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1、第五章 蛋白质1.氨基酸2.肽键和多肽3.蛋白质1.氨基酸2.肽键和多肽3.蛋白质1.1.1. 氨基酸是蛋白质的基本组成单位氨基酸是蛋白质的基本组成单位蛋白质主要元素组成为蛋白质主要元素组成为C、H、O、N、S。蛋白质。蛋白质平均含平均含N量为量为16,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量蛋白质含这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量蛋白质含N量量6.25蛋白质通过蛋白质通过酸酸(HCl或或H2SO4)水解、碱水解、碱(NaOH)水解或酶水解可降解为多肽水解或酶水解可降解为多肽，最终完全水解为其组成，最终完全水解为其组成氨基酸氨基酸。常见氨基酸有常见氨基酸有20种，其中种
2、，其中8(9)种是人体必须氨基酸。种是人体必须氨基酸。1.1. 氨基酸的分类、结构和名称氨基酸的分类、结构和名称1.1.2. 氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式氨基连接在氨基连接在碳碳上，因此称上，因此称-氨基酸氨基酸蛋白质中的氨基酸都是蛋白质中的氨基酸都是L型的型的-氨基酸都是氨基酸都是白色晶体白色晶体，熔点都在，熔点都在200以上。以上。每种氨基酸都有特殊的晶型，可据此鉴别不同的氨基酸。每种氨基酸都有特殊的晶型，可据此鉴别不同的氨基酸。除酪氨酸外，除酪氨酸外，一般都能溶于水。一般都能溶于水。1.1.3. 中性中性pH下，氨基酸是兼下，氨基酸是兼(两两)性离子性离子1.1.4. 生物体内氨基酸
3、的分类常见的蛋白质氨基酸常见的蛋白质氨基酸： 20种种氨基酸氨基酸稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应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常见氨基酸的衍生物。如。如4-羟脯氨酸、羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。生物体内呈游离或结合态的氨基酸。非极性非极性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸(7种种)甘氨酸丙氨酸缬氨酸甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸甲硫氨酸异亮氨酸亮氨酸甲硫氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸1.1.5. 常见的二十种氨基酸常见的二十种氨基酸芳香族氨基酸芳香族
4、氨基酸 (3种种)苯丙氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸天冬酰胺谷胺酰胺天冬酰胺谷胺酰胺不带电极性不带电极性氨基酸（氨基酸（5种）种）亲水性高于非极性氨基酸。亲水性高于非极性氨基酸。带正电（碱性）氨基酸 （带正电（碱性）氨基酸 （3种）种）赖氨酸精氨酸组氨酸赖氨酸精氨酸组氨酸His的咪唑基其的咪唑基其pKa接近中性，是潜在质子供体接近中性，是潜在质子供体/受体。受体。亲水性强亲水性强带负电（酸性）氨基酸（带负电（酸性）氨基酸（2种）种）天冬氨酸谷氨酸天冬氨酸谷氨酸亲水性最强亲水性最强Summery1. 脂肪族脂肪族氨基酸：氨基酸：Gly，Ala，Pro
5、，Val，Leu，Ile，Met2. 芳香族芳香族氨基酸：氨基酸：Phe，Tyr，Trp3. 极性极性氨基酸（不带电）：氨基酸（不带电）：Ser，Thr，Cys，Asn，Gln4. 酸性酸性氨基酸：氨基酸：Asp，Glu5. 碱性碱性氨基酸：氨基酸：Lys，Arg，His氨基酸的侧链空间填充模型氨基酸的侧链空间填充模型半胱氨酸胱氨酸脯氨酸半胱氨酸胱氨酸脯氨酸1.1.6. 常见氨基酸的三字符和单字符常见氨基酸的三字符和单字符1.1.6. 常见氨基酸的三字符和单字符常见氨基酸的三字符和单字符1.1.6. 常见氨基酸的三字符和单字符常见氨基酸的三字符和单字符1.1.7. 八种必需氨基酸八种必需氨基酸
6、“一两色素本来淡些一两色素本来淡些”（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸）。精氨酸和组氨酸（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸）。精氨酸和组氨酸1.1.8. 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸5-羟赖氨酸和羟赖氨酸和4-羟脯氨酸存在于羟脯氨酸存在于胶原蛋白胶原蛋白中；中；1.1.8 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸6-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中；甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中；-羧基谷氨酸存在于凝血酶原中；羧基谷氨酸存在于凝血酶原中；1.1.9. 非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸在细胞中还发现了大约在细胞中还发现了大约300多种不参
7、与蛋白质组成的氨基酸，它们有广泛的功能， 如多种不参与蛋白质组成的氨基酸，它们有广泛的功能， 如鸟氨酸和瓜氨酸鸟氨酸和瓜氨酸是尿素循环的是尿素循环的中间代谢物中间代谢物。鸟氨酸瓜氨酸鸟氨酸瓜氨酸1.2. 氨基酸的基本理化性质氨基酸的基本理化性质除除甘氨酸甘氨酸外，所有天然外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性旋光性。1.2.1. 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质1.2. 氨基酸的基本理化性质氨基酸的基本理化性质 色氨酸 色氨酸(Trp)、酪氨酸、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸和苯丙氨酸(Phe)的侧链的侧链R基团中含有苯
8、环共轭双键系统，在紫外光区（基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区（220-300nm）有特征的吸收谱带，最大光吸收（）有特征的吸收谱带，最大光吸收（ max）分别为）分别为279、278、和、和259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。1.2.1. 氨基酸的光学性质氨基酸的光学性质TrpTyrPhe的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱摩尔吸收系数波长摩尔吸收系数波长280nm1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸在水溶液中的氨基酸在水溶液中的
9、偶极离子偶极离子(zwitterion)既是质子供体也是质子受体，它是既是质子供体也是质子受体，它是两性电介质两性电介质(ampholytes)Acid: proton donorBase: proton acceptorK2=A-HA0K1= A0HA1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸完全质子化时，可看成多元酸，可分部解离：氨基酸完全质子化时，可看成多元酸，可分部解离：1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点对侧链不解离的中性氨基酸，当对侧链不解离的中性氨基酸，当pH=2pK1+pK2pH=2pK1+pK2时，氨基酸所带
10、静电荷为时，氨基酸所带静电荷为0，此时的，此时的pH称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点，记为等电点，记为pI. 即即等电点等电点(pI)是氨基酸是氨基酸静电荷为零时的静电荷为零时的pHK2=A-HA0K1= A0HAK1K2=A-H+2A+pH=pK1+pK22+logA-A+From Stryer BiochemistryIonization state as a function of pH1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点pH = pI净电荷净电荷=0pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ H+ OH
11、-+ H+ OH-(pK1)(pK2)pH= pI+logA-A+pI=2pK 1+pK RpI=2pK 1+pK R一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算：一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算： 氨基酸等电点的计算 氨基酸等电点的计算1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK 2+pK RpI=2pK 2+pK R1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点 氨基酸等电点的计算氨基酸的两性解离性质及等电点 氨基
12、酸等电点的计算可见，氨基酸的可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的值等于该氨基酸的两性离子状态两侧两性离子状态两侧的基团的基团pK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK1+pK2一氨基一羧基一氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK2+pKR二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK1+pKR一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算：1.2.2. 氨基酸的两性解离性质及等电点 氨基酸等电点的计算氨基酸的两性解离性质及等电点 氨基酸等电点的计算1.2.3. 氨基酸与茚三酮反应+3H20水合茚三酮水合茚三酮(无色无色)NH3CO2RCHO
13、+还原性茚三酮还原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加热加热水合茚三酮水合茚三酮+ 2NH3 +还原性茚三酮还原性茚三酮用于鉴定氨基酸，灵敏度高用于鉴定氨基酸，灵敏度高1.2.4.氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（1.2.4.氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应sanger反应）DNFB (dinitrofiuorobenzene)DNP-AA(黄色黄色)+ HF弱硷中弱硷中氨基酸氨基酸用于蛋白质用于蛋白质N-端测定端测定1.2.5.氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应）1.2.5.氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应
14、）PITC（phenylisothiocyanate）+苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) (phenylisothiohydantion-AA)弱硷中弱硷中(400C)(硝基甲烷硝基甲烷 400C)H+用于蛋白质末端测定和序列测定用于蛋白质末端测定和序列测定2. 肽键和多肽肽键和多肽2.1. 肽键（酰胺键）的形成肽键（酰胺键）的形成2分子氨基酸头尾连接，脱水缩合形成酰胺键（肽键）分子氨基酸头尾连接，脱水缩合形成酰胺键（肽键）N端端C端端2.2. 肽键具有部分双键的性质肽键具有部分双键的性质 肽键有部分双键性质； 肽键有部分双键性质； CN键不能自由旋转，周边六个原子在同一平
15、面上键不能自由旋转，周边六个原子在同一平面上, 称为称为肽平面肽平面； 前后两个氨基酸的； 前后两个氨基酸的 -C在对角-C在对角(trans)。(trans)。2.2. 肽键具有部分双键的性质肽键具有部分双键的性质CN具具40双键性质双键性质CO具具40单键性质单键性质肽平面肽平面P轨道电子共振使肽键具有部分双键性质轨道电子共振使肽键具有部分双键性质2.3. 肽平面与肽单位肽平面与肽单位从一个从一个C 原子到下一个 原子到下一个C 原子之间的结构为一个肽单位 原子之间的结构为一个肽单位两个肽平面的交接点为两个肽平面的交接点为C ；前后两个前后两个C 取反式结构，取反式结构，C 上连接侧链上连
16、接侧链R基；基；C N和和C C是单键，原则上可自由旋转；是单键，原则上可自由旋转；2.4. 蛋白质的主链和侧链蛋白质的主链和侧链主链主链(main chain) 或 骨架或 骨架(backbone):主链原子包括一个与侧链相连的主链原子包括一个与侧链相连的C原子，一个与原子，一个与C 原子相连的原子相连的NH基团和一个羧基基团和一个羧基C=OR基团为基团为侧链侧链，或称氨基酸，或称氨基酸残基残基蛋白质以肽单位连接成长链蛋白质以肽单位连接成长链谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基，或防止过氧化物积累。谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基，或防止过氧化物积累。2.5. 天然存在的活性多肽天然存在的活性多肽生物体内有一些活性多肽游离存在，它们有广泛的生理活性：激素、抗菌素、毒素、辅助因子等谷胱甘肽生物体内有一些活性多肽游离存在，它们有广泛的生理活性：激素、抗菌素、毒素、辅助因子等谷胱甘肽2.5. 天然存在的活性多肽天然存在的活性多肽 -天冬氨酸天冬氨酸-苯丙氨酸甲酯：甜味剂苯丙氨酸甲酯：甜味剂from 天然存在的活性多肽
