蛋白质化学

2蛋白质化学2.7蛋白质的分离、分析技术2.2蛋白质的结构单元——氨基酸2.3肽2.4蛋白质的结构2.5蛋白质结构与功能的关系2.6蛋白质的性质2.1蛋白质的分类2.8蛋白质分子中氨基酸序列的测定课堂练习1蛋白质存在于所有的生物细胞中，是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.2蛋白质的形状和大小3木瓜蛋白酶（papain)组织蛋白酶B（CathepsinB）4蛋白质：是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列（mRNA指导）通过共价键（酰胺键，即肽键）缩合形成的、长的不分支链，是具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。5蛋白质分子的构象的结构层次一级二级三级四级6几个术语：组成、构成、构型和构象组成：宏观概念之间用“组成”来描述。如物质由元素组成。混合物由某几种纯净物组成等。7构成（constitution）指原子或取代基连接在一起的次序，用结构式表示。微观概念之间用“构成”来描述。如分子由原子构成；物质由分子、原子、离子等构成。8构象（conformation）指立体异构体中原子或基团由于单键自由旋转所形成的特定形态或立体结构。其空间位置的改变不涉及共价键的断裂或生成。构型（configuration）指立体异构体中原子（或取代基）的空间分布、排列和取向。不同构型相互转变时，必然涉及共价键的断裂或形成。9蛋白质的元素组成及特点C（50~55%）H（6~8%）O（20~23%）N（15~18%）S（0~4%）其它微量特点1N的含量平均为16%—凯氏(Kjadehl)定氮法的理论基础。蛋白质含量(g)=蛋白氮(g)×6.25特点2与核酸的元素组成比较，S元素仅存在于蛋白质中，常依据此鉴定可能含有核酸或蛋白质的未知样品。102.1蛋白质的分类2.1.1根据蛋白质分子的外形分类球状蛋白：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。膜蛋白：呈球形、棒形，以共价键或非共价键结合在膜的表面或镶嵌在膜内。11球蛋白与纤维蛋白的主要差异12Spiderwebandeggwhite:examplesoffibrousandglobularproteins.13膜蛋白的种类和结构已知膜脂双层是所有生物膜的结构基础，膜蛋白几乎负责膜的全部活性功能，三维结构上也有它们自己的特点。膜蛋白膜周蛋白：分布在膜脂双层的表面，主要是通过与内在蛋白的静电作用和氢键键合与膜结合；膜内在蛋白：与膜脂双层强缔合，它们的大部分或一部分埋入脂双层，有的横跨脂双层；脂锚定蛋白：与膜的缔合是通过各种共价连接的脂锚钩（lipidanchor）实现的，它们在不同组织和细胞的多种功能中起重要作用。14具有单个跨膜肽段的膜蛋白人血型糖蛋白的一级结构和跨膜分布15具有7个跨膜肽段的膜蛋白根据冷冻电镜技术三维重构方法建立的细菌紫膜质的三维模型164种脂锚定膜蛋白中蛋白质部分与脂质分子的连接方式172.1.2根据组成成分分类简单蛋白（按溶解度分类）结合蛋白（按辅基分类）清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白精蛋白组蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白与蛋白聚糖脂蛋白色蛋白磷蛋白这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成18根据组成成分分类192.1.3根据蛋白质的生物功能分类1.催化：酶蛋白；2.调节—调节其它蛋白执行生物学功能；3.贮存—如蛋白类种子4.转运—其功能是从一地到另一地转运特殊物质；5.运动—某些蛋白赋予细胞以运动的能力；6.防御和进攻—最突出的是抗体7.受体蛋白：如异三聚体G蛋白8.支架作用：如细胞质骨架、核骨架蛋白9.机械功能：动物头上的角10.结构蛋白：如构成毛发、角、蹄、甲的α-角蛋白；11.特异功能——如应乐果甜蛋白、昆虫的节肢弹性蛋白、海洋生物分泌的胶质蛋白20酶的催化功能Firefliesemitlightcatalyzedluciferase(荧光素酶)withATP21转运功能Erythrocytes(红细胞)containalargeamountofhemoglobins(血红蛋白)22机械功能Theproteinkeratins(角蛋白)isthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.232.1.4根据蛋白质的溶解度分类（表2-1）24根据蛋白质的溶解度分类252.2蛋白质的结构单元——氨基酸氨基酸（aminoacids，简写成aa或AA)：蛋白质彻底水解（酸水解、碱水解、酶解），最后得到各种氨基酸。故氨基酸是蛋白质的基本组成单位。生物体内有180多种天然氨基酸，多数氨基酸不参与蛋白质组成，称为非蛋白氨基酸；参与蛋白质组成的蛋白氨基酸有20种（表1-1）。2619种氨基酸为α-氨基酸：具有一级氨基（-NH2）和羧基（-COOH）结合到α碳原子（Cα），同时结合到Cα上的是H原子和各种侧链（R）；1种氨基酸（Pro）为α-亚氨基酸，2.2.1氨基酸的结构通式27除Gly和Pro外，其他aa均具有如下结构通式。即：各种aa的区别在于侧链R基的不同COOHCHH2NR-氨基酸可变部分不变部分28甘氨酸GlycineH2NCHCHOHOGly结构特点：Cα为非手性碳，故Gly无旋光性2930Pro具有二级氨基为α-亚氨基酸赖氨酸的结构结构特点：含有-NH2和e-NH231不带电荷形式H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R两性离子形式氨基酸的结构的二种表示方法:上述结构中Cα为手征性碳原子离子化方程32如果Cα为手性碳，则氨基酸：1.具有立体异构体（如其中的对映异构体，可用D-型和L-型表示）；2.具有旋光性[左旋(-)或右旋(+)]33关于异构体的种类同分异构结构异构：是由于分子中原子的连接不同造成，包括碳架异构体、位置异构体、功能异构体。原子连接在一起的次序叫做化合物的构造。立体异构：立体异构体具有相同的结构式，但构型（原子在空间的分布和排列）不同。区分立体异构体之间的差别须用立体模型、透视式或投影式。复习34关于异构（体）的种类立体异构几何异构：也称为顺(cis)反(trans)异构，是由于双键或环的存在或其他原因限制原子间的自由旋转引起的。旋光异构：是由于分子存在手性造成的。旋光异构体是一组至少存在一对不可叠合的镜像体的立体异构体。35氨基酸存在对映异构体36丙氨酸的一对对映体和甘油醛构型之间的立体关系37氨基酸存在对映异构体382.2.2氨基酸的分类（依据6个方面进行分类）1.R基团的化学结构2.R基团的极性3.含氨基或羧基的数量4.所含特殊官能团5.是否构成天然蛋白质6.是否能够在人体内合成391.根据R的化学结构（1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp（3）杂环氨基酸：Trp、His（4）杂环亚氨基酸：Pro40芳香族氨基酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO三种芳香族氨基酸的结构41芳香族氨基酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH芳香族氨基酸的结构42芳香族氨基酸色氨酸TrytophanH2NCHCCH2OHOHN芳香族氨基酸的结构432.根据R基团的极性（1）极性氨基酸：1）不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电（碱性氨基酸）：His、Lys、Arg；3）带负电（酸性氨基酸）：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp443种碱性氨基酸的结构45天冬氨酸Aspartate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCOHO酸性氨基酸的结构46谷氨酸Glutamate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2COHO酸性氨基酸的结构473.根据含氨基或羧基的数量：（1）一氨基一羧基氨基酸：（2）二氨基一羧基氨基酸（碱性氨基酸）：His、Lys、Arg（3）一氨基二羧基（酸性氨基酸）：Asp、Glu4.根据所含特殊官能团：含硫氨基酸Met，Cys48甲硫氨酸Methionine含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3含硫氨基酸的结构49半胱氨酸Cysteine含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOSH含硫氨基酸的结构50上述20种基本氨基酸参与组成蛋白质且具有遗传密码；该20种基本氨基酸可经过化学修饰产生非编码氨基酸(无遗传密码但在蛋白质中发现)，如5-羟赖氨酸、磷酸丝氨酸等，通常称为不常见蛋白质氨基酸；51几种重要的不常见氨基酸：4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸52由Cys形成的胱氨酸（巯基氧化形成二硫键）535.根据是否构成天然蛋白，分为：蛋白氨基酸：上述20种基本氨基酸非蛋白氨基酸：迄今发现150余种，如鸟氨酸、瓜氨酸、多巴胺、甲状腺素等，它们有些是代谢产物，有些是结构成分等。他们不组成蛋白质，但有生理功能。54非蛋白氨基酸55非蛋白氨基酸56非蛋白氨基酸576.根据是否能够在人体内合成分为：必需氨基酸：人体不能合成，必须从食物中摄取；非必需氨基酸：人体可合成，10种半必需氨基酸：人体可合成但合成量不能满足人体需要，特别是婴幼儿时期，2种——His和Arg582.2.3氨基酸的重要理化性质一般物理性质两性解离和等电点化学性质旋光性光吸收性质氨基酸混合物的分析分离59一般物理性质形态：均为无色晶体或粉末，氨基酸的晶型结构不同；具不同味道；溶解性：水中溶解度差别较大(极性和非极性)，不溶于有机溶剂，在稀酸或稀碱中溶解性好。用乙醇易从氨基酸溶液中沉淀析出氨基酸。熔点：极高，一般在200℃以上，超过熔点以上分解产生胺和CO2；60两性解离和等电点首先明确什么是两性离子？再学习氨基酸在溶液中的带电状态和等电点的概念；61第一：布朗斯特酸碱质子理论：由Bronsted-Lowry提出酸：任何能够给出质子的物质，是H+供体；碱：任何能够接受质子的物质，是H+受体；酸与碱的相互关系：HAA+H+酸碱质子原始的酸(HA)和生成的碱(A)被称为共扼酸碱对。复习622.路易斯酸碱电子理论：由路易斯提出酸：能够接受电子对的物质在结构上的特点：有空的价电子轨道碱：能够提供电子对的物质酸碱反应生成酸碱络合物复习63根据酸碱质子理论，氨基酸在晶体或水溶液中以偶极离子形式存在，形成共轭酸碱对。酸，质子供体碱，质子受体复习64氨基酸分子中基团的解离复习65过去长期认为，氨基酸在晶体或水溶液中以不解离的中性分子形式存在。其性质应该与一般有机化合物相似，但事实上其性质与（无机）离子化合物相似。有机化合物离子化合物其性质有何不同？66（无机）离子化合物的特点（P25）：1.熔点高；2.溶于水，不溶于有机溶剂；3.使水的介电常数提高；4.离子晶格中维系质点的作用力是强大的异性电荷之间的静电吸引，故熔点高。67一般有机化合物的性质：1.熔点低，如二苯胺的熔点为53℃；2.使水的介电常数降低；3.有机化合物晶体是由分子晶格组成，其质点的维系是依靠范德华力，比静电引力弱，故熔点低；68介电常数：是测量介质极性的度量，它等于库仑定律所得的在真空中的静电引力与在介质中的静电引力之比。介电常数与介质极性有关：极性分子的介电常数高非极性分子的介电常数低69现在已清楚，氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能给出质子的-NH3+正离子，以及能接受质子的-COO-负离子，故将这样的离子称为两性离