蛋白质的化学组成和分类

蛋白质的化学组成和分类蛋白质的水解氨基酸的酸碱化学氨基酸的化学反应氨基酸的光化学活性和光谱性质氨基酸混合物的分析分离第3章蛋白质的构件——氨基酸α-氨基酸的一般结构氨基酸的分类蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50％氢7％氧23％氮16%(蛋白质系数)硫0—3％其他微量一、蛋白质的化学组成和分类1、化学组成2、蛋白质的分类(1)依据蛋白质的形状和溶解度可分为球状蛋白质、纤维状蛋白质和膜蛋白。球状蛋白质：分子外形接近球形或椭圆形。纤维状蛋白质：分子外形类似纤维或细棒。又可分为可溶性纤维状蛋白和不溶性纤维状蛋白质膜蛋白：与细胞的各种膜系统结合存在。一、蛋白质的化学组成和分类（2）依据蛋白质的组成分类可以分为单纯蛋白和缀合蛋白●单纯蛋白质（简单蛋白质），只有氨基酸构成，简单蛋白根据溶解度又分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白●缀合蛋白质或结合蛋白质，除含氨基酸外还含其他物质，这些非蛋白部分叫辅基或配体，结合蛋白又根据非蛋白组分分为核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白、血红素蛋白和黄素蛋白一、蛋白质的化学组成和分类2、蛋白质的分类（3）按功能分类酶蛋白、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白、收缩蛋白、防御蛋白、毒蛋白、膜蛋白、胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等一、蛋白质的化学组成和分类2、蛋白质的分类二、蛋白质的水解蛋白质完全水解（彻底水解)：产物为各种氨基酸混合物◆蛋白质不完全水解(部分水解):产物为各种大小不等的肽段和氨基酸.◆酸、碱和蛋白酶都可以将蛋白质水解，各自的优缺点。三、α-氨基酸的一般结构组成蛋白质的常见氨基酸：从细菌到人类，所有蛋白质都主要由20种标准氨基酸（或称基本氨基酸或常见氨基酸或天然氨基酸）（standardaminoacids)组成组成蛋白质的不常见氨基酸：它们都是在已合成的肽链上由常见氨基酸经专一酶催化修饰而来。非蛋白质氨基酸COOHCHH2NR-氨基酸可变部分不变部分1、常见氨基酸的结构及结构通式除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。三、α-氨基酸的一般结构2、氨基酸在结构的共同点(1)都是α-氨基酸。(2)不同的氨基酸R不同。(3)除甘氨酸外，α-碳原子都是手性碳原子。(4)两性离子：氨基酸在结晶状态或在水溶液中，主要离解成两（兼）性离子的形式（又叫偶极离子），中性分子数极少。(5)旋光性：除Gly外，都具旋光性.三、α-氨基酸的一般结构3.蛋白质中几种重要的不常见氨基酸蛋白质中的不常见的氨基酸，通常是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。三、α-氨基酸的一般结构4、非蛋白质氨基酸在各组织和细胞中还存在200多种非蛋白质氨基酸，这些氨基酸是基本氨基酸的衍生物，也有一些是β-，γ-或δ-氨基酸，有的是D-型氨基酸。如：NH2-CH2-CH2-COO-β-丙氨酸NH2-CH2-CH2CH2-COO-γ-氨基丁酸HS-CH2-CH2CH-COO-H3N+高半胱氨酸H2N-C-NH-(CH2)2-CH-COO-H3N+O=瓜氨酸三、α-氨基酸的一般结构四、氨基酸的分类可分为蛋白质中常见氨基酸，蛋白质中不常见氨基酸和非蛋白氨基酸。蛋白质中常见氨基酸又根据R-基的结构和极性大小进行分类。1、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：His（4）杂环亚氨基酸：Pro2、根据R的极性（1）极性氨基酸：1）不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp四、氨基酸的分类3、必需氨基酸依据人体或动物体是否能合成，可分为必需氨基酸和非必需氨基酸，人体或动物体不能合成，只能由食物提供的氨基酸叫必需aa。成年人8种,婴幼儿能合成组氨酸和精氨酸，但合成量不能满足需要，仍需从食物中供给。动物10种（精、组氨酸）。八种必需氨基酸包括：苏缬亮异亮，苯丙属芳香。还有色赖蛋，缺一人遭殃。动物需十种，精氨组莫忘。四、氨基酸的分类五、氨基酸的一般性质氨基酸为无色结晶或粉末，每种氨基酸都有自己的特有结晶形状，与相应的有机酸相比，氨基酸的熔点较高，一般都大于200℃以上.不同氨基酸味道不同，有的鲜美，有的甘苦，有的无味组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外均含有不对称碳原子，具有旋光性.。除半胱氨酸、酪氨酸外，氨基酸一般不溶于水，但在稀碱或稀酸溶液中溶解最好，除了脯氨酸溶于乙醇、乙醚外，决大多数氨基酸不溶于有机溶剂，所以可用有机溶剂沉淀氨基酸，（一）氨基酸的解离1、氨基酸在晶体状态和水溶液中主要以兼性离子（也叫偶极离子）的形式存在。2、氨基酸完全质子化时，可看成为多元酸，侧链不解离的中性氨基酸可看为二元酸，酸性和碱性氨基酸可看为是三元酸COOH│H3+N-C—H│CH3COOH│H3+N-C—H│CH2│COOHCOOH│H3+N-C—H│(CH)2│NH3+六、氨基酸酸碱化学3、以一氨基一羧基的氨基酸为例来介绍氨基酸的解离情况,这类氨基酸完全质子化时，具有2个可解离的H，是二元弱酸。COO-CHH3N+RCOOHCHH3N+RCOO-CHH2NR净电荷+10-1阳离子（A+）两性离子（Ao）阴离子（A-)pH＜pI等电点PIpH＞pIKα1,Kα2分别代表α-碳原子上的-COOH和-NH3+的解离常数,pKa1和pKa2分别代表α-碳原子上的-COOH和-NH3+的解离常数的负对数值,pK值通过氨基酸的酸碱滴定曲线来测得。一般情况下会给出。+H+pKα1+OH-+H+pKα2+OH-六、氨基酸酸碱化学(二)氨基酸等电点定义：当调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3+和-COO-的解离度完全相等时，氨基酸所带的净电荷为0，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值即为该氨基酸的等电点，以符号pI表示。在等电点时，即氨基酸处于两性离子状态。由于静电作用，在等电点时，aa的溶解度最小，易沉淀，据此性质可分离制备氨基酸。也可以根据这个原理，在实验室中求氨基酸的pI值氨基酸的pI也可依据可解离基团的pK值计算六、氨基酸酸碱化学α-氨基和α-羧基参加的反应：氨基酸与茚三酮的反应α-羧基参加的反应α-氨基参加的反应甲醛的反应酰化剂反应▲与丹酰氯反应▲氨基酸与荧光胺反应▲与5,5′-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应烃化剂反应▲2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应▲异硫氰酸苯酯（PITC）的反应▲成酯反应▲成酰胺反应▲成酰氯反应七、氨基酸的化学反应八、氨基酸的光谱性质——紫外吸收光谱构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，在红外区和远紫外区（λ＜200nm）都有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有芳香氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸）有吸收光的能力,因它们的R基具有苯环共轭双键。酪氨酸的最大吸收波长(max)＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;蛋白质因含这些氨基酸而有紫外吸收能力,一般最大吸收波长在280nm处九、氨基酸混合物的分离和分析◆分配层析的一般原理◆分配柱层析◆纸层析◆离子交换层析◆高效液相层析