蛋白质化学.ppt

1、第一章 蛋白质化学 Protein,主要内容： 主要介绍氨基酸和蛋白质的结构、性质、功能以及蛋白质的结构与功能的关系。还介绍了一些基本技术如氨基酸的分离、纯化，多肽的人工合成，蛋白质的分离、纯化、鉴定等。,第一节 通 论 一、蛋白质的化学概念 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的元素组成,第二节蛋白质的组成单位 -氨基酸(amino acid) 一、氨基酸的一般结构特点 通式：,二、氨基酸的分类和结构 构成蛋白质的20种氨基酸可以按他们的极性和带电荷的性质分类，亦可按它们侧链基团的结构分类（脂肪族A .A和芳香族A .A ）。,中性氨基酸,氨基酸的结构、代号:,氨基酸的分类、结构、代号,氨基酸有两种

2、分类方法,(1)按侧链R基的结构,(2) 按侧链R基的极性,六、氨基酸的一般性质 P8 七、氨基酸的化学性质 P8 直接与Protein 有密切关系的理化性质有两个：等电点和光学性质。 芳香族侧链（色Trp，酪Try，苯丙Phe侧链）在280nm附近的紫外区有强烈吸收。正由于芳香族侧链有强烈的紫外吸收，所以280nm处吸收的测定，也是定量蛋白质浓度最常用的方法。,氨基酸的等电点(Isoelectric point)P9 我们可以找到一个适中的PH，这时 氨基酸分子呈兼性状态（等离状态），氨基酸的净电荷为零,该PH值就称为等电点。,等电点的计算,中性氨基酸：以Gly为例,H+2=K1K2,pH=

3、（pK1+pK2）/2,pI=（pK1+pK2）/2,酸性氨基酸，以Asp为例：,碱性氨基酸，以Lys为例：,七、氨基酸的化学性质 1、茚三酮反应 P9 2、离子交换反应 P11 3、与亚硝酸的反应 P11 4、甲醛反应 P11 5、氨基酸与2，4-二硝基氟苯的反应 Sanger试剂 6、侧链的反应 P12,（1）茚三酮反应,(2)离子交换层析法,原理：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，利用离子交换树脂上的活性基团与溶液中的离子进行交换反应，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。,这种分离主要与各种离子所带电荷有

4、关，在电荷相同时，与极性，非极性有关。,离子交换树脂：,化学本质：是一种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。,外观：,阳离子交换树脂：活性基团是酸性的，如磺酸基-SO3H （强酸型），羧基-COOH（弱酸型）,阴离子交换树脂：活性基团是碱性的，如季胺基- N+(CH3)3OH-,（3）与HNO2的反应,4. 与2、4一二硝基氟苯的反应,DNFB,DNP-氨基酸（黄色）,5侧链R基参加的反应,（1）-S-S-和-SH的氧化还原反应,R-SH：HS-CH2CH2OH 巯基乙醇（mercaptoethanol）,HS-CH2COOH 巯基乙酸（mercaptoacetic

5、acid）,HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫苏糖醇（dithiothreitol, DTT）,半胱氨酸的-SH很活泼，很容易在空气中重新氧化形成二硫键，一般可用卤代化物对-SH进行保护。,（2）苯环的黄色反应,（3）酚基的Millon反应（米伦氏反应）,（4）pauly反应,（5）Folin一酚反应,（6）紫外吸收：Trp、Tyr、（phe）,（7）荧光：Trp、Tyr、（phe）,第三节 蛋白质的结构,一、蛋白质的一级结构（primary structure） 定义：指多肽链中氨基酸的排列顺序，即它的化学结构.,蛋白质的一级结构,肽（peptide） 一个A .A的羧基和另一个氨基

6、酸的氨基脱水缩合而成的化合物叫肽.,蛋白质的一级结构,肽键（peptide bond） 氨基酸之间脱水后形成的键叫肽键,又称酰胺键.,蛋白质的一级结构,稳定一级结构的因素: 肽键. 肽链的方向性 N端或氨基末端（N-terminal） C端或羧基末端（C-termianl）,蛋白质的一级结构,肽（peptide）,（一）肽的结构和命名,肽是由两个或两个以上的氨基酸通过肽键连接而形成的化合物。,二肽 三肽 四肽,二肽 +肽称寡肽（oligopeptide）,多肽（Polypeptide）,氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。,N端,氨基酸残基,氨基酸残基,C端,肽链书写方式：N端C端,肽链有链

7、状、环状和分支状。,命名：根据氨基酸组成，由N端C端命名,丙氨酰甘氨酰亮氨酸 AlaGlyLeu (or AlaGlyLeu),二.蛋白质的二级结构(secondary structure) 定义：蛋白质的二级结构是指Protein肽链的主链原子的空间排布，也就是指主链的构象.主链是由很多的肽单位（酰胺平面）构成的.,蛋白质的二级结构,由于肽键具部分双键结构，所以不能旋转.,蛋白质的二级结构,肽键的4个原子与两端的2个碳原子构成一个平面叫酰胺平面(Amide plane).,酰胺平面特征： （1） 肽键具部分双键性质 （2） 肽键的4个原子与2个碳原子组成一个刚性平面 （3） 肽键是反式（tr

8、ans）构象,蛋白质的二级结构,C与N的键可自由旋转，此角度叫； C与C的键可自由旋转，此角度叫。 这样两个平面旋转形成的角叫二面角。,蛋白质的二级结构,蛋白质二级结构的基本类型 (1)-螺旋（helix） 典型的螺旋又称3.613螺旋. 3.6个A .A转了360度，一个A .A转了100度.57度 47度. 一个氢键所封闭的环是13个原子，包括H原子.,蛋白质的二级结构 螺旋,-螺旋基本特征： （1）右手螺旋. （2）每3.6个A .A形成一个螺圈，每个A .A残基高0.15nm. （3）链内形成氢键，螺距0.54nm.,蛋白质的二级结构 螺旋,(2)-折叠（ pleated sheed）

9、 基本特征： a. 肽链主链比较伸展，呈锯齿状的片层结构.,蛋白质的二级结构 -折叠,b. 有平行式的，反平行式的折叠. 反平行式的折叠更伸展，所以反平行式更加稳定一些.,蛋白质的二级结构 -折叠,c. 成链内或链间氢键.,蛋白质的二级结构 -折叠,(3)-转角（turn） a. 指主链发生了一个180度的回折，回折的拐角就叫转角.,蛋白质的二级结构 转角,b. 要形成链内氢键才能稳定 第一个A.A残基的氨基与第四个A.A的羧基形成氢键，中间隔了2个A.A残基，共3个酰胺平面. 封闭了10个原子.,蛋白质的二级结构 转角,(4)无规则卷曲（coil or loop conformation）

10、它的可变性比较大，往往是 Protein的活性部位.,蛋白质的二级结构,蛋白质二级结构的稳定因素: 氢键.,蛋白质的二级结构,蛋白质的空间结构（三维结构）,1. 蛋白质空间结构的研究方法,(1) X-射线衍射法（X-ray diffraction method）,(2) 核磁共振（NMR）,(3) 光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）,(4) 旋光色散法（optical rotatory dispersion, ORD）,(5) 园二色性（circular dichroism, CD）,(6) 氢同位素交换法,X-射线衍射法,简单原理,2.蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构是指多肽链本身的

11、折叠和盘绕方式。,酰胺平面和两面角,五、球状蛋白质的三级结构 维持蛋白质三级结构稳定的力主要是非共价键 （1） 氢键 （2） 范德华力 （3） 疏水作用 （4） 盐键 （5） 二硫键 （6） 配位键,第四节 蛋白质的结构与功能 一级空间功能 （构象） 分子病 e.g.：镰刀型细胞贫血症就是由于一个氨基变 异产生的遗传病。 Glu亲水 Val 疏水,Sickle-cell disease,Normal red blood cells Sickle shaped red blood cells,Due to single amino acid change in hemoglobin = prot

12、ein carries oxygen in red blood cells,Sickle-cell disease,Sickle-cell disease,Single specific amino acid change causes change in protein structure and solubility Results in change in cell shape Causes cells to clog blood vessels,第五节 蛋白质的性质 一、蛋白质的胶体性质,蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水胶体。 Protein的水溶液中所形成的颗粒（直径在1100毫微

13、米之间）具有胶体溶液的特征，如 布朗运动，丁道尔现象，电泳现象。 稳定的原因： 1. 蛋白质颗粒表面带有很多极性基团，如NH3，COO, OH，SH，CONH2等和水有高度亲和性，当水与Protein相遇时就很容易被蛋白质吸住，在蛋白质颗粒外面形成一层水膜，水膜的存在使蛋白颗粒相互隔开，颗粒之间不会碰撞而聚成大颗粒。 2. 蛋白质颗粒在非等电状态时带相同电荷，使Protein颗粒之间相互排斥，保持一定距离，不致互相凝集沉淀。,二、蛋白质的两性解离与等电点 Protein PI定义 （P46）,三、蛋白质的变性作用与复性 P47,四、蛋白质的沉淀反应 定义：在Protein溶液中加入适当的试剂，破坏了蛋白质的水膜或中和了蛋白质的电荷，则蛋白质胶体溶液就不稳定而出现沉淀现象。,沉淀反应的方法： 高浓度中性盐(盐析) 加高浓度盐类 破坏水膜 同时又中和了蛋白质分子的电荷 盐析（salting out）是指在高盐溶液中蛋白质溶解度降低，沉淀 释出的现象。常用饱和硫酸铵沉淀法分离纯化蛋白质。 盐溶（salting in）是指在适当的盐浓度溶液中蛋白质溶解度提 高的现象，利用不同蛋白质对盐溶液的要求不同达到分离纯化 蛋白质的目的。 2.有机溶剂 破坏水膜，如蛋白质溶液的pH值在等电点时，加入这些有机溶 剂可加速Pr