化学生物学导论蛋白质化学12PPT课件

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3、非蛋白氨基酸
自然界中还存在一些并不是蛋白质组分的非蛋白 氨基酸，已经发现有200余种，具有不同的功能； （见教科书p9中表1-2） 细菌中含有多种Ｄ-α-氨基酸：细菌细胞壁Ｄ－ 丙氨酸、短杆菌肽D和多粘菌肽中D-亮氨酸……
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三、氨基酸的性质
• 此类氨基酸由丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲 硫氨酸和脯氨酸六个或称为疏水性氨基酸
• 此类氨基酸在水溶液中溶解度小。
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氨基酸分类
(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸
• 此类氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬 氨酸和谷氨酰胺；
• 半胱氨酸侧链的巯基失去质子的倾向较此类其他氨基酸为 大，其极性最强。
碳
50%～55%
氮 15.0％～17.6％
氢
6.9％～7.7％
硫
0.3％～2.3％
氧Βιβλιοθήκη Baidu
21%～24％
磷
0.4 %～ 0.9%
在任何生物样品中，每克氮的存在，大约表示该样品含 100/16=6.25g蛋白质。凯氏定氮法以生物样品中的含氮量计算
蛋白质含量（质量分数，％）＝每克样品中氮含量g 6.25 100%
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第一节 蛋白质组成
一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的基本单位-氨基酸 三、氨基酸的性质
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一、蛋白质元素组成(按干重计算)
主要元素： C、O 、N、H 、…… 微量元素：S、P、Fe、Zn、Cu、Mo、I ……
各种蛋白质的氮元 素含量均接近于
16%
元素
含量
元素
含量
pH ＞ pI时，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动； pH ＜ pI时，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动； pH = pI时，氨基酸所带净电荷为零，在电场中在原点不动。 当ΔpH = pH – pI, 则|ΔpH |越大，氨基酸所带电量越高。
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蛋白质的pK和pI值
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等电点时氨基酸的特性
所带净电荷为零，氨基酸主要是两性离子形式; ● 氨基酸的电解（或解离）处于动态平衡； ● 易沉淀（失去静电斥力）。
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知识延伸
氨基酸等电点特征的应用
● 混合氨基酸的分离或制备； ● 判断在某一pH值下氨基酸的带电性。
重要知识点！
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等电点的确定
pK1和pK2分别代表α碳上COOH和 NH3+的解离常数负对数。
曲线的转折点pK1=2.34，在此pH条件 下，有一半发生电离。可以将1mol/甘氨 酸溶于水时，溶液的pH约为6 ，用标准 盐酸溶液进行滴定，得到滴定曲线A。
曲线的转折点pK2=9.6，另一半电离。 用标准NaOH溶液滴定,得到曲线B。
• 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，这些天然氨基酸具有共同或 特异的理化性质。
• α氨基酸为无色晶体，不同氨基酸晶体形状不相同
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1、氨基酸的光学活性
构成蛋白质20种氨基酸中，除甘氨酸外，均含 有一个手性α-碳原子，都具有旋光性，能使偏振光 平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右 旋者用（+）表示；
碱所滴定，可根据氨基酸的滴定曲线来推算pK值。
氨基酸的等电点 pI
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等电点的定义
❖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。
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； 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，在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。
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芳香族氨基酸的紫外吸收
✓酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸 有紫外光吸收能力，前者二个 最大吸收峰在280nm 附近；
• 酪氨酸的max＝275nm • 色氨酸的max＝280nm • 苯丙氨酸的max＝257nm
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知识延伸 蛋白质含量测定方法
• 考马斯亮兰法（Bradford法） folin―酚试剂法（Lowry法） 紫外吸收法
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氨基酸分类
（五）侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸
• 此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸； • 其侧链分别含有氨基、胍基、和咪唑基，均可发生质子化，
使之带正电荷。
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侧链R基分类后排布
1）按R基化学结构分为 四大类
脂肪AA（15种） 芳香族AA（2种）:苯丙氨酸、酪氨酸 杂环族AA（2种）: 组氨酸、色氨酸 杂环亚AA（1种）: 脯氨酸
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氨基酸分类
（三）侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸 • 此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸；
• 其侧链分别由苯基、酚基和吲哚基； • 苯基的疏水较强；酚基和吲哚基在一定的条件下可解离。
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氨基酸分类
（四）侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
• 此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸； • 其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷；
R CH COOH +H+ NH3+
R CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
pH=pI
pH>pI
阳离子 （净电荷+1）
质子受体
氨基酸的兼性离子 （净电荷0）
阴离子 （净电荷-1）
质子供体
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氨基酸的理化性质 氨基酸的酸碱性质两个重要概念
氨基酸的可解离基团的pK值：氨基酸的每一功能基因可被酸
位。
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1、氨基酸的结构和分类
氨基酸均具有如下结构通式
CH3
COO-
RH
C
+NH3
丙氨酸
H
甘氨酸
L-氨基酸的通式
L-α-氨基酸（甘氨酸除外），R为侧链
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构成蛋白质的20种氨基酸
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L-构型与D-构型
L-甘油醛
α-氨基酸有两种构型:D 构型和L构型
它们是与甘油醛或乳 酸相比较而决定的。凡 是与L－甘油醛（或L－ 乳酸）构型相同的，就 定义为L－氨基酸，反 之为D－氨基酸。
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
+NH3
二硫键
胱氨酸
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2、几种不常见的重要氨基酸
蛋白质肽链在合成过程中或合成后，某些氨基酸残基经酶
催化修饰，改变其侧链的化学结构生成一些修饰(modified)
氨基酸，具有新的结构和功能
HO N H
半必需氨基酸 ：尽管自身可以合成，但合成量不能满 足需要，尤其是婴幼儿，不能自身合成的氨基酸。
非必需氨基酸 ：其他可已在体内合成以满足需要的 氨基酸。
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氨基酸分类
• 必须氨基酸共八种：
蛋氨酸(Met)，苏氨酸(Thr)，色氨酸(Trp)，缬氨酸 (Val)，赖氨酸(Lys) ，苯丙氨酸(Phe),异亮氨酸(Ile)，亮 氨酸(Leu) 。
对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于
两性离子两边的pK’值的算术平均值。
酸性氨基酸： pI=12（pK1+pKR）
碱性氨基酸： pI= 12（pK2+pKR）
天冬氨酸Asp和 谷氨酸Glu
组氨酸His、精 氨酸Arg、赖氨 酸lys
(pK1 、 pK2和pKR分别代表a-C上COOH、NH3+以及侧链基团 的解离常数负对数，通过测定滴定曲线的实验方法求得。
1克氮相当于6.25克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据
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二、蛋白质基本单位-氨基酸
除甘氨酸外，组成蛋白质结构单元氨基酸均属于 L-α-氨基酸，具有旋光性 [左旋（-）或右旋（+）]
天然蛋白质由20种氨基酸组成; 天然蛋白质含有若干种不常见的氨基酸衍生物; 氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单
第一章 蛋白质化学
Chapter 1 Protein chemistry
化学与材料科学学院分析化学学部 王骊丽
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本章内容
第一节 蛋白质的组成 (Protein composition) 第二节 多肽 (Polypeptide) 第三节 蛋白质的结构 (Protein structure) 第四节 蛋白质的分类 (Protein classification)
• 非必须氨基酸共两种：
组氨酸（His），精氨酸（Arg），体内合成效率较低，
尤其婴幼儿时期可体外补充。
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特殊氨基酸
• 脯氨酸-含有环状二级氨基
（亚氨基酸） CH2
CH2
CH2
CHCOONH2+
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特殊氨基酸
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
作业：查阅这三种方法测定原理？
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3. 两性解离和等电点
从结构上看，氨基酸分子中含有羧基（-COOH)和氨基（NH2）
从物理化学性质上看，氨基酸具有盐的某些属性：白色晶 体、熔点很高（200℃以上分解），不同程度溶于水，水 溶液具有较高的介电常数；不同一般的羧酸和胺；
氨基酸在结晶形态或水溶液中，并不是以游离的羧基或氨 基形式存在；
L-丙胺酸
D-甘油醛 D-丙氨酸
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氨基酸分类
20种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同
• 按R基和氨基酸性质的不同可分为 ✓ 脂肪族氨基酸 ✓ 芳香族氨基酸 ✓ 碱性氨基酸 ✓ 含羟基或含硫氨基酸 ✓ 环氨基酸以及酸性氨基酸及其酰胺
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氨基酸分类
（一）侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸
COOH
H2NCH2CHCH2CH2CHCOOH
OH
NH2
4-羟基脯氨酸
5-羟基赖氨酸
CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH NH2
6-N-甲基赖氨酸
I
HO
CH2CHCOOH
I
NH2
3,5-二碘酪氨酸
☺胶原中出现的羟基氨基酸残基是形成坚韧的胶原纤维的必要条件； ☺甲状腺球蛋白中带有甲状腺素等碘化酪氨酸残基。
pI=1/2（pK1+pK2）=(2.34+9.6)/2=5.97
• 由甘氨酸（Gly）的两性解离和滴定曲线 可以看出，在pH2.34和pH9.60处，Gly具 有缓冲能力。
图1-3 甘氨酸的酸碱滴定曲线
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谷氨酸的滴定曲线
✓pK1、pKR代表分别代表 两性离子两边的解离常数 pK值； ✓谷氨酸的等电点计算
pI=1/2（pK1+pKR）＝1/2 (2.19+4.25)=3.22
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组氨酸的滴定曲线
Titration curve for histidine
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等电点计算公式
侧链没有可解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和
pK2的算术平均值：
pI= 12（pK1+pK2）
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主要知识点
✓ 熟练掌握构成蛋白质的20种氨基酸的基本结构、分类和简 写方式；
✓ 熟练掌握氨基酸的结构特点和物理化学性质（光学性质、 两性电解质性质）；
：
✓ 掌握蛋白质一级结构的基本测定方法和高级结构的定义； ✓ 掌握二级结构类型和特征，三级结构和四级结构的特性和
区别。 ✓ 熟练掌握蛋白质的理化性质及其应用； ✓ 了解多肽的合成方法。
各种氨基酸都有特定的比旋光度，可作为各种 氨基酸的定性、定量测定的依据；
比旋光度是氨基酸重要物理常数。参见表1-3
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2、氨基酸的光吸收性质
重要知识点！
✓构成蛋白质20种氨基酸在可见光区都没有光吸 收，远紫外区（＜220 nm）均有紫外吸收； ✓在近紫外区220-300nm只有酪氨酸，苯丙氨酸、 色氨酸有吸收光能力。 ✓大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测 定蛋白质溶液280 nm的光吸收值是分析溶液中 蛋白质含量的快速简便的方法。
2）按R基极性分两类 极性AA：11种 非极性AA：9种
中性AA(15种): 有极性与非极性 3）按R基的性质分三类 酸性AA( 2种): 天冬氨酸、谷氨酸
碱性AA(3种): 组、赖、精
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按营养状况分
氨基酸分类
必需氨基酸 ：人和动物体内需要而又不能自身合成， 必须由食物供应的氨基酸。
氨基酸以解离成两性离子，氨基以质子化（-NH3+)形式存 在，羧基以离解状态（-COO-）存在。
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氨基酸的理化性质
氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主
氨 要时以两性离子的形式存在。 基 酸 的 酸 碱 性 质
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水溶液中形式
氨基酸的理化性质
R CH COOH NH2
+OH-