蛋白质一级结构.ppt

第三章 蛋白质第一节 概述第二节 氨基酸第三节 蛋白质的一级结构第四节 蛋白质的空间结构与功能 第五节 蛋白质的重要理化性质 第六节 蛋白质相对分子量的测定第一节 概述一、蛋白质的概念二、蛋白质的研究简史三、蛋白质的化学组成四、蛋白质的分类五、蛋白质的分布六、蛋白质的生物学功能蛋白质的概念:蛋白质是一切生物体 中普遍存在的，由天然氨基酸通过 肽键连接而成的生物大分子；其种 类繁多，各具有—定的相对分子质 量、复杂的分子结构和特定的生物 功能，是表达生物遗传性状的一类 主要物质 v1838年 Muller研究了血清、蛋清 、蚕丝等物质的元素组成后, 发现它 们均可以用C40H62N10O12 来表示, 命 名为“Protein”,并发展成 “基团” 学说 v19世纪末 从蛋白质水解产物分离得到了13种氨基酸, 基团学说销声匿迹 v1902年 Fischer, Hofmeister同时 提出肽键理论 v1924年 Svedberg 发明超离心机v1930年代 Bergmann合成出只含L型 氨基酸的多肽 v1950年Pauling提出蛋白质的二级结构的基本单位：α-螺旋和β-折叠。

v1953年Sanger确定了牛胰岛素的一级结构 v1958年 Perutz 2. 运输蛋白; 3. 收缩运动蛋白; 4. 激素蛋白; 5. 细胞激动素; 6. 受体蛋白; 7. 毒素蛋白; 8. 营养贮藏蛋白; 9. 防御蛋白等蛋白质占干重 人体中（中年人）人体 45% 水55%细菌 50%~80% 蛋白质19%真菌 14%~52% 脂肪19%酵母菌 14%~50% 糖类＜1%白地菌50% 无机盐7%植物：主要在种子中含量较高蛋白质的分布人体各组织器官中蛋白质含量 （蛋白质g / 100g干组织）器官或组织蛋白质含量器官或组织蛋白质含量体液85心60脾84肝57肺82胰47横纹肌80脑神经45肾72骨骼28消化道63脂肪组织14我国一些谷物主要成分含量 粮食种类蛋白质/％脂肪/％糖类/％ 大豆36.317.526 豌豆22.781.3554.7 绿豆22.251.0856.02 花生仁26.2039.222.0 油菜籽26.3440.3517.59 大米6.551.0577.50 小麦9.421.4768.74玉米5.226.1372.4蛋白质的生物学功能1.生物体的组成成分 2. 催化 3. 运输 4. 运动 5. 抗体 6. 干扰素 7. 遗传信息的控制 8. 细胞膜的通透性 9. 高等动物的记忆、识别机构酶蛋白结构蛋白免疫球蛋白第二节 氨基酸一、氨基酸的结构特点二、20种基本氨基酸的分类三、氨基酸的重要理化性质四、氨基酸的分离制备和分析鉴定氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。

氨 基酸是具有氨基（-NH3+）或亚氨基 和羧基（-COOH）的有机分子氨基 酸种类多，但构成蛋白质具有遗传密 码的氨基酸只有20种，其通式为：不带电形式H2N—C—HCOOHR+H3N—C—HCOO-R两性离子形式氨基酸的结构特点： (1). 与羧基相邻的α-碳原子上都有一 个氨基，因而称为α-氨基酸 (2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子 中的α-碳原子都为不对称碳原子,所 以：A.氨基酸都具有旋光性B.每一 种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体 异构体目前已知的天然蛋白质中氨 基酸都为L-型注意：氨基酸的构型是以距羧基最近的手性 C原子为标准（除Gly外），而糖的构 型是以距羧基最远的手性C原子为标 准氨基酸的分类中性AA （1）按R基团的酸碱性分 酸性AA碱性AA（2）按R基团的 疏水性R基团AA电性质分 不带电荷极性R基团的AA带电荷R基团的AA脂肪族A （3）按R基团的化学结构分 芳香族AA杂环族AA人体必需氨基酸有八种：Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 写 一 两 本 书”(一)氨基酸的一般物理性质常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构 型而异 (1)溶解性：各种氨基酸在水中的溶解 度差别很大，并能溶解于稀酸或稀 碱中，但不能溶解于有机溶剂。

通 常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀 析出2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在 200℃以上 (3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有 的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的 单钠盐有鲜味，是味精的主要成分 (4)旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋 光性，能使偏振光平面向左或向右旋转， 左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+） 表示5)光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸 在可见光区都没有光吸收，但在远 紫外区( pI, 样品带负电荷，样品点向阳极移动pH = pI, 样品不带电荷，样品点不移动氨基酸等电点的确定（1）中性氨基酸 等电点（pI）的高低与氨基酸分子两性解 离基团的解离平衡常数有一定关系用K’1 、K’2分别表示α-COOH和α-NH3+表观解 离平衡常数时，它们的负对数分别用pK’1 、pK’2表示，则中性氨基酸的等电点在数 值上等于两个pK’值之和的二分之一即：pI = (pK1 + pK2) / 22.酸、碱性氨基酸 在溶液中氨基酸随pH升高而逐级解 离时，总是pK＇值小的基团先解离， pK＇值大者后解离因此，对于具有 三个解离基团的氨基酸，只有靠近等 电离子的两个pK＇值影响等电离子的 浓度。

所以，只要正确写出解离反应 式，皆可根据等电离子两边的pK＇计 算其pI值酸性氨基酸： pI = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 硷性氨基酸： pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2 （三）氨基酸的重要化学反应1.与亚硝酸反应反应特点： v（1）脯氨酸不发生该反应； v（2）只有α –氨基氮可发生此 反应，R上的氮几乎不参与反应 v（3）通过测定N2 的体积（摩尔 数），可测定游离氨基氮2.与甲醛反应反应特点： 反应放出H+ ，可用标准NaOH溶液 滴定，是常用的测定氨基酸的反应 3.脱羧反应反应特点： 在专一性酶的催化下进行，放出 CO2 ,工业上通过呼吸仪测定CO2的 量来测定AA4.成盐反应氨基和羧基分别可与酸和碱成盐5.成肽反应一个氨基酸的α –氨基和另一个氨基 酸α –羧基脱水缩合，生成的酰胺叫 做肽，这种酰胺键叫做肽键 肽键的平面特征肽结构6.茚三酮反应（鉴别反应）在450nm处有最大吸收 率，在0.5－50μ g / ml 范围内，氨基酸含量与 光密度成正比7.羰氨反应：氨基酸的氨基与糖类的羰基易发 生反应，生成羰氨化合物，进而缩合 成更复杂的棕色到黑色化合物“类黑 色素”。

食品加工中将这种反应称为 褐变轻度的褐变可赋予食品一定的 色、香、昧但生成的黑色素则不能 被细胞利用，也不能被发酵，不仅影 响原料利用率，而且有毒副作用 8.个别R基团的反应（略）从蛋白质水解液中分离制备氨基酸或 者分离分析氨基酸组成，需要分辩力 很强的分离技术层析法是近代生化 中非常有效的常用分离方法对于氨 基酸混合样品，或者其他各种性质相 近，一般化学方法难以分离的混合样 品，如核苷酸、糖类、蛋白质、维生 素、抗生素、激素等等，都能使用 层析法达到分离分析的目的层析分离是利用混合物中各组分的 物理化学性质（分子形状和大小、 分子极性、吸附力、分子亲和力、 分配系数等）的不同，使各组分以 不同程度分布在两相中，其中一个 是固定相，另一个是流动相，当流 动相流过固定相时，各组分以不同 的速度移动，而达到分离的方法层析技术的三个基本构成条件 v水不溶性惰性支持物 v流动相（能携带溶质沿支持物流动） v固定相（附着在支持物上，能对各种 溶质的流动产生不同的阻滞作用）层析技术的分类v按流动相的状态分：液相层析（液 相色谱）、气相层析（气相色谱） v按固定相的使用形式分类：柱层析 、纸层析、薄层层析、薄膜层析。

v按分离过程依据的理化性质分类： 吸附层析、分配层析、离子交换层析 、分子筛过滤层析、亲和层析层析技术的应用对于分子大小不等的化台物，例如含多 种蛋白质的混合液，宜用分子筛过滤分 离；对于能溶于有机溶剂，难溶于水的 化食物，常用吸附层析法分离；对于既 溶于水也溶于有机溶剂的化合物，宜用 分配层析分离；电解质混合物则宜用离 交层析分离分配层析技术 分配层析是利用各组分的分配系数不 同而予以分离的方法包括纸上层析 、薄层层析、气相层析 分配系数是指一种溶质在两种互不相 溶的溶剂中溶解达到平衡时，该溶质 在两相溶剂的浓度比值在层析条件 确定后，分配系数是一个常数以K表 示分配层析的基本原理分配层析中，通常采用一种多孔性固 体支持物（如滤纸、硅胶、纤维素粉 、淀粉、硅藻等）吸附着一种溶剂作 为固定相，这种溶剂在层析过程中始 终固定在多孔支持物上另一种与固定相溶剂互不相溶的溶剂 可以沿固定相流动，即流动相溶质 在流动相的带动下流经固定相时，溶 质在两相之间连续动态分配由于不 同溶质的分配系数不同而分离纸上层析纸上层析是以滤纸为支持物的一 种分配层析滤纸能吸收22％－25％ 的水，其中6％－7％的水以氢键与滤 纸纤维上的羟基结合，难以脱去。

所 以纸上层析是以滤纸纤维的结合水为 固定相，以有机溶剂为流动相的层析 技术由于各物质的分配系数不同， 移动的速率也就不同，从而达到分离 的目的纸层析的Rf值溶质在滤纸上移动的速率用Rf值表示：Rf值决定于被分离物质在两相间的分 配系数以及两相间的体积比，在同一 实验条件下，两相的体积比是一个常 数所以Rf值决定于分配系数不同 物质的分配系数不同，Rf值也不同， 由此可以根据Rf值的大小对物质进行 定性分析纸层析的操作1.样品处理2.点样3.平衡4.展开5.显色6.定性分析7.定量分析尽可能纯化，调节pH、浓度 将样品溶液用微量注射器点在原点 在密闭层析缸内用溶液系统的蒸汽将 滤纸饱和将滤纸的一端浸入溶剂中，让其沿滤 纸移动为了看清斑点，用显色剂显色计算Rf值，进行定性剪洗比色、直接比色 、面积测量离子交换柱层析离子交换柱层析是用离子交换剂作 为水不溶性支持物兼固定相,装成层 析柱，用不同pH和不同离子强度的 缓冲液作流动相(洗脱液)构成的柱层 析技术这是目前应用非常普遍的 分离技术，无论实验室还是生产领 域都有广泛的实用性离子交换剂是含有若干活性基团的不 溶性高分子物质即在不溶性母体上 引入若干可解离基团。

不溶性母体：苯乙烯树脂、酚醛树脂 、纤维素、葡聚糖、琼脂糖等 引入的活性基团，可以是酸性基团， 也可以是碱性基团在不溶性母体上引入酸性基团，如磺 酸基（-SO3 H）、磷酸基（-PO3H2 ）、亚磷酸基（- PO2H）、羧基（- COOH）等时，可解离出H+ ，与其 它阳离子交换，这种离子交换树脂属 于阳离子交换树脂在不溶性母体上引入碱性基团，如季 胺〔-N+（CH3）3〕 、叔胺〔-N（ CH3）2〕 、仲胺〔-NHCH3〕 、伯胺 〔-NH2〕等含氨基的基团，可与OH- 结合后，与其它阴离子交换，属于阴 离子交换树脂分配系数（平衡常数）在一定条件下，离子交换剂所吸附离 子浓度和在溶液中的离子浓度达到平 衡时，两者浓度之比叫做分配系数（ 也叫平衡常数）即：K值的大小决定样品离子在柱内的保 留时间如果样品中各离子的K值差 别足够大，这些离子通过离子交换层 析就可以得到分离 阴离子只能被阴离子交换剂吸附，阴 离子只能被阴离子交换剂吸附；亲和 力大的易吸附，难洗。