南开大学：生化课件02蛋白质化学

糖类脂类维生素激素核酸氨基酸核苷酸乙酰CoA三羧酸循环酶蛋白质代谢调节辅助因子基因表达生物化学知识体系第二章

蛋白质化学

ChemistryofProtein第一节

通论

一、

蛋白质的化学概念

蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的有特定空间结构和生物学活性的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学重要性

1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。2.蛋白质具有重要的生物学功能

作为生物催化剂（酶）代谢调节作用免疫保护作用物质的转运和存储运动与支持作用参与细胞间信息传递3.氧化供能*根据蛋白质组成成分

单纯蛋白质（SimpleProtein）结合蛋白质（ConjugateProtein）

=蛋白质部分+非蛋白质部分

*根据蛋白质形状

纤维状蛋白质（FibrouseProtein）：

难溶于水，结构蛋白

球状蛋白质（GlobularProtein）：多溶于水，功能蛋白

三、

蛋白质的分类

*根据蛋白质功能

/溶解度

纤维状蛋白质和球状蛋白质四、蛋白质的元素组成

主要有C、H、O、N，还有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。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。可通过测定含氮量来计算蛋白质：蛋白质含量=蛋白氮×6.251/16%

蛋白质元素组成的特点第二节

蛋白质的组成单位

——氨基酸一、氨基酸一般结构特征蛋白质在酸、碱或酶的作用下，水解为氨基酸（AminoAcid）——蛋白质的基本结构单位。存在自然界中的氨基酸有数百种，但组成生物体蛋白质的氨基酸主要有20种。氨基酸结构通式α

2个特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）氨基酸的构型

组成蛋白质的氨基酸除Gly（R=H）以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。D/L标记法甘油醛D/L分型为参考标准球棍式投影式透视式二、氨基酸的分类和结构依R基团结构分：非极性氨基酸（NonpolarAminoAcids）9种极性，不带电荷氨基（Polar,UnchargedAminoAcids）6/7种

酸性氨基酸(-)（AcidicAminoAcids）2种碱性氨基酸(+)（BasicAminoAcids）3种含非极性R基团的氨基酸（甲硫氨酸）含极性不带电荷R基团的氨基酸

含带负电荷（酸性）R基团的氨基酸含带正电荷（碱性）R基团的氨基酸三、蛋白质中修饰性氨基酸

5-羟赖氨酸4-羟脯氨酸甲状腺素3-甲基组氨酸ε-N-甲基赖氨酸ε—N-N-N-三甲基赖氨酸α-氨基己二酸γ-羧基谷氨酸焦谷氨酸磷酸丝氨酸磷酸苏氨酸磷酸酪氨酸N-甲基精氨酸N-乙酰赖氨酸四、非蛋白质氨基酸五、氨基酸的一般性质无色晶体或粉末状熔点高：>200°C

紫外吸收性质：芳香、杂环氨基酸旋光性：Gly除外溶解性：一般溶于水、稀酸碱；不溶于有机溶剂色氨酸：279nm

酪氨酸：275nm

苯丙氨酸：259nm紫外吸收大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。旋光性组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“一”号表示，向右旋转的称右旋，用“＋”号表示。旋光物质L-（-）-苏氨酸D-（+）-苏氨酸六、氨基酸的化学性质结构→性质α-氨基，α-羧基

→共性R基团

→特性1.两性性质和等电点氨基酸为两性离子（兼性离子、偶极离子）两性离子(dipolarion)氨基酸在晶体或在水中主要以兼性离子形式存在氨基酸是两性电解质酸（供氢体）碱（受氢体）氨基酸的等点点（isoelectricpoint，pI）

在一定的pH条件下，氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相等，即净电荷为零，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint,pI)

。氨基酸在等电点时溶解度最小。正离子pH<pI两性离子pH=pI负离子pH>pI+OH-+H++OH-+H+实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。

氨基酸等点点的计算解离常数：pK值pK1

pK2

K1=[A±][H+][A+]K2=[A-][H+][A±]完全质子化多元酸Henderson-Hasselbalch方程：pH=pKa+lg[质子受体][质子供体]pK值：指某种解离基团有一半被解离时的pH值。甘氨酸酸

碱滴定曲线pK1pK22.349.60Gly等电点的计算K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI时，[Gly+]=[Gly-]则：=[Gly±][H+]K1[Gly±]K2[H+]

[H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly谷氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3Glu等电点的计算pK1pK2pK32.199.674.24pI=（pK1+pK2）/2=(2.19+4.25)=3.22赖氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3Lys等电点的计算pK2pK1pK32.1810.538.95pI=（pK2+pK3）/2=(8.95+10.53)=9.742.氨基酸的化学反应茚三酮反应亚硝酸反应甲醛的反应2.4—二硝基氟苯反应（FDNB）与苯异硫氰酸（酯）的反应二甲基氨基萘磺酰氯反应（DNS-Cl）氨基酸与酰化剂（苄氧羰酰氯）的反应成盐和成酯反应

茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物弱酸条件下共热，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。亚硝酸反应氨基酸羟酸用途：氨基酸定量；蛋白质水解程度测定甲醛滴定甲醛反应

一羟甲基衍生物二羟甲基衍生物pH=pK+log[H2NCH2COO-][H3+NCH2COO-]+OH-弱酸2.4-二硝基氟苯（FDNB/DNFB）反应（Sanger）室温

pH8-9FDNBDNP-氨基酸（黄色）苯异硫氰酸（PITC，Edman反应）PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸PTC：苯氨基硫甲酰；PTC：苯氨基硫甲酰5’-二甲氨基萘-1-磺酰氯反应用途：N端氨基酸标记；微量氨基酸定量荧光酰基化反应苄氧羰酰氯苄氧羰酰-氨基酸用途：蛋白质人工合成中氨基保护剂成盐和成酯反应3.氨基酸的分离和分析鉴定蛋白质的水解→氨基酸混合物酸水解：6mol/LHCl,110–120۫C,24h

碱水解：5mol/LNaOH110۫C,24h

酶水解氨基酸的分离鉴定纸层析

薄层层析离子交换柱层析

纸层析(paperchromatography)

纸层析是以滤纸为惰性支持物的分配层析。滤纸纤维上的羟基具有亲水性，吸附一层水作为固定相，有机溶剂为流动相。有机相流经固定相支持物时，与固定相之间连续抽提，使物质在两相间不断分配而得到分离。溶质在滤纸上的移动速度用Rf值表示：（物质结构、溶剂系统的物质组成等因素都会影响Rf值）Rf

＝

原点到层析斑点中心的距离原点到溶剂前沿的距离原点前沿双向纸层析薄层层析（thin-layerchromatography

）

以硅胶、氧化铝、纤维素粉等为支持剂支持剂涂布于玻璃板上→均匀薄层样品滴加在薄层一端离子交换柱层析（ion-e