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1、第一章蛋白质化学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。一、蛋白质的生物学意义1.生物体的组成成分2.酶3.运输4.运动5.抗体6.干扰素7.遗传信息的控制8.细胞膜的通透性9.高等动物的记忆、识别机构三、蛋白质的氨基酸组成氨基酸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种标准氨基酸（20standardaminoacids)组成。（一）氨基酸的结构通式：19种氨基酸具有一级氨基（-N
2、H3+）和羧基（-COOH）结合到碳原子（C），同时结合到（C）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro具有二级氨基（-亚氨基酸）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. 2.具有旋光性左旋（-）或右旋（+）（二）氨基酸的分类1、按照R基的化学结构分类（1）、R为脂肪烃基的氨基酸（5种）R基均为中性烷基，R基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点。（6.00.03）Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性从Gly至Ile，R基团疏水性增加（2）、R中含有羟基和硫的氨基酸（共4种）Ser
3、的-CH2OH基（pKa=15）在生理条件下不解离，但在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。Cys的R中含巯基（-SH），具有两个重要性质：（1）在较高pH值条件，巯基离解。（2）两个Cys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。uCys与结石Met在生物合成中是一种重要的甲基供体。（3）、R中含有酰胺基团（2种）酰胺基中氨基易发生氨基转移反应（4）、R中含有酸性基团（2种）Asp、GluAsp侧链羧基pKa为3.86，Glu侧链羧基pKa为4.25它们是唯一在生理条件下带有负电荷的的两个氨基酸（5）、R中含碱性基团（3种）Lys侧链氨基的pK
4、a为10.53，生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（NH3+），侧链的氨基反应活性增大。Arg是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。His是pKa值最接近生理pH值的一种（游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35），是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。His在酶的酸碱催化机制中起重要作用在280nm处，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱。（6）、芳香族氨基酸（7）、杂环族氨基酸（2种）Pro的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。一般出现在两段-螺旋之间的转角处，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，
5、 u必需氨基酸：成年人：Thr、 Val、 Leu、Ile、 Phe 、Trp、Lys、Met婴儿期：Arg和His供给不足，属半必须氨基酸根据R的极性分类氨基酸非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp极性氨基酸：不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；带正电：His、Lys、Arg；带负电：Asp、Glu非极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸 6种这类氨基酸的侧链都能与水形成氢键，因此很容易溶于水带负电荷的aa(酸性aa)（4）、带正电何的aa(碱性aa)不常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸（三）氨基酸的重要理化性质1. 一般物理性质
6、2. 无色晶体，熔点极高（200以上），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3. 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）。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）（
7、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。两性 氨基酸既含有NH2，又含有COOH它既能与酸成盐：又能与碱成盐：实际上，氨基酸分子以内盐形式存在：等电点当AA溶于水时，COOH与NH2都可电离：但COOH和NH2的电离程度不同。通常，电离程度：COOHNH2加酸或加碱于氨基酸水溶液中，可调节COOH和NH2的电离程度，使COOH和NH2的电离程度相同，此时溶液的pH值称为氨基酸的等电点：等电点的定义：氨基酸溶液中羧基与氨基的电离程度相同时溶液的pH值。氨基酸在溶液中以偶极离子存在时，溶液的pH值。在电场中，氨基酸既不向阴极移动，也不向阳极移动时，氨基酸溶液
8、的pH值。不同的氨基酸，其等电点不同等电点时，AA溶解度最小，最容易从溶液中析出。利用等电点，可分离各种不同的氨基酸。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+pK22or（pI=）pK2+pK32等电点的计算 中性氨基酸：以Gly为例 K1=Gly H+Gly+K2=Gly- H+GlypI时，Gly+ = Gly- Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.97Gly酸性氨基酸，以As
9、p为例：碱性氨基酸，以Lys为例： 如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为-,-，别-和别-氨基酸。 L-苏氨酸 (L-threonine) D-苏氨酸 (D-threonine) L-别-苏氨酸 (L-allo-threonine) D-别-苏氨酸 (D-allo-threonine)旋光性： 组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子， 所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“一”号表示，向右旋转的称右旋，用“”号表示。 旋光度，比旋光度消旋外消旋内消旋光吸收： 组成蛋白质的氨基酸中，Trp、Tyr和 Phe对紫外光有一定的吸收，这是因为它们分
10、子中含有苯环，是苯环的共轭双键造成的，这三个氨基酸的光吸收都在280nm附近。 3.化学性质（1）与茚三酮的反应：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）。（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+OH-中和滴定HCHORCHCOO-NHCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸（3）与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应NO2FO2N+HNCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+HF弱碱性DNP-氨基酸DNP多肽水解DNP-氨基酸经纸层析，可以鉴定N端氨基酸
11、H2NCHCOOH+RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.740NCH3CH3O=S=OHNCHCOOHRDNS-氨基酸取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高酰基化反应 酰氯：苄氧酰氯（Cbz-Cl）:对甲苯磺酰氯(Tos-Cl) :叔丁氧酰氯(Boc-Cl): 酸酐：邻苯二甲酸酐：（R酰基）（4）与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应N=C=S+NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF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”（5）与荧光胺反应：根据荧光强度测定
12、氨基酸含量（ng级）。激发波长x=390nm，发射波长m=475nm。（6）与5,5-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应：H2NCHCH2SSHNO2HOOCSNO2COOHCOOH+SSNO2NO2HOOCCOOHH2NCHCOOH+CH2SHpH8.0硫代硝基苯甲酸测定Cys含量（pH8.0412nm的摩尔消光系数=13600）（7）苯环的黄色反应 phe+少量浓H2SO4+浓HNO3 黄色 TyrorTrp+ 浓HNO3 黄色 （8）酚基的Millon反应（米伦氏反应） HgNO3 Tyr+Hg(NO3)2 红色 HNO3 （9）pauly反应 His + 重氮苯磺酸 红色（棕红色） Ty
13、r + 重氮苯磺酸 橘黄色 （10）Folin一酚反应 +磷钼酸 Tyr磷钨酸 orTrp蓝色（钼蓝与钨蓝混合物） 纸层析 单向纸层析图Rf值 四、肽（peptide） 肽的结构和命名 肽是由两个或两个以上的氨基酸通过肽键连接而形成的化合物。 Peptide bond氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 N端氨基酸残基氨基酸残基C端肽链书写方式：N端C端 肽链有链状、环状和分支状。 （一）谷光甘肽（GSH）H2N-CHCH2CH2COCOOH-GluNHCHCOCH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG（二）催产素和升压素均为9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平
14、滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。（三）促肾上腺皮质激素（ACTH）39肽，活性部位为第410位的7肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。（四）脑肽脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。Met-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-内啡肽（31肽）具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。（五）胆囊收缩素（六）胰高血糖素由胰岛-细胞分泌（-细胞分泌胰岛素），29肽。胰高血糖素调节维持血糖浓度。五、蛋白质的结构蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多
15、肽链折叠形成特殊的形状（构象）（conformation）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构（primary），二级结构（secondary），三级结构（tertiary）和四级结构（quaternary）（不总是有）。（一）蛋白质的一级结构（化学结构）一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键（covalentbonds）主要指肽键（peptidebond）和二硫键（disulfidebond）HPhe-Val-Asn-Gln-Hi
16、s-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-TyrLeu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSS牛胰岛素的化学结构SS一级结构确定的原则：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出蛋白质的一级结构。（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonancestructure），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。CCNCOHCNO-H+CC氨基的H
