蛋白质化学课件.ppt

第二章 蛋白质化学,本章内容,1. 蛋白质通论 2. 蛋白质的基本结构单位-氨基酸 3. 肽 4. 蛋白质的分子结构 5. 蛋白质结构与功能的关系 6. 蛋白质的性质,一、蛋白质通论,1. 蛋白质的发现及研究历史,1742年，Beccari将面粉团不断用水洗去淀粉，分离出麦麸，得到了一种黏性很高的物质，实际是谷蛋白之一；,1838年，瑞典著名的化学家永斯·雅各布·贝采利乌斯 (Jöns Jakob Berzelius) 首次提出蛋白质（Protein）这个词；,一、蛋白质通论,永斯·雅各布·贝采利乌斯(1779—1848),（1）率先提出化学上的很多专有名词：有机化学、催化,化学上的贡献：,（2）发现了几种新元素：铈、硒、钍等稀土金属；,（3）首先倡导以元素符号来代表各种化学元素，如Na、Ca、H2O等，这种规则一直沿用至今一、蛋白质通论,1. 蛋白质的发现及研究历史,1841年，德国农业化学家Liebig发表了分析蛋白质的文章，为揭开蛋白质的化学组成提供了一定的基础；,1883年，John Kjedahl发明了一个准确测定氮进而测定蛋白质含量的分析方法，至今仍被广为应用；,一、蛋白质通论,1. 蛋白质的发现及研究历史,1902年，E.Fischer测定了氨基酸的化学结构，还测定了肽键的性质；,1927年，J.B.Summer证明了酶是一种蛋白质。

上世纪50年代，他在描述胰岛素的氨基酸顺序时获得了一个重大发现，表明DNA、RNA和蛋白质之间的相互关系；,一、蛋白质通论,1. 蛋白质的发现及研究历史,1953年，F.Crick和J.Watson描述了DNA的分子结构，并逐渐阐明了细胞如何建造具有特定氨基酸顺序的特定蛋白质；,2008年，蛋白质数据库中已存有接近50,000个原子分辨率的蛋白质及其相关复合物的三维结构的坐标一、蛋白质通论,2. 蛋白质的化学组成,蛋白质除了含有有机物质所共有的C、H、O之外，还含有N和少量的S有些蛋白质可能还会含有P、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I、Mo等微量元素其中，N元素的含量相对稳定，大约占16.3%一、蛋白质通论,2. 蛋白质的化学组成,蛋白质组成元素的质量分数,一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,① 球状蛋白质分子：血红蛋白、肌蛋白 ② 纤维状蛋白质分子：胶原蛋白、角蛋白 ③ 膜蛋白质：生物膜,（1）按蛋白质分子的外形,一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,① 结构蛋白,（2）按生物学功能,② 功能蛋白,起保护和支持作用的蛋白，像胶原蛋白、角蛋白包括生命过程中一切有生理活性的蛋白或它们的前体，如酶、受体蛋白、生物膜等。

一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,① 单纯蛋白质,（3）按蛋白质组成,仅由氨基酸组成的蛋白质，水解后的产物只有氨基酸清蛋白和球蛋白,广泛存在于动植物体内，前者溶于水，后者微溶，但溶于稀盐溶液一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,① 单纯蛋白质,（3）按蛋白质组成,谷蛋白和醇溶蛋白,都是植物性蛋白，主要存在于谷物中两者均不溶于水，但溶于稀酸或碱液中精蛋白和组蛋白,都是碱性蛋白，含有大量的碱性氨基酸，构成细胞核的主要成分一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,① 单纯蛋白质,（3）按蛋白质组成,硬蛋白,各种支柱组织（骨骼、毛发、丝等）中所含蛋白质的总称它们一般不溶于水、盐、稀酸碱及有机溶剂，多为纤维状蛋白一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,② 结合蛋白,（3）按蛋白质组成,结合蛋白除了含有氨基酸外，还含有糖、脂类、核酸、磷酸及色素等其他化学成分它由两个部分组成：一是各种氨基酸组成的蛋白部分；二是非蛋白部分，称为辅基或配体一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,② 结合蛋白,（3）按蛋白质组成,色蛋白,辅基为含金属的色素如血红蛋白、叶绿蛋白核蛋白,由蛋白质和核酸组成一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,② 结合蛋白,（3）按蛋白质组成,糖蛋白,其辅基为糖或糖的衍生物。

糖蛋白广泛存在于生物体内，如凝血因子脂蛋白,由蛋白质与脂类结合形成，主要承担脂肪代谢功能，如高密度脂蛋白(HDL)一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,② 结合蛋白,（3）按蛋白质组成,磷蛋白,辅基为磷酸一般与Ser或Thr相连接，主要有乳汁中的酪蛋白及卵黄中的卵黄蛋白一、蛋白质通论,3. 蛋白质的分类,② 结合蛋白,（3）按蛋白质组成,金属蛋白,直接与金属结合的蛋白称为金属蛋白如：铁蛋白，乙醇脱氢酶黄素蛋白,辅基为黄素，FMN或FAD，在电子传递链中其很重要的作用一、蛋白质通论,4. 蛋白质的生物学功能,生物界中蛋白质的种类在1010-1012的数量级，是由组成蛋白质的氨基酸排列顺序不同所决定这种差异性是导致蛋白质生物学功能多样性的结构基础一、蛋白质通论,4. 蛋白质的生物学功能,(1) 催化功能,(2) 调节功能,如：生物酶,如：激素,(3) 结构功能,如：角蛋白,(4) 运输功能,如：转运蛋白,(5) 贮存功能,如：乳清蛋白,(6) 运动功能,如：肌动蛋白,(7) 防御及保护功能,如：抗体,(8) 支架功能,如：接头蛋白,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,天然蛋白质由20种氨基酸构成，称为编码氨基酸。

它们的不同排列顺序形成了不同的蛋白质氨基酸的共同结构形式：,所有氨基酸在同一个α-碳原子上有一个羧基和一个氨基，并有一个氢原子和碳原子共价连接各种氨基酸的不同之处在于和α-碳原子相连的侧链R基结构不同二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,氨基酸的结构通式：,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,除了这20种氨基酸外，在蛋白质水解液中还可以分离得到其它一些氨基酸，但都是在蛋白质合成后经修饰而产生的如羟脯氨酸、羟赖氨酸、胱氨酸等二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,3个结构特点,（1）除甘氨酸外，所有氨基酸的α-碳原子上连接的4个基团都不同，所以α-碳原子是不对称碳原子（asymmetric carbon atom），含有α-碳原子的氨基酸分子为手性（chirality）分子,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,3个结构特点,（2）凡是手性分子都具有构型由于氨基酸α-碳原子上4个不同的基团只有两种不同的空间排列，这种排列不能重叠，但互为镜像，称为对映体（enantiomoph）二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,3个结构特点,（3）生物化学中立体异构体的分类与命名是根据不对称碳原子上的4个取代基的绝对构型进行的。

命名原则是以甘油醛作为参考进行比较凡是和L-甘油醛的立体构型相似的氨基酸就是L-氨基酸，凡是和D-甘油醛的立体构型相似的氨基酸就是D-氨基酸二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,3个结构特点,天然蛋白质分子中的氨基酸都是L型立体异构体，只有少量细菌细胞壁的氨基酸和某些抗生素中的氨基酸是D型短杆菌素(tyrocidineA)中含有二分子D-苯丙氨酸,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,1. 氨基酸的一般结构特征,3个结构特点,一个分子中如果含有n个不对称碳原子，则可能存在2n个不同的构型如：苏氨酸,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(1) 根据氨基酸的酸碱性质分类,分子中含一个氨基和一个羧基，有15种，其中包括两种酸性氨基酸产生的酰胺a) 中性氨基酸,分子中含一个氨基和两个羧基，有2种，即谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)b) 酸性氨基酸,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(1) 根据氨基酸的酸碱性质分类,分子中含一个羧基、两个或两个以上氨基或亚氨基，有3种，即精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)和组氨酸(His)c) 碱性氨基酸,(2) 根据氨基酸侧链R基的化学结构分类,脂肪族氨基酸（15种）、芳香族氨基酸（3种）和杂环族氨基酸（2种）。

二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,R基含有脂肪烃侧链或芳香环等a) 非极性氨基酸,此类氨基酸包括丙氨酸(Ala)、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、甲硫氨酸(Met)、脯氨酸(Pro)、色氨酸(Try),二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,a) 非极性氨基酸,异亮氨酸 （Isoleucine）,丙氨酸 （Alanine）,缬氨酸 （Valine）,亮氨酸 （Leucine）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,a) 非极性氨基酸,色氨酸 （Trytophan）,脯氨酸 （Proline）,甲硫氨酸 （Methionine）,苯丙氨酸 （Phenylalanine）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,① R基不带电荷,含有不解离的极性基团，包括-OH、-SH、-CONH2,包括含羟基的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)，含酰胺基的天冬酰胺(Asn)和谷氨酰胺(Gln)，含巯基的半胱氨酸(Cys)，以及甘氨酸(Gly)。

二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,酪氨酸 （Tyrosine）,甘氨酸 （Glycine）,丝氨酸 （Serine ）,苏氨酸 （Threonine ）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,天冬酰胺 （Asparagine）,谷氨酰胺 （Glutamine）,半胱氨酸 （Cysteine）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,② R基带正电荷,包括-NH2、-NH此类氨基酸共有3种，即精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)和组氨酸(His)，为碱性氨基酸，在pH7时带净正电荷二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,赖氨酸 （Lysine）,精氨酸 （Arginine）,组氨酸 （Histidine）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,③ R基带负电荷,主要为-COOH,此类氨基酸共有2种，即谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)，为酸性氨基酸，在pH7时带净负电荷。

二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(3) 根据氨基酸侧链R基的极性性质分类,b) 极性氨基酸,天冬氨酸 （Aspartic acid）,谷氨酸 （Glutamic acid）,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,还有一些非标准氨基酸，主要由掺入蛋白质的某些氨基酸经过修饰后产生的衍生物如赖氨酸和脯氨酸羟基化而成为羟脯氨酸(Hyp)和羟赖氨酸(Hyl)丝氨酸的羟基很容易与磷酸形成酯键而成为磷酸丝氨酸二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,羟脯氨酸(Hyp),羟赖氨酸(Hyl),二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,(4) 根据生物体对氨基酸的需要分类,a) 必需氨基酸,缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸,b) 半必需氨基酸,精氨酸、组氨酸,c) 非必需氨基酸,剩余的氨基酸,二、蛋白质基本结构单位-氨基酸,2. 氨基酸的分类,一种是三字符缩写名，采用英文名称前3个字母如：丙氨酸 (Ala),氨基酸的英文名称缩写,有两种标准：,另一种是单字符缩写名，一般采用氨基酸英文名的第一个字母，但有些氨基酸的第一个字母相同，必须另用字母。

如：亮氨酸 (L),。