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1、第2章 蛋白质的构件氨基酸在生物体内,蛋白质(protein)是一类最重要的生物分 子,是生物功能的主要载体。蛋白质和核酸构成细胞原生 质(protoplasm)的主要成分,而原生质是生命现象的物质 基础。自然界中存在的、种类以千万计的蛋白质在结构和 功能上的多样性归根结底是由20种构件氨基酸的内在性 质造成的。构成蛋白质20种氨基酸的内在性质:1.聚合能力2.独特的酸碱性3.氨基酸侧链的结构和化学官能度的多样性4.手性一、蛋白质的化学组成和分类 、蛋白质的化学组成蛋白质的平均含氮量为16%,这是蛋白质元素组成的一个特点, 是凯式定氮法测定蛋白质含量的计算基础:蛋白质含量=蛋白氮6.25 (其
2、中6.25是16%的倒数) 2.蛋白质的分类(1) 简单蛋白:仅由氨基酸组成的蛋白质。(2) 缀合蛋白:蛋白质中除了氨基酸外,还有其他化学成 分作为其结构的一部分,这样的蛋白质称为缀合蛋白。 其中非蛋白质成分称为辅基或称为配基或配体。通常辅基在蛋白质的功能方面起重要作用,如果辅基是通过共价键与蛋白质结合的,则必须对蛋白质进行水解 才能释放它;通过非共价键力与蛋白质结合的,只要使蛋白质变性即可把它除去。简单蛋白质可以根据其溶解度进行分类,缀合蛋白质可按其辅基成分分类(表2-1)表2-1 蛋白质的分类简单蛋白 溶解性 缀合蛋白 辅基清蛋白 溶于水或稀盐,为饱和硫酸铵所沉淀 糖蛋白 糖类球蛋白 不溶
3、于水,溶于稀盐,为半饱和硫酸铵所沉淀 脂蛋白 脂质谷蛋白 不溶于水、醇或稀盐,溶于稀酸或稀碱 核蛋白 DNA或RNA谷醇溶蛋白 不溶于水、溶于70%80%乙醇 磷蛋白 磷酸基组蛋白 溶于水及稀酸,为氨水所沉淀 金属蛋白 Fe.Cu.Zn.Mn.Mo等鱼精蛋白 溶于水及稀酸, 不溶于氨水 血红素蛋白 亚铁原卟啉硬蛋白 不溶于水、稀盐、稀酸或稀碱 黄素蛋白 黄素核苷酸 (FMN.FAD)近年来,有些学者依据蛋白质的生物学功能把蛋白质分为酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白、收缩和运动蛋白、结构蛋白、支架蛋白、保护和开发蛋白等。二、蛋白质的水解蛋白质可以被酸、碱或蛋白（水解）酶催化水解。 在水解过程中,
4、被逐渐降解成相对分子量越来越小的肽 （片）段或称肽碎片,直到最后成为氨基酸的混合物。根据蛋白质的水解程度,可分为完全水解和部分水 解两种情况。完全水解或称彻底水解,得到的水解产物 是各种氨基酸的混合物;部分水解即不完全水解,得到的 产物是各种大小不等的肽段和氨基酸。酸、碱和酶三种水解方法及其优缺点:（P16）(1) 酸水解(2) 碱水解(3) 酶水解三、-氨基酸的一般结构地球上天然形成的AA300种以上。构成 蛋白质的AA只有20余种，（除脯氨酸外）且 都是-氨基酸。氨基酸的结构通式 脯氨酸的结构R为可变的侧链H2C CH2H2C CH COO-NH2+ -C-C-C-C-COOH -C-C-
5、C-C(NH2)-COOH -氨基酸 -C-C-C(NH2)-C-COOH -氨基酸 -C-C(NH2)-C-C-COOH -氨基酸什么是-氨基酸？氨基酸含有氨基和羧基，具有两性电离性大多数AA在中性pH时呈兼性离子状态:除甘氨酸外，19种AA都具有旋光性。除胱氨酸和酪氨酸外，其余AA都能溶于水。COOH COO-NH2 NH3+-H+H+氨基酸同时含有氨基和羧基，它们能以首尾相连的方式 进行聚合反应，除去一分子水形成一个共价酰胺键或称肽键。四、氨基酸的分类（一）常见的蛋白质氨基酸（二）不常见的蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸（一）常见的蛋白质氨基酸的分类 按基的化学结构分类：、脂肪族aa(1
6、)中性aa（2）含羟基或硫aa（）酸性aa及其酰胺（）碱性aa、芳香族aa、杂环aa按基的极性性质分类：、非极性基aa、不带电荷的极性基aa3、带正电荷的基aa4、带负电荷的基aa(二)不常见的蛋白质氨基酸除上述20种基本氨基酸外,在某些蛋白质种 还存在一些不常见的氨基酸(如图2-7) ,它们都 是由多肽中相应的常见氨基酸修饰而来的。(三) 非蛋白氨基酸除了参与蛋白质组成的20多种氨基酸外,还 在各种组织和细胞中找到200多种其它氨基酸。 这些氨基酸大多是蛋白质中存在的L型-氨基酸衍生物(图2-8)。但是有一些是- ，-， 或-氨基酸,并且有些是D-型氨基酸。这些氨 基酸中有些是重要的代谢中间
7、物。鸟氨酸瓜氨酸五、氨基酸的酸碱性(一) 氨基酸的解离氨基酸在晶体和水中以兼性离子(zwitterion)也称 偶极离子(dipolar ion)的形式存在,极少数为中性分子( 只存在于溶液中)H3NCHCOOHR+（pHpI）H3NCHCOO-R+（pH=pI）H2NCHCOO-R（pHpI）氨基酸完全质子化时,可以看成是多元酸,侧链不解离的 中性氨基酸可看作二元酸,酸性氨基酸和碱性氨基酸可视为三元酸。(表观解离常数)(表观解离常数)A+= A-=当到达等电点时, A+=A-方程两边取负对数, Ka1Ka2= H+2 H+=pH , Ka1=pk1(解离常数), Ka2=pk2 2 pH=p
8、k1+pk2令pI为等电点时的pH,则侧链不含离解基团的 中性氨基酸 pI=(pk1+pk2)/2A0 H+Ka1H+A0 Ka2即 Ka1Ka2=H+2甘氨酸滴定曲线(二)氨基酸的等电点等电点（pI）：当氨基酸溶液为某一pH值时，AA主要 以兼性离子的形式存在，分子中所含的正负电荷数目 相等，净电荷为零。这一pH值即为AA的等电点 （ pI）。在pI时，AA在电场中既不向正极也不向负极移 动，即处于两性离子状态。在等电点以上的任一pH值 ，氨基酸带有净负电荷，在电场中向正极移动。在低 于等电点的任一pH值，氨基酸带有净正电荷，在电场 中将向负极移动。在一定的pH值范围内，氨基酸溶液的pH值离
9、等电点 愈远，氨基酸所携带的净电荷量愈多。对于R基不解离的中性氨基酸来说,其等电点是它的 pKa1和pKa2的算术平均数。l pI = (pKa1 + pKa2 )/2 对有多个可解离基团的氨基酸来说,只要写出它的 解离公式,然后取等电点兼性离子两边的pKa值的平均 值,则得其pI值。六、氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应是指它的a-羧基、a-氨基和R基团侧链 上的官能团参加的反应。所有氨基酸的a-羧基和a-氨基呈现相似的化学反应性。侧链的化学反应性则各不相同,这取决于官能团的本质。(一) a-羧基反应:(二) a-氨基反应(三) 茚三酮反应(四) 侧链官能团的特异反应七、氨基酸的旋光性和光谱性质（一）氨基酸的旋光性和立体化学(二) 氨基酸的光谱性质1、紫外吸收光谱可见光区（ 400nm）：无吸收； 红外区和远紫外区（ 200nm） ：都有吸收； 近紫外区（200400nm）：只有芳香族氨基酸（ 色氨酸Trp：280nm 、酪氨酸Tyr：275nm、苯 丙氨酸Phe ：257nm）有吸收光的能力。原因：它们的R基含有苯环共轭派键系统。Trp 280nm Tyr 275nm Phe 257nm蛋白质含量测定280nm、核磁共振波谱(仪器分析内容 )八、氨基酸混合物的分离和分析(生物化学实验技术原理的内容)(一) 分配层析(二) 离子交换层析
