氨基酸与蛋白质

1、2.1 2.1 蛋白质通论蛋白质通论2.2 2.2 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成氨基酸氨基酸2.4 2.4 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系2.5 2.5 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质2.6 2.6 蛋白质的分离、纯化与测定蛋白质的分离、纯化与测定2.3 2.3 蛋白质的结构蛋白质的结构1.1.了解蛋白质对生物体的重要意义。了解蛋白质对生物体的重要意义。2.2.了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的 特点。特点。3.3.掌握蛋白质的基本构成单体：氨基酸的结构掌握蛋白质的基本构成单体：氨基酸的结构 特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸特

2、点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸 的分类。的分类。4.4.掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离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。与等电点含义、茚三酮反应及其应用。目的与要求目的与要求5.5.掌握蛋白质一级结构的概念；了解蛋白质一掌握蛋白质一级结构的概念；了解蛋白质一 级结构的测定方法与思路，学会分析简单多级结构的测定方法与思路，学会分析简单多 肽的氨基酸顺序。肽的氨基酸顺序。6.6.理解并掌握蛋白质二级结构的概念；二级结理解并掌握蛋白质二级结构的概念；二级结 构的基本类型：构的基本类型：-螺旋及螺旋及-折叠的结构折叠的结构 特点；了解几种常见纤维状

3、蛋白质的结构特特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特 性；了解超二级结构及结构域的概念。性；了解超二级结构及结构域的概念。7.7.了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳 定因素。定因素。8.8.充分理解蛋白质结构与功能的关系；从核糖充分理解蛋白质结构与功能的关系；从核糖 核酸酶的变性与复性实验理解一级结构与空核酸酶的变性与复性实验理解一级结构与空 间结构的关系；以细胞色素间结构的关系；以细胞色素C C等为例充分理解等为例充分理解 一级结构与蛋白质生物学功能的关系；从血一级结构与蛋白质生物学功能的关系；从血 红蛋白与肌红蛋白的结构特性理解蛋白质空红蛋白与肌红

4、蛋白的结构特性理解蛋白质空 间结构与生物学功能的关系。间结构与生物学功能的关系。9.9.掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电 离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些 性质的生理意义及实践意义。性质的生理意义及实践意义。10.10.了解蛋白质分离提纯的常用方法及基本原理。了解蛋白质分离提纯的常用方法及基本原理。一. 蛋白质的生物学意义( (一一) ) 蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础 生物体内的蛋白质是除水以外，机体生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的组织中最多的组分，占人

5、体干重的45%45%，占细菌干重的占细菌干重的505070%70% 。( (二二) ) 蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能1.1.作为生物催化剂：作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。酶几乎都是蛋白质。2.2.调节代谢反应：调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。生长素。3.3.运输载体：运输载体：如红细胞中运输如红细胞中运输O O2 2、COCO2 2要靠要靠Hb(HemoglobinHb(Hemoglobin血红蛋白血红蛋白) )、运输脂类物质的是载脂、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转

6、运蛋白或叫载体蛋白。蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.4.参与机体的运动：参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。5.5.参与机体的防御：参与机体的防御： 机体抵抗外来侵害的防御机能，靠机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.6.接受传递信息：接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。觉蛋白。7.7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。调节或控

7、制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.8.其它：其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。 所以，我们不难理解，为什么说所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。没有蛋白质就没有生命。二、蛋白质的分类1.1.根据分子形状分：根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质球状蛋白质、纤维状蛋白质2.2.根据功能分：根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。活性蛋白质、结构蛋白质。3

8、.3.根据组成分：根据组成分：（1 1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、）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。醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2 2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋）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。白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。4.4.根据营养价值分：根据营养价值分：完全蛋白质、不完全蛋白质。完全蛋白质、不完全蛋白质。三. 蛋白质的水解1.1.酸水解酸水解 条件条件：5 51010倍的倍的20%20%的盐酸煮沸回流的盐酸煮沸回流16162424小时，小时，或加压于或加压于120120水解水解2 2

9、小时。小时。 优点优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。氨基酸，产物单一，无消旋现象。 缺点缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。黑质，水解液呈黑色。2. 2. 碱水解碱水解条件条件：4mol/L Ba(OH)4mol/L Ba(OH)2 2或或6mol/L NaOH6mol/L NaOH煮沸煮沸6 6小时。小时。优点优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。：产

10、生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3. 3. 蛋白酶水解蛋白酶水解条件条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37374040， pHpH值值5 58 8 。优点优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点缺点：水解不完全，中间产物多。：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。用于制备蛋白质水解产物。一. 蛋白质的元素组成 蛋白质是有机化合物，离不开蛋白质是有机化合物，离不开C C、H H、O O三种元素，还含有三种元素，

11、还含有N N、P P、S S、金属元素等。、金属元素等。 含量含量% % ： 505055 655 67 207 2023 1523 1517 0.317 0.33 3 微量或无微量或无 元素组成元素组成 ： C H O C H O N N S S 其它其它 蛋白质中蛋白质中N N是特征元素，且含量恒定，为是特征元素，且含量恒定，为16%16%左右左右 ，即，即1616克克氮氮/100/100克蛋白质，故可以用克蛋白质，故可以用定氮法定氮法测量蛋白质含量，即：每测量蛋白质含量，即：每100100克蛋白质含氮克蛋白质含氮1616克，克，100/16=6.25100/16=6.25克蛋白质含克蛋白

12、质含氮氮1 1克。所以，克。所以，每克样品含氮量每克样品含氮量6.256.25100=100100=100克样品蛋白质含量（克克样品蛋白质含量（克% %）。 有些蛋白质含有有些蛋白质含有其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、MoMo、I I 等。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：（一）氨基酸的结构通式： 1 1、构成蛋白质的氨、构成蛋白质的氨基酸均为基酸均为L-L-氨基酸氨基酸。 2 2、除、除R R为为H H（甘氨酸（甘氨酸）外，其余氨基酸均具）外，其余氨基酸均具有旋光性。有旋光性。 3 3、各种氨基酸的区、各种氨基

13、酸的区别在于侧基别在于侧基R R基上。基上。 从氨基酸的结构通式从氨基酸的结构通式可以看出：可以看出：（二）氨基酸的构型：（二）氨基酸的构型： 构成蛋白质的氨基酸构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外除甘氨酸外，均，均含有含有-碳原子，在空间各原子有碳原子，在空间各原子有两种排两种排列方式列方式：L-L-构型与构型与D-D-构型，它们的关系就构型，它们的关系就像左右手的关系，互为像左右手的关系，互为镜像关系镜像关系，下图以，下图以丙氨酸为例：丙氨酸为例： （三）氨基酸的结构与分类（三）氨基酸的结构与分类1 1、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分： （1 1）酸性氨基酸酸

14、性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酸、（2 2）碱性氨基酸碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸：二氨基一羧基氨基酸 ，有：赖氨酸、，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸（3 3）中性氨基酸中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、：一氨基一羧基氨基酸，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、天冬酰胺、谷氨酰、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。胺、丝氨酸、苏氨酸。2 2、按侧基、按侧基R R基

15、的结构特点分：基的结构特点分： （1 1）脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸（2 2）芳香族氨基酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3 3）杂环氨基酸杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸：脯氨酸、组氨酸3 3、按侧基、按侧基R R基与水的关系分：基与水的关系分： （1 1）非极性氨基酸非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、：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。氨酸、脯氨酸。（2 2）极性不带电氨基酸极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、：天冬酰胺、谷氨酰

16、胺、丝氨酸、苏氨酸。苏氨酸。（3 3）极性带电氨基酸极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。酸、组氨酸。4 4、按氨基酸是否能在人体内合成分：、按氨基酸是否能在人体内合成分： （1 1）必需氨基酸必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物：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、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。缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2 2）非必需氨基酸非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。：指人体内可以合成的氨基酸

17、。有十种。（3 3）半必需氨基酸半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。精氨酸。 二十种氨基酸的名称和结构如图所示二十种氨基酸的名称和结构如图所示: :注：二十种氨基酸的结构特点注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、半胱氨酸（含巯基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基

18、）含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖氨酸赖氨酸（四）蛋白质中不常见的氨基酸（四）蛋白质中不常见的氨基酸羟羟- -脯氨酸、羟脯氨酸、羟- -赖氨酸、赖氨酸、- -羧基谷氨酸、羧基谷氨酸、6-6-氮氮- -甲基赖氨酸甲基赖氨酸（五）非蛋白氨基酸（五）非蛋白氨基酸 鸟氨酸、胍氨酸、高

19、半胱氨酸、高丝氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等三.氨基酸的理化性质（一）物理性质（一）物理性质1.1.形态：形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。不同。2.2.溶解性：溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.3.熔点：熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。

20、 4.4.旋光性：旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.5.光吸收：光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外在近紫外区含苯环氨基酸有光的吸收区含苯环氨基酸有光的吸收。（二）化学性质（二）化学性质1.1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸的两性电离及等电点： 氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H H+ +，又含有羧基，可电离，又含有羧基，可电离出出H H+ +，所以氨基酸具有，所以氨基酸具有酸碱两性性质酸碱两性性质。通常情况下，氨。通常情况下，氨基酸以基酸以两性离子的形式两性离子的形式存在，如下图所示：存在，如下图

21、所示： 从上图可知：氨基酸在从上图可知：氨基酸在酸性环境酸性环境中，主要以中，主要以阳离子阳离子的形的形式存在，在式存在，在碱性环境碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。在中，主要以阴离子的形式存在。在某一某一pHpH环境环境下下，以两性离子以两性离子（兼性离子）的形式存在。该（兼性离子）的形式存在。该pHpH称为称为该该氨基酸的等氨基酸的等电点。所以电点。所以氨基酸的等氨基酸的等电点可以定义电点可以定义为：为：氨基氨基酸所带正负电荷相等时的溶液酸所带正负电荷相等时的溶液pHpH。 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱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，现以滴定，应

22、该具有两性电离的性质，现以甘氨甘氨酸酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。为例来说明氨基酸两性电离的特点。左图是左图是甘氨酸的电离酸甘氨酸的电离酸碱滴定曲线碱滴定曲线，从左向右是，从左向右是用用NaOHNaOH滴定的曲线，溶液滴定的曲线，溶液的的pHpH由小到大逐渐升高；由小到大逐渐升高；从右向左是用从右向左是用盐酸盐酸滴定的滴定的曲线，溶液的曲线，溶液的pHpH由大到小由大到小逐渐降低。曲线中从左向逐渐降低。曲线中从左向右右第一个拐点第一个拐点是氨基酸羧是氨基酸羧基解离基解离50%50%的状态，的状态，第二第二个拐点个拐点是氨基酸的等电点，是氨基酸的等电点，第三个拐点第三个拐点是氨基酸氨基是氨基

23、酸氨基解离解离50%50%的状态。的状态。 通过通过氨基酸的滴定曲线氨基酸的滴定曲线，可用下列，可用下列 Henderson-Henderson-Hasselbalch Hasselbalch 方程求出方程求出各解离基团的解离常数（各解离基团的解离常数（pKpK）： 根据根据pKpK可求出氨基酸的等电点，可由其等电可求出氨基酸的等电点，可由其等电点左右两个点左右两个pKpK，值的算术平均值求出。值的算术平均值求出。中性氨基酸：中性氨基酸： pI=(pKpK1 1 + pKpK2 2)/2pKpK1 1为为-羧基的解羧基的解 离常数离常数, ,pKpK2 2为为-氨基的解氨基的解 离常数。离常数

24、。氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算二十种氨基酸的二十种氨基酸的pKpK，及等电点：及等电点： 2.2.由由-氨基参加的反应：氨基参加的反应： (1) (1) 与亚硝酸反应：与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基放出氮气，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。质的水解程度。(2) (2) 与甲醛的反应：与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用出氢离子，然后用NaOHNaOH滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸滴定，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。的含量。此法称为间接滴定法。(3) (3) 与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯（2,4-DNFB2,4-DNFB）的反应（）的反应（SangerSanger反应）：反应）： 生成黄色的二硝基苯生成黄色的二硝基苯- -氨基酸衍生物。氨基酸