1、第四讲第四讲 蛋白质化学蛋白质化学 第一节 蛋白质通论 第二节 蛋白质的根本结构单位-氨基酸 第三节 肽 第四节 蛋白质的结构 第五节 蛋白质分子结构与功能的关系 第六节 蛋白质的性质 第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论 1.蛋白质元素组成 2.蛋白质化学组成和分类 3.蛋白质的生物学意义 4.蛋白质的分子量 1.1.蛋白质元素组成蛋白质元素组成 1.1 元素组成 C H O N S C：50%H：7%O：23%N：16%S：03%微量:P Fe Zn Cu Mo I Mg Cl等 P：牛奶中的酪蛋白含磷 Fe:血中的血红蛋白含铁 I：甲状腺中甲状腺球蛋白含碘 1.2 蛋白质的平均含N量16%
2、凯氏定氮的根底 N/16%=蛋白N6.25 2.2.蛋白质化学组成和分类蛋白质化学组成和分类 2.1 化学组成：根本组成骨架(单位)为20种L型AA组成的长链分子 2.2 蛋白质的分类三种方法 2.2.1 根据组成 2.2.2 根据分子的形状 2.2.3 根据功能分类 酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白质，结构蛋白质、防御蛋白质、运动蛋白等 2.2.1 根据组成 简单蛋白蛋白质完全由AA组成。Eg核糖核酸酶、胰岛素等 结合蛋白除了蛋白质局部外，还有非蛋白质成分辅基、配基。eg.血红蛋白、核蛋白、肌红蛋白、羧基肽酶等 牛胰牛胰 核糖核酸酶核糖核酸酶RNaseRNase 黄色圆球是Zn2+羧基肽酶 超二
3、级结构和结构域 2.2.2 根据分子的形状 球状蛋白质分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好。多数蛋白质 Eg.血红蛋白、血清球蛋白、肌动蛋白 纤维状蛋白质对称性差，分子类似细棒或纤维 可溶性纤维状蛋白质 不溶性纤维状蛋白质胶原、弹性蛋白 肌动蛋白(球蛋白)-两种存在状态 肌动蛋白的单体为球形分子，称为球形肌动蛋白G-actin 它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin 肌球蛋白(纤维蛋白)肌球蛋白II为例:由两个重链和4个轻链形成球形头部和杆状的尾部 myosin II 的功能 肌小节的构造 3.3.蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 1.蛋白质顺序异构现象是蛋白质生物功能多样性
4、和种属特异性的结构根底。例如由20个AA构成的多肽链=20！21018种 2.作为有机体新陈代谢的催化剂酶 3.作为有机体的结构成分。胶原纤维 4.具有贮存AA的功能，用作有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料。卵清蛋白 5.具有运输的功能。血红蛋白 6.有些蛋白是肌肉收缩系统的必要成分。肌球蛋白、肌动蛋白 7.具有激素的功能。对新陈代谢起调节作用。胰岛素 8.具有防御功能。免疫反响。抗体;大局部抗原 9.具有接受和传递信息的作用受体 10.调节或控制细胞的生长，分化和遗传信息的表达。阻遏蛋白。酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型 B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂 A.
5、有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白 C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白 D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂 操纵基因操纵基因 启动基因启动基因 调节基因调节基因 结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构基因不表达 诱导物诱导物 诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达 酶蛋白酶蛋白 mRNA 阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达结构基因可以表达 阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)
6、酶蛋白酶蛋白 mRNA 代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达 代谢产物代谢产物 4.4.蛋白质的分子量蛋白质的分子量 蛋白质是分子量很大的生物分子 简单蛋白质AA残基数目的估算：AA残基的数目 110 因为，AA残基的平均分子量12818110 第二节 蛋白质的根本结构单位-氨基酸 1.蛋白质的水解 2.氨基酸的结构 3.氨基酸的分类 4.氨基酸的重要理化性质 1.蛋白质的水解 1.1 根据水解程度分为：完全水解彻底水解-得到的水解产物是各种AA的混合物 不完全水解局部水解-得到的产物是各种大小
7、不等的肽段和AA 1.2 三种水解方法：1.2.1 酸水解：1.2.2 碱水解：1.2.3 酶水解：1.2.1 酸水解：用硫酸4mol/L或HCl6mol/L 条件：回流煮沸20h，完全水解 优点：不引起消旋作用，得到L-AA 缺点：色AA完全被沸酸所破坏 AA丝AA及苏AA有一小局部被分解 1.2.2 碱水解：用NaOH(5mol/L)条件：与NaOH共煮10-20h,优点：色AA是稳定的 缺点：产生消旋现象，所得产物是D型和L型AA的混合物称消旋物 引起精AA脱氨，生成鸟AA和尿素 1.2.3 酶水解 优点：不产生消旋作用，也不破坏AA 缺点：一种酶往往水解不彻底，需要几种酶协同作用才能使
8、蛋白质完全水解 所需时间较长 局部水解 适用范围：用于蛋白质一级结构分析以获得蛋白质的局部水解产物 2.氨基酸的结构 2.1 定义：但凡含有氨基的有机酸统称氨基酸 依氨基取代的位置不同分为等 蛋白质中的氨基酸均为氨基酸或亚氨基酸 2.2 标准AA的结构通式 NH2 R-C-COOH H 说明：1.蛋白质AA-蛋白质中的氨基酸(又称根本AA，标准AA)，常见的20种 非蛋白质AA-180多种，天然AA大多数不参与蛋白质组成 2.Pro为亚氨基酸，其余均为氨基酸 3.不同AA，R基团不同，除GlyR为H外，其余AA的碳原子均为不对称碳原子，故有旋光异构现象，分右旋和左旋 4.构型分为L、D型两种
9、5.组成蛋白质的AA都为L-氨基酸Gly除外，无xC)。自然界中存在游离的D-AA，一般生化中谈及的均为构成蛋白质的AA,故不写构型 3.氨基酸的分类 自然界中游离存在的AA有300多种，生物体中发现的 AA已有180多种，但构成蛋白质的AA只有20种 名称三句半口诀 甘丙缬亮异 苏丝半蛋天 谷精赖苯酪 组色脯 AA的名称常使用三字母的简写符号表达，也使用单字母的简写符号表示-主要用于表达长多肽链的AA顺序 标准AA的区别在于R基团，所以按R基的结构和极性不同进行分类 3.1 按R基的结构不同进行分类 芳香族AA：苯丙氨酸、酪氨酸 含有苯环 杂环族AA：杂环氨基酸：组氨酸、色氨酸 杂环亚氨基酸
10、：脯氨酸 脂肪族AA：含羟基氨基酸：丝氨酸、苏氨酸 含硫氨基酸：半胱氨酸、蛋氨酸甲硫氨酸 含酰胺基氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺 含一氨基二羧基的酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸 含二氨基一羧基的碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸 含一氨基一羧基的中性氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 苯丙氨酸、酪氨酸结构式 Phe、Tyr 组氨酸、色氨酸的结构式 His、Trp 脯氨酸的结构式 Pro 丝氨酸、苏氨酸的结构式 Ser、Thr 半胱氨酸、蛋氨酸甲硫氨酸结构式 Cys、Met 天冬酰胺、谷氨酰胺的结构式 Asn、Gln 天冬氨酸、谷氨酸的结构式 Asp、Glu 赖氨酸、精氨酸的结构式 Lys、Ar
11、g 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 Gly、Ala、Val、Leu、Ile 3.2 按R基的极性不同分类 非极性氨基酸 不带电荷的极性氨基酸 极 性 氨 基 酸 带正电荷的极性氨基酸 带负电荷的极性氨基酸 极性氨基酸与非极性氨基酸的主要区别：结构区别：R基团上带极性基团，为极性氨基酸 如OH;-NH2;-COOH;CONH2;-SH；性质区别：极性基团可以与水形成氢键，故极性氨基酸易溶于水，非极性氨基酸疏水性大，溶解度小 胍基Arg 咪唑基His 3.2.1 非极性氨基酸共8种 带脂肪烃侧链4种：Ala、Val、Leu、Ile 含芳香环2种：Phe、Trp 含硫1种：Met 亚氨基酸
12、1种：Pro 特点：不带极性基团 在水中的溶解度比极性R基AA小 丙AA的R基疏水性为最小，介于非极性R基AA和不带电荷的极性R基AA之间 3.2.2 不带电荷的极性氨基酸共7种 含羟基：Ser、Thr、Tyr 含酰胺基：Gln、Asn 含巯基：Cys R基为H:Gly 特点：含有不解离或解离度极小的极性基团，能与水形成氢键，pH6.07.0时不带电荷 比非极性AA易溶于水，半胱AA,酪AA-R基极性最强 Gly的极性最小，介于极性和非极性氨基酸之间 3.2.3 带正电荷的极性氨基酸共3种 含另外一个氨基：Lys碳原子上 含胍基：Arg 含咪唑基：His 性质：pH7.0时带净电荷为正电荷 为
13、碱性氨基酸 3.2.4 带负电荷的极性氨基酸(共2种)Asp和Glu 性质：分子中含有两个羧基 在pH7.0时分子带净电荷为负电荷 为酸性氨基酸 4.氨基酸的重要理化性质 4.1 物理性质 晶体形状:白色晶体，结晶形状不同，鉴别各种AA 熔点:晶体熔点很高。一般在200度以上，例Tyr344 味道：各异，甜、酸、苦等 溶解度:一般都溶于水除胱AA和酪AA脯AA和羟脯AA还能溶于乙醇或乙醚 旋光性：-碳原子为不对称碳原子甘AA除外，-AA具有旋光性，比旋光度是特征性物理常数 4.2 两性解离和等电点 4.3 化学性质 4.2 AA两性解离和等电点 4.2.1 两性解离兼性离子的存在形式依据：过去
14、认为AA不解离，在晶体和水溶液时以中性分子形式存在，但如下矛盾难以解释 AA晶体熔点很高 200摄氏度以上 AA能使水的介电常数增高，而乙醇、丙酮等却使水的介电常数降低 解释：AA在晶体或水中以兼性离子的形式存在 作用力：强大异性电荷之间的静电吸引 晶格之间为静电引力(离子晶体)范德华力(分子晶体)，晶体熔点高 两性离子形式的AA是强极性分子，增大了水的介电常数+4.2.2 氨基酸的两性解离 AA在水中既起酸质子供体的作用,又起碱质子受体的作用 因此在AA溶于水时，其正负离子的解离度与溶液的pH值有关 当溶液pH增大向溶液中加碱时，AA释放出质子H+与OH-结合成H2O，本身带负电荷，在电场中
15、向阳极移动；当溶液pH减小向溶液中加酸时，AA接受H+而带正电荷，在电场中向阴极移动 4.2.3 氨基酸的等电点 定义：当pH到一定时，AA上的NH3+和COO-的解离相等，AA带净电荷为0，在电场中既不向阳极移动也不向阴极移动，此时溶液的pH值为该种AA的等电点，用pI表示 等电点时AA溶解度最小，易沉淀，利用这一性质可以别离制备AA C O O-CHH3N+R-p K1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+p K2-C O O-CHH2NR OH-OH-pHpI 等电点公式推导AA全部质子化时的解离情况 以Ala为例推导(中性AA K1 K1 K2 K2 K1、K2为解离常数，那么有：推
16、导得出：pI=pk1+pk2/2 以Asp为例推导(酸性AA)Asp的解离情况如下：K2 K1 K3 Asp+Asp+-Asp-Asp2-推导得出：pI=pk1+pk2/2 以Lys为例推导(碱性AA K1 K2 K3 Lys2+Lys+Lys+-Lys-推导得出：pI=pk2+pk3/2+结论 1.等电点pI值相当于该AA的两性解离状态两侧基团pK值之和的一半 2.羧基的解离度大于氨基，故有：含有一个羧基一个氨基的AA的pI值在6.0左右，微酸；含有两个羧基一个氨基的AA的pI值较小，偏酸；(酸性AA)含有一个羧基两个氨基的AA的pI值较大，偏碱；(碱性AA)4.3 化学性质 4.3.1 与茚三酮反响 4.3.2 与亚硝酸反响 4.3.3 与甲醛反响 4.3.4 与2、4-二硝基氟苯的反响 4.3.5 与异硫氰酸苯酯的反响 4.3.1 与茚三酮反响 是-NH2和-COOH共同参加的反响 步骤：1.茚三酮与水反响生成水合茚三酮 2.水合茚三酮与氨基酸共热生成复原型茚三酮+醛+CO2+NH3 3.复原型茚三酮与一分子NH3和一分子水合茚三酮反响缩合成篮紫色物质 O H2O 共热 复原型茚