刘老师 第三章蛋白质化学(1-3节).ppt

1、第三章 蛋白质化学,1. 蛋白质的组成成分 2. 氨基酸的性质 3. 氨基酸的分离与测定 4. 肽 5. 蛋白质的分类 6. 蛋白质的一级结构 7. 蛋白质的高级结构 8. 几种典型蛋白质的结构与功能 9. 蛋白质结构与功能的关系 10.蛋白质的性质 11.蛋白质的分离、纯化与测定,蛋白质-英文为“Protein”第一重要,第一节 蛋白质分子的组成成分,一、蛋白质的元素组成,二、蛋白质的水解 三、蛋白质的基本单位氨基酸,一、蛋白质的元素组成,主要的： C H O N S 5055% 68% 2023% 1319% 04% 微量的： P Fe Cu Zn Mo I Se 大多数蛋白质含氮量较恒定

2、，平均16%，即1g氮相当于6.25g蛋白质。6.25称为蛋白质系数。 每克样品含氮量6.25100=蛋白质含量（g%）,二、蛋白质的水解,1.酸水解,条件：510倍的20%的盐酸煮沸回流1624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-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。,二、蛋白质的水解,2.碱水解,条件：4mol/L Ba(OH)2或6mol/L NaOH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。,二、蛋白质的水解,3.蛋白酶水

3、解,条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温3740， pH值58 。,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。,蛋白质 月示 胨 多肽 二肽 氨基酸 104 5000 2000 1000500 200 100,蛋白质的水解产物：,饱和硫酸铵，硫酸锌,沉淀,煮沸,凝固,磷钨酸等复盐,沉淀,三、蛋白质的基本单位氨基酸,蛋白质多聚氨基酸 如图,什么是氨基酸呢？,牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成,含有氨基的羧酸氨基酸（AA） 1. 化学结构 R-CH(NH2)-COOH R 代 表 氨 基 酸 之

4、间 相 异 的 部 分 ， 叫 R 基 (R group)， 又 称 为 侧 链 (sidechain) 。 无色晶体、溶于水,酪氨酸分子,2. 结构通式,地 球 上 天 然 形 成 的 氨 基 酸 有 300 种 以 上 ， 但 是 构 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 只 有 22 种 , 且都是-氨基酸（可能还存在更多的）。 提问：什么是-氨基酸？ 答：-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸 -C-C-C(NH2)- C - COOH -氨基酸 -C-C(NH2)- C - C - COOH -氨基酸,一）、构成蛋白质的氨基酸,1、按酸碱性质分类： （1

5、）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸） （2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸（赖氨酸、精氨酸、组氨酸） （3）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、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸）,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：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

6、、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。,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。,20种基本氨基酸图示,构 成 蛋 白 质 的 前 二 十 种 氨 基 酸 的 名 称 、 符 号 、 化 学 结 构 和 疏 水 性 指 数 。 指 数

7、愈 正 表 示 疏 水 性 愈 强 。,天冬氨酸,赖氨酸,精氨酸,组氨酸,酪氨酸,色氨酸,谷氨酸,黑色素、甲亢,脑白金,苯丙氨酸,半胱氨酸,蛋氨酸,丝氨酸,苏氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,脯氨酸,蛋白质中不常见的氨基酸,（二）非蛋白氨基酸,鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、-丙氨酸、-氨基丁酸等,第二节氨基酸的性质,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 三、氨基酸的化学反应,一、氨基酸的光学活性和光吸收值,构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有-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

8、镜像关系。,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，在近紫外区含苯环氨基酸大键有光的吸收。蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；,以丙氨酸为例：,二、氨基酸的解离和两性性质,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：,“ + ” “ 不带电 ” “ ”,pI等电点时的pH 不同氨基酸等电点（pI）不同,提问：为什么？,（-R 有电性区别）,氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，所以具有两性电离的性质，现以甘氨酸为例来说

9、明氨基酸两性电离的特点。,甘氨酸的电离酸碱滴定曲线：,从左向右是用NaOH滴定的曲线，溶液的pH由小到大逐渐升高；从右向左是用盐酸滴定的曲线，溶液的pH由大到小逐渐降低。曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态，第二个拐点是氨基酸的等电点，第三个拐点是氨基酸氨基解离50%的状态。,由氨基酸的滴定曲线，可用下列 Henderson-Hasselbalch 方程求出各解离基团的解离常数（pK）：,根据pK可求出氨基酸的等电点，可由其等电点左右两个pK值的算术平均值求出。,氨基酸等电点的计算:,中性氨基酸：,pK1为-羧基的解离常数, pK2为-氨基的解离常数。,pI=(pK1 + pK

10、2)/2,氨基酸等电点（PI）的计算,中性氨基酸：PI=1/2（pk1+pK2) 酸性氨基酸：PI=1/2（pk1+pKR) 碱性氨基酸：PI=1/2（pk2+pKR),中性氨基酸pI一般为6.0 提问：为什么偏酸性？ 答：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？ 答：更酸（3.0 左 右） 碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.610.7)( 只 有 三 种） 提 问： 大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7） 时， 带 电？,-,等电点时的氨基酸溶解度最小，易于沉淀,提问：为什么？,（较小的同性排斥）,三、氨基酸的化学反应,由-氨基参加的

11、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：氨基酸的甲醛滴定法,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。,OH-,中和滴定,（3）酰化反应：,RCHCOOH,NH2,RCHCOOH + HCL,NHCO R,RCOCL,与苄基（苯甲氧）甲酰氯反应：,（4）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应：-肽链末端分析,弱碱性,DNP-氨基酸,（5）成盐反应：,（6）与醛类的反应：,

12、西佛碱,由-羧基参加的反应：,（1）成盐反应：,AA + 碱盐AA + NaOH 氨基酸钠盐(重金属盐不溶于水),（2）成酯反应：,HCl气,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出地显示出来。,（3）酰化反应：,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。,（4）脱羧反应：,H2NCHRCOOH,脱羧酶,-氨基与-羧基共同参加的反应,茚三酮可与脯氨酸、羟脯氨酸生成黄色化合物，与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。,蛋白质的颜色反应,OH,N,第三节氨基酸的分离与测定,层析法 电泳法 氨基酸的显色反应,一、层析法,层析法是利用被分离样品混合物中各组分的

13、化学性质的差异，使各组分以不同程度分布在两个相中，这两个相一个为固定相，另一个为流动相。当流动相流进固定相时，由于各组分在两相中的分配情况不同或电荷分布不同或离子亲和力不同等，而以不同的速度前进，从而达到分离的目的。（常见：滤纸层析、薄层层析、离子交换层析、亲和层析）,一）滤纸层析-分离、鉴定AA混合物的方法固定相：纤维素上吸附的水流动相：展层溶剂,（二）薄层层析,优点：分辨率高，所需样品量微，层析速度快，可使用的支持剂种类多（纤维素粉、硅胶、M2O3），应用广泛。,（五）离子交换层析-是一种用离子交换树脂做支持剂的层析法,注意： AA与树脂结合牢固程度 （AA与树脂间的亲和力） 1 静电吸引2 AA侧链与苯乙烯间的疏水