第一章-蛋白质PPT课件

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★酸水解
▪ 常 用 6 mol/L 的 盐 酸 或 4 mol/L 的 硫 酸 在 105110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。
▪ 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化，得到 的是L-氨基酸。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏；
▪ 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被 分解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解 成了羧基。
因此，通过调整氨基酸混合液的pH，造成不同氨基酸带电性 质的差异，可以通过离子交换、电泳、或等电沉淀等技术进行氨 基酸的分离、制备或分析鉴定。
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● 氨基酸在等电点时溶解度最小，易发生沉淀。发酵生产时,可 根据这一性质,从发酵液中提取氨基酸。
● 等电点的高低与氨基酸分子两性解离基团的解离平衡常数有一 定的关系。在溶液中氨基酸随pH升高而逐级解离时，总是pK值 小的基团先解离，pK值大者后解离。
h) Phe和Tyr为芳香环侧链氨基酸。
i)杂环氨基酸：Trp含有吲哚环， His为咪唑环， Pro为亚氨基。
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★根据R基团的酸碱性质分 酸性氨基酸：Asp和Glu两种。 碱性氨基酸：Arg、Lys和His三种。 其余为中性氨基酸。
★根据R基团的电性质分
(1)非极性R基团氨基酸：8种：Ala Val Leu Ile Phe Pro Met Trp。
b) Ala,Val , Leu, Ile和 Met含有脂肪族的侧链基团。 c) Ser 和Thr 含有一个羟氢氧基的侧基团。
d) Cys 和Met都含有一个巯基。
e) Asp 和Glu带有一个羟羧基，为酸性氨基酸。
f) Asn和Gln含有一个酰胺基团。
g) Arg、Lys和 His都是碱性氨基酸，含有碱性基团。
(2)极性不带电荷R基团氨基酸：7种：Ser Thr Asn Gln Try Cys Gly。
(3)带负电荷R基团氨基酸：2种：Asp Glu
(4)带正电荷R基团氨基酸：3种：Lys Arg His
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☆蛋白质中几种重要的稀有氨基酸
▪ 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常 见蛋白质氨基酸。
⑴ 酸性、中性氨基酸pI计算方法: pI=1/2(pK1+pK2)
（2）碱性氨基酸pI计算方法： pI=1/2（pK2+pK3）
如：Lys： pK1=2.18, pK2=8.95, pK3=10.53
则 pI=1/2(pK2+pK3)=1/2(8.95+10.53)=9.47
Asp: pK1=2.09, pK2=3.86, pK3=9.82
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3、20种氨基酸的结构
（1）甘氨酸Glycine （Gly)
（2）丙氨酸Alanine(Ala)
（3）缬氨酸Valine(Val)
（4）亮氨酸Leucine(Leu)
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（5）异亮氨酸isoleucine (Ile) （6）脯氨酸 Proline(Pro)
（7）苯丙氨酸Phenylalanine(Phe) （8）苏氨酸Threonine(Thr）
NH2
I
CH2CHCOOH NH2
6-N-甲基赖氨酸 -
3,5-二碘酪氨酸
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☆非蛋白氨基酸
广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结 合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大 部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。
-丙氨酸
-氨基丁酸 鸟氨酸 瓜氨酸
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☆非蛋白氨基酸存在的意义： 1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala
2、与2、4-二硝基氟苯反应
AA DNFB+ 多肽
蛋白
弱碱 酸解
DNP-AA
DNP-多肽+ HF
DNP-蛋白
DNP-AA（有机相） + 游离AA（水相）
用途：可以用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸，亦称 Sanger反应。氨基酸的-NH2与DNFB（2，4-二硝基氟苯又称 Sanger试剂）反应，生成黄色的DNP-氨基酸衍生物，故常用来
通过凯氏定氮法测定样品中N元素的百分含量，便可计算出样品中粗蛋白的含
量。即
N/P×100%=16%
P=N/16%=6.25×N
☆ 蛋白质换算系数：样品中每存在1g元素- 氮，就说明含有6.25g蛋白质。 20
※ 蛋白质水解
蛋白酶 多肽酶
● 完全水解：蛋白质 多肽 寡肽
二肽
氨基酸
● 不完全水解：蛋白质适度水解得到中间产物及一些-氨基酸的
▪ 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。
▪ 其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨
酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构
如下。 HO
N H
COOH
H2NCH2CHCH2CH2CHCOOH
OH
NH2
4-羟基脯氨酸
5-羟基赖氨酸
I
CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH HO
18、蛋白质的酸碱性质（两性解离、等电点应用）。
19、蛋白质分子的大小与形状（重点是分子质量的测定方法）。
20、蛋白质的胶体性质与蛋白质沉淀。
21、蛋白质分离纯化的一般原则。
22、蛋白质的分离纯化方法。
23、蛋白质的含量测定与纯度鉴定。
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第一节
一、蛋白质的元素组成及分类
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按分子形状分类
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蛋白质的形状和大小
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等电点：当溶液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所含 的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值 即为氨基酸的等电点，简称pI。
在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即 氨基酸处于两性离子状态。
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氨基酸的光吸收性质
▪ 构成蛋白质的20种氨基酸在可 见光区都没有光吸收，但在远 紫外区(<220nm)均有光吸收。
则 pI=1/2(pK1+pK2)=1/2(2.09+3.86)=2.97
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氨基酸的化学反应
（1）与茚三酮反应
茚三酮
O C
CO C
O
H2O H2O
O
C C
OH
水合茚三酮
C OH
O
弱酸
+N H3
紫色化合物（570nm） 用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。因为除脯氨酸、羟脯氨酸和茚三酮反应 产生黄色物质外，所有α-氨基酸和蛋白质都能和茚三酮反应生成紫色物质。但 能与茚三酮发生紫色反应的不一定是氨基- 酸和蛋白质，因为β-丙氨酸、氨等3都1 有紫色反应。产生颜色强度与氨基酸浓度成正比。
2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、 鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)
3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸
4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体（刀豆氨 酸）
5.调节生长作用
6.杀虫防御作用
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二、氨基酸的理化性质：
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子物质。 所以氨基酸为蛋白质的结构单位。
鉴定蛋白质或多肽的N-末端氨基酸残基。
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3、与丹磺酰氯反应
AA DNS +多肽
蛋白
弱碱
AA DNS-多肽
酸
蛋白
DNS-AA +游离AA
（乙醚抽提，有荧光）
用途：用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸。
DNS-Cl是一种荧光试剂，能与蛋白质（或多肽）的N-末端氨
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（9）色氨酸Tryptophan(Trp) （10）丝氨酸Serine(Ser）
（11）酪氨酸Tyrosine (Tyr） （12）半胱氨酸Cysteine(Cys ）
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（13）蛋氨酸Methionine(Met) （14）天冬酰胺Asparagine(Asn)
（15）谷氨酰胺 Glutamine(Gln)
▪ 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋 化。水解的产物为较小的肽段或游离的氨基酸。
▪ 最常见的蛋白水解酶有以下几种：胰蛋白酶、糜蛋 白酶、胃蛋白酶、嗜热菌蛋白酶。
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一般物理性质
无色结晶，能溶于水，溶解度差别大；易溶于稀酸、稀碱 除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比 旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据除 甘氨酸外，每种氨基酸都具有旋光性和一定的比旋度
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三、蛋白质的生物功能
——催化功能 ——调节功能
——转运功能 ——储存功能
——运动功能
——结构部分 ——信息传递功能
——防御功能
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第二节 氨基酸
一、氨基酸的结构和分类
1、 结构通式：
R－N∣CH－2COOH ∣H
2、 结构共同点：都是－氨基酸；
除甘氨酸外，一般都 为L－氨基酸。
除甘氨酸外，每种氨基酸都具有旋光性和一定的比旋度
□ → ∣ R1
H2N－∣C－COOH+
H－∣N－∣ ∣CR－2 COOH－H2OH2N－∣R∣C1－OC－∣N－R∣∣C2 －COOH
H
HH
H HH
肽键
※ 蛋白质的化学组成
蛋白质由C、N、O、H、P、S等元素组成，其中N的含量稳定，一般为15％ －17％，平均为16％。。还有少量Fe、Zn、Cu、Ca等金属元素。
▪ 在近紫外区(200-400nm)只 有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸 有吸收光的能力。
▪ 酪氨酸的max＝275nm， ▪ 苯丙氨酸的max＝257nm， ▪ 色氨酸的max＝280nm，
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丙氨酸的滴定曲线：
当1mol/L的丙氨酸溶于 水时，溶液的pH约为6， 此时丙氨酸为两性离子状 态A la
第一部分 生物的分子基础
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第一章 蛋白质
要求掌握：
1、蛋白质的水解：酸解、碱解以及酶法水解的优缺点；
2、α－氨基酸的一般结构、旋光性性质以及其他物理性质。
3、氨基酸的分类：
4、氨基酸的酸碱化学。
5、氨基酸的化学反应。
6、氨基酸的光学活性和光谱性质。
7、氨基酸混合物的分析分离：
8、蛋白质的化学组成和分类。
混合物。
● 常用蛋白质的水解方法：
（1）酸水解法
—→ 蛋白质稀H2SO4、HCl 不完全水解产物 保温
蛋白质浓HCl 完全水解产物
→高温
（2）碱法水解：
蛋白质2M
Ba（OH）2完全水解
→→ 煮沸10h
→ （3）酶法水解：蛋白质 酶 水解产物
→ → （4）稀酸、稀碱水解 蛋白质 稀酸、稀碱 不完全水解 长时间保温
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胰岛素
二、蛋白质的大小与分子量
1、蛋白质是分子量很大的生物分子。
2、蛋白质分子量的变化范围
很大，从大约6000到
1000000道尔顿（Da）或更
大。
肌红蛋白
血红蛋白
3、某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价结
合而成的，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万
甚至数千万。（TMV：4x107） -
pH
物质的表观解离常数可以用测 定滴定曲线的实验方法求得。
Ala-
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B
pK´2=9.69
7
Ala Ala-
pI=6.02
A
Ala
pK´1=2.34
0 Ala+ 1.0
Ala+ Ala
0.5
0
HCl
0.5 1.0 NaOH
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丙氨酸的滴定曲线 28
氨基酸的解离与pH的关系： ① pI 〉pH：分子显正电性。 ② pI〈 pH：分子总是显负电性。 ③ 在pH2～11的某一pH，混合液中pI不同的氨基酸解离状态各有 差别。等电点离溶液pH越远者，则其酸性基团或碱性基团的解离 度相差越大，分子所带净电荷（正或负）数量越多。
（16）天冬氨酸Aspartic acid (Asp）
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（17）谷氨酸Glutamic acid (Glu） （18）赖氨酸Lysine (Lys）
（19）精氨酸Arginine (Arg） （20）组氨酸Histidine (His）
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4、氨基酸的分类
★根据R基团的化学结构分 a) Gly含有一个氢原子的R基团。
9、熟识蛋白质一级结构的测定方法和过程。
10、蛋白质的氨基酸序列与生物功能。
11、稳定蛋白质三维结构的作用力- 。
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12、掌握酰胺平面的定义和特点，
13、常见的二级结构，
14、三级结构的定义及特征。
15、蛋白质的变性作用。
16、结合具体例子说明蛋白质的结构与功能的关系（尤其是分子遗
传病与蛋白质结构的关系。
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★碱水解
▪ 一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 ▪ 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的
破坏，产率不高。 ▪ 部分的水解产物发生消旋化，其产物是D-型和
L-型氨基酸的混合物。 ▪ 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。
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★ 酶水解
▪ 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶 （proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase）已 有十多种。
两性化合物：氨基酸在同一分子中带有性质相反的酸、碱两种解离基团 的化合物。
氨基酸的两性解离：在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化
H3N +
COOH -H + C H pK 1'
R
+ H+
H 3N +
COOCH R
pH＜pI
pH＝pI
-H +
p K 2' H 2N
+ H+
COOCH R
pH＞pI