蛋白質(zhì)化學(xué) 完整版

蛋白質(zhì)化學(xué)protein第一節(jié)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的種類和生物學(xué)功能二、蛋白質(zhì)的概念導(dǎo)言蛋白質(zhì)（protein）是生活細(xì)胞內(nèi)含量最豐富、功能最復(fù)雜的生物大分子，并參與了幾乎所有的生命活動(dòng)和生命過(guò)程。因此，研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能始終是生命科學(xué)最基本的命題。

生物體最主要的特征是生命活動(dòng)，而蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者。那么它有哪些生理功能呢？一、蛋白質(zhì)的種類和生物學(xué)功能結(jié)構(gòu)蛋白：生物結(jié)構(gòu)成分，如膠原蛋白、角蛋白等；運(yùn)動(dòng)蛋白：收縮與運(yùn)動(dòng)，如肌纖維中的肌球蛋白等；防御蛋白：如免疫球蛋白、金屬硫蛋白等；貯存蛋白：貯存氨基酸和離子等，如酪蛋白、卵清蛋白、載鐵蛋白等；運(yùn)輸?shù)鞍祝哼\(yùn)輸功能，如血液中運(yùn)送O2與CO2的血紅蛋白和運(yùn)送脂質(zhì)的脂蛋白；控制離子進(jìn)出的離子泵等；激素蛋白：調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝、生長(zhǎng)分化等，如生長(zhǎng)激素；信號(hào)蛋白：接受與傳遞信號(hào)，如受體蛋白等；酶：催化功能，包括參與生命活動(dòng)的大多數(shù)酶。二、蛋白質(zhì)的概念

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本結(jié)構(gòu)單位的生物大分子。

(一)蛋白質(zhì)是生物大分子：

蛋白質(zhì)分子量變化范圍一般為1萬(wàn)至幾百萬(wàn)道爾頓。（二）基本化學(xué)組成：元素組成：大多數(shù)蛋白質(zhì)均含C、H、O、N、S幾種元素，有些還含有P、Fe、Zn或Cu等元素。蛋白質(zhì)含氮量：N的含量較恒定，一般平均為16%，即1克氮相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)?？捎糜跍y(cè)定蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)含量（g％）＝含N量（g％）×6.25。（三）基本構(gòu)成單位——AA蛋白質(zhì)胨肽氨基酸H＋或酶（四）各種蛋白質(zhì)都有一定的空間結(jié)構(gòu)，因此表現(xiàn)出特定的生物功能。（五）蛋白質(zhì)種類繁多。

如大腸桿菌細(xì)胞中有3000種蛋白質(zhì)，真核細(xì)胞中則有100，000種以上。三、蛋白質(zhì)的構(gòu)成單位——AA從各種生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的氨基酸已有180多種，但是參與蛋白質(zhì)組成的常見氨基酸或稱基本氨基酸只有20種。生物體內(nèi)

的氨基酸Pr-AA非Pr-AA常見AA（基本AA）稀有AA第二節(jié)氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)二、氨基酸的種類三、氨基酸的理化性質(zhì)一、氨基酸的結(jié)構(gòu)（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式

R-基團(tuán)是氨基酸分類的標(biāo)志決定氨基酸的性質(zhì)決定蛋白質(zhì)多肽鏈空間走向并與蛋白質(zhì)生物功能的表現(xiàn)有關(guān)

COO－

H—C—

+NH3RC

COOHH—C—NH2RC（二）構(gòu)型

構(gòu)型指在立體異構(gòu)體中取代原子或基團(tuán)在空間的取向。

構(gòu)型——通過(guò)共價(jià)鍵斷裂變化形成的立體結(jié)構(gòu)形態(tài)。

構(gòu)象——通過(guò)單鍵旋轉(zhuǎn)而形成的一種立體結(jié)構(gòu)形態(tài)（二）構(gòu)型1、每種氨基酸都有D型和L型兩種立體異構(gòu)體（甘氨酸除外）2、根據(jù)甘油醛原則確定構(gòu)型3、天然蛋白質(zhì)中氨基酸絕大多數(shù)都是L-型的，只是近年才發(fā)現(xiàn)在某些微生物蛋白質(zhì)中有Ｄ-型氨基酸。在實(shí)驗(yàn)室有機(jī)合成的AA為D型和L型，氨基酸放置時(shí)間久了，變型L→D。

COOH|H2N－C－H|

HRCCOO－HNH3+C氨基酸立體結(jié)構(gòu)RCHNH3+CCOO－D型L型組成蛋白質(zhì)的主要類型H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R4、構(gòu)型與旋光方向不是一回事，二者無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。各種L型AA有的為右旋，有的為左旋，即使同一種L型AA，在不同溶劑中測(cè)定時(shí)，其比旋光值和旋光方向也會(huì)不同。二、氨基酸的種類基本氨基酸非極性氨基酸（疏水氨基酸）極性氨基酸（親水氨基酸）酸性

氨基酸堿性

氨基酸非解離的極性

氨基酸脯氨酸的氨基側(cè)鏈?zhǔn)杷s寫符號(hào)－丙Ala

－纈Val

－亮Leu

－脯Pro

－甲硫Met

－異亮Ile

甲硫氨酸又稱蛋氨酸非解離的極性氨基酸

側(cè)鏈親水甘氨酸無(wú)旋光性縮寫符號(hào)－甘Gly

－絲Ser

－蘇Thr

－半光Cys

－天冬酰胺Asn

－谷氨酰胺Gln胍基咪唑基記憶法丙纈異亮脯色苯蛋天谷酸賴精組甘絲蘇半

酪天谷非極性aa酸堿aa極性非解離aa

Cys和Tyr極性最大，在pH中性時(shí)，巰基和酚基可以產(chǎn)生部分電離。

Asn和Gln在有酸堿條件下，易水解為Asp和Glu習(xí)慣分類5種脂肪族氨基酸（丙、甘、亮、異亮、纈）3種芳香組氨基酸（苯丙、酪、色）3種羥基氨基酸（絲、蘇和酪）2種含硫氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）2種酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）3種堿性氨基酸（賴、精、組）1種含亞氨基的氨基酸（脯氨酸）2種含酰胺基的氨基酸（天冬酰胺和谷胺酰胺）3種支鏈氨基酸（亮、異亮、纈）1種無(wú)手性氨基酸（甘）雜環(huán)族氨基酸：His雜環(huán)族亞氨基酸：Pro氨基酸按碳原子數(shù)排列2C甘3C丙絲半色酪苯組4C天天蘇（數(shù)）5C谷谷脯纈（雞）蛋6C賴異亮精

從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分類1．必需氨基酸在某些生物體內(nèi)（如人類和大白鼠）不能合成或合成量不足以維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育，因此必須依賴食物供給，這些氨基酸稱為必需氨基酸。賴氨酸Lys、色氨酸Trp、苯丙氨酸Phe、蛋氨酸Met、蘇氨酸Thr、異亮氨酸ILe、亮氨酸Leu、纈氨酸Val“甲攜來(lái)一本亮色書”2．非必需氨基酸由機(jī)體自行合成的氨基酸。稀有氨基酸——胱氨酸稀有氨基酸非蛋白氨基酸鳥氨酸瓜氨酸β－丙氨酸三、氨基酸的理化性質(zhì)（一）一般性質(zhì)（二）紫外吸收性質(zhì)（三）酸堿性質(zhì)（四）重要的化學(xué)反應(yīng)（一）一般性質(zhì)無(wú)色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在200℃~300℃。不同的AA其味不同，有的無(wú)味，有的味甜，有的味苦。Glu的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。Gly、Ala、Ser微有甜味，Arg有苦味。各種AA在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶于有機(jī)溶劑。通常酒精能把AA從其溶液中沉淀析出。（二）紫外吸收性質(zhì)(P19)AA的一個(gè)重要光學(xué)性質(zhì)是對(duì)光有吸收作用。20種Pr-A在可見光區(qū)域均無(wú)光吸收，在遠(yuǎn)紫外區(qū)（<220nm）均有光吸收;在紫外區(qū)（近紫外區(qū)）（220nm~300nm）,只有三種AA有光吸收能力，這三種氨基酸是苯丙氨酸（Phe）、酪氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp），因?yàn)樗鼈兊腞基含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)。Trp、Tyr和Phe在280nm波長(zhǎng)附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm(三)酸堿性質(zhì)氨基酸的等電點(diǎn)（pI）氨基酸的帶電狀況取決于所處環(huán)境的pH值，改變pH值可以使氨基酸帶正電荷或負(fù)電荷，也可使它處于正負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零的兩性離子狀態(tài)。使氨基酸所帶正負(fù)電荷數(shù)相等即凈電荷為零時(shí)的溶液pH值稱為該AA的等電點(diǎn)（pI）。帶電狀態(tài)判定pH>pI AA pH=pI AA pH<pI AA負(fù)電荷不帶電荷正電荷pH5.97凈電荷0Gly解離[Ala－][Ala±][Ala+]K’1K’2等電點(diǎn)的計(jì)算丙氨酸為例：等電點(diǎn)時(shí)：K1′=K2′[H+]2=K1′K2′pI=1/2(pK1′+pK2′)=1/2(2.34+9.60)=5.97pI

等于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的1/2H+甘氨酸的滴定曲線

多氨基（堿性氨基酸）和多羧基（酸性氨基酸）氨基酸的解離解離原則：先解離α-COOH，隨后其他

－COOH；然后解離α-NH3+，隨后其他-NH3+總之羧基解離度大于氨基，α-C上基團(tuán)大于非α-C上同一基團(tuán)的解離度。等電點(diǎn)計(jì)算①側(cè)鏈為非極性基團(tuán)或雖為極性基團(tuán)但不解離的氨基酸：pI=?(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：

pI=?(pK1+pKR)③堿性氨基酸(賴、精、組)：

pI=?(pK2+pKR)一般pI值等于兩個(gè)相近pK值之和的一半。

規(guī)律：pH<pK1′時(shí)，[R+]>[R±]>[R-]；

pH>pK2′時(shí)，[R-]>[R±]>[R+]；pH=pI時(shí)，凈電荷為零，[R+]=[R-]；pH<pI時(shí)，凈電荷為“+”；pH>pI時(shí)，凈電荷為“-”。氨基酸pK’1(α－COOH）pK’2(α－NH2）pK’R

(R－基團(tuán)）pI甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸色氨酸酪氨酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸甲硫氨酸天冬酰胺谷氨酰胺天冬氨酸谷氨酸賴氨酸精氨酸組氨酸2.342.342.322.362.361.991.832.382.202.212.631.712.282.022.172.092.192.182.171.829.69.699.629.609.6810.969.139.399.119.1510.4310.789.218.809.139.829.678.959.049.1710.078.333.864.2510.5312.486.005.976.025.975.986.026.485.485.595.665.686.535.025.745.415.652.973.229.7410.767.59（四）重要化學(xué)反應(yīng)AA的化學(xué)反應(yīng)主要是指它的α-氨基和α-羧基以及側(cè)鏈上的功能團(tuán)所參與的那些反應(yīng)。

1.茚三酮反應(yīng)

2.Sanger反應(yīng)

3.Edman反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)+2NH3+茚三酮還原性茚三酮紫色化合物+(弱酸)加熱NH3CO2RCHO+還原性茚三酮

3H20Pro的茚三酮反應(yīng)呈黃色兩個(gè)亞氨基酸——脯氨酸（Pro）和羥脯氨酸（Hyp）與茚三酮反應(yīng)形成黃色化合物，其它氨基酸與茚三酮反應(yīng)均生成紫色化合物。利用此反應(yīng)能定性或定量測(cè)定各種氨基酸。2.Sanger反應(yīng)弱堿中氨基酸+HFDNP-AA(黃色)二硝基苯氨基酸DNFB或FDNB2,4-二硝基氟苯Sanger反應(yīng)——N末端測(cè)定3.Edman反應(yīng)在弱堿性條件下，氨基酸的α-氨基易與異硫氰酸苯酯（PITC）反應(yīng)，生成苯乙內(nèi)酰硫脲（PTH）衍生物。該反應(yīng)被Edman成功地用于氨基酸序列分析。測(cè)定原理：蛋白質(zhì)多肽鏈N末端AA的α-氨基也可以與PITC發(fā)生上述反應(yīng)生成PTH-多肽，在酸性溶液中釋放出末端的PTH—AA和比原來(lái)少一個(gè)AA殘基的多肽鏈，所得的PTH-AA用層析或HPLC法鑒定，即可確定肽鏈N末端AA的種類。剩余的肽鏈重復(fù)應(yīng)用此方法測(cè)定其N端的第二個(gè)AA，如此重復(fù)就可測(cè)定多肽鏈全部序列。目前根據(jù)此原理設(shè)計(jì)出蛋白質(zhì)順序測(cè)定儀，大大提高了蛋白質(zhì)測(cè)序的效率。第三節(jié)肽一、肽鍵與肽的概念二、肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)及命名三、重要的天然寡肽一、肽鍵與肽的概念氨基酸的α－羧基與另一個(gè)氨基酸的α－氨基形成特殊的酰胺鍵，稱為