第一章蛋白质化学课件

第一章蛋白质化学【目的与要求】§1.1蛋白质通论§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸蛋白质化学1.了解蛋白质对生物体的重要意义。2.了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的特点。3.掌握蛋白质的基本构成单体：氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。4.掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离与等电点含义、茚三酮反应及其应用。〔目的与要求〕蛋白质化学5.掌握蛋白质一级结构的概念；了解蛋白质一级结构的测定方法与思路，学会分析简单多肽的氨基酸顺序。6.理解并掌握蛋白质二级结构的概念；二级结构的基本类型：α-螺旋及β-折叠的结构特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特性；了解超二级结构及结构域的概念。7.了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。蛋白质化学8.充分理解蛋白质结构与功能的关系；从核糖核酸酶的变性与复性实验理解一级结构与空间结构的关系；以细胞色素C等为例充分理解一级结构与蛋白质生物学功能的关系；从血红蛋白与肌红蛋白的结构特性理解蛋白质空间结构与生物学功能的关系。9.掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些性质的生理意义及实践意义。10.了解蛋白质分离提纯的常用方法及基本原理。§1.1蛋白质通论一.蛋白质的生物学意义(一)蛋白质是生命活动的物质基础1、是遗传规定的具有唯一氨基酸顺序的多肽链，在生命过程中起着关键的作用。§1.1蛋白质通论一.蛋白质的生物学意义(一)蛋白质是生命活动的物质基础2、生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的45%，占细菌干重的50～70%。§1.1蛋白质通论(二)蛋白质的生物学功能1.作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。2.调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。3.运输载体：如红细胞中运输O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。§1.1蛋白质通论5.参与机体的防御：

机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。6.接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。8.其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。

所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。§1.1蛋白质通论二、蛋白质的分类1.根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质2.根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。3.根据组成分：（1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。§1.1蛋白质通论三.蛋白质的水解1.酸水解条件：5～10倍的20%的盐酸煮沸回流16～24小时，或加压于120℃水解2小时。优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-α-氨基酸，产物单一，无消旋现象。缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。§1.1蛋白质通论2.碱水解条件：4mol/LBa(OH)2或6mol/LNaOH煮沸6小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37～40℃，pH值5～8。优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点：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析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸一.蛋白质的元素组成蛋白质是有机化合物，离不开C、H、O三种元素，还含有N、P、S、金属元素等。含量%：50～556～720～2315～170.3～3微量或无元素组成：CHONS其它蛋白质中N是特征元素，且含量恒定，为16%左右，即16克氮/100克蛋白质，故可以用定氮法测量蛋白质含量，即：每100克蛋白质含氮16克，100/16=6.25克蛋白质含氮1克。所以，每克样品含氮量×6.25×100=100克样品蛋白质含量（克%）。

有些蛋白质含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I等。

§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸二、蛋白质分子的基本组成单位——氨基酸（一）氨基酸的结构通式：1、构成蛋白质的氨基酸均为L-α-氨基酸。2、除R为H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。3、各种氨基酸的区别在于侧基R基上。从氨基酸的结构通式可以看出：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（二）氨基酸的构型：构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有α-碳原子，在空间各原子有两种排列方式：L-构型与D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系，下图以丙氨酸为例：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（三）氨基酸的结构与分类1、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：

（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸（3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、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、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸2、按侧基R基的结构特点分：

（1）脂肪族氨基酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸3、按侧基R基与水的关系分：

（1）非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、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、脯氨酸。（2）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4、按氨基酸是否能在人体内合成分：

（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）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要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸二十种氨基酸的名称和结构如图所示:§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：组氨酸亚氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（四）蛋白质中不常见的氨基酸羟-脯氨酸、羟-赖氨酸、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基赖氨酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（五）非蛋白氨基酸鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、β-丙氨酸、γ-氨基丁酸等§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸三.氨基酸的理化性质（一）物理性质1.形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2.溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3.熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200℃，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。4..旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.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有光的吸收。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（二）化学性质1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可电离出H+，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形式存在，如下图所示：

§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。在某一pH环境下，以两性离子（兼性离子）的形式存在。该pH称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液pH。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸2.由α-氨基参加的反应：

(1)与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，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基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。(2)与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用NaOH滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸(3)与2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反应（Sanger反应）：生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。(4)与苯异硫氰酸酯（PITC）反应（Edman反应）：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。(5)与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：生成荧光物质DNS-氨基酸。（3）、(4)、(5)反应用于蛋白质的N-末端的测定。（3）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应NO2FO2N+HN—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱碱性DNP-氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”Edman（苯异硫氰酸酯法）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。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸H2N—CH—COOH+RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.740℃NCH3CH3O=S=OHN—CH—COOHRDNS-氨基酸取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高(5)与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸3.α-羧基参加的反应：(1)与碱反应成盐(2)与醇反应成酯(3)与酰化试剂反应成酰氯§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4.α-氨基与α-羧基共同参加的反应(1)与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4.α-氨基与α-羧基共同参加的反应

(2)成肽反应：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸(1)

Millon反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。

Millon试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。

产物：红色的化合物。(2)

Folin反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。

Folin试剂：磷钼酸、磷钨酸混合溶液。