蛋白质化学-(4)(1)教学内容

蛋白质化学-(4)(1)没有蛋白质就没有生命。动物的毛和蚕丝的成分都是蛋白质，它们是重要的纺织原料；动物的皮可加工成柔韧的皮革；牛奶中的蛋白质——酪素除做食品外，还能和甲醛合成酪素塑料；酶的主要成分是蛋白质，酶广泛应用于食品、纺织、医药、制革和试剂等工业上。2自然界常见蛋白质的成分1大部分酶2胰岛素、生长激素3载体、4抗体5抗毒素、凝集素6部分抗原7神经递质的受体8朊病毒9糖被10单细胞蛋白11丙种球蛋白12细胞色素C13纤维蛋白原、凝血酶原14血红蛋白、肌红蛋白15细胞骨架16微管、微丝17干扰素18动物细胞间质19含蛋白质成分的食品如：豆浆、蛋清等3蛋白质在生命活动中的重要作用

１.酶的催化功能

２.控制生长和分化

３.转化和贮存功能

４.运动功能

５.结构支持作用

６.免疫保护作用

７.代谢调节功能

８.接受和传递信息

９.生物膜功能

10.感染和毒性作用

11.其它作用

43.1.2蛋白质的一般组成

蛋白质是由20种左右α-氨基酸组成的高分子有机物质，相对分子质量由数千至数千万。元素组成：C（53%）、H（7%）、O（23%）、N（16%）、S（1%）及P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等微量元素。蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：

蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.255氮折算系数食物折算系数食物折算系数全小麦粉5.83鸡蛋（整）6.25麦糠麸皮6.31蛋黄6.12麦胚芽5.80蛋白6.32麦胚粉5.70肉类和鱼类6.25燕麦5.83动物明胶5.55大麦、黑麦粉5.83乳与乳制品6.38小米6.31酪蛋白6.40玉米6.25人乳6.37大米及米粉5.95大豆（黄）5.71花生5.46其它豆类6.25杏仁5.18其它食品6.2563.2蛋白质的结构单元----氨基酸3.2.1氨基酸（aminoacid）的结构

氨基酸是羧酸分子中α-碳原子上的一个氢原子被氨基取代而成的化合物。因而，称为α-氨基酸。例外：赖氨酸，有两个氨基，一个在a位，一个在ε位3.2.1.1-氨基酸的结构通式或结构通式(投影式)两性物质光活性物质7氨基酸3.2.1.2氨基酸的分子构型D-和L-异构体，例外：甘氨酸？天然蛋白质中的氨基酸都属L型。83.2.2氨基酸的分类及其结构(1)按侧链R基的结构9含羟基或硫氨基酸甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）缬氨酸（Val,V）亮氨酸（Leu,L）异亮氨酸（Ile,I）一氨基一羧基氨基酸丝氨酸（Ser,S）苏氨酸（Thr,T）半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）10一氨基二羧基（酸性）氨基酸及酰胺天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）11二氨基一羧基（碱性）氨基酸组氨酸（His,H）赖氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）杂环氨基酸12杂环氨基酸组氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）色氨酸（Trp,W）-OH羟脯氨酸Hyp13芳香族氨基酸苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）14氨基酸(2)按侧链R基的极性15

1617

18人体必需氨基酸有八种：

MetTrpLysValIleLeuPheThr

“假设来借一两本书”重要概念：必需氨基酸：人和动物体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。从广义上讲，生物体能合成，但合成量较少，不足以维持正常生理，还必须由食物补充一部分，称为半必需氨基酸，如Arg、His。

19特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Gly无光学活性(opticallyinactive)

蛋白质多肽中Gly残基的存在将增加其结构区域的柔性，而Pro残基的存在则相反，将会增加其结构区域的刚性。＊甘氨酸20具环式结构的亚氨基酸(ringstructureandiminoacid)

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Pro蛋白质多肽中Pro残基的存在将会增加其结构区域的刚性，而Gly残基的存在则相反，将增加其结构区域的柔性＊＊脯氨酸21具有活性的巯基(activethiol)易氧化形成二硫键(disulfide

bond),可用作还原剂(reducingreagent)

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Cys半胱氨酸22

特殊氨基酸(Specialaminoacids)–His组氨酸侧链为一个咪唑基，在酸碱催化中起重要作用＊组氨酸23特殊氨基酸(Specialaminoacids)–Phe,Tyr和Trp蛋白质分子中Phe,Tyr和Trp残基的存在使得蛋白质在近紫外区(220-300nm)有特征性吸收＊苯丙氨酸酪氨酸色氨酸244.蛋白质分子中不常见(非标准)的L--氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为非标准(non-standard)氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本(标准)氨基酸衍生而来的。氨基酸2526在细胞内已发现的非蛋白组成成分的氨基酸有300多种，尽管它们不是蛋白质的构成成分，但具有广泛的生物学功能。如在尿素循环中的关键代谢中间产物：L-瓜氨酸：H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-COO－ONH3＋(Citrulline)L-鸟氨酸：H3N-CH2-CH2-CH2-CH-COO－NH3＋+(Ornithine)5.天然的非蛋白质氨基酸氨基酸存在于脑组织中，与脑组织营养及传递有关的：H2N-CH2-CH2-CH2-COOH（Y-氨基丁酸）27常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异。

溶解性：在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能使其从溶液中沉淀析出。(2)熔点：熔点极高，一般在200℃以上。(3)味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的味甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。

旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+)表示。(5)极性：R残基是亲水性的为极性氨基酸；疏水性的为非极性氨基酸。3.2.3氨基酸的主要物理性质28（6）光吸收可见光（390~770nm）：无光吸收。紫外光（220~300nm）：Phe（257nm）Tyr（275nm）Trp（280nm）

测定蛋白质浓度的基础。

29(1)氨基酸的离解性质及等电点BrÖnsted的酸碱理论，即广义酸碱理论。HAA-+H+酸碱质子3.2.4氨基酸的主要化学性质

氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。(又称酸碱质子理论)

30Asanacid（protondonor）：Asabase（protonacceptor）：氨基酸的两性解离31不同pH时，氨基酸以不同的离子化形式存在：当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctricpoint)，以pI表示。pH=pI

净电荷=0

pH<pI净电荷为正

pH>pI净电荷为负pH的影响32

实验证明在pI

时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。

当溶液的pH=pI时，氨基酸主要以两性离子形式存在。pH<pI时，氨基酸主要以正离子形式存在。pH>pI时，氨基酸主要以负离子形式存在。等电点正离子两性离子负离子H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-++H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR33氨基酸的等电点pl值相当于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pk值之和的一半；氨基酸的解离在一定的pH范围，α-氨基酸的α-氨基、α-羧基和可解离R基团均能解离。可以按照下列步骤分析氨基酸的解离：（1）将氨基酸盐酸盐（即质子化形式）看成多元酸，确定质子供体基团；（2）根据质子供体的解离常数写出该氨基酸盐酸盐的解离方程；（3）根据解离方程确定该氨基酸的等电形式及其解离趋势；（4）根据解离方程计算等电点或在一定pH下氨基酸不同解离形式的比例。等电点的计算34中性氨基酸：以Gly为例[H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97GlyK1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI时，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+]35酸性氨基酸，以Asp为例：Asp+Asp-Asp=Asp+36碱性氨基酸，以Lys为例：Lys++37甘氨酸滴定曲线甘氨酸盐酸盐（A+）等电点甘氨酸（A）一氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2甘氨酸钠（A-）38谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算一氨基二羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2二氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´2+pK´3BpK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mol数加入的OH-mol数pHpHAB39P82,思考题3Key：pH值从7下降到6，说明氨基酸溶于水的过程释放出质子，溶液存在如下平衡：

AA±+H2OAA-+H3O+

为了使氨基酸达到等电点，只有加酸才能使上述平衡向左移，因此，pI小于6.40（a）与亚硝酸（HNO2)的反应（2）氨基酸的化学反应

（氨基、羧基、侧链R基）α-氨基参加的反应

可用气体测定仪测定N2的量，测定氨基氮的含量;伯胺反应，赖氨酸的ε-氨基也能反应，但速度慢；41（b）与甲醛的反应（2）氨基酸的化学反应

一羟甲基衍生物二羟甲基衍生物甲醛测定法测定游离氨基或蛋白质的水解度42（c）酰基化反应

酰氯：苄氧羰酰氯（Cbz-Cl）:对甲苯磺酰氯(Tos-Cl)or5一二甲氨基萘-1-磺酰氯(dansylchloride,DNS):叔丁氧酰氯(Boc-Cl):酸酐：邻苯二甲酸酐：（R’＝酰基）or43Cbz-ClCbz-氨基酸举例1：氨基酸与苄氧酰氯（Cbz-Cl）的反应人工合成肽中保护氨基44氨基酸与5一二甲氨基萘-1-磺酰氯（dansylchloride,DNS）的反应举例2：测定微量AA有荧光45（d）烃基化反应

举例1：与2、4一二硝基氟苯的反应

2，4一二硝基氟苯（R’＝烃基）46DNFBDNP-氨基酸（稳定、黄色）肽链N端分析47桑格法(F.Sanger)O2N–FNO2+H–NH–CHCO–NH–肽链–COOH

-HFRO2N–NO2

–NH–CHCO–NH–肽链–COOH

RHCl△NO2O2N–

–NH–CHCOOH

R+其它各种氨基酸此法的缺点是在水解时，整个肽链都被破坏、所以在肽链上只能进行一次N–端分析。48举例2：与苯异硫氰酸（酯）的反应

PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸肽链N端分析49爱得曼（Edman)降解法这种方法是瑞士化学家爱得曼于1950年提出来的，其优点是每次测定肽链的其余部分不受影响而被保留下来，这样又获得了一个新的N-端氨基。用同样的方法可确定下一个氨基酸组分。50（e）脱氨反应氨基酸经氧化剂或酶（AA氧化酶）的作用，脱氨产生酮酸。是生物体内氨基酸分解代谢的重要方式之一。51(f)成盐作用R-CH-COOH+HClR-CH-COOH

NH2NH2·HCl52（a）成酯和成盐反应α-羧基参加的反应53酰化氨基酸对硝基苯酚酰化氨基酸对-硝基苯酯（活化酯）（式中Y＝酰基）人工合成肽54（b）酰氯化反应人工合成肽中和AA中的羧基活化。55（c）成酰胺反应体外：体内：Asp+NH4ATP酶Asn+Glu+NH4ATP酶Gln+56（d）脱羧基反应谷氨酸γ-氨酸丁酸胺57（e）叠氮反应人工合成肽中和AA中的羧基活化。氨基酸酰化氨基酸酰化氨基酸甲酯