第三章蛋白质

第三章蛋白质

蛋白质是生命活动的体现者

1.酶：作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必需，酶的另一化学本质是RNA，不过它比蛋白质差远了（种类、速度、数量）。

2.免疫系统：防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体）。抗体。

3.肌肉：肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。

4.运输和储存氧气：Hb和Mb。5.基因表达调节：操纵子学说，阻遏蛋白。第一节引言FirefliesemitlightcatalyzedbyluciferasewithATPErythrocytes（红细胞）containalargeamountofhemoglobins,theoxygen-transportingprotein.6.生长因子：EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长因子），促使细胞分裂。7.信息接收：激素的受体，糖蛋白，G蛋白。8.结构成分：胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定。9.精神、意识方面：记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。10.蛋白质是遗传物质？只有不确切的少量证据。如库鲁（kuru）

病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。Theproteinkeratinisthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.蛋白质是生物功能的主要载体，而氨基酸(aminoacid，AA)是蛋白质的构件分子。自然界中存在的成千上万种蛋白质，在结构和功能上的惊人的多样性归根到底结底是由20种常见氨基酸的内在性质造成的。这些性质包括：①聚合能力，②特有的酸碱性质，③侧链的结构及其化学功能的多样性，④手性。

第二节氨基酸各种生物体内已发现了180多种氨基酸（aminoacid，AA）参与组成蛋白质的氨基酸只有20种，称为蛋白质氨基酸；某些蛋白质中的稀有氨基酸组分都是基本氨基酸参入多肽链后经酶促修饰形成的，不参与蛋白质组成的氨基酸，称为非蛋白质氨基酸。

氨基酸是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：（1）与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。（2）除甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子。所以：A.氨基酸都具有旋光性。

B.每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。一、蛋白质氨基酸的结构及分类

（一）氨基酸结构通式构成蛋白质的氨基酸有20种均为α-氨基酸（脯氨酸例外）共同结构为在同一碳原子上有羧基、氨基与氢不同点为侧链R基不同+（二）氨基酸的分类

中性氨基酸1）按R基团的酸碱性分酸性氨基酸碱性氨基酸疏水性R基团氨基酸2）按R基团电性质分不带电荷极性R基团的氨基酸带电荷R基团的氨基酸

脂肪族氨基酸3）按R基团的化学结构分芳香族氨基酸杂环族氨基酸1.常见的蛋白质氨基酸（1）Nonpolar,aliphaticRgroupsGly无旋光性侧链疏水缩写符号-甘Gly-丙Ala-缬Val-亮Leu-脯Pro-异亮Ileα-氨基-γ-甲基戊酸α-氨基-β-甲基戊酸β-吡咯烷基-α-羧酸非极性、脂肪族侧链氨基酸甲硫氨酸为非极性半胱氨酸为极性缩写符号-甲硫Met-半胱Cys两种含硫氨基酸α-氨基-γ-甲硫基丁酸α-氨基-β-巯基丙酸（2）NegativelychargedRgroups侧链亲水侧链酸性基团缩写符号-天冬Asp-谷Gluα-氨基丁二酸α-氨基戊二酸酸性电离侧链氨基酸（3）PositivelychargedRgroups侧链亲水侧链碱性基团缩写符号-赖Lys-精Arg-组Hisα,ε-二氨基己酸α-氨基-δ-胍基戊酸α氨基-β-咪唑基丙酸碱性电离侧链氨基酸（4）AromaticRgroups苯丙氨酸、色氨酸侧链疏水酪氨酸侧链亲水缩写符号-苯丙Phe-酪Tyr-色Trpα-氨基-β-苯基丙酸α-氨基-β-对羟苯基丙酸α-氨基-β-吲哚基丙酸芳香族（苯环）侧链氨基酸色氨酸λ=280nm酪氨酸λ=275nm苯丙氨酸λ=257nm蛋白质UV特征吸收：λ=280nm笨饼烙涩（5）Polar，unchargedRgroups侧链亲水缩写符号-丝Ser-苏Thr-半胱Cys-天冬酰胺Asn-谷氨酰胺Glnα-氨基-β羟基丙酸α-氨基-β羟基丁酸α-氨基-β巯基丙酸极性、非电离侧链氨基酸

构成蛋白质的20种氨基酸alanine 丙氨酸 Ala

Aarginine 精氨酸 Arg

Rasparagine 天冬酰胺 Asn

N（B）asparticacid 天冬氨酸 Asp

D（B）cystine 半胱氨酸 Cys

Cglutarmine 谷氨酰胺 Gln

Qglutarmicacid谷氨酸Glu

Eglycine 甘氨酸 Gly

Ghistidine 组氨酸 His

Hisoleucine 异亮氨酸 Ile

ILeucine亮氨酸 Leu

L

lysine 赖氨酸 Lys

Kmethionine 甲硫氨酸 Met

MPhenylalanine苯丙氨酸

Phe

Fproline 脯氨酸 Pro

Pserine 丝氨酸 Ser

Sthreonine 苏氨酸 Thr

Ttryptophan 色氨酸 Trp Wtyrosine 酪氨酸 Tyr Yvaline 缬氨酸 Val

V没用于表示氨基酸的英文字母有几个?是哪些?B，O，U，X氨基酸结构小结1.甘Gly（最特殊，唯一无旋光性），丙Ala，苯丙Phe（顾名思义）2.酪Tyr（β-苯酚基），半胱Cys（β-巯基），丝Ser（β-羟基），苏Thr（β-羟基），天冬Asp（酸性，β-羧基），天冬酰胺Asn（β-酰胺），色Trp（β-吲哚基），组His（β-咪唑基）3.谷Glu（酸性，γ-羧基），谷氨酰胺Gln（γ-酰胺），甲硫Met（γ-甲硫基）4.精Arg（δ-胍基）5.赖Lys（碱性，ε-氨基）6.缬Val，亮Leu，异亮Ile都是烷烃链7.脯Pro（亚氨基）人体所需的八种必需氨基酸甲硫氨酸（Met）色氨酸（Trp）赖氨酸（Lys）

缬氨酸（Val）异亮氨酸（Ile）

亮氨酸（Leu）

苯丙氨酸（Phe）苏氨酸（Thr）婴儿时期所需:精氨酸（Arg）、组氨酸（His）早产儿所需：色氨酸（Try）、半胱氨酸（Cys）假设来写一两本书2.不常见的蛋白质氨基酸构成蛋白质的编码氨基酸为20种。编码氨基酸经过化学修饰产生的非编码氨基酸，例如5-羟色氨、磷酸丝氨酸、磷酸精氨酸等。3.非蛋白质氨基酸除蛋白质中的氨基酸外，迄今发现150种非蛋白质氨基酸，例如鸟氨酸、瓜氨酸、γ-氨基丁酸等，这些非蛋白质氨基酸大多是L-型α-氨基酸的衍生物，有些是代谢中间产物，有些是结构成分等。

1.一般物理性质

常见氨基酸均为无色结晶，其形状因构型而异（1）溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大；能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。（2）

熔点：氨基酸的熔点极高，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、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。二、氨基酸的理化性质（4）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）光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区（<220nm）均有光吸收。在近紫外区（220-300nm）只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。笨饼烙涩2.氨基酸的解离氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化（-NH3+）形式存在，羧基是以离解状态（-COO-）存在。

在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。pH1710净电荷+10-1

正离子两性离子负离子等电点pI氨基酸的酸碱性质

根据酸碱质子理论，HAA-

＋H+

氨基酸是两性电解质，既是质子供体，又是质子受体。当氨基酸完全质子化时，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以发生解离，用Ka表示它们的解离常数；在氨基酸溶液中，pH值计算公式如下：

pH=pKa＋lg（质子受体/质子供体）

当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKa1和pKa2的算术平均值：

pI=（pKa1+pKa2）/2

3.氨基酸的等电点（Isoelectricpoint,pI）两性电解质净电荷为零时溶液的pH称为等电点等电点时，两性电解质在电场中不移动侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值pI=pk1+pK2/2COOHCOOHH3N-C-HCH2CH2+COOHCOO-H3N-C-HCH2CH2+COO-COO-H3N-C-HCH2CH2+COO-COO-H2N-C-HCH2CH2Kα12.19Kα39.67Kα24.25A+A0A-A2-谷氨酸的解离pIGlu=1/2（pKα1+pKα2

）=1/29（2.19+4.25）=3.22对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pKa值的算术平均值。

酸性氨基酸：pI=(pKa1+pKaR-COO-)/2

碱性氨基酸：pI=(pKa2+pKaR-NH2)/2

当pH等于等电点时，氨基酸不带电荷；当pH大于等电点时，氨基酸带净负电荷；当pH小于等电点时，氨基酸带净正电荷！在一定的pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈大。4.氨基酸的光学活性和光谱性质酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103笨饼烙涩

VanSlyke三、氨基酸的化学反应（一）α-氨基参加的反应1.与亚硝酸的反应+H2NCHCOOHRHNO2HOCHCOOHR+H2O+N2在标准条件下测定生成的氮气体积，即可计算出氨基酸的量，是Vanslyke法测定氨基酸的基础。此法可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。2.与酰化试剂反应H2NCHCOONaR+在弱碱中苄氧酰氯CH2-O-C-CI=OOCOOHCH2-O-C-N-CH+Na++CI-=H苄氧酰氨基酸氨基酸的氨基与酸酐在弱碱溶液中发生作用时，氨基即被酰基化。酰化试剂在多肽和蛋白质的人工合成中用作氨基的保护试剂。

二硝基苯基氨基酸（黄色）与2，4-二硝基氟苯的反应

3.烃基化反应反应特点：A.为α-NH2的反应B.氨基酸α-NH2的一个H原子可被烃基取代（卤代烃）C.在弱碱性条件下，与DNFB发生芳环取代，生成2，2，二硝基苯氨基酸应用：鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸虽然多肽侧链上的ε-NH2、酚羟基也能与DNFB反应，但其生成物容易与α-DNP氨基酸区分和分离。首先被英国的Sanger用来鉴定多肽、蛋白质的N末端氨基酸。

由Edman于1950年首先提出为α-NH2的反应用于N末端分析，又称Edman降解法与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应N=C=S+H2NCHCOOHR在弱碱中NS=CRHNCC=OHOHH+硝基甲烷NS=CRNCC=OH苯异硫氰酸酯苯氨基硫甲酰衍生物苯乙内酰硫脲衍生物氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）PITC与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应1）肽链（N端氨基酸）与PITC偶联，生成PTC-肽2）环化断裂：最靠近PTC基的肽键断裂，生成PTC-氨基酸（苯氨基硫甲酰-）和少一残基的肽链，同时PTC-氨基酸环化生成PTH-氨基酸3）分离PTH-氨基酸（无色）4）层析法鉴定

Edman降解法的改进方法

---DNS-Edman降解法用DNS（二甲基萘磺酰氯）测定N端氨基酸原理DNFB法相同但水解后的DNS-氨基酸不需分离，可直接用电泳或层析法鉴定由于DNS有强烈荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，比Edman法高几到十几倍可用于微量氨基酸的定量样品最低用量可在5pmol

（二）α-氨基和α-羧基共同参加的反应1.与茚三酮的反应（颜色反应）氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮。

NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。

反应要点：

A.该反应由-NH2与-COOH共同参与

B.茚三酮是强氧化剂

C.该反应非常灵敏，可在570nm测定吸光值

D.测定范围：0.5~50µg/ml

用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定量，记录结果。

E.脯氨酸或羟脯氨酸与茚三酮反应，并不释放NH3，直接生成亮黄色物质应用

A.氨基酸定量分析（先用层析法分离）

B.氨基酸自动分析仪（三）α-羧基参加的反应氨基酸的α-羧基和其他有机酸的羧基一样，在一定的条件下可以发生成盐、成酯、成酰氯、成酰胺以及脱羧和叠氮化等反应。1.成酰氯反应：+-COOHHN-保护基CHRPCI5HN-保护基CH-COOCIR+PCI3+HCI这个反应可使氨基酸的羧基活化，使它容易与另一氨基酸的氨基结合，因此在多肽人工合成中很重要。2.脱羧基反应R-CH-COOHNH2脱羧酶R-CH2-NH2CO2+在生物体内氨基酸经氨基酸脱羧酶作用，放出二氧化碳并生成相应的一级胺。COO-COO-H3N-C-HCH2CH2+脱羧酶COO-H2N-C-HCH2CH2HCO2+γ-氨基丁酸氨基酸化学反应小结与α-氨基反应氨基酸+环烃及其衍生物——鉴定多肽，蛋白质的N-末端与α-羧基反应α-氨基，α-羧基共同参加的反应1）氨基酸+茚三酮——定性鉴定，测定氨基酸2）氨基酸+氨基酸——肽侧链R基参加的反应

小结二十种氨基酸的结构、分类及名称（三字缩写符、单字缩写符）氨基酸的重要理化性质：两性解离、等电点、与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应、与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应，与丹磺酰氯(DNS)的反应，茚三酮显色除甘氨酸外其他氨基酸都有光学活性。氨基酸分析分离方法主要是基于氨基酸的酸碱性质和极性大小。参与蛋白质组成的氨基酸中色氨酸，酪氨酸和苯丙氨酸在紫外区有光吸收，这是紫外吸收法定量蛋白质的依据。四、氨基酸混合物的分析分离交换层析：用离子交换树脂作支持剂的层析法。离子交换树脂是具有碱性或酸性基团的人工合成聚苯乙烯-苯二乙烯等不溶性高分子化合物。聚苯乙烯-苯二乙烯是离子交换树脂的基质，带电基团是通过后来的化学反应引入基质的。树脂一般都制成球形的颗粒。阳离子交换树脂含有的酸性基团如—SO3H或—COOH可解离出H+，当溶液中含有其他阳离子时，例如在酸性环境中的氨基酸阳离子时，它们可以和H+发生交换而“结合”在树脂上。在交换柱中，树脂先用碱处理成钠型，将氨基酸混合液（pH2-3）上柱。在pH2-3时，氨基酸主要以阳离子的形式存在，与树脂上的钠离子发生交换而“挂”在树脂上。+-COOHNH3CHR+-COOHNH3CHR+树脂-SO-3.+H+Na+树脂-SO-3.H+（氢型）树脂-SO-3.Na+（钠型）