蛋白質(zhì)化學(xué)1

1、第一節(jié) 氨基酸 第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 第五節(jié) 蛋白質(zhì)的分離與鑒定,第一章 蛋白質(zhì)的化學(xué),掌握蛋白質(zhì)的元素組成、蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸及其連接方式； 掌握肽鍵和多肽鏈； 掌握蛋白質(zhì)的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域； 了解蛋白質(zhì)的重要性，生物活性肽的作用，蛋白質(zhì)的分類； 了解蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系； 了解蛋白的理化性質(zhì)及其提取、純化原理。,蛋白質(zhì)（Protein）是一類生物大分子，由一條或多條肽鏈構(gòu)成，每條肽鏈都由一定數(shù)量的氨基酸按一定順序以肽鍵連接形成。,引言：蛋白質(zhì)概述,蛋白質(zhì)存在于所有生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物

2、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)過程。如生物專有的催化劑酶；,引言：蛋白質(zhì)概述,一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能:,1.作為生物催化劑：在體內(nèi)催化各種物質(zhì)代謝反應(yīng)的酶幾乎都是蛋白質(zhì)。(已發(fā)現(xiàn)3,000多種) 2.調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)：一些激素是蛋白質(zhì)或肽，如胰島素、生長素。 3.運(yùn)輸載體：如紅細(xì)胞中運(yùn)輸O2、CO2要靠血紅蛋白、運(yùn)輸脂類物質(zhì)的是載脂蛋白、運(yùn)鐵蛋白等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或叫載體蛋白。 4.參與機(jī)體的運(yùn)動(dòng)：如心跳、胃腸蠕動(dòng)等，依靠與肌肉收縮有關(guān)的蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，如肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白。,5.參與機(jī)體的防御：機(jī)體抵抗外來侵害的防御機(jī)能，靠抗體，抗體也稱免疫球蛋

3、白，是蛋白質(zhì)。 6.接受傳遞信息：如口腔中的味覺蛋白、視網(wǎng)膜中的視覺蛋白。 7.結(jié)構(gòu)成分：建造和維持生物體的結(jié)構(gòu)。（如-角蛋白、阻遏蛋白及轉(zhuǎn)錄因子等） 8.其它：如雞蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是營養(yǎng)和儲(chǔ)存蛋白；還有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特異的生物學(xué)功能。,所以，我們不難理解，為什么說沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。,一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能:,1、元素組成,碳（5055%） 氫（67%） 氧（1924%） 氮（1319%） 硫（04%）,主要元素,Others：P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I。,二、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類,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

4、%。因此，可用定氮法來推算樣品中蛋白質(zhì)的含量：,每克樣品含氮克數(shù)6.25 = 每克樣品中蛋白質(zhì)含（g）,2、蛋白質(zhì)的含氮量,奶粉-三聚氰胺事件,三聚氰胺結(jié)構(gòu)式,NH3+3CO2,6,+,硅膠,密胺、蛋白精,蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子,Protein Architecture,一、氨基酸,(Amino Acid, AA, Aa, aa),第一節(jié)、氨 基 酸,寡肽10個(gè)以下氨基酸殘基組成的肽； 多肽或蛋白質(zhì)10個(gè)或以上氨基酸殘基組成的肽。 多肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而殘缺，故稱為氨基酸殘基。 將氨基酸殘基連接成一條長鏈多肽的主鍵是肽鍵； 由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的長鏈骨架稱為多肽主鏈；各氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)

5、統(tǒng)稱為多肽側(cè)鏈。,（一） 蛋白質(zhì)水解,氨基酸通過肽鍵連接成的化合物稱為肽。根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目分別稱為寡肽、多肽或蛋白質(zhì)。,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（HCl/NaOH） 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,地球上天然形成的AA 300種以上。 構(gòu)成蛋白質(zhì)的AA只有20余種，稱蛋白質(zhì)氨基酸，不參與蛋白組成的稱為非蛋白質(zhì)氨基酸。,（二） 氨基酸的結(jié)構(gòu),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-氨基酸（且其化學(xué)結(jié)構(gòu)均為L-氨基，除甘氨酸外）。即羧酸分子中-碳原子上的一個(gè)氫原

6、子被氨基取代而成的化合物。,什么是氨基酸？,非解離形式,解離形式,半胱氨酸是含硫氨基酸，在蛋白質(zhì)分子中，有時(shí)2個(gè)半胱氨酸殘基上的巰基脫氫，以二硫鍵相連形成胱氨酸。 脯氨酸是唯一的環(huán)狀亞氨基酸，其可羥化生成羥脯氨酸。,六伴窮光蛋， 酸谷天出門， 死豬肝色臉， 只攜一兩錢。 一本落色書， 揀來精讀之。 芳香老本色， 不搶甘肅來。,半胱、胱、蛋（甲硫）氨酸含硫氨基酸 谷氨酸、天冬氨酸酸性氨基酸 絲、組、甘、色氨酸一碳單位來源的氨基酸 纈、異亮、亮氨酸支鏈氨基酸 異亮、苯丙、酪、色、蘇氨酸生糖兼生酮 賴氨酸、精氨酸、組氨酸堿性氨基酸 酪、苯丙、色氨酸芳香族氨基酸 脯、羥脯、甘、蘇、賴氨酸不參與轉(zhuǎn)氨基的

7、氨基酸,甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸和組氨酸,二十種氨基酸:,（三）氨基酸的分類,纈,組,丙,脯,賴,異亮,亮,天冬,苯丙,酪,天酰,谷酰,谷,精,色,甘,絲,半胱,蘇,甲硫,1、按酸堿性質(zhì),(1) 酸性氨基酸：2種 天冬、谷氨酸 (2) 堿性氨基酸：3種 賴、組、精氨酸 (3) 中性氨基酸：15種,2、按R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分,(1)脂肪族氨基酸：15種，丙、纈、亮、異亮、蛋、天冬、谷、賴、精、甘、絲、蘇、半胱、天冬酰胺、谷氨酰胺。 (2)芳香族氨基酸：3種，苯丙

8、氨酸、酪氨酸、色氨酸。 (3)雜環(huán)氨基酸：2種，組氨酸、脯氨酸。,3、根據(jù)側(cè)鏈R基團(tuán)是否有極性分,(1)極性帶正電荷的氨基酸：精氨酸、賴氨酸、組氨酸 (2)極性帶負(fù)電荷的氨基酸： 天冬氨酸、谷氨酸 (3)極性不帶電荷的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺. (4)非極性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。,非極性氨基酸在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中 起著重要作用（蛋白質(zhì)的疏水核心）。,（1）極性氨基酸R帶正電荷：,（2）極性氨基酸R帶負(fù)電荷：,（3）極性氨基酸不帶電：,（4）非極性氨基酸：,4、根據(jù)人體能否自身合成,(1)必需氨

9、基酸：8種，賴氨酸(Lys)、纈氨酸(Val)、甲硫氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、 異亮氨酸(Ile)、蘇氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe) (2)半必需氨基酸：2種，Arg、His嬰兒期供給不足 (3)非必需氨基酸：其余,假設(shè)來借一本書,在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。,5、幾種重要的不常見氨基酸,1、溶解度 2、氨基酸的旋光性 甘氨酸除外，無手性碳原子。,二、氨基酸的溶解度、旋光性、光吸收,說明： (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：,

10、(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、氨基酸的吸光性 在遠(yuǎn)紫外光區(qū)域無吸光值； 在近紫外光區(qū)域（220300nm）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（max）在275nm，275=1400； 苯丙氨酸的ma

11、x在275nm，275=200； 色氨酸的max在280nm, 280 =5600。 利用分光光度法很方便地測定蛋白質(zhì)的含量。,兼性離子（兩性離子）：所謂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。因此，氨基酸是兩性電解質(zhì)。,三、氨基酸的酸堿性質(zhì),（一）兼性離子,非解離形式,解離形式,pIpH 帶正電，向陰極移動(dòng)；pIpH不帶電，不移動(dòng),氨基酸可以做緩沖試劑,（二）氨基酸的解離,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

12、點(diǎn)（pI）。 在pI時(shí)，AA在電場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。,（三）氨基酸的等電點(diǎn),側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性AA pI = (pK1 + pK2 )/2,甘氨酸滴定曲線,對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的AA pI 取決于兩性離子兩邊pK值的算術(shù)平均值 酸性AA：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 堿性AA：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,酸性氨基酸：,堿性氨基酸：,四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng),（1）-氨基參加的反應(yīng) （2）-羧基參加的反應(yīng) （3）-氨基和-羧基共同參加的反應(yīng) （4）側(cè)鏈R基參加的反應(yīng),氨基酸的化學(xué)反應(yīng),亞硝酸鹽反

13、應(yīng) 烴基化反應(yīng) ?；磻?yīng) 脫氨基反應(yīng) 西佛堿反應(yīng),側(cè)鏈反應(yīng),成鹽成酯反應(yīng) 成酰氯反應(yīng) 脫羧基反應(yīng) 疊氮反應(yīng),(1) -氨基參加的反應(yīng),與亞硝酸反應(yīng)（范斯萊克法測定氨基酸含量的依據(jù)） 可用來進(jìn)行氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定。除脯氨酸,室溫下,氨基酸的甲醛滴定(用于氨基酸定量分析),氨基酸不能直接用酸、堿滴定來進(jìn)行定量測定。,OH-,中和滴定,應(yīng)用：氨基酸定量分析甲醛滴定法（間接滴定） A.直接滴定，終點(diǎn)pH過高（12），沒有適當(dāng)指示劑。 B.與甲醛反應(yīng)，滴定終點(diǎn)在9左右，可用酚酞作指示劑。 C.簡單快速，一般用于測定蛋白質(zhì)的水解速度。,是生物化工產(chǎn)品、食品和發(fā)酵物等產(chǎn)品中氨基氮的測定原理和方

14、法,與2,4二硝基氟苯（DNFB或FDNB，Sanger試劑）,首先被英國的Sanger鑒定多肽蛋白質(zhì)的N末端氨基酸。,二硝基苯基氨基酸,Frederick Sanger (桑格),英國化學(xué)家，在生物化學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)很大，他兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)1958和1980年；1953年確定了牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)；1975年和1977年確定了DNA的兩種用酶測序的方法加減法和終止法。,1918.082013.11,Edman 降解法原理,與苯異硫氰酸酯（PITC）,苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸（PTH肽）,與酰化試劑反應(yīng),氨基酸的氨基與酰氯或酸酐在弱堿溶液中發(fā)生作用時(shí)，氨基被?；?。,用于多肽鏈N末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的

15、定量測定及保護(hù)氨基。,叔丁氧甲酰氯、對(duì)甲苯磺酰氯、鄰苯二甲酸酐、丹磺酰氯等。,常用的?；噭?,丹磺酰氯,鄰苯二甲酸酐,生成西佛堿的反應(yīng)（Schiffbase）,西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應(yīng)的中間物。,脫氨基反應(yīng),氨基酸在生物體內(nèi)經(jīng)氨基酸氧化酶的催化即脫去-氨基而轉(zhuǎn)變成酮酸。,(2)-羧基參加的反應(yīng),1、成鹽和成酯：羧基被保護(hù)，氨基被活化，重金屬鹽不溶于水。 2、成酰氯反應(yīng)：氨基被保護(hù)，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。 3、脫羧基反應(yīng)： 4、疊氮反應(yīng)：常用于多肽的合成。,可以屏蔽羧基活化氨基,R,CH,COOH,NH,2,+,C2H5OH,干燥， HCl,回流,R,CH,COOC2O

16、5,NH3Cl-,+,+,H2O,成酯反應(yīng),R,CH,COOH,NH,2,+,NaOH,R,CH,COONa,NH,2,+,H2O,1、成鹽、成酯反應(yīng),氨基被保護(hù)后，羧基可與二氯亞砜或五氯化磷反應(yīng)，生成酰氯，使羧基活化，在多肽的人工合成中常用。,HN-保護(hù)基,R-CH-COOH,+,PCl5,HN-保護(hù)基,R-CH-COCl,+,POCl3,+,HCl,？,三氯氧磷,2、成酰氯的反應(yīng),氨基酸的氨基通過?；Ｗo(hù)后，羧基經(jīng)酯化轉(zhuǎn)變?yōu)榧柞?，然后與肼和亞硝酸變成疊氮化合物,3、疊氮反應(yīng),用于多肽人工合成中的羧基激活,將-氨基酸加熱時(shí)，可脫去CO2得到胺。,Ba(OH)2,NH2 R-CH-COOH-R

17、-CH2-NH2+CO2,脫羧酶,H,2,N-CH,2,CH,2,CH,2,-NH,2,H,2,N-CH,2,CH,2,CH,2,CH,COOH,NH,2,CH,CH,2,2,尸胺,4、脫羧基反應(yīng),賴氨酸,1,5-二氨基戊烷,茚三酮在弱酸中與-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨，脫羧反應(yīng)，最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物氨和還原茚三酮反應(yīng)，生成藍(lán)紫色物質(zhì)（max=570nm）。,（三）-NH2和-COOH共同參加的反應(yīng),1、與茚三酮反應(yīng),2，2-二羥基二氫化茚-1，3-二酮,+,+ NH3 +RCHO +CO2 +H2O,+,+,C,C,C,OH,O,C,C,C,O,O,N,藍(lán)紫色復(fù)合物,Pro、Hy-P

18、ro （羥脯氨酸）與直接形成黃色化合物,茚三酮,還原茚三酮,還原茚三酮,茚三酮,（max=570nm）,2020/7/9,62,一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基可以縮合成肽，形成的鍵稱肽鍵。,肽鍵,2、成肽反應(yīng),氨基酸側(cè)鏈功能基團(tuán): 苯環(huán)色氨酸、苯丙氨酸 羥基絲氨酸、蘇氨酸 巰基半胱氨酸 吲哚基色氨酸 胍基精氨酸 咪唑基組氨酸 非-氨基賴氨酸 非-羧基谷氨酸、天冬氨酸,側(cè)鏈基團(tuán)可與特異試劑發(fā)生特定反應(yīng)，用于氨基酸的鑒定，氨基酸的修飾。 蛋白質(zhì)化學(xué)修飾：在較溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)某些試劑起特異反應(yīng)，以引起蛋白質(zhì)中個(gè)別氨基酸側(cè)鏈或功能基團(tuán)發(fā)生共價(jià)化學(xué)改變。,（四）側(cè)鏈R基參加的反

19、應(yīng),1、酪氨酸的酚羥基： 在3和5位上容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，例如發(fā)生碘化或硝化，分別生成一碘酪氨酸和二碘酪氨酸或一硝基酪氨酸和二硝基酪氨酸。,酪氨酸,2、組氨酸的側(cè)鏈咪唑基：,與重氮苯磺酸也能形成相似的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。,重氮苯磺酸,3、精氨酸的側(cè)鏈胍基：,在硼酸鈉緩沖液(pH8-9, 25-35)中，與1，2-環(huán)己二酮反應(yīng)，生成縮合物：,4、半胱氨酸側(cè)鏈上的巰基（SH）,（1）與鹵化烷生成穩(wěn)定的烷基衍生物,可保護(hù) -SH 以防被氧化。,CH2COO, I,（2）巰基能和各種金屬離子形成絡(luò)合物,對(duì)羥基汞苯甲酸,-SH 酶遇到重金屬離子而生成硫醇鹽時(shí)，將導(dǎo)致酶失活。,（3）巰基易

20、受空氣或其他氧化劑氧化 形成兩種氧化衍生物,形成二硫化物：胱氨酸的形成。,胱氨酸,二硫鍵,SO3H,（4）形成磺酸基：對(duì)游離的巰基具有保護(hù)作用，保護(hù)Cys巰基之間的氧化。,5、羥基（OH）,絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸磷酸酯。,Pi,+,HPO4 2-,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。,八、氨基酸的應(yīng)用,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，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