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1、第二章 蛋白质化学,一、蛋白质(Protein)的生物学意义,(一)蛋白质是生命活动的物质基础,生物体内的蛋白质是除水以外，机体组织中最多的组分，占人体干重的45%，占细菌干重的5070%。,2.1 蛋白质通论,(二)蛋白质的生物学功能,1.作为生物催化剂：在体内催化各种物质代谢反应的酶几乎都是蛋白质。,2.调节代谢反应：一些激素是蛋白质或肽，如胰岛素、生长素。,3.运输载体：如红细胞中运输O2、CO2要靠Hb(Hemoglobin血红蛋白)、运输脂类物质的是载脂蛋白、运铁蛋白等转运蛋白或叫载体蛋白。,4.参与机体的运动：如心跳、胃肠蠕动等，依靠与肌肉收缩有关的蛋白质来实现，如肌球蛋白、肌动蛋
2、白。,2.1 蛋白质通论,5.参与机体的防御：机体抵抗外来侵害的防御机能，靠抗体，抗体也称免疫球蛋白，是蛋白质。,6.接受传递信息：如口腔中的味觉蛋白、视网膜中的视觉蛋白。,7.调节或控制细胞的生长、分化、遗传信息的表达。,8.其它：如鸡蛋清蛋白、牛奶中的酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白。还有甜味蛋白、毒素蛋白等都具有特异的生物学功能。,所以，我们不难理解，为什么说没有蛋白质就没有生命。,2.1 蛋白质通论,二、蛋白质的分类,1.根据分子形状分：球状蛋白质、纤维状蛋白质,2.根据功能分：活性蛋白质、结构蛋白质。,3.根据组成分：,（1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白
3、、醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。,（2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。,4.根据营养价值分：完全蛋白质、不完全蛋白质。,2.1 蛋白质通论,三、蛋白质的水解作用,1.酸水解,条件：510倍的20%的盐酸煮沸回流1624小时，或加压于120水解2小时。,优点：可蒸发除去盐酸，水解彻底，终产物为L-氨基酸，产物单一，无消旋现象。,缺点：色氨酸破坏，并产生一种黑色的物质：腐黑质，水解液呈黑色。,2.1 蛋白质通论,2.碱水解,条件：4 mol/L Ba(OH)2或6 mol/L NaOH煮沸6小时。,优点：水解彻底，色氨酸不被破坏，水解液清亮。,缺点：产生消旋
4、产物，破坏的氨基酸多，一般很少使用。,3.蛋白酶水解,条件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常温3740，pH值58。,优点：氨基酸不被破坏，不发生消旋现象。,缺点：水解不完全，中间产物多。,蛋白质酸碱水解常用于蛋白质的组成分析，而酶水解用于制备蛋白质水解产物。,2.1 蛋白质通论,第3章 蛋白质化学,第一部分 氨基酸结构与性质,一.蛋白质的元素组成,蛋白质是有机化合物，主要由C、N、H、O 四种元素，还含有P、S、金属元素等。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,蛋白质中N是特征元素，且含量为16%左右，即16克氮/100克蛋白质，故可以用定氮法测量蛋白质含量（凯氏定氮法），即：每100克蛋白质含氮
5、16克，也即6.25克蛋白质含氮1克。所以，每克样品含氮量6.25100 就相当于100克样品蛋白质含量（%）。有些蛋白质含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I 等。,二、蛋白质分子的基本组成单位氨基酸,（一）氨基酸（amino acid，aa）的结构通式,1、构成蛋白质的氨基酸均为L-氨基酸。2、除甘氨酸(R基为H)外，其余氨基酸均具有旋光性。3、各种氨基酸的区别在于侧链R基上。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,（二）氨基酸的构型,构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，-碳原子均为手性分子，在空间各原子有两种排列方式：L-构型与D-构型，它们的关系就像左右手的关系，互为镜像关系
6、。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,（三）氨基酸的结构,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,组成蛋白质的氨基酸共有22中，包括新近发现的硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸。二十种氨基酸的结构特点：,支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸,含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸,含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）,含咪唑基的氨基酸：组氨酸,含吲哚基的氨基酸：色氨酸,含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺,含羧基的氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸,含胍基的氨基酸：精氨酸,含-氨基的氨基酸：赖氨酸,2,不含侧链的氨基酸：甘氨酸,侧链为简单的氨基酸:丙氨酸,含亚氨基的
7、氨基酸：脯氨酸,2,2,2,1、按酸碱性,（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）碱性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸，有：赖氨酸、精氨酸、组氨酸（3）中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸。,（四）氨基酸的分类,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,2、按侧基R基的结构特点：,（1）脂肪族氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸
8、、酪氨酸（3）杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,3、按侧基R基与水的亲和能力大小(重点掌握)：,（1）非极性氨基酸：有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸(8种)。（2）极性不带电氨基酸：甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸(7种)。（3）极性带电氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸(5种)。,4、按氨基酸是否能在人体内合成分：,（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：赖氨酸、色氨酸、甲硫（蛋）氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸。(苏缬亮异亮，苯丙色赖蛋)（
9、2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十余种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,（五）蛋白质中不常见的氨基酸,羟-脯氨酸(4-HyP)、羟-赖氨酸(5-HyL)、r-羧基谷氨酸、6-氮-甲基赖氨酸,（六）非蛋白氨基酸,鸟氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、-丙氨酸、-氨基丁酸等,三、氨基酸的理化性质,（一）物理性质,形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一
10、般都大于200，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，只有Trp、Tyr、Phe含有功轭双键，所以能够吸收紫外光。它们的吸收峰分别在280、275、257(nm)。因为蛋白质一般含有Trp、Tyr、Phe，其紫外吸收峰大多数在280 nm左右。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,（二）化学性质,1.氨基酸的两性解离及等电点,氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可电离出H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,氨基酸
11、在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在。这种可以在不同的pH环境下发生不同的电离方式，形成带相反电性的离子，称为两性解离，这种离子称为两性（兼性、偶极）离子。氨基酸的等电点:氨基酸分子的净电荷为零（所带正负电荷相等)时的溶液pH，以pI表示。,氨基酸具有两性电离的性质，因而其水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定。现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。,甘氨酸的电离酸碱滴定曲线,从左向右是用NaOH滴定的曲线，溶液的pH由小到大逐渐升高，曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态；从右向左是用盐酸滴定的曲线，溶液的pH由大到小逐渐降低,第三个拐点是氨
12、基酸氨基解离50%的状态;第二个拐点是氨基酸的等电点，,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。,2.-氨基与-羧基共同参加的反应,3.-氨基参加的反应,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,2,4-二硝基氟苯(2,4-DNFB)的反应(Sanger反应)：生成黄色的二硝基苯-氨基酸衍生物。苯异硫氰酸酯(PITC)反应(Edman反应)：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。蛋白质自动测序仪即基于此原理。丹磺酰氯(DNS-Cl)反应：生成荧光物质DNS-氨基酸。,(1)、(2)、(3)反应用于蛋白质的N-末端的测定,与甲醛
13、的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用NaOH滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,用途：用来直接测定氨基酸的浓度,4.-羧基参加的反应：(1)与碱反应成盐(2)与醇反应成酯(合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体)(3)与酰化试剂反应成酰氯(活化氨基酸羧基),3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,5.侧链反应（颜色反应）：,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,1)Millon反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。Millon试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液。产物：红色的化合物。2)Folin反应：检测Tyr或含Tyr的蛋白质的反应。Folin试剂：磷钼酸、磷钨酸混合溶液。产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。3)坂口反应：检测Arg或含Arg的蛋白质的反应。坂口试剂：-萘酚的碱性次溴酸钠溶液。产物：砖红色的沉淀,4)Pauly反应：检测His、Tyr及含His、Tyr蛋白质。试剂：对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠 混合溶液 产物：橘红色的化合物。5)乙醛酸的反应：检测Trp或含Trp蛋白质的反应。当Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中叠加时，产生分 层现象，界面出现紫色环。Cys的反应：Cys或含Cys蛋白质与亚硝基亚铁氰 酸钠在稀氨 的溶液中，产生一种红色的化合物。,3.2 蛋白质的分子组成氨基酸,
