《蛋白质化学》ppt课件

1、 氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的根本单位构件分子。从各种生物体内发现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质组成的常见氨基酸只需20种，这20种氨基酸称为常见氨基酸或根本氨基酸。amino acid, aa 或或 AA氨基酸的构造通式氨基酸的构造通式 H3NCHCOOR-+H2NCHCOOHR或或氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同，基不同，除脯氨酸外都为除脯氨酸外都为L-氨基酸。氨基酸。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H据据R基团基团化学构造化学构造分类分类 脂肪族脂肪族A16种种芳香族

2、芳香族A (Phe、Tyr、Trp)杂环杂环 (His、Pro)据据R基团基团极性分类极性分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA不带电荷不带电荷带电荷带电荷带正电荷种带正电荷种带负电荷种带负电荷种据酸碱性质据酸碱性质分类分类中性一氨基一羧基中性一氨基一羧基酸性酸性 ( (一氨基二羧基一氨基二羧基 ) Glu ) Glu、AspAsp碱性碱性()()二氨基一羧基二氨基一羧基 Lys Lys、HisHis、ArgArg据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需人的必需氨基酸人的必需氨基酸Met Trp Lys Val Ile Leu Phe ThrMet Trp Lys Val

3、Ile Leu Phe Thr假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书 Arg Arg、His TrpHis Trp、CysCys甘氨酸甘氨酸 Gly, G丙氨酸丙氨酸 Ala, A缬氨酸缬氨酸 Val, V亮氨酸亮氨酸 Lue, L异亮氨酸异亮氨酸 Ile, I1. 侧链只是烃链侧链只是烃链5种种 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸2. 侧链含有羟基侧链含有羟基 2种种丝氨酸丝氨酸 Ser, S苏氨酸苏氨酸 Thr, T3. 侧链含硫原子侧链含硫原子2种种 半胱氨酸半胱氨酸 Cys, C甲硫氨酸甲硫氨酸 Met, M4. 侧链含有羧基或酰胺基侧链含有羧基或酰胺基4种种 天冬氨酸天冬氨酸 Asp,

4、 D谷氨酸谷氨酸 Glu, E天冬酰胺天冬酰胺Asn, N谷氨酰胺谷氨酰胺 Gln, Q5. 侧链含有碱性基团侧链含有碱性基团3种种 赖氨酸赖氨酸 Lys, K精氨酸精氨酸 Arg, R组氨酸组氨酸 His, H苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe, F酪氨酸酪氨酸 Tyr, Y色氨酸色氨酸 Trp, W组氨酸组氨酸 His,H脯氨酸脯氨酸 Pro,P非非极极性性氨氨基基酸酸极极性性中中性性氨氨基基酸酸带正电荷的氨基酸带正电荷的氨基酸带负电荷的氨基酸带负电荷的氨基酸 在少数蛋白质中分别出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是在蛋白质合成后由相应的根本氨基酸衍生而来的。NHHOCOO

5、H4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 非蛋白质氨基酸：存在于生物体内，但不组成蛋白质非蛋白质氨基酸：存在于生物体内，但不组成蛋白质 的呈游离或结合态的氨基酸，约的呈游离或结合态的氨基酸，约150种，具有多种生种，具有多种生理功能。理功能。1 L-氨基酸的衍生物氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸和瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。2D-氨基酸氨基酸 D-Ala存在于肽聚糖中，存在于肽聚糖中，D-Phe是短杆

6、菌肽是短杆菌肽S的的组分。组分。3、-氨基酸氨基酸 -Ala是泛酸的前体，是泛酸的前体，-氨基丁酸是传送神经激氨基丁酸是传送神经激动的化动的化 学介质。学介质。 构型：组成蛋白质的氨基酸除构型：组成蛋白质的氨基酸除GlyGly以外都有手性碳原子，以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的陈列方式，它们互为镜影，在三维空间上就有两种不同的陈列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为这两种不同的构型分别称为D-D-型和型和L-L-型。型。 以丙氨酸为例：以丙氨酸为例： 如含两个手性碳原子，那么有种立体异构体，分别称如含两个手性碳原子，那么有种立体异构体，分别称为为-,-,- -，别，别-

7、-和别和别- -氨基酸。氨基酸。 H2NCHCOOHCCH3OHHHCNH2COOHCCH3OHHHCNH2COOHCCH3HHOH2NCHCOOHCCH3HHO L-苏氨酸苏氨酸 (L-threonine) D-苏氨酸苏氨酸 (D-threonine) L-别别-苏氨酸苏氨酸 (L-allo-threonine) D-别别-苏氨酸苏氨酸 (D-allo-threonine)自然界中组成蛋白质的氨基酸都是自然界中组成蛋白质的氨基酸都是L-L-型。型。 (Gly(Gly除外除外) )旋光性：旋光性： 组成蛋白质的氨基酸除组成蛋白质的氨基酸除GlyGly以外，都有手性碳原子，以外，都有手性碳原子，

8、 所以所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用转的称左旋，用“一号表示，向右旋转的称右旋，用一号表示，向右旋转的称右旋，用“号表示。是号表示。是AAAA的物理常数，与构造、的物理常数，与构造、PHPH值有关。值有关。 消旋消旋外消旋外消旋内消旋内消旋光吸收：光吸收：组成蛋白质的氨基酸中，组成蛋白质的氨基酸中，TrpTrp、TyrTyr和和 Phe Phe对紫外光对紫外光有一定的吸收，这是由于有一定的吸收，这是由于它们分子中含有苯环，是它们分子中含有苯环，是苯环的共轭双键呵斥的，苯环的共轭双键呵斥的，这三个氨基

9、酸的光吸收都这三个氨基酸的光吸收都在在280nm280nm附近。附近。 pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pH中性中性AA酸性酸性AA逐渐提高洗逐渐提高洗脱液脱液pH和离和离子强度子强度二、电泳二、电泳 氨基酸在氨基酸在pH高于或低于其高于或低于其pI的溶液中为带电的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极挪动。这种经过的颗粒，在电场中能向正极或负极挪动。这种经过氨基酸在电场中泳动而到达分别各种氨基酸的技术氨基酸在电场中泳动而到达分别各种氨基酸的技术, 称为电泳称为电泳(elctrophoresis) 。 分别氨基酸混合物常用纸电泳。分别氨基酸混合物常用纸电泳。一、蛋白质的定义一、

10、蛋白质的定义 蛋白质蛋白质(Protein(Protein，pr) pr) ：是一切生物体：是一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸按照中普遍存在的，由天然氨基酸按照一定的顺序，经过肽键衔接而成的一定的顺序，经过肽键衔接而成的一条或多条肽链构成的生物大分子；一条或多条肽链构成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分其种类繁多，各具有一定的相对分子质量，复杂的分子构造和特定的子质量，复杂的分子构造和特定的生物功能；是表达生物遗传性状的生物功能；是表达生物遗传性状的一类主要物质。一类主要物质。于水。于水。胰岛素胰岛素牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶血红蛋白血红蛋白一级构造一级构造(primary str

11、ucture)二级构造二级构造(secondary structure)三级构造三级构造(tertiary structure)四级构造四级构造(quaternary structure)高级高级构造构造蛋白质的一级构造决议高级构造！蛋白质的一级构造决议高级构造！NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸* *两分子氨基酸缩合构成二肽，三分子氨基酸缩合那么构成三肽两分子氨基酸缩

12、合构成二肽，三分子氨基酸缩合那么构成三肽* *由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)(oligopeptide)，由更多，由更多 的氨基酸相连构成的肽称多肽的氨基酸相连构成的肽称多肽(polypeptide)(polypeptide)。* * 多肽链多肽链(polypeptide chain)(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键衔接而是指许多氨基酸之间以肽键衔接而成的一种构造。成的一种构造。N 末端：多肽链中有自在氨基的一端末端：多肽链中有自在氨基的一端C 末端：多肽链中有自在羧基的一端末端：多肽链中有自在

13、羧基的一端多肽链有两端多肽链有两端氨基酸的顺序是氨基酸的顺序是N 端端C 端的陈列顺序。如上述五肽可表示为：端的陈列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gly 丝氨酰缬氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酸丝氨酰缬氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酸COOH酰胺平面酰胺平面 由肽键周围的由肽键周围的6个原子组成的刚性平面个原子组成的刚性平面键长介于单键长介于单双键之间双键之间 +-GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH GSH复原酶复原酶NADPH+H+ NADP+ 谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复原酶

14、的辅因子，作用是维护巯基酶，或防止过氧化物原酶的辅因子，作用是维护巯基酶，或防止过氧化物积累。积累。抗生素类多肽抗生素类多肽短杆菌肽短杆菌肽S 体内许多激素属寡肽或多肽激素类多肽激素类多肽蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造(Primary structure)包括：包括： (1)组成蛋白质的多肽链数目组成蛋白质的多肽链数目; (2)多肽链的氨基酸顺序多肽链的氨基酸顺序; (3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的根底。质生物功能的根底。2.蛋白质一级构造测定的意义蛋白

15、质一级构造测定的意义是推测蛋白质高级构造的分子根据是推测蛋白质高级构造的分子根据是了解蛋白质生理功能的分子根底是了解蛋白质生理功能的分子根底是阐明遗传疾病发活力理的分子手段是阐明遗传疾病发活力理的分子手段是研讨生物进化的分子佐证是研讨生物进化的分子佐证 胰岛素胰岛素一级构造一级构造高级构造高级构造镰刀形镰刀形红细胞红细胞正常红正常红细胞细胞 -链链N端氨基酸陈列顺序端氨基酸陈列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A正常人正常人 Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S患患 者者 Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys生物生物 与人

16、不同的与人不同的AA数目数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗 11马马 12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyTh

17、rMetAsnLeu血红素血红素 细胞色素细胞色素c c分子的空间构造分子的空间构造不变的不变的AAAA残基残基 35个不变的个不变的AA残基，是残基，是Cyt C 的生物功能所不的生物功能所不可短少的。其中有的能够参与维持分子构象；有的可短少的。其中有的能够参与维持分子构象；有的能够参与电子传送；有的能够参与能够参与电子传送；有的能够参与“识别并结合识别并结合细胞色素复原酶和氧化酶。细胞色素复原酶和氧化酶。3.一级构造测定的原那么和根本流程一级构造测定的原那么和根本流程一级构造测定的原那么：一级构造测定的原那么：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找

18、出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完好序列。完好序列。目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出蛋白质的一级构造。蛋白质的一级构造。将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序 将肽段分别并测出顺序将肽段分别并测出顺序专注性裂解专注性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定拆开二硫键拆开二硫键纯蛋白质纯蛋白质经过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列经过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列按照三联密码的原那么推上演氨基酸的序列按照三联密码的原那么推上演氨基酸的序列分别编码蛋白质的基因分别编码蛋白质的基

19、因测定测定DNA序列序列陈列出陈列出mRNA序列序列一级构造测定的根本流程一级构造测定的根本流程:测定蛋白质的一级构造前的预备任务测定蛋白质的一级构造前的预备任务A. 样品纯度必需样品纯度必需97%以上；以上； 聚丙烯酰胺凝胶电泳要求一条带聚丙烯酰胺凝胶电泳要求一条带B. 测定蛋白质的相对分子质量；测定蛋白质的相对分子质量； SDS-PAGE，凝胶过滤法，沉降系数法，凝胶过滤法，沉降系数法C. 测定蛋白质多肽链种类和数目；测定蛋白质多肽链种类和数目； 种类：种类： SDS-PAGE 数目：数目：N末端氨基酸残基摩尔数末端氨基酸残基摩尔数/蛋白质摩尔数蛋白质摩尔数D. 测定蛋白质的氨基酸组成；并

20、根据分子量计算每种氨基酸的测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数；个数；E. 测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。4.蛋白质的一级构造测定蛋白质的一级构造测定1多肽链的拆分多肽链的拆分获得单条线形多肽链获得单条线形多肽链 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必需先进展拆由多条多肽链组成的蛋白质分子，必需先进展拆分。如：血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体分。如：血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体等。等。拆分非共价键：可用拆分非共价键：可用8mol/L8mol/L尿尿素或素或6mol/L6mol/L盐酸胍处置。盐酸胍处置。拆分二硫键：几条多肽链经过拆

21、分二硫键：几条多肽链经过二硫键交联在一同。可在二硫键交联在一同。可在8mol/L8mol/L尿素或尿素或6mol/L6mol/L盐酸胍存在下，用盐酸胍存在下，用过量的过量的- -巯基乙醇处置，使二巯基乙醇处置，使二硫键复原为巯基，然后用烷基化硫键复原为巯基，然后用烷基化试剂维护生成的巯基，以防止它试剂维护生成的巯基，以防止它重新被氧化。重新被氧化。拆分拆分巯基的维护-OOCCHCH2SHNH3+ICH2CNH2OCH2OCClOCH2Cl-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2-OOCCHCH2SNH3+CH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+2N-末端和末端和C-末端氨基酸残基确实

22、定末端氨基酸残基确实定为氨基为氨基 酸序列陈列建立两个重要的参考点酸序列陈列建立两个重要的参考点N端分析方法：端分析方法： 二硝基氟苯法二硝基氟苯法DNPDNP法、法、DNFBDNFB法或法或FDNBFDNB法法 丹磺酰氯法丹磺酰氯法DNSDNS法法 丹磺酰丹磺酰-氨氨基酸有很强基酸有很强的荧光性质的荧光性质 苯异硫氰酸苯异硫氰酸( (酯酯) )法法PITCPITC法、法、PTCPTC法、法、PTHPTH法、法、EdmanEdman降解法降解法 由于其延续反响特性，由于其延续反响特性，成为蛋白质序列分析仪成为蛋白质序列分析仪的分析原理！的分析原理！ 氨肽酶氨肽酶aminopeptidase,

23、Apaseaminopeptidase, Apase法法 AlaValGly氨肽酶法：氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的氨肽酶法：氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的端逐个的水解。根据不同的反响时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数水解。根据不同的反响时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的量，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最大。末端的肽键速度最大。C末端分析方法末端分析方法肼解法：多肽与肼在无水条件下加热，肼解法：多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链端氨基酸即从肽链上解离出来，其他的氨基酸那么变成肼化物。肼化物可上解离出来，其他的氨基酸那么变成肼化物。肼化物可以与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与以与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分别。端氨基酸分别。H2NCHCROHNCHCROORnCCHHNOHn-1N-端氨基酸 C-端氨基酸ORnCCHH2NOHH2NCHCRONHNH2+H+NH2NH2氨