01第一章蛋白质化学.docx

01第一章蛋白质化学 01 第一章蛋白质化学 第一章蛋白质化学 蛋白质是最重要的生物大分子，同时蛋白质化学在生物化学中也是第一重要的部分要学好生物化学就一定要首先学好蛋白质化学蛋白质化学这一章内容很多，重点是蛋白质的结构和功能，其难点是掌握蛋白质或氨基酸的两性解离为使读者更好地掌握两性解离，本章以氨基酸的两性解离为例进行较详细的解释 当可解离基团HA或A-发生解离时: KaKb，,,, HA,,,H，A或A，HO,,,HA，OH2 其中Ka与Kb分别为酸式解离常与碱式解离常数: +- Ka=[H]×[A]/[HA] -- Kb=[HA]×[OH]/([A]×[HO]) 2 -+-14由于[HO]可近似看作为1，而[OH)×[H]=10; 2 --14+ [OH]=10/[H] - Kb=[HA]×[OH-]/[A] --14+ =([HA]/[A]×(10/[H]) -+-14 =[[HA]/([A]×[H])]10 -14 =10 × 1/Ka -14 Ka×Kb=10 为了使用上的方便，我们把X的负对数用pX表示，把上式两边取负对数: pKa+pKb=14 这样我们就可以清楚地看到对于同一对解离基团的pKa与pKb之间的关系。

一般情况下我们都使用pKa，而pKb使用则较少在处理pH值与某一可解离基团解 离程度之间的关系时，我们就要使用Henderson-Hasselbalch方程，此方程是怎样来的呢，请看: Ka，, HA,,,H，A +-各成分的摩尔浓度为[HA] [H][A] +-+-Ka=([H]×[A]/[HA]=[H]×([A]/[HA]) -两边取负对数:pKa=pH-Ig([A]/[HA]) -Ph=pKa+1g([A]/[HA])=pKa+1g([碱]/[碱]) +-上式即为Hendreson-Hasselbalch方程在这里，可以接受H的A被看作是+广义碱，而能释放H的HA被看作是广义的酸一般来说在一定条件下某一可解离基团解离常数是不变的，pKa也是定值PH与基团解离之间的关系为:当pH ,pKa([碱]/[酸])为正值、[碱],[酸];当pH=pKa时1g([碱]/[酸]为0、 [碱]=[酸] (各占50%);当pH,pKa时1g([碱]/[酸])为负值、[碱],[酸] -9[例1](a)Tris是一个弱酸(Ka=8.3×10mol/L，它是生化实验中常用的缓+冲剂。

问在pH8.00时，Tris有其共轭酸(Tris-H)的比值是多少,(b)若上述+溶液中Tris的总浓度为100mmol/L，在加入5mmol/L(H)后，溶液pH值是多少, 若Tris的总浓度减少到20mmol/L，pH变化又是多少, +解:(a)因为pH=pKa+1g([Tris-H]) pKa=-1gKa=8.08 + 所以8.00=8.08+1g([Tris]/[Tris-H]) + [Tris]/[Tris-H]=0.83 + (b)若[Tris]+[Tris-H]=100mmol/L 则根据(a)中结果可得: [Tris]=45mmol/L + [Tris-H]=55mmol/L ++当加入5mmol/LH后，则[Tris]减少5mmol/L，而[Tris-H]增加5mmol/L，即: [Tris]=4 0mmol/L + [Tris-H]=60mmol/L +因此 pH=pKa+1g([Tris]/[Tris-H]) 8.08+1g(40/60)=7.9 +即加入5mmol/LH可使pH降低0.1单位。

若Tris的总浓度为20mmol/L，则 + [Tris]+[Tris-H]=20mmol/L + [Tris]/[Tris-H]=0.83 所以 [Tris]=9mmol/L + [Tris-H]=11mmol/L ++加入5mmol/LH后，则[Tris]减少4mmol/L，而[Tris-H]增加16mmol/L， +pH=pKa+1g([Tris]/[Tris-H]) 8.08+1g4/16)=7.48 即此时加入5 mmol/L可使pH降低0.52个单位 -[例2] 2 mmol/L酸性缓冲液中含1 mmol/L HA 和1 mmol/L A，pH=pKa=5 -5+(Ka=10)若向1L缓冲液中加入0.5 pH=pKa+1g量的H(假定缓冲液体积仍 是1L) -(a)求A和HA的准确浓度和溶液的pH值 -+-(b)假设HA的增另(A的减少)刚好等于加入H的数量，计算A和HA 的浓度和溶液的pH值 ++-解:(a)设加入H后有Y量的H被A结合成HA，则 --4-4-4[A]=10×10-5×10=5×10mol/L 最终 -4-4-4[HA]=10×10+5×10=5×10mol/L 最终 - pH=pKa+1g([A]/[HA]) -4-4 =5.00+1g(5×10/15×10) =4.532 即pH下降0.477个单位. 由此可见简化后的计算结果与原来精确的计算结果差别很小。

在这个韪中缓 +-冲液浓度相对来说是很稀的，所加入的H量与原来A的量的数量级相同，而实际应用中缓冲液的常用浓度比所加入H+的量要高得多因此，缓冲液的计算就可以用简化的方法来计算，而不会引起太大误差 在氨基酸或蛋白质多肽分子中有两个或两个以上的可解离基团，有些基团可++以解离释放H(酸式解离)，而使基团带负电另一些基团则解离结合H(碱式解离)，而使基团带正电当然，每个基团的解离程度都可以根据其本身的pKa及溶液的pH值来计算当调节溶液的pH值使氨基酸或肽分子所带的正负电荷数正好相等，些进分子所带的净电荷为零，在电场中不发生泳动现象，此时溶液的pH值即为此氨基酸或肽分子的等电点，用pI来表示当要计算某一分子的等电点时，应该把所有的可解离基团考虑在内 一般来讲无论溶液的pH怎样变化，上式的三种分子形态都不可能为零，只是+-它们之间的比例会发生改变当甘氨基酸处于等电点时，R应占绝大多数，而+-R与R占少数相等 -+[R]=[R] +2K×K=[H] 12 两边取负对数 pK+pK=2pH 12 Ph=(pK1+Pk)/2 2 =(2.34+9.60)/2=5.97 所以甘氨酸的等电点为5.97。

对于氨基酸或肽分子等电点的计算一般都可以用此法进行，但当一个分子有三个以上的可解离基团时，应先抒解离方程写出，然后找到净电荷为零的分子形式，取净电荷为零的分子形式前后的两个pK值来进行计算 [例4] 请计算天冬氨酸(Pk=2.09, Pk=3.86, Pk=9.82)及赖氨酸(Pk=2.18, 1231Pk=8.95, Pk=10.53)的pI值. 23 解:天冬氨酸解离如下: +-天冬氨酸净电荷为零的分子形态为R，取其两边的pK值进行计算: +-取净电荷为零的分子形式R两边的pK值进行计算: PkpI=(+pK)/2 23 =(8.95+10.53)/2=9.74 有时pI的计算或推测要复杂的多,但无论是多么复杂的情况下,只要找出净电荷为零的分子形式,这个问题就很容易解决. [例5] 求出二肽Lys-lys及三肽Lys-Lys-Lys有pI值. 解:二肽Lys-Lys的解离为: +-由以上解离式中找不到我们所关心的R的分子形式，但请注意:Lys-Lys中++-+-的两个侧链-NH基是相同的，其pK值都是pK。

此时要把R变成R就必须要23 (，，)+-+/2+/2-考虑R与R等同因此，侧链-NH的解离则为50%，而符合此条件的2 pH一定等于pK，所以pI=pK=10.53 33 三肽Lys-Lys-Lys的解离为: 与上述计算相似由于Lys-Lys-Lys分子中含有3个侧链可解离基团，所以它的R+-实际上相对于R(+/3，+/3,+/3)这时每个侧链解离后带有1/3个正屯荷，此时pH为: pH=pK3+1g([—NH2][-N+H3]) =10.53+lg([2/3]/[1/3] =10.53+0.30 =10.83 三肽Lys-Lys-Lys的pI值为10.83，它的pI值实际上比任何一个pK值都要高 [例6] 把一个氨基酸结晶加入到pH7.0的纯水中，得到了pH6.0的溶液，问pI值是大于6.07小于6.07还是等于6(07 此氨基酸的 解:由于氨基酸的加入使水溶液的pH值由pH7.0下降到pH6.0，溶液中H+浓度增加了，而这些增加H+的唯一来源是 由氨基酸解离下来的，由于氨基酸的解离释放了H+，所以此时氨基酸必带上了负电荷。

要使此带负电的氨基酸所带的净电荷为零，则必须向溶液中加入H+加入H+后溶液的pH一定小于pH6.0，所以此氨基酸的pI值一定小于pH6.0 一、习题 (一)选择题 1(下列氨基酸哪个含有吲哚环? a(Met b(Phe c(Trp d(Val e(His 2(含有咪唑环的氨基酸是: a(Trp b(Tyr c(His d(Phe e(Arg 25[a],03(下列哪一种氨基酸 ? D a(Val b(Leu c(Phe d(Gly e(Glu 4(下列氨基酸中，哪一种含氮量最高? a.Arg b.His c.G1n d.Lys e.Pro 5(下列哪一类氨基酸对于人体全部是必需氨基酸? a(碱性氨基酸 b(酸性氨基酸 C.分枝氨基酸 d.芳香氨基酸 e(含S氨基酸 6. 下列哪一类氨基酸只含非必需氨基酸? a(碱性氨基酸 b.酸性氨基酸 c(分枝氨基酸 d. 芳香氨基酸 e. 含S氨基酸 7(在蛋白质成分中，在280nm波长处有最大光吸收的成分是: a. Tyr酚环 b(Phe苯环 c(His咪唑环 d. Trp吲哚环 e(肽键 8. 在pH6.0时，带正净电荷的氨基酸为: a.Glu b.Arg c.Leu d.Ala e(Trp 9(在生理pH条件下，具有缓冲作用的氨基酸残基是: a.Tyr b.Trp c(His d. Lys e.Thr +10(溶液的H浓度是以pH来表示的，下列哪一式与pH相。