生物化学：第二章 蛋 白 质.ppt

蛋白质概述第二章蛋白质proteinProteins are linear polymers of 20 different amino acids. The 20 amino acids bestow specific functional properties on the polymer (protein).They are the embodiment of the transition from one-dimensional world of sequences to the three dimensional world of molecules capable of diverse activities.Proteins at work.They function as catalysts, they transportandstorenutriment, they provide mechanicalsupport and immuneprotection,they generatemovement,they transmit nerveimpulses, they control growthanddifferentiation,.n蛋白质参与了几乎所有的生命活动过程。

nTherefore，蛋白质是生命活动的物质基础，它是构成生物体最基本的结构和功能物质一、蛋白质的化学组成二、蛋白质的大小和分子量三、蛋白质的分类一、 蛋白质的化学组成1.元素组成： 碳 50-55% 氢 6.5-7.3 氧 19-24 氮 16% 硫 0-3 其他 微 量蛋白质的含量测定v凯氏（Kjedahl）定氮法：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=蛋白氮 6.256.25为蛋白质系数，即1克氮所代表的蛋白质量（克数）2.分子组成： 经酸、碱和酶处理蛋白质，使其彻底水解得到产物为氨基酸，组成蛋白质的常见20种氨基酸（基本AA）中除脯氨酸外，均为-氨基酸：不变部分可变部分二、蛋白质的大小与分子量l蛋白质分子量：约6000到1000000道尔顿（Da）或更大l有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万三、蛋白质的分类一） 依据蛋白质的外形分类nGlobular protein和fibrous proteinn球状蛋白质：globular protein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类n纤维状蛋白质：fibrous protein分子类似纤维或细棒。

分子轴比(长轴短轴)大于10二）依据蛋白质的组成分类n简单蛋白(simple protein)：n结合蛋白(conjugated protein)prostheticgroup第一节 蛋白质的基本结构单位氨基酸（Buildingblocksofproteinsamino acid）一、氨基酸的分类二、氨基酸的理化性质一、氨基酸的分类（一）根据来源分：内源氨基酸和外源氨基酸（二）从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸Ile Met Lys Val Leu Trp Phe Thr 一 家 来 写 两 三 本 书（三）根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸 1、蛋白质中20常见氨基酸的结构甘氨酸Glycine(G) 中性氨基酸氨基乙酸1)脂肪族氨基酸氨基酸的结构中性氨基酸甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine(A)-氨基丙酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine(V) 中性氨基酸-氨基异戊酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine(L) 中性氨基酸-氨基异己酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine(I) 中性氨基酸-氨基-甲基戊酸中性氨基酸R基为中性烷基（Gly为H ），对分子酸碱性影响很小，几乎有相同的等电点（6 .0）。

从Gly至Ile，R基团疏水性增加，Ile是这20种氨基酸中脂溶性最强的之一（除Phe 、Trp、Tyr以外） 中性氨基酸一般位于在蛋白质内部，侧链不被修饰 中性氨基酸氨基酸的结构甲硫氨酸Methionine(M) 含硫氨基酸 -氨基-甲硫基丁酸Met中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有亲核性，易发生极化在生物合成中是一种重要的甲基供体氨基酸的结构甲硫氨酸Methionine半胱氨酸Cysteine(C)含硫氨基酸 -氨基-巯基丙酸Cys的R基中含-SH，两个Cys的-SH氧化生成二硫键，生成胱氨酸Cys-SH+Cys-SHCys-S-S-Cys二硫键利于蛋白质结构的稳定氨基酸的结构丝氨酸Serine（S） 含羟基氨基酸 -氨基-羟基丙酸Ser的-OH基是一个极性基团，易与其它基团形成氢键，具有重要的生理意义在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基OH易发生磷酸化修饰，以此调节酶的活性氨基酸的结构丝氨酸Serine苏氨酸Threonine（T） 含羟基氨基酸 -氨基-羟基丁酸Thr中的-OH是仲醇，具有亲水性，但-OH形成氢键的能力较弱，在蛋白质活性中心中很少出现氨基酸的结构 碱性氨基酸精氨酸Arginine（R） -氨基-胍基戊酸Arg是碱性最强的氨基酸，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。

氨基酸的结构 碱性氨基酸精氨酸Arginine赖氨酸Lysine（K），-二氨基己酸Lys侧链氨基的pKa为10.53，生理条件下侧链带一个正电荷此外，它的侧链有4个C的直链，柔性较大，使侧链的氨基反应活性增大氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate（D） 酸性氨基酸 -氨基丁二酸氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate谷氨酸Glutamate（E） 酸性氨基酸 -氨基戊二酸Asp、Glu侧链羧基pKa分别为3.86和4.25它们在生理条件下带有负电荷氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine(Asn；N) 含酰胺氨基酸氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine谷氨酰胺Glutamine(Gln；Q) 含酰胺氨基酸Asp和Gln易发生氨基转移反应，转氨基反应在生物合成和代谢中有重要意义氨基酸的结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine（F） -氨基-苯基丙酸2)芳香族氨基酸氨基酸的结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine（Y） -氨基-对羟苯基丙酸氨基酸的结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸Tryptophan（Trp；W） -氨基-吲哚基丙酸芳香族氨基酸都具有共轭电子体系，易与其它缺电子体系或电子体系形成电荷转移复合物(charge-transfercomplex)，在分子相互识别过程中具有重要作用。

它们在紫外区有特征吸收峰氨基酸的结构组氨酸Histidine（H） -氨基-咪唑基丙酸3）杂环族氨基酸是侧链pKa值最接近生理pH值的一种aa，在接近中性pH时，可离解平衡，具有缓冲能力氨基酸的结构脯氨酸Proline(P)-吡咯烷基-羧酸3）杂环族氨基酸Pro的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用，Pro残基处在骨架方向发生变化的位置 按R基极性分类20种常见氨基酸(1)非极性R基氨基酸：8种Ala Val Leu Ile Phe Trp Pro Met(2)不带电荷的极性R基氨基酸：7种Ser Thr Tyr Asn Gln Cys Gly(3)带负电荷R基氨基酸：2种Asp Glu(4)带正电荷R基氨基酸：3种Lys Arg His非极性氨基酸一般位于蛋白质的疏水核心，带电荷的氨基酸和极性氨基酸位于蛋白质表面 酶的活性中心：His、Ser2.蛋白质中的稀有氨基酸n有些氨基酸虽然不常见但在某些蛋白质中存在这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的n其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等其结构如下：3.非蛋白氨基酸广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸（150多种），大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸 非蛋白氨基酸存在的意义：1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)3.是神经传导的化学介质：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体 （刀豆氨酸）5.防御作用：D-环Ser(抗生素）绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚二、氨基酸的理化性质 （一）氨基酸的一般物理性质（一）氨基酸的一般物理性质 1.1.氨基酸的构型和旋光性氨基酸的构型和旋光性氨基酸都含有一个手性-碳原子(Gly除外），具有旋光性，有两种光学异构体：L型、D型 构成protein的氨基酸均属L-型(除Gly）2.氨基酸的光吸收20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(3.5，-羧基以-COO-形式存在NH2 pK2在9.4左右，当pHpI时，氨基酸带负电荷，向正极移动pH=pI时，氨基酸净电荷为零pHpI时，氨基酸带正电荷，向负极移动中性氨基酸（R基不解离），其pI是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2)/2 同样， R基解离的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。

酸性氨基酸： pI = (pK1 + pK R-COO- )/2 碱性氨基酸： pI= (pK2 + pKR-NH2 )/2氨基酸等电点（pI）的计算：实际上： 丙氨酸的滴定曲线： 1.00.500.51.0132.酸碱滴定曲线(Titration)Gly的两性解离和滴定曲线H+OH-起点：100%Gly+净电荷：+1第一拐点：50%Gly+和50%Gly平均净电荷：+0.5pH=pK1+lgGly/Gly+=pK1=2.34第二拐点：100%Gly净电荷：0等电点pI=5.97第三拐点：50%Gly和50%Gly-平均净电荷：-0.5pH=pK2+lgGly-/Gly=pK2=9.6终点：100%Gly-净电荷：-1应用：（1）pH =pK时，缓冲能力最大，等电点时缓冲能力最小2）氨基酸pI的计算3）不同pH下的组成分析和电泳行为（4）利用pI和pK确定各种氨基酸适合的酸碱缓冲范围5）计算氨基酸水溶液的pH值根据P133页表3-3中Glu的数据（pK1-COOH2.19，pK2-N+H3 9.67，pKR R-COOH 4.25，pI3.22）Glu-和Glu=各一半时的pH值Glu总是带正电荷的pH范围。

Glu和Glu-能作为缓冲液使用的pH范围作业：（三）氨基酸参与的化学反应1、-NH2和-COOH共同参加的反应1）成肽反应 2）与茚三酮反应 茚三酮在弱酸中与-氨基酸共热，引起氨基酸的氧化脱氨、脱羧反应最后，茚三酮与反应产物氨及还原茚三酮反应，生成紫色物质max=570nm，Pro max=440nm） 氨基酸分析定性、定量茚三酮水合茚三酮+NH3弱酸紫色物质图 氨基酸与茚三酮反应1）酰化反应 酰化试剂：苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯（BOC）、苯二甲酸酐、对-甲苯磺酰氯多肽和protein的人工合成中被用作氨基保护剂 丹磺酰氯（DNS-Cl，5二甲基氨基萘-1-磺酰氯）2、-NH2参加的反应图DNS-氨基酸弱碱强酸DNS-Cl可用于多肽链NH2末端氨基酸的标记 GlyAlaSerLeuPhe DNSGlyAlaSerLeuPhe 水解产物：DNSGly、 Ala、 Ser、 Leu、 Phe DNS-氨基酸被紫外光激发后发黄绿色荧光2） 烷基化反应 -氨基中的氮是一个亲核中心，能发生亲核取代反应 A. 2.4二硝基氟苯反应。