第二章蛋白质-ppt课件

1、第二章第二章 蛋白质根本单位蛋白质根本单位氨基酸氨基酸 氨基酸的分类氨基酸的分类 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质 蛋白质根本单位蛋白质根本单位氨基酸氨基酸 氨基酸的分类氨基酸的分类 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质4OCNH Gly，Phe，Leu，Asp，Lys， 生物体内发现的氨基酸有生物体内发现的氨基酸有180多种，多种，组成蛋白质分子的氨基酸只需组成蛋白质分子的氨基酸只需20种。种。人类是如何知道数以万计的蛋白质人类是如何知道数以万计的蛋白质仅由仅由20种常见氨基酸构成的呢？种常见氨基酸构成的呢？5蛋白质蛋白质Glu

2、，Tyr，Arg，Cys，酸水解酸水解碱水解碱水解酶水解酶水解肽段肽段水解水解酸、碱水解酸、碱水解部分水解产物部分水解产物完全水解产物完全水解产物6 部分水解：部分水解： 蛋白质被水解为大小不等的肽段和氨基酸蛋白质被水解为大小不等的肽段和氨基酸混合物，叫做部分水解，又称不完全水解。混合物，叫做部分水解，又称不完全水解。 完全水解：完全水解： 蛋白质被彻底水解为氨基酸混合物，叫蛋白质被彻底水解为氨基酸混合物，叫做完全水解，又称彻底水解。做完全水解，又称彻底水解。 7 1.酸水解 所用酸：6 mol/L HCl 或 4 mol/L H2SO4 ,回 流20hr。 产 物：L-氨基酸混合物，Trp完

3、全被破坏， 部分Ser和Thr(含-OH)被分解，Asn 和Gln的酰胺基被水解。 优 点：不引起消旋8 2. 碱水解碱水解 所用碱：所用碱：5 mol/L NaOH, 回流回流10-20hr。 产产 物：物：Trp稳定，但多数氨基酸被破稳定，但多数氨基酸被破坏，坏， 产物消旋。产物消旋。 碱水解是酸水解的补充，由碱水解碱水解是酸水解的补充，由碱水解可可 知蛋白质中能否存在知蛋白质中能否存在Trp及其含量及其含量93. 酶水解 所用酶：蛋白质水解酶 产 物：小的肽段 优 点：不消旋，不破坏氨基酸构造 缺 点：时间长，经常需求几种酶结合水解10 组成蛋白质的常见氨基酸有组成蛋白质的常见氨基酸有2

4、0种，种，其中其中1种是亚氨基酸，一切氨基酸都是种是亚氨基酸，一切氨基酸都是-氨基酸，即氨基酸，即: -COOH 的的-位上位上有一个有一个 -NH2，氨基酸构造的变化仅，氨基酸构造的变化仅在于侧链在于侧链R基的不同基的不同COO-H3N+HCCHRCOO-H3N+R透视式投影式11-氨基酸的构造通式氨基酸的构造通式12 1. 在生理条件下氨基酸以带电荷的在生理条件下氨基酸以带电荷的-COO-和和-NH3+ 离子方式存在离子方式存在2. 除除Gly外，其他一切氨基酸都具有旋光性，并且外，其他一切氨基酸都具有旋光性，并且 都是都是L构型构型3. 氨基酸是白色晶体，熔点高，氨基酸是白色晶体，熔点高

5、，2004. 氨基酸有特殊的结晶外形氨基酸有特殊的结晶外形5. 大多数氨基酸溶于水大多数氨基酸溶于水氨基酸的性质氨基酸的性质 蛋白质根本单位蛋白质根本单位氨基酸氨基酸 氨基酸的分类氨基酸的分类 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质14200种种 氨基酸氨基酸蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸常见蛋白质氨基酸常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸根本氨基酸根本氨基酸15名称名称三字母符号三字母符号单字母符号单字母符号名称名称三字母符号三字母符号单字母符号单字母符号丙氨酸丙氨酸 (alanine)AlaA亮氨酸亮氨酸 (leucine)Le

6、uL精氨酸精氨酸 (arginine)ArgR赖氨酸赖氨酸 (lysine)LysK天冬酰胺天冬酰胺 (asparagine)AsnN甲硫氨酸甲硫氨酸(methionine)MetM天冬氨酸天冬氨酸 (aspartic acid)AspD苯丙氨酸苯丙氨酸(phenylalanine)PheFAsn和和/或或AspB半胱氨酸半胱氨酸 (cysteine)CysC脯氨酸脯氨酸 (proline)ProP谷氨酰胺谷氨酰胺 (glutamine)GlnQ丝氨酸丝氨酸( serine)SerS谷氨酸谷氨酸 (glutamic acid)GluE苏氨酸苏氨酸 (threonine)ThrTGln 和和/或

7、或GluZ甘氨酸（甘氨酸（glycine）GlyG色氨酸色氨酸 (tryptophan)TrpW组氨酸组氨酸 (histidine)HisH酪氨酸酪氨酸 (tyrosine)TyrY异亮氨酸异亮氨酸 (isoleucine)IleI缬氨酸缬氨酸 (valine)ValV16 氨基酸构造的区别在于侧链氨基酸构造的区别在于侧链R基的不基的不同，所以可以根据同，所以可以根据R基团的化学构造、极基团的化学构造、极性大小和所带电荷的不同分类性大小和所带电荷的不同分类COO-H3N+HCCHRCOO-H3N+R透视式投影式171、脂肪族氨基酸、脂肪族氨基酸15个个 中性氨基酸中性氨基酸5：Gly, Ala

8、, Val, Leu, Ile Gly无旋光性无旋光性按构造分类按构造分类18 酸性氨基酸4：Asp, Glu, Asn, Gln 生理条件下Asn, Gln的酰胺基不被 质子化，所以侧链不带电荷19 碱性氨基酸碱性氨基酸2：Lys, Arg Arg是动物体内尿素构成的中间物。是动物体内尿素构成的中间物。赖氨酸Lys，K碱性氨基酸碱性氨基酸COO-CCH2+H3NHCH2CH2CH2NH3+COO-CCH2+H3NHCH2CH2NHCNH2+H2N精氨酸Arg，R20 含含-OH或或-SH的氨基酸的氨基酸 (4) : Ser, Thr, Cys, Met Cys常以氧化方式存在，而常以氧化方式

9、存在，而Met是体内代是体内代谢谢 中甲基的供体。中甲基的供体。21 2、芳香族氨基酸：、芳香族氨基酸：3个个 Phe, Tyr, Trp22 3、杂环族：、杂环族：2个个 His, Pro Pro没有没有-NH2，是，是-亚氨基酸亚氨基酸 COO-C+H3NHCH2CHC+HNCHNH组氨酸His，HCOO-C+H2NHCH2H2CCH2脯氨酸Pro，P杂环氨基酸杂环氨基酸231、非极性、非极性R基氨基酸基氨基酸8个个 Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Met, Pro 性质：在水中溶解度小，性质：在水中溶解度小，Ala疏水性最小疏水性最小2、不带电荷的极性、不带电

10、荷的极性R基氨基酸基氨基酸7个个 Ser, Thr, Tyr, Asn, Gln, Cys, Gly 性质：比非极性性质：比非极性R基氨基酸易溶于水。基氨基酸易溶于水。Gly的的R基基 是是H，介于极性与非极性之间。，介于极性与非极性之间。Cys和和Tyr 极性最强。极性最强。 按极性分类按极性分类243、 R基带正电荷的氨基酸基带正电荷的氨基酸3个个 Lys, Arg, His 性质：性质：pH 7 时带正电荷。时带正电荷。His 在在pH 6.0 时，时，50 % 以上质子化，以上质子化，pH 7 时，质子化程度时，质子化程度10 % ， 是独一的是独一的pKa 7 的氨基酸的氨基酸4、

11、R基带负电荷的氨基酸基带负电荷的氨基酸2个个 Asp, Glu 性质：性质：pH 7 时完全解离，所以分子带负电荷时完全解离，所以分子带负电荷25 有些蛋白质含有个别特殊氨基酸，由根本氨基酸 修饰而来 5-羟赖氨酸和羟赖氨酸和4-羟脯氨酸是结缔组织胶原蛋白中的成分羟脯氨酸是结缔组织胶原蛋白中的成分COO-CH+H3NCH2CH2CHOHCH2NH3+H2NH2CCCH2CHOHCOO-H26 -羧基谷氨酸羧基谷氨酸存在于凝血酶原和其它存在于凝血酶原和其它与血液凝固有关的蛋白与血液凝固有关的蛋白COO-CH+H3NCH2CH-OOCCOO- 焦谷氨酸焦谷氨酸 存在于细菌视紫红质中存在于细菌视紫红

12、质中光驱动的质子泵蛋白光驱动的质子泵蛋白质质HNCCH2CH2CHOCOO-27 丝氨酸磷酸酯丝氨酸磷酸酯发现于涉及细胞生长和调理的蛋白质中发现于涉及细胞生长和调理的蛋白质中 COO-CH+H3NCH2OPO32-28 非蛋白氨基酸：生物体内不参与蛋非蛋白氨基酸：生物体内不参与蛋 白质组成的氨基酸白质组成的氨基酸 1、L-型型-氨基酸衍生物氨基酸衍生物 肌氨酸肌氨酸N-甲基甘氨甲基甘氨酸，酸， 一碳单位代谢中间物。一碳单位代谢中间物。 瓜氨酸、鸟氨酸、高丝氨瓜氨酸、鸟氨酸、高丝氨酸酸 COO-CHHNH2+CH3 2、-、-、-氨基酸氨基酸 -丙氨酸丙氨酸 H3N+CH2CH2COO- -氨基

13、丁酸氨基丁酸 H3N+CH2CH2CH2COO- 神经递质，传送神神经递质，传送神经激动的化学介质经激动的化学介质 蛋白质根本单位蛋白质根本单位氨基酸氨基酸 氨基酸的分类氨基酸的分类 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质31一氨基酸的两性解离一氨基酸的两性解离氨基酸氨基酸酸性？酸性？碱性？碱性？中性？中性？3233 氨基酸完全质子化时，可以视为二元酸 酸性氨基酸和碱性氨基酸可视为三元酸 3401aAHKA20aAHKA解离常数解离常数35B BA ApKa2 = 9.6pI = 5.97pKa1 = 2.3436 对于对于R基不解离的氨基酸，滴定曲线基不解离的氨基

14、酸，滴定曲线与与Gly类似，类似，pKa1的范围为的范围为2.0 - 3.0，pKa2的范围为的范围为9.0 10.0 对于类似于三元酸的酸性或碱性氨基对于类似于三元酸的酸性或碱性氨基酸，会出现三个酸，会出现三个pKa，pKa1，pKa2，pKa3，滴定曲线会复杂些。由于，滴定曲线会复杂些。由于pKa值接近，值接近，A、B 段或段或 B、C 段会重叠段会重叠 3738表表33 氨基酸的解离常数和等电点氨基酸的解离常数和等电点氨基酸氨基酸-COOH pKa+NH3 pKaR基基pKapIGly2.349.605.97Ala2.349.696.02Leu2.369.605.98Thr2.6310.

15、436.53Asp2.099.823.86（COOH）2.97Lys2.188.9510.5(+NH3）9.74His1.829.176.00（咪唑基）（咪唑基）7.59Phe1.839.135.4839 氨基酸在氨基酸在pKa值附近会有缓冲容值附近会有缓冲容量，量，His的的pKa为为6.0，恰处在生理，恰处在生理 pH附近，所以附近，所以His在生理条件下有在生理条件下有明显的缓冲作用明显的缓冲作用His的特殊性的特殊性40 在溶液在溶液pH值等于值等于pI时，氨基酸在电场中不挪时，氨基酸在电场中不挪动，所以溶液的动，所以溶液的 pH 值会改动氨基酸携带的电荷值会改动氨基酸携带的电荷量。普

16、通来说，处于量。普通来说，处于pI时，氨基酸为兼性离子形时，氨基酸为兼性离子形状两性电解质，电中性的氨基酸分子极少。状两性电解质，电中性的氨基酸分子极少。等电点等电点isoelectric pointpI 氨基酸或带电颗粒处于净电荷为氨基酸或带电颗粒处于净电荷为0的兼性离子形状时的兼性离子形状时, 介质的介质的pH值称等值称等电点，用电点，用pI表示表示, 也叫作等电也叫作等电pH41以以Gly为例计算氨基酸的为例计算氨基酸的pI01AHKaA20AHKaA 两式相乘两式相乘 02120AHAHAHKa KaAAA A+Ka1A0A-Ka242AA2212Ka KaHI122pKapKapI1

17、21 2pIpKapKa1211(2.349.60)5.9722pIpKapKa 等电点时等电点时 所以所以 两边取对数 整理整理 Gly的等电点的等电点 所以，pI是氨基酸 pKa1和pKa2的平均值43表表33 氨基酸的解离常数和等电点氨基酸的解离常数和等电点氨基酸氨基酸-COOH pKa+NH3 pKaR基基pKapIGly2.349.605.97Ala2.349.696.02Leu2.369.605.98Thr2.6310.436.53Asp2.099.823.86（COOH）2.98Lys2.188.9510.53(+NH3）9.74His1.829.176.00（咪唑基）（咪唑基）

18、7.59Phe1.839.135.4844231()2pIpKapKa 酸性或碱性氨基酸有三个酸性或碱性氨基酸有三个pKa，pI为与净为与净电荷为零的兼性离子相关的两个电荷为零的兼性离子相关的两个pKa之和的算之和的算术平均值术平均值碱性氨基酸碱性氨基酸如如Lys2311(8.95 10.53)9.7422LyspIpKapKaA2+Ka1A+A0A-Ka3Ka245121 2pIpKapKa酸性氨基酸酸性氨基酸如如 Asp1211(2.093.86)2.9822AsppIpKapKaA+Ka1A0A-A2-Ka3Ka2 蛋白质根本单位蛋白质根本单位氨基酸氨基酸 氨基酸的分类氨基酸的分类 氨基

19、酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质47 在在20个根本氨基酸中，除个根本氨基酸中，除Gly 没有没有旋光外，其他旋光外，其他19个都有手性，并且都是个都有手性，并且都是L-构型构型由于由于-C的不对称性，氨基酸是手性分子的不对称性，氨基酸是手性分子 Thr，Ile含二个手性含二个手性C，有四种光学异构体有四种光学异构体4849 胱氨酸也是一个特殊的氨基酸，它胱氨酸也是一个特殊的氨基酸，它 由由2个个Cys组成，可以有组成，可以有3种异构体种异构体50氨基酸氨基酸D(H2O)D(5 mol/L HCl)氨基酸氨基酸D(H2O)D(5 mol/L HCl)GlyArg+

20、12.5+27.6Ala+1.8+14.6Lys+13.5+26.0Val+5.6+28.3His-38.5+11.8Leu-11.0+16.0胱氨酸胱氨酸-232Ile+12.4+39.5Cys-16.5+6.5Ser-7.5+15.1Met-10.0+23.2Thr-28.5-15.0Phe-34.5-4.5Asp+5.0+25.4Tyr-10.0Asn-5.30+33.2(3 mol/L HCl)Trp-33.7+2.8(1 mol/L HCl)Glu+12.0+31.8Pro-86.2-60.4Gln+6.3.+31.8(1mol/L HCl)羟脯氨酸羟脯氨酸-76.0-50.5蛋白质

21、中常见蛋白质中常见L型氨基酸的比旋型氨基酸的比旋51 氨基酸在红外和远紫外区都有光吸氨基酸在红外和远紫外区都有光吸收，但在收，但在200-400nm的近紫外区，只需的近紫外区，只需芳香氨基酸有吸收芳香氨基酸有吸收 (波长) 摩尔消光系数 Phe 257nm 2.0 102 mol-1/L-1 Tyr 275nm 1.4 103 mol-1/L-1 Trp 280nm 5.61 103 mol-1/L-152 蛋白质在近紫外区也有吸收才干。蛋白质在近紫外区也有吸收才干。普通蛋白质的最大吸收波长为普通蛋白质的最大吸收波长为280 nm。 可利用可利用280nm波长的光吸收值检测波长的光吸收值检测蛋

22、白质纯度和区别蛋白质与核酸蛋白质纯度和区别蛋白质与核酸 肽和肽链的构造肽和肽链的构造 肽的物理化学性质肽的物理化学性质 活性多肽活性多肽 肽和肽链的构造肽和肽链的构造 肽的物理化学性质肽的物理化学性质 活性多肽活性多肽55 肽经过肽键由氨基酸线性聚合而成。肽键与酰胺键类似。最简单的肽是二肽，含几个氨基酸的肽可称为几肽，如八肽、十肽56 少于少于20个个氨基酸残基氨基酸残基的肽称为寡的肽称为寡肽，多于肽，多于20个氨基酸残个氨基酸残基的肽叫多基的肽叫多肽。肽。 为什么是为什么是氨基酸残基氨基酸残基而不是氨基而不是氨基酸？酸？57肽的命名肽的命名规定从规定从N-NH2端开场到端开场到C-COOH端

23、，氨基酸顺序从左向右端，氨基酸顺序从左向右 Ser-Gly-Phe，丝氨酰甘氨酰苯丙氨酸，丝氨酰甘氨酰苯丙氨酸 Phe-Gly-Ser，苯丙氨酰甘氨酰丝氨酸，苯丙氨酰甘氨酰丝氨酸 58H2NCH CCH2OOHNHCH CHONHCH CCH2OHOSer-Gly-PheNHCH CCH2OHOOHNHCH CHOH2NCH CCH2OPhe-Gly-Ser59 一切肽的主链构造都一样。主链由一切肽的主链构造都一样。主链由N-C-CN-C-C序列反复陈列，只是侧链序列反复陈列，只是侧链R R不同不同肽链的构造通式肽链的构造通式NHHCCONHHCCOR3R2COHCR1H2N 肽和肽链的构造肽

24、和肽链的构造 肽的物理化学性质肽的物理化学性质 活性多肽活性多肽611、熔点高 偶极离子 酸碱性：末端的-氨基和-羧基， 以及侧链R基上的可解离基团622、滴定曲线：与氨基酸类似，但更复杂多价离子等电点63肽肽COOH pKaNH3+ pKaR基基pKapIGlyAsp2.818.604.453.63GlyGly3.068.135.59AlaGly3.178.245.70GlyAla3.267.915.58GlyGlyGly3.267.915.68AlaAlaAlaAla3.427.945.68AlaAlaLysAla3.588.0110.589.30表表45 某些肽的某些肽的pKa64Gly

25、-Glu-Lys-Ala四肽甘氨酰谷氨酰赖氨酰丙氨酸的酸碱性质分析四肽甘氨酰谷氨酰赖氨酰丙氨酸的酸碱性质分析溶液的溶液的pH官能团解离带电情况官能团解离带电情况占优势占优势离子的离子的净电荷净电荷COOH侧链侧链COOHNH2NH2 3.5COOHCOOHNH3+NH3+23.7-4.5COOCOOHNH3+NH3+14.5-7.8COOCOONH3+NH3+07.8-10.2COOCOONH2NH3+-110.2COOCOONH2NH2-2653、化学反响、化学反响生成有色物质，肽的定性或定量测定生成有色物质，肽的定性或定量测定茚三酮反响茚三酮反响OOOHOH+H2NRHCOOHOOHOH+RCHO+NH3CO2+OOHOHOOHOHO+2NH3+ONH4ONOO+3H2O 含两个或两个以上肽键的含两个或两个以上肽键的化合物与化合物与CuSO4在碱性在碱性溶液中反响，生成蓝紫溶液中反响，生成蓝紫色复合物色复合物双缩脲反响双缩脲反响67利用该反响利用该反响可定性了解可定性了解蛋白质水解蛋白质水解程度，测定程度，测定蛋白质含量蛋白质含量二肽和氨基酸无此反响二肽