生物化学第1章蛋白质

1、第 1 章,蛋白质,Protein,希腊语，第一重要的，最原初的。,早在1878年，恩格斯就在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”,Protein,一、蛋白质的特点,1. 组成简单,2. 存在普遍,3. 种类繁多,4. 结构复杂,5. 功能多样,第1节 蛋白质概述,单细胞生物,胞外酶 鞭毛-蛋白质（运动器官） 细胞壁-糖、脂、肽 细胞膜-载运蛋白、膜蛋白 细胞质-酶蛋白（催化物质） 细胞核-酶蛋白（遗传）,多细胞动物,个体层次,毛发、皮肤 -角蛋白,骨骼、牙齿 -钙+胶原蛋白 肌肉 -肌球蛋白/肌丝蛋白,食道 -消化酶 血管中 -免疫蛋白 -激素蛋白,器官层次,巨噬细胞,细胞水平,为什么人体细胞有不同的形状？ 细胞内有支撑体 ？,细胞内丝网状骨架蛋白（决定细胞形状及运动）；,地衣细胞,带有绿色荧光的骨架蛋白质,食物酵母细胞,细胞粘连物质 -胶原蛋白,结构蛋白 均为纤维状,功能 蛋 白大多为 球 状,细胞膜载体蛋白（物质、信号）、酶,细胞质(包括细胞器)酶（物质代谢）、信号传递,细胞核酶（遗传）、结构蛋白（染色体骨

2、架）,二、蛋白质的功能,1、催化功能 酶 2、结构成分 皮、毛、骨、牙、细胞骨架 3、运输作用 血红蛋白 4、运动作用 肌动蛋白和肌球蛋白 5、调节作用 基因调控因子 6、防御作用 免疫球蛋白 7、贮存作用 乳、蛋、谷蛋白 8、信息传递 信号蛋白 9、异常功能 视色素、味觉蛋白、毒素,生老病死，万物轮回(蛋白质层次),生（诞生、生长）：在酶催化下老细胞 计划性凋亡和新细胞的再生、 活细胞的代谢 -（新陈代谢） 老？蛋白质功能普遍衰退 病？个别蛋白质的功能障碍 死？蛋白质功能的全部停止/分解 蛋白质生物功能分子,三、蛋白质的组成,1、蛋白质的元素组成,蛋白质的含氮量,由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： 蛋白质含量（克）=每克生物样品中含氮的克数 6.25 凯氏定氮法,蛋白质月示胨多肽肽氨基酸 1*104 5*103 2*103 1000 200 100 -500,所以，氨基酸(amino acid)是蛋白质的基本结构单元。,2、蛋白质的氨基酸组成,第2节 氨基酸,一、蛋白质氨基酸的结构及分类 （amino acid, AA, a

3、a, Aa),要求熟记氨基酸的： 分子式 三字符缩写 单字符缩写,（一）氨基酸共有的结构特征,一、氨基酸的结构及分类,地球上天然形成的氨基酸有300种以上，但是构成蛋白质的常见氨基酸有20种,且都是-氨基酸。,非极性氨基酸,一、氨基酸的结构及分类,20种氨基酸,极性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,非解离的极性氨基酸,（二）氨基酸的分类,R基团不同：脂肪族 15种 支链：Arg Thr Val Ile Leu 直链: Asp Asn Glu Gln Lys Ser Cys Gly Ala Met 芳香族 3种 Tyr Phe Trp 杂环族 2种 His Pro,一、氨基酸的结构及分类,结构特点： 1.含苯环: Phe 2.含酚羟基: Tyr 3.含吲哚环: Trp 4.含羟基: Ser Thr 5.含硫: Cys Met 6.含胍基: Arg 7.含咪唑基: His,一、氨基酸的结构分类,酸碱性: 酸性氨基酸: 2 个COOH、 1个-NH2 Asp Glu 碱性氨基酸: 1 个COOH、 2个碱性基团 （氨基、胍基、咪唑基） Arg Lys His 中性氨基酸: 1 个COOH、 1

4、个-NH2 极性 非极性,一、氨基酸的结构及分类,课后作业：熟记20种 L-氨基酸的三字符、单字符和结构式与性质。,每种氨基酸都有专用的缩写名,一、氨基酸的结构及分类,（三）稀有氨基酸,在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸或稀有氨基酸。,一、氨基酸的结构及分类,（四）非蛋白质氨基酸,至今发现大于200种，功能各异 -丙氨酸、-氨基丁酸、高半胱氨酸 高丝氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸 苯甘氨酸、甲基天门冬氨酸,一、氨基酸的结构及分类,有些aa在人和反刍动物体内不能合成，需从食物中吸取以保证正常生命活动的需要，称必需氨基酸。,苏缬亮异亮，苯丙是芳香， 还有色赖蛋，缺一人遭秧。,一、氨基酸的结构及分类,（五）必需氨基酸,一两色素本来淡些,半必需氨基酸： 婴幼儿时期合成量不能满足需要 组氨酸和精氨酸,1、氨基酸的物理性质,熔点：200-300 溶解度：脯氨酸最易溶于水 不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂 氨基酸的盐酸盐比游离氨基酸易溶于乙醇。,二、氨基酸的性质,2、氨基酸的两性解离与等电点,(1) 氨基酸的存在形式,两性离子：,在同一个氨基酸分子上，含有等量的正负两种电荷，由于正负

5、电荷相互中和而呈电中性。,偶极离子、兼性离子,二、氨基酸的性质,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,加 酸,总电荷 “+”,二、氨基酸的性质,（2）氨基酸的两性解离,COO-,H3N+,水溶后等电荷状态,总电荷 0,加 碱,总电荷 “-”,H2N,H2O,二、氨基酸的性质,（3）氨基酸的等电点,等电点：当溶液为某一pH值时，氨基酸分子中所带正电荷和负电荷数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI（isoelectric point)。,二、氨基酸的性质,羧基的电离度氨基 中性氨基酸的pI7,pH=pI aa呈电中性 pHpI aa带负电荷 应用： 电泳分离蛋白质,二、氨基酸的性质,(4) 等电点计算,中性氨基酸：pI = (pK1 + pK2 )/2 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR )/2,二、氨基酸的性质,提问:为什么不同氨基酸的pI不同? -R 有电性区别。 中性氨基酸pI一般为5.0-6.0 提问：为什么偏酸性？ 答案：-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

6、酸、更偏碱）？ 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？ 提问：等电点时的氨基酸溶解度最大或最小？ 最小。易 于 沉 淀 提问：为什么？ 较小的同性排斥,-,二、氨基酸的性质,二、氨基酸的性质,手性-碳原子(不对称C)都具有旋光性。,3、氨基酸的光学性质,（1）氨基酸的立体化学,组成蛋白质的氨基酸中19种具有旋光性（Gly除外），都为L-型氨基酸,二、氨基酸的性质,（2）氨基酸的光吸收,二、氨基酸的性质,可见光区：无光吸收 远紫外和红外区：都有光吸收 近紫外区（220300nm）：Tyr/Trp/Phe,应用：蛋白质测定,二、氨基酸的性质,Tyr max278nm Phe max259nm Trp max279nm,思考题,1. 构成蛋白质的氨基酸属于下列哪种氨基酸?( ) A. L-氨基酸 B. L-氨基酸 C. D- -氨基酸 D. D- 氨基酸 2. 含有2个羧基的氨基酸是( ) A.谷氨酸 B. 苏氨酸 C.丙氨酸 D. 甘氨酸 3.天然蛋白质中不存在的氨基酸是( ) A. 半胱氨酸 B. 瓜氨酸 C

7、. 蛋氨酸 D. 羟脯氨酸,二、氨基酸的性质,4. 280nm处有吸收峰的氨基酸( ) A. 精氨酸 B. 色氨酸 C. 丝氨酸 D. 谷氨酸 5. 大多数蛋白质中的含氮量( ) A. 6% B. 16% C. 23% D. 10%,二、氨基酸的性质,4、氨基酸的化学反应P39,（1）茚三酮反应-氨基酸的定量 氨基酸+茚三酮试剂-紫兰色复合物 （2）桑格反应（sanger) 2，4-二硝基氟苯反应 (3) Edman降解反应,二、氨基酸的性质,弱酸 加热, Pro和羟pro无游离氨基，只能形成 黄色化合物（440nm）； 可鉴定某化合物是否有可能是AA； 如果是AA可用 测压法 分光光度法 定量测定AA的含量,弱碱性,DNP-氨基酸 （黄色）,DNFB,Sanger 法测定N末端氨基酸基础,pH8.3,无水HF,苯异硫氰酸酯PITC,苯氨基硫甲酰衍生物,苯乙内硫脲衍生物,Edman降解法基础,重复测定多肽链N端AA排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”,三、肽,氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？,成 肽 反 应,CH,COOH,NH2,R1,COOH,CH,H2N,R2,NH2,CH,R1

8、,O C,N H,CH,COOH,R2,肽键,肽,N端,肽链氨基端,肽链羧基端,C端,肽键与肽的概念？,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间脱水形成的酰胺键称为肽键(peptide bond)，所形成的化合物称为肽(peptide)。,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,（1）肽键的作用： 蛋白质分子中的主要共价键（酰胺键） （2）肽键的特点： 1、单键，具部分双键性质，不能自由旋转。 2、与C-N相连的H、O均为反式 形成肽键平面,（3）肽键平面 连接在肽键两端的C=O、N-H，及两个-碳原子共6个原子，空间位置在一个平面上，称为肽键平面 ，或肽平面，肽单位（能自由旋转的键为C-N，C-C）,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序，所形成的链称为肽链。 通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp

9、-Gln,重要的天然寡肽,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽S(环十肽) 由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。,第3节 蛋白质的分子结构,蛋白质的结构层次,一级结构,二级结构 超二级结构 结构域 三级结构 四级结构,高级结构 空间构象,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到1000000道尔顿甚至更大。,示例,蛋白质的各级结构的基本概念,一级结构：肽链中的氨基酸排列顺序。 二级结构：多肽链沿着肽链主链规则或周期性折叠。 超二级结构：若干相邻的二级结构单元按照一定规律有规则组合在一起，相互作用，形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位。 结构域：一条多肽链独立折叠近似球形的区域。 三级结构：已含有二级结构的多肽链进一步折叠或卷曲成复杂的空间结构。包括肽链中所有原子的空间排布方式。 四级结构：蛋白质亚单位的立体排布和相互作用。,一、蛋白质的一级结构,一、蛋白质的一级结构,（一）蛋白质分子的一级结

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