第三章蛋白質(zhì)化學(xué)第1-2節(jié)ppt課件

1、第三章 蛋白質(zhì)化學(xué)(protein)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的概念、分類和功能第二節(jié) 蛋白質(zhì)分子組成第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測定與多肽的人工合成第五節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第六節(jié) 氨基酸及蛋白質(zhì)的分析和分離 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的概念、分類和功能o蛋白質(zhì)的概念o蛋白質(zhì)的分類o蛋白質(zhì)的功能一、蛋白質(zhì)的概念包括以下幾點內(nèi)容：存在于所有的生物細胞中，是由20種-氨基酸按一定的序列通過肽鍵縮合而成的。是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)； 各具有一定的相對分子質(zhì)量，復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和特定的生物功能；占生物體干重的45%50%以上；有些蛋白質(zhì)尚含有非蛋白成分。o元素組成特點：蛋白質(zhì)的含

2、氮量接近于16%。o蛋白質(zhì)系數(shù)：1克氮所代表的蛋白質(zhì)質(zhì)量(克數(shù))。即6.25。o蛋白質(zhì)系數(shù)是凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)。o粗蛋白含量 樣品含氮量 6.25o蛋白質(zhì)含量 = 樣品蛋白氮 6.25o有些還含有e/Cu/Zn/Mn等.元素元素C C H HO ON N 百分比百分比50555055 6868 20232023 15181518三聚氰胺o是一種重要的氮雜環(huán)有機化工原料，主要用于生產(chǎn)三聚氰胺-甲醛樹脂，廣泛用于木材加工、塑料、涂料、造紙、紡織、皮革、電氣、醫(yī)藥等行業(yè)，目前是重要的尿素后加工產(chǎn)品。此外三聚氰胺還可以作阻燃劑、減水劑、甲醛清潔劑等。o動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系

3、統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。二、蛋白質(zhì)的分類1.分類依據(jù)生物來源、理化性質(zhì)、分子形狀、化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)與功能等。2.常用的分類方法按分子形狀根據(jù)溶解度根據(jù)組成(1)根據(jù)溶解度o清蛋白(白蛋白)o球蛋白o谷蛋白o醇溶蛋白o組蛋白o精蛋白o硬蛋白(2)根據(jù)組成成分進行分類單純蛋白質(zhì) 如：清蛋白(白蛋白)精蛋白組蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白硬蛋白結(jié)(綴)合蛋白質(zhì) 如：核蛋白色蛋白糖蛋白脂蛋白磷蛋白(3)蛋白質(zhì)的分子形狀和大小纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)三、蛋白質(zhì)的功能.功能的多樣性催化功能調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)功能運輸功能免疫功能運動功能儲藏功能生物膜的功能2.功能的復(fù)雜性第二節(jié) 蛋白質(zhì)的的分子組

4、成 o組成蛋白質(zhì)分子的基本單位-氨基酸o肽鍵與肽一、氨基酸1. 1. 結(jié)構(gòu)通式結(jié)構(gòu)通式COOHCHH 2NRCOOCHRH 3 N或或o氨基酸的構(gòu)型指氨基在空間的排布來區(qū)分的D與L型）。氨基酸的構(gòu)型除脯氨酸為-亞氨基酸外，其余稱為-氨基酸。除甘氨酸外其它所有氨基酸分子 A.具有旋光性。B.是L-型。2.蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點 -（20種，基本氨基酸，70頁，表3-1）不常見的蛋白質(zhì)氨基酸o是在蛋白質(zhì)合成后由常見的氨基酸經(jīng)化學(xué)修飾而來的。NHHOCOOH4-羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羥基賴氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基賴氨

5、酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸HOOCCHCH2SSCH2CHCOOH胱氨酸.非蛋白質(zhì)氨基酸(180多種)o大多是L-氨基酸衍生物o細菌中含有多種D-型氨基酸o有一些是重要的代謝物前體或代謝中間物丙氨酸，鳥氨酸，瓜氨酸等）.三、蛋白質(zhì)氨基酸(20種)的分類1.按酸堿性質(zhì)酸性氨基酸：2種Asp、Glu堿性氨基酸：3種Lys、His、Arg中性氨基酸:15種2.按R基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)分脂肪族氨基酸：15種芳香族氨基酸：3種，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸雜環(huán)氨基酸：2種，組氨酸、脯氨酸3.根據(jù)側(cè)鏈R基團是否有極性分極性帶正電荷的氨基酸pH 7時）：3種 極性帶負電荷的氨基酸pH 7時）

6、 ：2種極性不帶電荷的氨基酸： 7種非極性氨基酸：8種非極性氨基酸在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用蛋白質(zhì)的疏水核心）。4.根據(jù)人體能否自身合成必需氨基酸：8種，賴氨酸(Lys)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、 異亮氨酸(Ile)、酪氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe)半必需氨基酸：2種，Arg、His嬰兒期供給不足非必需氨基酸：其他Leu L-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C C N N+ -C-C-C-C-NH3+-C-C- -OH-C-NCentra

7、l lineAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAromatic-C-C-C-N-C-N N+= C-C-C-C C-C-C-C C C-C C C C HN C-COOH a-C-C OHGln QAsn NAsp DGlu EPhe FArg RLys KHis HGly GAAAlaVValI IleYTyrSer SThr TMet MCys C Amino Acid Subway MapTrp WNon-polarPolar四、氨基酸的性質(zhì)o構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸是無色晶體,溶點高，一般能溶于水、稀酸或稀堿中，但不溶于有

8、機溶劑，通常酒精能使氨基酸從其溶液中析出，除甘氨酸外都有旋光性。（1兼性離子1.兩性性質(zhì)（2氨基酸的解離o氨基酸是一類兩性電解質(zhì)：在水中COOCHRH3N堿堿的的作作用用酸酸的的作作用用例：甘氨酸的解離解離情況受環(huán)境中pH值的影響：分步解離解離常數(shù)(pK)o是一種特定條件下的pH，即當質(zhì)子供體與質(zhì)子受體濃度相等時的pH值o解離常數(shù)按酸性遞減順序編號為：pK1， pK2、 pK3等。K1= K1= A0H+A0H+A+A+A-H+A-H+K2 = K2 = A0A0K1= H+ K1= H+ pK1= pK1= pHpHK2= H+ K2= H+ pK2= pK2= pHpHHanderson-

9、Hasselbalch公式pH = pK + lgpH = pK + lg（ 堿堿/酸酸 ）可計算出在任一可計算出在任一pHpH條件下一種氨基酸的各種離子的比例。條件下一種氨基酸的各種離子的比例。氨基酸的帶電狀況與溶液的氨基酸的帶電狀況與溶液的pHpH值有關(guān)。值有關(guān)。pH = pKa + lgpH = pKa + lg 質(zhì)子供體質(zhì)子供體 質(zhì)子受體質(zhì)子受體例：計算在pH5.0時，甘氨酸的兩性解離、陽離子及陰離子所占的比例？o先寫出解離方程式o根據(jù)公式pK12.34pK29.60pH = pK + lgpH = pK + lg 質(zhì)子供體質(zhì)子供體 質(zhì)子受體質(zhì)子受體（3氨基酸的酸堿滴定曲線o甘氨酸的滴

10、定曲線谷氨酸的滴定解離曲線組氨酸的滴定解離曲線賴氨酸的滴定解離曲線生理條件下有明顯的沖緩作用的氨基酸o緩沖劑：能阻止由于酸或堿的加入而引起的H的變化。o大多數(shù)氨基酸的pK都不在生理pH（pH7范圍內(nèi)，在生理狀況下沒有明顯的緩沖作用。o組氨酸咪唑基的pK為6.0，它在生理條件下有明顯的沖緩作用。(4) 氨基酸的等電點isoelectric point,pI）o等電點：在某一特定pH值溶液時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，凈電荷為零，在電場中不向電場的正極或負極移動，這時的溶液pH值稱為該氨基酸的等電點。o當溶液pH低于該氨基酸等電點時，氨基酸凈電荷為正，反之，為負。o氨基酸在等電點時溶解度最低不

11、同氨基酸等電點不同C O O-CHH3N+RCO O HCHH3N+RCO O-CHH2NRH+HHHA0AApK1pK1pK2pK2H+o運用o根據(jù)氨基酸的電荷不同電泳法分離混合物。o根據(jù)氨基酸的等電點不同調(diào)節(jié)溶液pH ）分離混合物。o電泳：在外電場的作用下，帶電顆粒，如不處于等電點狀態(tài)的分子，將向著與電性相反的電極移動，這種現(xiàn)象稱為。練習(xí)題o組成蛋白質(zhì)分子的堿性氨基酸有_、_和_。酸性氨基酸有_和_。o氨基酸在等電點時，主要以_離子形式存在，在pHpI的溶液中，大部分以_離子形式存在。o天然氨基酸都具有一個不對稱-碳原子。o一個蛋白質(zhì)樣品經(jīng)酸水解后，能用氨基酸自動分析儀準確測定它的所有氨基

12、酸。o用紙電泳法分離氨基酸主要是根據(jù)氨基酸的極性不同。o下列氨基酸溶液除哪個外都能使偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)?oA.丙氨酸B.甘氨酸C.亮氨酸D.絲氨酸o在生理pH條件下。具有緩沖作用的氨基酸殘基是A.TyrB.TrpC.HisD.Lyso在生理條件下(pH6.0-7.0左右)，蛋白質(zhì)分子中的_側(cè)鏈和_側(cè)鏈幾乎完全帶正電荷，但是_側(cè)鏈則部分帶正電荷具有緩沖能力。o必需氨基酸包括哪些？等電點的計算側(cè)鏈不含離解基團的中性氨基酸pI=(pK1+pK2)/2pK12.34pK29.60側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸酸性氨基酸：pI=(pK1+pK)/2鹼性氨基酸：pI=(pK+pK3)/2232.194.259.6

13、72.188.9510.53pK2pK1pK32.紫外吸收o三種芳香族氨基酸在中性pH條件下，都吸收紫外光o溶液中蛋白質(zhì)在280nm處有最大吸收峰，用紫外分光光度計可以測定樣品中蛋白質(zhì)的含量。3.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)（1-氨基參加的反應(yīng)（2-羧基參加的反應(yīng)（3-氨基和-羧基共同參加的反應(yīng)（4側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)(1) - 氨基參加的反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)范斯萊克法測定氨基酸氮的依據(jù)）可用來進行氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定。NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O室溫下室溫下氨基酸的甲醛滴定(用于氨基酸定量分析)o氨基酸不能直接用酸、堿滴定來進行定量測定。2

14、HCHOo是生物化工產(chǎn)品、食品和發(fā)酵物等產(chǎn)品中氨基氮的測定原理和方法與2,4二硝基氟苯DNFB或FDNB，Sanger試劑）o首先被英國的Sanger鑒定多肽蛋白質(zhì)的N末端氨基酸。DNP-氨基酸氨基酸 黃色黃色 2,4二硝基氟苯二硝基氟苯弱堿性溶液弱堿性溶液Frederick Sanger (桑格桑格)o英國化學(xué)家，在生物化學(xué)領(lǐng)域的貢獻很大，他兩次獲諾貝爾獎1958和1980年；1953年確定了牛胰島素一級結(jié)構(gòu)；1975年和1977年確定了DNA的兩種用酶測序的方法加減法和終止法。與?；噭┓磻?yīng)o與酰氯或酸酐在弱堿溶液中作用，氨基即被?；?115常用的?；噭﹐叔丁氧甲酰氯、對甲苯磺酰氯、

15、鄰苯二甲酸酐、丹磺酰氯等。生成西佛堿的反應(yīng)Schiff）o西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應(yīng)的中間物。o食品中氨基酸與葡萄糖醛基反應(yīng)羰氨反應(yīng)非酶褐變）。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)氨氨基基作作用用機機制制異異構(gòu)構(gòu)體體S Sc ch hi if ff f堿堿S Sc ch hi if ff f堿堿磷磷酸酸吡吡哆哆胺胺磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛H HO OO OC CC CO OR R1 1+ +N NC CH H2 2O OP PO O3 3H H2 2C CH H2 2H HO OC CH H3 3H H2 2N NH H2 2O OH H2 2O ON NC CH HO OO OC CR R1 1C CH H3 3H

16、HO OH HC CC CH H2 2O OP PO O3 3H H2 2N NH HH H2 2O OH H2 2O ON NC CH H2 2O OP PO O3 3H H2 2C CH HN NH HO OC CH H3 3C CH HO OO OC CH HR R1 1+ +N NC CH H2 2O OP PO O3 3H H2 2C CH HO OH HO OC CH H3 3H HO OO OC CC CN NH H2 2H HR R1 1有色物質(zhì)有色物質(zhì)(2)-羧基參加的反應(yīng)成鹽和成酯：羧基被保護，氨基被活化，重金屬鹽不溶于水。成酰氯反應(yīng)：氨基被保護，羧基被活化，在多肽人工合成

17、中常用。脫羧基反應(yīng)：疊氮反應(yīng)：常用于多肽的合成。(3)-氨基和-羧基共同參加的反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)p所有具有游離氨基的氨基酸都生成紫色化合物（570）。p脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)直接生成的是黃色化合物（440）。成肽反應(yīng)(4)側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)o側(cè)鏈功能團o 羥基、酚基、巰基(包括二硫鍵)、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非- 氨基、非-羧基等。o蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾o 就是在較溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)與某些試劑起特異反應(yīng)，以引起蛋白質(zhì)中個別氨基酸側(cè)鏈或功能團發(fā)生共價化學(xué)改變。Cys側(cè)鏈上的巰基（SH）與鹵化烷生成穩(wěn)定的烷基衍生物o可保護 -SH 以防被氧化。+ ICH2COO-+ IC

18、H2COO-碘乙酸CH2COOI巰基能和各種金屬離子形成絡(luò)合物o-SH 酶遇到重金屬離子而生成硫醇鹽時，將導(dǎo)致酶失活。對羥基汞苯甲酸對羥基汞苯甲酸對氯汞苯甲酸對氯汞苯甲酸巰基易受空氣或其他氧化劑氧化形成兩種氧化衍生物o形成二硫化物：胱氨酸的形成。胱氨酸二二硫硫鍵鍵o形成磺酸基：對游離的巰基具有保護作用，保護Cly巰基之間的氧化。+ HCOOOH+ HCOOOH過甲酸O3H二硫鍵的還原翻開）二硫鍵的還原翻開）oSHSH與與S SS S是一對氧化還原體系。是一對氧化還原體系。o常用的打開二硫鍵的試劑主要有：常用的打開二硫鍵的試劑主要有：o氧化劑：過甲酸氧化劑：過甲酸HCOOOHHCOOOH）o還原劑：巰基乙醇、巰基乙酸、二硫蘇糖醇還原劑：巰基乙醇、巰基乙酸、二硫蘇糖醇等。等。oo（HSCH2CH2OHHSCH2CH2OH）氧化劑：過甲酸HCOOOH）磺酸基磺酸基還原劑：巰基乙醇o游離的巰基極易被氧化，