蛋白質(zhì)概述第二章蛋白質(zhì)proteinProteinsarelinearpolymersof20differentaminoacids.The20aminoacidsbestowspecificfunctionalpropertiesonthepolymer(protein).Theyaretheembodimentofthetransitionfromone-dimensionalworldofsequencestothethreedimensionalworldofmoleculescapableofdiverseactivities.Proteinsatwork….Theyfunctionascatalysts,theytransportandstorenutriment,theyprovidemechanicalsupport

andimmuneprotection,theygeneratemovement,theytransmitnerveimpulses,theycontrolgrowthanddifferentiation,………………..蛋白質(zhì)參與了幾乎所有的生命活動過程。Therefore，蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)和功能物質(zhì)。一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成二、蛋白質(zhì)的大小和分子量三、蛋白質(zhì)的分類

一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成1.元素組成：碳50％-55%氫6.5-7.3％氧19-24％氮16%

硫0-3％其他微量蛋白質(zhì)的含量測定凱氏（Kjedahl）定氮法：根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質(zhì)的大概含量：蛋白質(zhì)含量=蛋白氮

6.256.25為蛋白質(zhì)系數(shù)，即1克氮所代表的蛋白質(zhì)量（克數(shù)）2.分子組成：

經(jīng)酸、堿和酶處理蛋白質(zhì)，使其徹底水解得到產(chǎn)物為氨基酸，組成蛋白質(zhì)的常見20種氨基酸（基本AA）中除脯氨酸外，均為

-氨基酸：不變部分可變部分二、蛋白質(zhì)的大小與分子量蛋白質(zhì)分子量：約6000到1000000道爾頓（Da）或更大。有些寡聚蛋白質(zhì)的分子量可高達數(shù)百萬甚至數(shù)千萬。三、蛋白質(zhì)的分類一）依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類Globularprotein和fibrousprotein球狀蛋白質(zhì)：globularprotein外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。纖維狀蛋白質(zhì)：fibrousprotein分子類似纖維或細棒。分子軸比(長軸／短軸)大于10二）依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類簡單蛋白(simpleprotein)：結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)prostheticgroup第一節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—氨基酸（Buildingblocksofproteins—aminoacid）一、氨基酸的分類二、氨基酸的理化性質(zhì)一、氨基酸的分類（一）根據(jù)來源分：內(nèi)源氨基酸和外源氨基酸（二）從營養(yǎng)學(xué)角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸IleMetValLeu

Trp

Phe

ThrLys一家寫兩三本書來（三）根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)來分：蛋白質(zhì)中常見氨基酸、蛋白質(zhì)中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸1、蛋白質(zhì)中20常見氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine(G)

中性氨基酸氨基乙酸1)脂肪族氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

中性氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine(A)-氨基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine(V)

中性氨基酸-氨基異戊酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine(L)

中性氨基酸-氨基異己酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine(I)

中性氨基酸-氨基--甲基戊酸中性氨基酸R基為中性烷基（Gly為H），對分子酸堿性影響很小，幾乎有相同的等電點（6.0）。從Gly至Ile，R基團疏水性增加，Ile是這20種氨基酸中脂溶性最強的之一（除Phe、Trp、Tyr

以外）。中性氨基酸一般位于在蛋白質(zhì)內(nèi)部，側(cè)鏈不被修飾。

中性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

甲硫氨酸

Methionine(M)

含硫氨基酸-氨基--甲硫基丁酸Met中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有親核性，易發(fā)生極化。在生物合成中是一種重要的甲基供體。氨基酸的結(jié)構(gòu)

甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine(C)含硫氨基酸-氨基--巰基丙酸Cys的R基中含-SH，兩個Cys的-SH氧化生成二硫鍵，生成胱氨酸。

Cys-SH+Cys-SHCys-S-S-Cys

二硫鍵利于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine（S）

含羥基氨基酸-氨基--羥基丙酸Ser的-OH基是一個極性基團，易與其它基團形成氫鍵，具有重要的生理意義。在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基。-OH易發(fā)生磷酸化修飾，以此調(diào)節(jié)酶的活性。氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine（T）

含羥基氨基酸-氨基--羥基丁酸Thr

中的-OH是仲醇，具有親水性，但-OH形成氫鍵的能力較弱，在蛋白質(zhì)活性中心中很少出現(xiàn)。氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine（R）-氨基--胍基戊酸Arg是堿性最強的氨基酸，pKa值為12.48，生理條件下完全質(zhì)子化。氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸Arginine賴氨酸

Lysine（K），-二氨基己酸Lys側(cè)鏈氨基的pKa為10.53，生理條件下側(cè)鏈帶一個正電荷。此外，它的側(cè)鏈有4個C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate（D）

酸性氨基酸-氨基丁二酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate

谷氨酸

Glutamate（E）

酸性氨基酸-氨基戊二酸Asp、Glu側(cè)鏈羧基pKa分別為3.86和4.25。它們在生理條件下帶有負電荷。氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺

Asparagine(Asn；N)

含酰胺氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺Asparagine谷氨酰胺

Glutamine(Gln；Q)

含酰胺氨基酸

Asp和Gln易發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)在生物合成和代謝中有重要意義。氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine（F）-氨基--苯基丙酸2)芳香族氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine（Y）-氨基--對羥苯基丙酸氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Tryptophan（Trp；W）-氨基--吲哚基丙酸芳香族氨基酸都具有共軛π電子體系，易與其它缺電子體系或π電子體系形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(charge-transfercomplex)，在分子相互識別過程中具有重要作用。它們在紫外區(qū)有特征吸收峰。氨基酸的結(jié)構(gòu)

組氨酸

Histidine（H）-氨基--咪唑基丙酸3）雜環(huán)族氨基酸是側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種aa，在接近中性pH時，可離解平衡，具有緩沖能力。氨基酸的結(jié)構(gòu)

脯氨酸

Proline(P)-吡咯烷基--羧酸3）雜環(huán)族氨基酸Pro的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，Pro殘基處在骨架方向發(fā)生變化的位置。

按R基極性分類20種常見氨基酸(1)非極性R基氨基酸：8種—AlaValLeuIle

Phe

TrpProMet(2)不帶電荷的極性R基氨基酸：7種—SerThr

Tyr

Asn

Gln

Cys

Gly(3)帶負電荷R基氨基酸：2種—AspGlu(4)帶正電荷R基氨基酸：3種—LysArgHis非極性氨基酸一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷的氨基酸和極性氨基酸位于蛋白質(zhì)表面。酶的活性中心：His、Ser2.蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸有些氨基酸雖然不常見但在某些蛋白質(zhì)中存在。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。其結(jié)構(gòu)如下：

3.非蛋白氨基酸

廣泛存在于各種細胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不存在蛋白質(zhì)中的一類氨基酸（150多種），大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸

非蛋白氨基酸存在的意義：1.作為細菌細胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Ala2.作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸（VB3）、鳥氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)3.是神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)介質(zhì)：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作為一種N素的轉(zhuǎn)運和貯藏載體（刀豆氨酸）5.防御作用：D-環(huán)Ser(抗生素）絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。二、氨基酸的理化性質(zhì)

（一）氨基酸的一般物理性質(zhì)

1.氨基酸的構(gòu)型和旋光性氨基酸都含有一個手性

-碳原子(Gly

除外），具有旋光性，有兩種光學(xué)異構(gòu)體：L型、D型。構(gòu)成protein的氨基酸均屬L-型(除Gly）。2.氨基酸的光吸收20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有Tyr、Phe和Trp有吸收光的能力。Tyr的

max＝275nmPhe的max＝257nm

Trp的max＝280nm（二）氨基酸的兩性性質(zhì)和等電點1.氨基酸的兩性解離性質(zhì)

①晶體溶點高，離子晶格，不是分子晶格。②氨基酸使水的介電常數(shù)增高（而乙醇、丙酮使水的介電常數(shù)降低），水溶液中氨基酸是以兼性離子的形式存在：。

實驗：α-COOHpK1在2.0左右，當(dāng)pH>3.5，α-羧基以-COO-形式存在。α-NH2pK2在9.4左右，當(dāng)pH<8.0時，α-氨基以α-NH+3形式存在。在pH3.5-8.0時，帶有相反電荷。因此，氨基酸在水溶液中是以兩性離子形式存在。ThechargeofanaminoaciddependsonpH氨基酸的等電點（isoeletricpoint）及其計算氨基酸的等電點：當(dāng)外液pH為某一pH值時，氨基酸分子中所含正電荷數(shù)和負電荷數(shù)正好相等即凈電荷為0，那么這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。氨基酸在等電點狀態(tài)下，溶解度最小。

pH>pI時，氨基酸帶負電荷，向正極移動。

pH=pI時，氨基酸凈電荷為零。

pH<pI時，氨基酸帶正電荷，向負極移動。中性氨基酸（R基不解離），其pI是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：pI=(pK1+pK2)/2

同樣，R基解離的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1+pK

R-COO-

)/2

堿性氨基酸：pI=(pK2+pKR-NH2)/2氨基酸等電點（pI）的計算：實際上：丙氨酸的滴定曲線：

1.00.500.51.013

2.酸堿滴定曲線(Titration)

Gly的兩性解離和滴定曲線H+OH-起點：100%Gly+

凈電荷：+1第一拐點：50%Gly+

和50%Gly±

平均凈電荷：+0.5

pH=pK1+lg[Gly±]/[Gly+]=pK1=2.34

第二拐點：100%Gly±

凈電荷：0等電點pI=5.97第三拐點：50%Gly±

和50%Gly-

平均凈電荷：-0.5

pH=pK2+lg[Gly-]/[Gly±]=pK2=9.6

終點：100%Gly-

凈電荷：-1應(yīng)用：（1）pH=pK

時，緩沖能力最大，等電點時緩沖能力最小。（2）氨基酸pI的計算。（3）不同pH下的組成分析和電泳行為

（4）利用pI和pK確定各種氨基酸適合的酸堿緩沖范圍。（5）計算氨基酸水溶液的pH值。根據(jù)P133頁表3-3中Glu的數(shù)據(jù)（pK1α-COOH2.19，pK2α-N+H39.67，pKRR-COOH4.25，pI3.22）①Glu-和Glu=各一半時的pH值。②Glu總是帶正電荷的pH范圍。③Glu±和Glu-能作為緩沖液使用的pH范圍。作業(yè)：

（三）氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)1、α-NH2和α-COOH共同參加的反應(yīng)1）成肽反應(yīng)

2）與茚三酮反應(yīng)茚三酮在弱酸中與α-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨、脫羧反應(yīng)。最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物—氨及還原茚三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)。（λmax=570nm，Proλmax=440nm）

氨基酸分析定性、定量。茚三酮水合茚三酮+NH3弱酸紫色物質(zhì)圖氨基酸與茚三酮反應(yīng)1）?；磻?yīng)?；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯（BOC）、苯二甲酸酐、對-甲苯磺酰氯。多肽和protein的人工合成中被用作氨基保護劑。

丹磺酰氯（DNS-Cl，5—二甲基氨基萘-1-磺酰氯）2、α-NH2參加的反應(yīng)圖DNS-氨基酸弱堿強酸DNS-Cl可用于多肽鏈—NH2末端氨基酸的標(biāo)記。

Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

DNS—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

水解產(chǎn)物：DNS—Gly、Ala、Ser、

Leu、

Phe

DNS-氨基酸被紫外光激發(fā)后發(fā)黃綠色熒光。2）烷基化反應(yīng)

α-氨基中的氮是一個親核中心，能發(fā)生親核取代反應(yīng)。

A.2.4—二硝基氟苯反應(yīng)（DNFB、FDNB）

Sanger反應(yīng)

有機相（黃色）水相OH-B.異硫氰酸苯酯反應(yīng)（PITCEdman

反應(yīng)）有機相268nmEdman用此反應(yīng)來鑒定多肽和protein的NH2末端氨基酸?，F(xiàn)用于蛋白質(zhì)序列自動分析。例如：Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

PTC—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe

無水強酸裂解：PTH—Gly、Ala—Ser—Leu—Phe（1）耦聯(lián)PITC＋H２N—A-B-C-DpH8-9，40℃PTC－A-B-C-D（2）裂解PTC－A-B-C-D+TFA無水三氟乙酸

ATZ－A+H2N—B-C-D（3）轉(zhuǎn)化ATZ－APTH—A（層析法分離）Edman

反應(yīng)步驟：一次水解一個Ｎ端氨基酸3）生成西佛堿的反應(yīng)（Schiff）氨基酸的α氨基與醛類反應(yīng)，生成西佛堿。

西佛堿是某些酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物（如轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的中間產(chǎn)物）。3、α-羧基參加的反應(yīng)

1）成鹽、成酯分別與堿、醇作用。

2）成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）氨基被保護后，羧基可與二氯亞砜或五氯化磷反應(yīng)，生成酰氯。

此反應(yīng)使氨基酸的羧基活化，易與另一個氨基酸的氨基結(jié)合，在多肽的人工合成中常用。4、側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)用于protein的化學(xué)修飾

protein的化學(xué)修飾：是指在較溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)與某種試劑（稱化學(xué)修飾劑）起特異反應(yīng)，以引起蛋白質(zhì)中個別氨基酸側(cè)鏈或功能基團發(fā)生共價化學(xué)改變。第二節(jié)肽（peptide）P162一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。一、肽與肽鍵由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。肽鍵（peptidebond）：肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共振作用，形成共振雜化體，穩(wěn)定性高。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。

0.125nm鍵長=0.133nm

0.145nm肽鍵組成肽鍵的6個原子處于同一平面（酰氨平面）。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在,而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種構(gòu)型。在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個游離的

-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的

-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln二、肽鏈中AA的排列順序和命名四肽的結(jié)構(gòu)三、肽的重要理化性質(zhì)1、每種肽也有其晶體，晶體的熔點都很高。2、肽的酸堿性質(zhì)主要來自游離末端

-NH2和游離末端-COOH以及側(cè)鏈上可解離的基團。3、肽的等電點計算方法以及在溶液中所帶電荷的判斷方法與AA一致，但復(fù)雜。

A2+A+A0A-A2-K1K2K3

K4pI=pK2+pK3/24、肽的化學(xué)反應(yīng)：肽的α-羧基，α-氨基和側(cè)鏈R基上的活性基團都能發(fā)生與游離氨基酸相似的反應(yīng)。如：也能發(fā)生茚三酮反應(yīng)、Sanger反應(yīng)、DNS－Cl反應(yīng)和Edman反應(yīng)；還可發(fā)生雙縮脲反應(yīng)。多肽的雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)是指雙縮脲(NH2-CO-NH-CO-NH2)在堿性溶液中可與銅離子產(chǎn)生紫紅色的絡(luò)合物。多肽或蛋白質(zhì)中有多個肽鍵,也能與銅離子發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，游離