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。

50%~55%
氮 15.0%~17.6%

6.9%~7.7%

0.3%~2.3%
氧Βιβλιοθήκη Baidu
21%~24%

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-
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