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第一大章 蛋白质

第一大章 蛋白质. 第一篇 生物分子的结构和化学. 湖北大学生命科学学院 5 楼 B-503 室 : 027-50865613 yangyanyan@hubu.edu.cn. 为什么要研究蛋白质 ? 蛋白质功能的多样性 （ P72). 催化作用：酶，生命活动的核心 调节：调节和控制各种生命活动。激素：胰岛素，生长素 … 转运：血红蛋白和肌红蛋白运输氧；细胞色素 C 传递电子；离子通道 贮藏：作为生长发育的原料和能量 运动：肌球蛋白和肌动蛋白；细菌的鞭毛和纤毛蛋白 结构成分：毛发中的角蛋白，肌腱中的胶原蛋白 支架作用：细胞骨架中的支架蛋白

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第一大章 蛋白质

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  1. 第一大章 蛋白质 第一篇 生物分子的结构和化学 湖北大学生命科学学院 5楼B-503室: 027-50865613 yangyanyan@hubu.edu.cn

  2. 为什么要研究蛋白质? 蛋白质功能的多样性（P72) • 催化作用：酶，生命活动的核心 • 调节：调节和控制各种生命活动。激素：胰岛素，生长素… • 转运：血红蛋白和肌红蛋白运输氧；细胞色素C传递电子；离子通道 • 贮藏：作为生长发育的原料和能量 • 运动：肌球蛋白和肌动蛋白；细菌的鞭毛和纤毛蛋白 • 结构成分：毛发中的角蛋白，肌腱中的胶原蛋白 • 支架作用：细胞骨架中的支架蛋白 • 预防和进攻：免疫反应中的抗体， • 凝血酶，蛇毒毒素

  3. 蛋白质的结构组织 一级结构(Primary structure)：多肽共价主链的氨基酸顺序 二级结构(Secondary structure)：多肽链借助氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象，如α-螺旋，β-折叠 三级结构(Tertiary structure)：多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象 四级结构(Quarternary structure)：寡聚蛋白中各亚基之间在空间上相互关系或结合方式 ..\..\Media\pdb\1GZX-Hb-OXY T STATE HAEMOGLOBIN.pdb

  4. 主要内容 第2章 蛋白质的构件——氨基酸 第3章 蛋白质的通性、纯化和表征 第4章 蛋白质的共价结构 第5章 蛋白质的三维结构 第6章 蛋白质的功能与进化

  5. 第2章 蛋白质的构件—氨基酸 蛋白质的化学组成和分类 蛋白质的水解 -氨基酸的一般结构 氨基酸的分类 氨基酸的酸碱性质 氨基酸的化学反应 氨基酸的旋光性和光谱性质 氨基酸混合物的分离分析

  6. 第2章 蛋白质的构件-氨基酸

  7. 一、蛋白质的化学组成和分类 元素组成： C（50）、H（7%）、O（23%）、 N（16%）、 S（0-3%），其它元素（P、Na、Fe、Mg、Ca ) 微量。 N的含量平均为16%——凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础 蛋白质含量=蛋白氮*6.25

  8. 一、蛋白质的化学组成和分类 *凯氏(Kjedahl)定氮法的计算：蛋白质含量 = 蛋白氮× 6.25 • 各个品牌奶粉中蛋白质含量为15-20%，蛋白质中含氮量平均为16%。以某合格牛奶蛋白质含量为2.8%计算，含氮量为0.44%，某合格奶粉蛋白质含量为18%计算，含氮量为2.88%。 • 三聚氰胺含氮量为66.6%，是牛奶的151倍，是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白质。 三聚氰胺奶粉事件

  9. 蛋 白 质 的 分 类 1. 按化学结构（P15, 表2-1） 简单蛋白――蛋白质完全由氨基酸组成。核糖核酸酶、胰岛素 缀（结）合蛋白――除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成分（辅基、配基）。如血红蛋白、核蛋白。 2. 按蛋白质的功能：酶、调节蛋白、转运蛋白、营养和贮存蛋白、防御蛋白质、收缩和游动蛋白、结构蛋白、支架蛋白、保护和开发蛋白等。

  10. 清蛋白 核蛋白 球蛋白 糖蛋白与蛋白聚糖 谷醇溶蛋白 脂蛋白 谷蛋白 血红素蛋白、黄素蛋白 鱼精蛋白 磷蛋白 组蛋白 金属蛋白 硬蛋白 （P.15 表2-1） 简单蛋白（按溶解性） 分子组成 缀合蛋白（按辅基）

  11. 蛋 白 质 的 分 类 球状蛋白 3.蛋白质形状 纤维状蛋白 • （按分子外形） • 球状蛋白质――分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好，能结晶。如血红蛋白、血清球蛋白。 • 纤维状蛋白质――对称性差，分子类似细棒或纤维状。 • 可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。 • 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白。

  12. 二、蛋白质的水解 酸水解 6 M HC1，真空，112-116℃，24小时。 优点：不容易引起水解产物的消旋化。得到L-氨基酸； 缺点：色氨酸Trp被破坏，羟基氨基酸（丝氨酸Ser, 苏氨酸Thr）部分被破坏，天冬酰氨Asn，谷氨酰胺Gln的酰胺基被水解。 碱水解 4 M NaOH (塑料小管, 如Teflon), 在112℃水解16小时。 多数氨基酸遭到不同程度的破坏，并产生消旋现象；但色氨酸Trp 是稳定的。

  13. 二、蛋白质的水解 碱水解可产生消旋，水解产物氨基酸为消旋物；且引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素；但不破坏色氨酸. 酶水解 不产生消旋作用，不破坏氨基酸；但水解不彻底。 常用的酶有：胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋白酶。 目的：部分水解，用于蛋白质肽谱分析或大蛋白质的一级结构分析。 13

  14. 三、-氨基酸的一般结构 除脯氨酸外，其他构成蛋白质的基本氨基酸均具有如下结构通式。各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。从蛋白质中分离出来的所有氨基酸（除甘氨酸外）都是L-型的-氨基酸. 不变部分 -氨基酸 可变部分

  15. COOH COO- H2N—Cα—H +H3N—Cα—H R R (不带电形式) (两性离子形式) • Cα如是不对称C（除Gly），则： • 具有两种立体异构体 [D-型和L-型] • 2. 具有旋光性 [左旋（-）或右旋（+）]

  16. 常见的蛋白质氨基酸（P.17 表2-2） 不常见的蛋白质氨基酸：由多肽中相应的常见氨基酸修饰而来 (p19 图2-7). 非蛋白质氨基酸：多数是蛋白质氨基酸的衍生物，也有D-型、β-、γ-、δ-氨基酸。一些是重要的代谢中间物 (图2-8)。 四、氨基酸的分类

  17. 20种基本氨基酸的简写符号

  18. 不常见蛋白质氨基酸 4-羟脯氨酸 5-羟赖氨酸 ε-N-甲基赖氨酸 -羧基谷氨酸 磷酸丝氨酸 硒代半胱氨酸 非蛋白质氨基酸 肌氨酸 β-丙氨酸 -氨基丁酸 鸟氨酸（尿素合成） 瓜氨酸 （P.19）

  19. 构成蛋白质的20种基本氨基酸按侧链R极性可分为3类：非极性氨基酸、极性但不带电荷的氨基酸、带电荷的氨基酸。构成蛋白质的20种基本氨基酸按侧链R极性可分为3类：非极性氨基酸、极性但不带电荷的氨基酸、带电荷的氨基酸。 按R的化学结构也可分为3类：脂肪族氨基酸（15）、芳香族氨基酸（3）、杂环族氨基酸（2）。 四、氨基酸的分类

  20. 1.氨基酸按R基极性分类 非极性氨基酸: Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Phe, Trp, Met R基具极性不带电荷的氨基酸: Gly, Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, Gln R基带正电荷的氨基酸: Lys, Arg, His R基带负电荷的氨基酸: Asp, Glu

  21. 20 Amino Acids Nonpolar, hydrophobic Polar, uncharged Polar, charged http://www.people.virginia.edu/~rjh9u/aminacid.html

  22. 2. 根据R基化学结构分类 （1）脂肪族氨基酸（15） ：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr （2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr （3）杂环氨基酸：Trp、His 杂环亚氨基酸：Pro

  23. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine （R基）

  24. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine

  25. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine

  26. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine

  27. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine

  28. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 甲硫氨酸 Methionine

  29. 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine

  30. 脂肪族氨基酸 精氨酸 Arginine

  31. 脂肪族氨基酸 精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine

  32. 脂肪族氨基酸 天冬氨酸 Aspartate

  33. 脂肪族氨基酸 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate

  34. 脂肪族氨基酸 丝氨酸 Serine

  35. 脂肪族氨基酸 丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine

  36. 脂肪族氨基酸 天冬酰胺 Asparagine

  37. 脂肪族氨基酸 天冬酰胺 Asparagine 谷氨酰胺 Glutamine

  38. 杂环族氨基酸 脯氨酸 Proline

  39. 杂环族氨基酸 组氨酸 Histidine

  40. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine

  41. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine

  42. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Trytophan

  43. 五、氨基酸的酸碱性质 兼性离子 （偶极离子） 氨基酸的解离性质 氨基酸的等电点

  44. 1.兼性离子 氨基酸在中性pH时，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。

  45. 在不同的pH条件下，氨基酸的解离状态可随之发生变化（两性电解质）在不同的pH条件下，氨基酸的解离状态可随之发生变化（两性电解质） 2.氨基酸的解离性质 pH 强酸性 中性 强碱性 净电荷 +1 0 -1 阳离子 兼性离子 阴离子 A+（质子供体） A0等电点pI A-（质子受体）

  46. 氨基酸解离曲线 (1) 等电点(Isoelectric Point, pI) 净电荷为零时的pH值 当10mmolGly溶于水（ pH=6）用标准NaOH滴定，以摩尔数对pH作图（B，pH9.60为拐点）；若用标准HCI滴定，以摩尔数对pH作图（ A， pH2.34为拐点） 甘氨酸的等电点： 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKa1和pKa2的算术平均值。 A 【A0=A+】 B 【A0=A-】 pI = (2.34 + 9.6)/2 = 5.97

  47. 氨基酸解离曲线(2) 谷氨酸的等电点： 侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。 pI = (2.19 + 4.25)/2 = 3.22

  48. 氨基酸解离曲线(3) 组氨酸的等电点： 侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于净电荷为零的两性离子两边的pK’值的算术平均值。 pI= (9.17 + 6.0)/2 = 7.58

  49. 当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的正负电荷正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的正负电荷正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 表2-3 氨基酸解离常数、 pI 和比旋（P.21） 3.氨基酸的等电点

  50. 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值： pI= (pK1 + pK’2 )/2 侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于等电兼性离子两边的pK值的算术平均值。 酸性氨基酸： pI= (pK’1 + pK’R-COO-)/2 硷性氨基酸： pI= (pK’2 + pK’R-NH2 )/2 无论氨基酸侧链是否解离，其pI值均决定于净电荷为零的等电兼性离子两边的pK’值算术平均值。

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