基礎(chǔ)生物化學(xué)

第二章蛋白質(zhì)化學(xué)ProteinChemistry蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)的元素組成氨基酸肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分類第一節(jié)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能英文protein（蛋白質(zhì)）來(lái)自希臘語(yǔ)proteios，意思是“第一重要的”。可以看出，一開(kāi)始給蛋白質(zhì)定義時(shí)，就是指生命中第一重要的物質(zhì)。沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。存在于所有的生物細(xì)胞中，是生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程；種類繁多：不同物種、同一物種的不同個(gè)體、同一個(gè)體的不同器官或組織所含的蛋白質(zhì)種類都不同。因此，生物界的多樣性是由蛋白質(zhì)的多樣性來(lái)體現(xiàn)的。孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆實(shí)驗(yàn)證明了生物的性狀由

遺傳因子控制摩爾根通果蠅實(shí)驗(yàn)證明了基因位于染色體后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：染色體主要成分是蛋白質(zhì)和DNA

DNA?蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)之爭(zhēng)DNA是主要的遺傳物質(zhì)——T2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)蛋白質(zhì)外殼用35S標(biāo)記后侵染細(xì)菌——證實(shí)蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)DNA用32P標(biāo)記后侵染細(xì)菌——證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)必不可少的重要成分

蛋白質(zhì)是生物功能的主要體現(xiàn)者細(xì)菌50%

～

80%真菌14%

～

52%人體45%蛋白質(zhì)占生物干重

蛋白質(zhì)在不同生物中的種類大腸桿菌3000多種人體約10萬(wàn)種生物界估計(jì)有1010

～

1012種1.催化功能--酶2.調(diào)控功能--激素、基因調(diào)控因子3.貯存功能--乳、蛋、谷蛋白4.轉(zhuǎn)運(yùn)功能--膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、血紅/血清蛋白5.運(yùn)動(dòng)功能--鞭毛、肌肉蛋白6.結(jié)構(gòu)成分--皮、毛、骨、牙、細(xì)胞骨架7.支架作用--接頭蛋白8.防御功能--免疫球蛋白9.毒素蛋白--蛇毒等第二節(jié)蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是一類含氮有機(jī)化合物元素組成大量元素輔助微量元素碳（C）50%

～

55%氫（H）6%

～

8%氧（O）19%～

24%氮（N）13%～19%平均16%硫（S）0%～

4%磷(P)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、碘(I)蛋白質(zhì)含量的測(cè)定——?jiǎng)P氏定氮法依據(jù)：蛋白氮占生物組織所有含氮物質(zhì)的絕大部分大多數(shù)蛋白質(zhì)含氮量接近于16%蛋白質(zhì)含量=樣品中氮的含量×6.25凱氏定氮法：該法是測(cè)定化合物或混合物中總氮量的一種方法。即在有催化劑的條件下，用濃硫酸消化樣品將有機(jī)氮都轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)銨鹽，然后在堿性條件下將銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，隨水蒸氣蒸餾出來(lái)并為過(guò)量的硼酸液吸收，再以標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定，就可計(jì)算出樣品中的氮量。由于蛋白質(zhì)含氮量比較恒定，可由其氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量，故此法是經(jīng)典的蛋白質(zhì)定量方法。蛋白質(zhì)含量的騙局——三聚氰胺事件三聚氰胺尿素含氮量46.6%溶解在水中會(huì)發(fā)出刺鼻的氨味，容易被覺(jué)察用一種簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法（格里斯試劑法）就可以查出牛奶中是否加了尿素含氮量高達(dá)66.6%白色無(wú)味沒(méi)有簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法第三節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸P6αα-氨基酸(aminoacid)的結(jié)構(gòu)通式什么是α-氨基酸?與羧基相鄰的α-碳原子上連有一個(gè)氨基，稱為α-氨基酸----C-C-C(NH2)-COOHα-氨基酸

γβα----C-C(NH2)-C-COOHβ-氨基酸

γβα----C(NH2)-C-C-COOHγ-氨基酸γβα----C-C-C-COOH

γβα構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種常見(jiàn)氨基酸都是α-氨基酸20種常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸中文名英文名三字母縮寫(xiě)單字母縮寫(xiě)中文名英文名三字母縮寫(xiě)單字母縮寫(xiě)丙氨酸AlanineAlaA甲硫氨酸MethionineMetM半胱氨酸CysteineCysC天冬酰胺AsparagineAsnN天冬氨酸AsparticacidAspD脯氨酸ProlineProP谷氨酸GlutamicacidGluE谷氨酰胺GlutamineGlnQ苯丙氨酸PhenylalaninePheF精氨酸ArginineArgR甘氨酸GlycineGlyG絲氨酸SerineSerS組氨酸HistidineHisH蘇氨酸ThreonineThrT異亮氨酸IsoleucineIleI纈氨酸ValineValV賴氨酸LysineLysK色氨酸TryptophanTrpW亮氨酸LeucineLeuL酪氨酸TyrosineTyrYP8氨基酸的分類（1）蛋白質(zhì)氨基酸：能夠參入蛋白質(zhì)分子內(nèi)，成為蛋白質(zhì)分子的組成原件20種常見(jiàn)+2種不常見(jiàn)（硒代半胱氨酸、吡咯賴氨酸）=22種非蛋白質(zhì)氨基酸：不能參入蛋白質(zhì)分子內(nèi)，具有特殊的生理功能，或作為代謝中間物和物質(zhì)合成的前體物質(zhì)150多種，主要是蛋白質(zhì)中α-氨基酸衍生物，少量是β-，γ-和δ-氨基酸舉例：4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸、甲酰甲硫氨酸、鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、β-丙氨酸等功能區(qū)分非極性脂肪族氨基酸（6種）R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)pH為7時(shí)氨基酸的帶點(diǎn)狀況不帶電荷的極性氨基酸（6種）芳香族氨基酸（3種）帶電荷的極性氨基酸（5種）極性氨基酸（11種）氨基酸的分類（2）P8甘氨酸(Gly,G)丙氨酸(Ala,A)脯氨酸(Pro,P)纈氨酸(Val,V)亮氨酸(Leu,L)異亮氨酸(Ile,I)6種非極性脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)式H+賴氨酸(Lys,L)精氨酸(Arg,R)組氨酸(His,H)谷氨酸(Glu,E)天冬氨酸(Asp,D)帶正電極性氨基酸（堿性氨基酸）帶負(fù)電極性氨基酸（酸性氨基酸）5種帶電荷的極性氨基酸的結(jié)構(gòu)式絲氨酸(Ser,S)蘇氨酸(Thr,T)天冬酰胺(Asn,N)谷氨酰胺(Gln,Q)甲硫氨酸(Met,M)半胱氨酸(Cys,C)6種不帶電荷的極性氨基酸的結(jié)構(gòu)式2種含硫氨基酸兩分子帶有巰基的半胱氨酸，反應(yīng)后產(chǎn)生帶有二硫鍵的胱氨酸苯丙氨酸(Phe,F)酪氨酸(Tyr,Y)色氨酸(Trp,W)3種芳香族氨基酸的結(jié)構(gòu)式R基團(tuán)對(duì)水分子的親和性親水氨基酸：（11種）疏水氨基酸（9種）一般來(lái)講，極性氨基酸大部分都是親水氨基酸，但甲硫氨酸是極性氨基酸而不是親水氨基酸氨基酸的分類（3）上述11種極性氨基酸-甲硫氨酸+酪氨酸甲硫氨酸(Met,M)苯丙氨酸(Phe,F)酪氨酸(Tyr,Y)色氨酸(Trp,W)氨基酸的分類（4）人體是否能合成人體必需氨基酸：（8種）人體非必需氨基酸：（12種）甲硫氨酸、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸輔助記憶：甲來(lái)攜一本亮色書(shū)

（甲賴?yán)i異苯亮色蘇）通過(guò)體內(nèi)的生化反應(yīng)可以合成人體不能合成，只能通過(guò)食物獲取氨基酸的重要理化性質(zhì)1、縮合反應(yīng)P9一個(gè)氨基酸的羧基和另外一個(gè)氨基酸的氨基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成酰胺鍵（肽鍵）。該反應(yīng)是蛋白質(zhì)或者多肽合成的分子基礎(chǔ)2、旋光性（手性）手性碳（不對(duì)稱碳原子）：將連有四個(gè)不同基團(tuán)的碳原子形象地稱為手性碳原子以甘油醛的結(jié)構(gòu)為比較標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)費(fèi)歇爾投影式中最下面一個(gè)不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型決定。若有機(jī)物的該手性碳原子與D-甘油醛相同，羥基位于右端，則標(biāo)記為D-型；若與L-甘油醛相同，羥基位于左端，則標(biāo)記為L(zhǎng)-型D-甘油醛L-甘油醛旋光性（手性）：含有不對(duì)稱碳原子的物質(zhì)具有旋光性，并有立體異構(gòu)體氨基酸的旋光性（手性）除甘氨酸外，其余氨基酸的α－碳原子都是不對(duì)稱碳原子，因此都具有手性蛋白質(zhì)中所含的氨基酸都是L－型氨基酸CHOH－C－OHCH2OHCHOHO－C－HCH2OHCOOHH－C－NH2RCOOHH2N－C－HRD－型L－型甘油醛氨基酸3、氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸是一類兩性電解質(zhì)，在水溶液中以兼性離子的形式存在在強(qiáng)酸性溶液中，帶正電H3N—CH—COO-H+R+在強(qiáng)堿性溶液中，帶負(fù)電H2N—CH—COO-RH+H+

H+OH-OH-

OH-H3N—CH—COOHR+H3N—CH—COO-R+H2N—CH—COO-R（pH=pI）（pH＜pI）（pH＞pI）氨基酸的等電點(diǎn)（Isoelectricpoint,pI）——當(dāng)氨基酸的凈電荷為零時(shí)的溶液pH值

（注意：凈電荷應(yīng)考慮R基團(tuán)的電荷情況）氨基酸在pH=pI的溶液中溶解度最低，容易發(fā)生沉淀在pH=pI時(shí)，氨基酸在電場(chǎng)中既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即處于兩性離子狀態(tài)氨基酸的等電點(diǎn)的計(jì)算HAH++A-K平衡=[H+]*[A-]/[HA]pK平衡=pH-lg{[A-]/[HA]}pH=pK平衡+lg{[A-]/[HA]}根據(jù)Handerson-Hasselbalch方程：當(dāng)氨基酸處于等電點(diǎn)時(shí)pH=pI，pH=pK1+lg{[R0]/[R+]}pH=pK2+lg{[R-]/[R0]}2pI=pK1+pK2側(cè)鏈不能解離的氨基酸等電點(diǎn)計(jì)算：pI=(pK1+pK2)/2氨基酸的等電點(diǎn)的計(jì)算R+

R0R--H+

-H+

k1k2側(cè)鏈不能解離的氨基酸等電點(diǎn)計(jì)算舉例：甘氨酸PI=(pK1+pK2)/2=5.97對(duì)于側(cè)鏈可解離的氨基酸，pI值取