第2章蛋白质构件氨基酸课件.ppt

1、第第2章蛋白质构件氨基酸章蛋白质构件氨基酸12021/2/22第第2 2章章 蛋白质的构件蛋白质的构件氨基酸氨基酸 在生物体内,蛋白质(protein)是一类最重要的生物分子,是生物功能的主要载体。蛋白质和核酸构成细胞原生质(protoplasm)的主要成分,而原生质是生命现象的物质基础。自然界中存在的、种类以千万计的蛋白质在结构和功能上的多样性归根结底是由20种构件氨基酸种构件氨基酸的内在性质造成的。构成蛋白质构成蛋白质20种氨基酸的内在性质种氨基酸的内在性质:1.聚合能力聚合能力 2.独特的酸碱性独特的酸碱性 3.氨基酸侧链的结构和化学官能度的多样性氨基酸侧链的结构和化学官能度的多样性 4

2、.手性手性22021/2/22一、蛋白质的化学组成和分类一、蛋白质的化学组成和分类、蛋白质的化学组成、蛋白质的化学组成 蛋白质的平均含氮量为蛋白质的平均含氮量为16%,这是蛋白质元素组成的一个特点这是蛋白质元素组成的一个特点,是凯式定氮法测定蛋白质含量的计算基础是凯式定氮法测定蛋白质含量的计算基础:蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25 (其中其中6.25是是16%的倒数的倒数)32021/2/222.2.蛋白质的分类蛋白质的分类(1)(1)简单蛋白简单蛋白:仅由氨基酸组成的蛋白质仅由氨基酸组成的蛋白质。(2)(2)缀合蛋白缀合蛋白:蛋白质中除了氨基酸外蛋白质中除了氨基酸外,还有其他化学成

3、还有其他化学成 分作为其结构的一部分分作为其结构的一部分,这样的蛋白质称为缀合蛋白这样的蛋白质称为缀合蛋白。其中非蛋白质成分称为其中非蛋白质成分称为辅基辅基或称为或称为配基配基或或配体配体。通常辅基在蛋白质的功能方面起重要作用通常辅基在蛋白质的功能方面起重要作用,如果辅如果辅基是通过共价键与蛋白质结合的基是通过共价键与蛋白质结合的,则必须对蛋白质进行则必须对蛋白质进行水解才能释放它水解才能释放它;通过非共价键力与蛋白质结合的通过非共价键力与蛋白质结合的,只要只要使蛋白质变性即可把它除去使蛋白质变性即可把它除去。简单蛋白质可以根据其溶解度进行分类简单蛋白质可以根据其溶解度进行分类,缀合蛋白质缀合

4、蛋白质可按其辅基成分分类可按其辅基成分分类(表表2-1)2-1)42021/2/22表表2-1 蛋白质的分类蛋白质的分类简单蛋白简单蛋白 溶解性溶解性 缀合蛋白缀合蛋白 辅基辅基清蛋白清蛋白 溶于水或稀盐溶于水或稀盐,为饱和硫酸铵所沉淀为饱和硫酸铵所沉淀 糖蛋白糖蛋白 糖类糖类球蛋白球蛋白 不溶于水不溶于水,溶于稀盐溶于稀盐,为半饱和硫酸铵所沉淀为半饱和硫酸铵所沉淀 脂蛋白脂蛋白 脂质脂质谷蛋白谷蛋白 不溶于水、醇或稀盐不溶于水、醇或稀盐,溶于稀酸或稀碱溶于稀酸或稀碱 核蛋白核蛋白 DNA或或RNA谷醇溶蛋白谷醇溶蛋白 不溶于水、溶于不溶于水、溶于70%80%乙醇乙醇 磷蛋白磷蛋白 磷酸基磷酸

5、基组蛋白组蛋白 溶于水及稀酸溶于水及稀酸,为氨水所沉淀为氨水所沉淀 金属蛋白金属蛋白 Fe.Cu.Zn.Mn.Mo等等鱼精蛋白鱼精蛋白 溶于水及稀酸溶于水及稀酸,不溶于氨水不溶于氨水 血红素蛋白血红素蛋白 亚铁原卟啉亚铁原卟啉硬蛋白硬蛋白 不溶于水、稀盐、稀酸或稀碱不溶于水、稀盐、稀酸或稀碱 黄素蛋白黄素蛋白 黄素核苷酸黄素核苷酸(FMN.FAD)近年来近年来,有些学者依据蛋白质的生物学功能把蛋白质分有些学者依据蛋白质的生物学功能把蛋白质分为酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白、收缩和运动蛋白、为酶、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白、收缩和运动蛋白、结构蛋白、支架蛋白、保护和开发蛋白等。结构蛋白、支架

6、蛋白、保护和开发蛋白等。52021/2/22二二、蛋白质的水解、蛋白质的水解 蛋白质可以被酸、碱或蛋白（水解）酶催化水解。在水解过程中,被逐渐降解成相对分子量越来越小的肽肽（片）段（片）段或称肽碎片肽碎片,直到最后成为氨基酸的混合物。根据蛋白质的水解程度,可分为完全水解完全水解和部分水部分水解解两种情况。完全水解或称彻底水解,得到的水解产物是各种氨基酸的混合物各种氨基酸的混合物;部分水解即不完全水解,得到的产物是各种大小不等的肽段和氨基酸各种大小不等的肽段和氨基酸。酸、碱和酶三种水解方法及其优缺点酸、碱和酶三种水解方法及其优缺点:（P16）(1)酸水解酸水解 (2)碱水解碱水解 (3)酶水解酶

7、水解 62021/2/22三三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构地球上天然形成的地球上天然形成的AA300种以上。构成种以上。构成蛋白质的蛋白质的AA只有只有20余种，（除脯氨酸外）且余种，（除脯氨酸外）且都是都是-氨基酸。氨基酸。氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 脯氨酸的结构脯氨酸的结构 R为可变的侧链为可变的侧链H2C CH2H2C CH COO-N H2+72021/2/22-C-C-C-C-COOH-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH-C-C-C-C(NH2 2)-COOH -)-COOH -氨基酸氨基酸 -C-C-C(NH-C-C-C(NH2 2)-C-COOH -)

8、-C-COOH -氨基酸氨基酸 -C-C(NH-C-C(NH2 2)-C-C-COOH -)-C-C-COOH -氨基酸氨基酸什么是什么是-氨基酸？氨基酸？82021/2/22 氨基酸含有氨基和羧基，具有两性电离性氨基酸含有氨基和羧基，具有两性电离性 大多数大多数AAAA在中性在中性pHpH时呈时呈兼性离子兼性离子状态状态:除甘氨酸外，除甘氨酸外，1919种种AAAA都具有旋光性。都具有旋光性。除胱氨酸和酪氨酸外，其余除胱氨酸和酪氨酸外，其余AAAA都能溶于水。都能溶于水。COOH COO-NH2 NH3+-H+H+92021/2/22 氨基酸同时含有氨基和羧基，它们能以首尾相连的方式氨基酸同

9、时含有氨基和羧基，它们能以首尾相连的方式进行聚合反应，除去一分子水形成一个进行聚合反应，除去一分子水形成一个共价酰胺键共价酰胺键或或称肽键。称肽键。102021/2/22四、氨基酸的分类四、氨基酸的分类 （一）常见的蛋白质氨基酸（一）常见的蛋白质氨基酸 （二）不常见的蛋白质氨基酸（二）不常见的蛋白质氨基酸 （三）非蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸112021/2/22（一）常见的蛋白质氨基酸的分类（一）常见的蛋白质氨基酸的分类按基的化学结构分类：按基的化学结构分类：、脂肪族、脂肪族aaaa(1)(1)中性中性aaaa122021/2/22（2 2）含羟基或硫）含羟基或硫aaaa132021/2

10、/22142021/2/22（）酸性（）酸性aaaa及其酰胺及其酰胺152021/2/22（）碱性（）碱性aaaa162021/2/22、芳香族、芳香族aaaa172021/2/22、杂环、杂环aaaa182021/2/22按基的极性性质分类：按基的极性性质分类：、非极性基、非极性基aaaa192021/2/22、不带电荷的极性基、不带电荷的极性基aaaa202021/2/223 3、带正电荷的基、带正电荷的基aaaa212021/2/224 4、带负电荷的基、带负电荷的基aaaa222021/2/22(二二)不常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸 除上述20种基本氨基酸外,在某些蛋白质种还

11、存在一些不常见的氨基酸(如图2-7),它们都它们都是由多肽中相应的常见氨基酸修饰而来的是由多肽中相应的常见氨基酸修饰而来的。232021/2/22242021/2/22252021/2/22(三三)非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸 除了参与蛋白质组成的20多种氨基酸外,还在各种组织和细胞中找到200多种其它氨基酸。这些氨基酸大多是蛋白质中存在的L型-氨基酸衍生物(图2-8)。但是有一些是-，-，或-氨基酸,并且有些是D-型氨基酸。这些氨基酸中有些是重要的代谢中间物。262021/2/22鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸272021/2/22五、氨基酸的酸碱性五、氨基酸的酸碱性 (一一)氨基酸的解离氨基酸的解离

12、 氨基酸在晶体和水中以兼性离子兼性离子(zwitterion)(zwitterion)也称偶极离子偶极离子(dipolar ion)的形式存在,极少数为中性分子中性分子(只存在于溶液中)282021/2/22H3NCHCOOHR+（pHpI）H3NCHCOO-R+（pH=pI）H2NCHCOO-R（pHpI）氨基酸氨基酸完全质子化完全质子化时时,可以看成是可以看成是多元酸多元酸,侧链不解离侧链不解离的中性氨基酸的中性氨基酸可看作二元酸可看作二元酸,酸性氨基酸酸性氨基酸和和碱性氨基酸碱性氨基酸可视为三元酸。可视为三元酸。292021/2/22(表观解离常数表观解离常数)(表观解离常数表观解离常数

13、)302021/2/22 A+=A-=当到达等电点时,A+=A-方程两边取负对数,Ka1Ka2=H+2 H+=pH,Ka1=pk1(解离常数解离常数),Ka2=pk22 pH=pk1+pk2 令pI为等电点时的pH,则侧链不含离解基团的中性氨基酸 pI=(pk1+pk2)/2A0 H+Ka1 H+A0 Ka2 即 Ka1Ka2=H+2312021/2/22甘氨酸滴定曲线甘氨酸滴定曲线322021/2/22332021/2/22342021/2/22352021/2/22(二二)氨基酸的等电点氨基酸的等电点 等电点（等电点（pIpI）：）：当氨基酸溶液为某一pH值时，AA主要以兼性离子的形式存在

14、，分子中所含的正负电荷数目相等，净电荷为零。这一pH值即为AA的等电点等电点 （pIpI）。在pI时，AA在电场中既不向正极也不向负极移动，即处于两性离子状态。在等电点以上的任一pH值，氨基酸带有净负电荷，在电场中向正极移动。在低于等电点的任一pH值，氨基酸带有净正电荷，在电场中将向负极移动。在一定的pH值范围内，氨基酸溶液的pH值离等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷量愈多。对于R基不解离的中性氨基酸来说,其等电点是它的pKa1和pKa2的算术平均数。l pI=(pKa1+pKa2)/2 对有多个可解离基团的氨基酸来说,只要写出它的解离公式,然后取等电点兼性离子兼性离子两边的pKa值的平均值,则

15、得其pI值。362021/2/22六、氨基酸的化学反应六、氨基酸的化学反应 氨基酸的化学反应是指它的a-羧基、a-氨基和R基团侧链上的官能团参加的反应。所有氨基酸的a-羧基和a-氨基呈现相似的化学反应性。侧链的化学反应性则各不相同,这取决于官能团的本质。(一)a-羧基反应:(二)a-氨基反应 (三)茚三酮反应 (四)侧链官能团的特异反应372021/2/22 七、氨基酸的旋光性和光谱性质七、氨基酸的旋光性和光谱性质（一）氨基酸的旋光性和立体化学（一）氨基酸的旋光性和立体化学382021/2/22392021/2/22402021/2/22(二二)氨基酸的光谱性质氨基酸的光谱性质1 1、紫外吸收

16、光谱、紫外吸收光谱可见光区（可见光区（400nm400nm）：无吸收；）：无吸收；红外区和远紫外区（红外区和远紫外区（200nm200nm）：都有吸收；：都有吸收；近紫外区（近紫外区（200400nm200400nm）：只有芳香族氨基酸）：只有芳香族氨基酸（色氨酸（色氨酸TrpTrp：280280nm nm、酪氨酸酪氨酸TyrTyr：275275nmnm、苯丙氨酸苯丙氨酸Phe Phe：257257nmnm）有吸收光的能力。有吸收光的能力。原因：它们的原因：它们的R R基含有基含有苯环共轭派键系统苯环共轭派键系统。412021/2/22Trp 280nmTrp 280nmTyr 275nmTyr 275nmPhe 257nmPhe 257nm蛋白质含量测定蛋白质含量测定280nm422021/2/22432021/2/22、核磁共振波谱、核磁共振波谱(仪器分析内容仪器分析内容)442021/2/22 八、氨基酸混合物的分离和分析八、氨基酸混合物的分离和分析 (生物化学实验技术原理的内容生物化学实验技术原理的内容)(一一)分配层析分配层析(二二)离子交换层析离子交换层析452021/2/22谢谢大家！462021/2/22