第一章蛋白质化学优秀公开课

第一章蛋白质化学【目的与要求】§1.1蛋白质通论§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸蛋白质化学1.了解蛋白质对生物体的重要意义。2.了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的特点。3.掌握蛋白质的基本构成单体：氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。4.掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离与等电点含义、茚三酮反应及其应用。〔目的与要求〕蛋白质化学5.掌握蛋白质一级结构的概念；了解蛋白质一级结构的测定方法与思路，学会分析简单多肽的氨基酸顺序。6.理解并掌握蛋白质二级结构的概念；二级结构的基本类型：α-螺旋及β-折叠的结构特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特性；了解超二级结构及结构域的概念。7.了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。§1.1蛋白质通论一.蛋白质的生物学意义(一)蛋白质是生命活动的物质基础1、是遗传规定的具有唯一氨基酸顺序的多肽链，在生命过程中起着关键的作用。§1.1蛋白质通论一.蛋白质的生物学意义(一)蛋白质是生命活动的物质基础2、生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的45%，占细菌干重的50～70%。§1.1蛋白质通论(二)蛋白质的生物学功能1.作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。2.调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。3.运输载体：如红细胞中运输O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。4.参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。§1.1蛋白质通论二、蛋白质的分类1.根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质2.根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。3.根据组成分：（1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。（2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。§1.1蛋白质通论三.蛋白质的水解1.酸水解条件：5～10倍的20%的盐酸煮沸回流16～24小时，或加压于120℃水解2小时。优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-α-氨基酸，产物单一，无消旋现象。缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。§1.1蛋白质通论2.碱水解条件：4mol/LBa(OH)2或6mol/LNaOH煮沸6小时。优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。缺点：产生消旋产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。3.蛋白酶水解条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温37～40℃，pH值5～8。优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。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析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸二、蛋白质分子的基本组成单位——氨基酸（一）氨基酸的结构通式：1、构成蛋白质的氨基酸均为L-α-氨基酸。2、除R为H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。3、各种氨基酸的区别在于侧基R基上。从氨基酸的结构通式可以看出：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（二）氨基酸的构型：构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有α-碳原子，在空间各原子有两种排列方式：L-构型与D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系，下图以丙氨酸为例：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸2、按侧基R基的结构特点分：

（1）脂肪族氨基酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸3、按侧基R基与水的关系分：

（1）非极性氨基酸：有甘氨酸、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、酪氨酸、脯氨酸。（2）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4、按氨基酸是否能在人体内合成分：

（1）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、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）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）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸二十种氨基酸的名称和结构如图所示:§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸注：二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：组氨酸亚氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（四）蛋白质中不常见的氨基酸羟-脯氨酸、羟-赖氨酸、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基赖氨酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（二）化学性质1.氨基酸的两性电离及等电点：氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可电离出H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在，如下图所示：

§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。在某一pH环境下，以两性离子（兼性离子）的形式存在。该pH称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液pH。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸2.由α-氨基参加的反应：

(1)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解程度。(2)与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用NaOH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。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸(3)与2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反应（Sanger反应）：生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。(4)与苯异硫氰酸酯（PITC）反应（Edman反应）：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。(5)与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：生成荧光物质DNS-氨基酸。（3）、(4)、(5)反应用于蛋白质的N-末端的测定。（3）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应NO2FO2N+HN—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱碱性DNP-氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸H2N—CH—COOH+RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.740℃NCH3CH3O=S=OHN—CH—COOHRDNS-氨基酸取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高(5)与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸3.α-羧基参加的反应：(1)与碱反应成盐(2)与醇反应成酯(3)与酰化试剂反应成酰氯§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4.α-氨基与α-羧基共同参加的反应(1)与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸4.α-氨基与α-羧基共同参加的反应

(2)成肽反应：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸(1)

Millon反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。

Millon试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。

产物：红色的化合物。(2)

Folin反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。

Folin试剂：磷钼酸、磷钨酸混合溶液。

产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。(3)

坂口反应：检测Arg或含Arg的蛋白质的反应。

坂口试剂：α—萘酚的碱性次溴酸钠溶液。

产物：砖红色的沉淀。5.侧链反应（颜色反应）：§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸(4)

Pauly反应：检测His、Tyr及含His、Tyr蛋白质的反应。试剂：对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混合溶液产物：橘红色的化合物。(5)乙醛酸的反应：检测Trp或含Trp蛋白质的反应。当Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分层现象，界面出现紫色环。(6)Cys的反应：Cys或含Cys蛋白质与亚硝基亚铁氰酸钠在稀氨的溶液中，产生一种红色的化合物。§1.2蛋白质的分子组成——氨基酸四.氨基酸的分离测定（一）层析法层析法