蛋白质的化学.ppt

肌红蛋白,血红蛋白,蛋白质折叠的自由能漏斗,第一章蛋白质化学,蛋白质(protein)是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（蛋白质化学中专称为肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的生物大分子,Protein,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,第一节蛋白质的生物学意义,1.催化最重要的功能是作为生物体新陈代谢的催化剂酶,萤火虫的荧光素酶消耗ATP催化底物发光,2.转运血红蛋白、血清清蛋白通过血流转运物质;葡萄糖转运蛋白、氨基酸转运蛋白膜转运蛋白,红细胞含有大量携氧的血红蛋白,3.运动染色体的运动、鞭毛运动、肌肉的收缩,5.防御和进攻主动参与细胞防御、保护和开发方面的作用（也称保护蛋白），如免疫球蛋白（抗体），血液凝固蛋白，凝血酶，血纤蛋白原，抗冻蛋白，动物或植物毒蛋白,干扰素,6.贮存为生物体提供充足的N素，以及C、H、O、S，还有Fe。如卵清蛋白，酪蛋白，种子贮存蛋白，铁蛋白,4.调节调节其他蛋白质执行其生理功能,如胰岛素;参与基因表达的调控,如转录调控因子,7.结构成分构建和维持生物体的结构结构蛋白，给细胞和组织提供强度和保护。如-角蛋白，胶原蛋白,角蛋白，在所有的脊椎动物中都有合成，是毛发、鳞片、角、趾甲和羽毛的主要成分。,8.支架作用支架蛋白或接头蛋白(adapterprotein)，在应答激素和生长因子的复杂途径中起作用。常含有多个不同的组件,将多种不同蛋白质装配成一个多蛋白复合体,9.异常功能如应乐果甜蛋白（蔗糖甜度的200倍）、节肢弹性蛋白（昆虫翅铰合部）、胶质蛋白（海洋贝类分泌）,蛋白质工程,在重组DNA技术基础上发展起来的蛋白质工程（proteinengineering）定义：利用基因工程的手段，包括基因的定点突变和基因表达，来改造蛋白质分子，使之具有更完善的、甚至是新的性质和功能。,蛋白质工程与基因工程的关系,基因工程(geneticengineering):基因体外重组、体内表达蛋白质工程：基因体外重组、诱变，体内表达出不同于原蛋白质的蛋白质蛋白质工程也称第二代基因工程蛋白质工程所采用的生物技术也是基因重组技术。蛋白质工程要对天然蛋白质基因进行改造，从而制造出与天然蛋白有所不同的、符合人们需要的非天然蛋白质。蛋白质组：细胞、组织和个体的全部蛋白质谱统称为蛋白质组,第二节蛋白质的元素组成,一般含:C5055%H68O2023N15%18%S0%4%有些还含微量的P,Fe,Zn,Cu,Mo,I等元素.N含量在各种蛋白质中比较接近,平均为16%1g氮相当于6.25g的蛋白质(6.25常称为蛋白质系数),蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量蛋白质含N量6.25,第三节蛋白质的氨基酸组成,一、蛋白质的水解完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。,1.酸水解,方法：常用6mol/LHCl或4mol/LH2SO4，回流煮沸约20h。优点：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。缺点：色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸（丝氨酸、苏氨酸）有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解成羧基。,2.碱水解,方法：一般用5mol/LNaOH煮沸1020h。优点：色氨酸在水解中不受破坏。缺点：多数氨基酸受到不同程度的破坏，产生消旋现象，得到的是D-和L-氨基酸的混合物。此外，引起精氨酸脱氨（生成鸟氨酸和尿素）。,3.酶水解,方法：用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（或称蛋白酶,proteinase）已有十多种，常用的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或称糜蛋白酶）及胃蛋白酶等。优点：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。缺点：使用一种酶往往水解不彻底，需几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解。该法主要用于部分水解。,二、氨基酸(aminoacid)的结构通式,除脯氨酸（亚氨基酸）外，其他19种均具有如下结构通式：,不变部分,侧链，可变部分,蛋白质是由20种基本氨基酸组成的,除脯氨酸外，均为-氨基酸除甘氨酸外，均为手性氨基酸,1.氨基酸的旋光性,除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。,2.氨基酸的构型都有D-型和L-型2种立体异构体,蛋白质中发现的氨基酸都是L-型的（故习惯上书写氨基酸都不注明构型和旋光方向）。,三、氨基酸的分类,（一）按R基的化学结构分类可分为三类：脂肪族、芳香族和杂环族1、脂肪族氨基酸含一氨基一羧基的中性氨基酸,甘氨酸Gly,G,丙氨酸Ala,A,缬氨酸Val,V,亮氨酸Lue,L,异亮氨酸Ile,I,丝氨酸(Ser,S),苏氨酸(Thr,T),半胱氨酸(Cys,C),甲硫氨酸(Met,M),含羟基或硫氨基酸(一氨基一羧基),酸性氨基酸(一氨基二羧基)及其酰胺,天冬氨酸(Asp,D),谷氨酸(Glu,E),天冬酰胺(Asn,N),谷氨酰胺(Gln,Q),碱性氨基酸(二氨基一羧基),赖氨酸(Lys,K),精氨酸(Arg,R),组氨酸(His,H),杂环,2、芳香族氨基酸,苯丙氨酸（Phe,F）,酪氨酸（Tyr,Y）,色氨酸（Trp,W）,3、杂环氨基酸,组氨酸（His,H）,脯氨酸（Pro,P）,说明：关于杂环氨基酸和杂环亚氨基酸,色氨酸（Trg,W）,组氨酸（His,H）,脯氨酸（Pro,P）,芳香族氨基酸,杂环亚氨基酸,杂环氨基酸,（二）按R基的极性性质分类,20种基本氨基酸可分成以下4组：1、非极性氨基酸（8种）Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp,2、极性不带电荷的氨基酸（7种）Ser、Thr、Tyr含羟基；Asn、Gln含酰胺基；Cys含巯基（-SH）；Gly（因-C上的H受易解离的-氨基和-羧基的影响，体现不出极性，故有的书中将其列为非极性类）,3、极性带正电荷的氨基酸,3种碱性氨基酸：Lys、Arg、His在pH7时带正电荷在pH6.0时，His的R基50%以上质子化，但pH7.0时，质子化的分子不到10%。His是唯一的R基的pKa值在7附近的氨基酸,4、极性带负电荷的氨基酸2种酸性氨基酸：Asp、Glu,3个有个性的氨基酸,1）脯氨酸（Pro）因为是一个环状的亚氨基酸,它的氨基和其它氨基酸的羧基形成的肽键有明显的特点,较易变成顺式肽键.,2）甘氨酸（Gly）是唯一的在-碳原子上只有2个氢原子,没有侧链的氨基酸.为此它既不能和其它残基的侧链相互作用，也不产生任何位阻现象,进而在蛋白质的立体结构形成中有其特定的作用.,3）半胱氨酸(Cys)它的个性不仅表现在其侧链有一定的大小和具有高度的化学反应活性，还在于两个Cys能形成稳定的带有二硫（桥）键的胱氨酸。二硫键不仅可以在肽链内，也可以在肽链间存在。更有甚者，同样的一对二硫键能具有不同的空间取向。,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号,据R基团化学结构分类,脂肪族A,芳香族A(Phe、Tyr、Trp),杂环(His、Pro、Trp),据R基团极性分类,极性R基团AA,非极性R基团AA（种）,人体必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThr,（三）不常见的蛋白质氨基酸,存在于少数蛋白质中特殊的氨基酸，是在蛋白质生物合成后由相应的基本氨基酸衍生而来。,N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中。,-羧基谷氨酸存在于凝血酶原中;,羟脯氨酸存在于胶原蛋白中;,（四）非蛋白质氨基酸,大多是蛋白质中存在的L型-氨基酸的衍生物。但有一些是、或-氨基酸，且有些是D-型氨基酸。,细菌细胞壁组成中的肽聚糖中的D-氨基酸：D-谷氨酸、D-丙氨酸一种抗生素短杆菌肽S中含有D-苯丙氨酸。,-丙氨酸是遍多酸(泛酸,一种维生素)的前体成分氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质,L-鸟氨酸、L-瓜氨酸是尿素循环的中间体,第四节氨基酸的重要理化性质和功能,一、氨基酸的性质（一）一般物理性质-氨基酸为无色晶体，熔点极高(一般在200以上)。有的无味、有的味甜、有的味苦、谷氨酸的单钠盐有鲜味(味精的主要成分)。,氨基酸在水中的溶解度差别很大,除胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸外,一般都能溶于水,并能溶解于稀酸或稀碱中,但不能溶解于有机溶剂(通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出)。脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中,且二者极易溶于水而潮解。,（二）氨基酸的手性20种标准氨基酸中，除G