蛋白质化学1-101张课件

第三

章

蛋白质化学

ChemistryofProtein第三章

蛋白质化学

ChemistryofProt1第一节

通论

第一节

通论

2一、蛋白质的化学概念

蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的有特定空间结构和生物学活性的高分子含氮化合物。一、蛋白质的化学概念蛋白质（pro3二、蛋白质的生物学重要性

1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。二、蛋白质的生物学重要性

1.蛋白质是生物体重要组成成42.蛋白质具有重要的生物学功能作为生物催化剂（酶）代谢调节作用（胰岛素）免疫保护作用（抗体）物质的转运和存储（血红蛋白、乳-酪蛋白）运动与支持作用（肌动蛋白、微管蛋白接头蛋白）参与细胞间信息传递（膜受体蛋白）3.氧化供能2.蛋白质具有重要的生物学功能5*根据蛋白质组成成分

单纯蛋白质（SimpleProtein）结合蛋白质（ConjugateProtein）

=蛋白质部分+非蛋白质部分

*根据蛋白质形状

纤维状蛋白质（FibrouseProtein）：难溶于水，结构蛋白

球状蛋白质（GlobularProtein）：多溶于水，功能蛋白

三、蛋白质的分类

*根据蛋白质功能

/溶解度

*根据蛋白质组成成分单纯蛋白质（SimpleProt6纤维状蛋白质和球状蛋白质纤维状蛋白质和球状蛋白质7四、蛋白质的元素组成

主要有C、H、O、N，还有S。

有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。四、蛋白质的元素组成

主要有C、H8

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。可通过测定含氮量来计算蛋白质：蛋白质含量=蛋白氮×6.251/16%

蛋白质元素组成的特点各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。蛋白质含量=9第二节

蛋白质的组成单位

——氨基酸第二节

蛋白质的组成单位

——氨基酸10一、氨基酸一般结构特征蛋白质在酸、碱或酶的作用下，水解为氨基酸（AminoAcid）——蛋白质的基本结构单位。存在自然界中的氨基酸有数百种，但组成生物体蛋白质的氨基酸（编码氨基酸）主要有20种。一、氨基酸一般结构特征蛋白质在酸、碱或酶的作用下，水解为氨基11氨基酸结构通式（α-氨基酸）α氨基酸结构通式（α-氨基酸）α12

2个特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）2个特殊氨基酸

脯氨酸13氨基酸的构型

组成蛋白质的氨基酸除Gly（R=H）以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。氨基酸的构型组成蛋白质的氨基酸除Gly（R14二、氨基酸的分类和结构酸碱性：中性、酸性、碱性R基结构：脂肪、芳香、杂环R基物理性质：疏水、亲水R基结构：二、氨基酸的分类和结构酸碱性：中性、酸性、碱性15依R基团结构分类非极性氨基酸（NonpolarAminoAcids）9种极性，不带电荷氨基（Polar,UnchargedAminoAcids）6/7种酸性氨基酸(-)（AcidicAminoAcids）2种碱性氨基酸(+)（BasicAminoAcids）3种依R基团结构分类16含非极性R基团的氨基酸含非极性R基团的氨基酸17（甲硫氨酸）（甲硫氨酸）18含极性不带电荷R基团的氨基酸

含极性不带电荷R基团的氨基酸

19含带负电荷（酸性）R基团的氨基酸含带正电荷（碱性）R基团的氨基酸含带负电荷（酸性）R基团的氨基酸含带正电荷（碱性）R基团的氨20三、蛋白质中修饰性氨基酸

三、蛋白质中修饰性氨基酸21四、非蛋白质氨基酸四、非蛋白质氨基酸22五、氨基酸的一般性质

无色晶体或粉末状熔点高：>200°C

紫外吸收性质：芳香、杂环氨基酸旋光性：Gly除外溶解性：一般溶于水、稀酸碱；不溶于有机溶剂五、氨基酸的一般性质无色晶体或粉末状23色氨酸：280nm

酪氨酸：278nm

苯丙氨酸：259nm紫外吸收大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。色氨酸：280nm紫外吸收大多数蛋白质含有这三种氨24旋光性

组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“一”号表示，向右旋转的称右旋，用“＋”号表示。旋光物质旋光性组成蛋白质的氨基酸除Gly以25L-（-）-苏氨酸D-（+）-苏氨酸L-（-）-苏氨酸D-（+）-苏氨酸26六、氨基酸的化学性质结构→性质α-氨基，α-羧基

→共性R基团

→特性六、氨基酸的化学性质结构→性质α-氨基，α-羧基→共271.两性性质和等电点1.两性性质和等电点28氨基酸为两性离子（兼性离子、偶极离子）两性离子(dipolarion)氨基酸在晶体或在水中主要以兼性离子形式存在氨基酸为两性离子（兼性离子、偶极离子）两性离子(dipola29氨基酸是两性电解质酸（供氢体）碱（受氢体）氨基酸是两性电解质酸（供氢体）碱（受氢体）30氨基酸的等电点（isoelectricpoint，pI）

在一定的pH条件下，氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相等，即净电荷为零，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(isoelectricpoint,pI)

。氨基酸在等电点时溶解度最小。正离子pH<pI两性离子pH=pI负离子pH>pI氨基酸的等电点（isoelectricpoint，pI）31+OH-+H++OH-+H+

实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。

+OH-+H++OH-+H+实验证明在等电点32氨基酸等电点决定于可解离基团氨基酸等电点决定于可解离基团33氨基酸等电点的计算解离常数：pK值pK1

pK2

K1=[A±][H+][A+]K2=[A-][H+][A±]完全质子化多元酸Henderson-Hasselbalch方程：pH=pKa+lg[质子受体][质子供体]pK值：指某种解离基团有一半被解离时的pH值。A±A-A+氨基酸等电点的计算解离常数：pK值pK1pK2K34甘氨酸酸

碱滴定曲线pK1pK22.349.60甘氨酸酸

碱滴定曲线pK1pK22.349.6035Gly等电点的计算K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI时，[Gly+]=[Gly-]则：=[Gly±][H+]K1[Gly±]K2[H+]

[H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97GlyGly等电点的计算K1=[Gly±][H+][Gly+]K36谷氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3谷氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK337Glu等电点的计算pK1pK2pK32.199.674.24pI=（pK1+pK2）/2=(2.19+4.25)=3.22Glu等电点的计算pK1pK2pK32.199.674.2438赖氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3赖氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK339Lys等电点的计算pK2pK1pK32.1810.538.95pI=（pK2+pK3）/2=(8.95+10.53)=9.74Lys等电点的计算pK2pK1pK32.1810.538.9402.氨基酸的化学反应茚三酮反应亚硝酸反应甲醛的反应2.4—二硝基氟苯反应（FDNB）与苯异硫氰酸（酯）的反应二甲基氨基萘磺酰氯反应（DNS-Cl）氨基酸与酰化剂（苄氧羰酰氯）的反应成盐和成酯反应2.氨基酸的化学反应茚三酮反应41

茚三酮反应

氨基酸与茚三酮水合物弱酸条件下共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物弱酸条件下共42Pro——黄色（440nm）氨、胺不放CO2Pro——黄色（440nm）43亚硝酸反应氨基酸羟酸用途：氨基酸定量；蛋白质水解程度测定亚硝酸反应氨基酸羟酸用途：氨基酸定量；蛋白质水解程度测定44甲醛滴定甲醛滴定45甲醛反应

一羟甲基衍生物二羟甲基衍生物pH=pK+log[H2NCH2COO-][H3+NCH2COO-]+OH-弱酸甲醛反应一羟甲基衍生物二羟甲基衍生物pH=pK+log462.4-二硝基氟苯（FDNB/DNFB）反应（Sanger）

室温

pH8-9FDNBDNP-氨基酸（黄色）2.4-二硝基氟苯（FDNB/DNFB）反应（Sanger）47苯异硫氰酸（PITC，Edman反应）PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸PTC：苯氨基硫甲酰；PTH：苯乙内酰硫脲苯异硫氰酸（PITC，Edman反应）PITCPTC-氨基酸485-二甲氨基萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反应用途：N端氨基酸标记；微量氨基酸定量荧光5-二甲氨基萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反应用途：N端氨基49酰基化反应苄氧羰酰氯苄氧羰酰-氨基酸用途：蛋白质人工合成中氨基保护剂酰基化反应苄氧羰酰氯苄氧羰酰-氨基酸用途：蛋白质人工合成中氨50成盐和成酯反应成盐和成酯反应51七、氨基酸的分离和分析鉴定蛋白质的水解→氨基酸混合物酸水解：6mol/LHCl,110–120۫C,24h

碱水解：5mol/LNaOH110۫C,24h

酶水解：（部分水解）七、氨基酸的分离和分析鉴定蛋白质的水解→氨基酸混合物52氨基酸的分离鉴定

纸层析

薄层层析离子交换柱层析

氨基酸的分离鉴定纸层析53纸层析(paperchromatography)

纸层析是以滤纸为惰性支持物的分配层析。滤纸纤维上的羟基具有亲水性，吸附一层水作为固定相，有机溶剂为流动相。有机相流经固定相支持物时，与固定相之间连续抽提，使物质在两相间不断分配而得到分离。溶质在滤纸上的移动速度用Rf值表示：（物质结构、溶剂系统的物质组成等因素都会影响Rf值）Rf

＝

原点到层析斑点中心的距离原点到溶剂前沿的距离纸层析(paperchromatography)54原点前沿原点前沿55双向纸层析双向纸层析56薄层层析（thin-layerchromatography

）

以硅胶、氧化铝、纤维素粉等为支持剂支持剂涂布于玻璃板上→均匀薄层样品滴加在薄层一端薄层层析（thin-layerchromatography57离子交换柱层析（ion-exchangecolumnchromatography）

以离子交换树脂作为支持物，离子交换树脂上的活性基团可与溶液中的离子（氨基酸）进行交换反应，由于各种离子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过程中，各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。离子交换柱层析（ion-exchangecolumnch58离子交换树脂：

人工合成的聚苯乙烯一苯二乙烯组成的具有网状结构的高分子聚合物阳离子交换树脂阴离子交换树脂离子交换树脂：

人工合成的聚苯乙烯一苯二乙烯59蛋白质化学1-101张课件60AAAA612.975.689.742.975.689.7462第三节

蛋白质的结构

第三节

蛋白质的结构

63自然界存在的蛋白质1010-1012组成蛋白质的氨基酸——20种20世纪50年代初，Linderstron-Long：蛋白质具有不同结构层次自然界存在的蛋白质1010-101264

一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构蛋白质的分子结构包括:高级蛋白质的分子结构包括:65一、蛋白质的一级结构(primarystructure)

定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式。主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。(Peptidebond,Disulfidebond)

一、蛋白质的一级结构(primarystructure)661.肽键和肽链肽键(peptidebond):

一个氨基酸的

-羧基与另一个氨基酸的

-氨基脱水缩合而形成的共价键，又称酰胺键

。1.肽键和肽链67+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键肽键的形成+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键肽键的形成68+胱氨酸二硫键-HH

二硫键的形成半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH二硫键的形成半胱氨酸69蛋白质化学1-101张课件70肽和多肽链*

肽：氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……*由少于10个氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。肽和多肽链*肽：氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。71

多肽链的特点*氨基酸残基(residue)：肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全。*多肽链有两端:(Amino,Carboxylterminal)N末端：多肽链中有自由氨基的一端

C末端：多肽链中有自由羧基的一端*结构骨干(Backbone)

由-N-Cα-C-重复排列N：酰胺氮，

Cα：手性碳原子，C：羰基碳

多肽链的特点*氨基酸残基(residue)：肽链中的氨基72

一级结构的含义、特点和意义

含义：氨基酸种类：≤20氨基酸数目：总数，每种氨基酸数目氨基酸连接次序特点：方向性多样性意义：生物学功能的基础空间结构的基础一级结构的含义、特点和意义含义：特点：方向性意义：生物73

2.几种生物活性肽

谷胱甘肽(glutathione,GSH)2.几种生物活性肽谷胱甘肽(glutathione,74蛋白质化学1-101张课件75多肽类激素及神经肽体内许多激素属寡肽或多肽多肽类激素及神经肽体内许多激素属寡肽或多肽76蛋白质化学1-101张课件77多肽抗菌素

↓革兰氏阳性菌多肽抗菌素↓78

神经肽(neuropeptide)

脑啡肽（高等动物脑组织）：内源性吗啡样活性物质，镇痛蛋氨酸脑啡肽：H—Tyr-Gly-Gly-Phe-Met—OH亮氨酸脑啡肽：H—Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu—OH神经肽(neuropeptide)脑79含脑啡肽的神经元与疼痛

SP：P物质-神经末梢释放兴奋递质E:脑啡肽-与阿片受体结合，减少感觉神经末梢释放P物质含脑啡肽的神经元与疼痛SP：P物质-神经末梢释放兴奋递质803.肽链的表示方式N端C端3.肽链的表示方式N端C端81胰岛素（Insulin）胰岛素（Insulin）82蛋白质化学1-101张课件834.一级结构的测定意义：阐明蛋白质活性中心了解结构与功能的关系说明分子进化、遗传与变异等现象了解分子病发病机制人工合成蛋白质4.一级结构的测定意义：84测定步骤

纯化蛋白质样品测定蛋白质的分子量和氨基酸组成氨基酸末端分析（N-端、C-端）肽链的拆分

肽链的部分水解分离纯化各肽段并采用Edman(PITC)降解法测序用重叠法推断肽链全部氨基酸序列二硫键的定位测定步骤纯化蛋白质样品85氨基酸末端分析N端分析方法

2．4-二硝基氟苯法（FDNB）苯异硫氰酸法（PITC）二甲基氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）C端分析方法肼解法羧肽酶法氨基酸末端分析N端分析方法862．4-二硝基氟苯法（FDNB）SangerpH8-96mol/LHClDNP肽乙酸乙酯抽提后只有DNP-氨基酸留在有机相DNP-氨基酸（黄色）2．4-二硝基氟苯法（FDNB）SangerpH8-987苯异硫氰酸法（PITC）/Edman降解法

加热Δ苯异硫氰酸法（PITC）/Edman降解法加热Δ88二甲基氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）二甲基氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）89肼解法肼解法90羧肽酶法

羧肽酶（carboxypeptidase）：作用于肽链的游离羧基末端释放单个氨基酸。羧肽酶A: