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1、专业.专注 第一章 蛋白质化学（12学时）【基本要求】:1. 掌握蛋白质的基本单位-氨基酸的种类、结构特征及其主要的理化性质。2. 掌握蛋白质的一二三四级结构以及稳定其结构的重要作用力。3. 掌握蛋白质的重要性质（两性解离、变性、沉淀、紫外吸收、颜色反应）。【内容提要与学时分配】 1蛋白质的生物学功能（1） 2蛋白质的元素组成与分子组成（2） 3蛋白质的分子结构（4） 4蛋白质结构与功能的关系（2） 5蛋白质的理化性质（2） 6蛋白质的分类与分离纯化简介（1）第一节 蛋白质通论一、蛋白质的生物学意义（160）蛋白质是生命的体现者恩格斯语。Protein “第一重要的”，“最原初的”。概括起来，
2、蛋白质主要有以下功能：1.催化功能(Enzyme) 2.调节功能 3. 运动功能 4. 运输和跨膜转运功能5. 保护和防御功能 6. 信息传递与识别功能 7. 贮存功能 8. 结构功能二、蛋白质的分类（158）（一）按分子形状分类 1.球状蛋白 2.纤维状蛋白 （二）按分子组成分类简单蛋白：清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。缀合蛋白：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白和金属蛋白。三、蛋白质的元素组成与分子量（157）1. 元素组成 蛋白质平均含碳50，氢7，氧23，氮16。其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以常通过测量样品中氮的含量来测定
3、蛋白质含量。如常用的凯氏定氮法：蛋白质含量蛋白氮6.25（即100/16）。2.蛋白质的分子量 蛋白质的分子量变化范围很大，从6000到100万或更大。四、蛋白质的水解（123）蛋白质的水解主要有三种方法：1.酸水解 2.碱水解 3.酶水解 第二节 氨基酸( amino acid)一、氨基酸的结构与分类（124）（一）基本氨基酸组成蛋白质的20种氨基酸称为基本氨基酸，或称为常见氨基酸、蛋白质氨基酸。基本氨基酸都符合通式，都有单字母和三字母缩写符号。 一般结构特征：I. 它们中除脯氨酸外都是-氨基酸，即在-碳原子上有一个氨基。II. 不同的氨基酸，其R侧链不同，对氨基酸的理化性质和在结构中的影响
4、也不同。III. 天然氨基酸都是L-构型的，即羧基在上，氨基在左端。若氨基在右为D-构型（与标准甘油醛的构型参照得出的）。A按照氨基酸侧链的极性分类（127）：非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种带正电荷：Arg, Lys, His带负电荷：Asp, GluB 按照氨基酸侧链的化学结构，分为三类：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。1.脂肪族氨基酸 共15种。侧链只是烃链：Gly, Ala, Val, Leu, Ile。侧链含有羟基：Ser, T
5、hr侧链含硫原子：Cys, Met 侧链含有羧基：Asp（D）, Glu（E）侧链含酰胺基：Asn（N）, Gln（Q） 侧链显碱性：Arg（R）, Lys（K）2.芳香族氨基酸 包括苯丙氨酸（Phe,F）、色氨酸(Trp,W)和酪氨酸(Tyr,Y)三种。 3.杂环氨基酸 包括组氨酸(His)和脯氨酸(Pro)种。（B是指Asx，即Asp或Asn； Z是指Glx，即Glu或Gln。）C 照酸碱性分类：酸性氨基酸：Asp, Glu碱性氨基酸：Arg, Lys, His中性氨基酸：15种还有两种新发现的氨基酸: 硒代半胱氨酸（Sci 2002.5.24） 吡咯赖氨酸小结：2酸3碱3芳香2含S2含O
6、H2酰胺甘Gly（最特殊，唯一无旋光性）、丙Ala（顾名思义）/苯丙Phe（顾名思义）、酪Tyr（有-苯酚基）、色Trp（-吲哚基P66） / 甲硫Met（-甲硫基）、半胱Cys（-巯基）、丝Ser（-羟基）、苏Thr（-羟基） / 天冬Asp（酸性氨基酸，-羧基）、天冬酰氨Asn（-酰氨）、谷Glu（酸性氨基酸，-羧基）、谷氨酰氨Gln（-酰氨）/ 精Arg（-胍基P66）、赖Lys（-氨基）、组His（-咪唑基P66）/缬Val、亮Leu、异亮Ile：都是烷烃链 / 脯Pro（亚氨基）。（二）不常见的蛋白质氨基酸(128)某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，它们是基本氨基酸在蛋白质合成以后
7、经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、锁链素等。其中羟脯氨酸和羟赖氨酸在胶原和弹性蛋白中含量较多。在甲状腺素中还有3,5-二碘酪氨酸。凝血酶原种含有-羧基谷氨酸。（三）非蛋白质氨基酸(129)自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸，它们大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或、-氨基酸，多数以游离态存在。这些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间产物，如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物，-丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体，-氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。荧光素含有D-半胱氨酸，青霉素中D-赖氨酸。二、氨基酸
8、的性质（一）物理性质1、水溶性 -氨基酸都是白色晶体，每种氨基酸都有特殊的结晶形状，可以用来鉴别各种氨基酸。一般都溶于水，不溶于有机溶剂。（除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中；脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中）2、旋光性 除甘氨酸外，-氨基酸都有旋光性，-碳原子具有手性。苏氨酸和异亮氨酸有两个手性碳原子。3、光谱性质(143) 三个带苯环的氨基酸有紫外吸收，F:257nm,; Y:275nm,; W:280nm。通常蛋白质的紫外吸收主要是后两个氨基酸决定的，一般在280nm,可以定量测定蛋白质.（二）酸碱性质(129) 氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，所以氨基酸是两性电解质(ampholyt
9、e)。在水溶液和结晶态中都以偶极离子的形式存在。氨基酸在溶液中的解离方向和解离的程度取决于溶液的PH值。当氨基酸分子所带的净电荷为零时的pH称为氨基酸的等电点(pI)。等电点的值是它在等电点前后的两个pK值的算术平均值。pI=（pK1 + pK2）/2 注意：pI时净电荷为零，但不是不带电荷；此时其溶解度最小，最容易沉淀析出。pHpI时，氨基酸带负电荷，-COOH解离成-COO-，向正极移动。pH=pI时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小pHpI时，氨基酸带正电荷，-NH2解离成-N+H3，向负极移动。（三）化学性质(135)1.氨基的反应（1）与亚硝酸作用氨基酸在室温下与亚硝酸反应，脱氨，生成羟
10、基羧酸和氮气。常用于蛋白质的化学修饰、水解程度测定及氨基酸的定量。这也是Van slyke法测定氨基氮的理论基础。（2与甲醛反应氨基还可以与甲醛反应，生成羟甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶极离子形式存在，所以不能用酸碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子，其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定，这叫甲醛滴定法，可用于测定氨基酸。（3）与DNFB反应-Sanger反应氨基酸与2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱性溶液中作用生成二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸）。这一反应是定量转变的，产物黄色，可经受酸性100高温。该反应曾被英国的Sanger用来测定胰岛素的氨基酸顺序，也叫
11、桑格尔试剂，现在应用于蛋白质N-末端测定。 （4）与异硫氰酸苯酯(PITC)反应-Edman反应-氨基与PITC（异硫氰酸苯酯）在弱碱性条件下形成相应的苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-AA），后者在硝基甲烷中与酸作用发生环化，生成相应的苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-AA）。这些衍生物是无色的，可用层析法加以分离鉴定。这个反应首先是Edman用来鉴定蛋白质的N-末端氨基酸，在蛋白质的氨基酸顺序分析方面占有重要地位，是氨基酸自动序列分析仪的工作原理。（5）磺酰化氨基酸与5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl，丹磺酰氯)反应，生成DNS-氨基酸。产物在酸性条件下(6NHCl)100也不破坏，因此可用
12、于氨基酸末端分析。DNS-氨基酸有强荧光，激发波长在360nm左右，比较灵敏，可用于微量分析。2.羧基的反应羧基可与碱作用生成盐;羧基可与醇生成酯，此反应常用于多肽合成中的羧基保护。3茚三酮反应氨基酸与茚三酮在微酸性溶液中加热，引起脱氨、脱羧反应，最后生成蓝紫色物质（570nm）。而脯氨酸生成黄色化合物(440nm)。常用于氨基酸的定性定量分析.也可通过二氧化碳测定氨基酸含量。4. 以下反应常用于氨基酸的检验：l 酪氨酸、组氨酸能与重氮化合物反应(Pauly反应)，可用于定性、定量测定。组氨酸生成棕红色的化合物，酪氨酸为桔黄色。l 精氨酸在氢氧化钠中与1-萘酚和次溴酸钠反应(Sakoguchi
13、反应)，生成深红色，称为坂口反应。用于胍基的鉴定。l 酪氨酸与硝酸、亚硝酸、硝酸汞和亚硝酸汞反应（Millon反应），生成白色沉淀，加热后变红，称为米伦反应，是鉴定酚基的特性反应。l 色氨酸中加入乙醛酸后再缓慢加入浓硫酸，在界面会出现紫色环，用于鉴定吲哚基。(glyoxalate反应)l 酪氨酸在碱性条件下与福林试剂反应（Folin）反应，生成蓝色化合物。第三节 蛋白质的一级结构一、肽键和肽（162）一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩水形成的共价键，称为肽键。在蛋白质分子中，氨基酸借肽键连接起来，形成肽链。最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽。含有三、四、五个氨基酸的肽分别称为三肽、四肽、
14、五肽等。/肽链中的氨基酸由于形成肽键时脱水，已不是完整的氨基酸，所以称为残基。/肽的命名是根据组成肽的氨基酸残基来确定的。一般从肽的氨基端开始，称为某氨基酰某氨基酰某氨基酸。肽的书写也是从氨基端开始。即有方向性，从N端C端。/有主侧链之分，主链完全一样，仅R不同。/ 除了蛋白质部分水解可以产生各种简单的多肽以外，自然界中还有长短不等的小肽，它们具有特殊的生理功能。例如；动植物细胞中含有一种三肽，称为谷胱甘肽，即-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。因其含有巯基，故常以GSH来表示。它在体内的氧化还原过程中起重要作用。/脑啡肽是天然止痛剂。/肌肉中的鹅肌肽是一个二肽，即-丙氨酰组氨酸。肌肽可作为肌肉中的缓冲剂
15、，缓冲肌肉产生的乳酸对pH的影响。/一种抗菌素叫做短杆菌酪肽，由12种氨基酸组成，其中有几种是D-氨基酸。这些天然肽中的非蛋白质氨基酸可以使其免遭蛋白酶水解。/许多激素也是多肽，如催产素、加压素、舒缓激肽等。活性肽保健品行业的热点。三、一级结构的测定（168）（一）一级结构(Primary structure)（即化学结构、共价结构）蛋白质的一级结构是指肽链的氨基酸组成及其排列顺序。氨基酸序列是蛋白质分子结构的基础，它决定蛋白质的高级结构。一级结构可用氨基酸的三字母符号或单字母符号表示，从N-末端向C-末端书写。采用三字母符号时，氨基酸之间用连字符（）隔开。例如，牛胰核糖核酸酶，124个氨基酸；胰岛素，51个氨基酸。（二）测定步骤测定蛋白质的一级结构，要求样品必须是均一的（纯度大于97）而且是已知分子量的蛋白质。一般的测定步骤是：1. 通过末端分析确定蛋
