生物化学蛋白质之一

1、蛋白质化学之一氨基酸结构与功能目 录2.1 蛋白质的分类2.2 蛋白质的分子组成-氨基酸1.了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的特点。2.掌握蛋白质的基本构件分子：氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。3.掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离与等电点含义、茚三酮反应及其应用。目的与要求一、 蛋白质分类1.催化蛋白（酶)：2.调节蛋白：如胰岛素、生长素；3.转运蛋白：如血红蛋白、载脂蛋白、运铁蛋白等。4.运动蛋白：肌肉收缩，如肌球蛋白、肌动蛋白。（一）根据功能分类2.1 蛋白质分类5.防御蛋白: 如免疫球蛋白；6.毒蛋白：如溶血蛋白；7.受体蛋白: 如味觉蛋白、视觉蛋白；

2、8.支架蛋白：如sh2;9.结构蛋白：10.异常蛋白：如甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。（二）、根据分子形状分类1.球状蛋白质2.纤维状蛋白质3.膜蛋白质（三）、根据分子组成分类（1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。1.完全蛋白质2.不完全蛋白质（四）、根据营养价值分类二、蛋白质的水解1.酸水解 条件：5-10倍的20%的盐酸煮沸回流16-24小时，或加压于120水解2小时。 优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为l-氨基酸，产物单一，无消旋现象。 缺点：色氨酸破坏，腐黑

3、质，水解液呈黑色。2. 碱水解条件：4mol/l ba(oh)2或6mol/l naoh煮沸6小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3. 蛋白酶水解条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37-40， ph值5-8。优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点：水解不完全，中间产物多。 蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。2.2 蛋白质的分子组成-氨基酸一、蛋白质的元素组成 蛋白质是有机化合物，离不开c、h、o三种元素，还含有n、p、s、金属元素等。 含量(%)50-556-720-2315-170.3

4、-3微量或无元素组成chons其它 蛋白质中n是特征元素，且含量恒定，为16%左右，即16克氮/100克蛋白质，故可以用凯氏定氮法测定样品中总氮含量和无机氮含量, 求出样品中蛋白质含量;即：蛋白质含量 =(总氮含量-无机氮含量) 6.25式中6.25，即16%的倒数，为1g氮相当于蛋白质的量（克数）。 有些蛋白质含有其他微量元素：p、fe、cu、mn、zn、co、mo、i 等。 二、蛋白质分子的基本组成单位-氨基酸（一）氨基酸的结构通式： 1、构成蛋白质的氨基酸均为l-氨基酸。 2、除r为h（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。 3、各种氨基酸的区别在于侧基r基上。 从氨基酸的结构通式可以看出

5、：h3nccoorhh3nccoorh透视式投影式（二）氨基酸的构型： 构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有-碳原子，在空间各原子有两种排列方式：l-构型与d-构型，互为镜像关系。（三）氨基酸的结构与分类1.按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分： （1）酸性氨基酸及酰胺：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺;（2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸;（3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸。天冬氨酸 （asp,d）天冬酰胺 （asn,n）谷氨酰胺 （gln,q）谷氨酸 （glu,e）酸性氨基酸及酰胺碱性氨基酸赖氨酸 （lys,k）精氨酸 （arg,r）组

6、氨酸 （his,h）中性氨基酸甘氨酸 (gly,g）丙氨酸 （ala,a）缬氨酸 （val,v）亮氨酸 （lue,l）异亮氨酸 （ile,i）丝氨酸 （ser,s）苏氨酸 （thr,t）半胱氨酸 （cys,c）甲硫氨酸 (met,m）中性氨基酸2、按侧基r基的结构特点分： （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）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸中性脂肪族氨基酸甘氨酸 (gly,g）丙氨酸 （ala,a）缬氨酸 （val,v）亮氨酸 （lue,l）异亮氨酸 （ile,i）含羟基或硫脂肪族氨基酸组氨酸 （his,h）脯氨酸（pro,p）杂环氨基酸苯丙氨酸 （phe,f）酪氨酸

7、 （tyr,y）色氨酸 （trg,w）芳香族氨基酸3、按侧基r基与水的关系分： （1）非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。（2）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。4、按氨基酸是否能在人体内合成分： （1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能

8、满足人体需要的氨基酸，有：组氨酸、精氨酸。 注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸注：二十种氨基酸的结构特点含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：组氨酸亚氨基酸：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-氨基的氨基酸：赖氨酸（四）蛋白质中不常见的氨基酸 羟-脯氨酸 羟-赖氨酸 r-羧基谷氨酸 6-氮-甲基赖氨酸（五）非蛋白氨基酸 鸟氨酸 胍氨酸 高半胱氨酸 高丝氨酸 -丙氨酸 -氨基丁酸等 三.氨基酸的理化性质（一）物

9、理性质1.形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2.溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。 4.旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基酸有光的吸收。（二）化学性质1. 两性电离及等电点： 氨基酸既含有氨基，可接受h+，又含有羧基，可电离出h+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在，如下图所示： 从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中

10、，主要以阴离子的形式存在。在某一ph环境下，以两性离子（兼性离子）的形式存在。该ph称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液ph。 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，应该具有两性电离的性质，现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。一氨基一羧基一氨基一羧基aa的等电点的等电点计算：计算：pi=2pk 1+pk 2左图是甘氨酸的电离酸碱滴定曲线，从左向右是用naoh滴定的曲线，溶液的ph由小到大逐渐升高；从右向左是用盐酸滴定的曲线，溶液的ph由大到小逐渐降低。曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态，第二个拐点是氨基酸的等电点，第三个

11、拐点是氨基酸氨基解离50%的状态。 一氨基二羧基一氨基二羧基aa的的等电点计算：等电点计算：pi=2pk 1+pk 2二氨基一羧基二氨基一羧基aa的的等电点计算：等电点计算：pi=2pk 2+pk 3谷氨酸（a）和赖氨酸（b）滴定曲线和等电点计算 在酸性条件下，丙氨酸以阳离子形式存在，可以看作是一个二元弱酸，有两个可以解离的h+，即cooh上的h+和nh3上的h+。 物质的解离常数是用滴定曲线的实验方法求得，画出曲线。 加入酸碱使丙氨酸的净电荷等于0时，丙氨酸所带的正负电荷相等，这时的ph值就是丙氨酸的等电点。 pi:两性电解质所带正负电荷相等时溶液的ph值。 pi=两性离子状态两侧的基团的p

12、k值之和的一半（2.34+5.69）/2=6.02中性氨基酸： pi=(pk1 + pk2)/2pk1为-羧基的解离常数,pk2为-氨基的解离常数。氨基酸等电点的计算2.由-氨基参加的反应： (1) 与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。(2) 与甲醛的反应： 用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用naoh滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。2.由-氨基参加的反应： (3) 与2,4-二硝基氟苯（2,4-dnfb）的反应（sanger反应）：生成

13、黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。(4) 与苯异硫氰酸酯（pitc）反应（edman反应）：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。(5) 与丹磺酰氯（dns-cl）的反应：生成荧光物质dns-氨基酸。(3)、(4)、(5)反应用于蛋白质的n-末端的测定。2.由-氨基参加的反应： 3.-羧基参加的反应： (1)与碱反应成盐 (2)与醇反应成酯 (3)与酰化试剂反应成酰氯 4.-氨基与-羧基共同参加的反应 与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。 ooo h2ch2cnhchch2coohooch2h2cnhcch2黄色(1) millon反应：检测ty

14、r或含tyr的蛋白质的反应。 millon试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。 产物：红色的化合物。(2) folin反应：检测tyr或含tyr的蛋白质的反应。 folin试剂：磷钼酸、磷钨酸混合溶液。 产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。(3) 坂口反应：检测arg或含arg的蛋白质的反应。 坂口试剂：-萘酚的碱性次溴酸钠溶液。 产物：砖红色的沉淀。5.侧链反应（颜色反应）：(4) pauly反应：检测his、tyr及含his、tyr蛋白质的反应。 试剂：对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混合溶液. 产物：橘红色的化合物。(5) 乙醛酸的反应：检测trp或含trp蛋白质的反应。 当trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分层现象，界面出现紫色环。(6) cys的反应：cys或含cys蛋白质与亚硝基亚铁氰酸钠在稀氨的溶液中，产生一