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1、2 蛋白质化学蛋白质化学蛋白质主要元素组成：蛋白质主要元素组成：C C、H H、O O、N N、S S 及及 P P、FeFe、CuCu、ZnZn、MoMo、I I、Se Se 等微量元素。等微量元素。蛋白质平均含蛋白质平均含N N量为量为1616,这是这是凯氏凯氏定氮法定氮法测蛋白质含量的理论依据：测蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量蛋白质含蛋白质含量蛋白质含N N量量6.256.25蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 蛋白质（蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生
2、命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。生命科学最基本的命题。生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：动的体现者，具有以下主要功能：催化功能；结构功能；调节功能；催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能信息功能；储藏功能 2.1 氨基酸 尽管在各种生物体内已发现了尽管在各种生物体内已发现了180180多多种氨基酸（种氨基酸（amino acid,AAamino aci
3、d,AA），但参与），但参与组成蛋白质的氨基酸只有组成蛋白质的氨基酸只有2020种，称为蛋种，称为蛋白质氨基酸白质氨基酸。2.1.1 蛋白质氨基酸的结构及分类蛋白质氨基酸的结构及分类（一）氨基酸的结构通式 除脯氨酸是一种亚氨基酸外，其余的都是氨基酸，其结构通式为：除甘氨酸外，其它蛋白质氨基酸的除甘氨酸外，其它蛋白质氨基酸的碳原碳原子均为不对称碳原子，因此氨基酸有子均为不对称碳原子，因此氨基酸有D D型与型与型两种构型。天然蛋白质中氨基酸绝大型两种构型。天然蛋白质中氨基酸绝大多数都是多数都是L L型的，只是近年才发现在某些微型的，只是近年才发现在某些微生物蛋白质中有型氨基酸生物蛋白质中有型氨基酸
4、。蛋白质中常见氨基酸的结构蛋白质中常见氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO氨基乙酸氨基乙酸氨基酸的结构氨基酸的结构 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine-氨基丙酸氨基丙酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3-氨基异戊酸氨基异戊酸 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leuci
5、ne 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3-氨基异己酸氨基异己酸氨基酸的结构氨基酸的结构氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸-氨基氨基-甲基戊酸甲基戊酸 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亚氨基酸亚氨基酸HNCOHO-吡咯烷基吡咯烷基-羧酸羧酸氨基酸的结构氨基酸的
6、结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 -氨基氨基-甲硫基丁酸甲硫基丁酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫
7、氨基酸 -氨基氨基-巯基丙巯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO -氨基氨基-苯基丙苯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH -氨基氨基-对羟苯基丙对羟苯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TryptophanTrpH2NCHCCH2OHOHN -氨基氨基-吲哚基丙吲哚基丙酸酸氨基酸的结
8、构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH -氨基氨基-胍基戊胍基戊酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2，-二氨基己酸二氨基己酸氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH -氨基氨基-咪唑基丙咪唑基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸
9、性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO -氨基丁二酸氨基丁二酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO -氨基戊二酸氨基戊二酸氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸含羟基氨基酸H2NCH CCH2OHOOH -氨基氨基-羟基丙羟基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基氨基酸含羟基氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3 -氨基氨基-羟基丁羟基丁酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬
10、酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷氨酰胺谷氨酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O氨基酸的结构氨基酸的结构 2C：甘 3C：丙 丝 半 色 酪 苯 组 4C：天 天 苏 5C：谷 谷 脯 缬（吉）蛋 6C：亮 异 赖 精（二）氨基酸的分类（1）根据来源分：）根据来源分：内源氨基酸和外源内源氨基酸和外源氨基酸氨基酸（2）从营养学角度分：）从营养学角度分：必需氨基酸和必需氨基酸和非必需氨基酸非必需氨基酸 Ile Met Val
11、Leu Trp Phe Thr LysIle Met Val Leu Trp Phe Thr Lys 一一 家家 写写 两两 三三 本本 书书 来来（3）根据是否组成蛋白质来分：）根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸（4 4）按）按R R基极性分类基极性分类2020种常见氨基酸种常见氨基酸(表表2-1)2-1)非极性非极性R R基团氨基酸：基团氨基酸：8 8种种 Ala Val Leu Ile Phe Pro Met TrpAla Val Leu Ile Phe Pro Met Trp极性不带电荷极性不
12、带电荷R R基团氨基酸：基团氨基酸：7 7种种 Ser Thr Asn Gln Try Cys GlySer Thr Asn Gln Try Cys Gly带负电荷带负电荷R R基团氨基酸：基团氨基酸：2 2种种 Asp GluAsp Glu带正电荷带正电荷R R基团氨基酸：基团氨基酸：3 3种种 Lys Arg HisLys Arg His2.1.2 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质 2.1.2.1 2.1.2.1 氨基酸的两性解离与等电点氨基酸的两性解离与等电点 氨基酸在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。氨基酸的两性解离氨基酸的两性解离 在不同的在不同的pHpH条件下，
13、两性离子的条件下，两性离子的状态也随之发生变化状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NRpH 1 7 10净电荷+1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI氨基酸的等电点氨基酸的等电点（isoeletric point）及其计算及其计算 氨基酸的等电点：氨基酸的等电点：当外液当外液pHpH为某一为某一pHpH值时，氨基酸分子值时，氨基酸分子中所含的中所含的-NH-NH3 3+和和-COO-COO-数目正好相等，净数目正好相等，净电荷为电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为值即为氨基酸的等电氨基酸的等电点，简称点
14、，简称pI。在等电点时，氨基酸既不在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。两性离子状态。氨基酸等电点的计算：氨基酸等电点的计算：侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的点是它的pKpK1 1和和pKpK2 2的算术平均值：的算术平均值：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2)/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其酸，其pIpI值也决定于值也决定于两性离子两边的两性离子两边的pKpK值值的算术平均值。的算术平均值。酸性氨基酸：酸性氨基酸
15、：pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK R-COOR-COO-)/2)/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=(pKpI=(pK2 2+pK+pKR-NH2 R-NH2)/2)/2 甘氨酸的滴定曲线规律 pHRR-；pHpK2时，R-RR+；pH=pI时，静电荷为零，R+=R-；pHpI时，静电荷为“-”。1.1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两边的性离子两边的pKpK值和的一半。值和的一半。2.2.在氨基酸等电点以上任何在氨基酸等电点以上任何pHpH，AAAA带带净的负电荷，在电场中向阳极移动；净的负电荷，在电场中向阳极移动；在氨基酸等电点以下任何在氨基
16、酸等电点以下任何pHpH，AAAA带净带净的正电荷，在电场中向阴极移动。的正电荷，在电场中向阴极移动。3.3.在一定在一定pHpH范围中，溶液的范围中，溶液的pHpH离离AAAA等等电点愈远，电点愈远，AAAA带净电荷愈多。带净电荷愈多。2.1.2.2 氨基酸的光学性质 构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸种氨基酸在可见光区都没有光吸收，在可见光区都没有光吸收，但在但在远紫外区远紫外区(220nm)(220nm)均均有光吸收。有光吸收。在在近紫外区近紫外区(220-300nm)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm275nm，苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm，色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm，2.1.2.3 氨基酸的重要化学性质1 1、茚三酮反应、茚三酮反应 2、Sanger反应 此反应用于测定N末端氨基酸。氨基酸的氨基与FDNB反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸。3、Edman 反应
