第三章-蛋白质(2周1-2节)

第二章

蛋白质Proteins本章主要内容一．蛋白质概述二．氨基酸

(重点)三．多肽（重点）四．蛋白质的结构（重点）五．蛋白质结构与功能（重点）六．蛋白质的性质（重点）七．蛋白质的分离纯化与鉴定（重点）一、Introduction

for

Proteins构成生物体最基本的结构物质和功能物质。一切生命过程，都离不开蛋白质的参与。Protein来自希腊文“Proteios”---

“首要地位”---

1838年，荷兰化学家G.

J.

Mulder1、蛋白质研究史上的重大事件1890年，结晶出第一个蛋白质，

egg

albumin

（Hofmeister）1902年，蛋白质是多肽链（Hofmeister,

Fischer）1、蛋白质研究史上的重大事件1952年，蛋白质的α-helix模型（Pauling）1、蛋白质研究史上的重大事件1953年，胰岛素的一级结构（Sanger）1、蛋白质研究史上的重大事件1960年前后，蛋白质第一个三维结构，sperm

whale

（抹香鲸）myoglobin(Kendrew)1962

Nobel

Prize1、蛋白质研究史上的重大事件1960年前后，hemoglobin(Perutz)1962

NobelPrize2、蛋白质的主要功能

a.

构成生命体，特别是动物体的基本结构材料

（structural

proteins）

b.

催化活性

---

酶（enzyme）

c.

物质的转运（transport

proteins）

d.

协调运动，调节机体活动（motile

and

regulatory

proteins）

e.

营养物（nutrient

proteins）f.免疫保护（defense

proteins）g.

支架（adapter

proteins）h.

控制生长和分化（control

proteins）3、蛋白质的化学组成(1)

元素组成

都含有C、H、O、N

其他主要是S、P、Fe、Cu、Zn、

Mg

和I等。元

素百

分

含

量

平

均（%）CH

50∼556.9∼7.752

7ONSP

21∼2415.0∼17.6

0.3∼2.3

0.4∼0.9

23

16

20.6？(2)

蛋白质含量计算蛋白质占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。蛋白质粗略含量的计算公式：3、蛋白质的化学组成蛋白质含量（克%）

=每克生物样品中含氮的克数

×

6.25

×

100完全水解:

各种氨基酸的混合物。基本氨基酸

(standard

amino

acids)

：大多数的蛋白质都是由20

种氨基酸组成,它们被称作基本氨基酸。(3)

氨基酸是蛋白质的基本结构单元3、蛋白质的化学组成？二、Amino

Acids什么是氨基酸？什么又是α-氨基酸？组成肽和蛋白质的结构单元分子---

α-

amino

Acid二、Amino

Acids1.

ConfigurationWhen

R

≠

H,

α-C

is

a

chiral

carbon,

there

aretwo

stereoisomers

(D

and

L-

α-

amino

acid)The

amino

acids

in

natural

proteins

are

the

L-α

-

amino

acids.Side

chainH3N+H3NCOO-H+H3NCOO-H+H3NCOO-H+H+H3NH

HGlycine

(Gly,

G)

甘氨酸

COO-

CH3Alanine

(Ala,

A)

丙氨酸

COO-

CH2

CH(CH3)2Leucine

(Leu,

L)

亮氨酸

CH(CH3)

CH2CH3Isoleucine

(Ile,

I)

异亮氨酸+H3N

CH(CH3)2Valine

(Val,

V)

缬氨酸

COO-H

CH2

CH2SCH3Methionine

(Met,

M)

甲硫氨酸（蛋氨酸）

2.

20

standard

amino

acids(1)

Nonpolar

side

chain

(9

members)H3NH2N

2.

20

standard

amino

acids(1)

Nonpolar

side

chain

(9)COO-

+Proline

(Pro,

P)

脯氨酸+H3NCOO-

HCH2+COO-

HCH2

N

HTryptophan

(Try,

W)

色氨酸？

Phenylalanine

(Phe,

F)

苯丙氨酸(2)

Uncharged

polar

side

chain

(6)？(3)

Charged

polar

side

chain

(5)+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H+H3N

CH2

COO-Aspartate

(Asp,

D)

门冬氨酸

COO-H+H3N

CH2

CH2

COO-Glutamate(Glu,

E)

谷氨酸

COO-H+H3NH

H2Cimidazole

NH

HN

Histidine

(His,

H)

组氨酸

CH2

4

NH3+Lysine

(Lys,

K)

赖氨酸

CH2

3

NH2guanidino

C

NH2+

NH2

Arginine

(Arg,

R)

精氨酸Acidic

amino

acidsBasic

amino

acids

COO-3.

Essential

amino

acidsThe

amino

acids

that

must

obtain

fromour

diets

because

we

either

cannotsynthesize

them

at

all

or

cannotsynthesize

them

in

adequate

amounts.10

essential

amino

acids:Val,

Leu,

Ile,

Thr,

Met,

Lys,

Arg,

Phe,

His,Trp二、Amino

Acids4.

Nonstandard

Amino

AcidsMore

than

200

different

amino

acids

arefound

in

living

organisms.(1)

amino

acid

derivatives

in

proteins

---

Unusual

amino

acids

in

proteins

---

In

almost

cases,

they

result

fromposttranslationalmodifications---

Modification:

hydroxylation,

methylation,

acetylation,

carboxylation,

phosphorylation二、Amino

AcidsSome

modified

amino

acids

in

proteins4.

Nonstandard

Amino

Acids(2)

D-amino

acid非蛋白氨基酸Components

of

relatively

short

(<20

residues)bacterial

polypeptides（细菌多肽）.Important

constituents

of

bacterial

cell

wallsCompoments

of

many

bacterially

produced

peptideantibiotics（抗生素）4.

Nonstandard

Amino

Acids(3)

Biologically

active

amino

acids非蛋白氨基酸Transport

nitrogen,

such

as

Orn

(鸟氨酸),Cit

(瓜氨酸)

in

the

biosynthesis

of

ureaβ-alanine

as

a

component

of

pantothenicacid

(泛酸)Chemical

messengers

（化学信使）A

glutamine（谷氨酸）

decarboxylation（脱羧）

product重要的抑制性神经递质。Neurotransmitters

(神经递质)---

substances

released

by

nerve

cells

toalter

the

behavior

of

their

neighbors.Example

1A

tyrosine

(酪氨酸)

derivative重要的兴奋性神经递质。传递亢奋和欢愉信息，与情欲、开心、上瘾等有关。Arvid

Carlsson，确定多巴胺的作用，获2000年诺贝尔医学奖。Example

2Tyrosine

derivativeAn

iodine-containing

thyroid（甲状腺）hormone

that

generally

stimulates

vertebrate（脊椎动物）

metabolismExample

321st

and

22nd

amino

acids全程导师组学习活动课后思考题（交一页纸陈述）这两个氨基酸是如何发现的？属于基本氨基酸吗？请陈述理由。下次课(9月28)选3组派代表用PPT陈述3－5分钟。(1)

optical

activity5.

Properties

of

Amino

Acids二、Amino

Acids除

Glycine（R

=

H）外，氨基酸均含有一个手性α-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度

([α])

：氨基酸重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。（见教材p46,

表3.3）UV

特征吸收：λmax

=

260－280

nm+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H

CH2Phenylalanine

(Phe,

F)

苯丙氨酸

CH2

N

HTryptophan

(Try,

W)

色氨酸

CH2

OHTyrosine

(Tyr,

Y)

酪氨酸

5.

Properties

of

Amino

Acids(2)

UV

absorption(2)

UV

absorptionTyr:

λmax＝275

nmε275=

1.4x103Phe:

λmax＝257

nmε257=

2.0x102Trp:

λmax＝280

nmε280=

5.6x103存在形式？

or

√氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中，是以两性离子

(dipolar

ion

or

zwitterion)的形式存在。是一种内盐

(inner

salt)。Act

as

an

base

(proton

acceptor)

NH3+R

C

COO-H

NH2R

C

COO-H+H+-

NH3+R

C

COOH

NH3+R

C

COOHH+H+Amino

acids

are

ampholytes

(两性电解质)(3)

Acid-Base

Properties

氨基酸既是酸又是碱

Act

as

an

acid

(proton

donor)(4)

Isoelectric

Point如果在某一

pH

值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等，即净电荷为零，则称该

pH

值为该氨基酸的等电点

(pI)。a.

等电点时，几乎全部以两性离子

I

的形式存在,

并伴以极少量、严格相等的

II

和

III。b.

处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。c.

PI

与解离常数

pK间的关系

Neutral

amino

acids:

pI

=

(pK1

+

pK2)/2Acidic

amino

acids

:

pI

=

(pK1

+

pKRCOOH)/2Basic

amino

acids

:

pI

=

(pK2

+

pKRNH2)/2(4)

Isoelectric

PointTitration

Curve

and

pICalculation

of

pI

(1)Calculation

of

pI

(2)Calculation

of

pI

(3)思考：为什么α-氨基酸中羧基的酸性比

醋酸的酸性强100倍以上？1.

诱导效应2.

场效应6.

Chemical

Reactions二、Amino

Acids自学（参看教材p49-58）(1)

α-氨基参与的反应(2)

α-羧基参与的反应(3)

α-氨基和羧基共同参与的反应要求了解1、各反应的原理及其用途2、生物体系中的有关反应过程6.

Chemical

Reactions二、Amino

Acids(4)

侧链基团的化学性质a.

Sulfhydryl（-SH,

教材p54

-

56）---

弱酸性（pKa

=

10.28）---

亲核性---

络合性---

还原性CHCOO-H3NCH2S--+

ICH2COO弱碱性CHCOO-H3NCH2SCH2COO-I-CHCH2H3NS-COO-CHCOO-CH2H3NS

HgCOO-COO-

+

Cl

HgCl-氧化-NH3OOC

CH

CH2CH2NH3CH

COO-二硫键CH2H3NSHCHCOO-CH2SHCH

COO-

+

H3NSS半胱氨酸半胱氨酸胱氨酸亲核性络合性还原性还原性（Cys分析测定）(4)

侧链基团的化学性质

b.

Imidazole

group（咪唑基，教材p56）

---

酸碱性（重要特性）

---

磷酰化---

烷基化？Acid-base

properties

of

imidazole

group222

+

3

-323

活化酶使酶失活磷酰化烷基化(4)

侧链基团的化学性质c.Methylthioethergroup

(-SCH3,

教材p57)---

亲核性应用：蛋白标记(4)

侧链基团的化学性质d.hydroxylgroup

(-OH,

教材p56)---

Ser

and

Thr---

form

hydrogen

bond

with

other

groups---

form

ester

with

acids,

such

asphosphate

in

casein

(酪蛋白)---

acylating

reagent

（酰基化剂）asinactivator

（失活剂）of

enzymeInactivation

of

Enzyme强碱性？(4)

侧链基团的化学性质

e.guanidinogroup

(胍基，教材p57)e.guanidinogroup

(胍基)应用：氨基酸顺序分析(4)

侧链基团的化学性质f.Aromaticgroup

(芳基，教材p57-58)Pauly显色反应与重氮盐发生颜色反应protein二、Amino

Acids

7.

Preparation

of

amino

acids

1.

蛋白质水解法pure

amino

acids6

N

HClmixture

of

amino

acids

seperation2.

微生物发酵法3.

人工合成法b.

α-卤代酸的氨化c.

Gabriel-丙二酸酯合成法d.

Strecker合成法二、Amino

Acids

8.

Chemical

Synthesis

(1)

经典化学合成法及拆分

（自学，教材p58～61）

a.

还原氨化法

消旋产物化学或酶法拆分8.

Chemical

Synthesis二、Amino

Acids(2)

氨基酸的不对称合成（了解原理，教材p61～62）a.

应用不对称前体（asymmetric

precursor）合成法的原理b.

应用不对称催化剂（asymmetric

catalyst）合成法的原理9.

Separation

and

analysis二、Amino

Acids(1)

Paper

chromatography---

滤纸为支持物---

滤纸吸附的水为固定相---

水饱和的有机溶剂为流动相---

分离原理：不同氨基酸在水和有机溶剂中的溶解度不同。---

鉴定：茚三酮显色，与氨基酸标样对照。---

二维层析：分离效果更佳纸层析一次展层二次展层二、Amino

Acids

9.

Separation

and

analysis

(2)

Paper

electrophoresis

---

分离原理：不同氨基酸在一定pH值下，所

带的净电荷不同，在电场中移动情况不同。

---

示意图（下一页）ΔP

=

pI

-

pHΔP为正，带正电荷ΔP为负，带负电荷纸电泳

(Paper