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1、第一章蛋白质化学（12学时）【基本要求】：1 .掌握蛋白质的基本单位-氨基酸的种类、结构特征及其主要的理化性质。2 .掌握蛋白质的一二三四级结构以及稳定其结构的重要作用力。3 .掌握蛋白质的重要性质（两性解离、变性、沉淀、紫外吸收、颜色反应）【内容提要与学时分配】1 .蛋白质的生物学功能（1）3.蛋白质的分子结构（4）5.蛋白质的理化性质（2）2 .蛋白质的元素组成与分子组成4.蛋白质结构与功能的关系（6.蛋白质的分类与分离纯化简介（2)2)1)第一节蛋白质通论一、蛋白质的生物学意义（160）蛋白质是生命的体现者一一恩格斯语。 概括起来，蛋白质主要有以下功能：Protein“第一重要的”，“最
2、原初的”。1.催化功能（Enzyme）2.调节功能 3.运动功能4.运输和跨膜转运功能5.保护和防御功能6.信息传递与识另I功能7.贮存功能8.结构功能二、蛋白质的分类（158）（一）按分子形状分类1.球状蛋白2.纤维状蛋白（二）按分子组成分类简单蛋白：清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。缀合蛋白：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白和金属蛋白。 三、蛋白质的元素组成与分子量（157）1 . 元素组成蛋白质平均含碳50%,氢7%,氧23%,氮16%。其中氮的含量较为恒定，而且在糖和脂类中不含氮，所以常通过 测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量。如常用的凯氏定
3、氮法：蛋白质含量=蛋白氮X6.25 （即100/16 ）。2 .蛋白质的分子量蛋白质的分子量变化范围很大，从 6000到100万或更大。四、蛋白质的水解（123）蛋白质的水解主要有三种方法：1 .酸水解2.碱水解3.酶水解第二节 氨基酸（amino acid）二 氨基酸的结构与分类（124）（一）基本氨基酸组成蛋白质的20种氨基酸称为基本氨基酸，或称为常见氨基酸、蛋白质氨基酸。基本氨基酸都符合通式，都有单字母和三字母缩写符号。一般结构特征：I. 它们中除脯氨酸外都是a-氨基酸，即在a -碳原子上有一个氨基。II. 不同的氨基酸，其 R侧链不同，对氨基酸的理化性质和在结构中的影响也不同。III.
4、 天然氨基酸都是L-构型的，即竣基在上，氨基在左端。若氨基在右为D-构型（与标准甘油醛的构型参照得出的）A.按照氨基酸侧链的极性分类（127 ）:非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共七种带正电荷：Arg, Lys, His带负电荷：Asp, GluB.按照氨基酸侧链的化学结构，分为三类：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。1.脂肪族氨基酸 共15种。侧链只是烧链：Gly, Ala, Val, Leu, Ile侧链含硫原子：Cys, Met侧链含酰胺基
5、：Asn （ND , Gln （Qo侧链含有羟基：Ser, Thr侧链含有竣基：Asp （D） , Glu （E） 侧链显碱性：Arg （R） , Lys （K）2 .芳香族氨基酸包括苯丙氨酸（Phe,F）、色氨酸（Trp,W）和酪氨酸（Tyr,Y）三种。3 .杂环氨基酸包括组氨酸（His）和脯氨酸（Pro）种。（B 是指 Asx,即 Asp或 Asn； Z 是指 Glx ,即 Glu 或 Gln。）C.照酸碱性分类：酸性氨基酸：Asp, Glu碱性氨基酸：Arg, Lys, His中性氨基酸：15种还有两种新发现的氨基酸：硒代半胱氨酸（Sci 2002.5.24 ）叱咯赖氨酸小结：2酸一3碱
6、一3芳香一2含S 2含OH2酰胺甘Gly （最特殊，唯一无旋光性）、丙Ala （顾名思义）/苯丙Phe （顾名思义）、酪Tyr （有0 -苯酚基）、色Trp （ 0 - 口引噪基P66） /甲硫Met （ 丫 -甲硫基）、半胱Cys （ 0 -疏基）、丝Ser （ 0 -羟基）、苏Thr （ 0 -羟基）/天冬Asp （酸性氨基酸，0 -竣基）、天冬酰氨 Asn （ 0 -酰 氨）、谷Glu （酸性氨基酸，丫 -竣基）、谷氨酰氨Gln （ 丫 -酰氨）/精Arg （ S -服基P66）、赖Lys （ -氨基）、组His （ 0 - 咪座基P66） /缴Val、亮Leu、异亮Ile：都是烷烧链/
7、脯Pro （亚氨基）。（二）不常见的蛋白质氨基酸 （128）某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，它们是基本氨基酸在蛋白质合成以后经羟化、竣化、甲基化等修饰衍生而来的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、锁链素等。其中羟脯氨酸和羟赖氨酸在胶原和弹性蛋白中含量较多。在甲状腺素中还有4 ,5-二碘酪氨酸。凝血酶原种含有丫-竣基谷氨酸。（三）非蛋白质氨基酸（129）自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸，它们大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或0、丫、6-氨基酸，多数以游离态存在。这些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间产物，如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间
8、产物，B -丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体，丫 -氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。荧光素含有D-半胱氨酸，青霉素中D-赖氨酸。二、氨基酸的性质（一）物理性质1、水溶性a-氨基酸都是白色晶体，每种氨基酸都有特殊的结晶形状，可以用来鉴别各种氨基酸。一般都溶于水，不 溶于有机溶剂。（除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中；脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醛中）2、旋光性 除甘氨酸外，a -氨基酸都有旋光性，a -碳原子具有手性。苏氨酸和异亮氨酸有两个手性碳原子。3、光谱性质（143）三个带苯环的氨基酸有紫外吸收，F:257nm,; Y:275nm,; W:280nm通常蛋白质的紫外吸收主要是后两
9、个氨基酸决定的，一般在280nm,可以定量测定蛋白质.（二）酸碱性质（129）氨基酸分子中既含有氨基又含有竣基，所以氨基酸是两性电解质（ampholyte）。在水溶液和结晶态中都以偶极离子的形式存在。氨基酸在溶液中的解离方向和解离的程度取决于溶液的PH值。当氨基酸分子所带的净电荷为零时的pH称为氨基酸的等电点（pI）。等电点的值是它在等电点前后的两个pK值的算术平均值。pI= （pK + pK2） /2注意：pI时净电荷为零，但不是不带电荷；此时其溶解度最小，最容易沉淀析出。pHpI时，氨基酸带负电荷，-COOHW离成-COO-,向正极移动。pH=pI时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小pHpI时
10、，氨基酸带正电荷，-NH2解离成-N+H3,向负极移动。（三）化学性质（135）1.氨基的反应（1）与亚硝酸作用氨基酸在室温下与亚硝酸反应，脱氨，生成羟基竣酸和氮气。常用于蛋白质的化学修饰、水解程度测定及氨基酸的定量。这也是Van slyke法测定氨基氮的理论基础。（2与甲醛反应氨基还可以与甲醛反应， 生成羟甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶极离子形式存在，所以不能用酸碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子，其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定，这叫甲醛滴定法，可用于 测定氨基酸。（3）与DNFB反应-Sanger反应氨基酸与2,4-二硝基氟苯（DNFB）在弱碱性溶液中
11、作用生成二硝基苯基氨基酸（ DN嚓基酸）。这一反应是定量转变的， 产物黄色，可经受酸性 100c高温。该反应曾被英国的 Sanger用来测定胰岛素的氨基酸顺序，也叫桑格尔试剂，现在应用 于蛋白质N-末端测定。（4）与异硫氧酸苯酯（PITC）反应-Edman反应a-氨基与PITC （异硫氧酸苯酯）在弱碱性条件下形成相应的苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-AA）,后者在硝基甲烷中与酸作用发生环化，生成相应的苯乙内酰硫月尿衍生物（PTH-AA） o这些衍生物是无色的，可用层析法加以分离鉴定。这个反应首先是Edman用来鉴定蛋白质的 N-末端氨基酸，在蛋白质的氨基酸顺序分析方面占有重要地位，是氨基酸自动序列
12、分析仪的 工作原理。（5）磺酰化氨基酸与5-（二甲月$基）茶-1-磺酰氯（DNS-Cl,丹磺酰氯）反应，生成DNS氨基酸。产物在酸性条件下（6NHCl）100 c也不 破坏，因此可用于氨基酸末端分析。DNS氨基酸有强荧光，激发波长在 360nm左右，比较灵敏，可用于微量分析。2 .竣基的反应竣基可与碱作用生成盐；竣基可与醇生成酯，此反应常用于多肽合成中的竣基保护。3苛三酮反应氨基酸与苗三酮在微酸性溶液中加热，引起脱氨、脱竣反应，最后生成蓝紫色物质（570nm）o而脯氨酸生成黄色化合物（440nm）。常用于氨基酸的定性定量分析.也可通过二氧化碳测定氨基酸含量。4 .以下反应常用于氨基酸的检验：酪
13、氨酸、组氨酸能与重氮化合物反应（Pauly反应），可用于定性、定量测定。组氨酸生成棕红色的化合物，酪氨酸为桔黄色。精氨酸在氢氧化钠中与 1-茶酚和次漠酸钠反应（Sakoguchi反应），生成深红色，称为坂口反应。用于服基的鉴定。酪氨酸与硝酸、亚硝酸、硝酸汞和亚硝酸汞反应（ Millon反应），生成白色沉淀，加热后变红，称为米伦反应， 是鉴定酚基的特性反应。色氨酸中加入乙醛酸后再缓慢加入浓硫酸，在界面会出现紫色环，用于鉴定口引噪基。（glyoxalate 反应）酪氨酸在碱性条件下与福林试剂反应（Folin ）反应，生成蓝色化合物。第三节蛋白质的一级结构一、肽键和肽（162 ）一个氨基酸的竣基与另
14、一个氨基酸的氨基缩水形成的共价键，称为肽键。在蛋白质分子中，氨基酸借肽键连接起来，形 成肽链。最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽。含有三、四、五个氨基酸的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。肽链中的氨基酸由于形成肽键时脱水，已不是完整的氨基酸，所以称为残基。肽的命名是根据组成肽的氨基酸残基来确定的。一般从肽的氨基端开始，称为某氨基酰某氨基酰-某氨基酸。肽的书写也是从氨基端开始。即有方向性，从N端C端。/有主侧链之分，主链完全一样，仅 R不同。除了蛋白质部分水解可以产生各种简单的多肽以外，自然界中还有长短不等的小肽，它们具有特殊的生理功能。例如；动植物细胞中含有一种三肽，称为谷胱甘肽，即s-谷氨酰半
15、胱氨酰甘氨酸。因其含有疏基，故常以GSHfe表示。它在体内的氧化还原过程中起重要作用。脑啡肽是天然止痛剂。肌肉中的鹅肌肽是一个二肽，即0-丙氨酰组氨酸。肌肽可作为肌肉中的缓冲剂，缓冲肌肉产生的乳酸对pH的影响。一种抗菌素叫做短杆菌酪肽，由12种氨基酸组成，其中有几种是D-氨基酸。这些天然肽中的非蛋白质氨基酸可以使其免遭蛋白酶水解。许多激素也是多肽，如催产素、加压素、舒缓激肽等。活性肽一一保健品行业的热点三、一级结构的测定(168)(一)一级结构(Primary structure)(即化学结构、共价结构)蛋白质的一级结构是指肽链的氨基酸组成及其排列顺序。氨基酸序列是蛋白质分子结构的基础，它决定蛋白质的高级结构。一级结构可用氨基酸的三字母符号或单字母符号表示，从N-末端向C-末端书写。采用三字母符号时，氨基酸之间用连字符()隔开。例如，牛胰核糖核酸酶，124个氨基酸；胰岛素，51个氨基酸。(二)测定步骤测定蛋白质的一级结构，要求样品必须是均一的(纯度大于97%)而且是已知分子量的蛋白质一般的测定步骤是：1. 通过末
