第二章 蛋白质化学
蛋白质的化学结构
第二章蛋白质第三节蛋白质的化学结构一、肽键及多肽链(一)基本概念肽键:蛋白质分子中不同氨基酸是以相同的化学键连接的,即前一个氨基酸分子的α-羧基与下一个氨基酸分子的α-氨基缩合,失去一个水分子形成肽(peptide),该C-N化学键称为肽键(peptide bond)。
多肽:由两个氨基酸分子缩合而成的肽称为二肽;含三个氨基酸的肽,称为三肽,以此类推;含20个以上的称多肽(polypeptide)。
肽与蛋白质之间无明显界限,50个以上氨基酸构成的肽一般称蛋白质。
氨基酸残基:蛋白质中的氨基酸不再是完整的氨基酸分子,称为氨基酸残基。
H2N CH C OCH COHOH2N CH CRON CH CR OHOH多肽链:通过肽键连接而成的链状结构称为多肽链(polypeptide chain),其骨架由-N-Cα-C-重复构成。
书写格式:把含有α-NH2的氨基酸残基写在多肽链的左边,称为N-末端(氨基端),把含有α-COOH的氨基酸残基写在多肽的右边,称为C-末端(羧基端)。
除肽键外,蛋白质中还含有其他类型的共价键,例如,蛋白质分子中的两个半胱氨酸可通过其巯基形成二硫键(-S-S-,又称二硫桥),这是蛋白质分子中一种常见的共价键,可存在于多肽链内部或两条肽链之间。
(二)肽类存在的生理意义肽类作为小分子蛋白质,在体内有一些相当重要的功能,并有一定的应用价值。
如:1.神经肽的类似物内啡肽(endorphins),可作为天然的止痛药物;2.动物体内的谷胱甘肽具有重要生理功能,它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸构成,其中谷氨酸以γ-羧基而不是α-羧基与半胱氨酸形成肽键。
二、蛋白质的一级结构(一)蛋白质一级结构的概念蛋白质的一级结构(primary structure)是指多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序。
一级结构的基本结构键是肽键。
一级结构是蛋白质的结构基础,也是各种蛋白质的区别所在,不同蛋白质具有不同的一级结构。
(二)一级结构的测定三、蛋白质的高级结构构象:蛋白质在体内发挥各种功能不是以简单的线性肽链形式,而是折叠成特定的、具有生物活性的立体结构,即构象(conformation)。
生物化学简明教程第四版03蛋白质化学
C
S + H2N
C R
COOH
在弱碱中
N S C N H
C
O H C R
Edman 用来鉴定 多肽、蛋白质的N 末端氨基酸
PTC-氨基酸
PTH-氨基酸 56
⑤与HNO2的反应
NH2 R CH COOH + HNO2
OH R CH COOH + H2O + N2
↑
范氏(VanSlyke ) 定氮法的原理基础; 可测定氨基酸量及蛋白质水解程度。
5- 羟 基 赖 氨 酸 I CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH HO CH2CHCOOH NH2 NH2 I 6-N- 甲 基 赖 氨 酸 3,5- 二 碘 酪 氨 酸
4- 羟 基 脯 氨 酸
从各种生物分离到的氨基酸已达250种以上
31
非蛋白质氨基酸
32
2.2.3 氨基酸的理化性质
(1)一般物理性质 氨基酸呈无色结晶,熔点高(>200℃),融熔时 即分解。
H3C N H2N H C R O S Cl
DNS-Cl
5
CH3
H3C N
CH3
COOH
+
+ HCl
1
O
O
S HN
O H C R
COOH
DNS-氨基酸
二甲氨萘磺酰(DNS)基团有荧光, 微量的氨基酸也可用此测定
55
④与异硫氰酸苯酯的反应
N C S
H N
PITC
H N S C N H HO C O H C R H
可计算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离 子的比例。
43
谷氨酸(A)和赖氨酸(B)滴定曲线 A
动物生物化学 第二章 蛋白质
蛋白质分子为右手-螺旋。
(1)-螺旋
-螺旋
表 几种螺旋结构参数
结构类型 残基/圈 1个氢键环的原子数 每个残基高度(nm) Φ Ψ
310螺旋 3.0
位 置
及顺序分析,
的 然后同其它方法分析的肽段进行比较,
确 确定二硫键的位置。
定
2.4 蛋白质的高级结构
2.4.1 肽单位平面结构和二面角
O
O
O
H
H
H
H2N
C
C
N H
C
C
N H
C
C
R
R
R
N端
肽单位
肽单位
O
H
H
NH C C N C COOH
H
R
R
C端
肽单位: 主肽链中的重复单位
肽键平面—由于肽键的双键性质,使得形成肽键的N、C原子以及它们相 连的四个原子形成一个平面,这个平面就叫肽键平面。
蛋白质构件分子是氨基酸。 氨基酸是蛋白质的基本单位。 自然界存在的氨基酸有300多 种,但合成蛋白质的氨基酸只 有20种,都属于α-氨基酸,其 中除甘氨酸外,其余都是L-α氨基酸。
蛋白质分子中的20种 氨基酸在DNA分子中有它 们特异的遗传密码相对应,
因而也称编码氨基酸 (Coding amino acid)。 新近发现的硒代半胱氨酸 (SeCys)也是一种编码 氨基酸。
由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 , 由 多 个 氨 基酸组成的肽则称为多肽。因为多肽呈链状, 所以又称为多肽链。组成多肽的氨基酸单元称 为氨基酸残基。
生物化学 第二章 蛋白质化学 上
一 氨基酸的一般结构特征
氨基酸的基本结构特征:
•酸性:
•碱性:
•手性(旋光性):
•特异性
蛋白质是由20种L-型 的α-氨基酸构成。
非极性氨基酸(6个)
极性不带电荷(6个)
芳香族(3个)
带电荷(5个)
二 氨基酸的分类和结构 1.按照氨基酸侧链的极性分类 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(碱性氨基酸) 带负电荷:Asp, Glu(酸性氨基酸)
胶联剂、可制作金属涂料和车辆、电器用高档氨基树脂装饰漆。
第二节 蛋白质的组成单位-氨基酸
发现:
法国化学家H Braconnot 纤维素酸热解---葡萄糖(单体) 明胶酸热解----含氮化合物(甘氨酸) 肌肉酸水解---含氮化合物(含氨基和羧基)---氨基酸 蛋白质的基本组成单位是(***)氨基酸(amino acid,AA)
3 根据组成分类 简单蛋白质 分子中只有氨基酸 结合蛋白质 简单蛋白+非蛋白成分,
也称复合蛋白质(conjugated protein)或全蛋白质(holoprotein) 结合蛋白根据结合的非蛋白成分进一步分为:
① 色蛋白(chromoprotein)色素+Pr
血红素蛋白;细胞色素类(蛋白);叶绿素蛋白;血蓝蛋白;黄 素蛋白
Tyr、Phe
Trp
N
红色 胍基 Arg
酚试剂反应 (Folin-Cioculteu 反应)
Ellman反应
碱性 CuSO4 及磷 钨酸-钼酸
二硫硝基苯甲酸 DTNB
【生物化学简明教程】第四版02章 蛋白质化学
2 蛋白质化学1.用于测定蛋白质多肽链N 端、C 端的常用方法有哪些?基本原理是什么?解答:(1) N-末端测定法:常采用―二硝基氟苯法、Edman 降解法、丹磺酰氯法。
①―二硝基氟苯(DNFB 或FDNB)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与―二硝基氟苯(―DNFB )反应(Sanger 反应),生成DNP ―多肽或DNP ―蛋白质。
由于DNFB 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定,因此DNP ―多肽经酸水解后,只有N ―末端氨基酸为黄色DNP ―氨基酸衍生物,其余的都是游离氨基酸。
② 丹磺酰氯(DNS)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯(DNS ―Cl )反应生成DNS ―多肽或DNS ―蛋白质。
由于DNS 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定,因此DNS ―多肽经酸水解后,只有N ―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS ―氨基酸,其余的都是游离氨基酸。
③ 苯异硫氰酸脂(PITC 或Edman 降解)法:多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯(PITC )反应(Edman 反应),生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。
在酸性有机溶剂中加热时,N ―末端的PTC ―氨基酸发生环化,生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来,除去N ―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。
④ 氨肽酶法:氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶,能从多肽链的N 端逐个地向里切。
根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量,按反应时间和残基释放量作动力学曲线,就能知道该蛋白质的N 端残基序列。
(2)C ―末端测定法:常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。
肼解法:蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解,反应中除C 端氨基酸以游离形式存 在外,其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。
② 还原法:肽链C 端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α―氨基醇。
肽链完全水解后,代表原来C ―末端氨基酸的α―氨基醇,可用层析法加以鉴别。
③ 羧肽酶法:是一类肽链外切酶,专一的从肽链的C ―末端开始逐个降解,释放出游离的氨基酸。
生物化学第二章蛋白质知识点归纳
一、概述
结合蛋白:由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。按辅基种类分为: 1 核蛋白(nucleoprotein ) 核酸 2 脂蛋白(lipoprotein ) 脂质 3 糖蛋白(glycoprotein) 糖 4 磷蛋白(phosphoprotein) 磷酸基 5 血红素蛋白(hemoprotein ) 血红素 6 黄素蛋白(flavoprotein ) FAD 7 金属蛋白(metallaprotein ) 金属
据R基团 极性分类
例外:
COO+α
H3N C H
R
Gly —— 没有手性
构型与旋光方向没有直接对应关系,L-α-氨基酸有的为左旋,有的为右旋, 即使同一种L-α-氨基酸,在不同溶剂也会有不同的旋光度或不同的旋光方向。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据R基团化学 结构分类
脂肪族AA(烃链、含羟基或巯基、羧基、碱性基团) 杂环AA(His、Pro) 芳香族AA(Phe、Tyr、Trp)
6 结构蛋白(structural protein)
7 防御蛋白(defense protein) 8 异常蛋白 (exotic protein)
二
氨基酸
1.蛋白质的水解 2.氨基酸的结构与分类 3.氨基酸的理化性质
一、蛋白质水解
完全水解得到各种氨基酸的混合物; 部分水解通常得到肽片段及氨基酸的混合物。 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成,这20种
一、概述
按生物功能分:
1 酶(enzyme)
2 调节蛋白(regulatory protein)
3 转运蛋白(transport protein) 4 储存蛋白(nutrient and storage
第二章生物化学--蛋白质上幻灯片PPT课件
H
CH3-S-CH2CH2-CHCOO+NH3 甲硫(蛋)氨酸 methionine Met M 5.74
2、极性不带电荷的氨基酸
HS-CH2-CHCOO+NH3
半胱氨酸 cysteine Cys,C 5.07
HO-
-CH2-CHCOO+NH3
酪氨酸
tyrosine Tyr,Y
5.66
结构
名称
缩写
Glu ,E 3.22
+NH3
Glutamic acid
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸 (亚氨基酸)
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
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半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
二、蛋白质的分类
1. 按组成分为:简单蛋白质 结合蛋白质 2. 按分子形状和溶解度分为:
纤维状蛋白质 球状蛋白质
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3.按功能分:酶、转运蛋白、贮存蛋白、运动蛋 白、结构蛋白、防御蛋白、调节蛋白等。
三、蛋白质的元素组成
碳 50% 氢7% 氧23% 氮16% 硫 0-3% 微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼
第二章生物化学 蛋 白质上幻灯片
第一节 蛋白质在生命活动中的作用 第二节 氨基酸 第三节 蛋白质的结构 第四节 蛋白质结构与功能的关系 第五节 蛋白质的溶解性质及分离鉴定
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第一节 蛋白质在生命活动中的作用
一、蛋白质的概念
蛋白质(protein):是由氨基酸(amino acids) 通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子 含氮化合物。
烹饪化学-第二章 蛋白质
2.非必需氨基酸 是指人体所需要,而自身又能合成的氨基酸。 常指丙氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丝
氨酸、酪氨酸和胱氨酸等。这类氨基酸不一定必须由食物提供, 在人体内可由葡萄糖或必需氨基酸转化而得。
五、蛋白质的分类
1)按化学组成分类
1、简单蛋白质: 分子中只含有氨基酸组成的蛋白质。根据简单蛋白质
的溶解性又分成清蛋白、球蛋白、谷蛋白、组蛋白、精蛋 白、醇溶谷蛋白和硬蛋白等七类;
2、结合蛋白质: 由简单蛋白质和其他非蛋白物质结合而成的蛋白 质。
食物中的结合蛋白质一般根据非蛋白物质不同又分成核蛋 白、磷蛋白、脂蛋白、糖蛋白、色蛋白和金属蛋白等六种。
2)按蛋白质形状分类
1、球状蛋白:
球状或椭圆状,主要存在于动物性食品中,包括酪蛋白、 肌球蛋白、白蛋白、血清球蛋白,这类营养价值高易吸收。
(三)蛋白质的水解性
蛋白质变性后水解反应加快,水解生成的低肽和氨基酸增加 了食品的风味。同时肽和氨基酸与食物中其它成分反应,进一 步形成各种风味物质,这也是含蛋白质较多的原料,烹制后鲜 香且味浓郁的原因。所以蛋白质属于原料中的风味前体物质。
是由氨基酸组成的高分子化合物,分子中含有约22种 氨基酸,这些氨基酸以不同顺序排列,构成多种蛋白质。
四、蛋白质的组成 1)元素组成:
C H O N S、P等主要组成元素,特征元素:N 这些元素 按一定的结构组成 氨基酸,氨基酸是蛋白质的
组成单位。
由于糖类和脂肪不含氮,所以蛋白质是人体氮的唯一来源。
C H O N 6.25称为蛋白质系数 粗蛋白质%=N%×6.25
2、半完全蛋白质:
所含必需氨基酸的种类齐全、数量不足、比例不适当,如 小麦的麦胶蛋白。
3、不完全蛋白质:
大学生物化学课件 第2章 蛋白质化学
肽链上的氨基酸不是完整的氨基 酸,因而称为氨基酸残基(Amino acid residues)。 一条肽链有两端。 具有游离氨基的一端称为氨基末端 (Amino terminal,或叫N端)。 具有游离羧基的一端称为羧基末端 (Carboxyl terminal,或叫C端)。
3. 肽的书写方法 Calligraph of peptides 书写肽链时,习惯把N端写在左 边,把C端写在右边。 两个氨基酸之间用·或-分开,也 可以用圆圈将氨基酸符号圈开。
4.
二 . 蛋白质的分类 Classification of proteins
1. 根据蛋白质的分子形状分类 Classification according to the shape of protein molecules 球状蛋白质 Globulins 纤维状蛋白质 Fibrins
2. 根据蛋白质的功能分类 Classification according to the functions of proteins 活性蛋白质 Active proteins 酶,转运蛋白,调节蛋白,信号蛋 白,防御蛋白等。 非活性蛋白质 Passive proteins 结构蛋白等。 3. 根据组成分类 Classification according to the composition of proteins 简单蛋白质 Simple proteins 结合蛋白质 Conjugated proteins
2. 由氨基和羧基参与的几种重要化学反应 Several important reactions of amino acids 1)茚三酮反应 Ninhydrin reaction 茚三酮 + 氨基酸 蓝紫色化合物
*
茚三酮反应
生物化学第2章 蛋白质
蛋白质的生物学意义
生命是蛋白质的存在形式,是重要的生物大分子; 蛋白质是生物功能的载体,每种细胞活性都依赖于一种 或几种特定的蛋白质;
蛋白质有极其重要的生物学意义(生物学功能):
蛋白质功能多样性 5-1(阅读)
蛋白质是生物功能的载体,每种细胞活性都依赖于一种
或几种特定的蛋白质;
蛋白质的生物学功能有以下几个方面: 内各种化学反应几乎都是在相应酶参与下进行的,催化 效率远大于合成的催化剂;
极移动,即处于等电兼性离子(极少数为中性分子)状
态,少数解离成阳离子和阴离子,但解离成阳离子和阴 离子的数目和趋势相等;
第2章
蛋白质
2.1 蛋白质的分类 2.2 蛋白质的组成单位—氨基酸
2.3 肽 2.4 蛋白质的结构
2.5 蛋白质结构与功能的关系 2.6 蛋白质的性质与分离、分析技术
2.1 蛋白质的分类
P17
蛋白质分类方法至少有4种:
1. 根据分子形状分类;
2. 根据分子组成分类 ;
3.根据功能分类;
2. 1. 1 根据分子形状分类
引起精氨酸脱氨,生成鸟氨酸和尿素 (色氨酸稳定);
3. 酶水解:
优点:不破坏氨基酸,不产生消旋作用。 缺点:使用一种酶常水解不彻底,需几种酶协同作用才 能使蛋白质完全水解;水解所需时间较长;
酶法主要用于部分水解; 常用的蛋白水解酶: 胰蛋白酶、糜(胰凝乳)蛋白酶、胃蛋白酶等;
这些酶的作用点见第6章(酶)表6-3 (P148) 。
泌一类胶质蛋白,能将贝壳牢固地粘在岩石或其他硬表
面上;
2. 2 蛋白质的组成单位--氨基酸
南开大学:生化课件02蛋白质化学
D/L标记法 标记法
甘油醛 D/L 分型为参考标准
球棍式
透视式
投影式
二、氨基酸的分类和结构
基团结构分: 依R基团结构分: 基团结构分 非极性氨基酸( 非极性氨基酸(Nonpolar Amino Acids)9种 ) 种 极性,不带电荷氨基(Polar,Uncharged 极性,不带电荷氨基( Amino Acids)6/7种 ) 种 酸性氨基酸 (-)(Acidic Amino Acids)2种 ( ) 种 碱性氨基酸 (+)(Basic Amino Acids)3种 ( ) 种
含非极性R基团的氨基酸 含非极性 基团的氨基酸
(甲硫氨酸) 甲硫氨酸)
含极性不带电荷R基团的氨基酸 含极性不带电荷 基团的氨基酸
含带负电荷(酸性) 基团的氨基酸 含带负电荷(酸性)R基团的氨基酸
含带正电荷(碱性) 基团的氨基酸 含带正电荷(碱性)R基团的氨基酸
4-羟脯氨酸 羟脯氨酸 3-甲基组氨酸 甲基组氨酸 5-羟赖氨酸 羟赖氨酸
ε—N-N-N-三甲基赖氨酸 三
甲状腺素
三、蛋白质 中修饰性氨 基酸
γ-羧基谷氨酸 羧基谷氨酸 α-氨基己二酸 氨基己二酸 氨基己二 焦谷氨酸
ε-N-甲基赖氨酸 甲基赖氨酸
磷酸丝氨酸 磷酸苏氨酸 磷酸丝氨酸 磷酸苏氨酸 磷酸酪氨酸 磷酸酪氨酸
N-甲基精氨酸 甲基精氨酸
N-乙酰 赖氨酸
四、非蛋白质氨基酸
[质子供体] 质子供体]
pK值 :指某种解离基团有一半被解离时的 值。 值 指某种解离基团有一半被解离时的pH值
pK1
pK2
甘氨酸酸 碱滴定曲线
2.34
9.60
Gly等电点的计算 等电点的计算
《生物化学》第二章
2.β-折叠
形式
4.无规卷曲
多肽链中,两段以上折叠成锯齿状的肽链, 通过氢键相连而成的平行片层状结构称为β折叠或β-片层。
无规卷曲是指肽链中没有确定规律性的构象, 不能被归入明确的二级结构,本身也具有一 定的稳定性。
- 20 -
第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
α-螺旋
α-螺旋的主链呈螺旋上升,每3.6个氨基酸残基 上升一圈,相当于0.54 nm。
另外,虽然亚基具有独立的三级结构,但单独存在时无生物活性。例如,血红蛋白(上图)由四个 亚基组成,每个亚基在含氧量高的地方均能结合一分子的氧,在含氧量低时,释放所结合的氧。但任何 一个亚基单独存在时,只能结合氧,不能释放氧,不具有血红蛋白的运氧作用。
- 27 -
第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构。 蛋白质一级结构的阐明,对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗有十分重要的意义。
?
蛋白质的空间结构是如何形成的??
- 18 -
第二节 蛋白质的分子结构
二、蛋白质的空间结构
蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构(secondary structure)是指多肽链中有规则重复的构象, 这些构象由主链原子形成,不涉及侧链部分的构象。
-7-
第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
除甘氨酸外,其他氨基酸的α-碳原子均为手性碳 原子,有L-型和D-型两个旋光异构体。组成天然氨基 酸的氨基酸均为L-型,因此人体内的氨基酸均为L-α-氨 基酸,其结构式如右图所示。
-8-
第一节
蛋白质的分子组成 二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸
蛋白质化学-蛋白质结构和功能关系
• 变性的本质
—— 破坏非共价键和二硫键,不改变蛋白 质的一级结构。
•造成变性的因素 物理因素:加热、紫外线、X线、超声波 化学因素:乙醇等有机溶剂、强酸、强 碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
➢ 变性特征: 生物活性丧失;
理化性质改变:溶解度降低、球状蛋白质的 不对称性增加、粘度增加、扩散系数降低,某 些蛋白质不能够再形成结晶, 变性后分子结构 松散、易被水解,变性蛋白易被酶消化。
2、不可逆沉淀
▪ 定义:蛋白质发生沉淀后,不能用透析等方法除 去沉淀剂而使蛋白质重新溶解的现象
▪ 在强烈沉淀条件下,不仅破坏了蛋白质胶体溶液 的稳定性,而且也破坏了蛋白质的结构和性质, 产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。
▪ 由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化, 所以又称为变性沉淀。
▪ 如加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物 碱沉淀等都属于不可逆沉淀。
肌红蛋白(myoglobin, Mb)
肌红蛋白是一个只有三级结
构的蛋白质,有8段α-螺旋
结构,分别成为A B C D E F G H肽段。整条多肽链折叠 成紧密球状分子,氨基酸残 基上的疏水侧链大都在分子 内部,富极性及电荷的则在 分子表面,因此水溶性较好。 Mb分子内部有个袋形空穴, 血红素居于其中。
(1)抗体的基本结构
Ig分子基本结 构是由四个肽 链组成的。
包括二条较小 的轻链和二条 较大的重链。
轻链与重链之 间是由二硫键 连接形成Ig分 子单体。
(1)抗体的基本结构
(2)可变区和恒定区
➢ 可变区和抗原识别有关,决定抗体识别的特异 性,而恒定区和效应功能相关。
➢ 此外在Y形分子伸出的两臂和主干之间还有个 可弯曲的铰链区(hinge R),能改变两个结合抗 原的Y形臂之间的距离。
生物化学第二章 蛋白质
蛋白质
目 录
一、蛋白质的种类、含量与分类 二、氨基酸 三、肽 四、蛋白质的结构 五、蛋白质的性质 六、食物中的蛋白质 七、蛋白质的分离与纯化
一、蛋白质的化学组成与分类
主要组成元素:C、H、O、N、S 及 P、Fe、 Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。 百分数约为:碳占50~55%,氢占6~8%, 氧占20~30%,氮占15~18%及硫占0~4%。 大多数蛋白质所含氮素约为16%,因该元素容 易用凯氏(Kjeldahl)定氮法进行测定。 故蛋白质的含量可由氮的含量乘以 6.25(100/16)计算出来: 即:蛋白质含量=6.25×样品含氮量
aa向正极移动 aa向负极移动 aa不移动
pI的测定:
酸碱滴定法; 基于aa所带基团 均可解离; 得到弱酸弱碱曲 线; 根据aa上可解离 基团的pK值计算 等电点: pK:解离常数。 以甘氨酸为例:
由此可知:
在生理pH内,aa 的羧基和氨基全部解离; 具有这种性质的物质称两性电解质; 带有相反基团的分子叫两性离子; 滴定中Gly的阳离子(R+)、阴离子(R-) 和两性离子(R°)的比例随pH而变; 当溶液中只有两性离子时, pH = pI
蛋白质氨基酸
蛋白质中存在的20种氨基酸,除脯氨酸外,在其 α -碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基; 由于脯基酸的α -氨基被取代,它实际上是一种α -亚 氨基酸。此外,每种氨基酸都有一个特殊的R基团。
生物体内常见氨基酸的分类:
蛋白质氨基酸: 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸:蛋白质组成中,除上述20 种常见氨基酸外,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。 如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸:生物体内呈游离或结合态的氨 基酸。
第二章蛋白质化学氨基酸
氨基的羧酸。是羧酸分子中Cα 上 的一个H被氨基取代而成的化合物。
R-COOH
----C-C-C-C-COOH γβα
R-C α H -COOH
H
R-C α H -COOH
NH2
蛋白质氨基酸
• 自然界中存在的氨基酸有300余种,但组成蛋白 质的有22种,称为蛋白质氨基酸,又名标准氨基 酸,其中最早发现的20种较为常见,
• 20种氨基酸中,第一个被发现的是Asn,是1806 年在植物芦笋中发现的;最后一个被发现的是 Thr,是1938年在小麦麸质中发现的。
• 2种不常见的蛋白质氨基酸:含硒半胱氨酸(第 21种)和吡咯赖氨酸(第22种)
一、氨基酸的结构
氨基酸的结构通式
COO+α
H3N C H
COOH
或
H2N
α
CH
R
(1) L-α-氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。
(2)D-α-氨基酸 D-Ala存在于肽聚糖中,D-Phe是短杆菌肽S的组分 (3)β、γ、δ-氨基酸 β-Ala是泛酸的前体,γ-氨基丁酸是传递神经冲动的化 学介质。
五、AA的重要理化性质
(一)氨基酸的物理性质
• 状态:无色晶体或粉末 • 溶解性:各种氨基酸在水中的溶解度差别很大,
凯氏定氮法:
100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
1/16%
蛋白质含量的测定: 凯氏定氮法(测定氮的经典方法)
三聚氰胺(Melamine)
• 分子量126.12。
• 牛奶中总蛋白质由大约 94%的纯 蛋白质(约3.1g/100g)和约6% 非蛋白质(约0.2g/100g)组成。 总蛋白质平均含量为3.3%。
生物化学蛋白质
(3) 与2,4-二硝基氟苯的反应 (Sanger反应)
在弱碱性溶液中,氨基酸的α- 氨基很容 易与2,4-二硝基氟苯(DNFB)作用,生成 稳定的黄色2,4-二硝基苯基氨基酸(简写 为DNP-氨基酸)。
负电荷(2种)Asp、Glu
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His(半必需)
氨基酸的结构、代号
(三)氨基酸的重要理化性质
1 氨基酸的两性解离性质及等电点
R
CH NH3+ COOH
+ OH-
+ H+ (pK´1)
R
CH NH3+ COO
(三)肽链中AA的排列顺序和命名
参见p31
通常在多肽链的一端含有一个游离的氨基,称为氨基端或N-端;在另一端含有 一个游离的-羧基,称为羧基端或C-端。
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开 始,以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。 如下面的五肽可表示为:
Ser-Gly-Tyr-Val-Leu
肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸
• 蛋白质的高级结构包括二级结构、超二级 结构、结构域、三级结构和四级结构等。
1 维持蛋白质构象的作用力
维持蛋白质空间构象的作用力主要是次级键,即氢键和盐 键等非共价键,以及疏水作用力和范德华力等。
氢键: x — H … y 离子键(盐键):它是由带相反电荷的两个基团
间的静电吸引所形成的 疏水作用力(疏水键):是指非极性基团即疏水基团为
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B. 含有羟基和硫的氨基酸(4种) 含羟基的2种: Ser、Thr
含硫的2种:
Cys、 Met
含羟基的氨基酸:Ser、Thr
含羟基的氨基酸:Ser、Thr
★ Ser的-OH(PKa=15),在生理条件下不解离,
但它是一个极性基团,能与其它基团形成
氢键,具有重要的生理意义,常出现在
大多数酶的活性中心。
子有亲核性,易发生极化,因此,在生物
合成中是一种重要的甲基供体。
C.含有酰胺基团(2种):Gln、 Asn
D.含有酸性基团(2种):Asp、Glu
E.含碱性基团(3种): His Lys Arg
Lys侧链氨基的pKa为10.53,生理条件下,Lys
侧链带有一个正电荷(NH3+).
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含咪唑环,它是20种氨基酸中侧链pK值最 接近生理pH值的一种,在接近中性pH时, 可离解平衡。它是在生理pH条件下唯一具
+
C
S + H2N
C R
COOH
在弱碱中
N S C N H
C
O H C R
PTC-氨基酸
PTH-氨基酸
(Edman反应)
+
PITC 弱碱中 (400 C)
(无水氢氟酸中)
H+
苯氨基硫甲酰氨基酸 (PTC-氨基酸)
苯硫乙内酰脲(PTH-AA)
★反应特点:
A.氨基酸与苯异硫氰酸酯( PITC)偶联,生成苯氨
X-原点到层析点
的距离
Y-原点到溶剂前 沿距离
(2) 柱层析
填充物:纤维素、淀粉、硅胶等。 固定相:结合水 洗脱剂:苯酚、正丁醇等。 原 理: 洗脱剂洗脱时,加在柱上端 的氨基酸混合样品在两相之 间连序分配,以不同的速度 向下移动,分部收集柱下端 的洗脱液,再用茚三酮显色 定量。
(3)离子交换层析
★ Thr 中的-OH是仲醇,具有亲水性。
★ Ser和Thr的-OH往往与糖链相连,通过O-
糖苷键形成糖蛋白。
含硫的两种: Cys、Met
★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。Cys—s—s—Cys 二硫键在蛋白质的结构中具有重要意义。 Cys还常出现在酶的活性中心。 ★Met的R基中含有甲硫基(-S-CH3),硫原
* 胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成
很强的分子间(内)交联。
*
Arg的胍基碱性很强,与NaOH相当。
* His是一个弱碱,是天然的缓冲剂,
它往往存在于ห้องสมุดไป่ตู้多酶的活性中心。
*非极性AA一般形成蛋白质的疏水核心,
带电荷的AA和极性AA位于表面。
酶的活性中心:His、Ser、Cys
3.根据人体能否自身合成
必需氨基酸(定义):
成年人:Thr、 Val、 Leu、Ile、
Phe 、Trp、Lys、 Met
半必须氨基酸:婴儿期Arg和His
非必需氨基酸:其余
(3).烷基化反应
★Sanger反应:与2.4一二硝基氟苯(DNFB)的反应。
★反应特点:
A.为α- NH2的反应。
B.氨基酸α- NH2的一个H原子可被烃基取代 (卤代烃)
(1)非极性氨基酸9种 在维持蛋白质的三维结构中起着 重要作用(蛋白质的疏水核心)
(1)非极性氨基酸
(1)非极性氨基酸
(2)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。
(2)不带电荷的极性氨基酸
(3)带负电荷的AA(酸性AA)
(4)带正电何的AA(碱性AA)
支持剂:离子交换树脂(球形的颗粒)
离子交换树脂基质:具有酸性或碱性基 团的人工合成聚苯乙烯-苯二乙烯高 分子化合物。 带电基团:是通过后来的化学反应引入
基质的。
类 型:阳离子交换树脂
阴离子交换树脂
原理:
阳离子交换树脂:含有酸性基团如SO3H (强酸性)或_COOH(弱酸性), 可解离出H+,在酸性环境中,氨基酸 的阳离子可与H+发生交换而结合到树 脂上。
第二章
蛋白质
主要内容
第一节 蛋白质概论 第二节 氨基酸
第三节 蛋白质的共价结构
第四节 蛋白质的三维结构
第五节 蛋白质结构与功能的关系
第六节 蛋白质的分离、纯化和表征
第一节 蛋白质通论
一、蛋白质的定义
P157
蛋白质:是一切生物体中普遍存在的, 由天然氨基酸通过肽键连接而成的
生物大分子;是表达生物遗传性状
阴离子交换树脂:含有碱性基团如 _N(CH ) OH(强碱性)_NH OH(弱碱 3 3 3 性),可解离出_OH-,在碱性环境中 能与溶液中的阴离子(氨基酸阴离 子)交换而结合到树脂上。
磺酸型阳离子交换树脂
作用力: (1)静电吸引, (2)氨基酸侧链与树脂基质的疏水 相互作用。 在PH3左右,AA与阳离子交换树脂之间 的静电吸引力的大小次序:
的一类主要物质。
二.蛋白质在生命中的重要性
1.蛋白质是生物体内必不可少的重要成分
蛋白质占干重 人体 45% 细菌 50%-80% 真菌 14%-52% 酵母菌 14%-50% 白地菌50% 人体中(中年人) 水55% 蛋白质19% 脂肪19% 糖类<1% 无机盐7%
.
2.蛋白质是生物功能的主要体现者
立体异构体。
二.氨基酸的分类
• 基本氨基酸(编码的蛋白质氨基 酸):组成蛋白质,20种
(一)基本氨基酸
1.按照R基的化学结构分类 (1)脂肪族AA (2)芳香族AA (3)杂环族AA
(1)脂肪族氨基酸
A. 中性氨基酸(5种)
Gly
Ala
Val
Leu
Ile
A.中性氨基酸(5种)
A.中性氨基酸(5种)
COOH H 2N C R
α
H
或
2.结构特点
(1)除脯氨酸外,这些天然氨基酸在结构上 的共同特点为: 与羧基相邻的α-碳原子 上都有一个氨基,因而称为α-氨基酸. (2)除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的 α-碳原子都为不对称碳原子,所以: A.除甘氨酸外都具有旋光性.
B.除甘氨酸外,都具有D-型 和L-型两种
层析系统:液-液相、固-液相 气-液相
先决条件:分配系数有差异,
差异越大,越容易分开。
(1)
纸层析
★ 支持剂:滤纸
固定相:吸附水 流动相:丁醇、醋酸、水 ★ 原理: 混合氨基酸在这两相中不断 的分配,使他们分布在滤纸
的不同位臵。
★基本步骤:点样、展层、现色、定性 (定量)
相对迁移率
Rf = X/Y
多肽链可以看成由Cα串联起来的无数 个酰胺平面组成
一.蛋白质的一级结构 (Primary structure) (一)一级结构的内容
1.组成蛋白质的多肽链数目. ★2.多肽链的氨基酸顺序, 3.多肽链内或链间二硫 键的数目和位臵。
基硫甲酰衍生物(PTC-AA),同时PTC-氨基酸环 化生成苯乙内酰硫脲衍生物( PTH-氨基酸)。 B.PTH-氨基酸(无色)可以用层析法分离鉴定。 ★应用: 多肽、蛋白质序列分析 多肽顺序自动分析仪,灵敏度提高,能连续测定。 一次可连续自动测定60个以上的氨基酸。
(4)与甲醛反应
★
反应特点:
2.分类
受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、支架
蛋白等。
四.蛋白质的形状、大小与分子的构象
少于50个氨基酸的低分子量氨基酸
多聚物称为肽,多于12个少于20个
的称寡肽,多于20个的称多肽。多
于50个氨基酸(AA)的称为蛋白质。
★蛋白质分子量= AA数目*110
★蛋白质的构象与蛋白质的结构组织层次
蛋白质分子由氨基酸首尾连接而成的共 价多肽链,每一种天然蛋白质都有自己 特有的空间结构,蛋白质特有的这种天 然空间结构,称为构象。 一级结构: 氨基酸顺序 二级结构 :α螺旋、β折叠、β转角, 无规卷曲 三级结构: α螺旋、β折叠、β转角 松散肽段借次级键形成球状 四级结构 :多亚基聚集
有缓冲能力的氨基酸。
(2).芳香族氨基酸(3种):Phe Tyr Trp
这三种氨基酸在紫外区280nm处有特殊吸
收峰,蛋白质的紫外吸收主要来自这三种
氨基酸,在280nm处,三种氨基酸的紫外吸
收值 Trp>Tyr>Phe Phe疏水性最强。 Tyr的-OH磷酸化是一个十分普遍的调控
机制,Tyr在较高pH值时,酚羟基离解。
第三节.蛋白质的共价结构
蛋白质结构层次
一级结构(氨基酸顺序、共价主链结构) ↓ 二级结构 ↓ 超二级结构 ↓ 结构域(高级结构) ↓ 三级结构(球状结构) ↓ 四级结构(多亚基聚集体)
肽键的结构特点:
(1)组成肽键的4个原子和2个Cα几乎处 在同一平面内(酰氨平面)。 (2)肽键中的C-N键具有部分双键性质, 不能自由旋转 ;而Cα-C与Cα-N键 是单键,可自由旋转。 (3)肽键亚氨基在pH0---14内不解离。 (4)在大多数情况下,以反式结构存 在。而Pro的肽键可能出现顺、反两 种构型.
A.为α- NH2的反应
B.在常温,中性条件,甲醛与α- NH2反应,
生成羟甲基衍生物,释放氢离子。
★应用:
氨基酸定量分析-甲醛滴定法(间接滴定)
★为什么用甲醛滴定而不用酸碱直接滴定?
4. 侧链R基参加的反应 —用于蛋白质的化学修饰
• 功能团有: 羟基、酚基、巯基(包括二硫键)、吲 哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非α氨基和非α-羧基等。
。
(3).杂环族氨基酸(1种): Pro