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第三章 蛋白质 (protein)

第三章 蛋白质 (protein). 1. 第三章 蛋白质 (protein) (123 － 317 页 第 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 章 ). 第一节 　氨基酸 第二节 　蛋白质概述 第三节 　蛋白质的共价结构 第四节 　蛋白质的三维结构 第五节 　蛋白质结构与功能的关系 第六节 　蛋白质的性质、分离与纯化. 蛋白质 ?. 存在于所有的生物细胞中，主要由 20 种 α －氨基酸按一定的序列通过肽键缩合而成，具有较稳定的构象，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。相对分子质量由数千到数千万。. 第一节 氨基酸（ amino acid ） 123 页.

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第三章 蛋白质 (protein)

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  1. 第三章 蛋白质(protein) 1

  2. 第三章 蛋白质(protein)(123－317页 第3，4，5，6，7章) 第一节 　氨基酸 第二节 　蛋白质概述 第三节 　蛋白质的共价结构 第四节 　蛋白质的三维结构 第五节 　蛋白质结构与功能的关系 第六节 　蛋白质的性质、分离与纯化

  3. 蛋白质? • 存在于所有的生物细胞中，主要由20种α－氨基酸按一定的序列通过肽键缩合而成，具有较稳定的构象，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。相对分子质量由数千到数千万。

  4. 第一节 氨基酸（amino acid）123页 一、氨基酸—蛋白质的构件分子 二、氨基酸的分类go 三、氨基酸的酸碱化学 四、氨基酸的化学反应 go 五、氨基酸的光学活性和光谱性质 go 六、氨基酸混合物的分析分离 go 结构与三字符

  5. 一、氨基酸—蛋白质的构件分子 （一）蛋白质水解 • 酸水解： • 碱水解： • 酶水解： • 完全水解：混合的氨基酸 • 部分水解：肽段和氨基酸 （二）氨基酸的一般结构

  6. （一）蛋白质的水解 完全水解

  7. COOH COO－ 或 CαH H2N CαH H3N＋ R R （二）氨基酸的一般结构 1.结构通式

  8. 2. 结构特点 ①除脯氨酸(Pro，P126)为α-亚氨基酸外，与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。 ②除甘氨酸(Gly，P125) R 是 H外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子。除甘氨酸外的氨基酸都具有旋光性。

  9. 二、氨基酸的分类 (一)常见的蛋白质氨基酸 (20种) (二)不常见的蛋白质氨基酸 (三）非蛋白质氨基酸(150多种)

  10. （一）常见的蛋白质氨基酸 R N D E Q K F W Y

  11. （一）常见的蛋白质氨基酸 1.按R基团的化学结构分 2.按R基团的酸碱性分 3.根据侧链R基团是否有极性分 4.根据人体能否自身合成 5. 20种氨基酸

  12. 1.按R基团的化学结构分 ①芳香族氨基酸：3种，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸（126 下图） ②杂环氨基酸：2种，组氨酸、脯氨酸（126 中图右） ③脂肪族氨基酸：15种

  13. 2.按R基团的酸碱性分 ①中性氨基酸:15种 ②酸性氨基酸：2种　天冬氨酸、谷氨酸 ③碱性氨基酸：3种　赖氨酸、组氨酸、精氨酸

  14. 3 根据侧链R基团是否有极性 P127

  15. 4.根据人体能否自身合成 ①必需氨基酸（8种）： 甲硫氨酸(Met) 、异亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、赖氨酸(Lys) 、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、 色氨酸(Trp)、苏氨酸(Thr) ②半必需氨基酸（2种） ： Arg、His ③非必需氨基酸：其余10种 甘氨酸 丙氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 精氨酸 酪氨酸 （干饼丝拌精奶酪） 天冬氨酸 天冬酰胺 谷氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸 （天天姑姑祖谱）

  16. 5. 20种氨基酸 • R为C、H基团的氨基酸 • R为芳香族基团的氨基酸 • R为含硫基团的氨基酸 • R为含醇基基团的氨基酸 • R为碱性基团的氨基酸 • R为酸性基团的氨基酸 • R为含酰胺基团的氨基酸

  17. R为C、H基团的氨基酸 ①甘氨酸 ②丙氨酸 ③缬氨酸 ④亮氨酸 ⑤异亮氨酸 ⑥脯氨酸

  18. R为C、H基团的氨基酸 ①甘氨酸： ②丙氨酸：（-氨基丙酸） 唯一一个无旋光性的氨基酸

  19. 均为必需氨基酸。 ③缬氨酸：（-氨基异戊酸） ④亮氨酸：（-氨基异己酸） ⑤异亮氨酸：（-氨基-β-甲基戊酸）

  20. ⑥脯氨酸:是一个亚氨基酸。

  21. R为芳香族基团的氨基酸 ①苯丙氨酸：（-氨基-β-苯丙酸） ②酪氨酸：（-氨基-β-对羟基苯丙酸） ③色氨酸：（β-吲哚--氨基丙酸） 注：280nm强吸收

  22. R为含硫基团的氨基酸 ①半胱氨酸：（-氨基-β-巯基丙酸）侧链上含有一 巯基（-SH），–SH也是一个高反应性的基团。 ②甲硫氨酸（蛋氨酸） ：（-氨基-γ-甲硫基丁酸）是个疏水氨基酸。 两个Cys的巯基氧化生成二硫键 Met在生物合成中是一种重要的甲基供体

  23. R为含羟基基团的氨基酸 ①丝氨酸：（-氨基-β-羟基丁酸） ②苏氨酸：（-氨基-β-羟基丁酸） 在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基

  24. R为碱性基团的氨基酸 ①组氨酸：（-氨基-β-咪唑基丙酸） ②赖氨酸：（,-二氨基己酸）一个双氨基酸。 ③精氨酸：（-氨基-δ-胍基戊酸）是20种氨基酸中碱性最强的氨基酸。

  25. R为酸性基团的氨基酸 ①天冬氨酸：（-氨基丁二酸） ②谷氨酸：（-氨基戊二酸）

  26. R为含酰胺基团的氨基酸 ①天冬酰胺：（ -氨基-β-羧基丙酰胺） ②谷氨酰胺：（ -氨基-γ-羧基丁酰胺）

  27. Amino Acid Subway Map -C- -C-C-C-N-C-N N+ = N Trp W Arg R -C- -OH Tyr Y Lys K Asn N Gln Q -C- His H Phe F Asp D Glu E -C-C C N N+ Gly G Ala A Val V Ile I Leu L A C C -C C -C-C-C C -C-C-C C C C HN C-COOH a Ser S Cys C -C-C OH Thr T Met M Pro P Aromatic alkaline -C-CONH2 -C-C-CONH2 acid amide -C-C-C-C-NH3+ Acid -C-COOH -C-C-COOH Aliphatic Central line -H -CH3 -C-OH -C-SH -C-C-S-C Imino, Circular Hydroxy Sulfuric

  28. 三、氨基酸的酸碱化学 (一) 氨基酸的兼性离子形式 (二) 氨基酸的解离 (三) 氨基酸的等电点

  29. COOH COO－ 或 CαH H2N CαH H3N＋ R R (一) 氨基酸的兼性离子形式 • 氨基酸在中性pH时，氨基和羧基可以离子形式存在。这样的氨基酸分子含有正、负两种电荷－－兼性离子

  30. 碱的作用 酸的作用 (二) 氨基酸的解离 • 依照Bronsted-Lowry的酸碱质子理论 HA A- + H+ • 氨基酸是一类两性电解质：在水中的偶极离子既起酸的作用（质子供体），又起碱的作用（质子受体） COO－ H3N＋ CαH R

  31. 解离情况受环境中pH值的影响。 阳离子的 阴离子的

  32. Ka1= [A-][H+] [A0][H+] Ka2 = [A0] [A+] Ka1= [H+] pKa1= pH Ka2= [H+] pKa2= pH [质子受体］ pH = pKa + lg [质子供体］ 解离常数　 • pKa：表示解离基团有一半解离时的pH。 • 解离常数按酸性递减顺序编号为：pKa1， pKa2、 pKa3等。 • 解离常数可以通过酸碱滴定来确定P131 (133页表：各氨基酸的解离常数) • Handerson-Hasselbalch公式 • 在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例 • 氨基酸的带电状况与溶液的pH值有关。

  33. pK1 pK2 H H H+ H H+ A＋ A0 A－ (三) 氨基酸的等电点（isoelectric point,pI） • 等电点：在某一特定pH值溶液时，氨基酸主要以两性离子形式存在，净电荷为零，在电场中不向电场的正极或负极移动，这时的溶液pH值称为该氨基酸的等电点。 等电点的计算 • 中性氨基酸: pI = (A + B)/2 • 酸性氨基酸： pI = (A+ C)/2 • 碱性氨基酸： pI= (B + C)/2 A－为α-羧基的解离常数；B－为α-氨基的解离常数；C－为侧链可解离基团的解离常数 例题：P133 • 当溶液pH低于氨基酸等电点时，氨基酸净电荷为正，反之，为负。 • 应用：根据氨基酸的电荷不同分离混合物。常用电泳方法。

  34. 四、氨基酸的化学反应 （一）α-氨基参加的反应 （二）α-羧基参加的反应 （三）α-氨基和α-羧基共同参加的反应 （四）侧链R基参加的反应

  35. (一) α- 氨基参加的反应 1.与亚硝酸反应 2.与酰化试剂反应 3.烃基化反应 4.生成西佛碱的反应 5.脱氨基反应

  36. 室温下 1.与亚硝酸反应 • 标准条件下测定生成的氮气体积，即可计算出氨基酸的量

  37. 5 1 1 5 2.与酰化试剂反应 • 与酰氯或酸酐在弱碱 溶液中作用，氨基即被酰基化。 • 在多肽和蛋白质人工合成中被用作氨基的保护试剂。 丹磺酰氯

  38. 酰化试剂

  39. 3.烃基化反应 • 用于鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸及序列测定。 • 2,4－二硝基氟苯 （DNFB或FDNB，Sanger试剂） • 苯异硫氰酸酯 （PITC， Edman试剂）

  40. 弱碱 单肽链＋ FDNB 6mol盐酸中 DNP－肽链（黄色） DNP－（N端）氨基酸　＋　n个氨基酸 乙醚抽提后层析，与标准DNP－氨基酸比较，确定N端氨基酸 ①与DNFB（FDNB）反应 弱碱 （DNP-氨基酸）黄色

  41. Frederick Sanger • 英国化学家，在生物化学领域的贡献很大，他两次获诺贝尔奖 （1958和1980年）；

  42. 在弱碱中 苯氨基硫甲酰衍生物 PTC-氨基酸 苯乙内酰硫脲衍生物 PTH-氨基酸（无色） ②与PITC反应

  43. 单肽链＋ PITC 弱碱 PTH-氨基酸 + 余下少一个氨基酸的肽链 乙醚抽提后层析，与标准PTH－氨基酸比较，确定N端氨基酸 Edman法测定氨基酸序列

  44. 4. 生成西佛碱（Schiff's base）的反应 • 与醛类化合物反应生成弱碱，也就是西佛碱 • 西佛碱是以氨基酸为底物的某些酶促反应的中间物。

  45. ５　脱氨基反应 氨基酸氧化酶

  46. ５　脱氨基反应

  47. 作业 • 20种常见蛋白质氨基酸是否都有旋光性？ • 带-OH,带-HS、酸性氨基酸和碱性氨基酸各是哪些氨基酸？ • pI？氨基酸处在大于自身pI的pH溶液中净电荷为正还是负？ • 把一个氨基酸结晶加入到pH7.0的纯水中，得到了pH6.0的溶液，问此氨基酸的pI值是大于6.0？小于6.0？等于6.0？为什么？ • 写出组氨酸在pH1、4、8、12时组氨酸的净电荷是怎样的？对每个pH来说，当电泳时，组氨酸是向阳极还是向阴极迁移？ • 牢记蛋白质的20种氨基酸的结构特征与三字符缩写 哪种氨基酸在生理pH范围内具有缓冲能力？为什么？

  48. (二)α-羧基参加的反应 1 成盐和成酯： 羧基被保护，氨基被活化。 2 成酰氯反应： 氨基被保护，羧基被活化，在多肽人工合成中常用。 3 叠氮反应： 常用于多肽的合成。 4 脱羧基反应：

  49. 成酰氯反应

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