第一章 蛋白质

应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋 化。水解的产物为较小的肽段或游离的氨基酸。 最常见的蛋白水解酶有以下几种：胰蛋白酶、糜蛋 白酶、胃蛋白酶、嗜热菌蛋白酶。
一般物理性质
无色结晶，能溶于水，溶解度差别大；易溶于稀酸、稀碱 除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比 旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据除 甘氨酸外，每种氨基酸都具有旋光性和一定的比旋度 两性化合物：氨基酸在同一分子中带有性质相反的酸、碱两种解离基 团的化合物。 氨基酸的两性解离：在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变 化
（9）色氨酸Tryptophan(Trp)
（10）丝氨酸Serine(Ser）
（11）酪氨酸Tyrosine (Tyr）
（12）半胱氨酸Cysteine(Cys ）
（13）蛋氨酸Methionine(Met) （14）天冬酰胺Asparagine(Asn)
（15）谷氨酰胺 Glutamine(Gln)
蛋白质 完全水解产物 高温 2M Ba（OH）2 完全水解 （2）碱法水解： 蛋白质
煮沸10h 酶
→→ （3）酶法水解： 蛋白质 →水解产物 （4）稀酸、稀碱水解 蛋白质 → → 不完全水解
稀酸、稀碱 长时间保温
→
浓HCl
★酸水解
常用 6 mol/L 的盐酸或 4 mol/L 的硫酸在 105-110℃ 条件下进行水解，反应时间约20小时。 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化，得到 的是L-氨基酸。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏； 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被 分解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解 成了羧基。
4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体（刀豆氨 酸） 5.调节生长作用
6.杀虫防御作用
二、氨基酸的理化性质：
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子物质。 所以氨基酸为蛋白质的结构单位。
R1 R2 R1 O R2 ∣ ∣ ∣ ∣ －H2O H2N－C－COOH+ H－N－C－COOH H2N－C－C－N－C－COOH ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ H H H H H H
三、蛋白质的生物功能
——催化功能 ——调节功能 ——转运功能 ——储存功能 ——运动功能
——结构部分
——信息传递功能
——防御功能
第二节 氨基酸
一、氨基酸的结构和分类
1、
结构通式：
NH2 ∣ R－C－COOH ∣ H
2、 结构共同点：都是－氨基酸； 除甘氨酸外，一般都 为L－氨基酸。 除甘氨酸外，每种氨基酸都具有旋光性和一定的比旋度
2、与2、4-二硝基氟苯反应 AA DNFB+ 多肽 弱碱
蛋白
酸解
DNP-AA DNP-多肽 + HF DNP-蛋白
DNP-AA（有机相） + 游离AA（水相）
用途：可以用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸，亦称Sanger 反应。氨基酸的-NH2与DNFB（2，4-二硝基氟苯又称Sanger试剂） 反应，生成黄色的DNP-氨基酸衍生物，故常用来鉴定蛋白质或多 肽的N-末端氨基酸残基。
氨基酸的化学反应
（1）与茚三酮反应
O C
O H2O H2O C C C O OH OH
茚三酮
C O C O
水合茚三酮
弱酸
+NH3
紫色化合物（570nm） 用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。因为除脯氨酸、羟脯氨酸和茚三酮反应 产生黄色物质外，所有α -氨基酸和蛋白质都能和茚三酮反应生成紫色物质。但 能与茚三酮发生紫色反应的不一定是氨基酸和蛋白质，因为β -丙氨酸、氨等都 有紫色反应。产生颜色强度与氨基酸浓度成正比。
Pro Met Trp。
(2)极性不带电荷R基团氨基酸：7种：Ser Thr Asn Gln
Try Cys Gly。
(3)带负电荷R基团氨基酸：2种：Asp Glu (4)带正电荷R基团氨基酸：3种：Lys Arg His
☆蛋白质中几种重要的稀有氨基酸
在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常 见蛋白质氨基酸。
丙氨酸的滴定曲线：
物质的表观解离常数可以用测 定滴定曲线的实验方法求得。
13
Ala
-
B 当1mol/L的丙氨酸溶于 水时，溶液的pH约为6，此 时丙氨酸为两性离子状态 Ala
pK´2=9.69 Ala Ala
-
pH
7
A
pI=6.02
Ala
pK´1=2.34 Ala Ala
因此，通过调整氨基酸混合液的pH，造成不同氨基酸带电性
质的差异，可以通过离子交换、电泳、或等电沉淀等技术进行氨 基酸的分离、制备或分析鉴定。
● 氨基酸在等电点时溶解度最小，易发生沉淀。发酵生产时,
可根据这一性质,从发酵液中提取氨基酸。
● 等电点的高低与氨基酸分子两性解离基团的解离平衡常数有 一定的关系。在溶液中氨基酸随pH升高而逐级解离时，总是pK
这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。
其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、 和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。
HO N H COOH
H2NCH2CHCH2CH2CHCOOH OH NH2
5- 羟基赖氨酸 I CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH HO CH2CHCOOH NH2 NH2 I 6-N- 甲基赖氨酸 3,5- 二碘酪氨酸
氨基酸的光吸收性质
构成蛋白质的20种氨基酸在可 见光区都没有光吸收，但在远 紫外区(<220nm)均有光吸收。 在近紫外区(200-400nm)只有 酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有 吸收光的能力。 酪氨酸的max＝275nm， 苯丙氨酸的max＝257nm， 色氨酸的max＝280nm，
g) Arg、Lys和 His都是碱性氨基酸，含有碱性基团。
h) Phe和Tyr为芳香环侧链氨基酸。 i)杂环氨基酸：Trp含有吲哚环， His为咪唑环， Pro为亚氨基。
★根据R基团的酸碱性质分
酸性氨基酸：Asp和Glu两种。
碱性氨基酸：Arg、Lys和His三种。 其余为中性氨基酸。 ★根据R基团的电性质分 (1)非极性R基团氨基酸：8种：Ala Val Leu Ile Phe
第一节
一、蛋白质的元素组成及分类
按分子形状分类
蛋白质的形状和大小
胰岛素
二、蛋白质的大小与分子量
1、蛋白质是分子量很大的生物分子。 2、蛋白质分子量的变化范围 很大，从大约6000到1000000 道尔顿（Da）或更大。
肌红蛋白 血红蛋白
3、某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价 结合而成的，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百 万甚至数千万。（TMV：4x107）
★碱水解
一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的 破坏，产率不高。
部分的水解产物发生消旋化，其产物是D-型和 L-型氨基酸的混合物。 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。
★ 酶水解
目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶 （proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase） 已有十多种。
3、与丹磺酰氯反应 AA DNS + 多肽 蛋白
弱碱 酸
AA DNS- 多肽 蛋白
DNS-AA +游离AA
（乙醚抽提，有荧光）
用途：用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端氨基酸。
+
H3N
COOH - H COO + C H pK1 ' H3N C H R
+
-
-H pK2 ' H N C H 2 +H
+
+
ຫໍສະໝຸດ Baidu
COO R
-
+H
+
R
pH＜pI
pH＝pI
pH＞pI
等电点：当溶液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所 含的-NH3+和-COO-数目正好相等，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 氨基酸处于两性离子状态。
12、掌握酰胺平面的定义和特点， 13、常见的二级结构， 14、三级结构的定义及特征。 15、蛋白质的变性作用。 16、结合具体例子说明蛋白质的结构与功能的关系（尤其是分子遗 传病与蛋白质结构的关系。
18、蛋白质的酸碱性质（两性解离、等电点应用）。
19、蛋白质分子的大小与形状（重点是分子质量的测定方法）。 20、蛋白质的胶体性质与蛋白质沉淀。 21、蛋白质分离纯化的一般原则。 22、蛋白质的分离纯化方法。 23、蛋白质的含量测定与纯度鉴定。
第一部分 生物的分子基础
第一章 蛋白质
要求掌握：
1、蛋白质的水解：酸解、碱解以及酶法水解的优缺点； 2、α－氨基酸的一般结构、旋光性性质以及其他物理性质。 3、氨基酸的分类： 4、氨基酸的酸碱化学。
5、氨基酸的化学反应。
6、氨基酸的光学活性和光谱性质。 7、氨基酸混合物的分析分离： 8、蛋白质的化学组成和分类。 9、熟识蛋白质一级结构的测定方法和过程。 10、蛋白质的氨基酸序列与生物功能。 11、稳定蛋白质三维结构的作用力。
☆ 蛋白质换算系数：样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g蛋白质。
※ 蛋白质水解
蛋白质 氨基酸 ● 完全水解： 多肽 寡肽 二肽 ● 不完全水解：蛋白质适度水解得到中间产物及一些-氨基酸
的混合物。
蛋白酶
多肽酶
● 常用蛋白质的水解方法：
（1）酸水解法 蛋白质
—→
保温
稀H2SO4、HCl
不完全水解产物
4- 羟基脯氨酸
☆非蛋白氨基酸
广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结 合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大 部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。
-丙氨酸
-氨基丁酸 鸟氨酸 瓜氨酸
☆非蛋白氨基酸存在的意义：
1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala
2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、 鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素) 3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸
+
0
Ala
+
1.0
0.5 HCl
0
0.5 NaOH
1.0
丙氨酸的滴定曲线
氨基酸的解离与pH的关系： ① pI 〉pH：分子显正电性。 ② pI〈 pH：分子总是显负电性。 ③ 在pH2～11的某一pH，混合液中pI不同的氨基酸解离状态各有 差别。等电点离溶液pH越远者，则其酸性基团或碱性基团的解离 度相差越大，分子所带净电荷（正或负）数量越多。
3、20种氨基酸的结构
（1）甘氨酸Glycine （Gly) （2）丙氨酸Alanine(Ala)
（3）缬氨酸Valine(Val)
（4）亮氨酸Leucine(Leu)
（5）异亮氨酸isoleucine (Ile)
（6）脯氨酸 Proline(Pro)
（7）苯丙氨酸Phenylalanine(Phe) （8）苏氨酸Threonine(Thr）
（16）天冬氨酸Aspartic acid (Asp）
（17）谷氨酸Glutamic acid (Glu） （18）赖氨酸Lysine (Lys）
（19）精氨酸Arginine (Arg）
（20）组氨酸Histidine (His）
4、氨基酸的分类
★根据R基团的化学结构分 a) Gly含有一个氢原子的R基团。 b) Ala,Val , Leu, Ile和 Met含有脂肪族的侧链基团。 c) Ser 和Thr 含有一个羟氢氧基的侧基团。 d) Cys 和Met都含有一个巯基。 e) Asp 和Glu带有一个羟羧基，为酸性氨基酸。 f) Asn和Gln含有一个酰胺基团。
□
→
肽键
※ 蛋白质的化学组成
蛋白质由C、N、O、H、P、S等元素组成，其中N的含量稳定，一般为15％ －17％，平均为16％。。还有少量Fe、Zn、Cu、Ca等金属元素。 通过凯氏定氮法测定样品中N元素的百分含量，便可计算出样品中粗蛋白的含 量。即
N/P×100%=16%
P=N/16%=6.25×N
值小的基团先解离，pK值大者后解离。
⑴ 酸性、中性氨基酸pI计算方法: pI=1/2(pK1+pK2) （2）碱性氨基酸pI计算方法：
如： Lys： pK1=2.18,
pI=1/2（pK2+pK3）
pK2=8.95, pK3=10.53
则 pI=1/2(pK2+pK3)=1/2(8.95+10.53)=9.47 Asp: pK1=2.09, pK2=3.86, pK3=9.82 则 pI=1/2(pK1+pK2)=1/2(2.09+3.86)=2.97