蛋白质化学-蛋白质的组成成分

1、蛋白质化学-蛋白质的组成成分蛋白质的蛋白质的氨基酸的氨基酸的氨基酸的氨基酸的肽肽蛋白质的蛋白质的蛋白质的蛋白质的蛋白质的蛋白质的几种典型蛋白质的几种典型蛋白质的l9. 9. 蛋白质蛋白质l性质性质l分离、纯化与测定分离、纯化与测定第一节第一节 蛋白质分子的组成成分蛋白质分子的组成成分 一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解三、蛋白质的基本单位三、蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸主要的主要的： C H O N S 5055% 68% 2023% 1319% 04% 微量的：微量的： P Fe Cu Zn Mo I Se 大多数蛋白质含氮量较恒定，平均大多数蛋白质含氮

2、量较恒定，平均16%16%，即即1 1g g氮相当于氮相当于g g蛋白质。称为蛋白质系数。蛋白质。称为蛋白质系数。 每克样品含氮量每克样品含氮量6.256.25100=100=蛋白质含量蛋白质含量（g g% %） 条件：条件：5 51010倍的倍的20%20%的盐酸煮沸回流的盐酸煮沸回流16162424小时，或加压于小时，或加压于120120水解水解2 2小时。小时。 优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为终产物为L-L-氨基酸，产物单一，无消氨基酸，产物单一，无消旋现象。旋现象。 缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质

3、，水解液呈黑色。的物质：腐黑质，水解液呈黑色。条件：条件：4 4mol/L Ba(OH)mol/L Ba(OH)2 2或或6 6mol/L mol/L NaOHNaOH煮沸煮沸6 6小时。小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。坏，水解液清亮。缺点：产生消旋产物，破坏的氨缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。基酸多，一般很少使用。条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温酶，常温37374040， pHpH值值5 58 8 。优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。现象。缺点：水解不完全，

4、中间产物多。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。析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。 蛋白质蛋白质 月示月示 胨胨 多肽多肽 二肽二肽 氨基酸氨基酸 104 5000 2000 1000500 200 100 饱和硫饱和硫酸铵，酸铵，硫酸锌硫酸锌沉淀沉淀煮煮沸沸凝固凝固磷钨酸磷钨酸等复盐等复盐沉淀沉淀三、蛋白质的基本单位三、蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质多聚氨基酸多聚氨基酸 如图如图什么是氨基酸呢？什么是氨基酸呢？l含有氨基的羧酸含有氨基的羧酸氨基酸（氨基酸（AAAA）lR-CH(NH

5、R-CH(NH2 2)-COOH)-COOHlR R 代代 表表 氨氨 基基 酸酸 之之 间间 相相 异异 的的 部部 分分 ， 叫叫 R R 基基 ( (R group)R group)， 又又 称称 为为 侧侧 链链 ( (sidechain) sidechain) 。l无色晶体、溶于水无色晶体、溶于水不带电形式不带电形式 H2NCHCOOHR 酪氨酸分子酪氨酸分子 2 2l地地 球球 上上 天天 然然 形形 成成 的的 氨氨 基基 酸酸 有有 种种 以以 上上 ， 但但 是是 构构 成成 蛋蛋 白白 质质 的的 氨氨 基基 酸酸 只只 有有 22 22 种种 , , 且都是且都是-氨基酸

6、（可氨基酸（可能还存在更多的）能还存在更多的）。l提问：什么是提问：什么是-氨基酸？氨基酸？l答：答：-C-C-C-C-COOHC-C-C-C-COOH l-C-C-C-C(NHC-C-C-C(NH2 2)-COOH -)-COOH -氨基酸氨基酸 l-C-C-C(NHC-C-C(NH2 2)- C - COOH -)- C - COOH -氨基氨基酸酸 l-C-C(NHC-C(NH2 2)- C - C - COOH -)- C - C - COOH -氨氨基酸基酸1 1、按酸碱性质分类：、按酸碱性质分类：（1 1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸（天冬氨酸、谷

7、氨酸）（天冬氨酸、谷氨酸）（2 2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸（赖氨酸、精氨酸、组氨酸）（赖氨酸、精氨酸、组氨酸）（3 3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮（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、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、谷氨酰氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸）胺、丝氨酸、苏氨酸）（1 1）脂肪族氨基酸）脂肪族氨基酸（2 2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸

8、、酪氨酸酪氨酸（3 3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸（1 1）非极性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬）非极性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、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、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。脯氨酸。（2 2）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（3 3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。赖氨酸、精氨酸、组氨酸。（1 1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨

9、基）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、色酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。异亮氨酸、苏氨酸。（2 2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。基酸。有十种。（3 3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合）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）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。的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。 l构构 成成 蛋蛋 白白

10、 质质 的的 前前 二二 十十 种种 氨氨 基基 酸酸 的的 名名 称称 、 符符 号号 、 化化 学学 结结 构构 和和 疏疏 水水 性性 指指 数数 。 指指 数数 愈愈 正正 表表 示示 疏疏 水水 性性 愈愈 强强 。 天冬氨酸天冬氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸谷氨酸谷氨酸黑色素、甲亢黑色素、甲亢脑白金脑白金半胱氨酸半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基

11、赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等一、氨基酸的光学活性和光吸收值一、氨基酸的光学活性和光吸收值二、氨基酸的解离和两性性质二、氨基酸的解离和两性性质三、氨基酸的化学反应三、氨基酸的化学反应l构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有有-碳原子，在空间各原子有两种排列碳原子，在空间各原子有两种排列方式：方式：L-L-构型与构型与D-D-构型，它们的关系就构型，它们的

12、关系就像左右手的关系，互为镜像关系。像左右手的关系，互为镜像关系。旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基酸在近紫外区含苯环氨基酸大大键键有光的吸收。有光的吸收。蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在光光度仪在280280nmnm处测定蛋白质含量；处测定蛋白质含量； 氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H H+ +，又含又含有羧基，可电离出有羧基，可电离出H H+ +，所以氨基酸具有所以氨基酸具有

13、酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在，如下图所示：两性离子的形式存在，如下图所示： “ + + ” “ 不带电不带电 ” “ ”pIpI等电点时的等电点时的pHpH不同氨基酸等电点（不同氨基酸等电点（pIpI）不同不同提问：为什么？提问：为什么？H3NCHCOOHR+酸性溶液中酸性溶液中（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态在晶体状态或水溶液中或水溶液中即等电点即等电点（pIpI）H2NCHCOO-R碱性溶液中碱性溶液中（pHpI）（- -R R 有电性区别）有电性区别） 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱

14、滴定，所以具有两性电离的可被碱滴定，所以具有两性电离的性质，现以甘氨酸为例来说明氨基性质，现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。酸两性电离的特点。从左向右是用从左向右是用NaOHNaOH滴定滴定的曲线，溶液的的曲线，溶液的pHpH由小由小到大逐渐升高；从右向到大逐渐升高；从右向左是用盐酸滴定的曲线，左是用盐酸滴定的曲线，溶液的溶液的pHpH由大到小逐渐由大到小逐渐降低。曲线中从左向右降低。曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧第一个拐点是氨基酸羧基解离基解离50%50%的状态，第二的状态，第二个拐点是氨基酸的等电个拐点是氨基酸的等电点，第三个拐点是氨基点，第三个拐点是氨基酸氨基解离酸氨基解离5

15、0%50%的状态。的状态。 l由氨基酸的滴定曲线，可用下列由氨基酸的滴定曲线，可用下列 Henderson-Hasselbalch Henderson-Hasselbalch 方程求出各解方程求出各解离基团的解离常数（离基团的解离常数（pKpK）：）： 根据根据pKpK可求出氨基酸的等电点，可可求出氨基酸的等电点，可由其等电点左右两个由其等电点左右两个pKpK值的算术平均值的算术平均值求出。值求出。l中性氨基酸：中性氨基酸：pKpK1 1为为-羧基的解离常数羧基的解离常数, ,pKpK2 2为为-氨基的解离常数。氨基的解离常数。pI=(pKpK1 1 + pKpK2 2)/2中性氨基酸：PI=

16、1/2（pk1+pK2)酸性氨基酸：PI=1/2（pk1+pKR)碱性氨基酸：PI=1/2（pk2+pKR)l中性氨基酸中性氨基酸pIpI 提问：为什么偏酸性？提问：为什么偏酸性？ 答：答：- -COOHCOOH解离程度略大于解离程度略大于- -NHNH2 2的得电子的得电子能力能力l提问：酸性氨基酸的提问：酸性氨基酸的pI(pI(更偏酸、更偏更偏酸、更偏碱）？碱）？ 答：更酸（答：更酸（3.0 3.0 左左 右）右）l 碱碱 性性 氨氨 基基 酸酸pI pI 更更 碱（碱（7.67.610.7)(10.7)( 只只 有有 三三 种）种）l 提提 问：问： 大大 多多 数数 氨氨 基基 酸酸

17、在在 中中 性性（pH=7pH=7） 时，时， 带带 电？电？- - 等电点时的氨基酸等电点时的氨基酸溶解度最溶解度最小，易于沉淀小，易于沉淀w提问：为什么？提问：为什么？ （较小的同性排斥）（较小的同性排斥）l由由-氨基参加的反应：氨基参加的反应：(1) (1) 与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气的体积量可计算氨情况下测定生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。解程度。 用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离

18、用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用出氢离子，然后用NaOHNaOH滴定，从消耗的碱量可滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+ H+OH-中和滴定中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2RCHCOOHNH2RCHCOOH + HCL NHCO RRCOCL与苄基（苯甲氧）甲酰氯反应：与苄基（苯甲氧）甲酰氯反应：COOHCOOHNO2FO2N+ HNCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+ HF弱碱性弱碱性DNP-氨基酸氨

19、基酸RCHCOOH + HClNH2RCHCOOH NH2HCl（6 6）与醛类的反应：）与醛类的反应：西佛碱西佛碱（1 1）成盐反应：）成盐反应：AA + 碱碱盐盐AA + NaOH 氨基酸钠盐氨基酸钠盐(重金属盐不溶于水重金属盐不溶于水)RCHCOOH + C2H5OHNH2RCHCOOC2H5NH2 HCl气气 当羧基变成乙酯后，羧基的化学性当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。出地显示出来。YNHCRHCOOH + PCl5酰化氨基酸酰化氨基酸YNHCRHCOCl酰化氨基酰氯酰化氨基酰氯 使氨基酸的羧基活化，易于

20、另一氨基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。酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。（4 4）脱羧反应：）脱羧反应：H2NCHRCOOH脱羧酶脱羧酶CO2 + RCH2NH2胺胺 茚三酮可与脯氨酸、羟脯氨茚三酮可与脯氨酸、羟脯氨酸生成黄色化合物，与其它氨酸生成黄色化合物，与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。基酸生成蓝紫色化合物。反应名称反应名称试试 剂剂颜色颜色反应有关基反应有关基团团有此反应的有此反应的蛋白质或氨蛋白质或氨基酸基酸双 缩 脲 反双 缩 脲 反应应N a O H 、CuSO2紫 色 或紫 色 或粉红色粉红色二 个 以 上二 个 以 上肽键肽键所有蛋所有蛋白质白质米伦反应米伦反应H g N O3、Hg(NO3)2 、HNO3红色红色 Tyr黄色反应黄色反应浓浓HNOHNO3 3及及NHNH3 3黄 色 、黄 色 、橘色橘色 T y r 、Phe乙 醛 酸 反乙 醛 酸 反应应乙醛酸试剂乙醛酸试剂及浓及浓H H2 2SOSO4 4紫色紫色 Try坂口反应坂口反应SakaguchiSakaguchi- -萘酚萘酚