生化蛋白质化学

生化蛋白质化学第1页/共68页1.蛋白质是生物体内的结构高分子

蛋白质占干重人体中（中年人）人体45%水55%

细菌50%~80%蛋白质19%

真菌14%~52%脂肪19%

酵母菌14%~50%糖类＜1%

白地菌50%无机盐7%

2.蛋白质是一种生物体内的功能高分子

（1）酶的催化作用（2）调节作用(多肽类激素)

（3）运输功能（4）运动功能（5）免疫保护作用(干扰素)

（6）接受、传递信息的受体（7）毒蛋白第2页/共68页

第一节蛋白质分子组成成分一.元素组成这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50—55％氮15—17%铁,锌,锰,钼,碘,铜等氢6—8％硫0—4％氧20—23％磷0—1%蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。其中氮含量较恒定，平均16%。一克氮=6.25克蛋白质。这是凯氏定氮法的依据。第3页/共68页二.蛋白质的水解

酸水解：蛋白质氨基酸碱水解：蛋白质氨基酸酶水解：蛋白质氨基酸证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位第4页/共68页RCHNH3+COO-三.基本组成单位氨基酸（一）氨基酸的结构通式1.特点氨基酸的结构决定了有如下特点：①具有酸性的羧基和碱性的氨基②

α-碳为手性碳原子③由于R侧链不同或分子型离子型第5页/共68页2.非蛋白氨基酸NH2CH2CHCOOHCH2CH2NH2CONHCH2CHCOOHCH2OHNH2

高丝氨酸：β-丙氨酸：γ-氨基丁酸：鸟氨酸：瓜氨酸：第6页/共68页HONCOOHH高半光氨酸：HS-CH2-CH2-CH-COOHNH24-羟脯氨酸：胱氨酸：H2N-CH-CH2-S-S-CH2-CH-NH2COOHCOOH4-羟赖氨酸：H2N-CH2-CH-CH2-CH2-CH-COOHOHNH2

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中性AA（15种）（1）按R基团的酸碱性分类酸性AA（Glu，Asp）碱性AA(His,Arg,Lys)（2）按R基团的疏水性R基团AA

极性分类不带电荷极性R基团的AA

亲水性R基团AA正电荷带电荷R基团的AA

负电荷

脂肪族AA（3）按R基团的芳香族AA

化学结构分类杂环族AA

杂环亚AA（二）.氨基酸的分类第8页/共68页

第9页/共68页第二节氨基酸性质一、氨基酸的光学活性和光吸收性质CHOCHOHCH2OHL—（-）—甘油醛L—氨基酸CHOCHOHCH2OHD—（+）—甘油醛D—氨基酸第10页/共68页酪氨酸的max＝278nm，278=1.4x103;苯丙氨酸的max＝259nm，259=2.0x102;色氨酸的max＝279nm，279=5.6x103;氨基酸的光吸收第11页/共68页二.氨基酸的两性离解性质

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。H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+H2N-CH-COO-R-pK1+H+H+-pK2+H+H+

“+”正离子PH<PI

“0”两性离子PH=PI

“-”负离子PH>PI1.两性离子

同一分子中既有带正电荷的离子又有带负电荷的离子，这种离子称为两性离子。第12页/共68页

2.氨基酸的等电点

在一定的pH值时，氨基酸分子中氨基的离解度等于羧基的离解度时，所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。在电场中既不向正极移动，也不向负极移动，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。第13页/共68页3.氨基酸的等电点的计算H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+H2N-CH-COO-R-pK1+H+H+-pK2+H+H+K1=H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+K1*H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+*第14页/共68页K1*H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-RK2=H+*2等电点时：H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-R=K1*K2=H+2等式两边取负对数-logK1+(-logK2)=2(-log[H+])pK1+pK2=2pH

侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：pI=(pK1+pK2)/2

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同样，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pK’值的算术平均值。酸性氨基酸：pI=(Pkα-COOH+pKR-COOH)/2

碱性氨基酸：pI=(pKα-NH2+pKR-NH2)/2

pH>PI溶液对PI而言偏碱带+PI与PH的关系pH=PI溶液对PI而言中性不带电

pH<PI溶液对PI而言偏酸带-

等电点等于酸性基团离解常数与碱性基团离解常数之和的一半或等电点等于两性离子两侧离解基团离解常数之和的一半第16页/共68页Lys的解离如下：KCOOHKε-Kα-ε-H+H+H+（++）（+）（±

）（-

）第17页/共68页Asp解离如下:Kα-COOHKβ-COOHKα-H+H+H+β-COOH（+）（-）（--）（±）第18页/共68页4.根据滴定曲线求pK6.022.349.69丙氨酸的滴定曲线第19页/共68页三.氨基酸的化学反应1.与甲醛反应（一）.氨基参与的反应第20页/共68页2.与亚硝酸反应RCHNH3+COO-RCHON2CO2HNO2+++此反应是Vanslyke定氮的原理第21页/共68页3.与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应第22页/共68页4.与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应NHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2+第23页/共68页5.与丹磺酰氯反应:

在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。第24页/共68页

（二）.羧基参与的反应——肼解反应

此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。第25页/共68页（三）.氨基和羧基共同参与的反应——茚三酮反应00000H00HH2O00H0HH2N-CH-COOHRNH3+RCHO+CO200H00H00H0H+NH3+00H00H0=N0O-O蓝紫色化合物入max=570nm第26页/共68页脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色物质入max=440nm00H00HCCCO-ON+CO2HNCOOH第27页/共68页反应名称反应试剂反应基团颜色用途黄色反应浓硫酸+浓硝酸苯基、酚基黄色PheTyr米伦反应硝酸汞（亚汞）酚基红色Tyr乙醛酸反应乙醛酸吲哚基紫红Trp坂口反应萘酚+NaClO胍基红色Arg福林酚反应磷钼酸+磷钨酸酚基、吲哚基蓝色TrpTyrPauly反应重氮盐咪唑基酚基棕红色桔黄色HisTyr巯基反应亚硝酸亚铁氰酸钠巯基红色Cys（四）R-侧链反应-呈色反应第28页/共68页第三节.氨基酸的分离与测定一.层析法二.电泳法三.氨基酸的测定第29页/共68页第四节肽一.肽的结构氨基酸残基肽单位第30页/共68页第31页/共68页二.生物活性肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

Met-脑啡肽

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-脑啡肽H2N-CHCH2CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2COOHCOOHCH2

SH2GSHGS-SG1.谷胱甘肽2.脑啡肽

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Leu-(D)phe-pro-val-OrnOrn-val-pro-(D)phe-Leu4.短杆菌肽S（Orn鸟氨酸）3.催产素第33页/共68页第五节蛋白质分类一.根据蛋白质分子形状分类1.球状蛋白2.纤维状蛋白二.根据蛋白质的组成成份分类1.单纯蛋白2.结合蛋白清蛋白核蛋白谷蛋白和醇溶谷蛋白色蛋白精蛋白和组蛋白糖蛋白硬蛋白脂蛋白磷蛋白第34页/共68页第六节蛋白质的一级结构一.蛋白质的氨基酸组成1.蛋白质的氨基酸组成可用残基重量百分数表示147165如：100克胰岛素分析得到phe8.6克，其重量百分数为：残基分子量氨基酸含量*=8.6*=7.7克氨基酸分子量2.根据百分组成计算氨基酸的分子个数如：胰岛素分子量为6000，丙氨酸占4.6%，氨基酸个数为：==34.6%*600089氨基酸的百分含量*蛋白质分子量氨基酸的分子量第35页/共68页a盐键（离子键）b氢键c疏水相互作用力

d范德华力e二硫键f酯键二.蛋白质分子结构中的化学键维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、氢键、疏水相互作用力第36页/共68页离子键氢键范德华力疏水相互作用力氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力虽然键能小，但数量大疏水相互作用力对维持三级结构特别重要盐键数量小二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越稳定第37页/共68页三.蛋白质一级结构的测定（一）氨基酸组成成分分析（二）末端分析

1.N-末端2.C-末端（三）肽链伸展与分离（四）肽链部分水解与肽段分离（五）肽段的氨基酸顺序测定（六）由各段顺序推断的氨基酸顺序第38页/共68页第39页/共68页化学法：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。第40页/共68页酶法-HN-CH-CO-NH-CH-CO——R1R2胰酶：R1=Lys.Arg胰凝乳酶：R1=phe.Tyr.Trp胃酶：R1R2=phe.Tyr.Trp.leu嗜热菌蛋白酶：R2=phe.Tyr.Trp.leu.Ile.valGlu酶：R1=Glu.AspArg酶：R1=Arg第41页/共68页第七节蛋白质的高级结构二级结构超二级结构结构域三级结构四级结构高级结构α-螺旋β-折叠β-转角自由回折高级结构的概念：第42页/共68页1.α-螺旋一.二级结构要点：螺旋的角度与高度维持螺旋的作用力影响螺旋稳定的因素螺旋的种类第43页/共68页2.β-折叠要点：肽链的走向（种类）残基轴心距离维持的作用力影响螺旋稳定的因素第44页/共68页3.β-转角4.自由回折氢键1800的回转第45页/共68页ααβββαβ二.超二级结构βββ第46页/共68页三.三级结构要点：形状折叠作用力第47页/共68页四.四级结构第48页/共68页一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构第49页/共68页第八节蛋白质分子结构与功能一.一级结构与功能的关系1.胰岛素的结构与功能第50页/共68页2.血红蛋白结构与功能第51页/共68页3.细胞色素C与生物进化第52页/共68页第53页/共68页二.蛋白质的构象与功能的关系第54页/共68页三.个别蛋白质结构与功能1.纤维状蛋白——角蛋白第55页/共68页2.丝心蛋白第56页/共68页第九节蛋白质的性质一.蛋白质的分子大小1.根据化学成分测定最小相对分子质量据其百分含量可计算出最低相对分子质量：最小相对分子质量＝（成分的相对分子或原子质量）已知成分的百分含量2.沉降系数一个S单位，为1×10-13秒蛋白质的沉降系数：1～200S，相对分子质量越大，S值越大由沉降系数S可根据斯维得贝格〔Svedberg〕方程计算蛋白质分子的相对分子质量：

M=RST/D〔1－iρ〕R：气体常数T：绝对温度D：扩散系数ρ：溶剂的密度S=dx/dtω2x第57页/共68页

蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(IsoelectricpointpI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。二.蛋白质的两性离解和电泳现象三.蛋白质的胶体性质第58页/共68页四.蛋白质的沉淀作用蛋白质