蛋白质化学讲义教材
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• Mirror image pairs of amino acids are designated L (levro) and D (dextro)
• Proteins are assembled from L-amino acids
(very few D-amino acids occur in nature)
Two representations of an amino acid at neutral pH
(a) Structure
(b) Ball-and stick model
Stereochemistry of amino acids
• 19 of the 20 common amino acids have a chiral carbon atom (Gly does not)
绪论
生物化学
研究生物体内化学分子与化学反应的科学， 从分子水平探讨生命现象的本质。
研究对象
生物体分子结构与功能，物质代谢与调节， 遗传信息传递与调控。
蛋白质的结构与功能
➢蛋白质的分子组成 ➢蛋白质的分子结构 ➢蛋白质结构与功能的关系 ➢蛋白质理化性质及分离纯化
第一节 蛋白质在生命活动中的重要性
• 稳定因素（维系力）：肽键、二硫键 • 胰岛素（第一个被确定一级结构的蛋白质）的一级结
构 • 一级结构是蛋白质生物学活性及特异空间结构的基础
氨基酸的组成、数目、排列顺序
二、蛋白质的空间结构 构型（configuration）与构象（conformation） 空间结构的研究方法：X线晶体衍射法
微量元素：Ｐ，Fe ，Ｃｕ，Ｚｎ
特点：含氮量接近---16% 应用：蛋白质的定量测定
根据含氮量推算生物样品中蛋白质含量
每克样品含氮克数 * 6.25 * 100 = 100克 样品中蛋白质的含量
二、蛋白质的基本结构单位—氨基酸 （amino acid）
结构特点 1.不对称 碳原子(α-氨基酸,甘氨酸除 外) 2.具有旋光异构性(L型和D型)
是在蛋白质生物合成后加工修饰而成。eg：5羟赖氨酸，磷酸酪氨酸 ▪ 非蛋白质氨基酸
Formation of cystine 胱氨酸
➢ 氨基酸的理化性质 ▪ 两性游离和等电点
R-CH-COOH
NH2
H+ R-CH-COOH NH3+
阳离子 pH<pI
OH-
R-CH-COO--
R-CH-COO--
天然aa均为L型
➢ 氨基酸的结构 • α-氨基
酸
Amino Acid common structure
NH2
amino
H C COOH
R
acid
• Under normal pH conditions amino acids are zwitterions (dipolar ions):
Amino group = -NH3+ Carboxyl group = -COO-
1. 二级结构（second structure）
多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及 侧链构象 肽单元（peptide unit）---肽键中的四个原子和 与之相邻的两个Cα位于同一刚性平面内，其 特点 •N-C键具有部分双键的性质，不能自由旋转 •Cα-N、 Cα-C可自由旋转，他们的旋转角度决 定肽单元之间的相对位置 •顺式肽单元与反式肽单元
➢ 生物活性肽 谷胱甘肽、肽类激素、神经肽、抗生素肽等
四、蛋白质分类 分子组成:
单纯蛋白：只由aa组成 结合蛋白：单纯蛋白+非蛋白物质（辅基） 分子形状： 纤维状蛋白 球状蛋白 功能：酶蛋白，调节蛋白，运输蛋白等
第三节 蛋白质的分子结构
一级结构（初级结构、基本结构） 二、三、四级结构（空间结构、高级结构、空间构象） 一、一级结构 (primary structure) • 定义：多肽链中氨基酸的排列顺序
NH3+ 兼性离子
NH2 阴离子
pH=pI
pH>pI
等电点（isoelectric point pI）
当处于某一pH值溶液时，氨基酸可能不解离，也 可能解离成阳离子和阴离子的程度及趋势相等， 此时净电荷为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，即氨基酸处于兼性离子（zwitterions） 状态。
二、蛋白质的生物学功能：
• 催化功能：酶 • 调节功能：某些激素 • 运载功能：血红蛋白 • 收缩，运动：肌动蛋白，肌球蛋白 • 防御，储存：免疫球蛋白，抗体；铁
蛋白 • 支持作用：胶原蛋白，角蛋白 三、蛋白质组（proteome）与蛋白质组
学
ຫໍສະໝຸດ Baidu
第二节 蛋白质的分子组成
一、元素组成 基本元素：Ｃ Ｈ Ｏ Ｎ Ｓ
还原茚三酮+NH3+CO2+醛
颜色深浅与aa含量成正比 茚三酮
aa定量测定
缩合 H+
蓝紫色化合物
570nm 黄色化合物 （脯氨酸与羟脯氨酸）
棕色化合物 （天冬酰胺）
三、肽键和多肽链
AA的成肽反应 AA的连接方式---肽键 peptide bond
（酰胺键）
➢ 肽键(peptide bond) （酰胺键） 寡肽(oligopeptide) 多肽(polypeptide) 多肽链(polypeptide chain) 氨基酸残基(residue) 主链 侧链 N末端、C末端，一般N在左，C在右 多肽与蛋白质
C
C
L amino acid D amino acid
• 旋光异构性（甘氨酸 除外）
在天然蛋白质中只有L型 氨基酸存在
• 20种氨基酸由遗传密码来编码 • 侧链R对蛋白质空间结构和理化性质有重要影响
组成蛋白质的氨基酸为20种L-α-氨基酸
➢ 氨基酸分类
▪ 20种氨基酸按侧链的结构和性质分为四类 • 非极性R基氨基酸：8种 • 不带电荷的极性R基氨基酸：7种 • 带负电荷（酸性）的R基氨基酸：2种 • 带正电荷（碱性）的R基氨基酸：3种 支链aa、芳香族aa、含硫aa、含羟基aa ▪ 有些蛋白质含有一些特有氨基酸，无遗传密码，
等电点是氨基酸的特征性常数
pH＞pI 带负电 pH＜pI 带正电
▪ 紫外吸收性质 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没 有光吸收，但在近紫外区(250-290nm) 酪 氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力
280nm 波长处有最大光吸收峰 应用：蛋白质的定性、定量测定
• 茚三酮反应 aa + 水合茚三酮
• Proteins are assembled from L-amino acids
(very few D-amino acids occur in nature)
Two representations of an amino acid at neutral pH
(a) Structure
(b) Ball-and stick model
Stereochemistry of amino acids
• 19 of the 20 common amino acids have a chiral carbon atom (Gly does not)
绪论
生物化学
研究生物体内化学分子与化学反应的科学， 从分子水平探讨生命现象的本质。
研究对象
生物体分子结构与功能，物质代谢与调节， 遗传信息传递与调控。
蛋白质的结构与功能
➢蛋白质的分子组成 ➢蛋白质的分子结构 ➢蛋白质结构与功能的关系 ➢蛋白质理化性质及分离纯化
第一节 蛋白质在生命活动中的重要性
• 稳定因素（维系力）：肽键、二硫键 • 胰岛素（第一个被确定一级结构的蛋白质）的一级结
构 • 一级结构是蛋白质生物学活性及特异空间结构的基础
氨基酸的组成、数目、排列顺序
二、蛋白质的空间结构 构型（configuration）与构象（conformation） 空间结构的研究方法：X线晶体衍射法
微量元素：Ｐ，Fe ，Ｃｕ，Ｚｎ
特点：含氮量接近---16% 应用：蛋白质的定量测定
根据含氮量推算生物样品中蛋白质含量
每克样品含氮克数 * 6.25 * 100 = 100克 样品中蛋白质的含量
二、蛋白质的基本结构单位—氨基酸 （amino acid）
结构特点 1.不对称 碳原子(α-氨基酸,甘氨酸除 外) 2.具有旋光异构性(L型和D型)
是在蛋白质生物合成后加工修饰而成。eg：5羟赖氨酸，磷酸酪氨酸 ▪ 非蛋白质氨基酸
Formation of cystine 胱氨酸
➢ 氨基酸的理化性质 ▪ 两性游离和等电点
R-CH-COOH
NH2
H+ R-CH-COOH NH3+
阳离子 pH<pI
OH-
R-CH-COO--
R-CH-COO--
天然aa均为L型
➢ 氨基酸的结构 • α-氨基
酸
Amino Acid common structure
NH2
amino
H C COOH
R
acid
• Under normal pH conditions amino acids are zwitterions (dipolar ions):
Amino group = -NH3+ Carboxyl group = -COO-
1. 二级结构（second structure）
多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及 侧链构象 肽单元（peptide unit）---肽键中的四个原子和 与之相邻的两个Cα位于同一刚性平面内，其 特点 •N-C键具有部分双键的性质，不能自由旋转 •Cα-N、 Cα-C可自由旋转，他们的旋转角度决 定肽单元之间的相对位置 •顺式肽单元与反式肽单元
➢ 生物活性肽 谷胱甘肽、肽类激素、神经肽、抗生素肽等
四、蛋白质分类 分子组成:
单纯蛋白：只由aa组成 结合蛋白：单纯蛋白+非蛋白物质（辅基） 分子形状： 纤维状蛋白 球状蛋白 功能：酶蛋白，调节蛋白，运输蛋白等
第三节 蛋白质的分子结构
一级结构（初级结构、基本结构） 二、三、四级结构（空间结构、高级结构、空间构象） 一、一级结构 (primary structure) • 定义：多肽链中氨基酸的排列顺序
NH3+ 兼性离子
NH2 阴离子
pH=pI
pH>pI
等电点（isoelectric point pI）
当处于某一pH值溶液时，氨基酸可能不解离，也 可能解离成阳离子和阴离子的程度及趋势相等， 此时净电荷为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，即氨基酸处于兼性离子（zwitterions） 状态。
二、蛋白质的生物学功能：
• 催化功能：酶 • 调节功能：某些激素 • 运载功能：血红蛋白 • 收缩，运动：肌动蛋白，肌球蛋白 • 防御，储存：免疫球蛋白，抗体；铁
蛋白 • 支持作用：胶原蛋白，角蛋白 三、蛋白质组（proteome）与蛋白质组
学
ຫໍສະໝຸດ Baidu
第二节 蛋白质的分子组成
一、元素组成 基本元素：Ｃ Ｈ Ｏ Ｎ Ｓ
还原茚三酮+NH3+CO2+醛
颜色深浅与aa含量成正比 茚三酮
aa定量测定
缩合 H+
蓝紫色化合物
570nm 黄色化合物 （脯氨酸与羟脯氨酸）
棕色化合物 （天冬酰胺）
三、肽键和多肽链
AA的成肽反应 AA的连接方式---肽键 peptide bond
（酰胺键）
➢ 肽键(peptide bond) （酰胺键） 寡肽(oligopeptide) 多肽(polypeptide) 多肽链(polypeptide chain) 氨基酸残基(residue) 主链 侧链 N末端、C末端，一般N在左，C在右 多肽与蛋白质
C
C
L amino acid D amino acid
• 旋光异构性（甘氨酸 除外）
在天然蛋白质中只有L型 氨基酸存在
• 20种氨基酸由遗传密码来编码 • 侧链R对蛋白质空间结构和理化性质有重要影响
组成蛋白质的氨基酸为20种L-α-氨基酸
➢ 氨基酸分类
▪ 20种氨基酸按侧链的结构和性质分为四类 • 非极性R基氨基酸：8种 • 不带电荷的极性R基氨基酸：7种 • 带负电荷（酸性）的R基氨基酸：2种 • 带正电荷（碱性）的R基氨基酸：3种 支链aa、芳香族aa、含硫aa、含羟基aa ▪ 有些蛋白质含有一些特有氨基酸，无遗传密码，
等电点是氨基酸的特征性常数
pH＞pI 带负电 pH＜pI 带正电
▪ 紫外吸收性质 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没 有光吸收，但在近紫外区(250-290nm) 酪 氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力
280nm 波长处有最大光吸收峰 应用：蛋白质的定性、定量测定
• 茚三酮反应 aa + 水合茚三酮