《南开生化课件cha》PPT课件

二级结构(secondary structure) 高级
三级结构(tertiary structure)
结构
四级结构(quaternary structure)
一、肽(peptide)
（一）基本概念
* 肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合 而形成的化学键。
用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定 量，记录结果。
蛋白质的水解性质 酸水解：可以获得除Trp外的全部氨基酸 碱水解：目的是测定Trp，消旋 酶水解：慢，但不破坏任何氨基酸
课后比较三种水解方法的优缺点？
第三节、蛋白质的分子结构
蛋白质的分子结构包括：
一级结构(primary structure)
二、蛋白质在生命中的重要性
恩格斯曾指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方 式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我 更新。”
第一，蛋白体是生命的物质基础；
第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式；
第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断 的新陈代谢。
三、 蛋白质具有重要的生物学功能
O
NH2-CH-C +
H OH
甘氨酸
O NH-CH-C
H H OH
甘氨酸
-HOH
O
O
NH2-CH-C-N-CH-C
H HH OH
肽键
甘氨酰甘氨酸
* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化 合物。
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨 基酸缩合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连 形成的肽称多肽(polypeptide)。
B. 茚三酮是强氧化剂； C. 该反应非常灵敏，可在570nm测定吸光值； D. 测定范围：0.5~50µg/mL； E. 脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质，在440nm测定（不释
放NH3），谷氨酰胺和天门冬酰胺与茚三酮直接生成棕色 物质。
应用：
A. 氨基酸定量分析（先用层析法分离） B. 氨基酸自动分析仪：
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
1. （非极性）疏水性氨基酸 甘氨酸
glycine
Gly G
丙氨酸 alanine Ala A
缬氨酸 valine Val V
亮氨酸 leucine Leu L
异亮氨酸 isoleucine Ile I
苯丙氨酸 phenylalanine Phe F
(1). 分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的α-碳原子上都有一 个氨基，因而称为α-氨基酸。
COOH
H2N CH
α-碳原子基团
一、氨基酸的R 结构与分R基类团
α-氨基酸基本结构通式
(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。 A. 氨基酸都具有旋光性； B. 每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。目前已 知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。
Gln（谷氨酰胺） Asn（天门冬酰胺）
脂肪族氨基酸： 中性aa：甘、丙、缬、亮、异亮、丝、苏 酸性aa及酰胺：谷氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸 及天门冬酰胺 碱性aa：精、赖、组
芳香族aa： 苯丙、色、酪
杂环aa： 脯、组
课后自己总结： 含S的aa？ 含酚羟基的aa? 含羟基的aa? 含酰胺基的aa? 含二硫键的aa?
中性aa1按r基团的酸碱性分酸性aa碱性aa2按r基团的疏水性和亲水性分疏水性r基团aa亲水性r基团aa3按r基团的化学结构分脂肪族a芳香族aa杂环族aa甘氨酸glycinegly597丙氨酸alanineala600缬氨酸valineval596亮氨酸leucineleu598异亮氨酸isoleucineile602苯丙氨酸phenylalaninephe548脯氨酸prolinepro非极性疏水性氨基酸色氨酸tryptophantry589丝氨酸serineser568酪氨酸tyrosinetry566半胱氨酸cysteinecys507蛋氨酸methioninemet574天冬酰胺asparagineasn541谷氨酰胺glutaminegln565苏氨酸threoninethr极性亲水中性氨基酸天冬氨酸asparticacidasp297谷氨酸glutamicacidglu322赖氨酸lysinelys974精氨酸argininearg1076组氨酸histidinehisasn天门冬酰胺脂肪族氨基酸
COOH H3N+ C H
R
芳香族氨基酸的紫外吸收
3. 与茚三酮的反应
★ 氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。 水合茚三酮变为还原型茚三酮；
★ 加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合 茚三酮变为还原型茚三酮；
★ NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。
（3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。 （4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角
蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。
2.结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成
（1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞 色素等。
（2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。 （3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清-、-脂蛋白等。 （4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。 （5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性
蛋白、丝心蛋白等。
（三）、按功能分为活性蛋白和非活性蛋白
（四）、按营养价值分为完全蛋白和不完全蛋白
蛋白质的互补作用
第二节 氨基酸化学（重点）
—— 组成蛋白质的基本单位
存在自然界中的氨基酸有300余种，但组 成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L氨基酸（甘氨酸除外）。
（一）氨基酸的结构
氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从 蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸 外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
氨基酸的兼性离子
pH>pI
阴离子
侧链不含离解基团的中性氨基酸：pI = (pK’1 + pK’2 )/2 酸性氨基酸：pI = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2
-H +
COO-
氨基酸等p电K 点1 ' 的计H 3N +算C H
难点：氨基酸结构特点、酸碱性质、等电点；蛋白质 各级结构的概念和特点、结构与功能的关系； 蛋白质重要理化性质的应用。
第一节 概述
一、什么是蛋白质?
蛋白质是一切生物体中普 遍存在的，由20种左右天然а氨基酸通过肽键相连形成的高 分子含氮化合物；其种类繁多， 具有一定的相对分子量、复杂 分子结构和特定生物学功能； 是表达生物遗传性状的一类主 要物质。
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本章的重点和难点
重点：掌握组成蛋白质的氨基酸的结构特点、分类、 三个字母代号及重要理化性质； 掌握蛋白质1-4级结构特点、作用力； 了解蛋白质结构与功能的关系； 了解蛋白质的重要理化性质。
四、蛋白质的元素组成
C、H、O、N和S，有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、 铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。
碳 氢 氧 氮 硫 其他
50％ 7％ 23％ 16% 0-3％ 微量
2.蛋白质元素组成的特点：
（1）一切蛋白质都含N元素，且各种蛋白质的含氮量很接近， 平均为16％；
（2）蛋白质系数：任何生物样品中每1g N的存在，就表示 大约有100/16=6.25g 蛋白质的存在， 6.25被称为蛋白质
（二）、依据蛋白质的组成分为简单蛋白和结合蛋白
1.简单蛋白：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的 肽链，不含其它成分。
（1）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白 微溶于水，易溶于稀酸中。
（2）谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀 碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。
Erythrocytes（红细胞） contain a large amount of hemoglobins（血红蛋白）, the oxygen-transporting protein.
The protein keratin （角蛋白） is the chief structural components of hair, horn, wool, nails and feathers.
苏氨酸 threonine Thr T
3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
天冬氨酸 aspartic acid Asp D 谷氨酸 glutamic acid Glu E
赖氨酸 lysine Lys K
精氨酸 arginine Arg R
组氨酸 histidine His H
由两种酸性氨基酸衍生的两种酰胺
从食物中摄取的氨基酸。
半必需氨基酸 在人体内合成速度很低，特别是新生儿或患病
期，但又需要给予补充的氨基酸。
非必需氨基酸 人体自身能够合成的氨基酸。
（四）几种特殊的氨基酸
• 脯氨酸
（唯一的亚氨基酸）
什么是亚氨基酸？
CH2 CH2
CH2
CHCOON H 2+
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
1.蛋白质是生物体内必不可少的重要成分，是构成生物体 最基本的结构物质和功能物质。
蛋白质占干重
人体中（中年人）
人体 45% 细菌 50%∼80% 真菌 14%∼52% 酵母菌 14%∼50% 白地菌 50%
水55% 蛋白质19% 脂肪19% 糖类＜1%
无机盐7%
2.蛋白质是一种生物功能的主要体现者，它参与了几乎 所有的生命活动过程。
系数100克样品中蛋白质的含量 ( g ) = 每克样品含氮的克数× 6.25×100
凯氏定氮法测定粗蛋白含量
1/16%
五、蛋白质的分类
（一）、依据蛋白质的外形分为球状蛋白质和纤维状蛋白质
1.球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶， 大多数蛋白质属于这一类。
2.纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋 白质和不溶性纤维状蛋白质。
α-碳原这子些基本术语要清楚？
不对称碳原子 旋光性 D-型和L-型两种立体异构体
COO-
CHRH3
C +NH3
H
L-氨基酸的丙甘通氨氨式酸酸
（二）氨基酸的分类
中性AA （1）按R基团的酸碱性分 酸性AA
碱性AA
（2）按R基团的疏水性和亲水性分 疏水性R基团AA 亲水性R基团AA
（3）按R基团的化学结构分 脂肪族A 芳香族AA 杂环族AA
+ H+
R
-H + p K 2' + H+
H 2N
COOCH R
COO-
C
+N H 3
H
An acidic amino acid pI=(pK1+pKR)/2
A basic amino acid pI=(pKR+pK2)/2
2. 紫外吸收
大多数蛋白质含 有色氨酸、酪氨酸和 苯丙氨酸这三种氨基 酸残基，所以在280nm 有最大吸收，测定蛋 白质溶液的光吸收值 是分析溶液中蛋白质 含量的快速简便的方 法。
1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
3.外源蛋白质有营养功能，可作为生产加工的对象。
A few examples on protein diversity…
Fireflies emit light catalyzed by luciferase（荧光素酶） with ATP
脯氨酸 proline Pro P
2. 极性（亲水）中性氨基酸 色氨酸 tryptophan Try W
丝氨酸 serine
Ser S
酪氨酸 tyrosine Try Y 半胱氨酸 cysteine Cys C
蛋氨酸 methionine Met M
天冬酰胺 asparagine Asn N
谷氨酰胺 glutamine Gln Q
（三）人体所需的八种必需氨基酸
赖氨酸(Lys) 缬氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Trp) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 苏氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe) 婴儿时期所需: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 早产儿所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸(Cys)
必需氨基酸 生命活动所H
+NH3
-O O C -C H -C H 2-SS-C H 2-C H -C O O -
+ N H 3
+ N H 3
二硫键
胱氨酸
氨基酸衍生物
课后思考！
非蛋白质氨基酸有哪些？ 什么是天然氨基酸？ D-型氨基酸的存在？
二、氨基酸的重要理化性质
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于 所处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子
和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈 电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电 点。
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团 不全，被称为氨基酸残基(residue)。
• 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基 酸之间以肽键连接而成的一种结构。