02 第一章 蛋白质化学.ppt

第1页：蛋白质化学 封面

蛋白质化学是本课件的开篇章，以下按页展开本章的主要内容。

第2页：第一章 蛋白质化学

第一章蛋白质化学蛋白质(protein)是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键(蛋白质化学中专称为肽键)缩合而成的,具有较稳定的构象并具有一定生物功能的生物大分子Protein

第3页：蛋白质存在于所有的生物细胞中

存在于所有的生物细胞中,

构成生物体最基本的结构物质和功能物质

蛋白质

生命活动的物质基础,它参与了几乎所有的生命活动过程

第4页：第一节 蛋白质的生物学意义

蛋白质的生物学意义 催化最重要的功能是作为生物体新陈代谢的催化剂——酶萤火虫的荧光素酶消耗ATP催化底物发光

第5页：转运血红蛋白

• 转运血红蛋白、血清清蛋白——通过血流转运物质; 葡萄糖转运蛋白、氨基酸转运蛋白——膜转运蛋白红细胞含有大量携氧的血红蛋白
• 3.运动染色体的运动、鞭毛运动、肌肉的收缩

第6页：防御和进攻主动参与细胞防御

• 防御和进攻主动参与细胞防御、保护和开发方面的作用(也称保护蛋白),如免疫球蛋白(抗体),血液凝固蛋白,凝血酶,血纤蛋白原,抗冻蛋白,动物或植物毒蛋白,干扰素
• 6.贮存为生物体提供充足的N素,以及C、H、O、S,还有Fe。如卵清蛋白,酪蛋白,种子贮存蛋白,铁蛋白
• 4.调节调节其他蛋白质执行其生理功能, 如胰岛素; 参与基因表达的调控, 如转录调控因子

第7页：结构成分构建和维持生物体的结构

有的脊椎动物中都有合成,

毛发、鳞片、角、趾甲和羽毛的主要成分

第8页：支架作用支架蛋白或接头蛋白

• 支架作用支架蛋白或接头蛋白( adapter protein ),在应答激素和生长因子的复杂途径中起作用。常含有多个不同的组件, 将多种不同蛋白质装配成一个多蛋白复合体
• 9.异常功能如应乐果甜蛋白(蔗糖甜度的200倍)、节肢弹性蛋白(昆虫翅铰合部)、胶质蛋白(海洋贝类分泌)

第9页：蛋白质工程在重组DNA技术基础上发展

甚至

新的性质和功能

第10页：蛋白质工程与基因工程的关系基因工程

质工程所采用的生物技术也

基因重组技术

第11页：蛋白质的元素组成

蛋白质的元素组成：下表列出主要元素在蛋白质中的含量范围。

说明：部分蛋白质还含微量的 P、Fe、Zn、Cu、Mo、I 等元素；氮含量在各种蛋白质中比较接近，平均为 16%，1 g 氮相当于 6.25 g 蛋白质（蛋白质系数）。

第12页：蛋白质平均含N量为16%

蛋白质平均含N量为16%,这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的理论依据:蛋白质含量=蛋白质含N量×6.25

第13页：第三节 蛋白质的氨基酸组成

蛋白质的氨基酸组成 蛋白质的水解完全水解得到各种氨基酸的混合物,部分水解通常得到多肽片段。

第14页：酸水解方法

1.酸水解方法:常用6 mol/L HCl或4 mol/L H2SO4,回流煮沸约20 h。

优点:不引起消旋作用,得到的是L-氨基酸。

缺点:色氨酸被沸酸完全破坏;含有羟基的氨基酸(丝氨酸、苏氨酸)有一小部分被分解;天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解成羧基。

第15页：碱水解方法

坏,产生消旋现象,得到的

D-和L-氨基酸的混合物

第16页：酶水解方法

3.酶水解方法:用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶(或称蛋白酶, proteinase)已有十多种,常用的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶(或称糜蛋白酶)及胃蛋白酶等。

优点:不产生消旋作用,也不破坏氨基酸。

缺点:使用一种酶往往水解不彻底,需几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解。该法主要用于部分水解。

第17页：二、氨基酸的结构通式除脯氨酸外

二、氨基酸(amino acid)的结构通式除脯氨酸(亚氨基酸)外,其他19种均具有如下结构通式:不变部分侧链,可变部分——蛋白质是由20种基本氨基酸组成的

第18页：除脯氨酸外,均为α-氨基酸除甘氨酸外

除脯氨酸外,均为α-氨基酸除甘氨酸外,均为手性氨基酸

第19页：氨基酸的旋光性

氨基酸的旋光性

• 除甘氨酸外,氨基酸均含有一个手性-碳原子,都具有旋光性。
• 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。

第20页：氨基酸的构型-都有D-型和L-型2

2. 氨基酸的构型-都有D-型和L-型2 种立体异构体L-丙氨酸D-丙氨酸L-(-)甘油醛D-(+)甘油醛

第21页：L-丙氨酸D-丙氨酸

L-丙氨酸D-丙氨酸

（本页以图示为主，源文件提取到的文字较少，建议对照原图说明）

第22页：L-丙氨酸D-丙氨酸蛋白质中发现的氨

酸蛋白质中发现的氨基酸都

L-型的(故习惯上书写氨基酸都不注明构型和旋光方向)

第23页：三、氨基酸的分类

三、氨基酸的分类

（本页以图示为主，源文件提取到的文字较少，建议对照原图说明）

第24页：按R基的化学结构分类可分为三类

按R基的化学结构分类可分为三类:脂肪族、芳香族和杂环族

• 1.脂肪族氨基酸
• 含一氨基一羧基的中性氨基酸甘氨酸Gly,G丙氨酸Ala,A缬氨酸Val,V亮氨酸Lue,L异亮氨酸Ile,I

第25页：丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸

• 丝氨酸(Ser, S)苏氨酸(Thr, T)半胱氨酸(Cys, C)甲硫氨酸(Met, M)
• 含羟基或硫氨基酸(一氨基一羧基)

第26页：酸性氨基酸(一氨基二羧基)及

酸性氨基酸(一氨基二羧基)及其酰胺天冬氨酸(Asp, D)谷氨酸(Glu, E)天冬酰胺(Asn, N)谷氨酰胺(Gln, Q)

第27页：碱性氨基酸

碱性氨基酸(二氨基一羧基)赖氨酸(Lys, K)精氨酸(Arg, R)组氨酸(His, H)杂环

第28页：芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸

2、芳香族氨基酸苯丙氨酸(Phe,F)酪氨酸(Tyr,Y)色氨酸(Trp,W)

第29页：杂环氨基酸组氨酸脯氨酸

3、杂环氨基酸组氨酸(His, H)脯氨酸(Pro, P)

第30页：说明:关于杂环氨基酸和杂环亚氨基酸色

说明:关于杂环氨基酸和杂环亚氨基酸色氨酸(Trg,W)组氨酸(His, H)脯氨酸(Pro, P)芳香族氨基酸杂环亚氨基酸杂环氨基酸

第31页：按R基的极性性质分类20种基本氨基酸可分

按R基的极性性质分类20种基本氨基酸可分成以下4组:

• 1.非极性氨基酸(8种)Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp
• 2.极性不带电荷的氨基酸(7种)Ser、Thr、Tyr含羟基;Asn、Gln 含酰胺基;Cys含巯基(-SH);Gly(因α-C上的H受易解离的α-氨基和α-羧基的影响,体现不出极性,故有的书中将其列为非极性类)

第32页：极性带正电荷的氨基酸3种碱性氨基酸

• 极性带正电荷的氨基酸3种碱性氨基酸:Lys、Arg、His 在pH7 时带正电荷♦在pH6.0 时,His 的R 基50% 以上质子化,但pH7.0 时,质子化的分子不到10%。His 是唯一的R 基的pKa值在7附近的氨基酸
• 4.极性带负电荷的氨基酸2种酸性氨基酸:Asp、Glu

第33页：

第34页：

第35页：

第36页：3个有个性的氨基酸

3个有个性的氨基酸

• 1)脯氨酸(Pro)因为是一个环状的亚氨基酸, 它的氨基和其它氨基酸的羧基形成的肽键有明显的特点, 较易变成顺式肽键.
• 2)甘氨酸(Gly)是唯一的在α-碳原子上只有2个氢原子, 没有侧链的氨基酸. 为此它既不能和其它残基的侧链相互作用,也不产生任何位阻现象, 进而在蛋白质的立体结构形成中有其特定的作用.

第37页：3)半胱氨酸 它的个性不仅表现在其侧

半胱氨酸(Cys) 它的个性不仅表现在其侧链有一定的大小和具有高度的化学反应活性,还在于两个Cys 能形成稳定的带有二硫(桥)键的胱氨酸。

二硫键不仅可以在肽链内,也可以在肽链间存在。

更有甚者,同样的一对二硫键能具有不同的空间取向。

第38页：二十种常见蛋白质氨基酸的分类

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芳香族AA(Phe、Tyr、Trp)杂环AA(His、Pro、Trp)据R基团极性分类极性R基团AA非极性R基团AA(8种)不带电荷(7种)带电荷带正电荷(3种)带负电荷(2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)人体必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThr

第39页：不常见的蛋白质氨基酸存在于少数蛋白质中特

数蛋白质中特殊的氨基酸,

在蛋白质生物合成后由相应的基本氨基酸衍生而来

第40页：N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中。

N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中。

γ-羧基谷氨酸存在于凝血酶原中;

羟脯氨酸存在于胶原蛋白中;

第41页：非蛋白质氨基酸大多是蛋白质中存在的L型α

(四)非蛋白质氨基酸大多

蛋白质中存在的L型α-氨基酸的衍生物

但有一些

β、γ或δ-氨基酸,且有些是D-型氨基酸

第42页：β -丙氨酸是遍多酸的前体成分γ –

β -丙氨酸是遍多酸(泛酸,一种维生素)的前体成分γ –氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质

第43页：L-鸟氨酸、L-瓜氨酸是尿素循环的中

L-鸟氨酸、L-瓜氨酸是尿素循环的中间体鸟氨酸胍氨酸

第44页：第四节 氨基酸的重要理化性质和功能

氨基酸的重要理化性质和功能 氨基酸的性质(一)一般物理性质α-氨基酸为无色晶体,熔点极高(一般在200℃以上)。

有的无味、有的味甜、有的味苦、谷氨酸的单钠盐有鲜味(味精的主要成分)。

第45页：

第46页：氨基酸在水中的溶解度差别很大

氨基酸在水中的溶解度差别很大, 除胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸外, 一般都能溶于水, 并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)。

脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中, 且二者极易溶于水而潮解。

第47页：氨基酸的手性20种标准氨基酸中

(二)氨基酸的手性20种标准氨基酸中,除Gly以外的19种氨基酸都有手性。

(三)氨基酸的光吸收性质20种标准氨基酸在可见光区都无光吸收,但在红外区和远紫外区( <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,因为它们含有苯环共轭π键系统。

第48页：芳香族氨基酸的紫外吸收

芳香族氨基酸的紫外吸收：下表列出三种芳香族氨基酸的最大吸收波长与摩尔消光系数。

说明：蛋白质因含 Tyr、Phe、Trp 也具有紫外吸收能力，一般最大吸收在 280 nm 波长处。

第49页：分光光度计定量分析依据Lambert

分光光度计定量分析依据Lambert-Beer定律:A=Log 1/T=Log Io/I =εC L入射光强度Io透射光强度I样品池(溶液浓度mol / L)检测器单色器光源

第50页：两性解离和等电点两性离子

两性解离和等电点两性离子

在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的-COO-负离子

第51页：pH = pI净电荷=0pH

• pH = pI净电荷=0pH<pI净电荷为正pH > pI净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++ H++OH-+ H++OH-(pK´
• 1)(pK´
• 2)在一定pH条件下,氨基酸分子中所带的正电荷数和负电荷数相等,即净电荷为零,在电场中既不向阳极也不向阴极移动,此时溶液的pH值称为该种氨基酸的等电点(isoelectricpoint,pI)。——氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的pH值.(
• 1)等电点的概念

第52页：A. 等电点时,氨基酸的溶解度最小

• A. 等电点时,氨基酸的溶解度最小,易沉淀。利用该性质可分离制备某些氨基酸。例如谷氨酸的生产,即将微生物发酵液的pH值调至3.22(谷氨酸的等电点)而使谷氨酸沉淀析出。B. 利用各种氨基酸的等电点不同,可通过电泳法、离子交换法等在实验室或工业生产上进行混合氨基酸的分离或制备。氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数来确定。(
• 2)等电点理论的应用

第53页：氨基酸等电点的计算可见,氨基酸的

( 氨基酸等电点的计算可见,氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子两侧的基团pK′值之和的二分之一。

pI =2pK´1 + pK´2一氨基一羧基AA的等电点计算:pI =2pK´2 + pK´3二氨基一羧基AA的等电点计算:pI =2pK´1 + pK´2一氨基二羧基AA的等电点计算:

第54页：

第55页：一氨基一羧基AA的等电点计算

一氨基一羧基AA的等电点计算,以丙氨酸为例:

第56页：

第57页：

第58页：一氨基二羧基氨基酸等电点的计算

一氨基二羧基氨基酸等电点的计算, 以Asp为例:

第59页：二氨基一羧氨基酸的等电点的计算

二氨基一羧氨基酸的等电点的计算,以Lys为例:

第60页：氨基酸侧链的疏水度

氨基酸侧链的疏水度：下表列出 20 种氨基酸侧链的疏水度数值。

氨基酸侧链的疏水度

氨基酸	侧链疏水度	氨基酸	侧链疏水度
Ile	4.5	Ser	-0.8
Val	4.2	Trp	-0.9
Leu	3.8	Tyr	-1.3
Phe	2.8	His	-3.2
Cys	2.5	Glu	-3.5
Met	1.9	Gln	-3.5
Ala	1.8	Asp	-3.5
Pro	1.6	Asn	-3.5
Gly	-0.4	Lys	-3.9
Thr	-0.7	Arg	-4.5

说明：侧链疏水度直接影响蛋白质折叠，是水溶液中驱动蛋白质分子折叠的动力之一。

第61页：氨基酸是离子化合物,但在溶液状态时

• 氨基酸是离子化合物,但在溶液状态时,存在下列平衡:化学反应中可用左边的结构式表示氨基酸。氨基酸分子的α-氨基、α-羧基均能参加反应,有的侧链R基团也能参加反应。
• 3.氨基酸氨基和羧基参与的化学反应

第62页：①与亚硝酸的反应在标准条件下测定生成

• ①与亚硝酸的反应在标准条件下测定生成的N2体积,即可计算出氨基酸的量。用途:是范斯莱克(Van Slyke)法测定氨基氮的基础, 可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定室温(
• 1)α-氨基参加的反应

第63页：②与甲醛的反应用NaOH滴定★氨基酸

②与甲醛的反应用NaOH滴定★氨基酸甲醛滴定法(概念) 判断蛋白质水解或合成的进度

第64页：③与2,4-二硝基氟苯的反应

③与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应——烃基化反应2,4-二硝基苯氨基酸,黄色(DNP-氨基酸,可用乙酸乙酯或乙醚抽提)

第65页：多肽或蛋白质N端氨基酸的α-氨基也能

多肽或蛋白质N端氨基酸的α-氨基也能与DNFB反应,生成DNP-多肽或DNP-蛋白质。

后者用酸水解时,所有肽键被打开,可得到黄色的DNP-氨基酸。

该反应由F. Sanger(英)首先发现,并用于鉴定多肽或蛋白质的N-端氨基酸,阐明了胰岛素的一级结构。(故DNFB亦称作Sanger试剂)——蛋白质N端氨基酸测定的方法之一

第66页：5-二甲氨基萘磺酰氯代替DNFB试剂

5-二甲氨基萘磺酰氯( 简称丹磺酰氯或DNS-Cl)代替DNFB试剂5-二甲氨基萘磺酰氨基酸有强烈的荧光,可用荧光光度计快速检出,灵敏度高。

酰化试剂

第67页：苯氨基硫甲酰氨基酸苯硫乙内酰脲氨基酸

苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸,无色)苯硫乙内酰脲氨基酸(PTH-氨基酸,无色,可用乙酸乙酯抽提)④与异硫氰酸苯酯( PITC) 的反应-烃基化反应

第68页：Edman首先使用该反应鉴定多肽或蛋

个氨基酸残基的多肽链——

Edman降解反应

第69页：α-羧基参加的反应①成盐和成酯反应

( α-羧基参加的反应①成盐和成酯反应该反应使氨基酸的氨基被活化氨基酸与碱作用即生成盐。

氨基酸的羧基被醇酯化,形成相应的酯。

第70页：②脱羧基反应③蛋白质合成的氨基酸活化

②脱羧基反应③蛋白质合成的氨基酸活化反应

第71页：α-氨基和α-羧基参加的反应①与茚

( α-氨基和α-羧基参加的反应①与茚三酮的反应茚三酮水合茚三酮

第72页：+3H20水合茚三酮NH3CO2

+3H20水合茚三酮(无色)NH3CO2RCHO+还原型茚三酮(弱酸)加热水合茚三酮+ NH3 +还原型茚三酮蓝紫色化合物λmax= 570nm

第73页：脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色

脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质,其余所有的α-氨基酸与茚三酮反应均产生蓝紫色物质。

加热黄色,λmax= 440nm

第74页：②成肽反应

②成肽反应——缩合反应——这是多肽和蛋白质生物合成的基本反应

第75页：侧链R基参加的主要反应①Cys巯基

( 侧链R基参加的主要反应①Cys巯基(-SH)参加的反应——性质很活泼A.很容易被氧化形成二硫键(-S-S-)作用:氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或断裂。

第76页：B.与过甲酸、碘代乙酸的反应

B.与过甲酸、碘代乙酸的反应

第77页：②Pauly反应

②Pauly反应——可用于检测TyrTyr的酚基可以与重氮化合物,如重氮苯磺酸,结合生成橘黄色化合物——Pauly反应橘黄色

第78页：③His的咪唑基与重氮盐的反应棕红色

③His的咪唑基与重氮盐(重氮苯磺酸)的反应棕红色附:咪唑基的性质组氨酸含有咪唑基,其pK2值为6.0,在生理条件下具有缓冲作用。

组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。

可以与ATP发生磷酰化反应,形成磷酸组氨酸,从而使酶活化。组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物,并引起酶活性的降低或丧失。

第79页：④羟基参加的反应作用

Ser

大多数蛋白水解酶活性中心的主要组分,多种酰基化试剂能与酶活性中心的Ser羟基作用,导致酶的失活

第80页：⑤甲硫基参加的反应

——Met侧链上的甲硫基

一个强的亲核中心,易与卤代烷等发生亲核取代反应形成烷基化产物

第81页：R基团对蛋白质功能的贡献

R基团对蛋白质功能的贡献(

• 1)含羟基的侧链——Ser、Thr、Tyr(
• 2)含巯基的侧链——Cys(
• 3)含咪唑基的侧链——His(
• 4)Lys的ε-氨基

第82页：二、氨基酸的功能

氨基酸的功能

• 1.作为寡肽、多肽和蛋白质的组成单位;
• 2.作为多种生物活性物质的前体;
• 3.作为神经递质;
• 4.氧化分解产生ATP;
• 5.作为糖异生的前体。

第83页：第五节 氨基酸的分离与纯化技术

氨基酸的分离与纯化技术 电泳举例:Glu、Leu 、His 、Lys 4种氨基酸的混合样品,在pH6.0时,泳动方向及相对速度。

Glu Leu His LyspI 3.22 5.98 7.59 9.74

第84页：二、层析层析即色层分析又称色谱固定相流动

二、层析层析即色层分析又称色谱(chromatograph)固定相(stationary phase)流动相(mobile phase)1891年Nerst提出分配定律,即:当一种溶质在两种互不相溶的溶剂中分配时,在一定温度下达到平衡后,溶质在两相中的浓度比为一常数称为分配系数(Kd)。

第85页：物质分配不仅在互不相溶的两液相间分配

分配层析系统中的静相可以

固相、液相或固-液相混合相(半液体);流动相可以是液相或气相,它充满于固定相的空隙中,并能流过固定相

第86页：根据层析的分离原理分类

根据层析的分离原理分类:吸附层析法分配层析法离子交换层析法凝胶层析法(排阻层析法)亲和层析法疏水层析法

第87页：根据层析的操作方式分类

根据层析的操作方式分类:柱层析法薄层层析法纸层析法薄膜层析法高效液相层析法(HPLC)

第88页：柱层析

1、柱层析——分配层析可以同检测器、记录仪、馏分收集器、输液泵构成层析系统。

第89页：薄层层析

2、薄层层析——吸附层析分辨率高、所需样品量微、层析速度快薄层层析介质——纤维素粉、硅胶和氧化铝粉盖子层析缸层析板溶剂

第90页：纸层析

3、纸层析——分配层析Rf主要与R基的极性有关,溶剂的pH可影响R基的极性,氨基酸与滤纸的吸附作用也影响Rf。

纸层析中的Rf值Rf=XY溶剂前沿氨基酸显色点滤纸原点

第91页：

第92页：离子交换层析

4、离子交换层析——一种用离子交换树脂作支持剂的层析方法

第93页：氨基酸的离子交换分离原理若pI>pH

氨基酸的离子交换分离原理若pI>pH ,两性离子带净正电荷,若pI< pH ,两性离子带净负电荷。

差值越大,所带的净电荷越多。

第94页：

第95页：用氨基酸自动分析仪分析氨基酸混合物的

用氨基酸自动分析仪分析氨基酸混合物的洗脱曲线(阳离子交换剂)。

洗脱的先后顺序取决于氨基酸的所带电荷与离子交换树脂的静电吸引和疏水相互作用两者的综合作用的结果。