蛋白质化学(李信)

蛋白质的基本结构单元是氨基酸 amino acid 多个氨基酸首尾连结形成长而不分支的多聚物—
—多肽链 多肽链再折叠卷曲，形成蛋白质
第二节：氨基酸
组成蛋白质的氨基酸都为 a-氨基酸（除Pro外）
酸 COO
H
氨 H2N
CH
R
不同的 aa 在于 R基团 的不同
组成蛋白质的氨基酸都为 L型（除Gly外）
组成蛋白质的氨基酸共有 20 种
非极性氨基酸(8)
不带电的极性氨基酸(7)
极性氨基酸
带负电酸性氨基酸(2) 带正电碱性氨基酸(3)
I
丙氨酸 Ala
非
极
性
氨
缬氨酸 Val
基
酸
H CH3 C COOH
NH2
CH3 CH
CH3
H C COOH NH2
亮氨酸 Leu
CH3 CH3 CH CH2
H C COOH NH2
等电点的计算
例 Lys 的pI 计算
COOH
＋
CH－NH3
(CH2) 4 ＋ NH3
Lys ＋ ＋
－H+ ＋H +
K1'
COO－
＋
CH－NH3
(CH2) 4 ＋ NH3
Lys ＋
－H+ ＋H +
K2'
COO－
CH－NH2 (CH2) 4 ＋ NH3
±
Lys
－H+ ＋H +
K3'
COO－ CH－NH2 (CH2) 4 NH2
脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸
Ala、Val、Leu等 Phe、Tyr、 Trp Pro、His
2. 由aa的营养需求
非必需氨基酸 人类自身能合成
必需氨基酸
Gly Ala Ser Tyr Cys Pro Asn Asp Glu Gln 人类自身不能合成或不能足量合成，
必须依赖食物供给。
Lys Val Leu Ile Met Phe Thr Trp
三. 蛋白质的化学组成 1. 元素组成
C、 H、 O、 N ，大多含有 S
有的还含有P、Fe、I、Cu、Mo、Zn 各元素的百分比对于大多数蛋白质都较相似， 其中N约占16% 。 因此可通过测定生物样品中的含氮量计算出样 品中蛋白质的含量，1克氮就相当于6.25克蛋白质， （凯氏定氮法）。
2. 蛋白质的基本结构单元
胞中的一种非常重要的三肽。它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨
酸组成。 C |O — N H — |C H — C O — N H — C 2 H— C O O H
gC |H 2
C |H 2
b C |H 2 SH
a C |H N H 2
C O O H
gG lu— C ys— G | S | S |
强 碱
两性性质和等电点
pH 12-
9-
滴
定
曲 线
H3 N+ CH2 COOH
6-
pI= 5. 97
H2 NC H2 C OO_ pK = 9. 60
2
H3 N+ C H2 C OO_
H NCH COO_
2
2
H N+ C H C OO_
3
2
pK = 2. 34 1
3-
H3 N+ C H2 C OOH
CH3 NH2
HS CH2
H C COOH NH2
H
酪氨酸 Tyr HO
CH2 C COOH
II
非
NH2
解
离
O
H
的 极
天冬酰胺 Asn
H2 C CH2 C COOH N
性
NH2
氨
基 酸
谷氨酰胺 Gln
O
H
H2 C CH2 CH2 C COOH
N
NH2
天冬氨酸 Asp
O
H
HO C CH2 C COOH
防御异体侵入机体
作为氨基酸的贮库，用于生长发育所需 或某些物质与蛋白质结合而被贮存
作为构建机体某部分的材料
酶
如血红蛋白
如胰岛素、钙调 蛋白、阻遏蛋白
如肌动蛋白、肌 球蛋白
如免疫球蛋白、 病毒外壳蛋白
如卵清蛋白、酪 蛋白、麦醇溶蛋
白、铁蛋白
如a-角蛋白、胶 原蛋白
What do proteins do?
+NH3
+NH3
二硫键
胱氨酸
三. 稀有氨基酸
1. 稀有的蛋白质氨基酸 通常是常见氨基酸的衍生物。 如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸
2. 非蛋白质氨基酸
以游离或结合态存在于细胞或组织中，大部分是 常见氨基酸的衍生物或异构型。
如存在于细菌细胞壁肽聚糖内的D-谷氨酸和D-丙 氨酸、花生中的g-亚甲基谷氨酸、甘蔗中的b-氨基丁 酸，刀豆中的刀豆氨酸等。
等电点的计算
例 Gly 的pI 计算
＋NH3— CH2 — COOH
Gly ＋
－H+
＋H +
K1'
＋NH3— CH2 — COO －
±
Gly
－H+
＋H +
K2'
NH2— CH2 — COO－
Gly －
K1' 、K2'分别代表aCOOH和aNH3＋的表观解 离常数。可以从滴定曲线中求得。
pI = 1/2 ( pK1' + pK2' )
H3 N+ C H2 C OO_
1-
甘氨酸的解离曲线
等电点
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 ，用 pI 表 示 (isoelectric point, pI)。
pI 是氨基酸的特征常数
I
非
极 性
异亮氨酸 Ile
氨
基
酸
CH3 CH2 CH CH3
H C COOH NH2
H
脯氨酸 Pro
CH2 CH2 CH2
C COOH NH
苯丙氨酸 Phe
H CH2 C COOH
NH2
I
非 极 性 色氨酸 Trp 氨 基 酸
H
CH2 C COOH
N H
NH2
甲硫氨酸
Met
CH3 S CH2 CH2
gG lu— C ys— G
还 原 g型 谷谷 胱 氨甘 酰肽 G （ 半S H 胱） 氨酰甘氨酸 氧 化 型 谷 胱 甘 肽
2．多肽抗菌素
3．多肽激素
4．神经肽 如脑啡肽 (enkephalin) 甲硫氨酸脑啡肽 Tyr–Gly–Gly–phe- Met 亮氨酸脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-phe-Leu
3. 重要的化学性质
反应分2步：
茚三酮反应
O
O ＋ RCH－COOH
O
NH2
水合茚三酮
O OH H ＋ NH3 ＋ CO2 ＋ RCHO
O 还原性茚三酮
O
O
OH H
＋
2NH3 ＋
O
O
O
O＋NH4 O N
＋ 3H2O
OO 蓝紫色化合物
茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析
茚三酮反应 在酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成蓝紫色化合物
一. 肽的定义
一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去 一分子水而形成酰胺键，这个键称为肽键（peptide bond），产生的化合物叫做肽（peptide）。
二个氨基酸形成的肽称作二肽,三个氨基酸形成 的肽称作三肽； …… 余类推。 寡肽（oligopeptide）：aa < 10 个 多肽（polypeptide） ：aa > 10 个
III
酸
NH2
性
氨
基
O
H
酸
谷氨酸
Glu HO C CH2 CH2 C COOH
NH2
赖氨酸 Lys
H H2N ( CH2)4 C COOH
NH2
IV
碱
NH
H
性 氨
精氨酸
Arg H2 C NH ( CH2)3 C COOH
N
基
NH2
酸
H
组氨酸 His
CH2 C COOH HN N
NH2
1. 由R基团的性质
Arg His
几种特殊氨基酸 Specific amino acids
• 脯氨酸 proline
（亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
半胱氨酸 (Cysteine)
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人 体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及 横纹肌等高达80％。
二. 蛋白质在机体中的重要作用
催化作用 运输作用 调节作用 运动作用 防御作用
营养作用
结构蛋白
高效专一地催化机体内几乎所有 的反应
专一运输各种小分子和离子 调节机体代谢活动
负责机体的运动
结论 pH > pI 带负电，移向正极 pH < pI 带正电，移向负极 pH = pI 不带电，不移动
2. 光学性质
旋光性质
除Gly之外，其余蛋白质氨基酸都有手性碳 原子，都具有旋光性。
2. 光学性质
紫外吸收
Trp、Tyr、Phe 含芳香环共轭双键系统，最大吸 收峰分别在 279nm、278nm、259nm。
Lys －
溶液 pH 值增大
pI = 1/2 ( pK2' + pK3' )
例 Glu 的解离
pI = 1/2 ( pK1' + pK2' )
等电点的计算
3种碱性氨基酸 等电点的计算公式 pI = 1/2 ( pK中 + pK大 )
其余17中氨基酸 等电点的计算公式 pI = 1/2 ( pK小 + pK中 )
第四章：蛋白质的结构与功能
第一节：蛋白质
一. 什么是蛋白质? What are proteins?
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各 个部分都含有蛋白质。
三. 肽的表示法
1、中文表示法：
从肽链的N端开始，对氨基酸残基逐一命名， 残基称氨酰
2、 三字母表示法： aa1 - aa2 - aa3 - aa4 - …… aa1 . aa2 . aa3 . aa4 . ……
3、 单字母表示法： ABCD ……
四. 多肽的理化性质
肽链的一端含有一个游离的a-氨基，另一端含 有一个游离的a-羧基，加上部分氨基酸可解离的R基 团，因而与氨基酸一样具有两性解质的性质。
其等电点是在所有可解离的基团的净电荷为0 时的状态。
肽的化学性质与氨基酸相似，但肽有与氨基酸 不同的特殊反应：双缩脲反应
（1）双缩脲反应
双缩脲 ＋ 碱性CuSO4溶液
紫色
肽键的紫外吸收：210～230nm
五. 重要肽
1、谷胱甘肽
还原性谷胱甘肽（reduced glutathione）是存在于动植物细
Pro 的 茚 三 酮反应呈黄 色
Sanger反应
在弱碱溶液中，氨基酸的α-氨基与2,4-二硝基氟苯 (DNFB) 反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。
O2N
R
F ＋ H2N CH COOH
NO2
DNFB
O2N
R HN CH COOH ＋ HF
NO2
DNP - 氨基酸
此反应最初被Sanger 用于测定肽链 N-端氨基酸
H C COOH NH2
组成蛋白质的氨基酸共有 20 种
非极性氨基酸（8）
具有芳香环
吲哚环色氨酸
亚氨基
不同的 aa 在于 R基团 的不同
II
甘氨酸 Gly
非
解
丝氨酸 Ser
离
的
极
性
氨 苏氨酸 Thr
基
酸
半胱氨酸 Cys
H H C COOH
NH2
H HO CH2 C COOH
NH2
H HO CH C COOH
Edman反应
此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理
4、氨基酸分析
分配层析法：
原理：主要根据被分析的样品（如aa混合物）在两种互不 相溶的两相中分配系数的不同而达到分离的目的，
分配系数 Kd= CA CB
CA：一种物质在A相（流动相）中的浓度 CB：一种物质在B相（固定相）中的浓度
纸层析
Edman反应
R
H2N CH COOH
＋
N C S PITC 异硫氰酸苯酯
40℃，弱碱
H OH
N C O PTC- 氨基酸 苯氨基硫甲酰氨基酸
S C CH N HR
可用层析法鉴
40℃， H+ 、硝基甲烷
定出aa的种类
N
CO
SC
CH
N
HR
PTH- 氨基酸 苯乙内酰硫脲氨基酸
Edman反应
此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理
肽平面Peptide bond plane
二.肽的结构 无分枝的长链
具有方向性。两个末端分别为N端(氨基端)和C端(羧 基端)。
由“N-C-C”单元的周期性连接，构成多肽链的主链； 氨基酸残基的R基团连接在主链的Ca上，形成多肽链 的侧链。
肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为 氨基酸残基(residue)。
单向纸层析图
Rf值
离子交换层析法
1.平衡阶段:离子交换剂与反离子结合
2.吸附阶段：样品与反离子进行交换 3、4. 解吸附阶段：用梯度缓冲溶液洗 脱，先洗下弱吸附物质，后洗下强吸 附物质
5.再生阶段：用原始平衡液进行充分洗 涤，既可重复使用
洗脱液
样品 填充物 玻璃柱
分部收集
第三节：Hale Waihona Puke Baidu（peptide）
功能：镇痛
一、填空：
1、在组成蛋白质的二十种氨基酸中， 是亚氨基酸，当它在a-螺旋行进 中出现时，可使螺旋 。
鸟氨酸 (Orn) 瓜氨酸
四. 氨基酸的理化性质 1. 两性性质
氨基酸同时含有氨基和羧基： 氨基具有碱性，羧基具有酸性
H |
- H +
H |
H - H +
R — C — C O O H
|
+ H +
R — C — C O O |
R — + H +
+
N H 3
N H 3 +
N
强 酸 溶 液
两 性 离 子