1、生命科学学院 赵丹丹赵丹丹 黑龙江大学黑龙江大学 20122013 学年第一学期学年第一学期赵丹丹第3章 蛋白质化学2本章内容本章内容 3.1 概述概述 3.2 蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位氨基酸氨基酸*3.3 肽肽 3.4 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构*3.5 蛋白质的性质蛋白质的性质 3.6 蛋白质及氨基酸的分离纯化与测定蛋白质及氨基酸的分离纯化与测定 本章小结本章小结 习题习题3.1 蛋白质概述蛋白质概述赵丹丹第3章 蛋白质化学4一、蛋白质的来源和分布一、蛋白质的来源和分布p Protein：蛋白质，来源于希腊文含义是：蛋白质，来源于希腊文含义是 “最原初的最原初的”，“
2、第一重要的第一重要的”p 蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分l 分布广：所有器官、组织、细胞都含有蛋白质分布广：所有器官、组织、细胞都含有蛋白质l 含量高：蛋白质是动物细胞内最丰富的有机分子，含量高：蛋白质是动物细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的占人体干重的45%赵丹丹第3章 蛋白质化学5二、蛋白质的组成二、蛋白质的组成p C、H、O;一定比例的一定比例的N;少量的少量的S;有些蛋白质含有有些蛋白质含有P、Fe、Cu、I、Zn和和Mo等微量元素等微量元素元素元素%CONHSP、Fe、Cu等等5023703微量微量赵丹丹第3章 蛋白质化学6 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各
3、种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点赵丹丹第3章 蛋白质化学7三聚氰胺三聚氰胺CNCNCNNH2H2NNH284/126=?C3H6N6赵丹丹第3章 蛋白质化学8三、蛋白质的定义三、蛋白质的定义从蛋白质化学结构的出发：从蛋白质化学
4、结构的出发：蛋白质蛋白质(protein)是由多种氨基酸是由多种氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。赵丹丹第3章 蛋白质化学9四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类p按蛋白质的分子形状分类按蛋白质的分子形状分类 纤维状蛋白质（纤维状蛋白质（fibrous protein）球状蛋白质（球状蛋白质（globular protein）p按蛋白质的组成成分分类按蛋白质的组成成分分类 单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein）结合蛋白质（结合蛋白质（conjugated protein）p按蛋白质的生物
5、学功能分类按蛋白质的生物学功能分类赵丹丹第3章 蛋白质化学10表 单纯蛋白质的不同种类和特点 名 称 特 点 清蛋白（albumin）球蛋白（globulin）谷蛋白（glutelin）醇溶蛋白（prolamine）组蛋白（histone）鱼精蛋白（protamine）硬蛋白（scleroprotein）溶于水及低浓度酸、碱或盐溶液。可被饱和（NH4）2SO4沉淀。广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白。溶于水的称假球蛋白（pseudoglobulin），不溶于水而溶于低浓度中性盐溶液的称优球蛋白（euglobulin）。可被半饱和（NH4）2SO4沉淀。普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、
6、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。易溶于低浓度的酸、碱溶液，不溶于水、醇和中性盐溶液，例如米谷蛋白（oryzenin）和麦谷蛋白（glutenin）。溶于 70%80%乙醇，不溶于水及无水乙醇。含脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链多。主要存在于植物种子中，如玉米醇溶蛋白（zein）和麦醇溶蛋白（gliadin）。溶于水及低浓度酸溶液，可被低浓度氨水沉淀。含碱性氨基酸如组氨酸、赖氨酸较多，呈碱性。是细胞核的组成成分之一。溶于水及低浓度酸溶液，不溶于氨水。含碱性氨基酸特别多，呈碱性。例如鲑精蛋白（salmin）。不溶于水、盐、低浓度酸和低浓度碱溶液。是动物体内结缔组织的蛋白及具保护功能的蛋白质。例如角蛋白、弹
7、性蛋白等。赵丹丹第3章 蛋白质化学11表 结合蛋白质的不同种类和辅基成分 名 称 辅基成分 核蛋白（nucleoprotein）糖蛋白（glycoprotein）脂蛋白（lipoprotein）金属蛋白（metalloprotein）黄素酶（flavoprotein）磷蛋白（phosphoprotein）辅基为核酸，存在于一切细胞中，如染色体、核糖体、AIDS 病毒和腺病毒等。含糖类（常为半乳糖、甘露糖、氨基己糖、葡萄糖醛酸等），分布在几乎所有动物组织中（如血液、骨骼、内脏、角膜、粘膜及生物膜等），许多细胞外基质蛋白属此类，如胶原蛋白、粘性蛋白，软骨素蛋白，蛋白聚糖和-球蛋白等。含脂类（如甘油
8、三酯、胆固醇、磷脂），存在于乳汁、血液、生物膜和细胞核中。如血浆脂蛋白（HDL、LDL 等），膜脂蛋白等。含金属。以含 Fe 的血红素为辅基的血红素蛋白（hemoprotein），如血红蛋白、Cytc、过氧化氢酶和硝酸盐还原酶等。再如含 Fe的铁蛋白（ferritin），含 Zn 的乙醇脱氢酶，含 Cu 和 Fe 的 Cyt氧化酶、含 Mn 的丙酮酸羧化酶、含 Mo 的固氮酶等。含黄素，辅基为 FMN 和 FAD。如含 FAD 的琥珀酸脱氢酶、含 FMN的 NADH 脱氢酶、含 FMN 和 FAD 的二氢乳清酸脱氢酶、含 FMN和 FAD 的亚硫酸盐还原酶等。此类蛋白质中的 Ser、Thr 或
9、 Tyr 残基的羟基被磷酸酯化，如酪蛋白（casein）、卵黄蛋白、糖原磷酸化酶 a。赵丹丹第3章 蛋白质化学12表 不同组成、结构和特性的蛋白质的生物学功能 分类 举例 酶（enzyme）调节蛋白（regulatory protein）转运蛋白（transport protein）贮存蛋白（storage protein）结构蛋白（structural protein）收缩蛋白（contractile protein）支架蛋白（scaffold protein）保护蛋白（protective protein）异常蛋白（exotic protein）各种酶类 激素、受体、阻抑物、转录因子等 血
10、红蛋白、载脂蛋白、葡萄糖转运蛋白和血清清蛋白等 乳汁中的酪蛋白、蛋类中的卵清蛋白、植物种子中的醇溶蛋白-角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、丝蛋白等 肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、动力蛋白和驱动蛋白 信号传递转录激活剂（STAT）、胰岛素受体底物-1（IRS-1）等 免疫球蛋白、凝血酶、血纤维蛋白原、抗冻蛋白等 应乐果甜蛋白（monellin）、节肢弹性蛋白（resilin）赵丹丹第3章 蛋白质化学13五、蛋白质的生物学功能五、蛋白质的生物学功能生物界蛋白质种类生物界蛋白质种类估计有估计有10101012种种 p催化催化p调节调节p结构结构p运输运输p贮存贮存p运动运动p防御和保护防御和保护p支架支架
11、p特殊功能特殊功能请结合教材和相关资料请结合教材和相关资料自学蛋白质的生物学功能自学蛋白质的生物学功能赵丹丹第3章 蛋白质化学14Proteins are at the center of action in biological processes.proteinsMotion(myosin,actin)Material transport(hemoglobin)Metabolism(enzymes)Defense(antibodies,toxins)Mechanical support(collagen)Replication and repairing of genetic inform
12、ation (DNA and RNA polymerases)赵丹丹第3章 蛋白质化学15Hemoglobin transports O2 and CO2The red blood cells(each containing about 300 million HBs)The heme group that reversibly binds O2With aWith aa a2 2b b2 2 structure structure赵丹丹第3章 蛋白质化学16Vertebrates use antibodies to defend(i.e.,to neutralize antigens)Ant
13、igenAntibody(IgG:with aH2L2 structure)The antigenbinding site of an antibodydefense赵丹丹第3章 蛋白质化学17Muscle contraction depends on the reversible interaction between myosin and actinActin filamentMyosinATP hydrolysis赵丹丹第3章 蛋白质化学18Luciferase allows firefly to emit light.Enzyme catalysis3.2 氨基酸氨基酸（Amino a
14、cid,Aa）蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位赵丹丹第3章 蛋白质化学20前言前言:氨基酸是蛋白质的基本结构单位氨基酸是蛋白质的基本结构单位pProteins can be reduced to their constituent amino acids by a variety of methodsp通过水解蛋白质来研究其结构和组成通过水解蛋白质来研究其结构和组成l酸水解酸水解l碱水解碱水解l酶水解酶水解赵丹丹第3章 蛋白质化学21方法一方法一 酸水解酸水解p 酸水解常用于蛋白质的分析和制备酸水解常用于蛋白质的分析和制备p 方法：方法：5 10倍的倍的20%HCl煮沸回流煮沸回流16
15、 24小时或加压在小时或加压在120C水解水解12小时小时p 产物产物:L-氨基酸氨基酸p 优点：所用的酸可以除掉。优点：所用的酸可以除掉。HCl可以加热蒸发除去，当用可以加热蒸发除去，当用20%H2SO4水解时水解时,可加可加Ba2+或或Ca2+沉淀除去沉淀除去SO42-p 缺点：营养价值高的色氨酸全被破坏，与含醛基化合物缺点：营养价值高的色氨酸全被破坏，与含醛基化合物(糖糖)生成腐黑质。含羟基的氨基酸（丝氨酸生成腐黑质。含羟基的氨基酸（丝氨酸,苏氨酸苏氨酸,酪氨酪氨 酸）大部分被破坏酸）大部分被破坏赵丹丹第3章 蛋白质化学22方法二方法二 碱水解碱水解p 碱水解法一般很少使用碱水解法一般很
16、少使用p 方法：方法：6mol/LNaOH 或或 4mol/L Ba(OH)2煮沸煮沸6小时小时p 产物产物:水解产生的氨基酸发生旋光异构作用水解产生的氨基酸发生旋光异构作用,产生产生D-型、型、L-型两类氨基酸型两类氨基酸,因此有外消旋现象因此有外消旋现象p 优点：优点：色氨酸不被破坏色氨酸不被破坏,水解液清亮水解液清亮p 缺点：丝氨酸缺点：丝氨酸,苏氨酸苏氨酸,赖氨酸赖氨酸,胱氨酸等大部分被破坏。因胱氨酸等大部分被破坏。因旋光异构产生的旋光异构产生的D-型氨基酸不能被人体分解利用型氨基酸不能被人体分解利用,因此氨因此氨基酸的营养价值减半基酸的营养价值减半赵丹丹第3章 蛋白质化学23方法三方
17、法三 酶水解酶水解p 包括：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶或糜蛋白酶及胃蛋白酶包括：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶或糜蛋白酶及胃蛋白酶p 方法：使用一些蛋白酶方法：使用一些蛋白酶,常温常压常温常压,36 C60 C,pH28p 产物产物:由于水解方法和条件不同由于水解方法和条件不同,可得到不同程度降解物可得到不同程度降解物蛋白质蛋白质 多肽多肽 二肽二肽 氨基酸氨基酸p 优点：条件温和优点：条件温和,氨基酸完全不被破坏氨基酸完全不被破坏,不发生旋光异构不发生旋光异构p 缺点：水解不彻底缺点：水解不彻底,除了氨基酸以外除了氨基酸以外,中间产物较多中间产物较多赵丹丹第3章 蛋白质化学243.2.1 氨基酸的结构特
18、征氨基酸的结构特征 氨基酸氨基酸(Amino acid，简称，简称Aa)是蛋白质是蛋白质的基本结构单位的基本结构单位,是具有氨基的羧酸是具有氨基的羧酸（脯氨（脯氨酸除外）酸除外）。存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有500多种，但多种，但组成人体蛋白质的常见氨基酸仅有组成人体蛋白质的常见氨基酸仅有20种，且种，且均属均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。赵丹丹第3章 蛋白质化学25天然氨基酸（天然氨基酸（L-氨基酸）氨基酸）a1、氨基酸的结构通式、氨基酸的结构通式赵丹丹第3章 蛋白质化学26 When the R-group contains additional ca
19、rbons in a chain,they are designated,etc.,proceeding out from the a a carbon.R赵丹丹第3章 蛋白质化学2720种种常常见见氨氨基基酸酸及及简简写写符符 号号（书（书70页）页）赵丹丹第3章 蛋白质化学283.2.2 氨基酸的分类氨基酸的分类方法一方法一p组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸l组成蛋白质的常见氨基酸组成蛋白质的常见氨基酸l组成蛋白质的不常见氨基酸组成蛋白质的不常见氨基酸p非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸（20种种）方法二方法二p必需氨基酸必需氨基酸p非必需氨基酸非必需氨基酸赵丹丹第3章 蛋白质化学291、组
20、成蛋白质的、组成蛋白质的20种常见氨基酸分类种常见氨基酸分类 根据氨基酸根据氨基酸 R-基的酸碱性质分类基的酸碱性质分类 酸性酸性2种；种；碱性碱性3种；种；中性中性15种种 根据氨基酸根据氨基酸 R-基的化学结构分类基的化学结构分类 芳香族芳香族3种种；杂环杂环3种种；含羟基含羟基3种；种；酸性氨基酸酰胺酸性氨基酸酰胺2种种；含硫含硫2种（含巯基种（含巯基1种）；种）；亚氨基酸亚氨基酸1种种 根据氨基酸根据氨基酸 R-基团的极性分类基团的极性分类 极性带正电荷的氨基酸极性带正电荷的氨基酸 极性带负电荷的氨基酸极性带负电荷的氨基酸 极性不带电荷氨基酸极性不带电荷氨基酸 非极性氨基酸非极性氨基酸
21、作业：精读书作业：精读书72-74页内容页内容赵丹丹第3章 蛋白质化学30Aa-1 Aa-1 酸性氨基酸酸性氨基酸 极性极性 带负电荷带负电荷天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸赵丹丹第3章 蛋白质化学31赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸 组氨酸组氨酸Aa-2 Aa-2 碱性氨基酸碱性氨基酸 极性极性 带正电荷带正电荷赵丹丹第3章 蛋白质化学32Aa-3 中性氨基酸，非极性，脂肪族中性氨基酸，非极性，脂肪族甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸/甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸赵丹丹第3章 蛋白质化学33Aa-4 Aa-4 芳香族芳香族苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨
22、酸赵丹丹第3章 蛋白质化学34丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸 半胱氨酸半胱氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺Aa-4 Aa-4 极性，不带电极性，不带电赵丹丹第3章 蛋白质化学35 胱氨酸胱氨酸:由两个半胱氨酸的巯基氧化后生由两个半胱氨酸的巯基氧化后生 成，成，在动物的毛、发、角、蹄等蛋白中含量多。在动物的毛、发、角、蹄等蛋白中含量多。二硫键二硫键赵丹丹第3章 蛋白质化学36p碱性氨基酸碱性氨基酸p酸性氨基酸酸性氨基酸p酸性氨基酸酸性氨基酸酰胺酰胺p含羟基含羟基氨基酸氨基酸p含硫含硫氨基酸氨基酸p芳香族氨基酸芳香族氨基酸p杂环族氨基酸杂环族氨基酸p亚氨基酸亚氨基酸p脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 Arg
23、,Lys,His Asp,Glu Gln,Asn Ser,Thr,Tyr Cys,Met Phe,Trp,Tyr Pro,Trp,His Pro Gly,Ala,Val,Leu,Ile中性氨基酸中性氨基酸极性不带电氨基酸极性不带电氨基酸极性带正电极性带正电极性带负电极性带负电非极性氨基酸非极性氨基酸赵丹丹第3章 蛋白质化学372、组成蛋白质的不常见氨基酸、组成蛋白质的不常见氨基酸p在蛋白质合成后由相应的常见氨基酸修饰形成在蛋白质合成后由相应的常见氨基酸修饰形成 4羟羟(基基)脯氨酸脯氨酸5羟羟(基基)赖氨酸赖氨酸硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸链霉素链霉素6N甲基赖氨酸甲基赖氨酸 羧基谷氨酸羧基谷氨酸
24、赵丹丹第3章 蛋白质化学38p同样具有生物活性，功能不同同样具有生物活性，功能不同细菌细胞壁肽聚糖中有细菌细胞壁肽聚糖中有D-谷氨酸和谷氨酸和D-丙氨酸；丙氨酸；抗生素短杆菌肽抗生素短杆菌肽S中含有中含有D-苯丙氨酸；苯丙氨酸；肌肽和鹅肌肽中的肌肽和鹅肌肽中的-丙氨酸是遍多酸的组成成分；丙氨酸是遍多酸的组成成分；-氨基丁酸由谷氨酸脱羧产生，是神经递质；氨基丁酸由谷氨酸脱羧产生，是神经递质；肌氨酸是一碳单位代谢中间物，它和肌氨酸是一碳单位代谢中间物，它和D-缬氨酸是放线菌素缬氨酸是放线菌素D的结构成分；的结构成分；瓜氨酸和鸟氨酸瓜氨酸和鸟氨酸是尿素循环的中间产物。是尿素循环的中间产物。鸟氨酸鸟氨
25、酸瓜氨酸瓜氨酸3、非蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸赵丹丹第3章 蛋白质化学394、必需氨基酸、必需氨基酸p 必需氨基酸（必需氨基酸（essential amino acid）是人或动物机体自身）是人或动物机体自身不能合成，必需由食物提供的氨基酸不能合成，必需由食物提供的氨基酸p 人体必需氨基酸有人体必需氨基酸有8种，即：种，即：赖赖氨酸、氨酸、色色氨酸、氨酸、苯丙苯丙氨酸、氨酸、蛋蛋氨酸、氨酸、苏苏氨酸、氨酸、缬缬氨酸、氨酸、异亮异亮氨酸、氨酸、亮亮氨酸氨酸p婴幼儿体内婴幼儿体内精精氨酸和氨酸和组组氨酸为半必需氨基酸氨酸为半必需氨基酸p动物种类不同，其必需氨基酸也不同动物种类不同，其必需氨基酸也
26、不同(书书303页页)赵丹丹第3章 蛋白质化学403.2.3 氨基酸的性质氨基酸的性质p物理性质物理性质p酸碱性质酸碱性质p紫外吸收紫外吸收p化学性质化学性质赵丹丹第3章 蛋白质化学411、氨基酸物理性质、氨基酸物理性质p构成蛋白质的构成蛋白质的-氨基酸为无色晶体；氨基酸为无色晶体；p氨基酸晶体由离子晶格组成，熔点较高；氨基酸晶体由离子晶格组成，熔点较高；p一般能溶于水、低浓度酸或低浓度碱中，但不溶于有机一般能溶于水、低浓度酸或低浓度碱中，但不溶于有机溶剂；通常酒精可把氨基酸从其溶液中析出；溶剂；通常酒精可把氨基酸从其溶液中析出；p除甘氨酸外都有旋光性。除甘氨酸外都有旋光性。赵丹丹第3章 蛋白
27、质化学422、氨基酸酸碱性质、氨基酸酸碱性质p同一氨基酸分子中含有碱性的氨基（同一氨基酸分子中含有碱性的氨基（-NH2）和酸性的羧）和酸性的羧基（基（-COOH），成为），成为两性电解质两性电解质p氨基酸的氨基酸的-COOH基可解离释放基可解离释放H+，其自身变为，其自身变为COO，释放出的释放出的H+离子与离子与-NH2结合，使结合，使-NH2基变成基变成-NH3+，此，此时氨基酸成为同一分子上带有正、负两种电荷的时氨基酸成为同一分子上带有正、负两种电荷的偶极离偶极离子子或或称兼性离子称兼性离子p氨基酸的氨基和羧基的解离情况以及氨基酸本身带电情氨基酸的氨基和羧基的解离情况以及氨基酸本身带电情
28、况取决于它况取决于它所处环境的酸碱性所处环境的酸碱性赵丹丹第3章 蛋白质化学43当它处于酸性环境时，由于当它处于酸性环境时，由于 -COO结合结合H+而使氨基酸带正电荷；而使氨基酸带正电荷；当它处于碱性环境时，由于当它处于碱性环境时，由于 -NH3+的解离而使氨基酸带负电荷；的解离而使氨基酸带负电荷；当它处于某一当它处于某一pH值时，氨基酸所带正电荷和负电荷相等，值时，氨基酸所带正电荷和负电荷相等，即净电荷为零，此即净电荷为零，此pH值称为值称为氨基酸的等电点氨基酸的等电点（isoelectric point），用），用pI表示。表示。氨基酸在等电点时，在电场中既不向正极也不向负极移氨基酸在等
29、电点时，在电场中既不向正极也不向负极移动，由于静电作用，溶解度最小，容易沉淀。利用这一动，由于静电作用，溶解度最小，容易沉淀。利用这一性质可以分离制备某些氨基酸。性质可以分离制备某些氨基酸。氨基酸等电点氨基酸等电点赵丹丹第3章 蛋白质化学44pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI+H+OH-+H+pHpICHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+赵丹丹第3章 蛋白质化学52pPhe的最大光吸收在的最大光吸收在257nmpTyr的最大光吸收在的最大
30、光吸收在275nmpTrp的最大光吸收在的最大光吸收在280nmp蛋白质含有芳香族氨基酸，蛋白质含有芳香族氨基酸，所以也有紫外吸收能力，所以也有紫外吸收能力，一般在一般在280nm波长处，波长处，可利用分光光度法可利用分光光度法 来测定样品中蛋白质的含量。来测定样品中蛋白质的含量。3、氨基酸紫外吸收、氨基酸紫外吸收赵丹丹第3章 蛋白质化学53氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点结构决定性质结构决定性质 -氨基、氨基、-羧基、侧链上的功能基团羧基、侧链上的功能基团-氨基氨基 -羧基羧基 -氨基氨基&-羧基羧基 R基基 与亚硝酸反应与亚硝酸反应 成盐反应成盐反应 与茚三酮反应与茚三酮反应 与甲醛反应与
31、甲醛反应 成酯反应成酯反应 成肽反应成肽反应 与与DNFB反应反应 酰化反应酰化反应 酰化反应酰化反应 叠氮反应叠氮反应 成盐反应成盐反应 脱羧基反应脱羧基反应 形成希夫碱反应形成希夫碱反应 脱氨基反应脱氨基反应 4、氨基酸化学性质、氨基酸化学性质氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点结构决定性质结构决定性质 -氨基、氨基、-羧基、侧链上的功能基团羧基、侧链上的功能基团-氨基氨基 -羧基羧基 -氨基氨基&-羧基羧基 R基基 与亚硝酸反应与亚硝酸反应 成盐反应成盐反应 与茚三酮反应与茚三酮反应 与甲醛反应与甲醛反应 成酯反应成酯反应 成肽反应成肽反应 与与DNFB反应反应 酰化反应酰化反应 酰化反应酰
32、化反应 叠氮反应叠氮反应 成盐反应成盐反应 脱羧基反应脱羧基反应 形成希夫碱反应形成希夫碱反应 脱氨基反应脱氨基反应 赵丹丹第3章 蛋白质化学54（1）-氨基参与的氨基参与的7个反应个反应赵丹丹第3章 蛋白质化学55Van Slyke(范斯莱克范斯莱克)法测定氨基酸法测定氨基酸测定生成氮气的体积测定生成氮气的体积计算氨基酸的量计算氨基酸的量&蛋白质的水解程度蛋白质的水解程度-氨基与亚硝酸反应氨基与亚硝酸反应赵丹丹第3章 蛋白质化学56Sorensen甲醛滴定法测定氨基酸甲醛滴定法测定氨基酸-氨基与甲醛反应氨基与甲醛反应氨基酸的羟甲基衍生物氨基酸的羟甲基衍生物 降低了氨基的碱性，降低了氨基的碱性
33、，使使pK2减少了减少了23个单位个单位赵丹丹第3章 蛋白质化学57Sanger法法测定测定肽链测定测定肽链N-末端氨基酸残基末端氨基酸残基 注：注：2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯 2,4-DNFB Sanger试剂试剂-氨基的烃基化反应（氢氨基的烃基化反应（氢烃基取代）烃基取代）之一：之一：-氨基与氨基与2,4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应 2,4-DNFB DNP-氨基酸氨基酸 稳定的黄色二硝基苯氨基酸稳定的黄色二硝基苯氨基酸赵丹丹第3章 蛋白质化学58-氨基的烃基化反应（氢氨基的烃基化反应（氢烃基取代）烃基取代）之二：之二：-氨基与苯异硫氰酸酯反应氨基与苯异硫氰酸酯反应PITCPTC-氨基
34、酸氨基酸PTH-氨基酸氨基酸 Edman法法测定测定肽链肽链N-末端氨基酸残基末端氨基酸残基注：注：苯异硫氰酸酯苯异硫氰酸酯PITC 苯氨基硫甲酰苯氨基硫甲酰PTC 苯乙内酰硫脲苯乙内酰硫脲PTH赵丹丹第3章 蛋白质化学59氨基酸氨基酸+酰氯酰氯/酸酐：氢酸酐：氢酰基取代酰基取代，酰化，酰化在蛋白质和多肽人工合成中，酰化试剂可作为氨基的保护剂。在蛋白质和多肽人工合成中，酰化试剂可作为氨基的保护剂。丹磺酰氯丹磺酰氯可用于多肽链可用于多肽链N末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。-氨基的酰化反应（氢氨基的酰化反应（氢酰基取代酰基取代）卞氧酰氯卞氧酰氯 卞氧
35、酰氨基酸卞氧酰氨基酸 苯二甲酸酐苯二甲酸酐 苯二甲酰氨酸苯二甲酰氨酸 赵丹丹第3章 蛋白质化学60-氨基的成盐反应氨基的成盐反应 水解蛋白质水解蛋白质 氨基酸盐酸盐氨基酸盐酸盐-氨基形成希夫碱的反应氨基形成希夫碱的反应-氨基脱氨基反应氨基脱氨基反应希夫碱希夫碱=Schiffs base引起食品褐变引起食品褐变 生物体内经氨基酸氧化酶催化：生物体内经氨基酸氧化酶催化：-氨基氨基 -酮基酮基赵丹丹第3章 蛋白质化学61（2）-羧基参与的羧基参与的5个反应个反应赵丹丹第3章 蛋白质化学62氨基酸的氨基酸的-羧基可以和碱作用生成盐羧基可以和碱作用生成盐其中，重金属盐不溶于水。其中，重金属盐不溶于水。-
36、羧基的成盐反应羧基的成盐反应赵丹丹第3章 蛋白质化学63p在蛋白质人工合成中可用成酯反应将在蛋白质人工合成中可用成酯反应将氨基酸活化。氨基酸活化。p氨基酸的羧基被酯化后氨基酸的羧基被酯化后 羧基的化学反应性能被掩蔽或者羧基被保护羧基的化学反应性能被掩蔽或者羧基被保护 氨基的化学反应性能被加强或者氨基被活化氨基的化学反应性能被加强或者氨基被活化 氨基更易起氨基更易起酰化反应和烃化反应酰化反应和烃化反应。为什么要在碱性溶液中进行？为什么要在碱性溶液中进行？p各种氨基酸与醇所成的酯的沸点不同，成酯反应也可用于各种氨基酸与醇所成的酯的沸点不同，成酯反应也可用于氨基酸的分离纯化，可进行酯化反应后的氨基酸
37、的分离纯化，可进行酯化反应后的氨基酸分级蒸馏分离氨基酸分级蒸馏分离。-羧基的成酯反应羧基的成酯反应赵丹丹第3章 蛋白质化学64-羧基的酰化反应羧基的酰化反应反应能使氨基酸的羧基活化，常用于肽的人工合成。反应能使氨基酸的羧基活化，常用于肽的人工合成。赵丹丹第3章 蛋白质化学65-羧基的脱羧基反应羧基的脱羧基反应-羧基的叠氮反应羧基的叠氮反应反应能使氨基酸的羧基活化，常用于肽的人工合成。反应能使氨基酸的羧基活化，常用于肽的人工合成。赵丹丹第3章 蛋白质化学66（3）-氨基氨基&-羧基共同参与的羧基共同参与的2个反应个反应赵丹丹第3章 蛋白质化学67 茚三酮的反应茚三酮的反应蓝紫色物质蓝紫色物质黄色
38、物质黄色物质反应是氨基酸的特异性化学反应反应是氨基酸的特异性化学反应,常用于氨基酸定性、定量测定。常用于氨基酸定性、定量测定。p 反应放出的反应放出的CO2可用定量法测定其体积可用定量法测定其体积,推测出氨基酸的量。推测出氨基酸的量。p 反应生成的蓝紫色化合物可在反应生成的蓝紫色化合物可在570nm波长比色测定波长比色测定Aa的含量，的含量，在在0.550g内内,Aa量与蓝紫色化合物的颜色深浅成正比。量与蓝紫色化合物的颜色深浅成正比。p 茚三酮反应常用于茚三酮反应常用于Aa的纸层析、薄层层析及电泳的显色。的纸层析、薄层层析及电泳的显色。成肽的反应成肽的反应赵丹丹第3章 蛋白质化学68Trp T
39、rp（4）侧链）侧链R-参与的反应及用途参与的反应及用途3.3 肽肽（peptide）氨基酸氨基酸肽肽蛋白质蛋白质赵丹丹第3章 蛋白质化学70p肽（肽（peptide）是氨基酸的线性聚合物，常称肽链）是氨基酸的线性聚合物，常称肽链（peptide chain）。蛋白质是由一条或多条具有特定）。蛋白质是由一条或多条具有特定氨基酸序列的多肽链构成的大分子。氨基酸序列的多肽链构成的大分子。p肽键（肽键（peptide bond）是由一个氨基酸的）是由一个氨基酸的a a-羧基与另羧基与另一个氨基酸的一个氨基酸的a a-氨基脱水缩合而形成的酰胺键。肽键氨基脱水缩合而形成的酰胺键。肽键是肽和蛋白质一级结构
40、的基本化学键。是肽和蛋白质一级结构的基本化学键。1、肽的概念、肽的概念赵丹丹第3章 蛋白质化学71肽键肽键肽键的形成肽键的形成赵丹丹第3章 蛋白质化学72p肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物p两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸缩，三分子氨基酸缩合则形成合则形成三肽三肽p肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。p人为规定：由人为规定：由20个以内氨基酸相连而成的肽称个以内氨基酸相连而成的肽称为为寡肽寡肽(oligopeptide)，
41、由更多的氨基酸相连形由更多的氨基酸相连形成的肽称成的肽称多肽多肽(polypeptide)。赵丹丹第3章 蛋白质化学73N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端p多肽链有两端多肽链有两端赵丹丹第3章 蛋白质化学74N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶赵丹丹第3章 蛋白质化学75p肽链的解读肽链的解读从从N-末端开始末端开始。p肽的命名：从肽链或蛋白质分子的肽的命名：从肽链或蛋白质分子的N-末端开始，末端开始，在每个氨基酸残基后面加在每个氨基酸残基后面加“酰酰”字，最后一个氨字，最后一个氨基酸残基称为
42、某氨基酸。基酸残基称为某氨基酸。丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸赵丹丹第3章 蛋白质化学76组成肽键的组成肽键的4个原子个原子(C,O,N,H)和和2个相邻的个相邻的C原子倾向原子倾向于共平面，称于共平面，称肽平面肽平面，在肽链折叠成三维结构中很重要。，在肽链折叠成三维结构中很重要。限制绕肽键的自由旋转，肽主链的每个氨基酸残基限制绕肽键的自由旋转，肽主链的每个氨基酸残基只有两个自由度：绕只有两个自由度：绕N-C单键的旋转和绕单键的旋转和绕C-C单键的旋转。单键的旋转。C-N键的长度为键的长度为0.133nm，比正常的，比正常的C-N键（键（0.145nm）短，）短，
43、但比典型的但比典型的C=N键（键（0.125nm）长。）长。肽键中酰胺肽键中酰胺N带正电荷，羰基带正电荷，羰基O带负电荷，表明肽键具有永久偶极。带负电荷，表明肽键具有永久偶极。2、肽键共振产生结果、肽键共振产生结果赵丹丹第3章 蛋白质化学77肽键形成刚性平面结构肽键形成刚性平面结构赵丹丹第3章 蛋白质化学78谷胱甘肽谷胱甘肽p谷胱甘肽谷胱甘肽p与神经传导有关的神经肽与神经传导有关的神经肽 脑啡肽、内啡肽、强啡肽、脑啡肽、内啡肽、强啡肽、P物质物质p抗菌肽抗菌肽 青霉素、青霉素、短杆菌肽短杆菌肽S、放线菌素、放线菌素Dp肽类激素肽类激素 催产素、加压素、胰高血糖素、胃泌素催产素、加压素、胰高血糖
44、素、胃泌素3、生物活性肽、生物活性肽赵丹丹第3章 蛋白质化学79谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)结构结构-羧基羧基-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸赵丹丹第3章 蛋白质化学80GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+还原型谷胱甘肽简写为还原型谷胱甘肽简写为GSH氧化型谷光甘肽简写为氧化型谷光甘肽简写为G-S-S-G赵丹丹第3章 蛋白质化学81p解毒功能解毒功能。谷胱甘肽的。谷胱甘肽的SH-的嗜核性能可和嗜的嗜核性能可和嗜电子的毒物如致癌剂和药物等结合，从而避电子的毒物如致癌剂和药物等结合，从而避免这
45、些毒物和免这些毒物和DNA、RNA和蛋白质的结合。和蛋白质的结合。p细胞内重要的还原剂细胞内重要的还原剂。保护蛋白质中的保护蛋白质中的SH-免遭氧化，以免失活免遭氧化，以免失活能还原细胞内产生的能还原细胞内产生的H2O2，使其变成，使其变成H2Op跨膜转运跨膜转运。谷胱甘肽通过谷胱甘肽通过-谷氨酰循环完成氨谷氨酰循环完成氨基酸的跨膜转运。基酸的跨膜转运。谷胱甘肽的生物学作用谷胱甘肽的生物学作用3.4 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构（Molecular structure of protein）赵丹丹第3章 蛋白质化学83蛋白质的分子质量很大，结构十分复杂。蛋白质的分子质量很大，结构十分复杂。
46、一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级结构高级结构初级结构初级结构一级结构是蛋白质高级结构和特异生物学功能的基础一级结构是蛋白质高级结构和特异生物学功能的基础赵丹丹第3章 蛋白质化学84Levels of structure in proteins赵丹丹第3章 蛋白质化学853.4.1 蛋白质的化学结构蛋白质的化学结构p定义：定义：蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质的一级结构是指肽链中氨
47、基酸的排列顺序。p主要的化学键：主要的化学键：l肽键肽键(peptide bond)l二硫键二硫键(disulfide bond)p蛋白质分子的一级结构称为共价结构蛋白质分子的一级结构称为共价结构 蛋白质的一级结构的测定蛋白质的一级结构的测定p一级结构是高级结构和特异生物学功能的基础一级结构是高级结构和特异生物学功能的基础赵丹丹第3章 蛋白质化学861953，F.Sanger（Cambridge）has Sequenced the first Protein Insulin 赵丹丹第3章 蛋白质化学87测定蛋白质中多肽链的数目测定蛋白质中多肽链的数目 拆分蛋白质分子中的多条肽链拆分蛋白质分子中
48、的多条肽链 断裂肽链内部的二硫键断裂肽链内部的二硫键 测定每一肽链的氨基酸组成测定每一肽链的氨基酸组成 鉴定肽链的鉴定肽链的N-末端和末端和C-末端残基末端残基 断开肽链成较小的肽段断开肽链成较小的肽段，分别进行分析，分别进行分析测定各肽段的氨基酸序列，一般采用测定各肽段的氨基酸序列，一般采用Edman降解法降解法拼凑读出肽链的一级结构拼凑读出肽链的一级结构 蛋蛋白白质质测测序序步步骤骤酸、碱、盐或酸、碱、盐或其它变性剂破坏其它变性剂破坏非共价键连接非共价键连接 赵丹丹第3章 蛋白质化学88pN-末端二硫键打开末端二硫键打开 通常采用氧化还原法通常采用氧化还原法:用过量的用过量的-巯基乙醇、巯
49、基乙醇、处理处理 二硫苏糖醇二硫苏糖醇(DTT)用烷化剂保护，如用烷化剂保护，如碘乙酸碘乙酸还原生成的还原生成的 Cys的巯基，以防止它重新被氧化的巯基，以防止它重新被氧化赵丹丹第3章 蛋白质化学89pN-末端末端氨基酸的鉴定氨基酸的鉴定 主要包括：主要包括：DNFB法法(Sanger法法)DNP-氨基酸氨基酸苯异硫氰酸酯法苯异硫氰酸酯法(Edman法法)PTH-氨基酸氨基酸二甲氨基萘二甲氨基萘/丹磺酰氯法丹磺酰氯法(DNS-Cl法法)DNS-氨基酸氨基酸氨肽酶法：氨肽酶法：N-端逐个肽链外切酶端逐个肽链外切酶pC-末端末端氨基酸的鉴定氨基酸的鉴定 主要包括：主要包括：肼解法肼解法 C-末端氨
50、基酸末端氨基酸+(n-1)个氨基酸酰肼个氨基酸酰肼羧肽酶法羧肽酶法 C-端逐个肽链外切酶端逐个肽链外切酶 羧肽酶羧肽酶A（牛）（牛）除除Pro Arg Lys以外以外 除除Pro 羧肽酶羧肽酶B（猪）（猪）只水解碱性氨基酸只水解碱性氨基酸 羧肽酶羧肽酶C（柑橘（柑橘)Pro 羧肽酶羧肽酶Y（面包）任何（面包）任何赵丹丹第3章 蛋白质化学90p断开肽链成较小肽段的方法断开肽链成较小肽段的方法溴化氰溴化氰(CNBr)裂解裂解-只切只切Met-COOH用羟胺断裂用羟胺断裂-NaOH在在pH9下能切下能切Asn-Gly之间的肽键，之间的肽键，但专一性不强，但专一性不强，Asn-Leu及及Asn-Ala
