第1章 蛋白質(zhì)的化學(xué)課件

Protein第1章蛋白質(zhì)的化學(xué)蛋白質(zhì)存在于所有生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。如，生物專有的催化劑——酶一個(gè)細(xì)胞中約含有104種蛋白質(zhì)，分子的數(shù)量達(dá)1011個(gè)。物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均相對(duì)分子質(zhì)量種類水8518自由水和結(jié)合水蛋白質(zhì)103.6×104清、球、組、核蛋白質(zhì)等DNA0.4106RNA0.74.0×105脂類2700脂肪、磷脂等糖類等0.4250單糖、雙糖、多糖無(wú)機(jī)鹽1.555Na+,K+,Ca+,Mg+,Cl-,SO42-等原生質(zhì)中各種物質(zhì)的平均值一、蛋白質(zhì)通論（一）、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類１、元素組成２、蛋白質(zhì)的含氮量蛋白氮占生物組織所有含氮物質(zhì)的絕大部分。大多數(shù)蛋白質(zhì)含氮量接近于16%蛋白質(zhì)含量=每克樣品中含氮的克數(shù)6.25凱氏定氮法奶粉-三聚氰胺事件

三聚氰胺其分子中含有大量氮元素。用普通的全氮測(cè)定法測(cè)飼料和食品中的蛋白質(zhì)數(shù)值時(shí)，根本不會(huì)區(qū)分這種偽蛋白氮。添加在食品中，可以提高檢測(cè)時(shí)食品中蛋白質(zhì)檢測(cè)數(shù)值。目前三聚氰胺被認(rèn)為毒性輕微，大鼠口服的半數(shù)致死量大于3克/公斤體重。據(jù)1945年的一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)道：將大劑量的三聚氰胺飼喂給大鼠、兔和狗后沒(méi)有觀察到明顯的中毒現(xiàn)象。動(dòng)物長(zhǎng)期攝入三聚氰胺會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進(jìn)一步誘發(fā)膀胱癌。由于食品和飼料工業(yè)蛋白質(zhì)含量測(cè)試方法的缺陷，三聚氰胺也常被不法商人用作食品添加劑，以提升食品檢測(cè)中的蛋白質(zhì)含量指標(biāo)，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精”。

蛋白質(zhì)主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過(guò)30%，而三聚氰胺的分子式含氮量為66％左右。通用的蛋白質(zhì)測(cè)試方法“凱氏定氮法”是通過(guò)測(cè)出含氮量來(lái)估算蛋白質(zhì)含量，因此，添加三聚氰胺會(huì)使得食品的蛋白質(zhì)測(cè)試含量偏高，從而使劣質(zhì)食品通過(guò)食品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的測(cè)試。有人估算在植物蛋白粉和飼料中使測(cè)試蛋白質(zhì)含量增加一個(gè)百分點(diǎn)，用三聚氰胺的花費(fèi)只有真實(shí)蛋白原料的1/5。三聚氰胺作為一種白色結(jié)晶粉末，沒(méi)有什么氣味和味道，摻雜后不易被發(fā)現(xiàn)。

“有廠商承認(rèn)飼料里添加微毒三聚氰胺在中國(guó)習(xí)以為常，在動(dòng)物飼料中添加三聚氰胺，將提高飼料的氮含量，讓人誤以為該飼料的蛋白質(zhì)比較豐富，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值實(shí)際上卻沒(méi)有增加。豬、雞、魚飼料與寵物食品的制造商因此趨之若鶩。”(AminoAcid,AA,Aa,aa)氨基酸——蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子ProteinArchitecture一、氨基酸（一）蛋白質(zhì)水解蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵可被催化水解酸/堿能將蛋白完全水解

酶水解一般是部分水解得到各種AA的混合物得到多肽片段和AA的混合物氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元蛋白質(zhì)——月示——胨——多肽——肽——AA1*1045*1032*1031000200100-500（二）氨基酸的結(jié)構(gòu)地球上天然形成的AA200種以上。構(gòu)成蛋白質(zhì)的AA只有20余種，且基本是α-氨基酸。什么是氨基酸？氨基酸是指含有氨基的羧酸。蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組成的，除脯氨酸外，均為α-氨基酸。即羧酸分子中α-碳原子上的一個(gè)氫原子被氨基取代而成的化合物。----C-C-C-C-COOHγβα----C-C-C-C(NH2)-COOHα-氨基酸----C-C-C(NH2)-C-COOHβ-氨基酸----C-C(NH2)-C-C-COOHγ-氨基酸什么是α-氨基酸？（三）氨基酸的分類天然氨基酸的分類蛋白質(zhì)氨基酸常見氨基酸（基本氨基酸）：參與蛋白質(zhì)組成的只有二十種左右。不常見的氨基酸：它們都是在已合成的肽鏈上由常見的氨基酸經(jīng)專一酶催化修飾轉(zhuǎn)化而來(lái)的。非蛋白質(zhì)氨基酸1、常見氨基酸的分類

（1）按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：脂肪族氨基酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、(色氨酸)。雜環(huán)氨基酸：組氨酸(堿性)、色氨酸。雜環(huán)亞氨基酸：脯氨酸。（2）按R基的極性分類：按Ｒ基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：１、脂肪族aa（１）中性aa（2）含羥基或硫aa胱氨酸（３）酸性aa及其酰胺（４）堿性aa２、芳香族aa３、雜環(huán)aa按Ｒ基的極性性質(zhì)分類：１、非極性Ｒ基aa２、不帶電荷的極性Ｒ基aa3、帶正電荷的Ｒ基aa---堿性aa4、帶負(fù)電荷的Ｒ基aa—酸性aa2不常見的蛋白質(zhì)氨基酸由常見aa經(jīng)修飾而來(lái)。3非蛋白質(zhì)氨基酸150多種多是蛋白質(zhì)中L型α-AA衍生物有一些是β-，γ-，δ-AA有些是D-型AA

鳥氨酸瓜氨酸二氨基酸的溶解度、旋光性、光吸收1、溶解度2、氨基酸的旋光性甘氨酸除外，無(wú)手性碳原子。

說(shuō)明：

①蘇氨酸，異亮氨酸，羥脯氨酸，羥賴氨酸，有二個(gè)不對(duì)稱碳原子。蘇氨酸的四個(gè)異構(gòu)體如下：②胱氨酸光學(xué)異構(gòu)體的特殊性。外消旋體：一對(duì)對(duì)映體右旋體和左旋體的等量混合物。旋光方向相反、旋光能力相同的分子等量混合而成，其旋光性因這些分子間的作用而相互抵消，因而是不旋光的。內(nèi)消旋體：分子內(nèi)，含有構(gòu)造相同的手性碳原子，但存在對(duì)稱面的分子。分子內(nèi)雖然含有兩個(gè)不對(duì)稱碳原子C*，但由于它們具有對(duì)稱因素，一半分子的右旋作用被另一半分子的左旋作用在內(nèi)部所抵消，因此是一個(gè)不旋光性化合物。③氨基酸的旋光符號(hào)和大小取決于它的R基的性質(zhì)，溶液的pH有關(guān)，測(cè)定的溶劑有關(guān)。3、氨基酸的吸光性

在近紫外光區(qū)域（220—300nm）只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的最大光吸收波長(zhǎng)（λmax）在275nm，ε275=1400；苯丙氨酸的λmax在275nm，ε275=200；色氨酸的λmax在280nm,ε280=5600。

利用分光光度法很方便地測(cè)定蛋白質(zhì)的含量。

三、氨基酸的酸堿性質(zhì)（一）兼性離子H3N—CH—COOHR+（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+（pH=pI）H2N—CH—COO-R（pH＞pI）（二）氨基酸的解離（三）氨基酸的等電點(diǎn)當(dāng)溶液為某一pH值時(shí)，AA的氨基和羧基的解離度完全相等，正負(fù)離子濃度相等。AA主要以兼性離子的形式存在，分子中所含的正負(fù)電荷數(shù)目相等，凈電荷為0。這一pH值即為AA的等電點(diǎn)（pI）。在pI時(shí)，AA在電場(chǎng)中既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即處于兩性離子狀態(tài)。在pI時(shí)，AA的溶解度最小.側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性AApI=(pK’1+pK’2)/2甘氨酸滴定曲線對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的AApI取決于兩性離子兩邊pK’值的算術(shù)平均值酸性AA：pI=(pK’1+pK’R-COO-

)/2堿性AA：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)（一）α-氨基參加的反應(yīng)（二）α-羧基參加的反應(yīng)（一）α-氨基參加的反應(yīng)1.與亞硝酸反應(yīng)2.與?；噭┓磻?yīng)3.烴基化反應(yīng)4.形成Schiff’s堿反應(yīng)5.脫氨基反應(yīng)

NH2OHRCHCOOH+HNO2RCHCOOH+H2O+N2VanSlyke法測(cè)氨基氮（體積）的基礎(chǔ)。N2中的1/2為氨基氮。

氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。NO2FO2N+H2N—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱堿性DNP-氨基酸（黃色）DNFPSanger法測(cè)定N末端氨基酸基礎(chǔ)在生物體內(nèi)經(jīng)AA氧化酶催化即脫去α-氨基而轉(zhuǎn)變?yōu)橥?。（二）?羧基參加的反應(yīng)1.成鹽或成酯反應(yīng)2.成酰氯反應(yīng)3.脫羧基反應(yīng)4.疊氮反應(yīng)（2）成酯

NH2

干燥，HCl

RCHCOOH+C2H5OH

回流

RCHCOOC2H5+H2ONH3·Cl

保護(hù)羧基（1）與NaOH等形成鹽

HN-保護(hù)基R—CH-COOH+PCl5

HN-保護(hù)基R—CH-COOCl+POCl3+HCl保護(hù)氨基活化羧基

NH2脫羧酶R—CH-COOHR-CH2-NH2+CO2（三）α-羧基和α-氨基都參加的反應(yīng)1、與茚三酮反應(yīng)2、成肽反應(yīng)弱酸加熱六、氨基酸混合物的分析分離{層析系統(tǒng)固定相{流動(dòng)相附著在固相上的液體固體薄層層析分配柱層析裝置

填充物為親水性的不溶物質(zhì)如纖維素、淀粉、硅膠等，收集的組分用茚三酮顯色定量。（二）離子交換層析固定相支持劑顆粒細(xì)，表面積大；采取高壓，洗脫速度快,高靈敏度的檢測(cè)器。（六）高效液相層析氨基酸的制備目前氨基酸的生產(chǎn)方法分三類：（1）直接發(fā)酵法；（2）化學(xué)合成法；（3）蛋白質(zhì)水解提取法（酸、堿、酶）。八、氨基酸的應(yīng)用1、醫(yī)藥工業(yè)（1）氨基酸輸液（2）必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、賴氨酸、蛋氨酸（3）半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。治療藥劑（1）精氨酸：對(duì)治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果；（2）天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。（3）半胱氨酸：能促進(jìn)毛發(fā)的生長(zhǎng)，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；（4）組氨酸：可擴(kuò)張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。2、化學(xué)工業(yè)（1）維生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸為原料合成。（2）葉酸：需要用谷氨酸為原料合成。（3）氨基酸表面活性劑：?；劝彼徕c、十六烷基-L-賴氨酰-L-賴氨酸甲酯二鹽酸、月桂酰-L-精氨酸乙酯鹽酸等具有較強(qiáng)的抗菌殺菌活性，且無(wú)刺激性。（4）聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作為合成皮革的表面處理劑；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯與磷酸高級(jí)烷基酯結(jié)合得到化合物可作為可塑劑，穩(wěn)定劑等。3、食品工業(yè)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑；谷氨酸鈉－味精；天冬氨酸鈉：可用于清涼飲料，能增加清涼感并使香味濃厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：－甜味素APM4，農(nóng)業(yè)（1）殺蟲劑：刀豆氨酸、5-羥色氨酸可使南方毛蟲拒食而死；半胱氨酸可殺死黃瓜蠅；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸鹽具有較強(qiáng)的殺蚜蟲和殺螨效果；（2）殺菌劑：N-月桂酰纈氨酸可作為治療稻瘟?。?1，4環(huán)己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；（3）除草劑：如N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；5、化妝品工業(yè)氨基酸能調(diào)節(jié)皮膚pH的變動(dòng)，對(duì)細(xì)菌的防護(hù)作用，也可作為皮膚、毛發(fā)的營(yíng)養(yǎng)成分，增加皮膚、毛發(fā)的光澤。防止皮膚干燥的自然保濕因子的主要成分是甘氨酸、羥基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等游離氨基酸。在化妝品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些維生素，可防止皮膚老化。四、肽（peptide）AA-NH2與另一AA-COOH間失水形成的酰胺鍵稱肽鍵，所形成的化合物稱肽。由兩個(gè)AA組成的肽稱為二肽。由多個(gè)AA組成的肽則稱為多肽（肽鏈）。組成多肽的AA單元由于參加肽鍵的形成已經(jīng)不是原來(lái)完整的分子，因此稱為氨基酸殘基。游離的末端氨基游離的末端羧基兩個(gè)游離的末端基團(tuán)有時(shí)連接而成環(huán)狀肽鍵。肽的物理化學(xué)性質(zhì)肽末端α-羧基pKa值比游離AA中的大。肽末端α-氨基pKa值比游離AA中的小。等電點(diǎn)（兩性）。酸堿性質(zhì)取決于：

—α-羧基、α-氨基、側(cè)鏈基團(tuán)的解離

具有雙縮脲反應(yīng)——肽、Pr特有的反應(yīng)。堿性CuSO4（三）、天然存在的重要多肽谷胱甘肽是存在于動(dòng)植物和微生物細(xì)胞中的一個(gè)重要的三肽，簡(jiǎn)稱GSH，是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸組成的。重要激素舉例（一）氨基酸衍生物激素1、甲狀腺激素（1）結(jié)構(gòu)

甲狀腺素（3,5,3′,5′-四碘甲腺原氨酸，簡(jiǎn)稱T4）。三碘甲腺原氨酸（3,5,3′-三碘甲腺原氨酸，簡(jiǎn)稱T3）

（2）生物合成

二分子二碘Tyr作用形成甲狀腺素（T4）

一碘TyrTyr+活性碘+活性碘3,5-二碘TyrT4脫碘產(chǎn)生T3一碘Tyr和二碘Tyr連接而成T3（3）生理功能

①促進(jìn)體內(nèi)各物質(zhì)的代謝，增加代謝率；另外增加耗氧量和產(chǎn)熱量。

②維持機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育。

甲亢大脖子病2．腎上腺素

腎上腺素可使血管收縮；并能刺激心臟，使心肌收縮力增加，心跳加快，所以使血壓升高。（對(duì)心臟作用大）（臨床上被用來(lái)作為升壓藥物，起抗休克作用）狗急跳墻：血流速度快，血氧、血糖高生物合成

Tyr羥化CO2羥化正腎上腺素（去甲腎上腺素）+CH3（由Met供給）腎上腺素Tyr羥化酶激素作用生理上代謝上腎上腺素對(duì)心臟作用大強(qiáng)心劑（使心跳加速）對(duì)糖代謝作用大、升高血糖正腎上腺素對(duì)血管作用大加壓劑（使血管收縮）對(duì)糖代謝作用弱，約1/20重要多肽類激素

這類激素包括由垂體（腺垂體、神經(jīng)垂體），下丘腦、胰腺、甲狀腺、甲狀旁腺、胃腸和胸腺等分泌的激素。

1．腺垂體激素：生長(zhǎng)激素（GH）促甲狀腺素（TSH)促黃體生成素（LH）促卵泡素（FSH）催乳素（LTH）促腎上腺皮質(zhì)素（ACTH）促黑素（MSH）內(nèi)啡肽

①生長(zhǎng)激素（GH）化學(xué)本質(zhì)：蛋白質(zhì)（1）：促進(jìn)蛋白質(zhì)和RNA的生成（2）：調(diào)節(jié)糖和脂肪代謝（3）：刺激軟骨的生長(zhǎng)（最主要）過(guò)多：幼體—巨人癥成人—肢端肥大缺乏：侏儒功能：催乳激素（LTH）：

催乳激素中有一段氨基酸序列與生長(zhǎng)激素相似

一條肽鏈的蛋白質(zhì)，人的LTH約由200個(gè)氨基酸組成。

功能：刺激乳腺分泌乳汁，刺激黃體分泌孕酮?；瘜W(xué)本質(zhì)：都是糖蛋白促甲狀腺素（TSH）促卵泡激素（FSH）促黃體生成素（LH）促激素、促性腺激素②

促激素促甲狀腺激素：靶腺是甲狀腺，促使甲狀腺發(fā)育以及分泌甲狀腺激素，從而影響全身代謝。

功能：③促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）ACTH是39個(gè)氨基酸組成的多肽，有種屬差異。

生理功能：

促使腎上腺皮質(zhì)發(fā)育和促使腎上腺皮質(zhì)分泌激素。

促黑素促進(jìn)皮色素形成和控制皮色素顆粒在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的分布內(nèi)啡肽嗎啡功能：鎮(zhèn)痛

結(jié)構(gòu)：

催產(chǎn)素（oxytocin）和升壓素（也稱加壓素vasopressin）是含S-S鍵的9肽。

這兩種激素肽鏈骨架相似，都為含二硫鍵的二十元環(huán)，差別在第3位和第8位氨基酸不相同。

2、神經(jīng)垂體激素催產(chǎn)素：使子宮平滑肌收縮，用于催產(chǎn)，還可使乳腺平滑肌收縮，排出乳汁。功能：升壓素：使毛細(xì)血管收縮，增加血壓；并有減少排尿的作用，即抗利尿作用，所以升壓素也稱抗利尿激素。胰島素（insulin）功能：

①促進(jìn)糖原的生物合成以及葡萄糖的氧化，降低血糖。

②促進(jìn)蛋白質(zhì)及脂類的合成代謝。

糖原葡萄糖CO2+H2OInsulin（2）胰高血糖素（glucagon）

結(jié)構(gòu)：29肽

功能：在許多方面與胰島素相反。

①主要促使肝糖原分解，使血糖↑

②促使脂肪分解。

甲狀旁腺激素和降鈣素甲狀旁腺激素（PTH）

結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)激素，有種屬差異。

功能：靶器官是骨和腎臟血鈣↑，血磷↓。

降鈣素（CT）

結(jié)構(gòu)：由32個(gè)氨基酸組成的多肽

功能：靶也是骨和腎臟血鈣↓血磷↓

甲狀旁腺激素：血鈣↑，血磷↓。

降血鈣素：血鈣↓，血磷↓。

1,25-二羥膽鈣化醇：血鈣↑，血磷↑。

其他激素7.胃腸激素8.絨毛膜促性腺激素：驗(yàn)孕9.松弛素：分娩10.胸腺素：Tcel