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1、序言,蛋白质（Protein）是由L-氨基酸按一定的次序通过肽键（酰胺键）连接而成的生物大分子。蛋白质英文一词“protein”，来源于希腊语“protos”，是“第一”或“最重要的”意思。,蛋白质在生命活动中的作用 1. 酶蛋白：蛋白质最重要的生物学功能之一是作为生物体新陈代谢的催化剂-酶。目前已发现的酶有2000多种，绝大多数是蛋白质； 2. 作为结构成份的蛋白质：蛋白质的另一重要生物学功能是作为生物体的结构成份。在高等动物里，胶原蛋白和弹性蛋白都是结缔组织的蛋白质组分。胶原蛋白是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架，而弹性蛋白在血管和韧带中特别丰富；,3. 生长、分化的
2、调控蛋白：组蛋白、阻遏蛋白、转录因子等参与基因的表达调控；细胞周期蛋白等具有调控细胞分裂、增殖、生长、分化的功能； 4. 运输蛋白：脊椎动物红细胞的血红蛋白和无脊椎动物中的血蓝蛋白在生命呼吸过程中起作输送氧气的作用。血液中的脂蛋白随着血流输送脂质。生物氧化过程中某些色素蛋白如细胞色素c等起电子传递体的作用。生命活动需要的许多小分子物质和离子的输送也需要蛋白质的协助；,5. 储藏蛋白：有一类蛋白质具有储藏氨基酸，在需要的时候将其用作生物体及其胚胎或幼体生长发育的原料的功能。如卵清蛋白，小麦种子中的麦醇溶蛋白； 6. 激素的调节作用：含氮激素本质上是蛋白质、多肽或氨基酸衍生物，如胰岛素。激素对生物
3、体的新陈代谢具有调节作用； 7. 运动功能：高等动物肌肉的主要成分是蛋白质，肌肉收缩是由肌球蛋白和机动蛋白的相对滑动来实现的；,8. 免疫功能：生物体用于防御致病微生物或病毒侵害而产生的抗体（免疫球蛋白）是一类高度专一性的蛋白质。它能识别病毒、细菌以及其它生物体的细胞，并与之相结合，消除它们的病理作用，从而起作保护机体的作用； 9. 干扰素的抗病毒作用：干扰素以蛋白质的形式存在于细胞内，消灭抗体不能抵御的入侵病毒；,10. 接受和传递信息：接收外界信息并进行传递作用的一类蛋白质，如酵母细胞的信号传导系统、视网膜上的视色素、味蕾上的味觉蛋白等。,第一节 蛋白质分子的组成,一、蛋白质的元素组成 二
4、、蛋白质的基本组成单位氨基酸,一、蛋白质的元素组成,单纯蛋白质的元素组成为: 碳：5055%； 氢：6%7%； 氧：19%24%； 氮：13%19%； 硫：04%； 有的蛋白质含有磷、碘。少数含铁、铜、锌、锰、钴、钼等金属元素。,各种蛋白质的含氮量很接均为16%，即一克氮相当于6.25克蛋白质。由于体内组织的主要含氮物是蛋白质，因此，只要测定生物样品中的氮含量，就可以此换算出蛋白质大致含量。,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,（一）氨基酸的构型 （二）蛋白质氨基酸的分类 （三）氨基酸的理化性质 (四）氨基酸的分离与分析,氨基酸是指含氨基的羧酸,（一）氨基酸的构型,旋光性：是手性分子的一种性质，
5、即旋转偏振光平面的能力； 分子的旋光度符号和构型(D,L)之间没有简单的关系.不是都象甘油醛那样D-是右旋,L-是左旋。各种L-氨基酸中有的为左旋有的为右旋，即使同一种L-氨基酸，在不同溶剂中测定时，其比旋光值和旋光方向也会不同。,（二）蛋白质氨基酸的分类,脂肪族氨基酸: 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、 亮氨酸、异亮氨酸、脯酸 芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 含硫氨基酸： 蛋氨酸、半胱氨酸 含羟基氨基酸：丝氨酸、苏氨酸 碱性氨基酸： 组氨酸、赖氨酸、精酸 酸性氨基酸： 天冬氨酸、谷氨酸 酰胺氨基酸： 天冬酰胺、谷氨酰胺,1、按照侧链R的不同,(1) R为脂肪族基团的氨基酸:,甘氨酸(-氨基乙
6、酸)的侧链是个氢原子，是20种氨基酸中最简单的，所以甘氨酸的碳原子不是手性碳。, 丙氨酸（a-氨基丙酸）的侧链是一个简单的甲基；缬氨酸(a-氨基异戊酸)的侧链是一个含有支链的3碳侧链。, 亮氨酸（ -氨基异己酸）和异亮氨酸（ -氨基-甲基戊酸）都是含有支链的4碳侧链。要注意的是，异亮氨酸分子中的 -碳和-碳都是不对称碳。所以异亮氨酸存在着4种可能的立体异构体。, 脯氨酸（-吡咯烷基-羧酸）有一个环形的饱和烃侧链，所以严格地讲，脯氨酸是一个亚氨基酸。,(2) R为芳香族基团的氨基酸,苯丙氨酸（ -氨基-苯丙酸）侧链含有苯基。酪氨酸（ -氨基-对羟基苯丙酸）与苯丙氨酸相似，只是在苯基的对位多了一个
7、羟基，所以又称为对羟基苯丙氨酸。色氨酸（-吲哚- -氨基丙酸）的侧链带有一个双环的吲哚基，所以色氨酸又称之吲哚丙氨酸。,(3) R为含硫基团的氨基酸,蛋氨酸和半胱氨酸是两个含硫氨基酸。蛋氨酸（-氨基-甲硫基丁酸）是个疏水氨基酸,它的侧链上带有一个非极性的甲基硫醚基。半胱氨酸（-氨基-巯基丙酸）侧链上含有一个巯基（-SH），又称为巯基丙氨酸，其-SH是个高反应性的基团。,(4) R为含羟基基团的氨基酸,丝氨酸（-氨基-羟基丙酸）和苏氨酸（-氨基-羟基丁酸）都含有-羟基。丝氨酸的羟甲基（-CH2OH）在水溶液中不发生离子化，但可以参与很多酶的活性部位的反应。苏氨酸也象异亮氨酸一样，具有两个手性碳原
8、子，即-碳和-碳原子。,(5) R为碱性基团的氨基酸,在pH7时，有5种氨基酸的侧链基团带有电荷，其中有3种带正电荷（碱性R基团），另外2种带负电荷（酸性R基团）。组氨酸、赖氨酸和精氨酸都带有亲水的含氮碱基R基团。 组氨酸（-氨基-咪唑基丙酸）的侧链有一个咪唑环，又称为咪唑丙氨酸。咪唑基是可以离子化的（pKa6.0）。, 赖氨酸（，-二氨基己酸）是一个双氨基酸，含有-和-氨基。在中性pH，-氨基以碱性氨离子（-CH2-NH3）的形式存在，在蛋白质中通常带正电荷。 精氨酸（-氨基-胍基戊酸）是20种氨基酸中碱性最强的氨基酸。它的侧链胍基离子的pKa值最高（pKa12.5）。,(6) R为酸性基团
9、的氨基酸,天冬氨酸（-氨基丁二酸）和谷氨酸（-氨基戊二酸）是二羧基氨基酸。除了含有-羧基外，天冬氨酸还含有b-羧基；而谷氨酸则含有g-羧基。两个氨基酸的侧链在pH7时都离子化，所以在蛋白质中是带负电荷的。这两个氨基酸经常出现在蛋白质分子表面上，谷氨酸的单钠盐是调味品味精。,(7) R为含酰胺基团的氨基酸,天冬酰胺（-氨基-羧基丙酰胺）和谷氨酰胺（-氨基-羧基丁酰胺）分别是天冬氨酸和谷氨酸的酰胺化产物。尽管这两个氨基酸的侧链是不带电荷的，但它们的极性很强，也经常出现在蛋白质分子的表面，它们可以和水相互作用。另外这两种氨基酸的酰胺基可以与其它的极性氨基酸的侧链上的原子形成氢键。,2、按照侧链R极性
10、的不同 （共20种）,不带电荷：丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺 谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸 极性氨基酸 带正电荷：组氨酸、赖氨酸、精氨酸 带负电荷：天冬氨酸、谷氨酸 甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 非极性氨基酸 亮氨酸 异亮氨酸 蛋氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸 色氨酸,3.从营养学角度还可以将氨基 酸分为必需和非必需氨基酸,必需氨基酸指人体（或其它脊椎动物）不能自身合成的氨基酸，包括： 赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸和精氨酸。其中的组氨酸和精氨酸，虽然人体能自己合成，但效率较低，尤其在婴幼儿时期，需要由外界供给，因此也被称为必须氨基酸； 非必需氨基酸指人体自身能合成的1
11、0种氨基酸： 甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和丙氨酸。,20种蛋白质氨基酸的英文名称和简写符号,（三）氨基酸的重要理化性质,1、一般物理性质 -氨基酸为无色晶体，熔点极高，一般在200以上。不同氨基酸味道不同，有的甜，有的苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 在水中，胱氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等的溶解度很小，精氨酸和赖氨酸的溶解度特别大。各种氨基酸在水中的溶解度相差很大，但它们都能溶于稀酸和稀碱溶液中。,氨基酸不能溶于有机溶剂，通常酒精就能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。,有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在20种基本氨基酸中，有4种是具
12、有共轭双键的，即Trp、Tyr、Phe、His； His只有2个双键共轭，紫外吸收比较弱； Trp、Tyr、Phe均有3个双键共轭，紫外吸收较强；其中Trp的紫外吸收最强，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者 3种氨基酸的最大紫外吸收波长为：Phe：257nM； Tyr：275nM； Trp：280nM。,20种蛋白质氨基酸都是L-型，而且除Gly外都具有旋光性。,2、氨基酸的两性解离和等电点,氨基酸： 是蛋白质的构件分子，具有酸碱性质、手性、聚合能力、特定的侧链结构及多样的化学反应； 两性离子：指氨基酸分子含有一个正电荷和一个负电荷的形式。在氨基酸晶体中或中性水溶液中以兼性离子形式存在；,等电点
13、： 当氨基酸所带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。 侧链R为非极性基团或虽为极性但不解离的，此种氨基酸的等电点主要由-氨基和-羧基的表观解离常数的负对数pK1，pK2决定： pI=1/2(pK1+pK2)；,侧链基团可以解离，则由-氨基，-羧基及R基团的解离情况共同决定，只需写出电离式，取其兼性离子两边的pK值的平均值即可。如赖氨酸的电离式为：,故其pI=?,氨基酸具有2个或3个（如果侧链可解离的话）酸碱基团。通过氨基酸的滴定曲线可以确定氨基酸的各个解离基团的pK值。下图给出了丙氨酸和组氨酸的滴定曲线：,pK1 (-COOH) =
14、1.82; pK2=6.00(咪唑基); pK3 (-NH3+ ) = 9.17 pIHis=?,氨基酸的解离常数和等电点,-氨基参加的反应,与亚硝酸反应（生成 羟基氨基酸和氮气）,与酰化试剂反应（氨基 被酰基化而被保护）,烃基化反应,DNFB反应（生成 DNP-氨基酸）,PITC反应（生成 PTH-氨基酸）,形成西佛碱反应（与醛类化合物）,脱氨基反应,3.氨基酸的化学反应,-羧基参加的反应,成盐成酯,成酰氯（与二氯亚砜等）,脱羧基反应,叠氮反应（氨基酸酯与肼、亚硝酸）,-氨基与-羧基共同参加反应,与茚三酮反应（氨与还原茚三酮发生作用生成紫色物质）,成肽反应,侧链R基参加的反应,酪氨酸酚羟基,
15、组氨酸咪唑,精氨酸胍基,色氨酸吲哚基,半胱氨酸巯基,（1）氨基酸、肽以及蛋白质 与茚三酮的反应,用于检测和定量氨基酸与蛋白质； 茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热，具有游离氨基的氨基酸都生成紫色化合物（），而亚氨基酸，则生成黄色化合物（）；,产生的颜色的强度（溶液中的光吸收）与氨基酸浓度成比例，根据溶液的吸光度，可以算出相应的氨基酸和蛋白质的浓度； 非常灵敏，几微克氨基酸就能显色。多肽和蛋白质与茚三酮也有反应，但分子越大，灵敏度也越差。,可用于检测和定量氨基酸与蛋白质,（2）氨基酸与2,4-二硝基氟苯 （DNFB）的反应,DNFB （2,4-dinitrofluorobenzene）与氨基酸、肽
16、或蛋白质的反应也叫做Sanger反应； DNFB在弱碱性溶液中与它们发生取代反应，生成黄色化合物DNP氨基酸或DNP肽 （dinitro phenyl amino acid d）；,可用于鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸,（3）蛋白质或肽与DNFB的反应,由于硝基苯与氨基结合牢固，不易被水解，因此当DNP-多肽被酸水解时，所有肽键均被水解，只有N-末端氨基酸仍连在DNP上，所以产物为黄色的DNP-氨基酸和其它氨基酸的混合液。 混合液中只有DNP-氨基酸溶于乙酸乙酯，所以可以用乙酸乙酯抽提并将抽提液进行色谱分析，再以标准的DNP-氨基酸作为对照鉴定出此氨基酸的种类。因此2,4-二硝基氟苯法可用于鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸。,这一反应在蛋白质化学研究史
