第二章 氨基酸与蛋白质的一级结构.doc

第二章 氨基酸与蛋白质的一级结构第一节.蛋白质概述l 1.1 蛋白质的功能与分布l 单细胞生物胞外酶鞭毛-蛋白质（运动器官）细胞壁-糖、脂、肽细胞膜-载运蛋白、酶蛋白细胞核-酶蛋白（催化遗传）细胞质-酶蛋白（催化物质代谢）多细胞动物个体层次毛发、皮肤：角蛋白毛发、皮肤：角蛋白蛋白质分布广泛、功能多样l 1. 催化功能-酶l 2. 结构功能-皮、毛、骨、牙、细胞骨架l 3. 载运功能-膜蛋白l 4. 调控功能-激素 如胰岛素 组蛋白l 5. 运动功能-鞭毛、肌肉蛋白l 6. 防御功能-免疫球蛋白l 7. 接受和传递信息 视色素 味觉蛋白 1.2 蛋白质的组成与结构1.2.1 蛋白质的元素组成l 主要由C、H、O、N四种元素组成。l 大多数蛋白质还含有S，l 有些结合蛋白质含有Fe、Cu、Mg、Zn等l 氮的含量接近16%。l 样品中蛋白质含量/含氮量称作蛋白质系数。l 动物蛋白质系数为6.25，植物在5.7左右1.2.2 蛋白质的分类一、依据蛋白质的外形分类球状蛋白质、纤维状蛋白质。球状蛋白质：globular protein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白质：fibrous protein分子类似纤维或细棒。又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。二、依据蛋白质的组成分类按照蛋白质的组成，可以分为简单蛋白(simple protein) 和结合蛋白(conjugated protein) 。简单蛋白又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-a氨基酸组成的肽链，不含其它成分。1，清蛋白和球蛋白：albumin and globulin广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2，谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。3，精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。4，硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。结合蛋白由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。l 三、按功能分类 1. 酶类 2. 运输蛋白 3. 运动蛋白 4. 激素蛋白 5. 细胞激动素 6. 防御蛋白 7.结构蛋白第二节.氨基酸2.1 氨基酸的种类与结构l 含有氨基的羧酸l (一)、 化学结构l R-CH(NH2)-COOHl R 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分 ， 叫 R 基 (R group)， 又 称 为 侧 链 (sidechain) 。l 无色晶体、溶于水2.1.1. 氨基酸的旋光性与构型旋光性：可使偏振光平面发生旋转 不对称碳原子：碳原子所连的4个碳原子不相同 构型 ：不对称碳原子周围的取代基在空间上的排列 20种氨基酸除甘氨酸外都具有旋光性 除甘氨酸(Gly)外， a-C都是不对称碳原子，且都为L-构型 构型的改变需要共价键的的破坏与重新形成，与氢键无关，氨基酸的L- 、D-型都是以甘油醛为标准确定的。2.1.2. 常见的蛋白质氨基酸 20种都是a-氨基酸 除甘氨酸(Gly)外， a-C都是不对称碳原子，且都为L-构型 脯氨酸(Pro)不含游离的氨基，为亚氨基酸 半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)含有S元素alanine丙氨酸AlaAarginine 精氨酸 ArgRasparagine天冬酰氨 Asn AsxNaspartic acid天冬氨酸Asp AsxDcystine半胱氨酸CysCglutamine谷氨酰胺Gln GlxQglutamic acid谷氨酸Glu GlxEglycine甘氨酸GlyGHistidine组氨酸HisHisoleucine异亮氨酸Ile Ileucine亮氨酸LeuLlysine赖氨酸LysKmethionine甲硫氨酸MetMphenylalanine苯丙氨酸PheFproline脯氨酸ProPserine丝氨酸SerSthreonine苏氨酸ThrTtryptophan色氨酸TrpWtyrosine酪氨酸TyrYvaline缬氨酸ValV氨基酸的名称与符号2.1.4. 非蛋白质氨基酸l 各种生物分离到的氨基酸已达250种以上l 激素、代谢中间产物、毒素、抗菌素等2.1.5、蛋白质氨基酸的分类l 按侧链(-R)的性质，常见的蛋白质氨基酸被分为四类： 1. 非极性R基氨基酸（共9种）： 甘氨酸(Gly) 丙氨酸(Ala) 缬氨酸(Val) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 脯氨酸(Pro) 色氨酸(Trp) 甲硫氨酸(Met) 苯丙氨酸(Phe)2.无电荷的极性R基氨基酸（共6种）：丝氨酸(Ser), 苏氨酸(Thr), 酪氨酸(Tyr), 半胱氨酸(Cys), 天冬酰胺(Asn), 谷氨酰胺(Gln)3.带正电荷的极性R基氨基酸（共3种）：赖氨酸(Lys), 精氨酸(Arg), 组氨酸(His)4.带负电荷的极性R基氨基酸（共2种）：天冬氨酸(Asp) 谷氨酸(Glu)2.1.6. 必需氨基酸l 人和动物维持正常生理功能所必需，而又不能自身合成的氨基酸称为必需氨基酸（essential amino acids）。l 必需氨基酸包括赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸和精氨酸，其中组氨酸和精氨酸，人虽然能合成，但效率低，尤其在婴幼儿时期，需要由外界供给。2.2 氨基酸的性质l 2.2.2. 氨基酸的两性解离 氨基酸分子中既含有酸性的-COOH，又含有碱性的-NH2。属两性离子(带相反电荷的极性分子叫做两性离子或偶极离子) a-COOH的 pK = 2左右；a-NH2的pKa = 9左右（ pK 解离常数的负对数）l 当氨基酸所带正电荷与所带负电荷相等时，溶液的PH值为这一种氨基酸的等电点（PI）l 2.2.3. 氨基酸的化学反应 1）氨基参加的反应l 与HNO2的反应l 与甲醛的反应l 酰基化和烃基化反应 2）羧基参加的反应l 成酯与成盐反应l 酰氯化与酰胺化反应 3）氨基和羧基共同参加的反应l 与茚三酮的反应l 形成肽键 4）侧链具有的反应l 形成二硫键l 成酯反应1）氨基参加的反应 与HNO2的反应 放出氮气，可用于计算氨基酸的量。 酰基化 烃基化反应酰基化反应l 丹磺酰氯(DNS-CL)与氨基酸反应生成荧光性质强和稳定的磺胺衍生物l 用于多肽链NH3末端氨基酸的标记烃基化反应2,4-二硝基氟苯（DNFB ，Sanger试剂）在弱碱性溶液中与氨基酸发生取代反应，生成黄色化合物二硝基苯基氨基酸。苯异硫氰酸酯（ PITC）在弱碱性条件下，与氨基酸反应生成苯乙内酰硫脲衍生物，此反应又称之Edman反应，氨基酸序列测定常用的反应2）羧基参加的反应 成酯与成盐反应 酰氯化与酰胺化反应3）氨基和羧基共同参加的反应与茚三酮的反应茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热，具有游离氨基的氨基酸都生成紫色化合物。脯氨酸是一个亚氨基酸，生成黄色化合物。4）侧链具有的反应 形成二硫键 -成酯反应第三节.氨基酸的分离与分析 3.1.氨基酸的电泳分离 纸 电泳(Electrophoresis)是指带电质点在电场中的移动。如果带电质点在恒定电压和恒定粘度的介质中泳动，带电质点的迁移率()可用下式表示： Q/r 如果它们在大小方面也没有明显的的差别，带电质点的迁移率可用下式表示： Q 各氨基酸所带净电的差异（Q）可用pI- pH表示。3.2.氨基酸的离子交换层析 离子交换层析是分离分析氨基酸的有效方法 离子交换剂共价地结合许多可解离为阴离子或阳离子的基团，可以与周围溶液中的其它相反离子或离子化合物结合。 当把被分离的氨基酸混合物的溶液调至pH3.0时, 氨基酸都带净正电荷。但由于每种氨基酸的电离状态不同，因而它们的净正电荷的程度也不同，故被洗脱下来的速度也不相同。除了电荷作为主要分离因素外，氨基酸侧链与树脂的非极性骨架之间的相互作用也是影响分离的因素。 现在常用高效液相层析(HPLC) 代替普通的离子交换层析。第四节. 肽一肽、肽链和肽键 氨基酸与氨基酸之间可以通过-氨基和-羧基形成的酰胺键共价地结合在一起,这样形成的产物叫做肽（Peptide）。在蛋白质化学中，这种酰胺键称为肽键（Peptide bond）。 由氨基酸借肽键所形成的一条线性的链状分子就叫做肽链(peptide chain) 。在肽链结构中,每个的氨基酸不再是完整的，因此叫做氨基酸残基（residue）。 蛋白质是由单一肽链或多条肽链构成的大分子。二肽的性质1肽键可被水解2肽的解离性质 每一种多肽都有它的等