第三章蛋白质第一二节氨基酸

第三章蛋白质第一节：蛋白质概论第二节：氨基酸第三节：蛋白质的结构第四节：蛋白质的理化性质第五节：蛋白质的分离鉴定第六节：蛋白质工程

第一节

蛋白质概论一、蛋白质的化学组成与分类二、蛋白质的生物学功能三、蛋白质的构象四、蛋白质的水解一、蛋白质化学组成与分类1、蛋白质的化学组成和概念定义：英文名称protein，是“最原初的”

“第一重要的”意思，是由20种L型-氨基酸组成的生物大分子。元素组成：C：50-55％；H：6-7％；O：20-23％；N：16％；S：0-3％；其它为微量元素（P、Fe、Cu、Zn、Mo

）。凯氏（Kjedahl）定氮法：

每克样品含氮的克数×6.25×100=100克样品中蛋白质的含量(克%)一、蛋白质化学组成与分类1、蛋白质的化学组成和概念化学组成：基本组成单元是氨基酸，但有些蛋白质还含有其它成分，如糖类、脂类、金属离子、磷酸基团等；蛋白质的分子大小：分子量为6000-1000000或更大，低于6000的一般称为肽。通过平均的氨基酸分子量（138→128-18＝110）可以估算蛋白质的氨基酸残基数。2、蛋白质的分类按分子外形的不对称程度分两类：

球状蛋白质——如血红蛋白、酶等纤维状蛋白质——如角蛋白、血纤维蛋白按蛋白质的溶解度分七种：（1）清蛋白（2）球蛋白（3）谷蛋白（4）醇溶谷蛋白（5）精蛋白（6）组蛋白（7）硬蛋白

一、蛋白质化学组成与分类2、蛋白质的分类按组成分成两类：简单蛋白质——分子中只有氨基酸；结合蛋白质——简单蛋白质+辅基（配基）；按结合蛋白质的配基成分分7类：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白、金属蛋白；按生物学功能分为2类：活性蛋白和非活性蛋白一、蛋白质化学组成与分类二、蛋白质的生物学功能1、催化功能；2、调节功能；3、信息传递；4、运输功能；5、贮藏功能；6、运动功能；7、免疫功能；8、调控功能；9、结构蛋白；10、感染和毒性。三、蛋白质的构象一级结构：是指多肽链共价主链的氨基酸顺序。二级结构：是指多肽链借助氢键沿一维方向排列成具有周期性结构的构象。如α-螺旋和β-折叠。三级结构：是指多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕形成具有特定肽链走向的紧密球状构象。四级结构：是指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或结合方式。

四、蛋白质的水解1、蛋白质的水解产物

蛋白质的水解过程为:

蛋白质胨多肽二肽α-氨基酸分子量：>1042×103500-103256138L-α-氨基酸(aminoacid)是蛋白质的基本组成单位。2、蛋白质水解作用按其蛋白质水解程度可分为：（1）完全水解：得到的水解产物是各种氨基酸的混合物（2）不完全水解：得到的水解产物是各种大小不等的肽段和氨基酸的混合物四、蛋白质的水解3、蛋白质水解方法可分为（1）酸水解：（2）碱水解：（3）酶水解：四、蛋白质的水解四、蛋白质的水解（1）酸水解：常用方法：硫酸或盐酸处理浓度:盐酸为6mol/L

硫酸为4mol/L条件:回流煮沸20小时左右优点:不引起消旋作用，得到L-氨基酸缺点:色氨酸完全被沸酸所破坏；羟基氨基酸（丝,苏）部分被水解天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来（2）碱水解：常用方法：用氢氧化钠处理浓度:5mol/L条件:共煮10~20h优点:色氨酸稳定缺点:多数氨基酸遭到不同程度的破坏，并且产生消旋现象；所得为D型和

L型混合氨基酸；碱水解引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素。四、蛋白质的水解（3）酶水解：优点:不产生消旋作用，也不破坏氨基酸缺点:需要几种酶协同作用，酶水解所需时间较长四、蛋白质的水解第二节蛋白质的基本结构单位－氨基酸一、氨基酸的分类和结构二、氨基酸的理化性质三、氨基酸的分析、分离及鉴定

已发现的氨基酸有180多种，但组成蛋白质的常见氨基酸只有20种，这20种氨基酸称为蛋白质氨基酸，不参与蛋白质组成的氨基酸称为非蛋白质氨基酸。（一）蛋白质氨基酸

1、结构通式：

NH2

RCαCOOH

H一、氨基酸的分类和结构氨基酸是含有氨基的羧酸；除了甘氨酸以外，组成蛋白质的所有氨基酸都有手性碳原子，而且都是L-型。氨基酸的构型与旋光性COOH

HCαNH2

RD-型氨基酸氨基酸的构型和旋光性是两个不同的概念。COOH

NH2CαH

RL-型氨基酸构型：D-型，L-型旋光性：左旋（-）右旋（+）D-甘油醛L-甘油醛透视式投影式氨基酸的构型是根据甘油醛为基准确定的2、氨基酸的结构特点：（1）都是L-α-氨基酸；（2）具有酸性的-COOH基及碱性的-NH2基，为两性电解质；（3）除甘氨酸（R基是H）外，都具有不对称C，具有旋光性；

α-氨基酸都是白色晶体，熔点很高，≥200℃，每种氨基酸都具有特殊的结晶形状，根据结晶形状可以鉴别各种氨基酸。（一）常见的蛋白质氨基酸3、氨基酸的缩写（三字母的符号和单字母的符号）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)苯丙氨酸Phe(F)酪氨酸Tyr(Y)色氨酸Trp(W)丝氨酸Ser(S)苏氨酸Thy(T)半胱氨酸Cys(C)甲硫氨酸Met(M)精氨酸Arg(R)赖氨酸Lys(K)组氨酸His(H)天冬氨酸Asp(D)谷氨酸Glu(E)脯氨酸Pro(P)天冬酰胺Asn(N)谷氨酰胺Gln(Q)

稀有氨基酸

羟脯氨酸(Hyp)羟赖氨酸(Hyly)胱氨酸(Cys)（一）常见的蛋白质氨基酸根据R基团的结构或性质特点，巧记20种氨基酸的口诀：甘、丙、缬、亮、异、脂链，（脂肪链R基团的5种）丝、苏、半、蛋、羟硫添。（含-OH，-S者共4种）天、谷、精、赖、组、酸碱；（酸性碱性者5种）脯、酪、苯、色、杂芳环（芳香环和杂环R集团者4种）门冬酰胺、谷酰胺，（两种酰胺）都有密码属“常见”。（常见氨基酸都有特异的遗传密码）（二）氨基酸的分类----四种分类方法1、根据氨基酸的酸碱性质分类;2、根据R基团的化学结构分类;3、根据R基团的极性分类;4、根据营养功能分类;1、根据R基团的化学结构分类（1）脂肪族氨基酸：一氨基一羧基：Gly,Ala,Val,Leu,Ile，一氨基二羧基：

Asp,Glu,二氨基一羧基：

Lys,Arg；羟基：

Ser,Thr，含硫：Cys,Met,酰胺基：

Asn,Gln,脂肪族氨基酸1一氨基一羧基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号甘氨酸氨基乙酸GlycineGly(G)甘脂肪族氨基酸2一氨基一羧基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号丙氨酸-氨基丙酸AlanineAla(A)丙脂肪族氨基酸3一氨基一羧基氨基酸3普通名称化学名英文名代号代号缬氨酸-氨基异戊酸ValineVal(V)缬脂肪族氨基酸4一氨基一羧基氨基酸4普通名称化学名英文名代号代号亮氨酸-氨基异己酸LeucineLeu(L)亮脂肪族氨基酸5一氨基一羧基氨基酸5普通名称化学名英文名代号代号异亮氨酸-氨基--甲基戊酸IleucineIle(I)异亮脂肪族氨基酸6一氨基二羧基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号天冬氨酸-氨基丁二酸AspartateAsp(D)天脂肪族氨基酸7一氨基二羧基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号谷氨酸-氨基戊二酸GlutamateGlu(E)谷脂肪族氨基酸8二氨基一羧基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号精氨酸-氨基--胍基戊酸ArginineArg(R)精脂肪族氨基酸9二氨基一羧基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号鸟氨酸-二氨基戊酸OrnithineOrn鸟脂肪族氨基酸10二氨基一羧基氨基酸3普通名称化学名英文名代号代号赖氨酸，-二氨基己酸LysineLys(K)赖脂肪族氨基酸11羟基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号丝氨酸-氨基--羟基丙酸SerineSer(S)丝

脂肪族氨基酸12羟基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号苏氨酸-氨基--羟基丁酸ThreonineThr(T)苏脂肪族氨基酸13含硫基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号半胱氨酸-氨基--巯基丙酸CysteineCys(C)半胱脂肪族氨基酸14含硫基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号胱氨酸二(-氨基--巯基丙酸)CysteineCys-Cys胱脂肪族氨基酸15含硫基氨基酸3普通名称化学名英文名代号代号甲硫氨酸(蛋氨酸)-氨基--甲硫基丁酸MethionineMet(M)甲硫脂肪族氨基酸16酰胺基氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号天冬酰胺AsparagineAsn(N)脂肪族氨基酸17酰胺基氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号谷氨酰胺GlutamineGln(Q)1、根据R基团的化学结构分类（2）芳香族氨基酸：Phe,Tyr；（3）杂环氨基酸：Trp,His，Pro；芳香族氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号苯丙氨酸-氨基--苯基丙酸PhenylalaninePhe(F)苯丙芳香族氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号酪氨酸-氨基--对羟苯基丙酸TyrosineTyr(Y)酪杂环氨基酸1普通名称化学名英文名代号代号色氨酸-氨基--吲哚基丙酸TryptophanTrp(W)色杂环氨基酸2普通名称化学名英文名代号代号组氨酸-氨基--咪唑基丙酸HistidineHis(H)组杂环氨基酸3普通名称化学名英文名代号代号脯氨酸四氢吡咯-2-羧酸ProlinePro(P)脯亚氨基酸2、根据氨基酸的酸碱性质分类（1）酸性氨基酸：分子中含一个氨基，两个羧基；Asp，Glu；2、根据氨基酸的酸碱性质分类（2）碱性氨基酸：分子中含两个氨基，一个羧基；Lys、Arg、His；2、根据氨基酸的酸碱性质分类（3）中性氨基酸：分子中含一个氨基，一个羧基；15种，Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Ser,Thr,Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg；

即酸性氨基酸和碱性氨基酸以外的常见氨基酸。3、根据R基团的极性分类（1）非极性氨基酸

脂肪烃侧链：

Ala,Val,Leu,Ile；芳香环：

Phe,Trp；含硫氨基酸：Met；亚氨基酸：Pro（2）极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸7种：Gly，Ser，Thr，Cys，Tyr，Asn，Gln；带正电荷的极性氨基酸3种：Lys，Arg，His；带负电荷的极性氨基酸2种：Asp、Glu；4、根据营养功能分类（1）必需氨基酸：人体和动物生长发育所必需的，但自身不能合成，必需由食物中供给的氨基酸；Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、Met；（2）非必需氨基酸：（3）半必需氨基酸：His，Arg（婴儿、代谢障碍）（三）非蛋白质氨基酸重要的非蛋白质氨基酸有：β-丙氨酸：泛酸及辅酶A的组成成分；γ-氨基丁酸：重要的神经递质；D-谷氨酸、D-丙氨酸：参与细菌细胞壁组成的肽聚糖；-丙氨酸-氨基丁酸H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH二、氨基酸的理化性质（一）氨基酸的物理性质1、氨基酸均为无色结晶体或粉末，可用于鉴定；2、氨基酸的熔点较高，一般都大于200℃；3、味感：D-型氨基酸味甜，L-型氨基酸有甜、苦、鲜、酸味；4、溶解性质：一般溶于水（Cys、Tyr除外），在稀酸、稀碱中溶解度好，不溶于有机溶剂（脯氨酸可溶于乙醇、乙醚）；5、有旋光性质--比旋光值[α]Dt和旋光性物质的特征常数（Gly除外）；6、光吸收性质—芳香族氨基酸具有特征紫外吸收峰，Tyr275，Phe259，Trp280，一般在波长280nm测吸光值，测定蛋白质含量；二、氨基酸的理化性质氨基酸的紫外吸收（二）氨基酸的化学性质1、两性解离

NH2NH3+

RCαCOOHRCαCOO-

HH

兼性离子两性离子是指在同一氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的-NH3+负离子。二、氨基酸的理化性质氨基酸溶液pH的计算

NH3+NH3+NH2K1K2

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO—H+H+

A+A±A-

氨基酸的滴定曲线在第一个pH转折点上[A+]=[A±]；在第二个pH转折中点，[A±]=[A-]；

K1=[A±][H+]/[A+]，pH=pK1+lg[A±]/[A+]K2=[A-][H+]/[A±]，pH=pK2+lg[A-]/[A±]所以，pH=pKَ+lg[质子受体]/[质子供体]例题向1升1mol/L的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，问所得溶液的pH是多少？如果加入0.3molNaOH以代替HCl时，溶液的pH将是多少？解：羧基解离常数pK1=2.34,氨基解离常数pK2=9.60

加入0.3molHCl时，

pH=pKa+lg[质子受体]/[质子供体]=2.34+lg(1-0.3)/0.3=2.71;

加入0.3molNaOH时，

pH=pKa+lg[质子受体]/[质子供体]=9.60+lg0.3/(1-0.3)=9.23;（二）氨基酸的化学性质2、等电点

二、氨基酸的理化性质加酸时CHRCOOHH3N+H+H+总电荷“+”（二）氨基酸的化学性质2、等电点

二、氨基酸的理化性质加碱时CHRCOO－H3N+总电荷“-”OH－OH－（二）氨基酸的化学性质2、等电点当溶液为某一pH值，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等时(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。

二、氨基酸的理化性质NH3+NH3+NH2OH--OH--

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO-H+H+

在酸性溶液中晶体或水溶液中在碱性溶液中正离子pH<pI两性离子pH=pI负离子pH>pI

（二）氨基酸的化学性质二、氨基酸的理化性质2、等电点氨基酸等电点的计算

NH3+NH3+NH2K1K2

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO—H+H+

A+A±A-

K1=[A±][H+]/[A+]，[A+]=[A±][H+]/K1K2=[A-][H+]/[A±]，[A-]=[A±]K2/[H+]当到达等电点时，[A±][H+]/K1=[A±]K2/[H+]，即：K1K2=[H+]2

方程两边取对数，—lg[H+]=--lgK1—lgK2，即：2pH=pK1+pK2

令pI为等电点是的pH，则pI=（pK1+pK2）/2天冬氨酸解离方程式如下：NH3+NH3+NH3+

NH2K1K2

CHCOOHCHCOO--CHCOO—CHCOO—CH2COOHH+CH2COOHH+CH2COO—H+CH2COO—

Asp+Asp±Asp-Asp2-对于中性和酸性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；对于碱性氨基酸：pI=（pK2+pK3）/2；pH>pI氨基酸带净负电荷；pH<pI氨基酸带净正电荷；pH=pI氨基酸所带净电荷为零；

亚硝酸盐反应烃基化反应酰化反应脱氨基反应希夫碱反应成盐成酯反应成酰氯反应脱羧基反应叠氮反应巯基反应酚基反应氨基酸的化学反应茚三酮的反应；合成肽反应；3、由α-氨基参加的反应（1）与亚硝酸反应（α-氨基特有的反应）；（2）酰基化和烃基化反应;（3）与甲醛反应—形成希夫碱；（4）脱氨基反应；3、由α-氨基参加的反应（1）与亚硝酸反应（α-氨基特有的反应）：原理：自由氨基能与亚硝酸反应释放出氮气（Pro除外），每克分子的自由氨基可生成一克分子氮气，是范氏（VanSlyke）定氮法的理论基础。在生产上常用此法来测定蛋白质的水解程度。RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+N2↑+H2Oα-羟基酸α-氨基酸3、由α-氨基参加的反应（2）酰基化和烃基化反应：原理：在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与酰基化或烃基化试剂作用，使其α-氨基上的氢原子被取代，生成相应的产物。用途：可以用于人工合成蛋白质时保护氨基和鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸（称Sanger反应）。

AADNFB+多肽蛋白+HF

DNP-AADNP-多肽

DNP-蛋白3、由α-氨基参加的反应（2）酰基化和烃基化反应：2，4一二硝基氟苯反应（DNFB）RCHNH2+HF+NO2FNO2COOHRCHNCOOHHpH8~9NO2NO2DNP-氨基酸3、由α-氨基参加的反应（2）酰基化和烃基化反应：异硫氰酸苯脂反应1用途：可以用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸,亦称Edman反应.弱碱AAPITC+多肽蛋白AAPTC—多肽蛋白HFPTH-AA+少一个AA的多肽或蛋白异硫氰酸苯酯苯氨基硫甲酰--苯硫乙酰脲H+CH3NO23、由α-氨基参加的反应（3）与甲醛反应—形成希夫碱:RCHNH3+COO－RCHORCHHNCHCOOHR用途：进行氨基酸的测定－甲醛滴定。希夫碱3、由α-氨基参加的反应（4）脱氨基反应：RCHNH2COOH[O]酶RCOCOOH+NH3α-酮酸4、由α-羧基参与的反应（1）成盐成酯反应；（2）成酰氯反应；（3）叠氮反应；（4）脱羧基反应；4、由α-羧基参与的反应（1）成盐成酯反应：CHNH2COOHCH2CH2COOH＋NaOHCHNH2COONaCH2CH2COOH＋H2OGlu味精RCHNH2COOH＋C2H5OHRCHNH2·HClCOOC2H5＋H2O乙醇4、由α-羧基参与的反应（2）成酰氯反应：RCHNHR’COOH＋PCl5RCHNHR’COCl＋POCl3＋HCl4、由α-羧基参与的反应（3）叠氮反应：YNHCHCOOHRNH2NH2+2H2OYNHCHCONHNHRHNO2YNHCHCON3R用途：可活化羧基，常用于人工合成肽过程。酰化氨基酸酰化氨基酸的肼衍生物酰化氨基酸叠氮4、由α-羧基参与的反应（4）脱羧基反应：RCHNH2COOH脱羧酶RCH2NH2＋CO2用途：发酵法生产氨基酸的过程中利用该反应测定氨基酸的产量。5、由α-氨基和α-羧基共同参加的反应（1）与茚三酮的反应；（2）合成肽反应；5、由α-氨基和α-羧基共同参加的反应（1）与茚三酮的反应蛋白质中范含有α-氨基在pH=5～6，t=80～100℃条件下均与茚三酮反应。与大部分氨基酸呈蓝紫色，酰胺呈棕色，亚氨基酸呈黄色。（a）定性作为分离氨基酸层析图谱上的显色剂；（b）定量比色（570钠米）测定氨基酸的含量；（c）通过测定气体CO2的量间接测定氨基酸的含量（定量）；氨和胺类也和茚三酮反应，但不放出二氧化碳5、由α-氨基和α-羧基共同参加的反应（1）与茚三酮的反应

蓝紫色物质水和茚三酮（2）合成肽反应

用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应5、由α-氨基和α-羧基共同参加的反应CH3CHNH2COOH+CH2OHCHNH2COOHH2OCH3CHNH2COCH2OHCHNHCOOH(酰氨键)－N端－C端CNOH肽键肽键:就是由氨基酸的α-羧基与