第三章蛋白質第一二節(jié)氨基酸

第三章蛋白質第一節(jié)：蛋白質概論第二節(jié)：氨基酸第三節(jié)：蛋白質的結構第四節(jié)：蛋白質的理化性質第五節(jié)：蛋白質的分離鑒定第六節(jié)：蛋白質工程

第一節(jié)

蛋白質概論一、蛋白質的化學組成與分類二、蛋白質的生物學功能三、蛋白質的構象四、蛋白質的水解一、蛋白質化學組成與分類1、蛋白質的化學組成和概念定義：英文名稱protein，是“最原初的”

“第一重要的”意思，是由20種L型-氨基酸組成的生物大分子。元素組成：C：50-55％；H：6-7％；O：20-23％；N：16％；S：0-3％；其它為微量元素（P、Fe、Cu、Zn、Mo

）。凱氏（Kjedahl）定氮法：

每克樣品含氮的克數(shù)×6.25×100=100克樣品中蛋白質的含量(克%)一、蛋白質化學組成與分類1、蛋白質的化學組成和概念化學組成：基本組成單元是氨基酸，但有些蛋白質還含有其它成分，如糖類、脂類、金屬離子、磷酸基團等；蛋白質的分子大?。悍肿恿繛?000-1000000或更大，低于6000的一般稱為肽。通過平均的氨基酸分子量（138→128-18＝110）可以估算蛋白質的氨基酸殘基數(shù)。2、蛋白質的分類按分子外形的不對稱程度分兩類：

球狀蛋白質——如血紅蛋白、酶等纖維狀蛋白質——如角蛋白、血纖維蛋白按蛋白質的溶解度分七種：（1）清蛋白（2）球蛋白（3）谷蛋白（4）醇溶谷蛋白（5）精蛋白（6）組蛋白（7）硬蛋白

一、蛋白質化學組成與分類2、蛋白質的分類按組成分成兩類：簡單蛋白質——分子中只有氨基酸；結合蛋白質——簡單蛋白質+輔基（配基）；按結合蛋白質的配基成分分7類：核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血紅素蛋白、黃素蛋白、金屬蛋白；按生物學功能分為2類：活性蛋白和非活性蛋白一、蛋白質化學組成與分類二、蛋白質的生物學功能1、催化功能；2、調節(jié)功能；3、信息傳遞；4、運輸功能；5、貯藏功能；6、運動功能；7、免疫功能；8、調控功能；9、結構蛋白；10、感染和毒性。三、蛋白質的構象一級結構：是指多肽鏈共價主鏈的氨基酸順序。二級結構：是指多肽鏈借助氫鍵沿一維方向排列成具有周期性結構的構象。如α-螺旋和β-折疊。三級結構：是指多肽鏈借助各種次級鍵（非共價鍵）盤繞形成具有特定肽鏈走向的緊密球狀構象。四級結構：是指寡聚蛋白質中各亞基之間在空間上的相互關系或結合方式。

四、蛋白質的水解1、蛋白質的水解產物

蛋白質的水解過程為:

蛋白質胨多肽二肽α-氨基酸分子量：>1042×103500-103256138L-α-氨基酸(aminoacid)是蛋白質的基本組成單位。2、蛋白質水解作用按其蛋白質水解程度可分為：（1）完全水解：得到的水解產物是各種氨基酸的混合物（2）不完全水解：得到的水解產物是各種大小不等的肽段和氨基酸的混合物四、蛋白質的水解3、蛋白質水解方法可分為（1）酸水解：（2）堿水解：（3）酶水解：四、蛋白質的水解四、蛋白質的水解（1）酸水解：常用方法：硫酸或鹽酸處理濃度:鹽酸為6mol/L

硫酸為4mol/L條件:回流煮沸20小時左右優(yōu)點:不引起消旋作用，得到L-氨基酸缺點:色氨酸完全被沸酸所破壞；羥基氨基酸（絲,蘇）部分被水解天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下來（2）堿水解：常用方法：用氫氧化鈉處理濃度:5mol/L條件:共煮10~20h優(yōu)點:色氨酸穩(wěn)定缺點:多數(shù)氨基酸遭到不同程度的破壞，并且產生消旋現(xiàn)象；所得為D型和

L型混合氨基酸；堿水解引起精氨酸脫氨，生成鳥氨酸和尿素。四、蛋白質的水解（3）酶水解：優(yōu)點:不產生消旋作用，也不破壞氨基酸缺點:需要幾種酶協(xié)同作用，酶水解所需時間較長四、蛋白質的水解第二節(jié)蛋白質的基本結構單位－氨基酸一、氨基酸的分類和結構二、氨基酸的理化性質三、氨基酸的分析、分離及鑒定

已發(fā)現(xiàn)的氨基酸有180多種，但組成蛋白質的常見氨基酸只有20種，這20種氨基酸稱為蛋白質氨基酸，不參與蛋白質組成的氨基酸稱為非蛋白質氨基酸。（一）蛋白質氨基酸

1、結構通式：

NH2

RCαCOOH

H一、氨基酸的分類和結構氨基酸是含有氨基的羧酸；除了甘氨酸以外，組成蛋白質的所有氨基酸都有手性碳原子，而且都是L-型。氨基酸的構型與旋光性COOH

HCαNH2

RD-型氨基酸氨基酸的構型和旋光性是兩個不同的概念。COOH

NH2CαH

RL-型氨基酸構型：D-型，L-型旋光性：左旋（-）右旋（+）D-甘油醛L-甘油醛透視式投影式氨基酸的構型是根據(jù)甘油醛為基準確定的2、氨基酸的結構特點：（1）都是L-α-氨基酸；（2）具有酸性的-COOH基及堿性的-NH2基，為兩性電解質；（3）除甘氨酸（R基是H）外，都具有不對稱C，具有旋光性；

α-氨基酸都是白色晶體，熔點很高，≥200℃，每種氨基酸都具有特殊的結晶形狀，根據(jù)結晶形狀可以鑒別各種氨基酸。（一）常見的蛋白質氨基酸3、氨基酸的縮寫（三字母的符號和單字母的符號）甘氨酸Gly(G)丙氨酸Ala(A)纈氨酸Val(V)亮氨酸Leu(L)異亮氨酸Ile(I)苯丙氨酸Phe(F)酪氨酸Tyr(Y)色氨酸Trp(W)絲氨酸Ser(S)蘇氨酸Thy(T)半胱氨酸Cys(C)甲硫氨酸Met(M)精氨酸Arg(R)賴氨酸Lys(K)組氨酸His(H)天冬氨酸Asp(D)谷氨酸Glu(E)脯氨酸Pro(P)天冬酰胺Asn(N)谷氨酰胺Gln(Q)

稀有氨基酸

羥脯氨酸(Hyp)羥賴氨酸(Hyly)胱氨酸(Cys)（一）常見的蛋白質氨基酸根據(jù)R基團的結構或性質特點，巧記20種氨基酸的口訣：甘、丙、纈、亮、異、脂鏈，（脂肪鏈R基團的5種）絲、蘇、半、蛋、羥硫添。（含-OH，-S者共4種）天、谷、精、賴、組、酸堿；（酸性堿性者5種）脯、酪、苯、色、雜芳環(huán)（芳香環(huán)和雜環(huán)R集團者4種）門冬酰胺、谷酰胺，（兩種酰胺）都有密碼屬“常見”。（常見氨基酸都有特異的遺傳密碼）（二）氨基酸的分類----四種分類方法1、根據(jù)氨基酸的酸堿性質分類;2、根據(jù)R基團的化學結構分類;3、根據(jù)R基團的極性分類;4、根據(jù)營養(yǎng)功能分類;1、根據(jù)R基團的化學結構分類（1）脂肪族氨基酸：一氨基一羧基：Gly,Ala,Val,Leu,Ile，一氨基二羧基：

Asp,Glu,二氨基一羧基：

Lys,Arg；羥基：

Ser,Thr，含硫：Cys,Met,酰胺基：

Asn,Gln,脂肪族氨基酸1一氨基一羧基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號甘氨酸氨基乙酸GlycineGly(G)甘脂肪族氨基酸2一氨基一羧基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號丙氨酸-氨基丙酸AlanineAla(A)丙脂肪族氨基酸3一氨基一羧基氨基酸3普通名稱化學名英文名代號代號纈氨酸-氨基異戊酸ValineVal(V)纈脂肪族氨基酸4一氨基一羧基氨基酸4普通名稱化學名英文名代號代號亮氨酸-氨基異己酸LeucineLeu(L)亮脂肪族氨基酸5一氨基一羧基氨基酸5普通名稱化學名英文名代號代號異亮氨酸-氨基--甲基戊酸IleucineIle(I)異亮脂肪族氨基酸6一氨基二羧基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號天冬氨酸-氨基丁二酸AspartateAsp(D)天脂肪族氨基酸7一氨基二羧基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號谷氨酸-氨基戊二酸GlutamateGlu(E)谷脂肪族氨基酸8二氨基一羧基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號精氨酸-氨基--胍基戊酸ArginineArg(R)精脂肪族氨基酸9二氨基一羧基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號鳥氨酸-二氨基戊酸OrnithineOrn鳥脂肪族氨基酸10二氨基一羧基氨基酸3普通名稱化學名英文名代號代號賴氨酸，-二氨基己酸LysineLys(K)賴脂肪族氨基酸11羥基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號絲氨酸-氨基--羥基丙酸SerineSer(S)絲

脂肪族氨基酸12羥基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號蘇氨酸-氨基--羥基丁酸ThreonineThr(T)蘇脂肪族氨基酸13含硫基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號半胱氨酸-氨基--巰基丙酸CysteineCys(C)半胱脂肪族氨基酸14含硫基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號胱氨酸二(-氨基--巰基丙酸)CysteineCys-Cys胱脂肪族氨基酸15含硫基氨基酸3普通名稱化學名英文名代號代號甲硫氨酸(蛋氨酸)-氨基--甲硫基丁酸MethionineMet(M)甲硫脂肪族氨基酸16酰胺基氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號天冬酰胺AsparagineAsn(N)脂肪族氨基酸17酰胺基氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號谷氨酰胺GlutamineGln(Q)1、根據(jù)R基團的化學結構分類（2）芳香族氨基酸：Phe,Tyr；（3）雜環(huán)氨基酸：Trp,His，Pro；芳香族氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號苯丙氨酸-氨基--苯基丙酸PhenylalaninePhe(F)苯丙芳香族氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號酪氨酸-氨基--對羥苯基丙酸TyrosineTyr(Y)酪雜環(huán)氨基酸1普通名稱化學名英文名代號代號色氨酸-氨基--吲哚基丙酸TryptophanTrp(W)色雜環(huán)氨基酸2普通名稱化學名英文名代號代號組氨酸-氨基--咪唑基丙酸HistidineHis(H)組雜環(huán)氨基酸3普通名稱化學名英文名代號代號脯氨酸四氫吡咯-2-羧酸ProlinePro(P)脯亞氨基酸2、根據(jù)氨基酸的酸堿性質分類（1）酸性氨基酸：分子中含一個氨基，兩個羧基；Asp，Glu；2、根據(jù)氨基酸的酸堿性質分類（2）堿性氨基酸：分子中含兩個氨基，一個羧基；Lys、Arg、His；2、根據(jù)氨基酸的酸堿性質分類（3）中性氨基酸：分子中含一個氨基，一個羧基；15種，Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Ser,Thr,Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg；

即酸性氨基酸和堿性氨基酸以外的常見氨基酸。3、根據(jù)R基團的極性分類（1）非極性氨基酸

脂肪烴側鏈：

Ala,Val,Leu,Ile；芳香環(huán)：

Phe,Trp；含硫氨基酸：Met；亞氨基酸：Pro（2）極性氨基酸不帶電荷的極性氨基酸7種：Gly，Ser，Thr，Cys，Tyr，Asn，Gln；帶正電荷的極性氨基酸3種：Lys，Arg，His；帶負電荷的極性氨基酸2種：Asp、Glu；4、根據(jù)營養(yǎng)功能分類（1）必需氨基酸：人體和動物生長發(fā)育所必需的，但自身不能合成，必需由食物中供給的氨基酸；Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、Met；（2）非必需氨基酸：（3）半必需氨基酸：His，Arg（嬰兒、代謝障礙）（三）非蛋白質氨基酸重要的非蛋白質氨基酸有：β-丙氨酸：泛酸及輔酶A的組成成分；γ-氨基丁酸：重要的神經遞質；D-谷氨酸、D-丙氨酸：參與細菌細胞壁組成的肽聚糖；-丙氨酸-氨基丁酸H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH二、氨基酸的理化性質（一）氨基酸的物理性質1、氨基酸均為無色結晶體或粉末，可用于鑒定；2、氨基酸的熔點較高，一般都大于200℃；3、味感：D-型氨基酸味甜，L-型氨基酸有甜、苦、鮮、酸味；4、溶解性質：一般溶于水（Cys、Tyr除外），在稀酸、稀堿中溶解度好，不溶于有機溶劑（脯氨酸可溶于乙醇、乙醚）；5、有旋光性質--比旋光值[α]Dt和旋光性物質的特征常數(shù)（Gly除外）；6、光吸收性質—芳香族氨基酸具有特征紫外吸收峰，Tyr275，Phe259，Trp280，一般在波長280nm測吸光值，測定蛋白質含量；二、氨基酸的理化性質氨基酸的紫外吸收（二）氨基酸的化學性質1、兩性解離

NH2NH3+

RCαCOOHRCαCOO-

HH

兼性離子兩性離子是指在同一氨基酸分子上帶有能放出質子的-NH3+正離子和能接受質子的-NH3+負離子。二、氨基酸的理化性質氨基酸溶液pH的計算

NH3+NH3+NH2K1K2

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO—H+H+

A+A±A-

氨基酸的滴定曲線在第一個pH轉折點上[A+]=[A±]；在第二個pH轉折中點，[A±]=[A-]；

K1=[A±][H+]/[A+]，pH=pK1+lg[A±]/[A+]K2=[A-][H+]/[A±]，pH=pK2+lg[A-]/[A±]所以，pH=pK?+lg[質子受體]/[質子供體]例題向1升1mol/L的處于等電點的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，問所得溶液的pH是多少？如果加入0.3molNaOH以代替HCl時，溶液的pH將是多少？解：羧基解離常數(shù)pK1=2.34,氨基解離常數(shù)pK2=9.60

加入0.3molHCl時，

pH=pKa+lg[質子受體]/[質子供體]=2.34+lg(1-0.3)/0.3=2.71;

加入0.3molNaOH時，

pH=pKa+lg[質子受體]/[質子供體]=9.60+lg0.3/(1-0.3)=9.23;（二）氨基酸的化學性質2、等電點

二、氨基酸的理化性質加酸時CHRCOOHH3N+H+H+總電荷“+”（二）氨基酸的化學性質2、等電點

二、氨基酸的理化性質加堿時CHRCOO－H3N+總電荷“-”O(jiān)H－OH－（二）氨基酸的化學性質2、等電點當溶液為某一pH值，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等時(凈電荷為0),這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。

二、氨基酸的理化性質NH3+NH3+NH2OH--OH--

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO-H+H+

在酸性溶液中晶體或水溶液中在堿性溶液中正離子pH<pI兩性離子pH=pI負離子pH>pI

（二）氨基酸的化學性質二、氨基酸的理化性質2、等電點氨基酸等電點的計算

NH3+NH3+NH2K1K2

RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO—H+H+

A+A±A-

K1=[A±][H+]/[A+]，[A+]=[A±][H+]/K1K2=[A-][H+]/[A±]，[A-]=[A±]K2/[H+]當?shù)竭_等電點時，[A±][H+]/K1=[A±]K2/[H+]，即：K1K2=[H+]2

方程兩邊取對數(shù)，—lg[H+]=--lgK1—lgK2，即：2pH=pK1+pK2

令pI為等電點是的pH，則pI=（pK1+pK2）/2天冬氨酸解離方程式如下：NH3+NH3+NH3+

NH2K1K2

CHCOOHCHCOO--CHCOO—CHCOO—CH2COOHH+CH2COOHH+CH2COO—H+CH2COO—

Asp+Asp±Asp-Asp2-對于中性和酸性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2；對于堿性氨基酸：pI=（pK2+pK3）/2；pH>pI氨基酸帶凈負電荷；pH<pI氨基酸帶凈正電荷；pH=pI氨基酸所帶凈電荷為零；

亞硝酸鹽反應烴基化反應?；磻摪被磻７驂A反應成鹽成酯反應成酰氯反應脫羧基反應疊氮反應巰基反應酚基反應氨基酸的化學反應茚三酮的反應；合成肽反應；3、由α-氨基參加的反應（1）與亞硝酸反應（α-氨基特有的反應）；（2）?；蜔N基化反應;（3）與甲醛反應—形成希夫堿；（4）脫氨基反應；3、由α-氨基參加的反應（1）與亞硝酸反應（α-氨基特有的反應）：原理：自由氨基能與亞硝酸反應釋放出氮氣（Pro除外），每克分子的自由氨基可生成一克分子氮氣，是范氏（VanSlyke）定氮法的理論基礎。在生產上常用此法來測定蛋白質的水解程度。RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+N2↑+H2Oα-羥基酸α-氨基酸3、由α-氨基參加的反應（2）?；蜔N基化反應：原理：在弱堿性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易與?；驘N基化試劑作用，使其α-氨基上的氫原子被取代，生成相應的產物。用途：可以用于人工合成蛋白質時保護氨基和鑒定多肽或蛋白質NH2末端氨基酸（稱Sanger反應）。

AADNFB+多肽蛋白+HF

DNP-AADNP-多肽

DNP-蛋白3、由α-氨基參加的反應（2）?；蜔N基化反應：2，4一二硝基氟苯反應（DNFB）RCHNH2+HF+NO2FNO2COOHRCHNCOOHHpH8~9NO2NO2DNP-氨基酸3、由α-氨基參加的反應（2）?；蜔N基化反應：異硫氰酸苯脂反應1用途：可以用來鑒定多肽或蛋白質NH2末端氨基酸,亦稱Edman反應.弱堿AAPITC+多肽蛋白AAPTC—多肽蛋白HFPTH-AA+少一個AA的多肽或蛋白異硫氰酸苯酯苯氨基硫甲酰--苯硫乙酰脲H+CH3NO23、由α-氨基參加的反應（3）與甲醛反應—形成希夫堿:RCHNH3+COO－RCHORCHHNCHCOOHR用途：進行氨基酸的測定－甲醛滴定。希夫堿3、由α-氨基參加的反應（4）脫氨基反應：RCHNH2COOH[O]酶RCOCOOH+NH3α-酮酸4、由α-羧基參與的反應（1）成鹽成酯反應；（2）成酰氯反應；（3）疊氮反應；（4）脫羧基反應；4、由α-羧基參與的反應（1）成鹽成酯反應：CHNH2COOHCH2CH2COOH＋NaOHCHNH2COONaCH2CH2COOH＋H2OGlu味精RCHNH2COOH＋C2H5OHRCHNH2·HClCOOC2H5＋H2O乙醇4、由α-羧基參與的反應（2）成酰氯反應：RCHNHR’COOH＋PCl5RCHNHR’COCl＋POCl3＋HCl4、由α-羧基參與的反應（3）疊氮反應：YNHCHCOOHRNH2NH2+2H2OYNHCHCONHNHRHNO2YNHCHCON3R用途：可活化羧基，常用于人工合成肽過程。酰化氨基酸?；被岬碾卵苌秕；被岑B氮4、由α-羧基參與的反應（4）脫羧基反應：RCHNH2COOH脫羧酶RCH2NH2＋CO2用途：發(fā)酵法生產氨基酸的過程中利用該反應測定氨基酸的產量。5、由α-氨基和α-羧基共同參加的反應（1）與茚三酮的反應；（2）合成肽反應；5、由α-氨基和α-羧基共同參加的反應（1）與茚三酮的反應蛋白質中范含有α-氨基在pH=5～6，t=80～100℃條件下均與茚三酮反應。與大部分氨基酸呈藍紫色，酰胺呈棕色，亞氨基酸呈黃色。（a）定性作為分離氨基酸層析圖譜上的顯色劑；（b）定量比色（570鈉米）測定氨基酸的含量；（c）通過測定氣體CO2的量間接測定氨基酸的含量（定量）；氨和胺類也和茚三酮反應，但不放出二氧化碳5、由α-氨基和α-羧基共同參加的反應（1）與茚三酮的反應

藍紫色物質水和茚三酮（2）合成肽反應

用途：是多肽和蛋白質生物合成的基本反應5、由α-氨基和α-羧基共同參加的反應CH3CHNH2COOH+CH2OHCHNH2COOHH2OCH3CHNH2COCH2OHCHNHCOOH(酰氨鍵)－N端－C端CNOH肽鍵肽鍵:就是由氨基酸的α-羧基與