刘老师第三章蛋白质化学ppt课件

1、第三章第三章 蛋白质化学蛋白质化学蛋白质蛋白质- -英文为英文为“ProteinProtein第一重要第一重要第一节第一节 蛋白质分子的组成成分蛋白质分子的组成成分 一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解三、蛋白质的根本单位三、蛋白质的根本单位氨基酸氨基酸一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成主要的：主要的： C H O N S 5055% 68% 2023% 1319% 04% 微量的：微量的： P Fe Cu Zn Mo I Se 大多数蛋白质含氮量较恒定，平均大多数蛋白质含氮量较恒定，平均16%，即即1g氮相当于氮相当于6.25g蛋白质。蛋白质。6.2

2、5称为蛋白称为蛋白质系数。质系数。 每克样品含氮量每克样品含氮量6.25100=蛋白质含量蛋白质含量g%二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解w1.1.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，或加压于小时，或加压于120120水解水解2 2小时。小时。 优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为终产物为L-L-氨基酸，产物单一，无氨基酸，产物单一，无消旋景象。消旋景象。 缺陷：色氨酸破坏，并产生一种黑色缺陷：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。的物质：腐黑质，水解液呈黑色。二、蛋白

3、质的水解二、蛋白质的水解w2.2.碱水解碱水解条件：条件：4mol/L Ba(OH)24mol/L Ba(OH)2或或6mol/L 6mol/L NaOHNaOH煮沸煮沸6 6小时。小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。坏，水解液清亮。缺陷：产生消旋产物，破坏的氨缺陷：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，普通很少运用。基酸多，普通很少运用。二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解w3.3.蛋白酶水解蛋白酶水解条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温酶，常温37374040， pH pH值值5 58 8 。优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋优点

4、：氨基酸不被破坏，不发生消旋景象。景象。缺陷：水解不完全，中间产物多。缺陷：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。析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。 蛋白质蛋白质 月示月示 胨胨 多肽多肽 二肽二肽 氨基酸氨基酸 104 5000 2000 1000500 200 100 蛋白质的水解产物：蛋白质的水解产物：饱和硫饱和硫酸铵，酸铵，硫酸锌硫酸锌沉淀沉淀煮煮沸沸凝固凝固磷钨酸磷钨酸等复盐等复盐沉淀沉淀三、蛋白质的根本单位三、蛋白质的根本单位氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质多聚氨基酸多聚氨基酸 如图如图什么是氨基

5、酸呢？什么是氨基酸呢？ 牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成w含有氨基的羧酸含有氨基的羧酸氨基酸氨基酸AAAAw1. 1. 化学构造化学构造wR-CH(NH2)-COOHR-CH(NH2)-COOHwR R 代代 表表 氨氨 基基 酸酸 之之 间间 相相 异异 的的 部部 分分 ， 叫叫 R R 基基 (R group) (R group)， 又又 称称 为为 侧侧 链链 (sidechain) (sidechain) 。w无色晶体、溶于水无色晶体、溶于水不带电方式不带电方式 H2NCHCOOHR 酪氨酸分子酪氨酸分子 2. 2. 构造通式构造通式w地地 球球 上上 天天 然然 形形 成成 的的

6、 氨氨 基基 酸酸 有有 300 300 种种 以以 上上 ， 但但 是是 构构 成成 蛋蛋 白白 质质 的的 氨氨 基基 酸酸 只只 有有 22 22 种种 , , 且都是且都是-氨基酸能够还存在更多氨基酸能够还存在更多的。的。w提问：什么是提问：什么是-氨基酸？氨基酸？w答：答：-C-C-C-C-COOH-C-C-C-C-COOHw w-C-C-C-C(NH2)-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸氨基酸 w-C-C-C(NH2)- C - COOH -C-C-C(NH2)- C - COOH -氨基酸氨基酸 w-C-C(NH2)- C - C - COOH -C-C(

7、NH2)- C - C - COOH -氨基酸氨基酸一、构成蛋白质的氨基酸一、构成蛋白质的氨基酸1 1、按酸碱性质分类：、按酸碱性质分类：1 1酸性氨基酸：一氨基二羧基氨酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸天冬氨酸、谷氨酸基酸天冬氨酸、谷氨酸2 2碱性氨基酸：二氨基一羧基氨碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸基酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸3 3中性氨基酸：一氨基一羧基氨中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮基酸甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天

8、冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸苏氨酸2 2、按侧基、按侧基R R基的构造特点分：基的构造特点分：1 1脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸2 2芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸酪氨酸3 3杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸杂环氨基酸：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：甘氨酸、丙氨酸、非极性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、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、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。脯氨酸。2 2极性不

9、带电氨基酸：天冬酰胺、谷极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。3 3极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。4 4、按氨基酸能否能在人体内合成分：、按氨基酸能否能在人体内合成分：1 1必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必需从食物中摄取，有八种：赖氨酸、酸，必需从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。2 2非必需氨基酸：指人体内可以

10、合成的氨非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。基酸。有十种。3 3半必需氨基酸：指人体内可以合成但合半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需求特别是婴幼儿时期成量不能满足人体需求特别是婴幼儿时期的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。 20种根本氨基酸图示w构构 成成 蛋蛋 白白 质质 的的 前前 二二 十十 种种 氨氨 基基 酸酸 的的 名名 称称 、 符符 号号 、 化化 学学 结结 构构 和和 疏疏 水水 性性 指指 数数 。 指指 数数 愈愈 正正 表表 示示 疏疏 水水 性性 愈愈 强强 。 天冬氨酸天冬氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸组

11、氨酸组氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸谷氨酸谷氨酸黑色素、甲亢黑色素、甲亢脑白金脑白金苯丙氨酸苯丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸蛋白质中不常见的氨基酸蛋白质中不常见的氨基酸NHHOCOOH4-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 二非蛋白氨基酸二非蛋白氨基酸 鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、

12、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第二节氨基酸的性质第二节氨基酸的性质一、氨基酸的光学活性和光吸收值一、氨基酸的光学活性和光吸收值二、氨基酸的解离和两性性质二、氨基酸的解离和两性性质三、氨基酸的化学反响三、氨基酸的化学反响一、氨基酸的光学活性和光吸收值一、氨基酸的光学活性和光吸收值w构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有有-碳原子，在空间各原子有两种陈列碳原子，在空间各原子有两种陈列方式：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，互为镜像关系。像左右手的关系，互为镜像关系。旋光性：除甘氨酸外

13、的氨基酸均有旋光性。旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，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大在近紫外区含苯环氨基酸大键有光的吸键有光的吸收。蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室收。蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在利用紫外分光光度仪在280nm280nm处测定蛋白质处测定蛋白质含量；含量；以以丙丙氨氨酸酸为为例：例：二、氨基酸的解离和两性性质二、氨基酸的解离和两性性质 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，又含有羧基，可电离出离出H+H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下

14、，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方式存在，如以下图所示：氨基酸以两性离子的方式存在，如以下图所示： “ + + “ 不带电不带电 “ pIpI等电点时的等电点时的pHpH不同氨基酸等电点不同氨基酸等电点pIpI不同不同提问：为什么？提问：为什么？H3NCHCOOHR+酸性溶液中酸性溶液中pHpHpIpIH3NCHCOO-R+在晶体形状在晶体形状或水溶液中或水溶液中即等电点即等电点pIpIH2NCHCOO-R碱性溶液中碱性溶液中pHpHpIpI-R -R 有电性区别有电性区别 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，所以具有两性电离

15、的性质，现以碱滴定，所以具有两性电离的性质，现以甘氨酸为例来阐明氨基酸两性电离的特点。甘氨酸为例来阐明氨基酸两性电离的特点。甘氨酸的电离酸碱滴定曲线：甘氨酸的电离酸碱滴定曲线：从左向右是用从左向右是用NaOHNaOH滴滴定的曲线，溶液的定的曲线，溶液的pHpH由由小到大逐渐升高；从右小到大逐渐升高；从右向左是用盐酸滴定的曲向左是用盐酸滴定的曲线，溶液的线，溶液的pHpH由大到小由大到小逐渐降低。曲线中从左逐渐降低。曲线中从左向右第一个拐点是氨基向右第一个拐点是氨基酸羧基解离酸羧基解离50%50%的形状，的形状，第二个拐点是氨基酸的第二个拐点是氨基酸的等电点，第三个拐点是等电点，第三个拐点是氨基

16、酸氨基解离氨基酸氨基解离50%50%的形的形状。状。 w由氨基酸的滴定曲线，可用以下由氨基酸的滴定曲线，可用以下 Henderson-Hasselbalch Henderson-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。氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算:w中性氨基酸：中性氨基酸：pK1pK1为为-羧基的解离常数羧基的解离常数, ,pK2pK2为为-氨基的解离常数。氨基的解离常数。pI=(pK1

17、+ pK2)/2氨基酸等电点氨基酸等电点PI的计算的计算中性氨基酸：PI=1/2pk1+pK2)酸性氨基酸：PI=1/2pk1+pKR)碱性氨基酸：PI=1/2pk2+pKR)w中性氨基酸中性氨基酸pIpI普通为普通为6.06.0w 提问：为什么偏酸性？提问：为什么偏酸性？w 答：答：-COOH-COOH解离程度略大于解离程度略大于-NH2-NH2的得电子才干的得电子才干w提问：酸性氨基酸的提问：酸性氨基酸的pI(pI(更偏酸、更偏酸、更偏碱？更偏碱？w 答：更酸答：更酸3.0 3.0 左左 右右w 碱碱 性性 氨氨 基基 酸酸pI pI 更更 碱碱7.67.610.7)( 10.7)( 只只

18、 有有 三三 种种w 提提 问：问： 大大 多多 数数 氨氨 基基 酸酸 在在 中中 性性pH=7pH=7 时，时， 带带 电？电？- - 等电点时的氨基酸等电点时的氨基酸溶解度溶解度最小，易于沉淀最小，易于沉淀w提问：为什么？提问：为什么？ 较小的同性排斥较小的同性排斥三、氨基酸的化学反响三、氨基酸的化学反响w由由-氨基参与的反响：氨基参与的反响：(1) (1) 与亚硝酸反响：放出氮气，氮气的一与亚硝酸反响：放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常半来自氨基氮，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情况下测定生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反响可用于测

19、定蛋白质的水基酸的量，此反响可用于测定蛋白质的水解程度。解程度。2 2与甲醛的反响：氨基酸的甲醛滴定法与甲醛的反响：氨基酸的甲醛滴定法 用过量的中性甲醛与氨基酸反响，可游离出氢离子，用过量的中性甲醛与氨基酸反响，可游离出氢离子，然后用然后用NaOHNaOH滴定，从耗费的碱量可以计算出氨基酸的含滴定，从耗费的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。量。此法称为间接滴定法。RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+ H+OH-中和滴定中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)23 3酰化反响：酰化反响：RCHCOOHNH2RCHCOOH + HCL

20、 NHCO RRCOCL与苄基苯甲氧甲酰氯反响：与苄基苯甲氧甲酰氯反响：COOHCOOH4 4与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反响：的反响：-肽链末端分析肽链末端分析NO2FO2N+ HNCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱碱性弱碱性DNP-氨基酸氨基酸5 5成盐反响：成盐反响：RCHCOOH + HClNH2RCHCOOH NH2HCl6 6与醛类的反响：与醛类的反响：西佛碱西佛碱由由-羧基参与的反响：羧基参与的反响：1 1成盐反响：成盐反响：AA + 碱碱盐盐AA + NaOH 氨基酸钠盐氨基酸钠盐(重金属盐不溶于水重金属盐不溶于水)2

21、2成酯反响：成酯反响：RCHCOOH + C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2 HCl气 当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。出来。3 3酰化反响：酰化反响：YNHCRHCOOH + PCl5酰化氨基酸酰化氨基酸YNHCRHCOCl酰化氨基酰氯酰化氨基酰氯 使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的任务上常用。氨基结合，在合成肽的任务上常用。4 4脱羧反响：脱羧反响：H2NCHRCOOH脱羧酶脱羧酶CO2 + RCH2NH2

22、胺胺-氨基与氨基与-羧基共同参与的反响羧基共同参与的反响 茚三酮可与脯氨酸、羟脯氨酸生成黄茚三酮可与脯氨酸、羟脯氨酸生成黄色化合物，与其它氨基酸生成蓝紫色化合色化合物，与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。物。蛋白质的颜色反响蛋白质的颜色反响反响称号反响称号试试 剂剂颜色颜色反响有关基反响有关基团团有此反响的有此反响的蛋白质或氨蛋白质或氨基酸基酸双 缩 脲 反双 缩 脲 反响响N a O H 、CuSO2紫 色 或紫 色 或粉红色粉红色二 个 以 上二 个 以 上肽键肽键一切蛋一切蛋白质白质米伦反响米伦反响H g N O 3 、Hg(NO3)2、HNO3红色红色 Tyr黄色反响黄色反响浓浓 H N O

23、 3H N O 3 及及NH3NH3黄 色 、黄 色 、橘色橘色 T y r 、Phe乙 醛 酸 反乙 醛 酸 反响响乙醛酸试剂乙醛酸试剂及浓及浓H2SO4H2SO4紫色紫色 Try坂口反响坂口反响SakaguchiSakaguchi-萘酚、萘酚、NaClO红色红色胍基胍基Arg酚试剂反响酚试剂反响FolinuFolinu碱性碱性CuSO4CuSO4及磷钨酸及磷钨酸- -钼酸钼酸蓝色蓝色酚 基 、 吲酚 基 、 吲哚基哚基Tyr OHN第三节氨基酸的分别与测定第三节氨基酸的分别与测定w层析法层析法w电泳法电泳法w氨基酸的显色反响氨基酸的显色反响一、层析法一、层析法 层析法是利用被分别样品混合物中各组分层析法是利用被分别样品混合物中各组分的化学性质的差别，使各组分以不同程度分布的化学性质的差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，这两个相一个为固定相，另一个在两个相中，这两个相一个为固定相，另一个为流动相。当流动相流进固定相时，由于各组为流动相。当流