新陳代謝 蛋白質(zhì)1學(xué)習(xí)課件

肌紅蛋白血紅蛋白蛋白質(zhì)折疊的自由能漏斗第一章蛋白質(zhì)化學(xué)Protein蛋白質(zhì)(protein)是由許多不同的α-氨基酸按一定的序列通過(guò)酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學(xué)中專稱為肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構(gòu)象并具有一定生物功能的生物大分子

蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(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)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。

第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類

一般含:C50％～

55%H6％～

8％

O20％～

23％

N15%～

18%S0%～4%

有些還含微量的P,Fe,Zn,Cu,Mo,I等元素.

N含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近,平均為16%

1g氮相當(dāng)于6.25g的蛋白質(zhì)

(6.25常稱為蛋白質(zhì)系數(shù))一、蛋白質(zhì)的元素組成三聚氰胺含氮量為66.6%，是鮮牛奶的151倍，是奶粉的23倍。蛋白質(zhì)平均含N量為16％,這是凱氏(Kjeldahl)定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：

蛋白質(zhì)含量＝蛋白氮量×6.251.化學(xué)成分

簡(jiǎn)單蛋白（按溶解度）

結(jié)合蛋白（按輔基）清蛋白球蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白魚(yú)精蛋白組蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白脂蛋白金屬蛋白磷蛋白血紅素蛋白黃素蛋白二、蛋白質(zhì)的分類2.蛋白質(zhì)功能酶調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白貯存蛋白保護(hù)蛋白收縮和游動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白支架蛋白3.蛋白質(zhì)形狀球狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)的氨基酸組成

一、蛋白質(zhì)的水解

完全水解得到各種氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。1.酸水解方法：常用6mol/LHCl或4mol/LH2SO4，回流煮沸約20h。優(yōu)點(diǎn)：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。缺點(diǎn)：色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨基酸（絲氨酸、蘇氨酸）有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解成羧基。2.堿水解方法：一般用5mol/LNaOH

煮沸10～

20h。

優(yōu)點(diǎn)：色氨酸在水解中不受破壞。

缺點(diǎn)：多數(shù)氨基酸受到不同程度的破壞，產(chǎn)生消旋現(xiàn)象，得到的是D-和L-氨基酸的混合物。此外，引起精氨酸脫氨（生成鳥(niǎo)氨酸和尿素）。3.酶水解方法：用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶（或稱蛋白酶,proteinase）已有十多種，常用的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或稱糜蛋白酶）及胃蛋白酶等。優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸。缺點(diǎn)：使用一種酶往往水解不徹底，需幾種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解。該法主要用于部分水解。二、氨基酸(aminoacid)

的結(jié)構(gòu)通式除脯氨酸（亞氨基酸）外，其他19種均具有如下結(jié)構(gòu)通式：不變部分側(cè)鏈，可變部分－－蛋白質(zhì)是由20種基本氨基酸組成的除脯氨酸外，均為α-氨基酸除甘氨酸外，均為手性氨基酸

三、氨基酸的分類（一）按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

可分為三類：脂肪族、芳香族和雜環(huán)族

1、脂肪族氨基酸（15種）

●

含一氨基一羧基的中性氨基酸（5種）甘氨酸Gly,

G丙氨酸Ala,

A纈氨酸Val,

V亮氨酸Lue,

L異亮氨酸Ile,

I絲氨酸(Ser,S)蘇氨酸(Thr,T)半胱氨酸(Cys,C)甲硫氨酸(Met,M)●●

含羥基或硫氨基酸(一氨基一羧基)（4種）●●●

酸性氨基酸(一氨基二羧基)及其酰胺（4種）天冬氨酸(Asp,D)谷氨酸(Glu,E)天冬酰胺(Asn,N)谷氨酰胺(Gln,Q)●●●●堿性氨基酸(二氨基一羧基)（2種）賴氨酸(Lys,K)精氨酸(Arg,R)組氨酸(His,H)雜環(huán)2、芳香族氨基酸（3種）苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trp,W）3、雜環(huán)氨基酸（2種）組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）說(shuō)明：關(guān)于雜環(huán)氨基酸和雜環(huán)亞氨基酸色氨酸（Trg,W）組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）芳香族氨基酸雜環(huán)亞氨基酸雜環(huán)氨基酸（二）按R基的極性性質(zhì)分類

20種基本氨基酸可分成以下4組：

1、非極性R基氨基酸（8種）

Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp2、不帶電荷的極性R基氨基酸（7種）

Ser、Thr、Tyr

含羥基；

Asn、Gln

含酰胺基；

Cys

含巰基（-SH）；

Gly

（因α-C上的H受易解離的α-氨基和α-

羧基的影響，體現(xiàn)不出極性，故有的書(shū)中將其列為非極性類）3、極性帶正電荷的R基氨基酸（3種）

3種堿性氨基酸：Lys、Arg、His

在pH7時(shí)帶正電荷

?在pH6.0時(shí)，His的R基50%以上質(zhì)子化，但pH7.0時(shí)，質(zhì)子化的分子不到10%。

His是唯一的R基的pKa值在7附近的氨基酸

4、極性帶負(fù)電荷的R基氨基酸（2種）

2種酸性氨基酸：Asp、Glu3個(gè)有個(gè)性的氨基酸

1）脯氨酸（Pro）因?yàn)槭且粋€(gè)環(huán)狀的亞氨基酸,它的氨基和其它氨基酸的羧基形成的肽鍵有明顯的特點(diǎn),較易變成順式肽鍵.2）甘氨酸（Gly）是唯一的在α-碳原子上只有2個(gè)氫原子,沒(méi)有側(cè)鏈的氨基酸.為此它既不能和其它殘基的側(cè)鏈相互作用，也不產(chǎn)生任何位阻現(xiàn)象,進(jìn)而在蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)形成中有其特定的作用.3）半胱氨酸(Cys)它的個(gè)性不僅表現(xiàn)在其側(cè)鏈有一定的大小和具有高度的化學(xué)反應(yīng)活性，還在于兩個(gè)Cys

能形成穩(wěn)定的帶有二硫（橋）鍵的胱氨酸。二硫鍵不僅可以在肽鏈內(nèi)，也可以在肽鏈間存在。更有甚者，同樣的一對(duì)二硫鍵能具有不同的空間取向。

二十種常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)及三字符號(hào)據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類

必需AA非必需AA據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

脂肪族AA芳香族AA(Phe、Tyr、Trp)雜環(huán)AA(His、Pro、Trp)據(jù)R基團(tuán)極性分類極性R基AA非極性R基AA（８種）不帶電荷（７種）帶電荷帶正電荷（３種）帶負(fù)電荷（２種）據(jù)氨基、羧基數(shù)分類一氨基一羧基AA一氨基二羧基AA(Glu、Asp)二氨基一羧基AA(Lys、His、Arg)人體必需氨基酸

Lys

Trp

Phe

Val

Met

Leu

Ile

Thr（三）不常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸

存在于少數(shù)蛋白質(zhì)中特殊的氨基酸。含硒半胱氨酸只存在于含硒蛋白之中；而吡咯賴氨酸僅存在于一些真細(xì)菌和古細(xì)菌體內(nèi)，作為與產(chǎn)甲烷代謝有關(guān)的某些酶的組分。特例：二者均非蛋白質(zhì)合成后修飾而成。（四）非蛋白質(zhì)氨基酸

大多是蛋白質(zhì)中存在的L型α-氨基酸的衍生物，是在蛋白質(zhì)生物合成后由相應(yīng)的基本氨基酸修飾而來(lái)。但有一些是β、γ或δ-氨基酸，且有些是D-型氨基酸。細(xì)菌細(xì)胞壁組成中的肽聚糖中的D-氨基酸：

D-谷氨酸、D-丙氨酸抗生素短桿菌肽S中含有D-苯丙氨酸。γ-羧基谷氨酸存在于凝血酶原中;羥脯氨酸存在于膠原蛋白中;N-甲基賴氨酸存在于肌球蛋白中。

β-丙氨酸是遍多酸(泛酸,一種維生素)的前體成分

γ–氨基丁酸（GABA）是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)

（抑制性遞質(zhì)）L-鳥(niǎo)氨酸、L-瓜氨酸是尿素循環(huán)的中間體第四節(jié)氨基酸的重要理化性質(zhì)和功能一、氨基酸的性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì)

α-氨基酸為無(wú)色晶體，熔點(diǎn)極高(一般在200℃以上)。氨基酸在水中的溶解度差別很大（半胱氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸在水中的溶解度很?。?在稀酸或稀堿中溶解最好,但絕大多數(shù)不能溶解于有機(jī)溶劑(通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出)。脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中,且極易溶于水而潮解。

α-氨基酸有的無(wú)味、有的味甜、有的味苦、谷氨酸的單鈉鹽有鮮味(味精的主要成分)。(氨基酸的味感與其立體構(gòu)型有關(guān)。D-氨基酸多帶有甜味，甜味最強(qiáng)的是D-色氨酸，可達(dá)蔗糖的40倍；L-氨基酸有甜、苦、鮮、酸四種不同味感。)

大米的香味是由于胱氨酸的存在；啤酒的苦味，其原因之一是由于三個(gè)支鏈氨基酸的存在。1、兩性解離和等電點(diǎn)

兩性離子是指在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的-NH3+正離子和能接受質(zhì)子的-COO-負(fù)離子。氨基酸在晶體和水中以兩性離子形式存在，在溶液中極少為中性分子。氨基酸是兩性電解質(zhì)。

（二）氨基酸的解離

pH=pI

凈電荷=0

pH<

pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++H++

OH-+H++

OH-(pK′1)(pK′2)在一定pH條件下,氨基酸分子中所帶的正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)相等,即凈電荷為零,在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng),此時(shí)溶液的pH值稱為該種氨基酸的等電點(diǎn)(isoelectricpoint，pI)。－－氨基酸的等電點(diǎn)是它呈現(xiàn)電中性時(shí)所處環(huán)境的pH值.（1）等電點(diǎn)的概念（2）氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算

氨基酸的pI可由其分子上解離基團(tuán)的解離常數(shù)來(lái)確定。

可見(jiàn)，氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子兩側(cè)的基團(tuán)pK′值之和的二分之一。pI

=2pK′1+pK′2一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI

=2pK′2+pK′3二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI

=2pK′1+pK′2一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算，以甘氨酸為例:一氨基二羧基氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算,以Glu為例:二氨基一羧氨基酸的等電點(diǎn)的計(jì)算,以Lys為例：A.等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，易沉淀。

利用該性質(zhì)可分離制備某些氨基酸。例如谷氨酸的生產(chǎn)，即將微生物發(fā)酵液的pH值調(diào)至3.22（谷氨酸的等電點(diǎn)）而使谷氨酸沉淀析出。B.利用各種氨基酸的等電點(diǎn)不同，可通過(guò)電泳法、離子交換法等在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行混合氨基酸的分離或制備。

（3）等電點(diǎn)理論的應(yīng)用2、R基團(tuán)的疏水性

氨基酸的疏水性直接影響到蛋白質(zhì)的折疊。－－在水溶液中，這是驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)分子折疊的動(dòng)力之一。

側(cè)鏈?zhǔn)杷葌?cè)鏈?zhǔn)杷菼leValLeuPheCysMetAlaProGlyThr4.54.23.82.82.51.91.81.6－0.4－0.7Ser

TrpTyrHisGluGlnAspAsnLysArg－0.8

－0.9－1.3－3.2－3.5－3.5－3.5－3.5－3.9－4.5表氨基酸側(cè)鏈的疏水度

氨基酸是離子化合物，但在溶液狀態(tài)時(shí)，存在下列平衡：化學(xué)反應(yīng)中可用左邊的結(jié)構(gòu)式表示氨基酸。氨基酸分子的α-氨基、α-羧基均能參加反應(yīng)，有的側(cè)鏈R基團(tuán)也能參加反應(yīng)。

（三）氨基酸的化學(xué)反應(yīng)

（1）α-羧基參加的反應(yīng)①成鹽、成酯、成酰氯和成酰胺反應(yīng)該反應(yīng)使氨基酸的氨基被活化氨基酸與堿作用即生成鹽。氨基酸的羧基被醇酯化，形成相應(yīng)的酯。②脫羧基反應(yīng)③蛋白質(zhì)合成的氨基酸活化反應(yīng)①與亞硝酸的反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的N2體積，即可計(jì)算出氨基酸的量。用途：是范斯萊克（VanSlyke）法測(cè)定氨基氮的基礎(chǔ),可用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定室溫（2）α-氨基參加的反應(yīng)

注：Pro為亞氨基酸，與亞硝酸無(wú)反應(yīng)。②與甲醛的反應(yīng)

用NaOH滴定★氨基酸甲醛滴定法(概念)

在甲醛存在的情況下對(duì)氨基酸進(jìn)行滴定的方法

●判斷蛋白質(zhì)水解或合成的進(jìn)度③與2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反應(yīng)－－烴基化反應(yīng)

2，4-二硝基苯氨基酸，黃色（DNP-氨基酸，可用乙酸乙酯或乙醚抽提）

多肽或蛋白質(zhì)N端氨基酸的α-氨基也能與DNFB反應(yīng)，生成DNP-多肽或DNP-蛋白質(zhì)。后者用酸水解時(shí)，所有肽鍵被打開(kāi)，可得到黃色的DNP-氨基酸。該反應(yīng)由F.Sanger（英）首先發(fā)現(xiàn)，并用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-端氨基酸，闡明了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)。（故DNFB亦稱作Sanger試劑）－－蛋白質(zhì)N端氨基酸測(cè)定的方法之一5-二甲氨基萘磺酰氯(簡(jiǎn)稱丹磺酰氯或DNS-Cl

)代替DNFB試劑5-二甲氨基萘磺酰氨基酸有強(qiáng)烈的熒光，可用熒光光度計(jì)快速檢出，靈敏度高。酰化試劑苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸，無(wú)色)

苯硫乙內(nèi)酰脲氨基酸(PTH-氨基酸,無(wú)色,可用乙酸乙酯抽提)④

與異硫氰酸苯酯(PITC)的反應(yīng)－烴基化反應(yīng)

Edman（瑞典）首先使用該反應(yīng)鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-端氨基酸。蛋白質(zhì)多肽鏈N端氨基酸的α-氨基可與PITC反應(yīng)生成PTC-蛋白質(zhì),在酸性溶液中，它釋放出末端的PTH-氨基酸和比原來(lái)少了一個(gè)氨基酸殘基的多肽鏈－－－稱為Edman降解反應(yīng)。（故PITC亦稱作Edman試劑）。

該反應(yīng)在多肽和蛋白質(zhì)的氨基酸序列分析方面占有重要地位－－多肽順序自動(dòng)分析儀，一次可連續(xù)測(cè)出60個(gè)以上的氨基酸順序。

（3）

α-氨基和α-羧基參加的反應(yīng)①與茚三酮的反應(yīng)茚三酮水合茚三酮+3H2O水合茚三酮(無(wú)色)NH3CO2RCHO+還原型茚三酮(弱酸)加熱水合茚三酮+NH3+還原型茚三酮藍(lán)紫色化合物λmax=570nmα-氨基酸與茚三酮的總反應(yīng)式脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其余所有的α-氨基酸與茚三酮反應(yīng)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)。加熱黃色，λmax=440nm

②成肽反應(yīng)－－縮合反應(yīng)——這是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)（4）側(cè)鏈R基參加的主要反應(yīng)①

Cys巰基（-SH）參加的反應(yīng)－－性質(zhì)很活潑A.

很容易被氧化形成二硫鍵（－S－S－）作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或斷裂。B.

與過(guò)甲酸、碘代乙酸的反應(yīng)②

Pauly反應(yīng)——可用于檢測(cè)Tyr

Tyr的酚基可以與重氮化合物，如重氮苯磺酸，結(jié)合生成橘黃色化合物－－Pauly反應(yīng)橘黃色③His的咪唑基與重氮鹽（重氮苯磺酸）的反應(yīng)棕紅色附：咪唑基的性質(zhì)組氨酸含有咪唑基，其pK2值為6.0，在生理?xiàng)l件下具有緩沖作用。組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)?？梢耘cATP發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失。④羥基參加的反應(yīng)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)（酶）。二異丙基氟磷酸

Ser和Thr

的羥基能夠與酸作用形成酯。在蛋白質(zhì)分子中，Ser常與磷酸結(jié)合。

Ser是大多數(shù)蛋白水解酶活性中心的主要組分，多種?；噭┠芘c酶活性中心的Ser羥基作用，導(dǎo)致酶的失活。Ser⑤甲硫基參加的反應(yīng)－－Met側(cè)鏈上的甲硫基是一個(gè)強(qiáng)的親核中心，易與鹵代烷等發(fā)生親核取代反應(yīng)形成烷基化產(chǎn)物。（四）氨基酸的旋光性●20種常見(jiàn)氨基酸中，除甘氨酸外均含有一個(gè)手性

-碳原子，都具有旋光性。●比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。

氨基酸的構(gòu)型－都有D-型和L-型2種立體異構(gòu)體L-丙氨酸D-丙氨酸L-(－)甘油醛D-(＋)甘油醛L-丙氨酸D-丙氨酸

蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的氨基酸都是L-型的（故習(xí)慣上書(shū)寫(xiě)氨基酸都不注明構(gòu)型和旋光方向）。（五）氨基酸的光譜性質(zhì)----光吸收性質(zhì)

參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都無(wú)光吸收，但在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。

在近紫外區(qū)(220～300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力，因?yàn)樗鼈兒斜江h(huán)共軛π鍵系統(tǒng)。

Phe：

max=257nm，257=2.0×102mol-1?L?cm-1

Tyr：

max=275nm，275=1.4×103

mol-1?L?cm-1

Trp：

max=280nm，280=5.6×103mol-1?L?cm-1

蛋白質(zhì)因含有Tyr、Phe、Trp,也有紫外吸收能力,一般最大吸收在280nm波長(zhǎng)處。分光光度計(jì)定量分析依據(jù)Lambert-Beer定律：A=Log1/T=LogIo/I=εCL入射光強(qiáng)度Io透射光強(qiáng)度I樣品池(溶液濃度mol/L)檢測(cè)器單色器光源二、氨基酸的功能

1、作為寡肽、多肽和蛋白質(zhì)的組成單位；

2、作為多種生物活性物質(zhì)的前體；

(Arg→NO；His→組胺；Trp→褪黑激素)3、作為神經(jīng)遞質(zhì)；(Glu：腦組織中一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì))4、氧化分解產(chǎn)生ATP；

5、作為糖異生的前體。注意閱讀教材P.11-12：個(gè)別氨基酸的側(cè)鏈性質(zhì)和對(duì)蛋白質(zhì)功能的貢獻(xiàn)第五節(jié)氨基酸的分離和分析一、電泳舉例：Glu、Asp、Ala、Leu

、His、Lys4種氨基酸的混合樣品，在pH6.0時(shí)，泳動(dòng)方向及相對(duì)速度。

Glu

AspAlaLeuHisLys

pI3.222.976.025.987.599.74氨基酸的分離與分析是測(cè)定蛋白質(zhì)分子組成和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。Ala、Lys和Asp的電泳分離二、層析

層析即色層分析又稱色譜(chromatograph)