第三章-蛋白質(zhì)(2周1-2節(jié))

第二章

蛋白質(zhì)Proteins本章主要內(nèi)容一．蛋白質(zhì)概述二．氨基酸

(重點)三．多肽（重點）四．蛋白質(zhì)的結構（重點）五．蛋白質(zhì)結構與功能（重點）六．蛋白質(zhì)的性質(zhì)（重點）七．蛋白質(zhì)的分離純化與鑒定（重點）一、Introduction

for

Proteins構成生物體最基本的結構物質(zhì)和功能物質(zhì)。一切生命過程，都離不開蛋白質(zhì)的參與。Protein來自希臘文“Proteios”---

“首要地位”---

1838年，荷蘭化學家G.

J.

Mulder1、蛋白質(zhì)研究史上的重大事件1890年，結晶出第一個蛋白質(zhì)，

egg

albumin

（Hofmeister）1902年，蛋白質(zhì)是多肽鏈（Hofmeister,

Fischer）1、蛋白質(zhì)研究史上的重大事件1952年，蛋白質(zhì)的α-helix模型（Pauling）1、蛋白質(zhì)研究史上的重大事件1953年，胰島素的一級結構（Sanger）1、蛋白質(zhì)研究史上的重大事件1960年前后，蛋白質(zhì)第一個三維結構，sperm

whale

（抹香鯨）myoglobin(Kendrew)1962

Nobel

Prize1、蛋白質(zhì)研究史上的重大事件1960年前后，hemoglobin(Perutz)1962

NobelPrize2、蛋白質(zhì)的主要功能

a.

構成生命體，特別是動物體的基本結構材料

（structural

proteins）

b.

催化活性

---

酶（enzyme）

c.

物質(zhì)的轉(zhuǎn)運（transport

proteins）

d.

協(xié)調(diào)運動，調(diào)節(jié)機體活動（motile

and

regulatory

proteins）

e.

營養(yǎng)物（nutrient

proteins）f.免疫保護（defense

proteins）g.

支架（adapter

proteins）h.

控制生長和分化（control

proteins）3、蛋白質(zhì)的化學組成(1)

元素組成

都含有C、H、O、N

其他主要是S、P、Fe、Cu、Zn、

Mg

和I等。元

素百

分

含

量

平

均（%）CH

50～556.9～7.752

7ONSP

21～2415.0～17.6

0.3～2.3

0.4～0.9

23

16

20.6？(2)

蛋白質(zhì)含量計算蛋白質(zhì)占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質(zhì)的含氮量。蛋白質(zhì)粗略含量的計算公式：3、蛋白質(zhì)的化學組成蛋白質(zhì)含量（克%）

=每克生物樣品中含氮的克數(shù)

×

6.25

×

100完全水解:

各種氨基酸的混合物?；景被?/p>

(standard

amino

acids)

：大多數(shù)的蛋白質(zhì)都是由20

種氨基酸組成,它們被稱作基本氨基酸。(3)

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結構單元3、蛋白質(zhì)的化學組成？二、Amino

Acids什么是氨基酸？什么又是α-氨基酸？組成肽和蛋白質(zhì)的結構單元分子---

α-

amino

Acid二、Amino

Acids1.

ConfigurationWhen

R

≠

H,

α-C

is

a

chiral

carbon,

there

aretwo

stereoisomers

(D

and

L-

α-

amino

acid)The

amino

acids

in

natural

proteins

are

the

L-α

-

amino

acids.Side

chainH3N+H3NCOO-H+H3NCOO-H+H3NCOO-H+H+H3NH

HGlycine

(Gly,

G)

甘氨酸

COO-

CH3Alanine

(Ala,

A)

丙氨酸

COO-

CH2

CH(CH3)2Leucine

(Leu,

L)

亮氨酸

CH(CH3)

CH2CH3Isoleucine

(Ile,

I)

異亮氨酸+H3N

CH(CH3)2Valine

(Val,

V)

纈氨酸

COO-H

CH2

CH2SCH3Methionine

(Met,

M)

甲硫氨酸（蛋氨酸）

2.

20

standard

amino

acids(1)

Nonpolar

side

chain

(9

members)H3NH2N

2.

20

standard

amino

acids(1)

Nonpolar

side

chain

(9)COO-

+Proline

(Pro,

P)

脯氨酸+H3NCOO-

HCH2+COO-

HCH2

N

HTryptophan

(Try,

W)

色氨酸？

Phenylalanine

(Phe,

F)

苯丙氨酸(2)

Uncharged

polar

side

chain

(6)？(3)

Charged

polar

side

chain

(5)+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H+H3N

CH2

COO-Aspartate

(Asp,

D)

門冬氨酸

COO-H+H3N

CH2

CH2

COO-Glutamate(Glu,

E)

谷氨酸

COO-H+H3NH

H2Cimidazole

NH

HN

Histidine

(His,

H)

組氨酸

CH2

4

NH3+Lysine

(Lys,

K)

賴氨酸

CH2

3

NH2guanidino

C

NH2+

NH2

Arginine

(Arg,

R)

精氨酸Acidic

amino

acidsBasic

amino

acids

COO-3.

Essential

amino

acidsThe

amino

acids

that

must

obtain

fromour

diets

because

we

either

cannotsynthesize

them

at

all

or

cannotsynthesize

them

in

adequate

amounts.10

essential

amino

acids:Val,

Leu,

Ile,

Thr,

Met,

Lys,

Arg,

Phe,

His,Trp二、Amino

Acids4.

Nonstandard

Amino

AcidsMore

than

200

different

amino

acids

arefound

in

living

organisms.(1)

amino

acid

derivatives

in

proteins

---

Unusual

amino

acids

in

proteins

---

In

almost

cases,

they

result

fromposttranslationalmodifications---

Modification:

hydroxylation,

methylation,

acetylation,

carboxylation,

phosphorylation二、Amino

AcidsSome

modified

amino

acids

in

proteins4.

Nonstandard

Amino

Acids(2)

D-amino

acid非蛋白氨基酸Components

of

relatively

short

(<20

residues)bacterial

polypeptides（細菌多肽）.Important

constituents

of

bacterial

cell

wallsCompoments

of

many

bacterially

produced

peptideantibiotics（抗生素）4.

Nonstandard

Amino

Acids(3)

Biologically

active

amino

acids非蛋白氨基酸Transport

nitrogen,

such

as

Orn

(鳥氨酸),Cit

(瓜氨酸)

in

the

biosynthesis

of

ureaβ-alanine

as

a

component

of

pantothenicacid

(泛酸)Chemical

messengers

（化學信使）A

glutamine（谷氨酸）

decarboxylation（脫羧）

product重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。Neurotransmitters

(神經(jīng)遞質(zhì))---

substances

released

by

nerve

cells

toalter

the

behavior

of

their

neighbors.Example

1A

tyrosine

(酪氨酸)

derivative重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。傳遞亢奮和歡愉信息，與情欲、開心、上癮等有關。Arvid

Carlsson，確定多巴胺的作用，獲2000年諾貝爾醫(yī)學獎。Example

2Tyrosine

derivativeAn

iodine-containing

thyroid（甲狀腺）hormone

that

generally

stimulates

vertebrate（脊椎動物）

metabolismExample

321st

and

22nd

amino

acids全程導師組學習活動課后思考題（交一頁紙陳述）這兩個氨基酸是如何發(fā)現(xiàn)的？屬于基本氨基酸嗎？請陳述理由。下次課(9月28)選3組派代表用PPT陳述3－5分鐘。(1)

optical

activity5.

Properties

of

Amino

Acids二、Amino

Acids除

Glycine（R

=

H）外，氨基酸均含有一個手性α-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度

([α])

：氨基酸重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。（見教材p46,

表3.3）UV

特征吸收：λmax

=

260－280

nm+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H+H3NCOO-

H

CH2Phenylalanine

(Phe,

F)

苯丙氨酸

CH2

N

HTryptophan

(Try,

W)

色氨酸

CH2

OHTyrosine

(Tyr,

Y)

酪氨酸

5.

Properties

of

Amino

Acids(2)

UV

absorption(2)

UV

absorptionTyr:

λmax＝275

nmε275=

1.4x103Phe:

λmax＝257

nmε257=

2.0x102Trp:

λmax＝280

nmε280=

5.6x103存在形式？

or

√氨基酸在結晶狀態(tài)或在接近中性的溶液中，是以兩性離子

(dipolar

ion

or

zwitterion)的形式存在。是一種內(nèi)鹽

(inner

salt)。Act

as

an

base

(proton

acceptor)

NH3+R

C

COO-H

NH2R

C

COO-H+H+-

NH3+R

C

COOH

NH3+R

C

COOHH+H+Amino

acids

are

ampholytes

(兩性電解質(zhì))(3)

Acid-Base

Properties

氨基酸既是酸又是堿

Act

as

an

acid

(proton

donor)(4)

Isoelectric

Point如果在某一

pH

值下，氨基酸所帶正電荷的數(shù)目與負電荷的數(shù)目正好相等，即凈電荷為零，則稱該

pH

值為該氨基酸的等電點

(pI)。a.

等電點時，幾乎全部以兩性離子

I

的形式存在,

并伴以極少量、嚴格相等的

II

和

III。b.

處于等電點的氨基酸，其溶解度最小。c.

PI

與解離常數(shù)

pK間的關系

Neutral

amino

acids:

pI

=

(pK1

+

pK2)/2Acidic

amino

acids

:

pI

=

(pK1

+

pKRCOOH)/2Basic

amino

acids

:

pI

=

(pK2

+

pKRNH2)/2(4)

Isoelectric

PointTitration

Curve

and

pICalculation

of

pI

(1)Calculation

of

pI

(2)Calculation

of

pI

(3)思考：為什么α-氨基酸中羧基的酸性比

醋酸的酸性強100倍以上？1.

誘導效應2.

場效應6.

Chemical

Reactions二、Amino

Acids自學（參看教材p49-58）(1)

α-氨基參與的反應(2)

α-羧基參與的反應(3)

α-氨基和羧基共同參與的反應要求了解1、各反應的原理及其用途2、生物體系中的有關反應過程6.

Chemical

Reactions二、Amino

Acids(4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)a.

Sulfhydryl（-SH,

教材p54

-

56）---

弱酸性（pKa

=

10.28）---

親核性---

絡合性---

還原性CHCOO-H3NCH2S--+

ICH2COO弱堿性CHCOO-H3NCH2SCH2COO-I-CHCH2H3NS-COO-CHCOO-CH2H3NS

HgCOO-COO-

+

Cl

HgCl-氧化-NH3OOC

CH

CH2CH2NH3CH

COO-二硫鍵CH2H3NSHCHCOO-CH2SHCH

COO-

+

H3NSS半胱氨酸半胱氨酸胱氨酸親核性絡合性還原性還原性（Cys分析測定）(4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)

b.

Imidazole

group（咪唑基，教材p56）

---

酸堿性（重要特性）

---

磷?；?--

烷基化？Acid-base

properties

of

imidazole

group222

+

3

-323

活化酶使酶失活磷?；榛?4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)c.Methylthioethergroup

(-SCH3,

教材p57)---

親核性應用：蛋白標記(4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)d.hydroxylgroup

(-OH,

教材p56)---

Ser

and

Thr---

form

hydrogen

bond

with

other

groups---

form

ester

with

acids,

such

asphosphate

in

casein

(酪蛋白)---

acylating

reagent

（?；瘎゛sinactivator

（失活劑）of

enzymeInactivation

of

Enzyme強堿性？(4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)

e.guanidinogroup

(胍基，教材p57)e.guanidinogroup

(胍基)應用：氨基酸順序分析(4)

側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)f.Aromaticgroup

(芳基，教材p57-58)Pauly顯色反應與重氮鹽發(fā)生顏色反應protein二、Amino

Acids

7.

Preparation

of

amino

acids

1.

蛋白質(zhì)水解法pure

amino

acids6

N

HClmixture

of

amino

acids

seperation2.

微生物發(fā)酵法3.

人工合成法b.

α-鹵代酸的氨化c.

Gabriel-丙二酸酯合成法d.

Strecker合成法二、Amino

Acids

8.

Chemical

Synthesis

(1)

經(jīng)典化學合成法及拆分

（自學，教材p58～61）

a.

還原氨化法

消旋產(chǎn)物化學或酶法拆分8.

Chemical

Synthesis二、Amino

Acids(2)

氨基酸的不對稱合成（了解原理，教材p61～62）a.

應用不對稱前體（asymmetric

precursor）合成法的原理b.

應用不對稱催化劑（asymmetric

catalyst）合成法的原理9.

Separation

and

analysis二、Amino

Acids(1)

Paper

chromatography---

濾紙為支持物---

濾紙吸附的水為固定相---

水飽和的有機溶劑為流動相---

分離原理：不同氨基酸在水和有機溶劑中的溶解度不同。---

鑒定：茚三酮顯色，與氨基酸標樣對照。---

二維層析：分離效果更佳紙層析一次展層二次展層二、Amino

Acids

9.

Separation

and

analysis

(2)

Paper

electrophoresis

---

分離原理：不同氨基酸在一定pH值下，所

帶的凈電荷不同，在電場中移動情況不同。

---

示意圖（下一頁）ΔP

=

pI

-

pHΔP為正，帶正電荷ΔP為負，帶負電荷紙電泳

(Paper