第3章蛋白质1

1、第第3章章 蛋白质蛋白质3.1 概述概述3.2 氨基酸氨基酸3.3 多肽多肽3.4 蛋白质蛋白质3.5 蛋白质的结构蛋白质的结构3.6 多肽的化学合成多肽的化学合成3.7 蛋白质组学蛋白质组学3.1 概述概述3.1.1 蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础3.1.2 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成3.1.3 氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系3.2 氨基酸氨基酸3.2.1 氨基酸的结构和分类氨基酸的结构和分类3.2.2 氨基酸的解离性质氨基酸的解离性质3.2.3 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质3.2.4 氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成练习

2、题练习题第第3章章 蛋白质蛋白质 学习要求学习要求 1、理解蛋白质是生命活动的物质基础；、理解蛋白质是生命活动的物质基础；2、掌握氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系；掌握氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系；3、掌握氨基酸的结构和氨基酸按酸碱性的分类情况；掌握氨基酸的结构和氨基酸按酸碱性的分类情况；4、掌握等电点的概念和氨基酸的解离性质；掌握等电点的概念和氨基酸的解离性质；5、了解氨基酸的化学性质，、了解氨基酸的化学性质，掌握其中的茚三酮反应；掌握其中的茚三酮反应；6、了解氨基酸的来源和几类化学合成方法的特点。、了解氨基酸的来源和几类化学合成方法的特点。3.1.2 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组

3、成碳碳 50-55% 氢氢 6.5-7.3 氧氧 19-24 氮氮 16% 硫硫 0-3 其他其他 微量微量 (磷、铁、碘、钼、锌、铜等磷、铁、碘、钼、锌、铜等)凯氏凯氏（Kjedahl）定定氮法氮法: : 蛋白质含量蛋白质含量= =样品中含氮量样品中含氮量 6.25 6.25v6.256.25: : 蛋白质系数，即蛋白质系数，即1 1克氮所代表的蛋白质克数克氮所代表的蛋白质克数3.1 概述概述三聚氰胺三聚氰胺 66%尿素 46 3.1.3 氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系氨基酸、多肽和蛋白质三者之间的关系 氨基酸氨基酸 多肽多肽 蛋白质蛋白质肽键肽键共价键（二硫键）共价键（二硫键）非共价键

4、非共价键酸、碱、蛋白酶催化水解酸、碱、蛋白酶催化水解物理或化学法拆分物理或化学法拆分60003.1 概述概述20种基本氨基酸种基本氨基酸（1）可变部分：）可变部分： 甘氨酸甘氨酸 R=H ，脯氨酸，脯氨酸 R=环状二级氨基环状二级氨基（2）共同特点：）共同特点：手性手性-碳原子碳原子，氨基酸是，氨基酸是手性手性分子分子 L-氨基酸氨基酸 例外：甘氨酸例外：甘氨酸（3）比旋光度）比旋光度p.343.2.1 氨基酸的结构和分类氨基酸的结构和分类 1. 氨基酸的结构氨基酸的结构共同结构共同结构可变部分可变部分COOHCHH2NR)(20溶剂D3.2 氨基酸氨基酸钠光的钠光的D线线589.3nm， 1

5、dm 1g/ml 3.2.1 氨基酸的结构和分类氨基酸的结构和分类 2. 氨基酸的分类氨基酸的分类 根据根据R基侧链的酸碱性基侧链的酸碱性分类分类（1）酸性氨基酸）酸性氨基酸 2（2）碱性氨基酸）碱性氨基酸 3（3）中性氨基酸）中性氨基酸 15脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸6芳香族氨基酸芳香族氨基酸3含硫氨基酸含硫氨基酸 2含羟基含羟基氨基酸氨基酸2含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸23.2 氨基酸氨基酸+H3NCOO-HCH2COO-Aspartate (Asp)Glutamate(Glu)门 冬 氨 酸谷 氨 酸+H3NCOO-HCH2CH2COO-4. Negatively charged R grou

6、ps (2)（1 1）酸性氨基酸的结构）酸性氨基酸的结构侧链侧链pKa 3.86 4.25+H3NC O O-HC H2C H2L y sin e (L y s)A r g in in e (A r g )赖 氨 酸精 氨 酸+H3NC O O-HC H2C H2C H25 . P o sitiv e ly c h a r g e d R g r o u p s (3 )C H2C H2N H3+N HCN H2N H2+H3NC O O-HH2CH NN Hg u a n id in oim id a z o leH istid in e组 氨 酸（2 2）碱性氨基酸的结构）碱性氨基酸的结构

7、胍基胍基咪唑基咪唑基+H3NC O O-HC H2C H2L ysine (L ys)A rginine (A rg)赖 氨 酸精 氨 酸+H3NC O O-HC H2C H2C H25. Positively charged R groups (3)C H2C H2N H3+N HCN H2N H2+H3NC O O-HH2CH NN Hguanidinoim idazoleH istidine组 氨 酸+H3NCOO-HCH2CH2Lysine (Lys)Arginine (Arg)赖 氨 酸精 氨 酸+H3NCOO-HCH2CH2CH25. Positively charged R gr

8、oups (3)CH2CH2NH3+NHCNH2NH2+H3NCOO-HH2CHNNHguanidinoim idazoleHistidine组 氨 酸侧链侧链pKa 10.53 12.48 6.00 7.35反应活性大反应活性大+H3NCOO-HCH2CH2Lysine (Lys)Arginine (Arg)赖氨酸精氨酸+H3NCOO-HCH2CH2CH25. Positively charged R groups (3)CH2CH2NH3+NHCNH2NH2+H3NCOO-HH2CHNNHguanidinoimidazoleHistidine组氨酸*1禽流感的致病力禽流感的致病力+H3NC

9、OO-HH+H2NCOO-+H3NCOO-HCH3+H3NCOO-HCH(CH3)2+H3NCOO-HCH2CH-CH3+H3NCOO-HCH-CH3CH2Glycine (Gly)Alanine (Ala)Valine (Val)Leucine (Leu)Isoleucine (Ile)Proline (Pro)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸1. Nonpolar, aliphalic R groups (6)CH3CH3H（3 3）中性氨基酸的结构）中性氨基酸的结构 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸(6)刚性结构*2*3*4肽链的骨架变化肽链的骨架变化仲+H3NC O O-HC H2+H3

10、NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2P h e n y la la n in e ( P h e )T y r o s in e ( T y r ) T r y p t o p h a n ( T r y )苯 丙 氨 酸酪 氨 酸色 氨 酸2 . A r o m a t ic R g r o u p s ( 3 )NHO H 芳香族氨基酸芳香族氨基酸(3)（3 3）中性氨基酸的结构）中性氨基酸的结构吲哚基吲哚基+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2P h e n y la la n in e ( P h e )T y r

11、o s in e ( T y r )T r y p t o p h a n ( T r y )苯 丙 氨 酸酪 氨 酸色 氨 酸2 . A r o m a t ic R g r o u p s ( 3 )NHO H+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2P h e n y la la n in e ( P h e )T y r o s in e ( T y r ) T r y p t o p h a n ( T r y )苯 丙 氨 酸酪 氨 酸色 氨 酸2 . A r o m a t ic R g r o u p s ( 3 )NHO H(T

12、rp)*5*6分子识别黑色素细胞:酪氨酸酶280nm（3 3）中性氨基酸的结构）中性氨基酸的结构 含硫氨基酸含硫氨基酸(2)+H3NCOO-HCH2OH+H3NCOO-HCH OHCH3+H3NCOO-HCH2SH+H3NCOO-HCH2CH2SCH3+H3NCOO-HCH2CONH2+H3NCOO-HCH2CH2CONH2Serine (Ser)Threonine (Thr)Cysteine (Cys)M ethionine (M et)Asparagine (Asn)Glutam ine (Gln)丝 氨 酸苏 氨 酸半 胱 氨 酸甲 硫 氨 酸 （ 蛋 氨 酸 ）门 冬 酰 胺谷 氨 酰

13、 胺3. Polar, uncharged R groups (6)+H3NC O O-HC H2O H+H3NC O O-HC H O H+H3NC O O-HC H2S H+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2C H2S C H3C O N H2Serine (Ser)T hreonine (T hr)C ysteine (C ys)M ethionine (M et)A sparagine (A sn)G lutam ine (G ln)丝 氨 酸苏 氨 酸半 胱 氨 酸甲 硫 氨 酸 （ 蛋 氨 酸 ）门 冬 酰 胺谷 氨 酰 胺3. Polar, uncharg

14、ed R groups (6)C H3+H3NC O O-HC H2C H2C O N H2CysssCysl蛋白质结构蛋白质结构l常出现在酶的活性中心常出现在酶的活性中心*7解毒保肝解毒保肝（3 3）中性氨基酸的结构）中性氨基酸的结构l 氢键氢键l 出现在大多数酶的活性中心出现在大多数酶的活性中心l糖链往往与糖链往往与Ser和和Thr的的-OH相连，形成糖蛋白。相连，形成糖蛋白。 含羟基含羟基氨基酸氨基酸+H3NC O O-HC H2O H+H3NC O O-HC H O H+H3NC O O-HC H2S H+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2C H2S C H3C

15、 O N H2S e r in e ( S e r )T h r e o n in e ( T h r )C y s t e in e ( C y s )M e t h io n in e ( M e t )A s p a r a g in e ( A s n )G lu t a m in e ( G ln )丝 氨 酸苏 氨 酸半 胱 氨 酸甲 硫 氨 酸 （ 蛋 氨 酸 ）门 冬 酰 胺谷 氨 酰 胺3 . P o la r , u n c h a r g e d R g r o u p s (6 )C H3+H3NC O O-HC H2C H2C O N H2*8（3 3）中性氨基酸的结

16、构）中性氨基酸的结构 含酰胺基氨基酸含酰胺基氨基酸+H3NC O O-HC H2O H+H3NC O O-HC H O H+H3NC O O-HC H2S H+H3NC O O-HC H2+H3NC O O-HC H2C H2S C H3C O N H2Serine (Ser)T hreonine (T hr)C ysteine (C ys)M ethionine (M et)A sparagine (A sn)G lutam ine (G ln)丝 氨 酸苏 氨 酸半 胱 氨 酸甲 硫 氨 酸 （ 蛋 氨 酸 ）门 冬 酰 胺谷 氨 酰 胺3. Polar, uncharged R grou

17、ps (6)C H3+H3NC O O-HC H2C H2C O N H2l 转氨基反应转氨基反应 从营养学角度分类从营养学角度分类 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr 假假 设设 来来 写写 一一 两两 本本 书书 根据是否组成蛋白质分类根据是否组成蛋白质分类必需氨基酸必需氨基酸非必需氨基酸非必需氨基酸20种基本氨基酸种基本氨基酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸3.2 氨基酸氨基酸3.2.1 氨基酸的结构和分类氨基酸的结构和分类 2. 氨基酸的分类氨基酸的分类300 不常见

18、蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸 胶原蛋白中的胶原蛋白中的羟脯氨酸羟脯氨酸及及羟赖氨酸羟赖氨酸 甲状腺球蛋白中甲状腺球蛋白中碘代酪氨酸碘代酪氨酸 某些蛋白质分子中的某些蛋白质分子中的胱氨酸胱氨酸u 来源：蛋白质生物合成之后来源：蛋白质生物合成之后( (或合成过程中或合成过程中) )，相，相应的氨基酸残基被修饰形成的。应的氨基酸残基被修饰形成的。u 在生物体内无相应的遗传密码在生物体内无相应的遗传密码611.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala2.作为一些重要代谢物的前体或中间体作为一些重要代谢物的前体或中间体: -丙氨酸（丙氨酸（VB3）鸟氨酸（鸟氨

19、酸（Orn） 、瓜氨酸（瓜氨酸（Cit） (尿素循环尿素循环) 3.作为神经传导的化学物质：作为神经传导的化学物质： -氨基丁酸氨基丁酸4. 作为作为N素的转运和贮藏载体素的转运和贮藏载体: 刀豆氨酸刀豆氨酸5.调节生长作用调节生长作用6.杀虫防御作用杀虫防御作用绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚非蛋白氨基酸存在的意义非蛋白氨基酸存在的意义3.2 氨基酸氨基酸碱性L-氨基酸，8% 3.2.2 氨基酸的解离性质氨基酸的解离性质氨基酸的两个重要通性：氨基酸的两个重要通性：白色晶体，熔点很高；白色晶体，熔点很高；溶于水，水溶液具有较高的介电常数。溶于水，水溶液具有较高的

20、介电常数。3.2 氨基酸氨基酸（1）氨基酸是两性分子）氨基酸是两性分子两性分子两性分子:即含有酸性基团即含有酸性基团,又含有碱性基团的分子。又含有碱性基团的分子。两性分子的性质两性分子的性质:-pK1+H+H+-pK1+H+H+H+H+pK2H+H+K -COO-CHH2NRCOOCHH2NRCOOHCHH3N+RCOOHCHH3N+R3.2 氨基酸氨基酸完全解离完全解离酸酸 碱碱/ /酸酸 碱碱 正离子正离子 电中性电中性(两性离子两性离子) 负离子负离子 低低pH值值 合适的合适的pH值值 高高pH值值 等电点等电点pI二元弱酸二元弱酸 二元弱碱二元弱碱pK1 pI pK22.34 5.9

21、7 9.60H3N+CH2COOH H3N+CH2COO- - H2NCH2COO- - gly+ gly gly- - 酸酸 碱碱/ /酸酸 碱碱共轭共轭lgpKapH酸碱glyglylgpKapH pKapHpKapHglyglyglygly 1010pH5.972.341.340.34.正电荷/M00.510/11100/101.11M gly溶液在不同pH条件下带电量情况（2）氨基酸有专一的等电点）氨基酸有专一的等电点（isoeletric point, pI）u等电点的定义：等电点的定义：两性分子处于两性离子状态两性分子处于两性离子状态, 分子内分子内部正负电荷数目相等，净电荷为零，

22、此时溶液的部正负电荷数目相等，净电荷为零，此时溶液的pH值即为其等电点。值即为其等电点。(两性分子净电荷为零时溶液的两性分子净电荷为零时溶液的pH值值)u等电点时两性分子的性质：等电点时两性分子的性质：(1) 表观电中性，内部酸碱性基团完全解离，呈两性离表观电中性，内部酸碱性基团完全解离，呈两性离子状态；子状态； 溶液溶液pHpI，带净负电荷；，带净负电荷； pHpI，带净正电荷。，带净正电荷。 在一定在一定pH范围中，溶液的范围中，溶液的pH离氨基酸等电点愈远，离氨基酸等电点愈远，氨基酸带净电荷愈多。氨基酸带净电荷愈多。(2) 溶解度最小溶解度最小3.2 氨基酸氨基酸（3）氨基酸等电点的计算

23、）氨基酸等电点的计算两性离子两边的两性离子两边的pK值值的算术平均值的算术平均值中性氨基酸：中性氨基酸： pI = (pK1 + pK2)/2 酸性氨基酸：酸性氨基酸： pI= (pK1 + pK R-COO- )/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸： pI= (pK2 + pKR-NH2 )/2 例：门冬氨酸例：门冬氨酸pK1=2.09, pK2=9.82, pKR-COO- =3.86pI=(2.09+3.86)/2=2.973.2 氨基酸氨基酸一般一般酸性氨基酸酸性氨基酸pI为：为：2.83.2中性氨基酸中性氨基酸pI为：为：5.06.5碱性氨基酸碱性氨基酸pI为：为：7.5810.8P.364

24、3-45为什么中性氨基酸的等电点为什么中性氨基酸的等电点7？（4）氨基酸的分离分析）氨基酸的分离分析l 电泳法电泳法l 离子交换色谱法离子交换色谱法 磺酸型阳离子交换树脂磺酸型阳离子交换树脂 SO3_ _H+氨基酸自动分析仪氨基酸自动分析仪1.000.51.07pK1=2.34pK2=9.600.5pI=5.97pH1mol/L1mol/L甘氨酸的滴定曲线甘氨酸的滴定曲线l氨基酸的可电离基团氨基酸的可电离基团的的pK的定量的定量值值l氨基酸具有两个（或氨基酸具有两个（或以上）具有缓冲作用以上）具有缓冲作用的区域的区域 氨基酸的滴定曲线氨基酸的滴定曲线 丙氨酸的滴定曲线：丙氨酸的滴定曲线： 13

25、 NaOH1 0.5 0 0.5 1963HCl Gly Gly = Gly Gly Gly Gly = Gly Gly Gly Gly酸酸 碱碱/ /酸酸 碱碱pK1pK23.2.3 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质COOHCHH2NR甲醛羟甲基化甲醛羟甲基化亚硝酸反应亚硝酸反应酰化反应酰化反应烃基化反应烃基化反应西佛碱反应西佛碱反应脱氨基反应脱氨基反应成盐成盐成酯反应成酯反应成酰氯反应成酰氯反应叠氮反应叠氮反应脱羧基反应脱羧基反应茚三酮反应茚三酮反应成肽反应成肽反应3.2 氨基酸氨基酸侧链反应侧链反应巯基巯基羟基羟基咪唑基咪唑基甲硫基甲硫基芳香环芳香环茚三酮反应茚三酮反应广泛用于各种氨基酸

26、的定性或定量测定广泛用于各种氨基酸的定性或定量测定(微克级微克级)CCCOOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O弱酸弱酸蓝紫色蓝紫色脯氨酸脯氨酸黄色黄色氨基酸自动分析仪氨基酸自动分析仪采集指纹采集指纹CCCOOO HO HH2OH2O+NH3水合茚三酮水合茚三酮还原茚三酮还原茚三酮3.2.4 氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 水解蛋白质法水解蛋白质法 微生物发酵法微生物发酵法 化学合成法化学合成法(1) 经典化学合成法经典化学合成法 外消旋体外消旋体 拆分：化学法和酶解法拆分：化学法和酶解法(2) 不对称合成法不对称合成法 光学纯氨基酸光学纯氨基酸 不对称前体合成法和不对称催化剂合成法

27、不对称前体合成法和不对称催化剂合成法3.2 氨基酸氨基酸氨基酸的来源氨基酸的来源L-氨基酸氨基酸例例1：现在有四个氨基酸：现在有四个氨基酸：苯丙氨酸苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸、脯氨酸pI=6.3、天冬氨酸天冬氨酸pI=2.8和赖氨酸和赖氨酸pI=9.7，请问在以下，请问在以下pH条件条件下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，移向阳极还是阴极？外电场作用下，移向阳极还是阴极？ 苯丙氨酸苯丙氨酸 脯氨酸脯氨酸 门冬氨酸门冬氨酸 赖氨酸赖氨酸（1）pH=7.0（2）pH=6.0（3）pH=5.0（4）pH=2.0+ + 阴极阴极 +

28、+ 阴极阴极 - - 阳极阳极 + + 阴极阴极- - 阳极阳极 - - 阳极阳极 - - 阳极阳极 + + 阴极阴极+ + 阴极阴极 + + 阴极阴极 + + 阴极阴极 + + 阴极阴极- - 阳极阳极 + + 阴极阴极 - - 阳极阳极 + + 阴极阴极将将Lys, Arg, Asp, Glu, Tyr,Leu,Thr和和Ala的的8种氨基酸种氨基酸混合物在混合物在pH3.0下加到下加到磺酸型阳离子交换树脂磺酸型阳离子交换树脂中，然中，然后用提高后用提高pH和盐浓度的洗脱剂进行洗脱，试预计它和盐浓度的洗脱剂进行洗脱，试预计它们被洗脱下来的顺序。们被洗脱下来的顺序。u 作用力：（作用力：（1

29、）离子交换；（）离子交换；（2）氨基酸侧链与树）氨基酸侧链与树脂基质脂基质(聚苯乙烯聚苯乙烯)之间的作用力。之间的作用力。uAsp Glu Tyr Thr Leu Ala Lys Arg 2.77 3.22 5.66 5.87 5.98 6.02 9.74 10.76 Asp, Thr, Glu, Ala, Leu, Tyr, Lys, Arg。 例例2：例例3：向向1L 1mol/L的处于等电点的的处于等电点的gly溶液加入溶液加入0.3 mol HCl，问所得溶液的，问所得溶液的pH是多少？如果加入是多少？如果加入0.3 mol NaOH以代替以代替HCl时，时，pH将是多少？将是多少？23937060960960H712370342342H. 0.70.3lg glu - glulg9p0.30.7lg glu glulg2.34p解：已知解：已知pK1=2.34， pK2=9.60 ，pI=5.97 H3N+CH2COOH H3N+CH2COO- H2NCH2COO- 酸酸 碱碱/ /酸酸 碱碱gly+ gly gly-例