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第三章 蛋白质 (Protein)

10-5. 第三章 蛋白质 (Protein). 蛋白质( protein) 是由 氨基酸 为单位以酰胺键(肽键)连接起来的一类含氮的生物大分子。. 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是生活细胞中数量、种类最丰富的生物大分子，构成生物体最基本的结构物质和功能物质。. 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程 。. 元素组成：所有蛋白质都含有 C、H、O、 N 四种元素，大多数蛋白质还含有少量的 S， 有些蛋白质还含有一些其它元素，如 P、Fe、Cu、Mo、I 等。.

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第三章 蛋白质 (Protein)

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Presentation Transcript

  1. 10-5 第三章 蛋白质(Protein) 蛋白质(protein)是由氨基酸为单位以酰胺键(肽键)连接起来的一类含氮的生物大分子。 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是生活细胞中数量、种类最丰富的生物大分子，构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。 元素组成：所有蛋白质都含有 C、H、O、N四种元素，大多数蛋白质还含有少量的 S，有些蛋白质还含有一些其它元素，如 P、Fe、Cu、Mo、I等。 各种蛋白质的含氮量都很接近，都在16%左右，因此可通过测定生物样品中的含氮量计算出样品中蛋白质的含量，1克氮就相当于6.25克蛋白质。

  2. 主要内容： 氨基酸的化学 肽 蛋白质的结构与功能 蛋白质的理化性质及其分离纯化

  3. 第一节 氨基酸化学 蛋白质用H+，OH-或酶彻底水解，可以得到许多种氨基酸的混合物，氨基酸是构成蛋白质的基本单位。 组成蛋白质的基本(标准)氨基酸（amino acid，Aa）有20种。 这些氨基酸中，大部分属于L--氨基酸。其中，脯氨酸属于L--亚氨基酸，而甘氨酸则属于-氨基酸。

  4. 一、蛋白质的基本单位——L--氨基酸 1. L--氨基酸的结构通式及分子构型 或 结构通式(投影式) 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

  5. L--氨基酸的分子构型(configurition) 构型：分子中各原子或基团之间的连接方式称为分子的构型。组成蛋白质的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。

  6. 2. 基本氨基酸的分类、结构及代号 氨基酸的分类 (1)按侧链R基的结构

  7. (2) 按侧链R基的极性 极性和非极性分类与后面相矛盾？？

  8. (non-polar, hydrophobic) 氨基酸的结构及代号:

  9. (polar, uncharged) 色氨酸 tryptophan Trp(Try) W 5.89 丝氨酸 serine Ser S 5.68 酪氨酸 tyrosine Tyr Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸 methionine Met M 5.74 天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸 threonine Thr T 5.60

  10. (acidic) (basic)

  11. ＊ 蛋白质多肽中Gly残基的存在将增加其结构区域的柔性，而Pro残基的存在则相反，将会增加其结构区域的刚性， 特殊氨基酸(Special amino acids) – Gly • 无光学活性(optically inactive)

  12. ＊ 蛋白质多肽中Pro残基的存在将会增加其结构区域的刚性，而Gly残基的存在则相反，将增加其结构区域的柔性 特殊氨基酸(Special amino acids) – Pro 具环式结构的亚氨基酸(ring structure and imino acid) ＊

  13. 特殊氨基酸(Special amino acids) – Cys • 具有活性的巯基 (active thiol)易氧化形成二硫键(disulfidebond), 可用作还原剂( reducing reagent)

  14. ＊ 组氨酸侧链为一个咪唑基，在酸碱催化中起重要作用 特殊氨基酸(Special amino acids) –His

  15. ＊ 蛋白质分子中Phe, Tyr和Trp残基的存在使得蛋白质在近紫外区(220-300nm)有特征性吸收 特殊氨基酸(Special amino acids) –Phe, Tyr 和Trp

  16. 3. 蛋白质分子中不常见(非标准)的L--氨基酸 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为非标准(non-standard)氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本(标准)氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、3,5-二碘酪氨酸和硒代半胱氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下：

  17. (5-hydroxylysine) (4-hydroxyproline (Hpro)) (6-N-methyllysine) (Diiodinotyrosine) 硒代半胱氨酸 (Selenocysteine)

  18. L-瓜氨酸： (Citrulline) H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-COO－ + O NH3 H3N-CH2-CH2-CH2-CH-COO－ ＋ NH3 ＋ 二、天然的非蛋白质氨基酸 在细胞内已发现的非蛋白组成成分的氨基酸有300多种，尽管它们不是蛋白质的构成成分，但具有广泛的生物学功能。 如在尿素循环中的关键代谢中间产物： L-鸟氨酸： (Ornithine)

  19. 三. 氨基酸的主要理化性质 1. 氨基酸的一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异 • 溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 • (2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200℃以上。 • (3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的味甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 • 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+)表示。 • (5) 光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。

  20. 酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103; • 苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102; • 色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;

  21. HA A- + H + BrÖnsted的酸碱理论，即广义酸碱理论。 酸 碱 质子 2. 氨基酸的主要化学性质 (1) 氨基酸的离解性质及等电点

  22. 氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。 As an acid（proton donor）： As a base（proton acceptor）：

  23. 不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在： 两性离子 正离子 负离子 氨基酸所带静电荷为“零”时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectric point），以pI表示。

  24. 实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。 当溶液的pH=pI时，氨基酸主要从两性离子形式存在。 pH<pI时，氨基酸主要以正离子形式存在。 pH>pI时，氨基酸主要以负离子形式存在。

  25. Henderson-Hasselbalch方程 [质子受体] pH=pKa + lg [质子供体] 等电点的计算 (a) 氨基酸的酸碱滴定曲线 酸碱滴定曲线

  26. [H+]2=K1K2 [Gly±] [H+] [Gly- ] [H+] pH=（pK1+pK2）/2 K2= K1= [Gly+] [Gly±] [Gly+ ] = [Gly- ] pI时， pI=（pK1+pK2）/2 pI =（2.34+9.60）/2=5.97 Gly [Gly±] [H+] [Gly±] K2 = K1 [H+] (b) 等电点的计算 中性氨基酸：以Gly为例

  27. Asp+ Asp= Asp- 酸性氨基酸，以Asp为例： Asp+

  28. Lys++ 碱性氨基酸，以Lys为例：

  29. （2）氨基酸的化学反应 α-氨基参加的反应 （a）成盐作用

  30. （b）与HNO2的反应

  31. （c）与甲醛的反应

  32. （d）酰基化反应及常用的酰基化试剂 （R’＝酰基） 酰氯： 苄氧酰氯（Cbz-Cl）: 对甲苯磺酰氯(Tos-Cl)or 5一二甲氨基萘-1-磺酰氯 (dansyl chloride, DNS): or 叔丁氧酰氯(Boc-Cl): 酸酐： 邻苯二甲酸酐：

  33. Cbz-Cl Cbz-氨基酸 举例1： 氨基酸与苄氧酰氯（Cbz-Cl）的反应

  34. 举例2： 氨基酸与 5一二甲氨基萘-1-磺酰氯（dansyl chloride, DNS）的反应

  35. （R’＝烃基） （e）烃基化反应 (f) 与2、4一二硝基氟苯的反应 2，4一二硝基氟苯

  36. DNP-氨基酸（黄色） DNFB

  37. PITC PTC-氨基酸 PTH-氨基酸 (g) 与苯异硫氰酸（酯）的反应

  38. α-羧基参加的反应 （a）成盐和成酯反应

  39. 酰化氨基酸 对硝基苯酚 酰化氨基酸对-硝基苯酯 （活化酯） （式中Y＝酰基）

  40. （b）成酰氯反应

  41. + ATP Asp + NH4 Asn 酶 （c）成酰胺反应 体外： 体内：

  42. （d）脱羧基反应

  43. （e）叠氮反应

  44. α-氨基和α-羧基共同参加的反应 (a) 茚三酮反应

  45. （b）成肽键

  46. 侧链R基参加的主要反应 (a) -S-S-和-SH的氧化还原反应 R-SH：HS-CH2CH2OH 巯基乙醇（mercaptoethanol） HS-CH2COOH 巯基乙酸（mercaptoacetic acid） HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫苏糖醇（dithiothreitol, DTT）

  47. Tyr + 浓HNO3 黄色 or Trp HgNO3 Tyr+ Hg(NO3)2 红色 phe+少量浓H2SO4+浓HNO3黄色 HNO3 （b）苯环的黄色反应 （c）酚基的Millon反应（米伦氏反应）

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