第01章 蛋白质

一、蛋白质 (Protein) 的生物学意义1.蛋白质是生命活动的物质基础生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的 45% ，占细菌干重的 50 70% 。第一节 蛋白质通论2.蛋白质的生物学功能 作为生物催化剂： 在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。 调节代谢反应： 一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。 运输载体： 如红细胞中运输 O2、 CO2要靠 Hb (Hemoglobin血红蛋白 )、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。 参与机体的运动： 如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。 参与机体的防御： 机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。 接受传递信息： 如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。 调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。 其它： 如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。所以，我们不难理解，为什么说 没有蛋白质就没有生命！二、蛋白质的分类1.根据分子形状分： 球状蛋白质、纤维状蛋白质2.根据功能分： 活性蛋白质、结构蛋白质。3.根据组成分： 简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶 谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。 结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。4.根据营养价值分： 完全蛋白质、不完全蛋白质。三、蛋白质的水解作用1. 酸水解 条件 ： 5 10倍的 20%的盐酸煮沸回流 16 24小时，或加压于 120 水解 2小时。 优点 ：水解彻底，终产物为 L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。 缺点 ：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。2.碱水解条件： 4 mol/L Ba(OH)2或 6 mol/L NaOH煮沸 6小时。优点： 水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点： 产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解条件 ：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温 37 40 ，pH值 5 8 。优点： 氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。缺点： 水解不完全，中间产物多。蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。一、蛋白质的元素组成蛋白质是有机化合物，主要由 C、 N、 H、 O 四种元素，还含有 P、 S、金属元素等。 第二节 蛋白质的分子组成 氨基酸C H O N 其他元素50-55% 6-8% 20-23% 15-18% 低于 1%蛋白质中 N是特征元素，且含量为 16% 左右 ，即 16克氮 /100克蛋白质，故可以用 定氮法 测量蛋白质含量（凯氏定氮法），即：每 100克蛋白质含氮 16克，也即 6.25克蛋白质含氮 1克。所以， 每克样品含氮量 6.25100 就相当于 100克样品蛋白质含量（ % ）。有些蛋白质含有 其他微量元素 ： P、 Fe、 Cu、 Mn、Zn、 Co、 Mo、 I 等。二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位 氨基酸氨基酸1. 氨基酸（ amino acid， aa）的结构通式1. 构成蛋白质的氨基酸均为 L-氨基酸 。 除甘氨酸 (R基为 H) 外，其余氨基酸均具有 旋光性 。1. 各种氨基酸区别在于 侧链 R基 上。2. 氨基酸的构型构成蛋白质的氨基酸 除甘氨酸外 ， -碳原子均为手性分子，在空间各原子有 两种排列方式 ： L-构型与 D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为 镜像关系。3. 氨基酸的结构组成蛋白质的氨基酸共有 22种，包括新近发现的硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸。二十种氨基酸的结构特点： 支链氨基酸： 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 含羟基的氨基酸： 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸 含苯环的氨基酸： 苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸 含硫的氨基酸： 半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基） 含咪唑基的氨基酸：组氨酸 含吲哚基的氨基酸：色氨酸 含酰胺的氨基酸： 天冬酰胺、谷氨酰胺 含羧基的氨基酸： 天冬氨酸、谷氨酸 含胍基的氨基酸： 精氨酸 含 - 氨基的氨基酸： 赖氨酸 不含侧链的氨基酸： 甘氨酸 侧链为简单的氨基酸 :丙氨酸 含亚氨基的氨基酸： 脯氨酸 按酸碱性 酸性氨基酸： 一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨 酸、谷氨酸、 碱性氨基酸： 二氨基一羧基氨基酸 ，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸 中性氨基酸： 一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。4. 氨基酸的分类 按侧基 R基的结构特点： 脂肪族氨基酸 : 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸 芳香族氨基酸： 苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸 杂环氨基酸： 脯氨酸、组氨酸 按侧基 R基与水的关系（ 重点掌握） ： 非极性氨基酸： 有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸 (8种 )。 极性不带电氨基酸： 甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸 (7种 )。 极性带电氨基酸： 天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸 (5种 )。 按氨基酸是否能在人体内合成分 （重点掌握） ： 必需氨基酸： 指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫（蛋）氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。 (苏缬亮异亮， 苯丙色赖蛋 ) 非必需氨基酸： 指人体内可以合成的氨基酸。有十余种。 半必需氨基酸： 指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。 5. 蛋白质中不常见的氨基酸羟 -脯氨酸 (4-HyP)、羟 -赖氨酸 (5-HyL)、 r-羧基谷氨酸、 6-氮 -甲基赖氨酸6. 非蛋白氨基酸 鸟氨酸、瓜氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、 -丙氨酸、 - 氨基丁酸等鸟氨酸瓜氨酸三、氨基酸的理化性质1.物理性质 形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。 溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。 熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200 ，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。 旋光性： 除甘氨酸 外的氨基酸均有旋光性 （重点掌握） 。 光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，只有 Trp、Tyr、 Phe含有功轭双键，所以能够 吸收紫外光 。它们的吸收峰分别在 280、 275、 257 (nm)。因为蛋白质一般含有 Trp、 Tyr、 Phe，其紫外吸收峰大多数在 280 nm左右 （重点掌握） 。2.化学性质 氨基酸的 两性解离 及 等电点氨基酸既含有氨基，可接受 H+，又含有羧基，可电离出 H+，所以氨基酸具有 酸碱两性性质 。通常情况下，氨基酸以 两性离子的形式 存在。氨基酸在酸性环境中，主要以 阳离子 的形式存在，在碱性环境中，主要以 阴离子 的形式存在。 这种可以在不同的 pH环境下发生不同的电离方式，形成带相反电性的离子，称为两性解离 ，这种离子称为两性（兼性、偶极）离子。 氨基酸的等电点 :氨基酸分子的净电荷为零（所带正负电荷相等 )时的溶液 pH，以 pI表示 （重点掌握） 。 氨基酸具有两性电离的性质，因而其水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定。现以 甘氨酸 为例来说明氨基酸两性电离的特点。甘氨酸的电离酸碱滴定曲线从左向右是用 NaOH滴定的曲线，溶液的 pH由小到大逐渐升高