生物化學(xué)蛋白質(zhì)課件

蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。第一章蛋白質(zhì)(Protein)第一節(jié)概述一、蛋白質(zhì)的定義

蛋白質(zhì)：是一切生物體中普遍存在的，由天然氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的生物大分子；其種類(lèi)繁多，各具有一定的相對(duì)分子質(zhì)量，復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和特定的生物功能；是表達(dá)生物遺傳性狀的一類(lèi)主要物質(zhì)。二、蛋白質(zhì)在生命中的重要性早在1878年，恩格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新?！本唧w生物學(xué)意義：1.生物體的組成成分2.酶3.運(yùn)輸：4.運(yùn)動(dòng)：5.抗體6.干擾素7.遺傳信息的控制8.細(xì)胞膜的通透性9.高等生物的記憶、識(shí)別機(jī)構(gòu)Na-K泵、驅(qū)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)三、蛋白質(zhì)的組成1.元素組成

蛋白質(zhì)是一類(lèi)含氮有機(jī)化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為：碳50％氫7％氧23％

氮16%

硫0—3％其他微量

氮占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質(zhì)的含氮量。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量接近于16%，所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來(lái)計(jì)算蛋白質(zhì)的大概含量

★蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：凱氏定氮法(測(cè)定氮的經(jīng)典方法)

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原料無(wú)選擇性，儀器簡(jiǎn)單，方法也簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：易將非蛋白氮(如核酸中的氮)都?xì)w入蛋白質(zhì)中,

不精確。一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說(shuō)明含有6.25g蛋白質(zhì)；故：

※蛋白質(zhì)含量=氮的量×100/16或×6.25

除了上法外，還有

紫外比色法

雙縮脲法

Folin—酚

考馬斯亮蘭G—250比色法（條件：蛋白質(zhì)必須是可溶的）

2.化學(xué)組成（兩種類(lèi)型）單純蛋白質(zhì)：水解（三種方法）為α-氨基酸綴合蛋白質(zhì)=單純蛋白質(zhì)+輔基

第二節(jié)氨基酸化學(xué)一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1.氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從所有蛋白質(zhì)水解物中分離出來(lái)的氨基酸有二十種（標(biāo)準(zhǔn)氨基酸，standardaminoacids)

，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)為：(1)與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個(gè)氨基，因而稱(chēng)為α-氨基酸COOHH2NCHα-碳原子基團(tuán)

RR基團(tuán)α-氨基酸基本結(jié)構(gòu)通式不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式(中性PH)(2)Cα如是不對(duì)稱(chēng)C（除Gly），則：

具有兩種立體異構(gòu)體[D-型和L-型]（蛋白質(zhì)中的AA都是L－型）

.具有旋光性（手性）[左旋（-）或右旋（+）]BA.2.構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸

3、常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸的分類(lèi)1）按照R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脂肪簇氨基酸①中性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile②含羥基或硫氨基酸：Ser、Thr、Cys、Met③酸性氨基酸及其酰胺：Asp、Glu、Asn、Gln④堿性氨基酸：Lys、Arg（2）芳香簇氨基酸Phe、Tyr、Trp（3）雜環(huán)簇氨基酸His、Pro(Gln,Q)(Asn,N)2）按R的極性性質(zhì)（1）非極性R基氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met（2）不帶電荷的極性R基氨基酸Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Gln（3）帶正電荷的R基氨基酸（4）帶負(fù)電荷的R基氨基酸Lys、Arg、HisAsp、Glu注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：賴(lài)氨酸膠原蛋白中的Lys側(cè)鏈氧化時(shí)能形成很強(qiáng)的分子間(內(nèi))交聯(lián)。Arg的胍基堿性很強(qiáng)，與NaOH相當(dāng)。His是一個(gè)弱堿，是天然的緩沖劑，它往往存在于許多酶的活性中心。非極性aa一般形成蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷的aa和極性aa位于表面。酶的活性中心：His、Ser、Cys

4.人體所需的八種必需氨基酸

纈氨酸(Val)亮氨酸(Leu)異亮氨酸(Ile)蘇氨酸(Thr)

賴(lài)氨酸(Lys)蛋氨酸(Met)

苯丙氨酸(Phe)色氨酸(Trp)

嬰兒時(shí)期所需:精氨酸(Arg)、組氨酸(His)

早產(chǎn)兒所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys)５.幾種重要的不常見(jiàn)pro氨基酸

在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見(jiàn)的氨基酸，通常稱(chēng)為不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來(lái)的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴(lài)氨酸(存在于膠原pro)、N-甲基賴(lài)氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下：

6、非蛋白質(zhì)氨基酸除參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸外，生物體內(nèi)存在大量的氨基酸中間代謝產(chǎn)物，它們不是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，但在生物體內(nèi)具有很多生物學(xué)功能。（1）L-型α–氨基酸的衍生物：L-瓜氨酸和L-鳥(niǎo)氨酸（2）D-型氨基酸：D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）（3）β-、γ-、δ-氨基酸：β-Ala（泛素的前體）、γ-氨基丁酸（神經(jīng)遞質(zhì)）。

二.氨基酸的重要理化性質(zhì)1.一般物理性質(zhì)常見(jiàn)氨基酸均為無(wú)色結(jié)晶，其形狀因構(gòu)型而異溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能使水的介電常數(shù)增加，能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。(2)熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)極高，一般在200℃以上。(3)味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無(wú)味、有的為甜、有的味苦(必需氨基酸都具有苦味，以苯丙氨酸和色氨酸的苦味最強(qiáng))，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。Q：哪三個(gè)現(xiàn)象表明AA以?xún)尚噪x子存在？

酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;

2.氨基酸的離解性質(zhì)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液(近中性pH值)中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。Why?在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化PH1710凈電荷+10-1

正離子兩性離子負(fù)離子等電點(diǎn)PI原因：α-羧基pK1在2.0左右，當(dāng)pH>3.5，α-羧基以-COO-形式存在。α-氨基pK2在9.4左右，當(dāng)pH<8.0時(shí)，α-氨基以α-NH3+形式存在。在pH3.5-8.0時(shí)，帶有相反電荷，因此氨基酸在水溶液中是以?xún)尚噪x子離子形式存在。

在pH2.34和pH9.60處，Gly具有緩沖能力。

起點(diǎn)：100%Gly+

凈電荷：+1第一拐點(diǎn)：50%Gly+

，50%Gly±

平均凈電荷：+0.5pH=pK+lg[Gly±]/[Gly+]=pK1=2.34第二拐點(diǎn)：100%Gly±

凈電荷：0等電點(diǎn)pI第三拐點(diǎn)：50%Gly±

，50%Gly-

平均凈電荷：-0.5pH=pK2+lg[Gly-]/[Gly±]=pK2=9.6終點(diǎn)：100%Gly-

凈電荷：-1His咪唑基的pKa值為6.0，在pH7附近有明顯的緩沖作用。在生理?xiàng)l件下，只有His有緩沖能力。血紅蛋白中His含量高，在血液中具很強(qiáng)的緩沖能力。甘氨酸滴定曲線(xiàn)甘氨酸鹽酸鹽（A+）等電點(diǎn)甘氨酸（A

）甘氨酸鈉（A-）一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′1+pK′2二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK′2+pK′3

3.氨基酸的等電點(diǎn)

當(dāng)溶液濃度為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)pI。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2

同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’R-COO-)/2

堿性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

結(jié)論：（1）當(dāng)PH＞PI，AA帶電性？在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性？（2）當(dāng)PH＜PI，AA帶電性？在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性？（3）PI與濃度的關(guān)系？

氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。加熱過(guò)程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€(gè)碳的醛。NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍(lán)紫色化合物?！铩铩?.氨基酸的化學(xué)性質(zhì)(1)與茚三酮的反應(yīng)（顏色反應(yīng)）OHOH反應(yīng)要點(diǎn)A.該反應(yīng)由NH2與COOH共同參與B.茚三酮是強(qiáng)氧化劑C.該反應(yīng)非常靈敏，可在570nm測(cè)定吸光值D.測(cè)定范圍：0.5~50μg/mlE.脯氨酸（或羥脯氨酸）與茚三酮直接生成黃色物質(zhì)（不釋放NH3）應(yīng)用：A.氨基酸定量分析（先用層析法分離，再測(cè)定CO2的量）