蛋白质化学 完整版

蛋白质化学protein第一节蛋白质的生物学功能一、蛋白质的种类和生物学功能二、蛋白质的概念导言蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。

生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者。那么它有哪些生理功能呢？一、蛋白质的种类和生物学功能结构蛋白：生物结构成分，如胶原蛋白、角蛋白等；运动蛋白：收缩与运动，如肌纤维中的肌球蛋白等；防御蛋白：如免疫球蛋白、金属硫蛋白等；贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白、载铁蛋白等；运输蛋白：运输功能，如血液中运送O2与CO2的血红蛋白和运送脂质的脂蛋白；控制离子进出的离子泵等；激素蛋白：调节物质代谢、生长分化等，如生长激素；信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等；酶：催化功能，包括参与生命活动的大多数酶。二、蛋白质的概念

从化学结构来说，蛋白质是以氨基酸为基本结构单位的生物大分子。

(一)蛋白质是生物大分子：

蛋白质分子量变化范围一般为1万至几百万道尔顿。（二）基本化学组成：元素组成：大多数蛋白质均含C、H、O、N、S几种元素，有些还含有P、Fe、Zn或Cu等元素。蛋白质含氮量：N的含量较恒定，一般平均为16%，即1克氮相当于6.25克蛋白质。可用于测定蛋白质含量。蛋白质含量（g％）＝含N量（g％）×6.25。（三）基本构成单位——AA蛋白质胨肽氨基酸H＋或酶（四）各种蛋白质都有一定的空间结构，因此表现出特定的生物功能。（五）蛋白质种类繁多。

如大肠杆菌细胞中有3000种蛋白质，真核细胞中则有100，000种以上。三、蛋白质的构成单位——AA从各种生物体内发现的氨基酸已有180多种，但是参与蛋白质组成的常见氨基酸或称基本氨基酸只有20种。生物体内

的氨基酸Pr-AA非Pr-AA常见AA（基本AA）稀有AA第二节氨基酸一、氨基酸的结构二、氨基酸的种类三、氨基酸的理化性质一、氨基酸的结构（一）氨基酸的结构通式

R-基团是氨基酸分类的标志决定氨基酸的性质决定蛋白质多肽链空间走向并与蛋白质生物功能的表现有关

COO－

H—C—

+NH3RC

COOHH—C—NH2RC（二）构型

构型指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。

构型——通过共价键断裂变化形成的立体结构形态。

构象——通过单键旋转而形成的一种立体结构形态（二）构型1、每种氨基酸都有D型和L型两种立体异构体（甘氨酸除外）2、根据甘油醛原则确定构型3、天然蛋白质中氨基酸绝大多数都是L-型的，只是近年才发现在某些微生物蛋白质中有Ｄ-型氨基酸。在实验室有机合成的AA为D型和L型，氨基酸放置时间久了，变型L→D。

COOH|H2N－C－H|

HRCCOO－HNH3+C氨基酸立体结构RCHNH3+CCOO－D型L型组成蛋白质的主要类型H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R4、构型与旋光方向不是一回事，二者无直接对应关系。各种L型AA有的为右旋，有的为左旋，即使同一种L型AA，在不同溶剂中测定时，其比旋光值和旋光方向也会不同。二、氨基酸的种类基本氨基酸非极性氨基酸（疏水氨基酸）极性氨基酸（亲水氨基酸）酸性

氨基酸碱性

氨基酸非解离的极性

氨基酸脯氨酸的氨基侧链疏水缩写符号－丙Ala

－缬Val

－亮Leu

－脯Pro

－甲硫Met

－异亮Ile

甲硫氨酸又称蛋氨酸非解离的极性氨基酸

侧链亲水甘氨酸无旋光性缩写符号－甘Gly

－丝Ser

－苏Thr

－半光Cys

－天冬酰胺Asn

－谷氨酰胺Gln胍基咪唑基记忆法丙缬异亮脯色苯蛋天谷酸赖精组甘丝苏半

酪天谷非极性aa酸碱aa极性非解离aa

Cys和Tyr极性最大，在pH中性时，巯基和酚基可以产生部分电离。

Asn和Gln在有酸碱条件下，易水解为Asp和Glu习惯分类5种脂肪族氨基酸（丙、甘、亮、异亮、缬）3种芳香组氨基酸（苯丙、酪、色）3种羟基氨基酸（丝、苏和酪）2种含硫氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）2种酸性氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）3种碱性氨基酸（赖、精、组）1种含亚氨基的氨基酸（脯氨酸）2种含酰胺基的氨基酸（天冬酰胺和谷胺酰胺）3种支链氨基酸（亮、异亮、缬）1种无手性氨基酸（甘）杂环族氨基酸：His杂环族亚氨基酸：Pro氨基酸按碳原子数排列2C甘3C丙丝半色酪苯组4C天天苏（数）5C谷谷脯缬（鸡）蛋6C赖异亮精

从营养学角度分类1．必需氨基酸在某些生物体内（如人类和大白鼠）不能合成或合成量不足以维持正常的生长发育，因此必须依赖食物供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。赖氨酸Lys、色氨酸Trp、苯丙氨酸Phe、蛋氨酸Met、苏氨酸Thr、异亮氨酸ILe、亮氨酸Leu、缬氨酸Val“甲携来一本亮色书”2．非必需氨基酸由机体自行合成的氨基酸。稀有氨基酸——胱氨酸稀有氨基酸非蛋白氨基酸鸟氨酸瓜氨酸β－丙氨酸三、氨基酸的理化性质（一）一般性质（二）紫外吸收性质（三）酸碱性质（四）重要的化学反应（一）一般性质无色晶体，熔点极高，一般在200℃~300℃。不同的AA其味不同，有的无味，有的味甜，有的味苦。Glu的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。Gly、Ala、Ser微有甜味，Arg有苦味。各种AA在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把AA从其溶液中沉淀析出。（二）紫外吸收性质(P19)AA的一个重要光学性质是对光有吸收作用。20种Pr-A在可见光区域均无光吸收，在远紫外区（<220nm）均有光吸收;在紫外区（近紫外区）（220nm~300nm）,只有三种AA有光吸收能力，这三种氨基酸是苯丙氨酸（Phe）、酪氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp），因为它们的R基含有苯环共轭双键系统。Trp、Tyr和Phe在280nm波长附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm(三)酸碱性质氨基酸的等电点（pI）氨基酸的带电状况取决于所处环境的pH值，改变pH值可以使氨基酸带正电荷或负电荷，也可使它处于正负电荷数相等，即净电荷为零的两性离子状态。使氨基酸所带正负电荷数相等即净电荷为零时的溶液pH值称为该AA的等电点（pI）。带电状态判定pH>pI AA pH=pI AA pH<pI AA负电荷不带电荷正电荷pH5.97净电荷0Gly解离[Ala－][Ala±][Ala+]K’1K’2等电点的计算丙氨酸为例：等电点时：K1′=K2′[H+]2=K1′K2′pI=1/2(pK1′+pK2′)=1/2(2.34+9.60)=5.97pI

等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK值之和的1/2H+甘氨酸的滴定曲线

多氨基（碱性氨基酸）和多羧基（酸性氨基酸）氨基酸的解离解离原则：先解离α-COOH，随后其他

－COOH；然后解离α-NH3+，随后其他-NH3+总之羧基解离度大于氨基，α-C上基团大于非α-C上同一基团的解离度。等电点计算①侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：pI=½(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：

pI=½(pK1+pKR)③碱性氨基酸(赖、精、组)：

pI=½(pK2+pKR)一般pI值等于两个相近pK值之和的一半。

规律：pH<pK1′时，[R+]>[R±]>[R-]；

pH>pK2′时，[R-]>[R±]>[R+]；pH=pI时，净电荷为零，[R+]=[R-]；pH<pI时，净电荷为“+”；pH>pI时，净电荷为“-”。氨基酸pK’1(α－COOH）pK’2(α－NH2）pK’R

(R－基团）pI甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸色氨酸酪氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸天冬酰胺谷氨酰胺天冬氨酸谷氨酸赖氨酸精氨酸组氨酸2.342.342.322.362.361.991.832.382.202.212.631.712.282.022.172.092.192.182.171.829.69.699.629.609.6810.969.139.399.119.1510.4310.789.218.809.139.829.678.959.049.1710.078.333.864.2510.5312.486.005.976.025.975.986.026.485.485.595.665.686.535.025.745.415.652.973.229.7410.767.59（四）重要化学反应AA的化学反应主要是指它的α-氨基和α-羧基以及侧链上的功能团所参与的那些反应。

1.茚三酮反应

2.Sanger反应

3.Edman反应1.茚三酮反应+2NH3+茚三酮还原性茚三酮紫色化合物+(弱酸)加热NH3CO2RCHO+还原性茚三酮

3H20Pro的茚三酮反应呈黄色两个亚氨基酸——脯氨酸（Pro）和羟脯氨酸（Hyp）与茚三酮反应形成黄色化合物，其它氨基酸与茚三酮反应均生成紫色化合物。利用此反应能定性或定量测定各种氨基酸。2.Sanger反应弱碱中氨基酸+HFDNP-AA(黄色)二硝基苯氨基酸DNFB或FDNB2,4-二硝基氟苯Sanger反应——N末端测定3.Edman反应在弱碱性条件下，氨基酸的α-氨基易与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，生成苯乙内酰硫脲（PTH）衍生物。该反应被Edman成功地用于氨基酸序列分析。测定原理：蛋白质多肽链N末端AA的α-氨基也可以与PITC发生上述反应生成PTH-多肽，在酸性溶液中释放出末端的PTH—AA和比原来少一个AA残基的多肽链，所得的PTH-AA用层析或HPLC法鉴定，即可确定肽链N末端AA的种类。剩余的肽链重复应用此方法测定其N端的第二个AA，如此重复就可测定多肽链全部序列。目前根据此原理设计出蛋白质顺序测定仪，大大提高了蛋白质测序的效率。第三节肽一、肽键与肽的概念二、肽和肽键的结构及命名三、重要的天然寡肽一、肽键与肽的概念氨基酸的α－羧基与另一个氨基酸的α－氨基形成特殊的酰胺键，称为