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1、。第一章第一章 蛋白质蛋白质(Protein)(Protein) 第一节第一节 概概 述述一、一、蛋白质的定义蛋白质的定义 蛋白质：蛋白质：是一切生物体中普遍存在的，由天然氨基酸天然氨基酸通过肽键肽键连接而成的生物大分子；其种类繁多，各具有一定的相对分子质量，复杂的分子结构和特定的生物功能；是表达生物遗传性状的一类主要物质。二、蛋白质在生命中的重要性二、蛋白质在生命中的重要性 早在1878年，恩格斯就在反杜林论中指出：“生生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这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些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新
2、。”具体生物学意义：具体生物学意义：1. 1. 生物体的组成成分生物体的组成成分2. 2. 酶酶3. 3. 运输：运输：4. 4. 运动运动：5. 5. 抗体抗体6. 6. 干扰素干扰素7. 7. 遗传信息的控制遗传信息的控制8. 8. 细胞膜的通透性细胞膜的通透性9. 9. 高等生物的记忆、识别机构高等生物的记忆、识别机构Na-KNa-K泵泵、驱动蛋白介导的转运活动驱动蛋白介导的转运活动离子转运离子转运三、蛋白质的组成三、蛋白质的组成1.1.元素组成元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元
3、素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50 氢 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量 氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质大多数蛋白质的含氮量接近于的含氮量接近于16%16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量蛋白质含量的测定：凯氏定氮法蛋白质含量的测定：凯氏定氮法(测定氮的经典方法) 优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单； 缺点：易将非蛋白氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质中, 不精确。 一般，样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数蛋白质换算系数，其含义
4、是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g 蛋白质；故： 蛋白质含量=氮的量100/16或6.25 除了上法外，还有 紫外比色法紫外比色法 双缩脲法双缩脲法 FolinFolin酚酚 考马斯亮兰考马斯亮兰G G250250比色法比色法（条件：蛋白质必须是可溶的） 2.2.化学组成化学组成（两种类型） 单纯蛋白质：水解（三种方法）为 -氨基酸 缀合蛋白质=单纯蛋白质+辅基 第二节第二节 氨基酸化学氨基酸化学一、氨基酸的结构与分类一、氨基酸的结构与分类1.1.氨基酸的结构氨基酸的结构氨基酸氨基酸是蛋白质水解的最终最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从所有蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种（标
5、准氨基酸， standard amino acids) ，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：(1) 与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸 COOHH2N CH -碳原子基团 R R基团-氨基酸基本结构通式不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式(中性PH)(2) C如是不对称C（除Gly），则： 具有两种立体异构体 D-型和L-型（蛋白质中的蛋白质中的AA都是都是L型型） . 具有旋光性（手性） 左旋（-）或右旋（+）BA.2.2.构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸种氨基酸3 3、常见蛋白质氨基酸的分类、常见蛋白质氨基酸
6、的分类1 1）按照）按照R R基的化学结构基的化学结构（1 1）脂肪簇氨基酸）脂肪簇氨基酸中性氨基酸：中性氨基酸：GlyGly、AlaAla、ValVal、LeuLeu、IleIle含羟基或硫氨基酸：含羟基或硫氨基酸：SerSer、ThrThr、CysCys、MetMet酸性氨基酸及其酰胺：酸性氨基酸及其酰胺：AspAsp、GluGlu、AsnAsn、GlnGln碱性氨基酸：碱性氨基酸：LysLys、ArgArg（2 2）芳香簇氨基酸）芳香簇氨基酸PhePhe、TyrTyr、TrpTrp（3 3）杂环簇氨基酸）杂环簇氨基酸HisHis、ProPro(Gln, Q)(Asn, N)2 2）按）按
7、R R的极性性质的极性性质（1 1）非极性）非极性R R基氨基酸基氨基酸AlaAla、ValVal、LeuLeu、IleIle、ProPro、PhePhe、TrpTrp、MetMet（2 2）不带电荷的极性）不带电荷的极性R R基氨基酸基氨基酸GlyGly、SerSer、ThrThr、CysCys、TyrTyr、AsnAsn、GlnGln（3 3）带正电荷的）带正电荷的R R基氨基酸基氨基酸（4 4）带负电荷的）带负电荷的R R基氨基酸基氨基酸LysLys、ArgArg、HisHisAspAsp、GluGlu注：二十种氨基酸的结构特点注：二十种氨基酸的结构特点 支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、
8、亮氨酸，异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸 含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸 含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨 酸（含硫甲基酸（含硫甲基） 含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸 含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸 含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸 亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸 含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺 含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸 含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：赖氨酸赖氨酸胶原蛋白
9、中的胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成很强的分子间侧链氧化时能形成很强的分子间(内内)交联。交联。Arg的胍基碱性很强，与的胍基碱性很强，与NaOH相当。相当。His是一个弱碱，是天然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活是一个弱碱，是天然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中心。性中心。非极性非极性aa一般形成蛋白质的疏水核心，带电荷的一般形成蛋白质的疏水核心，带电荷的aa和极性和极性aa位于表面。位于表面。酶的活性中心：酶的活性中心：His、Ser、Cys 4.4.人体所需的八种必需氨基酸人体所需的八种必需氨基酸 缬氨酸(Val) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 苏氨酸(Thr) 赖氨酸(L
10、ys) 蛋氨酸(Met) 苯丙氨酸(Phe)色氨酸(Trp) 婴儿时期所需: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 早产儿所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys). .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。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(存在于胶原pro)、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： NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CH
11、COOHNH23,5-二碘酪氨酸 除参与蛋白质组成的除参与蛋白质组成的2020多种氨基酸外，生物体内存在大量的多种氨基酸外，生物体内存在大量的氨基酸中间代谢产物，它们不是蛋白质的结构单元，但在生氨基酸中间代谢产物，它们不是蛋白质的结构单元，但在生物体内具有很多生物学功能。物体内具有很多生物学功能。 （1 1）L-L-型型氨基酸的衍生物：氨基酸的衍生物：L-L-瓜氨酸和瓜氨酸和L-L-鸟氨酸鸟氨酸 （2 2）D-D-型氨基酸：型氨基酸：D-GluD-Glu、D-AlaD-Ala（肽聚糖中）、（肽聚糖中）、D-PheD-Phe（短（短杆菌肽杆菌肽S S） （3 3）-、-、-氨基酸氨基酸 ：-Al
12、a-Ala（泛素的前体）、（泛素的前体）、-氨基丁酸（神经递质）。氨基丁酸（神经递质）。 二二. .氨基酸的重要理化性质氨基酸的重要理化性质1.1.一般物理性质一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶，其形状因构型而异(1)(1)溶解性：溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能使水的介电常数增加，能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2)(2)熔点：熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。(3)(3)味感：味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦(必需氨基酸必需氨基酸都具有苦味，以苯丙氨酸和色氨酸的苦味最强都具有苦味，以苯
13、丙氨酸和色氨酸的苦味最强)，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。n旋光性：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转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)(5)光吸收：光吸收：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(3.5pH3.5，-羧基羧基以以-COO-COO- -形式存在。形式存在。-氨基氨基pKpK2 2在在9.49.4左右，当左右，当pH8.0pH8.0时，时，-氨基以氨基以-NH-NH3 3+ +形式存在。在形式存在。在pH3.5-8.0pH3.5-8.0时，时，带有相反电荷，因此氨基酸在水溶液中是以两性离带有相反电
14、荷，因此氨基酸在水溶液中是以两性离子离子形式存在。子离子形式存在。 在在pH2.34pH2.34和和pH9.60pH9.60处，处，GlyGly具有缓冲能力。具有缓冲能力。 起点：起点： 100% Gly100% Gly+ + 净电荷：净电荷：+1+1第一拐点：第一拐点： 50%Gly50%Gly + + ，50%Gly50%Gly 平均净电荷：平均净电荷：+0.5+0.5 pH=pK+lgGly pH=pK+lgGly/Gly/Gly+ + = pK = pK1 1 = 2.34= 2.34第二拐点：第二拐点： 100%Gly100%Gly 净电荷：净电荷：0 0 等电点等电点pIpI第三拐
15、点：第三拐点： 50%Gly50%Gly ，50%Gly50%Gly- - 平均净电荷：平均净电荷：-0.5-0.5 pH=pK pH=pK2 2+lgGly+lgGly- -/Gly/Gly=pK=pK2 2=9.6=9.6终点：终点： 100% Gly100% Gly- - 净电荷：净电荷：-1-1HisHis咪唑基的咪唑基的pKpKa a值为值为6.06.0，在，在pH7pH7附近有明显的缓冲作用。附近有明显的缓冲作用。在生理条件下，只有在生理条件下，只有HisHis有缓冲能力。血红蛋白中有缓冲能力。血红蛋白中HisHis含量含量高，在血液中具很强的缓冲能力。高，在血液中具很强的缓冲能力
16、。 甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线甘氨酸盐酸盐（甘氨酸盐酸盐（A+）等电点甘氨酸（等电点甘氨酸（A ）甘氨酸钠（甘氨酸钠（A-）一氨基一羧基一氨基一羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2一氨基二羧基一氨基二羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2二氨基一羧基二氨基一羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 2+pK 3 3.3.氨基酸的等电点氨基酸的等电点 当溶液浓度为某一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。 侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2 结论结论：（1）当PHPI，AA带电性？在电场中的运动
