蛋白质化学

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➢ 其他元素(某些蛋白质) : P Fe Cu Zn Mo I Se
蛋白质的含氮量
➢ 大多数蛋白质的含氮量接近于16% ➢ 蛋白质氮占生物组织中所有含氮物质的
绝大部分 ➢ 所以,可以根据生物样品中的含氮量来
计算蛋白质的大概含量. ➢ 蛋白质含量(克%)=每克生物样品中含
氮的克数 6.25
(二)蛋白质的分子组成
•根据不同的反应时间测出酶水解所释放出 的氨基酸种类和数量,从而知道蛋白质的 C-末端残基顺序。
蛋白质的特异裂解
胰蛋白酶(trypsin)的裂解作用
BrCN的裂解作用
氨基酸自动测序仪
确定肽段在多肽链中的次序
(二)蛋白质的空间结构
➢蛋白质空间结构(构象):指蛋白质 分子中原子和基团在空间的排列分布和 肽链的走向。
一个氨基酸分子的α-氨基经脱水形成的酰胺键 (-CO-NH)。 ➢ 二肽.三肽:根据成肽的氨基酸数目命名.
➢ 寡肽:10肽以下称之。 ➢ 多肽: 10肽以上称之。 ➢ 氨基酸残基:氨基酸成肽后已不完整,故称之。
➢ 肽单位:与肽键相连的六个原子(C1,C,O,N,H,C 2) 组成的肽平面。
氨基酸残基与肽单位
∴ 2 pH=pk1+pk2
pI=1/2( pk1+pk2 )
➢ 中性氨基酸:pI = (pK1 + pK2 )/2 ➢ 酸性氨基酸:pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 ➢ 碱性氨基酸:pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2
➢ pK 1指α-羧基离解常数的负对数值; ➢ pK 2指α-氨基离解常数的负对数值 ➢ pK R指侧链R基离解常数的负对数值。
AA与丹磺酰氯的反应
N(CH3)2
RO
+ H2N CH C
SO2Cl 丹磺酰氯
多肽N-端 N(CH3)2
N(CH3)2
RO SO2 HN CH C 丹磺酰N-端氨基酸
水解
+ RO SO2 HN CH C OH 丹磺酰氨基酸
氨基酸
➢用途:末端基氨基酸测定
四、肽(peptide)
(一)肽的概念
➢ 肽:若干氨基酸通过肽键聚合而成的链状化合物。 ➢ 肽键:肽分子中,一个氨基酸分子的α-羧基与另
1. 谷胱甘肽(GSH):
➢全称为γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。
•还原型(GSH) •氧化型(GSSG)
Glu-Cys-Gly
Glu-Cys-Gly
SH
S
S
➢ 谷胱甘肽的生理功用: Glu-Cys-Gly
• 参与氧化还原反应 • 解毒作用 • 保护巯基酶的活性
谷胱甘肽(GSH)
γ-
2. 多肽类激素:
➢·Leo脑啡肽
+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-
➢·有镇痛麻醉作用。
五、 蛋白质的结构
一级结构----基本结构
二级结构 蛋白质的结构
三级结构
空间结构
四级结构
(一)蛋白质的一级结构
1、蛋白质的一级结构的概念
➢ 一级结构指多肽链的氨基酸组成、线性 顺序、多肽链数目和关联。
➢ 多肽链的氨基酸顺序,是蛋白质生物功 能的基础。
-氨基酸 H 2 N
手性-碳原子
COOH CH R
不变部分 可变部分
➢ 天然氨基酸除脯氨酸和甘氨酸外,其余 均属于L-α-氨基酸。
➢ 除甘氨酸外,氨基酸均含有一个手性碳原子,因此都具有旋光性和立体异构。
➢ 各种氨基酸的区别在于侧链R基团 (Radical)不同。
半胱氨酸
苏氨酸
苯丙氨酸
酪氨酸 色氨酸
➢ 稳定一级结构的力:肽键、二硫键。
胰岛素(Insulin):
2、蛋白质一级结构的测定
蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质 化学研究的基础。自从1953年F.Sanger 测定了胰岛素的一级结构以来,现在已 经有上千种不同蛋白质的一级结构被测 定。
3.一级结构测定的意义:
➢ 一级结构是研究高级结构的基础。 ➢ 可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功

DNS-CL法
构 测
C端分析:肼解法, 羧肽酶法 4.拆分多肽链:
可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理
定 5.用两种以上方法特异性裂解:

肽链内切酶(胰蛋白酶)
程 序
化学试剂(溴化氰) 6.分离纯化肽段:双向电泳 7.测定氨基酸组成 :
氨 基酸自动分析仪(峰图)
8. 跨切口重迭肽段,分析氨基酸顺序
蛋白质化学
二、蛋白质的生物学意义
➢ 蛋白质是构成生物体最基本的结构物质和功 能物质。
➢ 蛋白质是生命活动的物质基础,是生命活动 的主要体现者。
➢ 结构骨架 ➢ 催化作用 ➢ 运输作用
➢免疫作用 ➢运动作用 ➢调节作用
三、蛋白质的化学组成
(一)蛋白质的元素组成
➢ 基本元素: CHO NS
50~55% 6~8% 20~23% 15~18% 0~4%
C
C
OO
➢用途:常用于氨基酸的定性或定量分析。
AA与二硝基氟苯(DNFB)的反应
RO
RO
O2NFra Baidu bibliotek
F +H2N CH C
O2N
HN CH C
NO2 DNFB
H+ O2N
H2O
N-端 氨 基 酸 RO
HN CH C OH
NO2 DNP衍 生 物 + 氨基酸
NO2 DNP-氨 基 酸
➢用途:末端基氨基酸测定
1.概述
⑴何谓构象: conformation
➢ 构象是指一个由几个碳原子组成的分子, 由于单键的旋转造成的不同碳原子上各 原子或取代基团的空间排布。
➢ 构象的改变不需要共价键的断裂和重组, 只需要单键旋转方向和角度改变即可。
configuration
乙烷的构象
⑵ 决定蛋白质空间构象的因素
① 蛋白质的氨基酸序列
-羟氨基酸+氮气+水
(4)Sanger反应
AA +DNFB
NaHCO3
pH8-9、室温
DNP氨基酸(黄色)
(5)Dansyl-cl反应
AA+DNS-Cl
pH9.7
DNP氨基酸(荧光)
(6)Edman反应
pH8.3
无水HF
AA + PITC PTC-AA
PTH-AA + H2O
AA与茚三酮反应
茚三酮
• HbA Val.His.Leu.Thr.Pro.Glu.Glu.Lys
• HbS Val.His.Leu.Thr.Pro.Val.Glu.Lys
细胞色素c的一级结构与生物进化的关系
1.样品纯化(纯度>97%以上);
2.测定蛋白质的分子量;
3 一 级
3.末端分析 N端分析:PITC法 DNFB法 Edman法
氨基酸
➢用途:末端基氨基酸测定
肼解法分析C-端氨基酸残基
NH2-NH2
NH-NH2
➢羧肽酶法分析C-端氨基酸残基
•羧肽酶是一种肽链外切酶,它能从多肽链 的C-端逐个的水解。
•羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有 C-末端氨基酸残基;
•羧肽酶B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的 肽键。

带正电: His,Lys,Arg
性 带电荷

带负电荷:Asp,GLu.
氨基
基酸

不带荷: Ser,Thr,Asn,Gln,Tyr,Cys


性 氨
Gly,Ala,Val,Leu.Ile,Phe,Met,Pro,Trp


③按营养状况分 ➢ 必需氨基酸 ➢ 非必需氨基酸 2.稀有氨基酸 • 是正常氨基酸的衍生物 • 在遗传上没有直接的三联密码. (3)非蛋白质氨基酸 • 不在蛋白质分子中出现的氨基酸 • 大多是α-氨基酸的衍生物 • 也有D-型和 -、γ-、δ-氨基酸.
3.紫外吸收性质:
➢ 色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有 光吸收。其吸收峰在280nm左右,以色 氨酸吸收最强。
➢ 可采用紫外分分光度法测定蛋白质的含 量。
氨基酸的紫外吸收光谱
4.氨基酸的化学反应
(1)茚三酮反应
加热
AA +水合茚三酮 蓝紫色化合物
(2)甲醛反应 AA+甲醛
二羟甲基氨基酸
(3)亚硝酸反应 AA+亚硝酸
③R基团的性质和排布:
➢ 空间位阻 ➢ 基团相互作用 • 氢键 • 离子键 • 疏水键 • 范德华力 • 共价键(二硫键、酯键)
组氨酸 赖 氨
精 氨 酸

天冬氨酸 谷 氨 酸
天冬酰胺 谷 氨 酰 胺
八种必需氨基酸: Thr,Lys,Val,Leu
Ile, Met, Tyr,Phe
苏赖缬亮异亮, 甲硫酪苯丙。
(二)氨基酸的分类
1.常见的天然氨基酸:
①按极性分
极性氨基酸 非极性氨基酸
酸性氨基酸
②按酸碱性分 碱性氨基酸
中性氨基酸
能的关系。 ➢ 可以为生物进化理论提供依据。 ➢ 可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。
蛋白质一级结构的变异与分子病
➢ 在镰刀状红细胞贫血患者中,由于基因 突变导致血红蛋白β-链第六位氨基酸残 基由谷氨酸改变为缬氨酸,血红蛋白的 亲水性明显下降,从而发生聚集,使红 细胞变为镰刀状。
➢ 氨基酸顺序 1 2 3 4 5 6 7 8
➢ 氨基酸所带的净电荷为零;
➢ 些时溶液的pH值称为该氨基酸的等电 点。
➢ 等电点(pI)时溶解度最小。
等电点的推导
移项:
[Ala+]= [Ala-]=
[Ala±][H+]
K1
[Ala±] K2 [H+]
根据等电点的定义: [Ala+]= [Ala-]
[Ala±][H+]
[Ala±] K2
=
K1
②肽键的刚性平面性质
➢ 由于C=O双键中的π电子云与N原子上的未共 用电子对发生“电子共振”,使肽键具有部分 双键的性质,不能自由旋转。
➢ 与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构,称 为肽单元或肽键平面。
➢ 但由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键, 因此两相邻的肽键平面可以α-碳原子作相对旋 转,旋转的相对角度称Cα原子的两面角和 , 可描述多肽的所有可能构象。
(二)肽结构的表示
➢ 氨基酸的顺序:指从“N”端→“C”端 氨基酸的排列顺序。
➢ 肽的表示法:按氨基酸的顺序依次读为某 氨酰某氨酰……某氨酸。
➢ 如:谷氨酰半胱氨酰甘氨酸. ➢ 简称:谷胱甘肽 ➢ 简式:Glu·Cys·Gly
(三)生物活性肽:
➢ 生物体内具有特殊的生物学活性的 肽类物质。
➢ 重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类 激素等。
蛋白质 > 104 d ↓
月示 5×103d ↓
胨 2×103d ↓
多肽 103~5×102d ↓
二肽 2×102d ↓
氨基酸102d
(三)蛋白质的其他组分
蛋白质 简单蛋白质 结合蛋白质
氨基酸部分 非氨基酸部分 糖 脂 核酸 辅因子
三、蛋白质的基本单位--氨基酸
(一)氨基酸的结构特点
除甘氨酸和脯氨酸外,其他均具有如下结 构通式。
PITC法测定N-端氨基酸残基
DNFB法分析N-端氨基酸残基
Edman降解法测定氨基酸序列
异 硫 氰 酸 苯 酯
AA与丹磺酰氯的反应
N(CH3)2
RO
+ H2N CH C
SO2Cl 丹磺酰氯
多肽N-端 N(CH3)2
N(CH3)2
RO SO2 HN CH C 丹磺酰N-端氨基酸
水解
+ RO SO2 HN CH C OH 丹磺酰氨基酸
(三)氨基酸的理化性质:
1.一般物理性质:
➢ 无色晶体,熔点极高,一般在2000 以上。 ➢ 不同氨基酸有不同的味感。
➢ 能溶于稀酸或稀碱,不溶于有机溶剂。
2.两性解离及等电点:
➢ 氨基酸分子是一种两性电解质。
➢ 通过改变溶液的pH可使氨基酸分子的解 离状态发生改变。
OH-
R—CH—COOH

H+
NH3+
pH < pI
OH-
R—CH—COO-

H+
NH3+
pH = pI
R—CH—COO│ NH2
pH > pI
Pk1是AA的-coo被滴定一半时的pH
(coo-结合H+)
Pk2是AA的-NH3+ 被滴定一半时的pH ( NH3+释放H+)
氨基酸的解离曲线
等电点的概念:
➢ 氨基酸分子上的-NH3+和-COO-解离度 完全相同;
[H+]
整理:K1 K2 [Ala±]= [Ala±] [H+] [H+]
K1 K2= [H+]2 两端取对数:-lg [H+]2 =-lg K1-lg K2
∵-lg K1 = pk1 -lg K2= pk2 ∴2 (-lg [H+])= pk1+pk2 根据pH 的定义得:pH=lg 1/ [H+] =-lg [H+]
O C
CO C
O
H2O H2O
O C O H C CO H +H 2 NC R H C O O H
O
O
O
C
H O C
C CO +2 N H 3+HC C
O
O
O C OH
C C OH
O
水合茚三酮
O
C CH+R C H O +N H 2+C O 2 C O H
O
O -N H 4 + O
C
C
CNC
+2 H 2 O
•种类较多,生理功能各异。主要见于 下丘脑及垂体分泌的激素。
C ys T yr IL e G ln A sn C ys P ro Leu G ly
S S
NH2
牛催产素
C ys T yr Phe G ln A sn C ys P ro A rg G ly
S S
NH2
牛加压素
3、神经肽
➢·脑啡肽
+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-
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