肽-基础化学教学示范中心.ppt

概述 蛋白质的基本单位——氨基酸 肽 蛋白质的分子结构 蛋白质的性质 蛋白质及氨基酸的分离纯化与测定,第四章 蛋白质化学,第四章 蛋白质化学,学习目的：认识生物大分子蛋白质的化学结构和特性 本章要求： 掌握氨基酸的特点、结构和三字符号； 掌握肽键和多肽的概念以及结构特点； 掌握蛋白质的性质、分离纯化的方法； 掌握蛋白质的一级结构概念和二级结构的概念以及二级结构的类型第一节 概述,一、蛋白质的概念 由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子 1. 蛋白质是生命的物质基础 凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质起作用 蛋白质是细胞内含量最高的组分，占许多生物体干重的45~50%以上 2. 蛋白质是含氮元素恒定的生命物质 各种蛋白质中N元素的含量平均为16%组成蛋白质的元素 组成蛋白质的元素有：C、H、O、N和S，这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： C：50~55% H：6~8% O：20~23% N：15~18 % S：0~4% 其它(P、Cu2+、Mn2+ 、Fe3+等) 微量 蛋白质N平均含量为16%的特点作为凯氏（Kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的计算依据。

蛋白质含量 = N含量×6.25,二、蛋白质的分类,1. 分类依据——蛋白质不能按化学结构分类 常用依据：生物来源、理化性质、分子形状、化学组成等 2. 三种分类方法——按组成分类常用 1）根据分子形状：球状和纤维状蛋白； 球状蛋白：轴比小于10，较易溶解 常见：血红蛋白，血清球蛋白，豆类球蛋白等 纤维状蛋白：轴比大于10，不溶于水 常见：羽毛中的角蛋白和蚕丝中的丝蛋白等二、蛋白质的分类,2)根据溶解度： 清蛋白：白蛋白，溶于水； 精蛋白：溶于水和酸性溶液，含碱性氨基酸多 组蛋白：溶于水及稀酸，含碱性氨基酸较多 球蛋白：微溶于水而溶于稀中性盐溶液 谷蛋白：不溶于水、醇及中性盐溶液，溶于稀酸、稀碱，如麦蛋白 醇溶蛋白：不溶于水，溶于70~80%乙醇； 硬蛋白：不溶于水、盐、稀酸、稀碱二、蛋白质的分类,3)根据组成： 单纯蛋白质：仅由氨基酸组成如清蛋白、球蛋白、组蛋白等 结合蛋白质：氨基酸、糖、脂肪、核酸、磷酸以及色素等 核蛋白 色蛋白 糖蛋白：几乎存在所有组织； 脂蛋白：血浆脂蛋白、膜脂蛋白等 磷蛋白：酪蛋白、卵黄蛋白等三、蛋白质的生物学功能,催化功能：酶； 调节功能：激素、受体、毒蛋白等； 结构功能：构成细胞和组织； 运输功能：血红蛋白，载脂蛋白等； 免疫功能：抗体； 运动功能：肌肉，纤毛和鞭毛； 储藏功能：乳汁中的酪蛋白等； 生物膜的功能：通透性、信号传递、生理识别等。

第二节 蛋白质的基本单位——氨基酸,一、蛋白质的水解 1. 酸水解 常以5~10倍的20%HCl煮沸回流16~24h，或加压于120℃水解12h 优点：水解彻底，产物为L-氨基酸； 缺点：色氨酸破坏，水解液呈黑色 应用：氨基酸工业生产、蛋白质分析等第二节 蛋白质的基本单位——氨基酸,2. 碱水解 6mol/L NaOH或4 mol/L Ba(OH)2煮沸6h 优点：色氨酸未破坏，水解液清亮； 缺点：氨基酸发生旋光异构 一般很少使用 3. 酶水解 条件温和，常温（36~60℃）、常压和pH2~8，氨基酸未破坏，不发生旋光异构；但水解不彻底二、氨基酸的结构特征,1. 结构特征——氨基酸是氨基取代羧酸 氨基酸的结构通式： 19种氨基酸具有一级氨基（-NH2）和羧基（-COOH）结合到α碳原子（Cα），同时结合到（Cα）上的是H原子和各种侧链（R）； Pro具有二级氨基（α-亚氨基酸）Cα如是不对称C（除Gly），则： 具有两种立体异构体 [D-型和L-型] 2. 具有旋光性 [左旋（-）或右旋（+）],二、氨基酸的结构特征,2. 常见氨基酸——20种基本氨基酸 从细菌到人类，所有蛋白质都由20种基本氨基酸（20 standard amino acids)组成。

20种基本氨基酸,三、氨基酸的分类,（1）根据酸碱性质： 酸性氨基酸：谷氨酸和天冬氨酸； 碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸和组氨酸； 中性氨基酸：15种，包括两种酰胺三、氨基酸的分类,（2）根据R的化学结构 脂肪族氨基酸：15种 芳香族氨基酸：Phe、Tyr 、Trp 杂环氨基酸：His 杂环亚氨基酸：Pro,芳香族侧链氨基酸,苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,组氨酸,脯氨酸,三、氨基酸的分类,（3）根据R的极性 ①极性氨基酸： a）不带电：Ser、Thr、 Tyr（OH）、 Asn、Gln（CONH2）、Cys（SH）； b）带正电：His、Lys、Arg； c）带负电：Asp、Glu ②非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Trp 、Pro,,极性不带电氨基酸,半胱氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺,丝氨酸 苏氨酸 酪氨酸,带正电的氨基酸,赖氨酸 精氨酸 组氨酸,带负电的氨基酸,天冬氨酸 谷氨酸,四、氨基酸的性质,1. 一般物理性质 无色晶体，熔点较高（200℃以上），能溶于水、稀酸或稀碱中，不溶于有机溶剂； 除Gly外都有旋光性。

2. 两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的—NH3+正离子和能接受质子的—COO-负离子，为两性电解质调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI） 生理pH值时，大多数氨基酸以两性离子存在甘氨酸的酸碱滴定曲线,氨基酸等电点的确定,甘氨酸的解离,等电点时，Glu主要以兼性离子(R0)存在，[R+]和[R-]很小而且相等，R2-的量可忽略不计因此 pI=1/2(pK1’+pKR’),带有可解离R基的氨基酸有3个pK’ 谷氨酸pI=3.22,等电点时，Lys主要以兼性离子(R0)存在，[R2+]的影响极小因此 pI=1/2(pK2’+pKR’),2,组氨酸pI=7.59,氨基酸等电点的确定,1）酸碱滴定（滴定曲线） 2）根据pK值（该基团在此pH一半解离）计算： 等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数酸性氨基酸 pI= 1/2(pK1’ +pKR’) 碱性氨基酸 pI= 1/2(pK2’ +pKR’),练习题,1. 精氨酸的pK1'(COO-)值为2.17，pK2' (NH3+ )值为9.04，pK3' (胍基)值为12.48，其pI(等电点时的pH值)为_________。

2. 用凯氏定氮法测定正常人血清含氮量为11.58 mg/ml, 则此人血清蛋白含量为 g/100ml 3. 人体八种必需氨基酸分别是 练习题,4. 写出下列氨基酸的三字母缩写符号：天冬氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸 5.下列哪种氨基酸溶液不使平面偏振光发生偏转 A. Pro B. Gly C. Leu D. Lys 6.含有两个氨基的氨基酸是 A.谷氨酸 B.丝氨酸 C.酪氨酸 D.赖氨酸 E.苏氨酸,带芳香环侧链的氨基酸具有紫外吸收的能力，最大光吸收在280nm 利用氨基酸的紫外吸收测定蛋白含量2. 紫外吸收——芳香族氨基酸,,酪氨酸 max＝278nm 苯丙氨酸 max＝259nm 色氨酸 max＝279nm,（1）-氨基参与的反应 ①与亚硝酸反应：得到-羟基酸并放出氮气 是范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应 可以用氨基氮与总蛋白氮的比例表示蛋白质的水解程度3. 化学性质,3. 化学性质,（1）-氨基参与的反应 ②与甲醛发生羟甲基化反应：,③与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应,Sanger首先用此反应鉴定多肽链或蛋白质的NH2末端氨基酸。

pH8~9,3. 化学性质,④形成席夫碱反应：与醛类化合物反应 非酶促褐变的一种机制⑤脱氨基和转氨基反应 在氨基酸氧化酶作用下，脱氨基生成-酮酸 转氨酶催化下实现氨基转移如谷丙转氨酶2）-羧基参与的反应 ①成盐反应：与碱作用生成盐，如谷氨酸一钠 与重金属离子形成的盐不溶于水2）-羧基参与的反应,②脱羧反应： 在氨基酸脱羧酶作用下，生成一级胺 谷氨酸脱羧形成-氨基丁酸-氨基丁酸,（3）氨基和羧基共同参与的反应,①与茚三酮的反应：,蓝紫色物质（570nm）,Pro产生黄色物质(440nm) ②成肽反应 缩合生成酰胺键，通常称为肽键4）侧链基团的化学性质 ①巯基及二硫键： 可与苄氯、碘乙酰胺等结合，保护巯基 两个巯基氧化形成二硫键-S-S-，相互可形成氧化还原体系，并且可以维持多肽分子和蛋白质分子结构 ②羟基： 可与酸成酯，如丝氨酸或苏氨酸与乙酸、磷酸反应成酯巯基（-SH）的性质,作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或断裂胱氨酸,半胱氨酸,第三节 肽,一、肽的概念 1.结构——由氨基酸构成 肽键：由一个氨基酸的-氨基与另一个氨基酸的-羧基缩合失水而形成的酰胺键氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水形成肽。

肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式肽键相连构成了蛋白质的主链肽键特点： 氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用 组成肽键的原子处于同一平面 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转 在大多数情况下，以反式结构存在肽(peptide ) 氨基酸之间通过肽键联结起来的化合物称为肽两个氨基酸形成的肽叫二肽，三个氨基酸形成的肽叫三肽……，十个氨基酸形成的肽叫十肽，一般将十肽以下称为寡肽(oligopeptide)，以上者称多肽(polypeptide)或称多肽链 氨基酸残基(amino acid residues ) 肽链中的氨基酸在参加肽键形成时失去了1分子水，已经不是原来完整的分子，称为氨基酸残基一条肽链通常含有一个游离的-氨基端(N-末端)和一个游离的-羧基端(C-末端) 规定肽链的氨基酸排列顺序从其N-末端开始，到C-末端终止常把N-末端氨基酸残基放在左边，C-末端氨基酸残基放在右边 小分子肽一般按其氨基酸残基排列顺序命名，如：Tyr-Gly-Gly-Phe-Met称为：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸（脑啡肽）命名及书写方式,,二、 生物活性肽 1. 谷胱甘肽——参与体内氧化还原反应,还原型谷胱甘肽 （GSH）,氧化型谷胱甘肽 （GSSG）,2.神经肽——神经肽与神经体液调节,主要存在于中枢神经系统，包括脑啡肽、内啡肽、强啡肽等和P-物质。

具有吗啡一样的镇痛作用H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽,α、β、γ-内啡肽分别为16肽、31肽、17肽，它们的前五个氨基酸序列与蛋氨酸-脑啡肽的五肽相同3.抗菌肽——细菌的一种防御武器,抑制细菌和其他微生物生长或繁殖的物质； 由特定微生物产生，最常见的是青霉素，它是由半胱氨酸和缬氨酸结合成的二肽衍生物 主要破坏细菌细胞壁糖肽的合成，引起溶菌第四节 蛋白质的分子结构,包括一级、二级、三级和四级结构一、蛋白质共价结构,1.一级结构概念——特指氨基酸的顺序 1969年，理论和应用化学国际协会特规定蛋白质的一级结构特指肽链中的氨基酸顺序 维持一级结构的化学键：共价键，主要为肽键 书写方式：从N-末端到C-末端，用氨基酸的3字母缩写或单字母符号连续排列蛋白质的一级结构是指蛋白质中氨基酸的排列顺序1953年英国Sanger等人，完成了牛胰岛素(Insulin)。