生化2蛋白质化学 ppt课件

1、第二章第二章 蛋白质蛋白质(Protein)(Protein)化学化学学习目的与要求学习目的与要求:1.蛋白质化学的根本组成单位。蛋白质化学的根本组成单位。2.氨基酸的构造、性质及分别测定方法。氨基酸的构造、性质及分别测定方法。3.肽及其构造。肽及其构造。4.蛋白质的构造，性质，功能及分别纯化与测定蛋白质的构造，性质，功能及分别纯化与测定 原理方法。原理方法。 重点重点1.氨基酸的构造及性质。氨基酸的构造及性质。2.蛋白质的构造、性质、功能。蛋白质的构造、性质、功能。3.氨基酸及蛋白质的分别测定方法。氨基酸及蛋白质的分别测定方法。难点难点1. 氨基酸的两性性质。氨基酸的两性性质。2. 蛋白质一

2、级构造的测定蛋白质一级构造的测定3. 蛋白质的二级构造的要点蛋白质的二级构造的要点4. 蛋白质构造与功能的关系。蛋白质构造与功能的关系。1.蛋白质是生物体内的构造高分子蛋白质是生物体内的构造高分子 蛋白质占干重蛋白质占干重 人体中中人体中中年人年人 人体人体 45% 水水55% 细菌细菌 50%80% 蛋白质蛋白质19% 真菌真菌 14%52% 脂肪脂肪19% 酵母菌酵母菌 14%50% 糖类糖类1% 白地菌白地菌50% 无机盐无机盐7% 2.蛋白质是一种生物体内的功能高分子蛋白质是一种生物体内的功能高分子 1酶的催化作用 2调理作用(多肽类激素) 3运输功能 4运动功能 5免疫维护作用(干扰

3、素) 6接受、传送信息的受体 7毒蛋白 第一节第一节 蛋白质分子组成成分蛋白质分子组成成分一一.元素组成元素组成这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳碳 5055 氮氮 1517% 铁铁,锌锌,锰锰,钼钼,碘碘,铜等铜等 氢氢 68 硫硫 04 氧氧 2023 磷磷 01% 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。碘、锌和铜等。其中氮含量较恒定，平均其中氮含

4、量较恒定，平均16%。一克氮。一克氮=6.25克蛋白质。这克蛋白质。这是凯氏定氮法的根据。是凯氏定氮法的根据。二二 .蛋白质的水解蛋白质的水解 酸水解：酸水解： 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 碱水解：碱水解： 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 酶水解：酶水解： 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸证明：氨基酸是蛋白质的根本组成单位证明：氨基酸是蛋白质的根本组成单位R CHNH3+COO-R CH COOHNH2三三.根本组成单位氨基酸根本组成单位氨基酸一氨基酸的构造通式一氨基酸的构造通式1.特点特点氨基酸的构造决议了有如下特点：氨基酸的构造决议了有如下特点： 具有酸性的羧基和碱性的氨基具有酸性的羧基和碱性的氨基

5、 -碳为手性碳原子碳为手性碳原子 由于由于R侧链不同侧链不同或分子型分子型离子型离子型2.非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸NH2CH2COOHCH2CH2NH2CH2CHCOOHCH2CH2NH2CONHCH2CHCOOHCH2OHNH2NH2CH2CHCOOHCH2CH2NH2NH2CH2COOHCH2 高丝氨酸：高丝氨酸：-丙氨酸：丙氨酸：-氨基丁酸：氨基丁酸：鸟氨酸：鸟氨酸：瓜氨酸：瓜氨酸：HONCOOHH高半光氨酸：高半光氨酸：HS-CH2-CH2-CH-COOH NH24-羟脯氨酸：羟脯氨酸：胱氨酸：胱氨酸：H2N-CH-CH2-S-S- CH2-CH-NH2 COOH COOH4-羟赖氨酸

6、：羟赖氨酸： H2N-CH2 -CH-CH2-CH2-CH -COOH OH NH2 中性AA15种1按R基团的酸碱性分类 酸性AAGlu，Asp 碱性AA (His, Arg,Lys)2按R基团的 疏水性R基团AA 极性分类 不带电荷极性R基团的AA 亲水性R基团AA 正电荷 带电荷R基团的AA 负电荷 脂肪族AA3按R基团的 芳香族AA 化学构造分类 杂环族AA 杂环亚AA二二.氨基酸的分类氨基酸的分类 第二节第二节 氨基酸性质氨基酸性质一、氨基酸的光学活性和光吸收性质一、氨基酸的光学活性和光吸收性质CHOCHOHCH2OHL-甘油醛甘油醛COOHCHRNH2L氨基酸氨基酸CHOCHOHC

7、H2OHCOOHCNH2RHD+甘油醛甘油醛D氨基酸氨基酸n酪氨酸的酪氨酸的max278nm，278=1.4x103;n苯丙氨酸的苯丙氨酸的max259nm，259=2.0 x102;n色氨酸的色氨酸的max279nm，279=5.6x103;氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收二二. .氨基酸的两性离解性质氨基酸的两性离解性质 氨基酸在结晶外形或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨氨基酸在结晶外形或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基方式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以基方式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化质子化(-NH3+)(-NH3+)方式存在，羧基是以离解外

8、形方式存在，羧基是以离解外形(-COO-)(-COO-)存在。存在。H3N-CH-COOH R+H3N-CH-COO- R+H2N-CH-COO- R-pK1+H+H+-pK2+H+H+ “ +正离子PHPI1.两性离子两性离子 同一分子中既有带正电荷的离子又有带负电荷的离子，同一分子中既有带正电荷的离子又有带负电荷的离子，这种离子称为两性离子。这种离子称为两性离子。 2. 氨基酸的等电点氨基酸的等电点 在一定的在一定的pH值时，氨基酸分子中氨基的离解度等于羧基的离解值时，氨基酸分子中氨基的离解度等于羧基的离解度时，所含的度时，所含的-NH3+和和-COO-数目正好相等，净电荷为数目正好相等，

9、净电荷为0。在电。在电场中既不向正极挪动，也不向负极挪动，这一场中既不向正极挪动，也不向负极挪动，这一pH值即为氨基酸值即为氨基酸的等电点，简称的等电点，简称pI。 在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极挪动，即氨基酸处在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极挪动，即氨基酸处于两性离子外形。于两性离子外形。3. 氨基酸的等电点的计算氨基酸的等电点的计算H3N-CH-COOH R+H3N-CH-COO- R+H2N-CH-COO- R-pK1+H+H+-pK2+H+H+K1=H3N-CH-COOH R+H3N-CH-COO- R+*H+H2N-CH-COO- RK2=H3N-CH-COO- R+*

10、H+K1*H3N-CH-COOH R+H3N-CH-COO- R+*H+H2N-CH-COO- RK2=H3N-CH-COO- R+*H+*K1*H3N-CH-COOH R+H2N-CH-COO- RK2=H+*2等电点时：等电点时：H3N-CH-COOH R+H2N-CH-COO- R=K1*K2=H+2等式两边取负对数等式两边取负对数-logK1+(-logK2)=2(-logH+)pK1+pK2=2pH 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和和pK2的算术平均值：的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同样，对于侧链

11、含有可解离基团的氨基酸，其同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决议于两性值也决议于两性离子两边的离子两边的pK值的算术平均值。值的算术平均值。 酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI = (Pk-COOH + pKR-COOH )/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI = (pK- NH2 + pKR-NH2 )/2 pH PI溶液对溶液对PI而言偏碱而言偏碱 带带+PI与与PH的关系的关系 pH =PI溶液对溶液对PI而言中性而言中性 不带电不带电 pH PI溶液对溶液对PI而言偏酸而言偏酸 带带 - 等电点等于酸性基团离解常数与碱性基团离解常数之和的一半等电点等于酸性基团离解常数与碱性基团离

12、解常数之和的一半或等电点等于两性离子两侧离解基团离解常数之和的一半或等电点等于两性离子两侧离解基团离解常数之和的一半Lys的解离如下：的解离如下：COOCHNH3CH24NH3COOCHNH2CH24NH3NH3COOCHNH2CH24NH2NH3NH3COOHCHNH3CH24NH3KCOOHK -K-H+H+H+ - Asp解离如下解离如下:COOHCHNH3CH2COOHCOOCHNH3CH2COOHCOOCHNH3CH2COONH3COOCHNH2CH2COOK-COOHK-COOHK -H+H+H+-COOH+-4.根据滴定曲线求根据滴定曲线求pK6.022.349.69丙氨酸的滴定

13、曲线丙氨酸的滴定曲线三三.氨基酸的化学反响氨基酸的化学反响1.与甲醛反响与甲醛反响一一.氨基参与的反响氨基参与的反响2.与亚硝酸反响与亚硝酸反响R CHNH3+COO-R CHON2CO2HNO2+此反响是此反响是Vanslyke定氮的原理定氮的原理3. 与与2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯DNFB反响反响4.与异硫氰酸苯酯与异硫氰酸苯酯PITC的反响的反响NHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2NCOCHNHSCR1NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNH2CHCOR2+N(CH3)2SO2ClH2NCHCROHNCHCROSO2N(CH3)2+水解N(CH3)2SO2HNCHCROOH+

14、氨基酸丹磺酰氯多肽N-端丹磺酰N-端氨基酸丹磺酰氨基酸 在碱性条件下，丹磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯可在碱性条件下，丹磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯可以与以与N-N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰- -氨基酸。氨基酸。此法的优点是丹磺酰此法的优点是丹磺酰- -氨基酸有很强的荧光性质，检测氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以到达灵敏度可以到达1 110-9mol10-9mol。 二二.羧基参与的反响羧基参与的反响肼解反响肼解反响H2NCHCROHNCHCROORnCCHHNOHn-1N-端氨基酸 C-端氨基酸ORnCCHH2NOHH2NCHCRONHNH2+H+NH2N

15、H2氨基酸酰肼C-端氨基酸 此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-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。肼化物可以与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分别。三三.氨基和羧基共同参与的反响氨基和羧基共同参与的反响茚三酮反响茚三酮反响00000H00HH2O00H0HH2N-CH-COOHRNH3+RCHO+CO200H00H00H0H+ NH3 +00H00H0=N0O-O蓝紫色化合物蓝紫色化合物入入max=570nm脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反响生成黄色物质脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反响生成黄色物质入入max=440nm00H00HCCCO-ON+

16、CO2HNCOOH反应名称反应名称反应试剂反应试剂反应基团反应基团颜色颜色用途用途黄色反应黄色反应浓硫酸浓硫酸+浓硝酸浓硝酸苯基、酚基苯基、酚基黄色黄色Phe Tyr米伦反应米伦反应硝酸汞（亚汞）硝酸汞（亚汞）酚基酚基红色红色 Tyr乙醛酸反应乙醛酸反应乙醛酸乙醛酸吲哚基吲哚基紫红紫红Trp坂口反应坂口反应萘酚萘酚+NaClO胍基胍基红色红色Arg福林酚反应福林酚反应磷钼酸磷钼酸+磷钨酸磷钨酸酚基、吲哚基酚基、吲哚基蓝色蓝色Trp TyrPauly反应反应重氮盐重氮盐咪唑基咪唑基酚基酚基棕红色棕红色桔黄色桔黄色His Tyr巯基反应巯基反应亚硝酸亚铁氰酸亚硝酸亚铁氰酸钠钠巯基巯基红色红色Cys

17、四四R-侧链反响侧链反响-呈色反响呈色反响第三节第三节.氨基酸的分别与测定氨基酸的分别与测定一一.层析法层析法二二.电泳法电泳法三三.氨基酸的测定氨基酸的测定第四节第四节 肽肽一一.肽的构造肽的构造CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键氨基酸残基氨基酸残基肽单位肽单位二二.生物活性肽生物活性肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- Met-脑啡肽脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Leu-脑啡肽脑

18、啡肽H2N-CHCH2CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2COOH COOH CH2 SH2GSH GS-SG1.谷胱甘肽谷胱甘肽2.脑啡肽脑啡肽 C y sT y rI L eGl nA s nC y sP r oL e uGl yN H2SS牛催产素C y sT y rGl nA s nC y sP r oSSP h eA r gGl yN H2牛加压素Leu-(D)phe-pro-val-OrnOrn-val-pro-(D)phe-Leu4.短杆菌肽短杆菌肽SOrn鸟氨酸鸟氨酸3.催产素催产素第五节第五节 蛋白质分类蛋白质分类一一.根据蛋白质分子外形分类根据蛋白质分子外形分类1.

19、球状蛋白球状蛋白2.纤维状蛋白纤维状蛋白二二.根据蛋白质的组成成份分类根据蛋白质的组成成份分类1.单纯蛋白单纯蛋白 2.结合蛋白结合蛋白 清蛋白清蛋白 核蛋白核蛋白 谷蛋白和醇溶谷蛋白谷蛋白和醇溶谷蛋白 色蛋白色蛋白 精蛋白和组蛋白精蛋白和组蛋白 糖蛋白糖蛋白 硬蛋白硬蛋白 脂蛋白脂蛋白 磷蛋白磷蛋白第六节第六节 蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造一一.蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸组成1.蛋白质的氨基酸组成可用残基分量百分数表示蛋白质的氨基酸组成可用残基分量百分数表示147165如：如：100克胰岛素克胰岛素 分析得到分析得到 phe8.6克，其分量百分数为：克，其分量百分数为：残基分子量残

20、基分子量氨基酸含量氨基酸含量*=8.6*=7.7克氨基酸分子量氨基酸分子量2.根据百分组成计算氨基酸的分子个数根据百分组成计算氨基酸的分子个数如：胰岛素分子量为如：胰岛素分子量为6000，丙氨酸占，丙氨酸占4.6%，氨基酸个数为：，氨基酸个数为：= 34.6%*6000 89氨基酸的百分含量氨基酸的百分含量*蛋白质分子量蛋白质分子量氨基酸的分子量氨基酸的分子量 a盐键离子键 b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键 f 酯键二二.蛋白质分子构造中的化学键蛋白质分子构造中的化学键维系蛋白质分子的一级构造：肽键维系蛋白质分子的一级构造：肽键维系蛋白质分子的二级构造：氢键维系蛋白质分子的二级

21、构造：氢键维系蛋白质分子的三级构造：疏水相维系蛋白质分子的三级构造：疏水相 互作用力互作用力维系蛋白质分子的四级构造：范德华维系蛋白质分子的四级构造：范德华力、盐键、氢键、疏水相互作用力力、盐键、氢键、疏水相互作用力离子键离子键氢键氢键范德华力范德华力疏水相互作用力疏水相互作用力氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力虽然键能小，但数量大氢键、范德华力虽然键能小，但数量大疏水相互作用力对维持三级构造特别重要疏水相互作用力对维持三级构造特别重要盐键数量小盐键数量小二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越二硫键

22、对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越稳定稳定三三.蛋白质一级构造的测定蛋白质一级构造的测定一氨基酸组成成分分析一氨基酸组成成分分析二末端分析二末端分析 1.N-末端末端 2.C-末端末端 三肽链伸展与分别三肽链伸展与分别四肽链部分水解与肽段分别四肽链部分水解与肽段分别五肽段的氨基酸顺序测定五肽段的氨基酸顺序测定六由各段顺序推断的氨基酸顺序六由各段顺序推断的氨基酸顺序CH3S：CH2CH2CHNHCNHCHCOOR+BrC+NBr-CH3S+CH2CH2CHNHCNHCHCOORCNCH3SCN CH2CHNHCNHCHCOORCH2+H2O+CH2CHNHCOCH2OH3N+C

23、HCOR高丝氨酸内酯化学法：化学法：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所构成的肽键。溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所构成的肽键。酶法酶法 -HN-CH-CO-NH-CH-CO R1 R2胰酶：胰酶： R1 =Lys.Arg胰凝乳酶：胰凝乳酶： R1=phe.Tyr.Trp胃酶：胃酶： R1 R2= phe.Tyr.Trp.leu嗜热菌蛋白酶：嗜热菌蛋白酶： R2= phe.Tyr.Trp.leu.Ile.valGlu酶：酶： R1=Glu.AspArg酶：酶： R1=Arg第七节第七节 蛋白质的高级构造蛋白质的高级构造二级构造二级构造超二级构造超二级构造构造域构造域

24、三级构造三级构造四级构造四级构造高级构造高级构造-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角自在回折自在回折高级构造的概念：高级构造的概念：1. -螺旋一一. 二级构造二级构造要点：要点：螺旋的角度与高度螺旋的角度与高度维持螺旋的作用力维持螺旋的作用力影响螺旋稳定的要素影响螺旋稳定的要素螺旋的种类螺旋的种类2. -折叠折叠要点：要点：肽链的走向种类肽链的走向种类残基轴心间隔残基轴心间隔维持的作用力维持的作用力影响螺旋稳定的要素影响螺旋稳定的要素3.-转角转角4.自在回折自在回折氢键氢键1800的回转的回转 二二.超二级构造超二级构造 三三.三级构造三级构造要点：要点：外形外形折叠折叠作用力作用力四四.四级构

25、造四级构造一级构造一级构造二级构造二级构造超二级构造超二级构造构造域构造域三级构造三级构造亚基亚基四级构造四级构造第八节第八节 蛋白质分子构造与功能蛋白质分子构造与功能一一.一级构造与功能的关系一级构造与功能的关系1.胰岛素的构造与功能胰岛素的构造与功能2.血红蛋白构造与功能血红蛋白构造与功能3.细胞色素细胞色素C与生物进化与生物进化二二.蛋白质的构象与功能的关系蛋白质的构象与功能的关系三三.个别蛋白质构造与功能个别蛋白质构造与功能1.纤维状蛋白纤维状蛋白角蛋白角蛋白2.丝心蛋白丝心蛋白第九节第九节 蛋白质的性质蛋白质的性质一一.蛋白质的分子大小蛋白质的分子大小1.根据化学成分测定最小相对分子

26、质量根据化学成分测定最小相对分子质量据其百分含量可计算出最低相对分子质量：据其百分含量可计算出最低相对分子质量：最小相对分子质量最小相对分子质量成分的相对分子或原子质量成分的相对分子或原子质量知成分的百分含量知成分的百分含量2.沉降系数沉降系数一个一个S单位，为单位，为110-13秒秒蛋白质的沉降系数：蛋白质的沉降系数：1200S，相对分子质量越大，相对分子质量越大，S值越大值越大 由沉降系数由沉降系数S可根据斯维得贝格可根据斯维得贝格Svedberg方程计算蛋方程计算蛋白质分子的相对分子质量：白质分子的相对分子质量： M=RST/D1i R：气体常数：气体常数 T：绝对温度：绝对温度 D：分

27、散系数：分散系数 ：溶剂的密度：溶剂的密度S=dx/dt2x 蛋白质与多肽一样，可以发生两性离解，也有等电点。在等电点时蛋白质与多肽一样，可以发生两性离解，也有等电点。在等电点时(Isoelectric point pI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不挪动。，蛋白质的溶解度最小，在电场中不挪动。 在不同的在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极挪动；在等电点偏碱性溶液中，蛋蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极挪动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极挪动。这种景象称

28、为蛋白质电泳白质粒子带正电荷，在电场中向负极挪动。这种景象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。由于蛋白质的分子量很大，它在水中可以构成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体由于蛋白质的分子量很大，它在水中可以构成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔景象、布郎运动等。溶液的典型性质，如丁达尔景象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能经过半透膜，因此可以运用透析法将非蛋白的小由于胶体溶液中的蛋白质不能经过半透膜，因此可以运用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。分子杂质除去。二二. 蛋白质的两性离解和电泳景象蛋白质的两性离解和电泳景象三三.蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质四四.蛋白

29、质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、 所带的电荷和水化作用有关。所带的电荷和水化作用有关。改动溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质改动溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质在适当的条件下，蛋白质可以从溶液中沉淀出来。在适当的条件下，蛋白质可以从溶液中沉淀出来。 蛋白质的性质与它们的构造亲蛋白质的性质与它们的构造亲密相关。某些物理或化学要素，可密相关。某些物理或化学要素，可以破坏蛋白质的构造外形，引起蛋以破坏蛋白质的构造外形，引起蛋白质理化性质改动并导致其生理活白质理化性质改动并导致其生理活性丧失。这种景象称为蛋白质的变性丧失。这种景象称为蛋白质的变性性. 大部分蛋白质均含有大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。这三种氨基酸酸和色氨酸。这三种氨基酸的在的在280nm 附近有最大吸附近有最大吸收。因此，大多数蛋