1、第一部分 蛋白質(protein) 11第一部分 蛋白質(protein) 第2章 蛋白質的構件氨基酸第3章蛋白質概述通性、純化和表征第4章蛋白質的共價結構第5章蛋白質的三維結構第6章蛋白質結構、功能與進化2蛋白質?存在于所有的生物細胞中，主要由20種氨基酸按一定的序列通過肽鍵縮合而成，具有較穩定的構象，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。相對分子質量由數千到數千萬。3蛋白質組成與分類（一）組成1.元素組成有些蛋白質含有：P、Fe、Cu、I、Zn等特點：蛋白質的含氮量接近于16%。蛋白質系數：1克氮所代表的蛋白質質量(克數)。即6.25。蛋白質含量 = 樣品蛋白氮 6.25元素C O H

2、N S 百分比50-55 20-23 6-8 15-180-32.基本組成單位蛋白質在酸、堿或酶存在下水解過程為： 蛋白質 胨 多肽 二肽 氨基酸 4長期飲用蛋白質含量極低的奶粉，首先會導致嬰兒嚴重營養不良，隨后會引起各種并發癥，在外來細菌的侵襲之下，嬰兒幾乎完全喪失了自身的免疫能力，病情發展十分迅速，最后嬰頭部嚴重水腫，幾乎看不清五官，全身皮膚也出現了大面積的高度潰爛，傷口長時間無法愈合，最后導致呼吸衰竭而死亡。5（二）蛋白質的分類1.根據組成不同分類 單純蛋白質(簡單蛋白質): 清蛋白、球蛋白、組蛋白 結合蛋白質(綴合蛋白質): 輔基 糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、磷蛋白、金屬蛋白 2.根據營養

3、價值分類 缺價蛋白質（不完全蛋白質）： 蛋白質中缺乏某個或某些必需氨基酸 完全蛋白質： 含有8種必需氨基酸的蛋白質6（三）蛋白質的生物學功能催化功能：酶調節功能：激素、受體、毒蛋白等，胰島素。結構功能：細胞和組織的主要組成成分、角蛋白、膠原蛋白。運輸功能：血紅蛋白、鐵蛋白、載脂蛋白。免疫功能：抗原、抗體運動功能：肌動蛋白、肌球蛋白、纖毛、鞭毛。儲藏功能：乳液中的酪蛋白、蛋類中的卵清蛋白、植物種子中的醇溶蛋白等。生物膜的功能：通透性、信號傳遞、遺傳控制、生理識別、動物記憶、思維等。7一、氨基酸蛋白質的構件分子（一）蛋白質水解酸水解：堿水解：酶水解：完全水解：混合的氨基酸部分水解：肽段和氨基酸8（

4、一）蛋白質的水解水解類型使用試劑優點缺點酸水解H2SO4 (4M) 或HCl (6M), 進行回流煮沸20h無消旋作用得到L-aa色氨酸(P16)被破壞，部分絲氨酸、蘇氨酸水解，天冬酰胺和谷氨酰胺脫酰胺基堿水解NaOH (5M)共煮10-20h色氨酸穩定大多數aa被破壞，有消旋作用，產物為D-和L-氨基酸混合物；精氨酸脫氨酶水解蛋白酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶）無消旋作用，aa不被破壞不完全水解需多種酶協同作用完全水解蛋白質在酸、堿或酶存在下水解過程為： 蛋白質 胨 多肽 二肽 氨基酸9第2章 氨基酸（amino acid）15頁一、氨基酸蛋白質的構件分子二、氨基酸的分類go三、氨基酸

5、的酸堿化學四、氨基酸的化學反應 go五、氨基酸的光學活性和光譜性質 go六、氨基酸混合物的分離、分析go結構與三字符101.結構通式COOHCHH2NRCOOCHRH3N或（二）氨基酸的一般結構11除脯氨酸(Pro)為-亞氨基酸外，與羧基相鄰的-碳原子上都有一個氨基，因而稱為-氨基酸。除甘氨酸(Gly) R 是 H外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子都為不對稱碳原子。除甘氨酸外的氨基酸都具有旋光性。2. 結構特點12二、氨基酸的分類(一)常見的蛋白質氨基酸 (20種)(二)不常見的蛋白質氨基酸 (三）非蛋白質氨基酸(150多種)13（一）常見的蛋白質氨基酸Y RNDQEKFW14（一）常見的蛋白

6、質氨基酸1.按R基團的化學結構分 2.按R基團的酸堿性分3.根據側鏈R基團是否有極性分4.根據人體能否自身合成5. 20種氨基酸151.按R基團的化學結構分芳香族氨基酸：3種，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸（18頁 圖2-6）雜環氨基酸：2種，組氨酸、脯氨酸（ 18頁 圖2-5 ）脂肪族氨基酸：15種162.按R基團的酸堿性分中性氨基酸:15種酸性氨基酸：2種天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸：3種賴氨酸、組氨酸、精氨酸17極性氨基酸不帶電荷6種絲氨酸Ser蘇氨酸Thr酪氨酸Tyr谷氨酰氨Gln天冬酰氨Asn半胱氨酸 P125甘氨酸CysGly帶負電天冬氨酸Asp谷氨酸Glu帶正電組氨酸His賴氨酸Lys精

7、氨酸Arg3 根據側鏈R基團是否有極性 P17184.根據人體能否自身合成必需氨基酸（8種）： 甲硫氨酸(Met) 、異亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys) 、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、 色氨酸(Trp)、蘇氨酸(Thr)半必需氨基酸（2種） ： Arg、His非必需氨基酸：其余10種甘氨酸 丙氨酸 絲氨酸 半胱氨酸 精氨酸 酪氨酸 （干餅絲拌精奶酪）天冬氨酸 天冬酰胺 谷氨酸 谷氨酰胺 組氨酸 脯氨酸 （天天姑姑祖譜）195. 20種氨基酸R為C、H基團的氨基酸R為芳香族基團的氨基酸R為含硫基團的氨基酸R為含醇基基團的氨基酸R為堿性基團的氨基酸R為酸性基團的氨基酸

8、R為含酰胺基團的氨基酸20R為C、H基團的氨基酸甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸脯氨酸21R為C、H基團的氨基酸甘氨酸：丙氨酸：（-氨基丙酸）唯一一個無旋光性的氨基酸22纈氨酸：（-氨基異戊酸）亮氨酸：（-氨基異己酸）異亮氨酸：（-氨基-甲基戊酸）均為必需氨基酸。23脯氨酸:是一個亞氨基酸。24R為芳香族基團的氨基酸苯丙氨酸：（-氨基-苯丙酸）酪氨酸：（-氨基-對羥基苯丙酸）色氨酸：（-吲哚-氨基丙酸）注：280nm強吸收25R為含硫基團的氨基酸半胱氨酸：（-氨基-巰基丙酸）側鏈上含有一 巰基（-SH），SH 也是一個高反應性的基團。甲硫氨酸（蛋氨酸） ：（-氨基-甲硫基丁酸）是個疏水氨基酸。

9、Met在生物合成中是一種重要的甲基供體兩個Cys的巰基氧化生成二硫鍵26R為含羥基基團的氨基酸絲氨酸：（-氨基-羥基丁酸）蘇氨酸：（-氨基-羥基丁酸）在大多數酶的活性中心都發現有Ser殘基27R為堿性基團的氨基酸組氨酸：（-氨基-咪唑基丙酸）賴氨酸：（,-二氨基己酸）一個雙氨基酸。精氨酸：（-氨基-胍基戊酸）是20種氨基酸中堿性最強的氨基酸。28R為酸性基團的氨基酸天冬氨酸：（-氨基丁二酸）谷氨酸：（-氨基戊二酸）29R為含酰胺基團的氨基酸天冬酰胺：（ -氨基-羧基丙酰胺）谷氨酰胺：（ -氨基-羧基丁酰胺）30LeuL-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-C

10、H3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C C N N+ -C-C-C-C-NH3+-C-C- -OH-C-NCentral lineAliphatic脂肪族Acid酸性Imino,亞氨基CircularAlkaline堿性Sulfuric 含硫Hydroxy羥基Aromatic芳香族-C-C-C-N-C-N N+= C-C-C-C C-C-C-C C C-C C C C HN C-COOH a-C-C OHGlnQAsnNAspDGluEPheFArgRLysKHisHGlyGAAAlaVValI IleYTyrSerSThrTMetMCysC Amino Acid Subwa

11、y MapTrpWacid amide酰胺 31三、氨基酸的酸堿化學(一) 氨基酸的兼性離子形式(二) 氨基酸的解離(三) 氨基酸的等電點32氨基酸在中性pH時，氨基和羧基可以離子形式存在。這樣的氨基酸分子含有正、負兩種電荷兼性離子(一) 氨基酸的兼性離子形式COOHCHH2NRCOOCHRH3N或33(二) 氨基酸的解離依照Bronsted-Lowry的酸堿質子理論 HA A- + H+ 共軛酸堿對氨基酸是一類兩性電解質：在水中的偶極離子既起酸的作用（質子供體），又起堿的作用（質子受體）COOCHRH3N堿的作用酸的作用34解離情況受環境中pH值的影響。陽離子的陰離子的35解離常數pKa：表

12、示解離基團有一半解離時的pH。解離常數按酸性遞減順序編號為：pKa1， pKa2、 pKa3等。解離常數可以通過酸堿滴定來確定P21 (21頁表：各氨基酸的解離常數)Handerson-Hasselbalch公式Ka1= H+ pKa1= pHKa2= H+ pKa2= pH質子供體質子受體pH = pKa + lg在任一pH條件下一種氨基酸的各種離子的比例氨基酸的帶電狀況與溶液的pH值有關。A-H+Ka2 = A0Ka1= A0H+A+Ka1Ka2A0A+A-36(三) 氨基酸的等電點（isoelectric point,pI）等電點：在某一特定pH值溶液時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，凈

13、電荷為零，在電場中不向電場的正極或負極移動，這時的溶液pH值稱為該氨基酸的等電點。H+HHHA0AApK1pK2H+中性氨基酸: pI = (A + B)/2 酸性氨基酸： pI = (A+ C)/2堿性氨基酸： pI = (B + C)/2 A為-羧基的解離常數；B為-氨基的解離常數； C為側鏈可解離基團的解離常數例題：P29，4題等電點的計算當溶液pH低于氨基酸等電點時，氨基酸凈電荷為正，反之，為負。應用：根據氨基酸的電荷不同分離混合物。常用電泳方法。37四、氨基酸的化學反應（一）-氨基參加的反應（二）-羧基參加的反應（三）-氨基和-羧基共同參加的反應（四）側鏈R基參加的反應38(一) -

14、 氨基參加的反應1.與亞硝酸反應 2.與酰化試劑反應3.烴基化反應4.生成西佛堿的反應5.脫氨基反應391.與亞硝酸反應標準條件下測定生成的氮氣體積，即可計算出氨基酸的量室溫下402.與酰化試劑反應與酰氯或酸酐在弱堿 溶液中作用，氨基即被酰基化。在多肽和蛋白質人工合成中被用作氨基的保護試劑。5115丹磺酰氯41酰化試劑423.烴基化反應用于鑒定多肽或蛋白質的N端氨基酸及序列測定。2,4二硝基氟苯 （DNFB或FDNB，Sanger試劑）苯異硫氰酸酯 （PITC， Edman試劑）43（DNP-氨基酸）黃色弱堿6mol鹽酸中單肽鏈 FDNBDNP肽鏈（黃色）DNP（N端）氨基酸n個氨基酸乙醚抽提

15、后層析，與標準DNP氨基酸比較，確定N端氨基酸弱堿與DNFB（FDNB）反應44Frederick Sanger英國化學家，在生物化學領域的貢獻很大，他兩次獲諾貝爾獎（1958和1980年）；45與PITC反應苯氨基硫甲酰衍生物 PTC-氨基酸苯乙內酰硫脲衍生物PTH-氨基酸（無色）在弱堿中46Edman法測定氨基酸序列單肽鏈 PITC弱堿乙醚抽提后層析，與標準PTH氨基酸比較，確定N端氨基酸PTH-氨基酸 + 余下少一個氨基酸的肽鏈 474. 生成西佛堿（Schiffs base）的反應與醛類化合物反應生成弱堿，也就是西佛堿西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應的中間物。48脫氨基反應氨基酸氧

16、化酶49脫氨基反應50(二)-羧基參加的反應1 成鹽和成酯： 羧基被保護，氨基被活化。2 成酰氯反應： 氨基被保護，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。3 疊氮反應： 常用于多肽的合成。4 脫羧基反應：51成酰氯反應5253脫羧基反應541.成肽反應(三)-氨基和-羧基共同參加的反應552.與茚三酮反應是一個檢測和定量氨基酸和蛋白質的重要反應。茚三酮在弱酸性溶液中與氨基酸共熱，所有具有游離氨基的氨基酸都生成紫色化合物（Pro），在570nm處有最大吸收峰。用層析法把各種氨基酸分開后，利用茚三酮顯色可以定性測定各種氨基酸。釋放的CO2可用于氨基酸定量。茚三酮茚氮蘭 茚三酮紫色 56茚三酮指紋熏顯柜

17、氨基酸紙層析57(四)側鏈R基參加的反應側鏈功能團：酚基、胍基、巰基、咪唑基、吲哚基等。介紹以下的反應：1.酪氨酸的酚基2.精氨酸的胍基3.半胱氨酸的巰基（SH）581.酪氨酸的酚基米倫反應（Millon)：酪氨酸與HgNO3、與Hg（NO3)2和HNO3作用呈紅色。與濃硝酸作用生成黃色。Pauly反應：酚基與重氮化合物反應生成橘黃色化合物。592.精氨酸的胍基坂口反應（Sagakuchi）：胍基與-萘酚，次溴酸鹽作用生成紅色物質。603.Cys側鏈上的巰基（SH）介紹以下幾方面：與鹵化烷生成穩定的烷基衍生物巰基能和各種金屬離子形成絡合物巰基易受空氣或其他氧化劑氧化與硝基苯甲酸二硫化合物（DT

18、NB）反應巰基能打開氮丙啶的環pKR=8.3361與鹵化烷生成穩定的烷基衍生物可保護 -SH 以防被氧化。62巰基能和各種金屬離子形成絡合物含-SH的 酶遇到重金屬離子而生成硫醇鹽時，將導致酶失活。對羥基汞苯甲酸對氯汞苯甲酸63巰基易受空氣或其他氧化劑氧化形成磺酸基：對游離的巰基具有保護作用。go形成二硫化物：胱氨酸的形成。 go形成兩種氧化衍生物64形成磺酸基：對游離的巰基具有保護作用。HCOOOH磺酸基過甲酸65形成二硫化物：胱氨酸的形成。O2二硫鍵胱氨酸66二硫鍵的還原（打開）?常用的打開二硫鍵的試劑主要有：a氧化劑：過甲酸（HCOOOH）b還原劑：巰基乙醇（HSCH2CH2OH） 、二

19、硫蘇糖醇等。67a氧化劑：過甲酸（HCOOOH）68b還原劑：巰基乙醇69與二硫硝基苯甲酸（DTNB）反應為半胱氨酸定量pH8.0時，在412nm波長處有強烈吸收。可用比色法定量測定半胱氨酸的含量。硫硝基苯甲酸70 Cys巰基打開氮丙啶的環氮丙啶71五、氨基酸的光學活性和光譜性質甘氨酸無旋光性蘇氨酸、異亮氨酸L-，D-構型(一) 氨基酸的旋光性72(二)氨基酸的光譜性質紫外吸收光譜三種芳香族氨基酸都吸收紫外光，在中性pH條件下，色氨酸280nm，酪氨酸275nm，苯丙氨酸257nm，溶液中蛋白質在280nm處有最大吸收峰，用紫外分光光度計可以測定樣品中蛋白質的含量。核磁共振波譜73六、氨基酸混合物的分析分離（一）分配層析法的一般原理（二）分配柱層析（三）紙層析（四）離子交換層析（五）薄層層析（