第一章蛋白质化学

第一章蛋白质化学 基础生物化学蛋白质概论

第一章蛋白质化学 【目的与要求】了解蛋白质的主要功能、分类；掌握基本氨基酸的结构特点，分离纯化的基本方法；掌握蛋白质的结构特点、基本性质－大分子性质、紫外吸收、颜色反应、变性作用、沉淀作用等；掌握蛋白质的结构与功能的关系；掌握蛋白质的分离纯化方法、技术；

第一章蛋白质化学 §1.1 蛋白质通论 • §1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 • §1.3 肽

蛋白质的生物学意义 §1.1 蛋白质通论一、蛋白质是生命活动的物质基础生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的45%，占细菌干重的50～70%。

§1.1 蛋白质通论 二、蛋白质的生物学功能 1.作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。 2.调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。 3.运输载体：如红细胞中运输O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。

§1.1 蛋白质通论 4.参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋白。 5.参与机体的防御：机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。 6.接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。

§1.1 蛋白质通论 7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。 8.其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。

一. 蛋白质的元素组成 §1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸蛋白质是有机化合物，离不开C、H、O三种元素，还含有N、P、S、金属元素等。含量%： 50～55 6～7 20～23 15～17 0.3～3 微量或无元素组成： C H O N S

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 蛋白质中N是特征元素，且含量恒定，为16%左右，即16克氮/100克蛋白质，故可以用定氮法测量蛋白质含量，即：每100克蛋白质含氮16克，100/16=6.25克蛋白质含氮1克。所以，每克样品含氮量×6.25×100=100克样品蛋白质含量（克%）。有些蛋白质含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I 等。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 二、蛋白质分子的基本组成单位——氨基酸（一）氨基酸的结构通式：

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 氨基酸的构型：构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有α-碳原子，在空间各原子有两种排列方式：L-构型与D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系，下图以丙氨酸为例：

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 从氨基酸的结构通式可以看出： • 1、构成蛋白质的氨基酸均为L-α-氨基酸。 • 2、除R为H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。 • 3、各种氨基酸的区别在于侧基R基上。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 （二）氨基酸的结构与分类 1、按氨基酸分子中羧基与氨基的数目分：（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 （3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。 2、按侧基R基的结构特点分：（1）脂肪族氨基酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 3、按侧基R基与水的关系分：（1）非极性氨基酸：有甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸、酪氨酸、半胱氨酸。（2）极性不带电氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 4、按氨基酸是否能在人体内合成分：（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 二十种氨基酸的名称和结构如图所示:

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 • 注：二十种氨基酸的结构特点 • 支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸 • 含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸 • 含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基） • 含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸 • 含胍基的氨基酸：精氨酸

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 • 含咪唑基的氨基酸：组氨酸 • 亚氨基酸：脯氨酸 • 含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺 • 含吲哚基的氨基酸：色氨酸 • 含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸蛋白质中不常见的氨基酸羟-脯氨酸、羟-赖氨酸、r-羧基谷氨酸、 6-氮-甲基赖氨酸

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 非蛋白氨基酸鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、β-丙氨酸、 γ-氨基丁酸等

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 （三）氨基酸的理化性质 1、物理性质（1）形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。（2）溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 （3）熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200℃，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。（4）旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。（5）光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基酸有光的吸收。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 2、氨基酸的两性电离及等电点 • 氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可电离出H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在，如下图所示：

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 • 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，应该具有两性电离的性质，现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。在某一pH环境下，以两性离子（兼性离子）的形式存在。该pH称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为：氨基酸所带正负电荷相等时的溶液pH。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 3、化学性质(α-氨基与α-羧基共同参加反应) (1)与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 (2) 与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用NaOH滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。

§1.2 蛋白质的分子组成——氨基酸 (3) 与2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反应（Sanger反应）：生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。 (4) 与苯异硫氰酸酯（PITC）反应（Edman反应）：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。 (5) 与丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应：生成荧光物质DNS-氨基酸。（3）、(4)、(5)反应用于蛋白质的N-末端的测定。

§1.3肽 一、肽键与肽链 1.肽键（酰胺键）：一个氨基酸的α-COOH 和相邻的另一个氨基酸的α-NH2脱水形成共价键。如下图：

§1.3 肽

§1.3 肽 肽键和肽的结构

§1.3 肽 2. 氨基酸借肽键连接起来叫肽，肽是一大类物质。即：（1）两个氨基酸组成的肽叫二肽；（2）三个氨基酸组成的肽叫三肽；（3）多个氨基酸组成的肽叫多肽；（4）氨基酸借肽键连成长链称为肽链，肽链两端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端（氨基末端），自由-COOH端称为C-末端（羧基末端）；

§1.3 肽 （5）构成肽链氨基酸已残缺不全称为氨基酸残基；（6）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH2端开始，由N指向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。二、天然活性肽自然界中有自由存在的活性肽，主要有：

§1.3 肽 1. 谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），广泛存在于生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使其处于活性状态。

§1.3 肽

§1.3 肽 2.牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有二硫键，有两个氨基酸不同，两者结构类似。前者第九位为Gly或Lys或Phe，后者为Arg。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，使血压升高，也有抗尿作用，参与水、盐代谢的调节。

§1.3 肽 S S Cys·Tyr·Ile·Gln·Asn·Cys·Pro·Leu·Gly-NH2 牛催产素 S S Cys·Tyr·Phe·Gln·Asn·Cys·Pro·Ary·Gly-NH2 牛加压素 3.脑啡肽：为五肽，是近年来在高等动物脑中发现的比吗啡更具有镇痛作用的活性肽。 :

§1.3 肽

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