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1、第一章第一章蛋白质化学蛋白质化学本章内容本章内容n n蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能n n蛋白质的组成蛋白质的组成n n氨基酸的化学氨基酸的化学n n蛋白质的结构蛋白质的结构n n蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系n n蛋白质的性质蛋白质的性质n n蛋白质的分离纯化蛋白质的分离纯化n n蛋白质的分类蛋白质的分类生命是蛋白生命是蛋白 体的存在方式，这体的存在方式，这 种存在方式本质上种存在方式本质上 就在于这些蛋白体就在于这些蛋白体 的化学组成部分的的化学组成部分的 不断自我更新。不断自我更新。恩格斯恩格斯反杜林论反杜林论18781878概念：概念：n n蛋白质（蛋白质（
2、proteinprotein，简写，简写pro):pro):是由是由2020种天然的种天然的L- L- 氨基酸按一定的氨基酸按一定的顺序（序列）通过酰胺键（肽键）缩顺序（序列）通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定构象并有一定合而成的，具有较稳定构象并有一定生物功能的生物大分子。生物功能的生物大分子。一、蛋白质的生物学功能一、蛋白质的生物学功能1 1、催化作用、催化作用n n几乎所有的酶都是蛋白质几乎所有的酶都是蛋白质膜 蛋 白2 2、生物体的结构成分、生物体的结构成分3 3、运输和储存、运输和储存血红蛋白在血中输送氧血红蛋白在血中输送氧 肌红蛋白在肌肉中输送氧肌红蛋白在肌肉中输送氧膜蛋白起
3、运输作用4 4、运动作用：、运动作用：动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动5 5、免疫保护作用、免疫保护作用抗体AntibodyAb 6 6、激素作用：、激素作用：胰岛素等胰岛素等 7 7、接受和传递信息的受体：、接受和传递信息的受体：受体蛋白，受体蛋白，8、控制细胞生长、分化：生长因子、阻遏蛋白 9、毒蛋白：植物、微生物、昆虫所分泌 10、许多蛋白在凝血作用、通透作用、营养作用、记忆活动等方面起重要作用。二、蛋白质的组成二、蛋白质的组成（一）蛋白质的元素组成：（一）蛋白质的元素组成：C C、HH、OO、N N 及少量的及少量的 S S特点：特点：NN 在各种蛋白质中的
4、平均含量在各种蛋白质中的平均含量 为为16%16%用定氮法可测定蛋白质含量：用定氮法可测定蛋白质含量： 蛋白质含量蛋白质含量(g) = (g) = 蛋白质含氮量蛋白质含氮量 6.256.25( (二）蛋白质的水解二）蛋白质的水解1 1、完全水解、完全水解：用浓酸、碱将蛋白质：用浓酸、碱将蛋白质 完全水解为氨基酸。完全水解为氨基酸。酸水解酸水解：无消旋作用，产物为：无消旋作用，产物为L- L- 氨基酸。氨基酸。碱水解碱水解：多数氨基酸被破坏，有消旋现象。：多数氨基酸被破坏，有消旋现象。2 2、部分水解、部分水解：一般用酶或稀酸在较温和条件下，将一般用酶或稀酸在较温和条件下，将 蛋白质分子切断，产
5、物为分子大小不等的肽蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽 段和氨基酸。段和氨基酸。蛋白酶：蛋白酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。三、氨基酸的化学三、氨基酸的化学n n氨基酸氨基酸（amino acid, amino acid, 简写简写aa)aa)：蛋白质的基本组成单位，是含氨基蛋白质的基本组成单位，是含氨基 的羧酸。的羧酸。n n天然蛋白质由天然蛋白质由2020种氨基酸组成。种氨基酸组成。（一）氨基酸的结构（一）氨基酸的结构1 1、通式：、通式：-氨基酸中氨基酸中 碳原碳原 子为不对称碳原子为不对称碳原 子（除甘氨酸）子（除甘氨酸） 中文名称英文名称符号与
6、缩写 分子量侧链结构类型 丙氨酸 AlanineA 或 Ala 89.079CH3-脂肪族类精氨酸 ArginineR 或 Arg 174.188HN=C(NH2)-NH- (CH2)3- 碱性氨基酸类天冬酰胺 AsparagineN 或 Asn 132.104H2N-CO-CH2-酰胺类天冬氨酸 Aspartic acidD 或 Asp 133.089HOOC-CH2-酸性氨基酸类半胱氨酸 CysteineC 或 Cys 121.145HS-CH2-含硫类谷氨酰胺 GlutamineQ 或 Gln 146.131H2N-CO-(CH2)2-酰胺类谷氨酸 Glutamic acid E 或 G
7、lu 147.116HOOC-(CH2)2-酸性氨基酸类甘氨酸 GlycineG 或 Gly 75.052H-脂肪族类组氨酸 HistidineH 或 His 155.141N=CH-NH-CH=C- CH2- |_|碱性氨基酸类异亮氨酸 IsoleucineI 或 Ile 131.160CH3-CH2-CH(CH3)-脂肪族类亮氨酸 LeucineL 或 Leu 131.160(CH3)2-CH-CH2-脂肪族类赖氨酸 LysineK 或 Lys 146.17H2N-(CH2)4-碱性氨基酸类 蛋氨酸 MethionineM 或 Met 149.199 CH3-S-(CH2)2-含硫类苯丙氨
8、酸 PhenylalanineF 或 Phe 165.177Phenyl-CH2-芳香族类脯氨酸 ProlineP 或 Pro 115.117-N-(CH2)3-CH- |_|亚氨基酸丝氨酸 SerineS 或 Ser 105.078HO-CH2-羟基类苏氨酸 ThreonineT 或 Thr 119.105CH3-CH(OH)-羟基类色氨酸 TryptophanW 或 Trp 204.213Phenyl-NH-CH=C- CH2- |_|芳香族类酪氨酸TyrosineY 或 Tyr 181.1764-OH-Phenyl-CH2-芳香族类缬氨酸 ValineV 或 Val 117.133CH3
9、-CH(CH2)-脂肪族类由通式可得出：由通式可得出：1 1）组成蛋白质的）组成蛋白质的aaaa都是都是-氨基酸氨基酸 （除脯氨酸除脯氨酸 亚亚 氨基酸外氨基酸外） ； 2 2）不同）不同aaaa仅仅R R链不同；链不同； 3 3）除甘氨酸外，其余）除甘氨酸外，其余aaaa的的-碳原子碳原子 均为不对称碳原子。均为不对称碳原子。2 2、 -氨基酸的构型：氨基酸的构型：n n构型构型：由于基团或原子在空间排列的不对称性：由于基团或原子在空间排列的不对称性 而引起的光学活性立体结构称立体构型而引起的光学活性立体结构称立体构型。n n立体构型立体构型：氨基在左为氨基在左为L-L-型；型；氨基在右为氨
10、基在右为D-D-型型（二）氨基酸的种类及结构（二）氨基酸的种类及结构1 1、按结构可分为、按结构可分为： （1 1）脂肪族侧链：）脂肪族侧链：甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 丝氨酸脯氨酸苏氨酸2 2）芳香族侧链）芳香族侧链 ：苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸3 3）含硫侧链：）含硫侧链：半胱氨酸甲硫氨酸4 4）含氮碱性侧链：）含氮碱性侧链：组氨酸组氨酸 赖氨酸赖氨酸 精氨酸精氨酸 5 5）酸性及酰胺侧链）酸性及酰胺侧链 ：天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺2 2、按、按R R基团的极性分：基团的极性分：类别氨基酸 非极性氨基酸甘氨酸、丙氨酸
11、、缬氨酸、亮氨酸、异 亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸 极性氨基酸极性中性氨基酸色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、 蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸 酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸Gly, G Ala, A Val, V Leu, L Met, M Ile, IPhe, F; Tyr, Y; Trp, WSer, S Thr, T Cys, C Pro, P Asn, N Gln, QLys, K; Arg, R; His, HAsp, D; Glu, E类别氨基酸亲水性氨基酸D, E, H, K, Q, R, S, T, 羟脯氨酸, 焦谷氨酸疏水性氨基酸A, F, I
12、, L, M, P, V, W, Y, -氨基丁酸, -氨基丙氨酸, 正 亮氨酸未定类C和G3 按其亲水性、疏水性可分为：4 4、按人体是否可合成来分：、按人体是否可合成来分：n n必需氨基酸：必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食机体不能自身合成，必须由食 物供给的氨基酸。物供给的氨基酸。赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙n n半必需氨基酸：半必需氨基酸：人体可合成，但幼儿期合成人体可合成，但幼儿期合成 速度不能满足需要。速度不能满足需要。组组* *、精、精* *、n n非必需氨基酸：非必需氨基酸：机体可自身合成的氨基酸。机体可自身合成的氨基酸。5 5、
13、稀有氨基酸：、稀有氨基酸：n n胱氨酸：胱氨酸：2 2个半胱氨酸脱氢形成胱氨酸个半胱氨酸脱氢形成胱氨酸羟脯氨酸（胶原蛋白）鸟氨酸（甲状腺蛋白）6 6、非蛋白质氨基酸：、非蛋白质氨基酸：n nL-L-瓜氨酸、瓜氨酸、 L-L-鸟氨酸：参加尿素循环；鸟氨酸：参加尿素循环；n n-丙氨酸：维生素前体；丙氨酸：维生素前体；n n- -氨基丁酸：神经递质；氨基丁酸：神经递质；n n D D- -谷氨酸、谷氨酸、 D-D-丙氨酸：细菌细胞壁的组分丙氨酸：细菌细胞壁的组分 。（三）氨基酸的重要理化性质（三）氨基酸的重要理化性质1 1、一般物理性质：、一般物理性质： 2 2、两性解离与等电点（两性性质）：、两
14、性解离与等电点（两性性质）： （1 1）氨基酸为两性电解质：）氨基酸为两性电解质：（2 2）aaaa解离方式取决于所处环境的解离方式取决于所处环境的pHpH ：pH1pH 11pH6（3 3）等电点）等电点（isoelectric point, isoelectric point, 缩写为缩写为pIpI）定义：定义：aaaa净电荷为零时的溶液的净电荷为零时的溶液的pHpH为该为该aaaa的的 等电点等电点pH1pH 11pH6An acidic amino acid pI=(pK1+pKR)/2A basic amino acid pI=(pKR+pK2)/2（4 4）pIpI的测定的测定 ：n n基于基于aaaa所带基团均所带基团均 可解离；可解离；n n酸碱滴定法；酸碱滴定法；n n得到弱酸弱碱曲线得到弱酸弱碱曲线 ；n n根据根据aaaa上可解离基上可解离基 团的团的p pK K值计算等值计算等 电点：电点：p pK K：解离常数。：解离常数。以甘氨酸为例：以甘氨酸为例：（5 5）等电点的计算）等电点的计算由式可知解离常数：由式可知解离常数：R-R+R K1=RH+ R+K2=R+R-H+ 由此可知：由此可知：已知在已知在pIpI时，时， RR+ += R= R- - ， 整理可得：整理可
