種。編碼氨基酸經(jīng)過化學(xué)修飾產(chǎn)生的非編碼氨基酸，例如5-羥色氨、磷酸絲氨酸、磷酸精氨酸等。3.非蛋白質(zhì)氨基酸除蛋白質(zhì)中的氨基酸外，迄今發(fā)現(xiàn)150種非蛋白質(zhì)氨基酸，例如鳥氨酸、瓜氨酸、γ-氨基丁酸等，這些非蛋白質(zhì)氨基酸大多是L-型α-氨基酸的衍生物，有些是代謝中間產(chǎn)物，有些是結(jié)構(gòu)成分等。

1.一般物理性質(zhì)

常見氨基酸均為無色結(jié)晶，其形狀因構(gòu)型而異（1）溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大；能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。（2）

熔點：氨基酸的熔點極高，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、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。二、氨基酸的理化性質(zhì)（4）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(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。（5）光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)（<220nm）均有光吸收。在近紫外區(qū)（220-300nm）只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。笨餅烙澀2.氨基酸的解離氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化（-NH3+）形式存在，羧基是以離解狀態(tài)（-COO-）存在。

在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。pH1710凈電荷+10-1

正離子兩性離子負離子等電點pI氨基酸的酸堿性質(zhì)

根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，HAA-

＋H+

氨基酸是兩性電解質(zhì)，既是質(zhì)子供體，又是質(zhì)子受體。當(dāng)氨基酸完全質(zhì)子化時，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以發(fā)生解離，用Ka表示它們的解離常數(shù)；在氨基酸溶液中，pH值計算公式如下：

pH=pKa＋lg（質(zhì)子受體/質(zhì)子供體）

當(dāng)溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含解離基團的中性氨基酸，其等電點是它的pKa1和pKa2的算術(shù)平均值：

pI=（pKa1+pKa2）/2

3.氨基酸的等電點（Isoelectricpoint,pI）兩性電解質(zhì)凈電荷為零時溶液的pH稱為等電點等電點時，兩性電解質(zhì)在電場中不移動側(cè)鏈不含解離基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值pI=pk1+pK2/2COOHCOOHH3N-C-HCH2CH2+COOHCOO-H3N-C-HCH2CH2+COO-COO-H3N-C-HCH2CH2+COO-COO-H2N-C-HCH2CH2Kα12.19Kα39.67Kα24.25A+A0A-A2-谷氨酸的解離pIGlu=1/2（pKα1+pKα2

）=1/29（2.19+4.25）=3.22對于側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pKa值的算術(shù)平均值。

酸性氨基酸：pI=(pKa1+pKaR-COO-)/2

堿性氨基酸：pI=(pKa2+pKaR-NH2)/2

當(dāng)pH等于等電點時，氨基酸不帶電荷；當(dāng)pH大于等電點時，氨基酸帶凈負電荷；當(dāng)pH小于等電點時，氨基酸帶凈正電荷！在一定的pH范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH離等電點愈遠，氨基酸所攜帶的凈電荷愈大。4.氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103笨餅烙澀

VanSlyke三、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)（一）α-氨基參加的反應(yīng)1.與亞硝酸的反應(yīng)+H2NCHCOOHRHNO2HOCHCOOHR+H2O+N2在標(biāo)準條件下測定生成的氮氣體積，即可計算出氨基酸的量，是Vanslyke法測定氨基酸的基礎(chǔ)。此法可用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定。2.與?；噭┓磻?yīng)H2NCHCOONaR+在弱堿中芐氧酰氯CH2-O-C-CI=OOCOOHCH2-O-C-N-CH+Na++CI-=H芐氧酰氨基酸氨基酸的氨基與酸酐在弱堿溶液中發(fā)生作用時，氨基即被酰基化。酰化試劑在多肽和蛋白質(zhì)的人工合成中用作氨基的保護試劑。

二硝基苯基氨基酸（黃色）與2，4-二硝基氟苯的反應(yīng)

3.烴基化反應(yīng)反應(yīng)特點：A.為α-NH2的反應(yīng)B.氨基酸α-NH2的一個H原子可被烴基取代（鹵代烴）C.在弱堿性條件下，與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代，生成2，2，二硝基苯氨基酸應(yīng)用：鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸雖然多肽側(cè)鏈上的ε-NH2、酚羥基也能與DNFB反應(yīng)，但其生成物容易與α-DNP氨基酸區(qū)分和分離。首先被英國的Sanger用來鑒定多肽、蛋白質(zhì)的N末端氨基酸。

由Edman于1950年首先提出為α-NH2的反應(yīng)用于N末端分析，又稱Edman降解法與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)N=C=S+H2NCHCOOHR在弱堿中NS=CRHNCC=OHOHH+硝基甲烷NS=CRNCC=OH苯異硫氰酸酯苯氨基硫甲酰衍生物苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物氨基酸順序分析法實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復(fù)循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標(biāo)記和解離。苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）PITC與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)1）肽鏈（N端氨基酸）與PITC偶聯(lián)，生成PTC-肽2）環(huán)化斷裂：最靠近PTC基的肽鍵斷裂，生成PTC-氨基酸（苯氨基硫甲酰-）和少一殘基的肽鏈，同時PTC-氨基酸環(huán)化生成PTH-氨基酸3）分離PTH-氨基酸（無色）4）層析法鑒定

Edman降解法的改進方法

---DNS-Edman降解法用DNS（二甲基萘磺酰氯）測定N端氨基酸原理DNFB法相同但水解后的DNS-氨基酸不需分離，可直接用電泳或?qū)游龇ㄨb定由于DNS有強烈熒光，靈敏度比DNFB法高100倍，比Edman法高幾到十幾倍可用于微量氨基酸的定量樣品最低用量可在5pmol

（二）α-氨基和α-羧基共同參加的反應(yīng)1.與茚三酮的反應(yīng)（顏色反應(yīng)）氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。加熱過程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€碳的醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。

NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍紫色化合物。

反應(yīng)要點：

A.該反應(yīng)由-NH2與-COOH共同參與

B.茚三酮是強氧化劑

C.該反應(yīng)非常靈敏，可在570nm測定吸光值

D.測定范圍：0.5~50μg/ml

用陽離子交換樹脂，將樣品中的氨基酸分離，自動定性定量，記錄結(jié)果。

E.脯氨酸或羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)，并不釋放NH3，直接生成亮黃色物質(zhì)應(yīng)用

A.氨基酸定量分析（先用層析法分離）

B.氨基酸自動分析儀（三）α-羧基參加的反應(yīng)氨基酸的α-羧基和其他有機酸的羧基一樣，在一定的條件下可以發(fā)生成鹽、成酯、成酰氯、成酰胺以及脫羧和疊氮化等反應(yīng)。1.成酰氯反應(yīng)：+-COOHHN-保護基CHRPCI5HN-保護基CH-COOCIR+PCI3+HCI這個反應(yīng)可使氨基酸的羧基活化，使它容易與另一氨基酸的氨基結(jié)合，因此在多肽人工合成中很重要。2.脫羧基反應(yīng)R-CH-COOHNH2脫羧酶R-CH2-NH2CO2+在生物體內(nèi)氨基酸經(jīng)氨基酸脫羧酶作用，放出二氧化碳并生成相應(yīng)的一級胺。COO-COO-H3N-C-HCH2CH2+脫羧酶COO-H2N-C-HCH2CH2HCO2+γ-氨基丁酸氨基酸化學(xué)反應(yīng)小結(jié)與α-氨基反應(yīng)氨基酸+環(huán)烴及其衍生物——鑒定多肽，蛋白質(zhì)的N-末端與α-羧基反應(yīng)α-氨基，α-羧基共同參加的反應(yīng)1）氨基酸+茚三酮——定性鑒定，測定氨基酸2）氨基酸+氨基酸——肽側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)

小結(jié)二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類及名稱（三字縮寫符、單字縮寫符）氨基酸的重要理化性質(zhì)：兩性解離、等電點、與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)、與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)，與丹磺酰氯(DNS)的反應(yīng)，茚三酮顯色除甘氨酸外其他氨基酸都有光學(xué)活性。氨基酸分析分離方法主要是基于氨基酸的酸堿性質(zhì)和極性大小。參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸中色氨酸，酪氨酸和苯丙氨酸在紫外區(qū)有光吸收，這是紫外吸收法定量蛋白質(zhì)的依據(jù)。四、氨基酸混合物的分析分離交換層析：用離子交換樹脂作支持劑的層析法。離子交換樹脂是具有堿性或酸性基團的人工合成聚苯乙烯-苯二乙烯等不溶性高分子化合物。聚苯乙烯-苯二乙烯是離子交換樹脂的基質(zhì)，帶電基團是通過后來的化學(xué)反應(yīng)引入基質(zhì)的。樹脂一般都制成球形的顆粒。陽離子交換樹脂含有的酸性基團如—SO3H或—COOH可解離出H+，當(dāng)溶液中含有其他陽離子時，例如在酸性環(huán)境中的氨基酸陽離子時，它們可以和H+發(fā)生交換而“結(jié)合”在樹脂上。在交換柱中，樹脂先用堿處理成鈉型，將氨基酸混合液（pH2-3）上柱。在pH2-3時，氨基酸主要以陽離子的形式存在，與樹脂上的鈉離子發(fā)生交換而“掛”在樹脂上。+-COOHNH3CHR+-COOHNH3CHR+樹脂-SO-3.+H+Na+樹脂-SO-3.H+（氫型）樹脂-SO-3.Na+（鈉型）