關于蛋白質化學氨基酸第二章蛋白質（Proteins）第2頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferase（熒光素酶）withATPAfewexamplesonproteindiversity…第4頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Erythrocytes（紅細胞）containalargeamountofhemoglobins（血紅蛋白）,theoxygen-transportingprotein.第5頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Theproteinkeratin（角蛋白）isthechiefstructuralcomponentsofhair,horn,wool,nailsandfeathers.第6頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第一節蛋白質的分類蛋白質是一類重要的生物大分子，英文名稱為protein，源自希臘文protos，是“最原初的”，“第一重要的”意思。漢譯為“蛋白質”

。定義：蛋白質是由20種α-氨基酸按一定順序通過肽鍵（酰胺鍵）縮合而成的具有一定特定空間構象和生物功能的生物大分子。一、蛋白質的化學概念第7頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、蛋白質是生物體內必不可少的重要成分，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質

蛋白質占干重人體中（中年人）

人體45%水55%

細菌50%～80%蛋白質19%

真菌14%～52%脂肪19%

酵母菌14%～50%糖類＜1%

白地菌50%無機鹽7%二、蛋白質的重要生物學功能第8頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、蛋白質是一種生物功能的主要體現者，它參與了幾乎所有的生命活動過程

生物催化作用：酶運輸作用：如血紅蛋白、轉鐵蛋白調節作用：如胰島素、生長激素運動作用：如肌動蛋白和肌球蛋白防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子營養功能：如卵清蛋白、酪蛋白結構蛋白：如膠原蛋白、角蛋白能量轉換蛋白：如細胞色素基因調節蛋白：如阻遏蛋白3、外源蛋白質有營養功能，可作為生產加工的對象。第9頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三、蛋白質的元素組成

主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘。這些元素在蛋白質中的組成百分比如圖所示第10頁,共94頁，2024年2月25日，星期天各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。

由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：蛋白質元素組成的特點第11頁,共94頁，2024年2月25日，星期天100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數×6.25×1001/16%凱氏定氮法：第12頁,共94頁，2024年2月25日，星期天蛋白質含量的測定：凱氏定氮法(測定氮的經典方法)第13頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三聚氰胺（Melamine）分子量126.12。第15頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

牛奶中總蛋白質由大約94%的純蛋白質（約3.1g/100g）和約6%非蛋白質（約0.2g/100g）組成。總蛋白質平均含量為3.3%。第16頁,共94頁，2024年2月25日，星期天四、蛋白質的分類（一）根據分子形狀1、球狀蛋白質（globularprotein）：大多數可溶性蛋白質，如血紅蛋白、肌紅蛋白等2、纖維狀蛋白質（fibrousprotein）：膠原蛋白、彈性蛋白、絲狀蛋白等第17頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（二）根據組成不同1、單純蛋白質（simpleprotein）:也稱簡單蛋白質，完全由氨基酸組成的蛋白質。2、結合蛋白質（conjugatedprotein）：也稱復合蛋白質或全蛋白，由蛋白質和非蛋白質兩部分組成。包括色蛋白、金屬蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白和糖蛋白。第18頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（三）根據溶解度的不同1)清蛋白（albumin）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液。如血清清蛋白2)球蛋白（globulin）：不溶于水而溶于稀鹽溶液，如血清球蛋白。3）谷蛋白（glutelin）：不溶于水、醇及中性鹽溶液，但溶于稀酸、稀堿，如米谷蛋白。

4）谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于70%～80%乙醇，如玉米醇溶蛋白。

第19頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（三）根據溶解度的不同6)魚精蛋白（protamine）：溶于水及稀酸溶液，分子中含堿性氨基酸特別多，呈（強）堿性，如鮭精蛋白。7)硬蛋白（scleroprotein）：不溶于水、鹽、稀酸、稀堿溶液。如膠原蛋白、角蛋白、絲心蛋白、彈性蛋白等。5)組蛋白（histone）：溶于水及稀酸溶液，分子中含Arg、Lys

較多，呈（弱）堿性，如小牛胸腺組蛋白。

第20頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1）酶的生物催化作用(四)蛋白質的生物學功能第21頁,共94頁，2024年2月25日，星期天膜蛋白蛋白質化學2）生物體的結構成分第22頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3）運動與支持機體的結構蛋白：頭發、骨骼、牙齒、肌肉等第23頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4）參與運輸貯存的作用血紅蛋白——運輸氧第24頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5）免疫保護作用抗原抗體反應凝血機制第25頁,共94頁，2024年2月25日，星期天6）參與細胞間信息傳遞信號傳導中的受體、信息分子等7）氧化供能第26頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（五）根據營養價值不同1、完全蛋白：含有人體所必需的各種氨基酸2、不完全蛋白：缺乏人體所必需的某種氨基酸如大豆缺甲硫氨酸小麥缺賴氨酸玉米缺色氨酸第27頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第二節蛋白質的組成單位——氨基酸（AminoAcid)發現：1819年，法國化學家布拉孔諾從蛋白質中水解得到一種含N化合物，其結構中含有氨基和羧基，故取名為氨基酸。現已證實氨基酸是蛋白質的基本組成單位。什么是氨基酸？第28頁,共94頁，2024年2月25日，星期天氨基酸（aminoacid,aa)：蛋白質的基本組成單位，是含氨基的羧酸。是羧酸分子中Cα上的一個H被氨基取代而成的化合物。什么是氨基酸？第29頁,共94頁，2024年2月25日，星期天R-COOHR-Cα

H

-COOHHR-C

α

H

-COOH

NH2----C-C-C-C-COOHγβα第30頁,共94頁，2024年2月25日，星期天蛋白質氨基酸自然界中存在的氨基酸有300余種，但組成蛋白質的有22種，稱為蛋白質氨基酸，又名標準氨基酸，其中最早發現的20種較為常見，20種氨基酸中，第一個被發現的是Asn，是1806年在植物蘆筍中發現的；最后一個被發現的是Thr，是1938年在小麥麩質中發現的。2種不常見的蛋白質氨基酸：含硒半胱氨酸（第21種）和吡咯賴氨酸（第22種）第31頁,共94頁，2024年2月25日，星期天一、氨基酸的結構氨基酸的結構通式或氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同，（除脯氨酸外）都為L-α-氨基酸。第32頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共94頁，2024年2月25日，星期天構型具有相同的分子式和結構式，但原子在空間的排布不同，稱之構型。2.α-氨基酸的構型(configuration)第34頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.α-氨基酸的構型一個有機化合物的構型是由兩種結構元素賦予的：一是分子中的雙鍵(doublebond)；二是分子中存在著手性中心（chiralcenter）第35頁,共94頁，2024年2月25日，星期天連接了四個不相同的原子或基團，這種碳原子被稱為手性碳原子，又稱為不對稱碳原子，常用C*表示。會產生兩種構型。它們彼此非常相象，但不能相互重迭，如同左手與右手或實物與鏡象的關系。手性碳原子第36頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共94頁，2024年2月25日，星期天D-型L-型

H2N—Cα—HCOOHR氨基酸？甘油醛:2種構型（D-，L-)第38頁,共94頁，2024年2月25日，星期天L-氨基酸D-氨基酸第39頁,共94頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的構型是以距羧基最近的手性C原子為標準（除Gly外），而糖的構型是以距羧基最遠的手性C原子為標準。注意：第40頁,共94頁，2024年2月25日，星期天H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R第41頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的分類1、根據側鏈R基團的化學結構（1）脂肪族氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Met，Cys，Ser，Thr，Asp，Glu，Asn，Gln，Lys，Arg（2）芳香族氨基酸：Phe，Tyr，Trp（3）雜環氨基酸：His（4）雜環亞氨基酸：Pro第42頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、根據側鏈R基團極性的不同（1）非極性疏水氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Met，Phe，Pro，Trp（2）極性親水氨基酸：包括以下三種類型

中性（不帶電荷）：Ser，Thr，Asn，Gln，Tyr，Cys

酸性（帶負電荷）：Asp，Glu

堿性（帶正電荷）：His，Lys，Arg二、氨基酸的分類第43頁,共94頁，2024年2月25日，星期天詞記親水氨基酸與疏水氨基酸西湖景，紫竹為骨水潺潺橫笛相伴，閑聽天簌靜思禪

流蘇落，心比雙絲郁中纏

親水氨基酸：西-硒代半胱氨酸；景-精氨酸；竹-組氨酸；骨-谷氨酸谷氨酰胺；伴-半胱氨酸；天-天冬氨酸

天冬酰胺；籟-賴氨酸；蘇-蘇氨酸；落-酪氨酸；比-吡咯賴氨酸；絲-絲氨酸

孤雁本色，一行斜去浮生轉

兩鬢白，異家龍井難為甘

疏水氨基酸：本-苯丙氨酸；色-色氨酸；斜-纈氨酸；浮-脯氨酸；兩-亮氨酸；鬢-丙氨酸；異-異亮氨酸；家-甲硫氨酸；甘-甘氨酸詞作者：南大楊榮武教授第44頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的分類3、根據營養分類：（1）必需AA：依賴植物供給的AA，主要有Lys,Trp,Phe,Met,Thr,Ile,Leu,Val,另外，His和Arg，人雖然能合成，但效率低，所以有時也列在必需氨基酸中。，嬰兒時期所需:Arg，His

早產兒所需：Trp，Cys（2）非必需AA：人體可以自身合成或可以由其它氨基酸轉化的。*20種AA的英文名稱、縮寫符號及分類如下:第45頁,共94頁，2024年2月25日，星期天甘氨酸（Gly,

G）丙氨酸（Ala,

A）纈氨酸（Val,

V）亮氨酸（Lue,

L）異亮氨酸（Ile,

I）1.側鏈只是烴鏈（5種）

脂肪族氨基酸第46頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.側鏈含有羥基

（2種）絲氨酸（Ser,

S）蘇氨酸（Thr,

T）第47頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3.側鏈含硫原子（2種）

半胱氨酸（Cys,

C）甲硫氨酸（Met,

M）巰基第48頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.側鏈含有羧基或酰胺基（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）第49頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.側鏈含有堿性基團（3種）賴氨酸（Lys,

K）精氨酸（Arg,

R）組氨酸（His,

H）胍基咪唑基第50頁,共94頁，2024年2月25日，星期天芳香族氨基酸苯丙氨酸（Phe,

F）酪氨酸（Tyr,

Y）色氨酸（Trp,

W）第51頁,共94頁，2024年2月25日，星期天雜環氨基酸組氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）第52頁,共94頁，2024年2月25日，星期天非極性氨基酸第53頁,共94頁，2024年2月25日，星期天極性中性氨基酸第54頁,共94頁，2024年2月25日，星期天帶正電荷的氨基酸(酸性)帶負電荷的氨基酸（堿性）第55頁,共94頁，2024年2月25日，星期天幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）第56頁,共94頁，2024年2月25日，星期天半胱氨酸：2個Cys通過脫氫后可以二硫鍵相結合，形成胱氨酸。

+胱氨酸二硫鍵-HH第57頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三、蛋白質中的修飾性AA在少數蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。這些氨基酸都是在蛋白質合成后由相應的基本氨基酸衍生而來的，如彈性蛋白和膠原蛋白中的羥脯氨酸和羥賴氨酸等。第58頁,共94頁，2024年2月25日，星期天四、非蛋白質氨基酸非蛋白質AA：存在于生物體內，但不組成蛋白質的游離或結合態的AA，約150種，具有多種生理功能（1）L-α-氨基酸的衍生物

L-瓜氨酸和L-鳥氨酸是合成精氨酸的中間產物。（2）D-α-氨基酸

D-Ala存在于肽聚糖中，D-Phe是短桿菌肽S的組分（3）β、γ、δ-氨基酸

β-Ala是泛酸的前體，γ-氨基丁酸是傳遞神經沖動的化學介質。

第59頁,共94頁，2024年2月25日，星期天五、AA的重要理化性質狀態：無色晶體或粉末溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，一般能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。熔點：極高，一般在200℃以上。味感：氨基酸的味感與其立體構象有關。D-氨基酸多數帶有甜味。L-氨基酸有甜、苦、鮮、酸四種不同味感。如谷氨酸鈉—味精成分旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。（一）氨基酸的物理性質第60頁,共94頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的手性：D型與L型氨基酸22種蛋白質氨基酸分子中，除了甘氨酸，均至少含有一個不對稱碳原子，因此除甘氨酸以外的21種蛋白質氨基酸都具有手性性質。如果以L型甘油醛為參照物，具有不對稱碳原子的氨基酸就有D型和L型兩種對映異構體。實驗證明，蛋白質分子中的不對稱氨基酸都是L型。D型氨基酸僅存在于一些特殊的抗菌肽和某些細菌的細胞壁成分之中，它們不能參入到在核糖體上合成的多肽或蛋白質分子之中。氨基酸的構型與其旋光方向沒有必然的聯系。第61頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（二）紫外吸收性質：只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力Lambert-Beer定律紫外區（200—400nm）：Tyr/Trp/Phe

原因：-C=C-C=C-C=C-C=C-第63頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第64頁,共94頁，2024年2月25日，星期天Trp280nmTyr275nmPhe257nm蛋白質含量測定280nm第65頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（三）化學性質1、氨基酸的兩性性質和等電點氨基酸是兩性電解質，其解離方式和程度取決于所處溶液的酸堿度。(1)等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。氨基酸等電點的特點：凈電荷為零，在電場中不移動；此時氨基酸的溶解度最小。第66頁,共94頁，2024年2月25日，星期天pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子

陽離子陰離子第67頁,共94頁，2024年2月25日，星期天(2)等電點pI計算公式氨基酸的pI

是由α-羧基和α-氨基的解離常數的負對數決定的。對側鏈R基不解離的中性氨基酸來說：

pI=1/2（pK1+pK2)

pK1為α-羧基的解離常數

pK2為α-氨基的解離常數第68頁,共94頁，2024年2月25日，星期天中性氨基酸：以Gly為例K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI時，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+][H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly第69頁,共94頁，2024年2月25日，星期天②酸性氨基酸的pI(Asp)第70頁,共94頁，2024年2月25日，星期天③堿性氨基酸的pI(Lys)第71頁,共94頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的pI

酸性氨基酸：pI=(兩個小的pK值)/2

堿性氨基酸：pI=(兩個大的pK值)/2

側鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK′1和pK′2的算術平均值；對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK′值的算術平均值。

中性氨基酸：pI=(pK′1+pK′2)/2

所以，等電點的pH與離子濃度無關，其值取決于兩性離子兩邊的pK值。處于等電點時的氨基酸溶解度最小，導電性最小，粘度、滲透性最小。第72頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

在等電點以上的任何pH，氨基酸帶凈負電荷，在電場中將向正極移動；結論：

在低于等電點的任何pH，氨基酸帶凈正電荷，在電場中將向負極移動。

在一定pH范圍內，氨基酸溶液的pH離等電點愈遠，氨基酸所攜帶的凈電荷愈大。氨基酸的酸堿性質第73頁,共94頁，2024年2月25日，星期天以弱酸HA為例，其解離常數為KaKa=[H+][A-]/[HA]兩邊取對數：lgKa=lg[H+]+lg([A-]/[HA])由于-lgKa=pKa所以pKa=pH-lg([A-]/[HA])=pH+lg([HA]/[A-])故溶液pH=pKa+lg([A-]/[HA])=pKa+lg(堿/共軛酸)[A-]和[HA]互為共軛酸堿對，即[A-]為[HA]的共軛堿，反過來，[HA]是[A-]的共軛酸，可以用來估算緩沖體系的pHHAA-+H+亨德森-哈塞爾巴爾赫(Henderson-Hasselbalchd)方程第74頁,共94頁，2024年2月25日，星期天例題：Gly的-NH3+有1/3解離時，溶液的pH值？pH=pK2+lg([Gly-]/[Gly0])pH=9.6+lg(1/2)pH=9.3第75頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（三）AA的化學性質氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。2、氨基酸的化學反應（1）茚三酮反應與α-NH2、α-COOH和R側鏈基團有關，多用于氨基酸分析鑒定。第76頁,共94頁，2024年2月25日，星期天茚三酮水合茚三酮第77頁,共94頁，2024年2月25日，星期天+3H20水合茚三酮(無色)NH3CO2RCHO+還原型茚三酮(弱酸)加熱水合茚三酮+NH3+還原型茚三酮

藍紫色化合物λmax=570nm第78頁,共94頁，2024年2月25日，星期天脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應產生黃色物質，其余所有的α-氨基酸與茚三酮反應均產生藍紫色物質。加熱黃色，λmax=440nm

第79頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（2）與甲醛反應：氨基酸的甲醛滴定OH-中和滴定NaOH羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸判斷蛋白質水解或合成的進度第80頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第81頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（3）與2,4二硝基氟苯(DNFB)反應

氨基酸α-氨基的一個氫原子可被2,4二硝基氟苯（DNFB)取代，產生黃色的二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），可用乙酸乙酯或乙醚抽提，用于鑒定蛋白質N-末端氨基酸。+弱堿中+F-第82頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

多肽或蛋白質N端氨基酸的α-氨基也能與DNFB反應，生成DNP-多肽或DNP-蛋白質。后者用酸水解時，所有肽鍵被打開，可得到黃色的DNP-氨基酸。該反應由F.Sanger（英）首先發現，并用于鑒定多肽或蛋白質的N-端氨基酸，闡明了胰島素的一級結構。（故DNFB亦稱作Sanger試劑）

－－蛋白質N端氨基酸測定的方法之一第83頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5-二甲氨基萘磺酰氯(簡稱丹磺酰氯或DNS-Cl

)可代替DNFB試劑5-二甲氨基萘磺酰氨基酸有強烈的熒光，可用熒光光度計快速檢出，靈敏度高。酰化試劑第84頁,共94頁，2024年2月25日，星期天苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸，無色)

苯硫乙內酰脲氨基酸(PTH-氨基酸,無色,可用乙酸乙酯抽提)（4）與異硫氰酸苯酯(PITC)反應－烴基化反應第85頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

Edman（瑞典）首先使用該反應鑒定多肽或蛋白質的N-端氨基酸。蛋白質多肽鏈N端氨基酸的α-氨基可與PITC反應生成PTC-蛋白質,在酸性溶液中，它釋放出未端的PTH-氨基酸和比原來少了一個氨