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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.
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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 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 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 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。 :
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