第一篇-蛋白质化学-1.ppt

,茶学与生物系-生物化学,第一篇 蛋白质化学,第一篇 蛋白质化学,protein,茶学与生物系,引 言,1878年，恩格斯就在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”,蛋白质是生物体重要组成分成,protein 源于（第一重要的）,分布广：,所有的器管、组织都含有蛋白质；细胞的各个部位都含有蛋白质；,种类多：,蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45%；有些组织含量更高，例如脾、肺、横纹肌高达80%。,引 言,主要内容,第一节 蛋白质概论,第二节 氨基酸,第三节 蛋白质分子结构,第四节 蛋白质的结构与功能,第五节 蛋白质的理化性质与分离纯化,掌握：,氨基酸结构特点、理化性质；肽键的结构与特点；蛋白质分子结构；蛋白质结构与功能的关系；蛋白质变性与复性；,熟悉：,蛋白质的元素组成及生物功能；蛋白研究的常规方法；,了解：,蛋白质的水解、蛋白质的分类。,教学目标,第一节,蛋白质概论,第一节 蛋白质概论,2.元素组成,蛋白质是一类,含氮有机化合物,，除含有C、H、O、N和少量的S。某些蛋白质还含有其他一些元素,如：P、Fe、I、Cu、Mo、Zn等。,碳 50,氢 7,氧 23,氮 16%,硫 03,其他 微 量,凯氏定氮,蛋白质含量=氮的量6.25,3.蛋白质水解,蛋白质和多肽的肽键可被催化水解,酸,/,碱,能将蛋白,完全水解,酶,水解一般是,部分水解,得到各种AA的混合物,得到多肽片段和AA的混合物,氨基酸是蛋白质的基本结构单元,蛋白质 胨多肽肽AA,1*10,4,5*10,3,2*10,3,1000 200500 100,酸水解,6mol/L HCl或4mol/L H,2,SO,4,回流煮沸20h左右。Trp破坏，羟基氨基酸（Ser，Thr）有一小部分被分解，天冬酰胺、谷胺酰胺脱酰胺基；不引起消旋。,碱水解,（,5mol/L NaOH煮1020h。消旋（即D-型和L-型的混合物，Trp稳定；多数氨基酸遭不同程度的破坏。,酶水解,不产生消旋作用也不破坏氨基酸，一般水解不彻底。水解位点特异，用于一级结构分析，肽谱分析。,蛋白质的水解,地球上天然形成的氨基酸300种以上。构成蛋白质的氨基只有,20余种,，,且都是,-氨基酸,。,4.蛋白的氨基酸组成,第一节 蛋白质概论,-C-C-C-C-COOH,-C-C-C-C(NH,2,)-COOH -氨基酸,-C-C-C(NH,2,)-C-COOH -氨基酸,-C-C(NH,2,)-C-C-COOH -氨基酸,什么是-氨基酸？,5.蛋白质的分类,(1)按化学组成分类,1.简单蛋白：,仅由氨基酸组成的蛋白质。,2.缀合蛋白：,还含有其他除氨基酸外的各种化学成份作为其结构的一部分。（辅基或配体）,单纯蛋白质单纯蛋白质又可按其,溶解度、受热凝固性及盐析等物理性质的不同,分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白等7 类。,缀合蛋白质按辅基不同，结合蛋白质分为：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白和色蛋白等5 类。,(2)按蛋白质形状分类,1.纤维状蛋白,纤维状蛋白多为结构蛋白，是组织结构不可缺少的蛋白质，由长的氨基酸肽链连接成为纤维状或蜷曲成盘状结构，成为各种组织的支柱，如皮肤、肌腱、软骨及骨组织中的胶原蛋白；,2.球状蛋白,球状蛋白的形状近似于球形或椭圆形。许多具有生理活性的蛋白质，如酶、转运蛋白、蛋白类激素与免疫球蛋白、补体等均属于球蛋白。,5.蛋白质的分类,(3)按蛋白质功能分类,酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白等。,(4)按蛋白质营养价值分类,完全蛋白质,半完全蛋白质,不完全蛋白质,5.蛋白质的分类,蛋白质营养价值分类,完全蛋白：,所含,必需氨基酸,种类齐全、数量充足、比例适当，,不但能维持成人的健康，并能促进儿童生长发育，如,乳类,中的酪蛋白、乳白蛋白，,蛋类,中的卵白蛋白、卵磷蛋白，,肉类,中的白蛋白、肌蛋白，,大豆,中的大豆蛋白，,小麦,中的麦谷蛋白，,玉米,中的谷蛋白等。,半完全蛋白：,所含必需氨基酸,种类齐全，但有的氨基酸数量不足，比例不适当,，可以维持生命，但不能促进生长发育，如小麦中的麦胶蛋白等。,不完全蛋白：,所含必需氨基酸,种类不全,，既不能维持生命，也不能促进生长发育，如玉米中的玉米胶蛋白，动物结缔组织和肉皮中的胶质蛋白，豌豆中的豆球蛋白等。,第二节,氨基酸,一、氨基酸的结构,C,酸,氨,H,H,2,N,COOH,R,不同的 aa 在于,R基团,的不同,组成蛋白质的氨基酸都为,a-氨基酸,（除Pro外）,组成蛋白质的氨基酸都为L型（除Gly外）,二、生物体内的氨基酸类别,蛋白质氨基酸:,蛋白质中常见20种氨基酸。,稀有的蛋白质氨基酸：,蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如,4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸,等。,非蛋白质氨基酸：,生物体内呈游离或结合态的氨基酸(约150种)。,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,-氨基丁酸,，刀豆中的,刀豆氨酸,等。,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号,据营养学分类,必需AA,非必需AA,据R基团化学结构分类,脂肪族,AA(中性、含羟基或巯基、酸性、碱性),芳香族,A(Phe、Tyr、Trp),杂环,(His、Pro),据R基团极性分类,极性R基团,AA,非极性R基团,AA（种）,不带电荷,（,种）,正电荷(,种),负电荷(,种),据氨基、羧基数分类,一氨基一羧基,AA,一氨基二羧基,AA(Glu、Asp,),二氨基一羧基,AA(Lys、His、Arg),人的必需氨基酸：,Lys、Trp、Phe、Val、Met、Leu、Ile、Thr,Arg、His,非极性R基团氨基酸,不带电荷极性R基团氨基酸,带电荷R基团氨基酸,甘氨酸 （Gly,G）,丙氨酸 （Ala,A）,缬氨酸 （Val,V）,亮氨酸 （Lue,L）,异亮氨酸 （Ile,I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨酸 （Ser,S）,苏氨酸 （Thr,T）,半胱氨酸 （Cys,C）,甲硫氨酸 （Met,M）,酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,碱性氨基酸,赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,组氨酸 （His,H）,杂环,杂环氨基酸,组氨酸 （His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸,（Trg,W）,pH=pI,净电荷=0,pH pI,净电荷为负,CH,R,COOH,NH,3,+,CH,R,COO,NH,2,CH,R,COO,NH,3,+,+,H,+,+,OH,-,+,H,+,+,OH,-,(,pK,1,),(,pK,2,),当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的,等电点,(,isoelctric point)。,三、氨基酸的性质,1.,两性性质和等电点,20种氨基酸的pI,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐酸盐（A,+,）,等电点甘氨酸（A,）,甘氨酸钠（A,-,）,一氨基一羧基AA,的等电点计算：,pI=,2,pK,1,+pK,2,酸性氨基酸，以Asp为例：,碱性氨基酸，以Lys为例：,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,一氨基二羧基AA,的等电点计算：,pI,=,2,pK,1,+pK,2,二氨基一羧基AA,的等电点计算：,pI,=,2,pK,2,+pK,3,B,A,pK,1,pK,2,pI,pI,pK,3,pK,3,pK,2,pK,1,加入的,OH,-,mL数,加入的,OH,-,mL数,pH,pH,2.氨基,酸光学活性和光谱性质,三、氨基酸的性质,构型：,组成蛋白质的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。,D型 与 L型,三、氨基酸的性质,以丙氨酸为例,三、氨基酸的性质,如含两个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为-,-，别-和别-氨基酸。,L-苏氨酸,(L-threonine,),D-苏氨酸,(D-threonine),L-别-苏氨酸,(L-allo-threonine,),D-别-苏氨酸,(D-allo-threonine,),三、氨基酸的性质,互不能叠合的镜像关系的旋光异构体，称为,对映体，,除了具有程度相等而方向相反的旋光性和不同的生物活性外，其他物理化学性质完全相同。,三、氨基酸的性质,自然界中组成蛋白质的氨基酸都是L-型。,(Gly除外),三、氨基酸的性质,组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，,所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“一”号表示，向右旋转的称右旋，用“”号表示。是AA的物理常数，与结构、PH值有关。,消旋,外消旋,内消旋,三、氨基酸的性质,1）旋光性,三、氨基酸的性质,2.氨基,酸光学活性和光谱性质,2）紫外吸收光谱：,20种氨基酸中,色氨酸(Trp),、,酪氨酸(Tyr),和,苯丙氨酸(Phe),的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（,max,）分别为,280、275、,和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。,三、氨基酸的性质,第二节 氨基酸,氨基酸的光学性质,Trp、Tyr、Phe,含芳香环共轭双键系统，最大吸收峰分别在,279nm、278nm、259nm。,紫外吸收,（1）,与亚硝酸反应,氨基酸的化学性质,Van Slyke 法（文司莱克法）测定氨基氮的基础。也可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。,只有一半来自氨基酸,1.-氨基参与的反应,氨基酸的化学性质,氨基酸甲醛滴定法,（2）,与,甲醛,反应,1.-氨基参与的反应,（3）烃基化,反应,Sanger反应,氨基酸的化学性质,在,弱碱,溶液中，氨基酸的-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）。,DNFB,O,2,N,NO,2,F,H,2,N,CH,COOH,R,DNP-,氨基酸,O,2,N,NO,2,HN,CH,COOH,R,HF,此反应最初被Sanger 用于测定肽链 N-端氨基酸,1.-氨基参与的反应,（3）烃基化,反应,Edman反应,N,C,S,40，弱碱,N,C,NH,R,CH,C,O,S,40,H,+,硝基甲烷,COOH,H,2,N,CH,R,PITC,苯异硫氰酸酯,PTC-氨基酸,苯氨基硫甲酰氨基酸,PTH-氨基酸,苯硫乙内酰脲氨基酸,H,N,C,NH,R,CH,C,O,OH,S,可用层析法鉴定出aa的种类,Edman反应,此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理,4.-羧基参与的反应,氨基酸的化学性质,(1)成盐、成酯反应（与碱，醇反应）,(2)成酰氯的反应,氨基被保护后，羧基可与二氯亚砜或五氯化磷反应，生成酰氯，使羧基活化，在多肽的人工合成中常用。,(3)脱羧基反应脱羧酶的作用下生成一级胺，CO,2,)如：Glu脱羧形成-氨基丁酸。,还原性茚三酮,O,O,OH,H,NH,3,CO,2,RCHO,茚三酮,RCHCOOH,NH,2,O,O,O,NH,3,O,O,OH,H,O,O,O,O,N,O,3H,2,O,蓝紫色化合物,O,O,反应分2步：,茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析,氨基酸的化学性质,5.与,茚三酮反应,弱H,+,Pro与茚三酮反应呈,黄色,氨基酸的化学性质,6.成肽,反应,2H,2,0,甘氨酸,甘氨酸,二酮吡嗪,肽键,加热,乙二醇,氨基酸的化学性质,6.成肽,反应,氨基酸的化学性质,7.侧链R基参加的反应,（1）含-OH基的氨基酸的酯化反应,（2）Pauly反应（,Tyr,和,His,):与重氮化合物对氨基苯磺酸反应生成,橘黄色,(,棕红色,)化合物;,（3）Cys的SH反应：与重金属反应;与巯基保护基反应，碘乙酰胺，氯化苄等;与,二硫硝基苯甲酸(DTNB),反应，释放一分子的硫硝基苯甲酸，其在412nm处有吸光值；,在蛋白质中生成胱氨酸（还原剂：巯基乙醇、巯基乙酸，氧化剂：过甲酸）。,四、氨基酸的制备与用途,1.制备,水解蛋白质法（酸、碱、酶）,人工合成法（缺点都是外消旋物）,微生物发酵法（味精厂谷氨酸短杆菌）,2.用途,科学研究,食品工业（调味剂，甜味剂，发色剂，抗氧化剂）,医药工业（复合氨基酸注射液）,工业原料（聚谷氨酸作为制革原料）,农业（增加饮料的营养率）,小 结,1.蛋白质定义、分类、元素组成、生物功能及重要性质；,2.蛋白质构件分子氨基酸；,（1）基本结构；,（2）分类；,（3）理化性质,课堂练习,1.蛋白质分子中所有的AA(Gly除外)都是右旋的。,2.蛋白质分子中所有的AA（Pro除外）都是氨基酸。,3.测得某一蛋白质样品的含氮量为0.16g，此样品约含蛋白质多少克？(),A.0.50 B.0.75 C.1.00 D.2.00,4.下列哪种氨基酸是碱性氨基酸？(),A.Ala B.Lue C.Lys D.Trp,(,),(,),C,C,课堂练习,5.组成蛋白质的基本单位是,(),A.L-氨基酸 B.L-氨基酸,C.D-氨基酸 D.D-氨基酸,6.鉴别酪氨酸常用的反应为()。,A.Pauly反应 B.与甲醛的反应,C.与茚三酮的反应 D.双缩脲反应,7.茚三酮与脯氨酸反应时，在滤纸层析谱上呈现(),.蓝紫色 .红色,.亮黄色 .绿色,A,C,B,