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1、第二章 蛋 白 质蛋白质的生物学意义 蛋白质的元素组成蛋白质的氨基酸组成肽蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分类蛋白质 是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。ProteinProtein：最原初的，第一重要的：最原初的，第一重要的一、蛋白质的生物学意义 生物体的组成成分 酶 运输 运动 抗体 干扰素 遗传信息的控制 细胞膜的通透性 高等动物的记忆、识别机构二、蛋白质的分类蛋白质形状球状蛋白质纤维状蛋白质分子组成简单蛋白质结合蛋白质溶解度可溶蛋白质不可溶状蛋白质2. 分子组成简单蛋白（ 按溶解度）结合蛋
2、白 （按辅基 ）清蛋白 球蛋白谷蛋白醇溶蛋白精蛋白 组蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白与蛋白聚糖脂蛋白色蛋白磷蛋白功能酶调节蛋白贮存蛋白转运蛋白运动蛋白防御蛋白和毒蛋白受体蛋白支架蛋白结构蛋白异源功能三、蛋白质的元素组成N的含量平均为16% 凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础蛋白质含量 = 蛋白氮 6.25 (100/16)碳(C) 50% 55%氢(H) 6% 8%氧(O) 19% 24%氮(N) 13% 19%硫(S) 0% 4%少量的 磷(P)、铁(Fe)、铜 (Cu)、锌(Zn)和碘(I) 等元素组成氨基酸 （amino acids）是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种
3、标准氨基酸组成。三、蛋白质的氨基酸组成除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。CRH2NHCOOHCRH3N+HCOO-或构成蛋白质的20种氨基酸(aa)的结构特点:1. 均为L氨基酸，各种aa的R侧链各不相同 2. 碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)3. -碳原子为不对称(手性)碳原子(甘氨酸除外）氨基酸(amino acid) 蛋白质的基本构成氨基酸结构通式COO-R groupAmino group Carboxylic group L-Form Am
4、ino Acid StructureaH = GlycineCH3 = AlanineH N3+H-碳：有机物中主链与官能团连接 的最近的一个碳位Mirror Images of Amino AcidaaMirror imageSame chemical propertiesStereo isomers不带电形式H2NCHCOOHR+H3NCHCOO-R两性离子形式 C如是不对称C（除Gly），则：1. 具有两种立体异构体 D-型和L-型2. 具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）不对称碳原子（手性碳）：四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失 去对称性的四面体碳氨基酸的分类根据氨基酸侧链基团()
5、的结构和理化性质，将其 分为 ：非极性 氨基酸极性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸中性氨基酸Leu L-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C CN N+ -C-C-C-C-NH3+-C-C- -OH-C- NAliphaticAmideAcidicImino, CircularBasicSulfurHydroxyAromatic-C-C-C-N-C-NN+=C -C-C-CC -C-C-CC C -CCC CHN C-COOHa-C-COHGln QAsn NAsp DGlu EPhe FArg RLys
6、KHis HGly GAAAlaVValI IleYTyrSer SThr TMet MCys CTrp WClassified by Chemical StruturePOLARNON- POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAla ValIle LeuMetPheTrp ProClassification of Amino Acids by PolarityPolar or non-polar, it is the bases of the amino acid properties.不常见的蛋白质aa1234
7、56123545-羟脯氨酸5-羟赖氨酸必需氨基酸：人体不能合成，但是人体必需的成人 ： Phe 、 Met、 Lys 、Thr 、 Trp、 Leu、Ile、Val记忆口诀：笨蛋来宿舍，晾一晾鞋婴儿期：Arg和His半必需aa氨基酸的重要理化性质1. 一般物理性质无色晶体，熔点极高（200以上，离子晶 格-静电引力），不同味道；水中溶解度差别较大 （极性和非极性），不溶于有机溶剂。2. 两性解离和等电点氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子 形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质 子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子 ，为两性电解质。调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的NH3+
8、基和COO- 基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸 所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。pI时，aa的溶解度最小，容易沉淀H3NCHCOOHR+在酸性溶液 中的氨基酸（pHpI）H3NCHCOO-R+在晶体状态 或水溶液中 的氨基酸（ pH=pI）H2NCHCOO-R在碱性溶液 中的氨基酸（pHpI）（当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的 -氨基、-羧基是可以离子化的。） 丙氨酸的电离平衡等电点时：Ala+ = Ala-丙氨酸的等电点 p I =（2.34 + 9.69 ) / 2 = 6.02-lgH+2=-lgK1-lgK2侧链上有解离基团的aa的p
9、I如何计算？Glu、LysK1K2K32.194.259.67GluGlu+Glu-Glu2-n碱性氨基酸 p I =1/2 (p K2 +p KR)n酸性氨基酸 p I =1/2 (p K1 +p KR)氨基酸等电点的确定：1）酸碱滴定（滴定曲线）2）根据pK值（该基团在此pH一半解离） 计算：等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均 数。pI = pK1+pK2 2or（ pI = ）pK2+pK3 2129630 OH pK1pK2pHpIH-C-RCOO-NH2 H+ Isoelectric point = pK1 + pK22Amino Acids Isoelectric pointJ
10、uang RH (2004) BCbasicsAo=A-A+=Ao在等电点以上的任一pH，aa带净负电荷，因此在电场中向正极移动。在低于等电点的任一pH，aa带有净正电荷，在电场中向负极移动。在一定范围内，aa溶液的pH离等电点愈远，aa所带静电荷愈大。aa化学性质R RH2N-CH-COOH H3N+-CH-COO-(1) -氨基参加的反应a. 与亚硝酸反应在标准条件下测定生成N2体积，即可计算出aa的量。Van Slyke法测定氨基氮的基础。可用于aa定量和Pr水解程度的 测定。 N2一半来自aa，一半来源于HNO2。b. 烃基化反应 与2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反应该反应首先被英国
11、的Sanger用来鉴定多肽、蛋 白质的N末端aaH2与异硫氰酸苯酯（PITC）该反应首先被Edman用来鉴定多肽、蛋白质的N末端aa。重 复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动 分析仪”。苯氨基硫甲酰氨基酸苯硫乙内酰尿氨基酸c. 形成西佛碱反应西佛碱：氮原子与碳原子用双键连接形成的一类化合物是以aa为底物的某些酶促反应如转氨基反应的中间物 d. 脱氨基反应e. 荧光胺反应(2) -羧基参加的反应a. 成盐或成酯反应b. 脱羧基反应c. 叠氮反应酰化氨基酸甲酯Y=酰基酰化氨基酸酰肼酰化氨基酸叠氮(3) -氨基和-羧基共同参加的反应a.与茚三酮的反应：加 热还原型茚三酮水合茚三酮蓝紫
12、色物质Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）。黄 色b.成肽反应一个aa的NH2与另一个aa羧基可以缩合成肽二酮吡嗪（甘氨酸酐）GlyOaa混合物的分析分离（1）分配层析法的一般原理常用分离方法：分配柱层析、纸层析、薄层层析、离子交换层析、气液层析、高效液相层析所有的层析系统通常都由2相组成，一个为固定相或静相，一个为流动相或动相，混合物在层析系统中的分离决定于该混合物的组分在这两相中的分配情况。纸色谱为分配色谱，色谱过程在固定相构成的 平面状层下进行。滤纸为载体，固定相为滤纸上 的水，流动相（展开剂）为用水饱和过的有机溶 剂。纸色谱属于分配色谱。 衡量物质向上移动的物理量是比移值（Rf）（相 对迁移率）=XY例:大黄中游离蒽醌的纸色谱图溶剂前沿大黄素甲醚芦荟大黄素大黄素大黄酸点样点XY
