第一章蛋白質(zhì)化學課件

第一章蛋白質(zhì)化學【目的與要求】§1.1蛋白質(zhì)通論§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸蛋白質(zhì)化學1.了解蛋白質(zhì)對生物體的重要意義。2.了解蛋白質(zhì)的分類，掌握蛋白質(zhì)元素組成的特點。3.掌握蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單體：氨基酸的結(jié)構(gòu)特點，從各氨基酸的結(jié)構(gòu)特點上理解氨基酸的分類。4.掌握氨基酸的理化性質(zhì)，重點掌握兩性電離與等電點含義、茚三酮反應及其應用。〔目的與要求〕蛋白質(zhì)化學5.掌握蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的概念；了解蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定方法與思路，學會分析簡單多肽的氨基酸順序。6.理解并掌握蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的概念；二級結(jié)構(gòu)的基本類型：α-螺旋及β-折疊的結(jié)構(gòu)特點；了解幾種常見纖維狀蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性；了解超二級結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域的概念。7.了解蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)的概念及穩(wěn)定因素。蛋白質(zhì)化學8.充分理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；從核糖核酸酶的變性與復性實驗理解一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系；以細胞色素C等為例充分理解一級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)生物學功能的關(guān)系；從血紅蛋白與肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特性理解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物學功能的關(guān)系。9.掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)：膠體性質(zhì)、兩性電離與等電點、沉淀作用、變性作用以及這些性質(zhì)的生理意義及實踐意義。10.了解蛋白質(zhì)分離提純的常用方法及基本原理?！?.1蛋白質(zhì)通論一.蛋白質(zhì)的生物學意義(一)蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)1、是遺傳規(guī)定的具有唯一氨基酸順序的多肽鏈，在生命過程中起著關(guān)鍵的作用?！?.1蛋白質(zhì)通論一.蛋白質(zhì)的生物學意義(一)蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)2、生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)是除水以外，機體組織中最多的組分，占人體干重的45%，占細菌干重的50～70%?！?.1蛋白質(zhì)通論(二)蛋白質(zhì)的生物學功能1.作為生物催化劑：在體內(nèi)催化各種物質(zhì)代謝反應的酶幾乎都是蛋白質(zhì)。2.調(diào)節(jié)代謝反應：一些激素是蛋白質(zhì)或肽，如胰島素、生長素。3.運輸載體：如紅細胞中運輸O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血紅蛋白)、運輸脂類物質(zhì)的是載脂蛋白、運鐵蛋白等轉(zhuǎn)運蛋白或叫載體蛋白。4.參與機體的運動：如心跳、胃腸蠕動等，依靠與肌肉收縮有關(guān)的蛋白質(zhì)來實現(xiàn)，如肌球蛋白、肌動蛋白?！?.1蛋白質(zhì)通論5.參與機體的防御：

機體抵抗外來侵害的防御機能，靠抗體，抗體也稱免疫球蛋白，是蛋白質(zhì)。6.接受傳遞信息：如口腔中的味覺蛋白、視網(wǎng)膜中的視覺蛋白。7.調(diào)節(jié)或控制細胞的生長、分化、遺傳信息的表達。8.其它：如雞蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是營養(yǎng)和儲存蛋白；膠原蛋白、纖維蛋白等屬于結(jié)構(gòu)蛋白。還有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特異的生物學功能。

所以，我們不難理解，為什么說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命?！?.1蛋白質(zhì)通論二、蛋白質(zhì)的分類1.根據(jù)分子形狀分：球狀蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白質(zhì)2.根據(jù)功能分：活性蛋白質(zhì)、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。3.根據(jù)組成分：（1）簡單蛋白質(zhì)：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、組蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2）結(jié)合蛋白質(zhì)：色素蛋白、金屬蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白?！?.1蛋白質(zhì)通論三.蛋白質(zhì)的水解1.酸水解條件：5～10倍的20%的鹽酸煮沸回流16～24小時，或加壓于120℃水解2小時。優(yōu)點：可蒸發(fā)除去鹽酸，水解徹底，終產(chǎn)物為L-α-氨基酸，產(chǎn)物單一，無消旋現(xiàn)象。缺點：色氨酸破壞，并產(chǎn)生一種黑色的物質(zhì)：腐黑質(zhì)，水解液呈黑色?！?.1蛋白質(zhì)通論2.堿水解條件：4mol/LBa(OH)2或6mol/LNaOH煮沸6小時。優(yōu)點：水解徹底，色氨酸不被破壞，水解液清亮。缺點：產(chǎn)生消旋產(chǎn)物，破壞的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解條件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常溫37～40℃，pH值5～8。優(yōu)點：氨基酸不被破壞，不發(fā)生消旋現(xiàn)象。缺點：水解不完全，中間產(chǎn)物多。

蛋白質(zhì)酸堿水解常用于蛋白質(zhì)的組成分析，而酶水解用于制備蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物?！?.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸一.蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是有機化合物，離不開C、H、O三種元素，還含有N、P、S、金屬元素等。含量%：50～556～720～2315～170.3～3微量或無元素組成：CHONS其它蛋白質(zhì)中N是特征元素，且含量恒定，為16%左右，即16克氮/100克蛋白質(zhì)，故可以用定氮法測量蛋白質(zhì)含量，即：每100克蛋白質(zhì)含氮16克，100/16=6.25克蛋白質(zhì)含氮1克。所以，每克樣品含氮量×6.25×100=100克樣品蛋白質(zhì)含量（克%）。

有些蛋白質(zhì)含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I等。

§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸二、蛋白質(zhì)分子的基本組成單位——氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：1、構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均為L-α-氨基酸。2、除R為H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。3、各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)基R基上。從氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以看出：§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（二）氨基酸的構(gòu)型：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸除甘氨酸外，均含有α-碳原子，在空間各原子有兩種排列方式：L-構(gòu)型與D-構(gòu)型，它們的關(guān)系就像左右手的關(guān)系，互為鏡像關(guān)系，下圖以丙氨酸為例：§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（三）氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1、按氨基酸分子中羧基與氨基的數(shù)目分：

（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）堿性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸，有：賴氨酸、精氨酸、組氨酸（3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸?！?.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸2、按側(cè)基R基的結(jié)構(gòu)特點分：

（1）脂肪族氨基酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）雜環(huán)氨基酸：脯氨酸、組氨酸3、按側(cè)基R基與水的關(guān)系分：

（1）非極性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。（2）極性不帶電氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸。（3）極性帶電氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸?！?.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸4、按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分：

（1）必需氨基酸：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：賴氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸。（2）非必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。（3）半必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成但合成量不能滿足人體需要（特別是嬰幼兒時期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、精氨酸。§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸二十種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)如圖所示:§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：賴氨酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（四）蛋白質(zhì)中不常見的氨基酸羥-脯氨酸、羥-賴氨酸、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基賴氨酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（五）非蛋白氨基酸鳥氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高絲氨酸、β-丙氨酸、γ-氨基丁酸等§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸三.氨基酸的理化性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1.形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。2.溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。3.熔點：氨基酸的熔點一般都比較高，一般都大于200℃，超過熔點以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。4..旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.光吸收：氨基酸在可見光范圍內(nèi)無光吸收，在近紫外區(qū)含苯環(huán)氨基酸有光的吸收?！?.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（二）化學性質(zhì)1.氨基酸的兩性電離及等電點：氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可電離出H+，所以氨基酸具有酸堿兩性性質(zhì)。通常情況下，氨基酸以兩性離子的形式存在，如下圖所示：

§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸從上圖可知：氨基酸在酸性環(huán)境中，主要以陽離子的形式存在，在堿性環(huán)境中，主要以陰離子的形式存在。在某一pH環(huán)境下，以兩性離子（兼性離子）的形式存在。該pH稱為該氨基酸的等電點。所以氨基酸的等電點可以定義為：氨基酸所帶正負電荷相等時的溶液pH。§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸2.由α-氨基參加的反應：

(1)與亞硝酸反應：放出氮氣，氮氣的一半來自氨基氮，一半來自亞硝酸，在通常情況下測定生成的氮氣的體積量可計算氨基酸的量，此反應可用于測定蛋白質(zhì)的水解程度。(2)與甲醛的反應：用過量的中性甲醛與氨基酸反應，可游離出氫離子，然后用NaOH滴定，從消耗的堿量可以計算出氨基酸的含量。此法稱為間接滴定法?！?.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸(3)與2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反應（Sanger反應）：生成黃色的二硝基苯-氨基酸衍生物。(4)與苯異硫氰酸酯（PITC）反應（Edman反應）：生成苯乙內(nèi)酰硫脲-氨基酸。(5)與丹磺酰氯（DNS-Cl）的反應：生成熒光物質(zhì)DNS-氨基酸。（3）、(4)、(5)反應用于蛋白質(zhì)的N-末端的測定。（3）與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應NO2FO2N+HN—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱堿性DNP-氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3無水HF重復測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計出“多肽順序自動分析儀”Edman（苯異硫氰酸酯法）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循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸H2N—CH—COOH+RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.740℃NCH3CH3O=S=OHN—CH—COOHRDNS-氨基酸取代DNFB測定蛋白質(zhì)N端氨基酸，靈敏度高(5)與丹磺酰氯（DNS-Cl）的反應§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸3.α-羧基參加的反應：(1)與堿反應成鹽(2)與醇反應成酯(3)與酰化試劑反應成酰氯§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸4.α-氨基與α-羧基共同參加的反應(1)與茚三酮的反應：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生成藍紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸4.α-氨基與α-羧基共同參加的反應

(2)成肽反應：§1.2蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸(1)

Millon反應：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質(zhì)的反應。

Millon試劑：汞的硝酸鹽與亞硝酸鹽溶液。

產(chǎn)物：紅色的化合物。(2)

Folin反應：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質(zhì)的反應。

Folin試劑：磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。