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1、第第2 2章章 蛋白质蛋白质掌握蛋白质的基本构成单体氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离与等电点含义。掌握蛋白质一级结构的概念。重点掌握蛋白质二级结构的概念，二级结构的基本类型：-螺旋及-折叠的结构特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特性；了解超二级结构及结构域的概念。了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。理解蛋白质结构与功能的关系。掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些性质的生理意义及实践意义。2.1 氨基酸 2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类蛋白质氨基酸的一般结构及其分类 除甘氨
2、酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。-氨基酸氨基酸2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类蛋白质氨基酸的一般结构及其分类 氨基酸分类的方法有多种，目前常以氨基酸的氨基酸分类的方法有多种，目前常以氨基酸的R R基团的基团的结构和性质作为氨基酸分类的基础。结构和性质作为氨基酸分类的基础。根据根据R R基团的结构可将基团的结构可将2020种氨基酸分为七类：种氨基酸分为七类：R R为脂为脂肪族基团的氨基酸；肪族基团的氨基酸；R R为芳香族基团的氨基酸；为芳香族基团的氨基酸；R R为含硫基团的氨基酸；为含硫基团的氨基酸；R R为含羟基基团的氨基酸；为含羟基基团的氨基酸；R R为碱性基团的氨基酸；为碱性
3、基团的氨基酸；R R为酸性基团的氨基酸；为酸性基团的氨基酸；R R为含酰胺基团的氨基酸为含酰胺基团的氨基酸。2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类蛋白质氨基酸的一般结构及其分类 根据根据R R基团的极性可将氨基酸分为四类：非极性基团的极性可将氨基酸分为四类：非极性R R基基团氨基酸；极性不带电荷团氨基酸；极性不带电荷R R基团氨基酸；基团氨基酸；R R基团带基团带负电荷的氨基酸；负电荷的氨基酸；R R基团带正电荷的氨基酸。这种分基团带正电荷的氨基酸。这种分类方法更有利于说明不同氨基酸在蛋白质结构和功能类方法更有利于说明不同氨基酸在蛋白质结构和功能上的作用。上的作用。氨基酸的名称常使用三字母的
4、简写符号表示，有时也氨基酸的名称常使用三字母的简写符号表示，有时也使用单个字母简写符号表示。使用单个字母简写符号表示。氨基酸的结构氨基酸的结构 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氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Al
5、anine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3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H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3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 亚氨基酸亚氨基酸HNCO
6、HO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 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3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 含硫氨基酸含硫氨基酸H2
7、NCH CCH2OHOSH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 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO氨基酸的结构氨基酸的结构
8、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氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 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谷酰胺谷酰胺 Gluta
9、mine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O1、氨基酸的光吸收及旋光性、氨基酸的光吸收及旋光性 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具碳原子，因此都具有旋光性有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。别各种氨基酸的重要依据。偏振光透过偏振光透过1dm1dm旋光管及旋光管及1g/mL1g/mL旋光物质的溶液，在一定温旋光物质的溶液，在一定温度下测得的旋光度，称为比旋光度。度下测得的旋光度，称为比旋光度。a=100a/lca=100a/lc，aa为比旋度
10、、为比旋度、a a为旋度值、为旋度值、l l为旋光管长为旋光管长（单位为（单位为dmdm）、）、c c为每为每100ml100ml溶液中的样品重量（单位为溶液中的样品重量（单位为g g）2.1.2 2.1.2 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收 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(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm275nm，275275=1.4x10=1.4x103 3;苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm，25725
11、7=2.0 x10=2.0 x102 2;色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm，280280=5.6x10=5.6x103 3;A=-lgT=A=-lgT=clcl2 2、氨基酸的离解性质及等电点、氨基酸的离解性质及等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化氨基是以质子化(-NH(-NH3 3+)形式存在，羧基是以离解状态形式存在，羧基是以离解状态(-(-COOCOO-)存在。存在。在不同的在不同的pHpH
12、条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。pH 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 在一定的pH条件下，氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相同，即净电荷为零，此时溶液的pH称为该种氨基酸的等电点（isoelectric point），用符号pI表示。当溶液的pH等于等电点即pH=pI时，溶液中的氨基酸净电荷为零，在电场中既不向正极移动，也不向负极移动，主要以两性离子存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子，还有极少量的中性分子；并且，由于静电作用，此时氨基酸的溶解度最小。当溶液的pH小于等电点
13、即pHpI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动。氨基酸的等电点氨基酸的等电点氨基酸的等电点氨基酸的等电点 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的p pK K1 1和和p pK K2 2的算术平均值：的算术平均值：p pI I=(p=(pK K1 1+p+pK K2 2)/2)/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其p pI I值值也决定于两性离子两边的也决定于两性离子两边的p pK K值的算术平均值。值的算术平均值。酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pI I=(p=(pK K1 1+p+pK KR-CO
14、OR-COO-)/2)/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：p pI I=(p=(pK K2 2+p+pK KR-NH2 R-NH2)/2)/2 计算氨基酸的计算氨基酸的p pI I 和氨基酸溶液的和氨基酸溶液的pHpH3.3.氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸的化学反应主要是指氨基酸分子中的-氨基和-羧基以及R基团所参与的反应。下面着重介绍几种在蛋白质化学及结构测定中具有重要意义的化学反应。1）茚三酮反应（Ninhydrin reaction）茚三酮茚三酮 2）桑格反应（Sanger reaction）Sanger反应由弗雷德里克桑格（Frederick Sanger）首先发现，是氨基酸与2,
15、4-二硝基氟苯的反应。在弱碱性（pH 89）、暗处、室温或40条件下，氨基酸的-氨基很容易与2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene，FDNB）反应，生成黄色的2,4-二硝基氨基酸（dinitrophenyl amino acid，DNP-氨基酸）。4.氨基酸的溶解性质 氨基酸多为无色晶型固体。在有机化合物中，氨基酸属于熔点高的化合物，其熔点约为200300。氨基酸不溶于石油醚、苯等非极性溶剂，有一定的水溶性。不同的氨基酸在水中的溶解度相差较大，常见氨基酸溶解度见表2-7。2.1.3 氨基酸混合物的分离和分析氨基酸混合物的分离和分析为了测定蛋白质中氨基酸的含量、组成
16、或从蛋白质水解液中制取氨基酸，都需要对氨基酸混合物进行分析和分离工作。其方法较多，而目前使用较多的是层析法。氨基酸的分离分析氨基酸的分离分析 层析法：层析法：也称色谱法（chromatography），是一种物理的分离方法。它是利用混合物中各组分的物理化学性质的差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中一个相为固定的（称为固定相），另一个相则流过此固定相（称为流动相）并使各组分以不同速度移动，从而达到分离。按层析原理分类 名称分离原理吸附层析法组份在吸附剂表面吸附固定相（吸附剂），各能力不同分配层析法各组份在流动相和静止液相（固相）中的分配系数不同离子交换层析法固定相是离子交换剂，各组份与离子交换剂亲和力不同凝胶层析法固定相是多孔凝胶，各组份的分子大小不同，因而在凝胶上受阻滞的程度不同亲和层析法固定相只能与一种待分离组份专一结合，以此和无亲和力的其它组份分离 1、肽的基本问题、肽的基本问题一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。2.2 肽肽
