蛋白质化学氨基酸

关于蛋白质化学氨基酸第二章蛋白质（Proteins）第2页,共94页，2024年2月25日，星期天第3页,共94页，2024年2月25日，星期天Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferase（荧光素酶）withATPAfewexamplesonproteindiversity…第4页,共94页，2024年2月25日，星期天Erythrocytes（红细胞）containalargeamountofhemoglobins（血红蛋白）,theoxygen-transportingprotein.第5页,共94页，2024年2月25日，星期天Theproteinkeratin（角蛋白）isthechiefstructuralcomponentsofhair,horn,wool,nailsandfeathers.第6页,共94页，2024年2月25日，星期天第一节蛋白质的分类蛋白质是一类重要的生物大分子，英文名称为protein，源自希腊文protos，是“最原初的”，“第一重要的”意思。汉译为“蛋白质”

。定义：蛋白质是由20种α-氨基酸按一定顺序通过肽键（酰胺键）缩合而成的具有一定特定空间构象和生物功能的生物大分子。一、蛋白质的化学概念第7页,共94页，2024年2月25日，星期天1、蛋白质是生物体内必不可少的重要成分，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质

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%二、蛋白质的重要生物学功能第8页,共94页，2024年2月25日，星期天2、蛋白质是一种生物功能的主要体现者，它参与了几乎所有的生命活动过程

生物催化作用：酶运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白调节作用：如胰岛素、生长激素运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白能量转换蛋白：如细胞色素基因调节蛋白：如阻遏蛋白3、外源蛋白质有营养功能，可作为生产加工的对象。第9页,共94页，2024年2月25日，星期天三、蛋白质的元素组成

主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。这些元素在蛋白质中的组成百分比如图所示第10页,共94页，2024年2月25日，星期天各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。

由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：蛋白质元素组成的特点第11页,共94页，2024年2月25日，星期天100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%凯氏定氮法：第12页,共94页，2024年2月25日，星期天蛋白质含量的测定：凯氏定氮法(测定氮的经典方法)第13页,共94页，2024年2月25日，星期天第14页,共94页，2024年2月25日，星期天三聚氰胺（Melamine）分子量126.12。第15页,共94页，2024年2月25日，星期天

牛奶中总蛋白质由大约94%的纯蛋白质（约3.1g/100g）和约6%非蛋白质（约0.2g/100g）组成。总蛋白质平均含量为3.3%。第16页,共94页，2024年2月25日，星期天四、蛋白质的分类（一）根据分子形状1、球状蛋白质（globularprotein）：大多数可溶性蛋白质，如血红蛋白、肌红蛋白等2、纤维状蛋白质（fibrousprotein）：胶原蛋白、弹性蛋白、丝状蛋白等第17页,共94页，2024年2月25日，星期天（二）根据组成不同1、单纯蛋白质（simpleprotein）:也称简单蛋白质，完全由氨基酸组成的蛋白质。2、结合蛋白质（conjugatedprotein）：也称复合蛋白质或全蛋白，由蛋白质和非蛋白质两部分组成。包括色蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白和糖蛋白。第18页,共94页，2024年2月25日，星期天（三）根据溶解度的不同1)清蛋白（albumin）：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。如血清清蛋白2)球蛋白（globulin）：不溶于水而溶于稀盐溶液，如血清球蛋白。3）谷蛋白（glutelin）：不溶于水、醇及中性盐溶液，但溶于稀酸、稀碱，如米谷蛋白。

4）谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于70%～80%乙醇，如玉米醇溶蛋白。

第19页,共94页，2024年2月25日，星期天（三）根据溶解度的不同6)鱼精蛋白（protamine）：溶于水及稀酸溶液，分子中含碱性氨基酸特别多，呈（强）碱性，如鲑精蛋白。7)硬蛋白（scleroprotein）：不溶于水、盐、稀酸、稀碱溶液。如胶原蛋白、角蛋白、丝心蛋白、弹性蛋白等。5)组蛋白（histone）：溶于水及稀酸溶液，分子中含Arg、Lys

较多，呈（弱）碱性，如小牛胸腺组蛋白。

第20页,共94页，2024年2月25日，星期天1）酶的生物催化作用(四)蛋白质的生物学功能第21页,共94页，2024年2月25日，星期天膜蛋白蛋白质化学2）生物体的结构成分第22页,共94页，2024年2月25日，星期天3）运动与支持机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等第23页,共94页，2024年2月25日，星期天4）参与运输贮存的作用血红蛋白——运输氧第24页,共94页，2024年2月25日，星期天5）免疫保护作用抗原抗体反应凝血机制第25页,共94页，2024年2月25日，星期天6）参与细胞间信息传递信号传导中的受体、信息分子等7）氧化供能第26页,共94页，2024年2月25日，星期天（五）根据营养价值不同1、完全蛋白：含有人体所必需的各种氨基酸2、不完全蛋白：缺乏人体所必需的某种氨基酸如大豆缺甲硫氨酸小麦缺赖氨酸玉米缺色氨酸第27页,共94页，2024年2月25日，星期天第二节蛋白质的组成单位——氨基酸（AminoAcid)发现：1819年，法国化学家布拉孔诺从蛋白质中水解得到一种含N化合物，其结构中含有氨基和羧基，故取名为氨基酸。现已证实氨基酸是蛋白质的基本组成单位。什么是氨基酸？第28页,共94页，2024年2月25日，星期天氨基酸（aminoacid,aa)：蛋白质的基本组成单位，是含氨基的羧酸。是羧酸分子中Cα上的一个H被氨基取代而成的化合物。什么是氨基酸？第29页,共94页，2024年2月25日，星期天R-COOHR-Cα

H

-COOHHR-C

α

H

-COOH

NH2----C-C-C-C-COOHγβα第30页,共94页，2024年2月25日，星期天蛋白质氨基酸自然界中存在的氨基酸有300余种，但组成蛋白质的有22种，称为蛋白质氨基酸，又名标准氨基酸，其中最早发现的20种较为常见，20种氨基酸中，第一个被发现的是Asn，是1806年在植物芦笋中发现的；最后一个被发现的是Thr，是1938年在小麦麸质中发现的。2种不常见的蛋白质氨基酸：含硒半胱氨酸（第21种）和吡咯赖氨酸（第22种）第31页,共94页，2024年2月25日，星期天一、氨基酸的结构氨基酸的结构通式或氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同，（除脯氨酸外）都为L-α-氨基酸。第32页,共94页，2024年2月25日，星期天第33页,共94页，2024年2月25日，星期天构型具有相同的分子式和结构式，但原子在空间的排布不同，称之构型。2.α-氨基酸的构型(configuration)第34页,共94页，2024年2月25日，星期天2.α-氨基酸的构型一个有机化合物的构型是由两种结构元素赋予的：一是分子中的双键(doublebond)；二是分子中存在着手性中心（chiralcenter）第35页,共94页，2024年2月25日，星期天连接了四个不相同的原子或基团，这种碳原子被称为手性碳原子，又称为不对称碳原子，常用C*表示。会产生两种构型。它们彼此非常相象，但不能相互重迭，如同左手与右手或实物与镜象的关系。手性碳原子第36页,共94页，2024年2月25日，星期天第37页,共94页，2024年2月25日，星期天D-型L-型

H2N—Cα—HCOOHR氨基酸？甘油醛:2种构型（D-，L-)第38页,共94页，2024年2月25日，星期天L-氨基酸D-氨基酸第39页,共94页，2024年2月25日，星期天氨基酸的构型是以距羧基最近的手性C原子为标准（除Gly外），而糖的构型是以距羧基最远的手性C原子为标准。注意：第40页,共94页，2024年2月25日，星期天H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R第41页,共94页，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的分类1、根据侧链R基团的化学结构（1）脂肪族氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Met，Cys，Ser，Thr，Asp，Glu，Asn，Gln，Lys，Arg（2）芳香族氨基酸：Phe，Tyr，Trp（3）杂环氨基酸：His（4）杂环亚氨基酸：Pro第42页,共94页，2024年2月25日，星期天2、根据侧链R基团极性的不同（1）非极性疏水氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Met，Phe，Pro，Trp（2）极性亲水氨基酸：包括以下三种类型

中性（不带电荷）：Ser，Thr，Asn，Gln，Tyr，Cys

酸性（带负电荷）：Asp，Glu

碱性（带正电荷）：His，Lys，Arg二、氨基酸的分类第43页,共94页，2024年2月25日，星期天词记亲水氨基酸与疏水氨基酸西湖景，紫竹为骨水潺潺横笛相伴，闲听天簌静思禅

流苏落，心比双丝郁中缠

亲水氨基酸：西-硒代半胱氨酸；景-精氨酸；竹-组氨酸；骨-谷氨酸谷氨酰胺；伴-半胱氨酸；天-天冬氨酸

天冬酰胺；籁-赖氨酸；苏-苏氨酸；落-酪氨酸；比-吡咯赖氨酸；丝-丝氨酸

孤雁本色，一行斜去浮生转

两鬓白，异家龙井难为甘

疏水氨基酸：本-苯丙氨酸；色-色氨酸；斜-缬氨酸；浮-脯氨酸；两-亮氨酸；鬓-丙氨酸；异-异亮氨酸；家-甲硫氨酸；甘-甘氨酸词作者：南大杨荣武教授第44页,共94页，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的分类3、根据营养分类：（1）必需AA：依赖植物供给的AA，主要有Lys,Trp,Phe,Met,Thr,Ile,Leu,Val,另外，His和Arg，人虽然能合成，但效率低，所以有时也列在必需氨基酸中。，婴儿时期所需:Arg，His

早产儿所需：Trp，Cys（2）非必需AA：人体可以自身合成或可以由其它氨基酸转化的。*20种AA的英文名称、缩写符号及分类如下:第45页,共94页，2024年2月25日，星期天甘氨酸（Gly,

G）丙氨酸（Ala,

A）缬氨酸（Val,

V）亮氨酸（Lue,

L）异亮氨酸（Ile,

I）1.侧链只是烃链（5种）

脂肪族氨基酸第46页,共94页，2024年2月25日，星期天2.侧链含有羟基

（2种）丝氨酸（Ser,

S）苏氨酸（Thr,

T）第47页,共94页，2024年2月25日，星期天3.侧链含硫原子（2种）

半胱氨酸（Cys,

C）甲硫氨酸（Met,

M）巯基第48页,共94页，2024年2月25日，星期天4.侧链含有羧基或酰胺基（4种）天冬氨酸（Asp,

D）谷氨酸（Glu,

E）天冬酰胺（Asn,

N）谷氨酰胺（Gln,

Q）第49页,共94页，2024年2月25日，星期天5.侧链含有碱性基团（3种）赖氨酸（Lys,

K）精氨酸（Arg,

R）组氨酸（His,

H）胍基咪唑基第50页,共94页，2024年2月25日，星期天芳香族氨基酸苯丙氨酸（Phe,

F）酪氨酸（Tyr,

Y）色氨酸（Trp,

W）第51页,共94页，2024年2月25日，星期天杂环氨基酸组氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）第52页,共94页，2024年2月25日，星期天非极性氨基酸第53页,共94页，2024年2月25日，星期天极性中性氨基酸第54页,共94页，2024年2月25日，星期天带正电荷的氨基酸(酸性)带负电荷的氨基酸（碱性）第55页,共94页，2024年2月25日，星期天几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）第56页,共94页，2024年2月25日，星期天半胱氨酸：2个Cys通过脱氢后可以二硫键相结合，形成胱氨酸。

+胱氨酸二硫键-HH第57页,共94页，2024年2月25日，星期天三、蛋白质中的修饰性AA在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是在蛋白质合成后由相应的基本氨基酸衍生而来的，如弹性蛋白和胶原蛋白中的羟脯氨酸和羟赖氨酸等。第58页,共94页，2024年2月25日，星期天四、非蛋白质氨基酸非蛋白质AA：存在于生物体内，但不组成蛋白质的游离或结合态的AA，约150种，具有多种生理功能（1）L-α-氨基酸的衍生物

L-瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。（2）D-α-氨基酸

D-Ala存在于肽聚糖中，D-Phe是短杆菌肽S的组分（3）β、γ、δ-氨基酸

β-Ala是泛酸的前体，γ-氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。

第59页,共94页，2024年2月25日，星期天五、AA的重要理化性质状态：无色晶体或粉末溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，一般能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。熔点：极高，一般在200℃以上。味感：氨基酸的味感与其立体构象有关。D-氨基酸多数带有甜味。L-氨基酸有甜、苦、鲜、酸四种不同味感。如谷氨酸钠—味精成分旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。（一）氨基酸的物理性质第60页,共94页，2024年2月25日，星期天氨基酸的手性：D型与L型氨基酸22种蛋白质氨基酸分子中，除了甘氨酸，均至少含有一个不对称碳原子，因此除甘氨酸以外的21种蛋白质氨基酸都具有手性性质。如果以L型甘油醛为参照物，具有不对称碳原子的氨基酸就有D型和L型两种对映异构体。实验证明，蛋白质分子中的不对称氨基酸都是L型。D型氨基酸仅存在于一些特殊的抗菌肽和某些细菌的细胞壁成分之中，它们不能参入到在核糖体上合成的多肽或蛋白质分子之中。氨基酸的构型与其旋光方向没有必然的联系。第61页,共94页，2024年2月25日，星期天第62页,共94页，2024年2月25日，星期天（二）紫外吸收性质：只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力Lambert-Beer定律紫外区（200—400nm）：Tyr/Trp/Phe

原因：-C=C-C=C-C=C-C=C-第63页,共94页，2024年2月25日，星期天第64页,共94页，2024年2月25日，星期天Trp280nmTyr275nmPhe257nm蛋白质含量测定280nm第65页,共94页，2024年2月25日，星期天（三）化学性质1、氨基酸的两性性质和等电点氨基酸是两性电解质，其解离方式和程度取决于所处溶液的酸碱度。(1)等电点(isoelectricpoint,pI)

在某一pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。氨基酸等电点的特点：净电荷为零，在电场中不移动；此时氨基酸的溶解度最小。第66页,共94页，2024年2月25日，星期天pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子

阳离子阴离子第67页,共94页，2024年2月25日，星期天(2)等电点pI计算公式氨基酸的pI

是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数决定的。对侧链R基不解离的中性氨基酸来说：

pI=1/2（pK1+pK2)

pK1为α-羧基的解离常数

pK2为α-氨基的解离常数第68页,共94页，2024年2月25日，星期天中性氨基酸：以Gly为例K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI时，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+][H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly第69页,共94页，2024年2月25日，星期天②酸性氨基酸的pI(Asp)第70页,共94页，2024年2月25日，星期天③碱性氨基酸的pI(Lys)第71页,共94页，2024年2月25日，星期天氨基酸的pI

酸性氨基酸：pI=(两个小的pK值)/2

碱性氨基酸：pI=(两个大的pK值)/2

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；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。

中性氨基酸：pI=(pK´1+pK´2)/2

所以，等电点的pH与离子浓度无关，其值取决于两性离子两边的pK值。处于等电点时的氨基酸溶解度最小，导电性最小，粘度、渗透性最小。第72页,共94页，2024年2月25日，星期天

在等电点以上的任何pH，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动；结论：

在低于等电点的任何pH，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动。

在一定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。氨基酸的酸碱性质第73页,共94页，2024年2月25日，星期天以弱酸HA为例，其解离常数为KaKa=[H+][A-]/[HA]两边取对数：lgKa=lg[H+]+lg([A-]/[HA])由于-lgKa=pKa所以pKa=pH-lg([A-]/[HA])=pH+lg([HA]/[A-])故溶液pH=pKa+lg([A-]/[HA])=pKa+lg(碱/共轭酸)[A-]和[HA]互为共轭酸碱对，即[A-]为[HA]的共轭碱，反过来，[HA]是[A-]的共轭酸，可以用来估算缓冲体系的pHHAA-+H+亨德森-哈塞尔巴尔赫(Henderson-Hasselbalchd)方程第74页,共94页，2024年2月25日，星期天例题：Gly的-NH3+有1/3解离时，溶液的pH值？pH=pK2+lg([Gly-]/[Gly0])pH=9.6+lg(1/2)pH=9.3第75页,共94页，2024年2月25日，星期天（三）AA的化学性质氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。2、氨基酸的化学反应（1）茚三酮反应与α-NH2、α-COOH和R侧链基团有关，多用于氨基酸分析鉴定。第76页,共94页，2024年2月25日，星期天茚三酮水合茚三酮第77页,共94页，2024年2月25日，星期天+3H20水合茚三酮(无色)NH3CO2RCHO+还原型茚三酮(弱酸)加热水合茚三酮+NH3+还原型茚三酮

蓝紫色化合物λmax=570nm第78页,共94页，2024年2月25日，星期天脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质，其余所有的α-氨基酸与茚三酮反应均产生蓝紫色物质。加热黄色，λmax=440nm

第79页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）与甲醛反应：氨基酸的甲醛滴定OH-中和滴定NaOH羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸判断蛋白质水解或合成的进度第80页,共94页，2024年2月25日，星期天第81页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）与2,4二硝基氟苯(DNFB)反应

氨基酸α-氨基的一个氢原子可被2,4二硝基氟苯（DNFB)取代，产生黄色的二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），可用乙酸乙酯或乙醚抽提，用于鉴定蛋白质N-末端氨基酸。+弱碱中+F-第82页,共94页，2024年2月25日，星期天

多肽或蛋白质N端氨基酸的α-氨基也能与DNFB反应，生成DNP-多肽或DNP-蛋白质。后者用酸水解时，所有肽键被打开，可得到黄色的DNP-氨基酸。该反应由F.Sanger（英）首先发现，并用于鉴定多肽或蛋白质的N-端氨基酸，阐明了胰岛素的一级结构。（故DNFB亦称作Sanger试剂）

－－蛋白质N端氨基酸测定的方法之一第83页,共94页，2024年2月25日，星期天5-二甲氨基萘磺酰氯(简称丹磺酰氯或DNS-Cl

)可代替DNFB试剂5-二甲氨基萘磺酰氨基酸有强烈的荧光，可用荧光光度计快速检出，灵敏度高。酰化试剂第84页,共94页，2024年2月25日，星期天苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸，无色)

苯硫乙内酰脲氨基酸(PTH-氨基酸,无色,可用乙酸乙酯抽提)（4）与异硫氰酸苯酯(PITC)反应－烃基化反应第85页,共94页，2024年2月25日，星期天

Edman（瑞典）首先使用该反应鉴定多肽或蛋白质的N-端氨基酸。蛋白质多肽链N端氨基酸的α-氨基可与PITC反应生成PTC-蛋白质,在酸性溶液中，它释放出未端的PTH-氨基酸和比原来少了一个氨