生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座

第二章蛋白質(zhì)(Protein)化學(xué)蛋白質(zhì)存在于全部生物細(xì)胞中，是組成生物體最基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功效物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動物質(zhì)基礎(chǔ)，它參加了幾乎全部生命活動過程。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第1頁學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求:1.蛋白質(zhì)化學(xué)基本組成單位。2.氨基酸結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及分離測定方法。3.肽及其結(jié)構(gòu)。4.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，功效及分離純化與測定原理方法。

重點1.氨基酸結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。2.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功效。3.氨基酸及蛋白質(zhì)分離測定方法。難點1.氨基酸兩性性質(zhì)。2.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定3.蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點4.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第2頁1.蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)高分子

蛋白質(zhì)占干重人體中（中年人）人體45%水55%細(xì)菌50%~80%蛋白質(zhì)19%真菌14%~52%脂肪19%酵母菌14%~50%糖類＜1%白地菌50%無機(jī)鹽7%

2.蛋白質(zhì)是一個生物體內(nèi)功效高分子

（1）酶催化作用（2）調(diào)整作用(多肽類激素)（3）運輸功效（4）運動功效（5）免疫保護(hù)作用(干擾素)（6）接收、傳遞信息受體（7）毒蛋白生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第3頁

第一節(jié)蛋白質(zhì)分子組成成份一.元素組成這些元素在蛋白質(zhì)中組成百分比約為：碳50—55％氮15—17%鐵,鋅,錳,鉬,碘,銅等氫6—8％硫0—4％氧20—23％磷0—1%蛋白質(zhì)是一類含氮有機(jī)化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少許硫。一些蛋白質(zhì)還含有其它一些元素，主要是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。其中氮含量較恒定，平均16%。一克氮=6.25克蛋白質(zhì)。這是凱氏定氮法依據(jù)。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第4頁二.蛋白質(zhì)水解酸水解：蛋白質(zhì)氨基酸堿水解：蛋白質(zhì)氨基酸酶水解：蛋白質(zhì)氨基酸證實：氨基酸是蛋白質(zhì)基本組成單位生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第5頁RCHNH3+COO-三.基本組成單位氨基酸（一）氨基酸結(jié)構(gòu)通式1.特點氨基酸結(jié)構(gòu)決定了有以下特點：①含有酸性羧基和堿性氨基②

α-碳為手性碳原子③因為R側(cè)鏈不一樣或分子型離子型生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第6頁2.非蛋白氨基酸NH2CH2CHCOOHCH2CH2NH2CONHCH2CHCOOHCH2OHNH2

高絲氨酸：β-丙氨酸：γ-氨基丁酸：鳥氨酸：瓜氨酸：生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第7頁HONCOOHH高半光氨酸：HS-CH2-CH2-CH-COOHNH24-羥脯氨酸：胱氨酸：H2N-CH-CH2-S-S-CH2-CH-NH2COOHCOOH4-羥賴氨酸：H2N-CH2-CH-CH2-CH2-CH-COOHOHNH2

生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第8頁

中性AA（15種）（1）按R基團(tuán)酸堿性分類酸性AA（Glu，Asp）堿性AA(His,Arg,Lys)（2）按R基團(tuán)疏水性R基團(tuán)AA極性分類不帶電荷極性R基團(tuán)AA親水性R基團(tuán)AA正電荷帶電荷R基團(tuán)AA負(fù)電荷

脂肪族AA（3）按R基團(tuán)芳香族AA化學(xué)結(jié)構(gòu)分類雜環(huán)族AA

雜環(huán)亞AA（二）.氨基酸分類生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第9頁

生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第10頁第二節(jié)氨基酸性質(zhì)一、氨基酸光學(xué)活性和光吸收性質(zhì)CHOCHOHCH2OHL—（-）—甘油醛L—氨基酸CHOCHOHCH2OHD—（+）—甘油醛D—氨基酸生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第11頁酪氨酸max＝278nm，278=1.4x103;苯丙氨酸max＝259nm，259=2.0x102;色氨酸max＝279nm，279=5.6x103;氨基酸光吸收生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第12頁二.氨基酸兩性離解性質(zhì)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+H2N-CH-COO-R-pK1+H+H+-pK2+H+H+“+”正離子PH<PI“0”兩性離子PH=PI“-”負(fù)離子PH>PI1.兩性離子同一分子中現(xiàn)有帶正電荷離子又有帶負(fù)電荷離子，這種離子稱為兩性離子。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第13頁

2.氨基酸等電點在一定pH值時，氨基酸分子中氨基離解度等于羧基離解度時，所含-NH3+和-COO-數(shù)目恰好相等，凈電荷為0。在電場中既不向正極移動，也不向負(fù)極移動，這一pH值即為氨基酸等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第14頁3.氨基酸等電點計算H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+H2N-CH-COO-R-pK1+H+H+-pK2+H+H+K1=H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+K1*H3N-CH-COOHR+H3N-CH-COO-R+*H+H2N-CH-COO-RK2=H3N-CH-COO-R+*H+*生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第15頁K1*H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-RK2=H+*2等電點時：H3N-CH-COOHR+H2N-CH-COO-R=K1*K2=H+2等式兩邊取負(fù)對數(shù)-logK1+(-logK2)=2(-log[H+])pK1+pK2=2pH側(cè)鏈不含離解基團(tuán)中性氨基酸，其等電點是它pK’1和pK’2算術(shù)平均值：pI=(pK1+pK2)/2

生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第16頁一樣，對于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊pK’值算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(Pkα-COOH+pKR-COOH)/2堿性氨基酸：pI=(pKα-NH2+pKR-NH2)/2

pH>PI溶液對PI而言偏堿帶+PI與PH關(guān)系pH=PI溶液對PI而言中性不帶電pH<PI溶液對PI而言偏酸帶-

等電點等于酸性基團(tuán)離解常數(shù)與堿性基團(tuán)離解常數(shù)之和二分之一或等電點等于兩性離子兩側(cè)離解基團(tuán)離解常數(shù)之和二分之一生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第17頁Lys解離以下：KCOOHKε-Kα-ε-H+H+H+（++）（+）（±）（-）生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第18頁Asp解離以下:Kα-COOHKβ-COOHKα-H+H+H+β-COOH（+）（-）（--）（±）生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第19頁4.依據(jù)滴定曲線求pK6.022.349.69丙氨酸滴定曲線生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第20頁三.氨基酸化學(xué)反應(yīng)1.與甲醛反應(yīng)（一）.氨基參加反應(yīng)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第21頁2.與亞硝酸反應(yīng)RCHNH3+COO-RCHON2CO2HNO2+++此反應(yīng)是Vanslyke定氮原理生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第22頁3.與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第23頁4.與異硫氰酸苯酯（PITC）反應(yīng)NHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2+生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第24頁5.與丹磺酰氯反應(yīng):在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）能夠與N-端氨基酸游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強(qiáng)熒光性質(zhì)，檢測靈敏度能夠到達(dá)1

10-9mol。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第25頁

（二）.羧基參加反應(yīng)——肼解反應(yīng)此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第26頁（三）.氨基和羧基共同參加反應(yīng)——茚三酮反應(yīng)00000H00HH2O00H0HH2N-CH-COOHRNH3+RCHO+CO200H00H00H0H+NH3+00H00H0=N0O-O藍(lán)紫色化合物入max=570nm生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第27頁脯氨酸，羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)生成黃色物質(zhì)入max=440nm00H00HCCCO-ON+CO2HNCOOH生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第28頁反應(yīng)名稱反應(yīng)試劑反應(yīng)基團(tuán)顏色用途黃色反應(yīng)濃硫酸+濃硝酸苯基、酚基黃色PheTyr米倫反應(yīng)硝酸汞（亞汞）酚基紅色Tyr乙醛酸反應(yīng)乙醛酸吲哚基紫紅Trp坂口反應(yīng)萘酚+NaClO胍基紅色Arg福林酚反應(yīng)磷鉬酸+磷鎢酸酚基、吲哚基藍(lán)色TrpTyrPauly反應(yīng)重氮鹽咪唑基酚基棕紅色桔黃色HisTyr巰基反應(yīng)亞硝酸亞鐵氰酸鈉巰基紅色Cys（四）R-側(cè)鏈反應(yīng)-呈色反應(yīng)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第29頁第三節(jié).氨基酸分離與測定一.層析法二.電泳法三.氨基酸測定生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第30頁第四節(jié)肽一.肽結(jié)構(gòu)氨基酸殘基肽單位生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第31頁生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第32頁二.生物活性肽+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

Met-腦啡肽

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-腦啡肽H2N-CHCH2CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2COOHCOOHCH2

SH2GSHGS-SG1.谷胱甘肽2.腦啡肽

生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第33頁

Leu-(D)phe-pro-val-OrnOrn-val-pro-(D)phe-Leu4.短桿菌肽S（Orn鳥氨酸）3.催產(chǎn)素生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第34頁第五節(jié)蛋白質(zhì)分類一.依據(jù)蛋白質(zhì)分子形狀分類1.球狀蛋白2.纖維狀蛋白二.依據(jù)蛋白質(zhì)組成成份分類1.單純蛋白2.結(jié)合蛋白清蛋白核蛋白谷蛋白和醇溶谷蛋白色蛋白精蛋白和組蛋白糖蛋白硬蛋白脂蛋白磷蛋白生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第35頁第六節(jié)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)一.蛋白質(zhì)氨基酸組成1.蛋白質(zhì)氨基酸組成可用殘基重量百分?jǐn)?shù)表示147165如：100克胰島素分析得到phe8.6克，其重量百分?jǐn)?shù)為：殘基分子量氨基酸含量*=8.6*=7.7克氨基酸分子量2.依據(jù)百分組成計算氨基酸分子個數(shù)如：胰島素分子量為6000，丙氨酸占4.6%，氨基酸個數(shù)為：==34.6%*600089氨基酸百分含量*蛋白質(zhì)分子量氨基酸分子量生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第36頁a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力d范德華力e二硫鍵f酯鍵二.蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵維系蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)：肽鍵維系蛋白質(zhì)分子二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力維系蛋白質(zhì)分子四級結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵、氫鍵、疏水相互作用力生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第37頁離子鍵氫鍵范德華力疏水相互作用力氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力即使鍵能小，但數(shù)量大疏水相互作用力對維持三級結(jié)構(gòu)尤其主要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很主要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第38頁三.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定（一）氨基酸組成成份分析（二）末端分析1.N-末端2.C-末端（三）肽鏈伸展與分離（四）肽鏈部分水解與肽段分離（五）肽段氨基酸次序測定（六）由各段次序推斷氨基酸次序生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第39頁生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第40頁化學(xué)法：溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸羧基所形成肽鍵。生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第41頁酶法-HN-CH-CO-NH-CH-CO——R1R2胰酶：R1=Lys.Arg胰凝乳酶：R1=phe.Tyr.Trp胃酶：R1R2=phe.Tyr.Trp.leu嗜熱菌蛋白酶：R2=phe.Tyr.Trp.leu.Ile.valGlu酶：R1=Glu.AspArg酶：R1=Arg生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第42頁第七節(jié)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角自由回折高級結(jié)構(gòu)概念：生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第43頁1.α-螺旋一.二級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點：螺旋角度與高度維持螺旋作用力影響螺旋穩(wěn)定原因螺旋種類生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第44頁2.β-折疊關(guān)鍵點：肽鏈走向（種類）殘基軸心距離維持作用力影響螺旋穩(wěn)定原因生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第45頁3.β-轉(zhuǎn)角4.自由回折氫鍵1800回轉(zhuǎn)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第46頁ααβββαβ二.超二級結(jié)構(gòu)βββ生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第47頁三.三級結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點：形狀折疊作用力生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第48頁四.四級結(jié)構(gòu)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第49頁一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→亞基→四級結(jié)構(gòu)生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第50頁第八節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功效一.一級結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系1.胰島素結(jié)構(gòu)與功效生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第51頁2.血紅蛋白結(jié)構(gòu)與功效生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第52頁3.細(xì)胞色素C與生物進(jìn)化生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第53頁生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第54頁二.蛋白質(zhì)構(gòu)象與功效關(guān)系生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第55頁三.個別蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效1.纖維狀蛋白——角蛋白生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第56頁2.絲心蛋白生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第57頁第九節(jié)蛋白質(zhì)性質(zhì)一.蛋白質(zhì)分子大小1.依據(jù)化學(xué)成份測定最小相對分子質(zhì)量據(jù)其百分含量可計算出最低相對分子質(zhì)量：最小相對分子質(zhì)量＝（成份相對分子或原子質(zhì)量）已知成份百分含量2.沉降系數(shù)一個S單位，為1×10-13秒蛋白質(zhì)沉降系數(shù)：1～200S，相對分子質(zhì)量越大，S值越大由沉降系數(shù)S可依據(jù)斯維得貝格〔Svedberg〕方程計算蛋白質(zhì)分子相對分子質(zhì)量：M=RST/D〔1－iρ〕R：氣體常數(shù)T：絕對溫度D：擴(kuò)散系數(shù)ρ：溶劑密度S=dx/dtω2x生化蛋白質(zhì)化學(xué)專家講座第58頁

蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點。在等電點時(IsoelectricpointpI)，蛋白質(zhì)溶解度最小，在電場中不移動。在不一樣pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)電學(xué)性質(zhì)不一樣。在等電點偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動；在等電點偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。因為蛋白質(zhì)分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液含有膠體溶液經(jīng)典性質(zhì)，如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運動等。因為膠體溶液中蛋白質(zhì)不能經(jīng)過半透膜，所以能夠應(yīng)用透析法將非蛋白小分子雜質(zhì)除去。二.蛋白質(zhì)兩性離解