蛋白质化学1.ppt

蛋白质化学重点 蛋白质组成 结构 性质及蛋白质的结构与功能的关系 介绍蛋白质的分离 纯化和鉴定 蛋白质的重要性 蛋白质是构成生物体的基本成分 是生命活动的执行者 是生命的物质基础 蛋白质的生物学功能 生物催化 酶 代谢调节 多肽激素等 免疫保护 免疫球蛋白 补体等 物质转运和贮存 离子通道 转运载体等 运动与支持 肌蛋白 生长 繁殖 遗传和变异生物膜的功能和受体等 什么是蛋白质 蛋白质 由不同的 氨基酸按一定的序列通过肽键缩合而成的 具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子 蛋白质的分类 按组成分类单纯蛋白质 氨基酸组成结合蛋白质 由单纯蛋白质和辅基 非蛋白 结合构成按辅基分类 核蛋白 糖蛋白 脂蛋白 磷蛋白 金属蛋白和色蛋白等 按肽链数目分类单体蛋白质 一条肽链或几条肽链共价连接 寡聚或多体蛋白质 二条或二条以上肽链非共价连接 杂多聚体蛋白 同聚多体蛋白 按分子形状分类纤维状蛋白质 Fibrousprotein 分子形状似纤维 难溶于水 韧性大 属结构蛋白 如胶原蛋白 弹性蛋白和角蛋白等球状蛋白质 Globularprotein 分子形状似球形 较易溶于水 如肌红蛋白 血红蛋白和胰岛素等膜蛋白 按功能分类非活性蛋白 保护或支持作用 角蛋白和胶原蛋白活性蛋白 酶 激素 受体蛋白 运输蛋白等按溶解度分类可溶性蛋白质 水 稀中性盐和稀酸溶液 清蛋白 组蛋白 醇溶性蛋白质 醇溶性蛋白不溶于水 溶于70 80 乙醇不溶性蛋白质 角蛋白 胶原蛋白 弹性蛋白 元素组成 CHONSPISe等C 50 55 H 6 8 O 20 23 N 15 18 S 0 4 一 蛋白质的元素组成 第一节氨基酸 凯氏 Kjadehl 定氮法 100g样品中蛋白质含量 g 每克样品含氮克数 6 25 100 特点 氮元素含量平均约16 第二章氨基酸与蛋白质的一级结构 核糖核酸酶 从细菌到人类 所有蛋白质都由20种标准氨基酸组成 酸 碱 酶 电泳 蛋白质 混合物 20种氨基酸 二 蛋白质的结构单位 氨基酸 aminoacid 不带电形式 H2N C H COOH R H3N C H COO R 两性离子形式 1 氨基酸的结构通式 氨基酸的结构特点 碳原子 C 上结合一级氨基 NH3 羧基 COOH H原子和各种侧链R 19种 Pro除外 具有二级氨基 NH2 亚氨基酸 C 是不对称C Gly除外 则 1 具有两种立体异构体 D 型和L 型 2 具有旋光性 左旋 或右旋 L 氨基酸通式 R HOCH CHO CH2OH H3NCH CH3 COO L 甘油醛 L 丙氨酸 3 蛋白质氨基酸为L 型氨基酸 2 氨基酸的分类 侧链 R 根据R的化学结构分为 1 脂肪族氨基酸 1 疏水性 Gly Ala Val Leu Ile Met Cys 2 极性 Arg Lys Asp Glu Asn Gln Ser Thr 2 芳香族氨基酸 Phe Tyr 3 杂环氨基酸 Trp His 4 杂环亚氨基酸 Pro 1 脂肪族氨基酸1 疏水性 氨基乙酸 氨基丙酸 氨基异己酸 氨基 甲基戊酸 甲硫基 氨基 甲硫基丁酸 氨基 巯基丙酸 巯基 OOC CH CH2 S S CH2 CH COO NH3 NH3 半胱氨酸 胱氨酸 胱氨酸和二硫键 二硫键 NH3 OOC CH CH SH NH3 HS CH CH COO 疏水性 Gly Ala Val Leu Ile Met Cys 氨基异戊酸 2 极性 氨基 羟基丙酸 氨基 羟基丁酸 胍基 二氨基己酸 氨基 胍基戊酸 氨基丁二酸 氨基戊二酸 据含氨基 羧基的多寡及是否含硫或羟基脂肪族氨基酸分为 一氨基一羧基 一氨基二羧基 二氨基一羧基 含硫氨基酸 含羟基氨基酸 2 芳香族氨基酸 Phe Tyr 氨基 苯基丙酸 氨基 对羟苯基丙酸 3 杂环氨基酸 Trp His 吲哚基 咪唑基 氨基 吲哚基丙酸 氨基 咪唑基丙酸 4 杂环亚氨基酸 Pro 吡咯环 吡咯烷基 羧酸 按照R的化学性质 R的极性分为 1 非极性 疏水性氨基酸R为烃基 苯甲基等非极性基团Gly Ala Val Leu Ile Phe Pro 2 极性 中性氨基酸R为羟基 Ser Thr Tyr 巯基 Cys Met 酰胺基 Trp Asn Gln 等极性基团 有亲水性 在中性溶液中不电离 3 极性 酸性氨基酸 Asp Glu 4 极性 碱性氨基酸 Lys Arg His 1 R为脂肪烃基 Gly Ala Val Leu Ile疏水性逐渐增加 pI几乎相等 2 R为羟基和硫 Ser Thr Cys MetSer Thr含羟基 Ser有极性可形成氢键 大多数酶的活性中心有该残基存在 Thr形成氢键能力弱 小结 Cys含巯基 两个Cys可形成含二硫键的胱氨酸 二硫键在蛋白质的结构中起重要作用 R中含甲硫基 SCH3 的为Met 3 R含芳香基团的有 Phe Tyr TrpPhe Tyr Trp均含一个共轭 电子体系 在280nm有紫外吸收峰 易与缺 电子体系形成电荷转移复合物或电子重叠物 在受体 底物和分子识别中起作用 4 R为碱性基团的有 His含三个可解离基团 故在酶的催化机制中有重要作用Lys在生理条件下带有一正电荷 NH3 Arg的胍基几乎完全质子化 是已知最强的有机碱 5 R有酸性基团 Asp和Glu为生理条件下仅有的带负电荷的氨基酸 6 R中含酰基的氨基酸Asn和Gln分别为Asp和Glu的酰胺化产物 酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应 在生物合成和代谢中有重要作用 7 R为环状的为Pro由于其 NH2在环中 多肽中Pro所在位置易发生方向变化 在蛋白质立体结构中有重要作用 蛋白质氨基酸编码氨基酸 标准氨基酸或基本氨基20种 除Gly Pro外 均为L 氨基酸非编码氨基酸 非标准氨基酸胱氨酸 碘代酪氨酸 羟脯氨酸与羟赖氨酸等非蛋白质氨基酸 150多种 大多为L 型 氨基酸的衍生物 有一些是 氨基酸 并且有些是D型氨基酸 8 蛋白质氨基酸与非蛋白质氨基酸 3 氨基酸的理化性质 1 一般物理性质 无色或白色结晶 熔点 200 不同味道 氨基酸均可溶于强酸 强碱和水 水中溶解度差别较大 极性和非极性 氨基酸在乙醚中溶解度最小 不溶于有机溶剂 2 两性电离性质 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在 在同一个氨基酸分子上带有能解离出质子的 NH3 正离子和能接受质子的 COO 负离子 为两性电解质 pK值 0 pK值 多 4左右 OH OH H H 酸性溶液中氨基酸阳离子 晶体状态或水溶液中氨基酸兼性离子 碱性溶液中氨基酸阴离子 pH pI pH pI pH pI pK1 pK2 结合或释放质子取决于环境pH 等电点 pI Isoelectricpoint 氨基酸解离成阴 阳离子的程度及趋势相等 氨基酸主要为兼性离子 Zwitterion 溶液所带净电荷为零 电场中既不向阳极也不向阴极迁移时氨基酸溶液的pH值 氨基酸等电点的确定 酸碱滴定 滴定曲线 根据pK值 该基团在此pH一半解离 计算 等电点等于兼性离子两侧pK值的算术平均数 侧链不含离解基团的中性氨基酸 pI pK 1 pK 2 2侧链含有可解离基团的氨基酸 酸性氨基酸 pI pK 1 pK R COO 2碱性氨基酸 pI pK 2 pK R NH2 2 OH 加入的当量 Gly的滴定曲线 2 34 Gly Gly Gly Gly解离作用 pK1 pK2 Gly的pI pK 1 pK R COO 2 3 紫外吸收性质 分光光度法 测定蛋白质含量 粗略估计核酸中蛋白质污染程度 A260 A280 1 7 20种氨基酸可见光区 都没有光吸收远紫外区 220nm 均有光吸收近紫外区 220 300nm 酪氨酸 苯丙氨酸和色氨酸有光吸收酪氨酸 max 275nm苯丙氨酸 max 257nm色氨酸 max 280nm 4 化学性质 NH2 COOH和R侧链的活性基团可发生相关化学反应 用于氨基酸的分析鉴定 中和滴定 OH HCHO HCHO 与甲醛反应 1 NH2发生的化学反应 氨基酸甲醛滴定法氨基封闭 酸性增强 强碱滴定 二羟甲基氨基酸 与亚硝酸反应游离的 氨基与亚硝酸作用 生成相应的羟基酸 同时放出氮气 而含亚氨基的脯氨酸没此反应 VanSlyke法 一定的条件下测定氮气的体积 可计算氨基酸的含量 氮气 一半来自氨基酸的 氨基氮 一半来自亚硝酸的氮 与2 4 二硝基氟苯 DNFB或FDNB 的反应 弱碱性 二硝基苯基氨基酸 DNP 氨基酸 黄色 Sangerreaction H原子被烃基取代 用于N端分析 5 二甲氨基萘磺酰氯 DNS Cl DNS 氨基酸 紫外光下强烈荧光 灵敏度高 取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸 用于多肽分析 pH9 7 与5 二甲氨基萘磺酰氯 DNS Cl 的反应 40 与异硫氰酸苯酯 PITC 的反应 PITC PTC 氨基酸 苯氨基硫甲酰氨基酸 PTH 氨基酸 苯乙内酰硫脲衍生物 无色 pH8 3 无水HF Edmanreaction Edman降解 H原子被烃基取代 多肽顺序自动分析仪 重复测定多肽链N端 氨基酸排列顺序 一次可连续测出60 70个以上氨基酸序列 烃基化和酰基化反应 氨基的H原子被酰基或烃基取代 取代基对氨基保护 X 卤素 Cl F 成盐反应 氨基酸盐酸化合物 脱氨基反应 生物体内氨基酸分解代谢的重要方式之一 成酰氯反应 使氨基酸的羧基活化 易于另一氨基酸的氨基结合 在合成肽的工作上常用 成酯和成盐反应 HCl气 当羧基变成乙酯后 羧基的化学性质就被掩蔽了 而氨基的化学性质就突出地显示出来 2 COOH发生的化学反应 成酰胺反应 H2N CHR COOC2H5 HNH2 体外 无水 H2N CHR CONH2 C2H5OH 氨基酸酰胺 有机体内 Asp Glu NH4 Asn Gln Asn Gln 合成酶 ATP 脱羧反应 H2N CHR COOH 脱羧酶 与茚三酮反应 与茚三酮在弱酸性溶液中加热产生有色化合物 3 NH2和 COOH共同参与的化学反应 较灵敏 颜色深浅可定量 在570nm 蓝紫色 或440nm 黄色 定量测定 几 g 反应过程如下 水合茚三酮 还原茚三酮 蓝紫色 第一步氨基酸被氧化成CO2 NH3和醛 茚三酮被还原成还原型茚三酮 第二步还原型茚三酮同另一个茚三酮分子以及NH3缩合生成有色物质 Pro因其 氨基被取代生成黄色化合物 成肽反应 肽 肽键 酰胺键 第三节肽 一 概念 肽键 一个氨基酸的 羧基与另一氨基酸的 氨基脱水缩合形成的键 肽 氨基酸通过肽键相连而形成的化合物 肽 肽键 Polypeptidebond 多肽仍然有游离的 氨基和 羧基 游离的氨基 游离的羧基 多肽链 Polypeptidechain 游离的氨基 游离的羧基 氨基酸残基 C 端 N 端 多肽链主链 mainchainofpolypeptidechain 多肽链侧链 sidechain 二 肽的书写格式 游离 氨基在左 游离 羧基在右 氨基酸之间用 表示肽键 NH2 甘 丙 谷 组 蛋 COOHNH2 Gly Ala Glu His Met COOHNH2 GAE HM COOHGAE HM化学名称 甘氨酰丙氨酰谷氨酰 组氨酰蛋氨酸 三 肽的理化性质 2 旋光性 部分水解后所得的肽若不发生消旋 具有旋光性 短肽的旋光度约等于组成氨基酸的旋光度之和 较长的肽的旋光度则不是简单加和 1 酸碱性质 决定于游离末端 NH2 COOH及侧链R基上的可解离基团 肽键的酰氨氢不解离 末端 羧基的pKa值比游离氨基酸的大 末端 氨基的pKa值比游离氨基酸的小