3、第三章、蛋白质化学

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 不断自我更新。
恩格斯《反杜林论》1878
概念：
蛋白质（protein，简写pro): 是由20种L-α- 氨基酸按一定的序 列通过酰胺键
一、蛋白质的重要作用
∴ 2 pH = pK1 + pK2
令 pI为等电点时的pH，则 pI = ½ （ pK1 +pK2） Gly：pI = ½ （2 .4 + 9.6) = 5.97
由此可知:
等电点相当于该aa两性离子状态两侧 基团pK值之和的一半。 A、对侧链R基不解离的中性氨基酸： pI=1/2（ pK1+ pK2） 即：等电点pH值与离子浓度无关，只取决 于兼性离子两侧基团的pK值。
羧基参加的反应
成盐成酯反应
+ NH3
R CH COO + R2OH
-
NH2.HCl R CH COOR2 + H2O
用途：保护羧基，活化氨基。
成酰氯反应
NHPG R CH COO
-
PCl3, PCl5 or SOCl2
NHPG R CHCOCl
用途：使氨基酸羧基活化的一个重要反应。
脱羧基反应
+ NH3


（三）氨基酸的重要理化性质
1、一般物理性质： • α氨基酸为无色晶体，不同氨基酸 其 晶体形状不相同。 • 氨基酸熔点一般在200—300℃ 。
• • •
氨基酸的溶解度 各种氨基酸有不同的味感 氨基酸的比旋光度
2、两性解离与等电点（两性性质）： （1）氨基酸为两性电解质：
氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以两 性离子的形式存在。
与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应
N(CH3)2 R O R 丹磺酰N- 端氨基酸 + 氨基酸 O + H2N CH C 多肽N- 端 SO2Cl 丹磺酰氯 水解 N(CH3)2 SO2 HN CH C N(CH3)2
（二）氨基酸的种类及结构
1、按结构可分为： （1）脂肪族侧链：
甘氨酸
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
丝氨酸
苏氨酸
脯氨酸
（2）芳香族侧链：
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
（3）含硫侧链：
半胱氨酸
甲硫氨酸
（4）含氮碱性侧链：
组氨酸
赖氨酸
精氨酸
（5）酸性及酰胺侧链：
天冬氨酸
谷氨酸
天冬酰胺
谷氨酰胺
2、按R基团的极性分：
R
CH COO
-
R CH2 NH2
+ H + CO2 +
叠氮反应
用途：活化羧基，用于肽的人工合成。
α-氨基和α-羧基共同参加的反应

与茚三酮的反应： α-氨基酸与水合茚三酮溶液共热，引起aa氧化 脱氨、脱羧，水合茚三酮与反应产物（氨和还原 型茚三酮）缩合生成兰紫色化合物（Pro和Hyp呈 黄色），色深与溶液中氨基浓度成正比。

左旋（－）：能使偏振光向左； 右旋（+）：能使偏振光向右。 旋光特性表示： 比旋光度[α]tD
★ 构型与比旋光度无直接对应关系



氨基酸的旋光性和旋光角度与R基团的性 质及测定时溶液的pH有关； 当某氨基酸以等量L、D型混合时，旋光 抵消，称外消旋； 化学合成所得氨基酸为D、L各半的混合 物，称DL型，无旋光性，可用化学或生 化方法将二型分开，此时才表现出旋光 性。
OH
-
O R1 C HN
R2 CH COO
-
用途：用于保护氨基。
烃基化反应
Cl
CH2 CH2 Cl S: R1
R2
CH2 CH2 H2N CH COO+ S R1
R1SCH2NHCH(R2)COO
用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。
-
西佛碱反应
脱氨基反应
NH3+
COO R CH
O
COO R CH + NH + 4

三、蛋白质的组成
（一）蛋白质的元素组成： C、H、O、N 及少量的 S 特点：N 在各种蛋白质中的平均含量为16%
用凯氏定氮法可测定蛋白质含量：
蛋白质含量(g) = 蛋白质含氮量×6.25
6.25为蛋白质系数，即1克氮所代表的蛋白质量（克数）
表 2 － 1 蛋白质的元素组成（按干重计算） 元 素 C H 0 N S P 百 分 含 量 50–55 6.9-7.7 21-24 15.0-17.6 0.3-2.3 0.4-0.9 平均（％） 52 7 23 16 2 0.6
3、紫外吸收性质：

只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力，因其含有 苯环共轭双键的R侧链。
酪氨酸
λmax：275nm
苯丙氨酸λmax ：257nm
色氨酸
λmax ：280nm
所以，测样品280nm处的光吸收值，可知溶液中蛋 白质浓度。此法快速简便。
4、氨基酸的重要化学性质
亚硝酸盐反应 烃基化反应 酰化反应 脱氨基反应 西佛碱反应
四、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
氨基酸（amino acid, 简写aa)：
蛋白质的基本组成单位，是含氨基的 羧酸。
天然蛋白质由20种标准氨基酸组成。
（一）氨基酸的结构 1、通式：
α-氨基酸中α碳原 子为不对称碳原子 （除甘氨酸）
α
由通式可得出：
(1)组成蛋白质的aa都是α -氨基酸 （除脯氨酸和α —亚氨基酸外）； (2)不同aa仅R链不同； (3)除甘氨酸外，其余aa的α -碳原子 均为不对称碳原子。
3、按人体是否可合成来分：
Lys、Val Ile Leu phe Met Trp Thr
必需氨基酸
半必需氨基酸 非必需氨基酸
其余氨基酸
Arg His
4、在有些蛋白质中存在的非编码氨基酸：
属于氨基酸的衍生物，也称为修饰氨基酸。

胱氨酸：2个半胱氨酸脱氢形成胱氨酸
羟脯氨酸（胶原蛋白） 鸟氨酸（甲状腺蛋白）
5、非蛋白质氨基酸：



不是蛋白质的组成成分 以游离或结合的形式存在于生物界 大都是常见氨基酸的衍生物 还有些是β-,γ-,δ-, 和D-型氨基酸 一些是代谢中间产物，如瓜氨酸、鸟氨酸、 γ-氨基丁酸等


L-瓜氨酸、 L-鸟氨酸：参加尿素循环； β-丙氨酸：维生素前体； γ-氨基丁酸：神经递质； D-谷氨酸、 D-丙氨酸：细菌细胞壁的组分。
根据氨基酸R基侧链的极性， 可将氨基酸分为
Ala Val Ile Leu Pro Met phe Trp
疏水性氨基酸（非极性氨基酸） Ser Thr Tyr 亲水性氨基酸（极性氨基酸）
不带电荷的极性氨基酸 带正电荷的碱性氨基酸 带负电荷的酸性氨基酸
Asp Glu Asn Gln Cys Gly Lys Arg His
成盐成酯反应 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应
COOH H2N C R
侧链反应
H
氨基参与的反应
亚硝酸盐反应
NH2 R-CH-COOH + HNO2
OH R-CH-COOH + N2 + H2O
用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。
酰化反应
O R2 R1 C X + H2N CH COOX=-Cl, OH,-OCOR
5、免疫保护作用
抗 体
6、激素作用：
胰岛素等
7、接受和传递信息的受体：
受体蛋白，
8、控制细胞生长、分化：
生长因子、阻遏蛋白
9、毒蛋白：
植物、微生物、昆虫所分泌
10、许多蛋白在凝血作用、通透作用、 营养作用、记忆活动等方面起重要作用。
二、蛋白质的分类
分类原则：按分子形状、分子组成、溶解度、生 物功能 （一）按分子形状：球状蛋白和纤维状蛋白； （二）按分子组成：简单蛋白和结合蛋白； （三）按溶解度：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇 溶蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋 白等。 （四）按生物功能：酶、运输蛋白、营养和储存蛋 白、运动蛋白、结构蛋白和防 御蛋白
应用：可定性或定量测定各种氨基酸。
a、根据颜色深浅，在570（440）nm处 测OD值，可知样品中氨基酸含量。 b、定量释放的CO2可用测压法测量，计 算出参加反应的aa量。 c、蛋白质和多肽亦可反应，但灵敏度差。
成肽反应
一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧 基可以缩合成肽，形成的键称肽键。
蛋白质作为生命现象的物质基础 之一，是构成一切细胞和组织结构的 最重要的组成成分，参与生物体内许 多方面的重要功能。
1、催化作用 几乎所有的酶都是蛋白质
2、生物体的结构成分
膜 蛋 白
3、运输和储存
血红蛋白在血中输送氧 肌红蛋白在肌肉中输送氧
•膜蛋白起运输作用
4、运动作用：
动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动
第三章
蛋白质化学
学习要求：
1. 了解蛋白质生物功能、分类。 2. 了解氨基酸分类、结构，掌握其重要化学反 应和分离、分析方法，重点弄清楚它的两性 性质,pI和 Pk。 3. 掌握蛋白质的一级结构及其序列分析方法。 掌握蛋白质二、三和四级结构的基本概念。 4. 了解蛋白质的重要理化性质。 5. 了解蛋白质分离、纯化方法及其理论依据。
氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像 碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。
As an acid（proton donor）：
COO H3N
H2N
COO C R H +H
+
+
C R
H
As a base（proton acceptor）：