生化答案第1章-蛋白质-1课件

第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学第一节第一节 蛋白质的分类蛋白质的分类第二节第二节 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位第三节第三节 多肽多肽第四节第四节 蛋白质的结构蛋白质的结构第五节第五节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第六节第六节 蛋白质的性质与分离、分析技术蛋白质的性质与分离、分析技术 蛋蛋白白质质（Protein）的的元元素素组组成成：C 50-55%、H 6-8%、O 20-23%、N 15-18%、S 0-4%，有有些些蛋蛋白白质质还还含含有有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等。等。第一节第一节 蛋白质的分类蛋白质的分类 各各种种蛋蛋白白质质的的氮氮含含量量皆皆近近于于16%。1克克氮氮相相当当于于6.25克克蛋蛋白白质质，通通常常作作为为测测定定样样品品中中蛋白质含量的依据。蛋白质含量的依据。凯氏凯氏（Kjeldahl）定氮法定氮法:粗蛋白粗蛋白=含含N量量 100/16（6.25）6.25称为蛋白系数或平均系数称为蛋白系数或平均系数蛋白质的分类蛋白质的分类一、根据分子形状分类一、根据分子形状分类二、根据分子组成分类二、根据分子组成分类三、根据功能分类三、根据功能分类一、根据分子形状分类一、根据分子形状分类球状蛋白质球状蛋白质：血红蛋白：血红蛋白纤维状蛋白质纤维状蛋白质：胶原蛋白、角蛋白：胶原蛋白、角蛋白膜蛋白质膜蛋白质：一般折叠成近球状：一般折叠成近球状球状蛋白球状蛋白纤维状蛋白纤维状蛋白膜蛋白膜蛋白二、根据分子组成分类二、根据分子组成分类1.简单蛋白质简单蛋白质（simple protein）又称为又称为单纯蛋白质单纯蛋白质；这这类类蛋蛋白白质质只只含含由由-氨氨基基酸酸组组成成的的肽肽链链，不含其它成分不含其它成分。2.结合蛋白质结合蛋白质（conjugated protein）由简单蛋白质和非蛋白质（辅基）两部分组成。由简单蛋白质和非蛋白质（辅基）两部分组成。包括：核蛋白、糖蛋白（或蛋白聚糖）、脂蛋包括：核蛋白、糖蛋白（或蛋白聚糖）、脂蛋白、色蛋白和磷蛋白。白、色蛋白和磷蛋白。三、根据功能分类三、根据功能分类酶酶调节蛋白调节蛋白贮存蛋白贮存蛋白转运蛋白转运蛋白运动蛋白运动蛋白防御蛋白和毒蛋白防御蛋白和毒蛋白受体蛋白受体蛋白支架蛋白支架蛋白结构蛋白结构蛋白异常功能蛋白异常功能蛋白酶酶调节蛋白调节蛋白贮存蛋白贮存蛋白转运蛋白转运蛋白运动蛋白运动蛋白防御蛋白和毒蛋白防御蛋白和毒蛋白受体蛋白受体蛋白支架蛋白支架蛋白结构蛋白结构蛋白异常功能蛋白异常功能蛋白第二节第二节 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位 氨基酸（氨基酸（amino acid,AA）H2Namino groupCOOHcarboxyl group CRH氨基酸氨基酸一、氨基酸的结构一、氨基酸的结构二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类三、氨基酸的重要理化性质三、氨基酸的重要理化性质1.结构（结构（20种基本氨基酸）种基本氨基酸）-氨基酸：氨基酸：19种种_亚氨基酸：亚氨基酸：1种种 要要 求求：掌掌 握握 20种种 AA的的 三三 字字 母母 代代 号号;20种种AA的结构特征。的结构特征。一、氨基酸的结构一、氨基酸的结构记记20种种AA的口诀的口诀Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr假假 设设 来来 写写 一一 两两 本本 书书 Lys Asp Glu Cys His Tyr Ser 兰兰 天天 果果 拌拌 猪猪 肉肉 丝丝Ala Gly Arg Pro 饼饼 干干 精精 脯脯AspAsn GluGln -亚氨基酸亚氨基酸-脯氨酸脯氨酸-氨基酸构型的确定氨基酸构型的确定COOHcarboxyl group H2Namino groupCHHRRH2Namino groupCCOOHcarboxyl group L-氨基酸氨基酸D-氨基酸氨基酸Gly二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类（一）蛋白质中常见的氨基酸（一）蛋白质中常见的氨基酸（二）修饰氨基酸（二）修饰氨基酸（三）非蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸根据侧链根据侧链R基的极性不同，可分为：基的极性不同，可分为：1.非极性非极性R基氨基酸基氨基酸2.不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸3.极性带负电荷的极性带负电荷的R基氨基酸基氨基酸4.极性带正电荷的极性带正电荷的R基氨基酸基氨基酸（一）蛋白质中常见的氨基酸（一）蛋白质中常见的氨基酸20 种种L-氨基酸氨基酸非极性非极性R基氨基酸基氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp（共有共有8种）。种）。有时将有时将Gly也归入非极性类。也归入非极性类。非极性非极性（1）极极性性不不带带电电荷荷（6+1种种）：Gly、Ser、Thr、Cys、Gln、Asn、Tyr；（2）极性带负电荷极性带负电荷（2种）：种）：Asp、Glu；（3）极性带正电荷极性带正电荷（3种）：种）：His、Lys、Arg 极极性性R基基氨氨基基酸酸又又根根据据它它们们在在pH6-7范范围围内内是是否带电，区分为：否带电，区分为：极性不极性不带电荷带电荷Asn(N)Asp(D)根据侧链根据侧链R基团的酸碱性，又可分为基团的酸碱性，又可分为:中性氨基酸中性氨基酸:一氨基一羧基氨基酸一氨基一羧基氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸:Asp、Glu碱性氨基酸碱性氨基酸:His、Lys、ArgCysMet含含S氨基酸氨基酸（二二）修饰氨基酸修饰氨基酸稀有氨基酸稀有氨基酸（无遗传密码，蛋白质合成后经酶的催化而成）（无遗传密码，蛋白质合成后经酶的催化而成）4-羟脯氨酸羟脯氨酸5-羟赖氨酸羟赖氨酸+NH3H2CHCH2CH2CHCCOO-NH3+OH（三）非蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸不存在于蛋白质中的游离氨基酸不存在于蛋白质中的游离氨基酸例如例如鸟氨酸鸟氨酸（Orn）瓜氨酸瓜氨酸（Cit）HNH2CH2CH2CHCCOO-NH3+CO+H3N三、氨基酸的重要理化性质三、氨基酸的重要理化性质（一）一般物理性质（一）一般物理性质（二）氨基酸的解离性质（二）氨基酸的解离性质（三）氨基酸的化学性质（三）氨基酸的化学性质（一）一般物理性质（一）一般物理性质1.AA的吸收光谱的吸收光谱 Trp、Tyr、Phe能能吸吸收收紫紫外外光光（依依吸吸收收能能力力从大到小排序），从大到小排序），=280nm。2.AA的溶解度的溶解度 在在水水中中（Cys）2、Tyr、Asp、Glu等等，溶溶解解度小。乙醇能将度小。乙醇能将AA从溶液中析出。从溶液中析出。3.旋光性（旋光性（Gly无旋光性。）无旋光性。）AA max苯丙氨酸苯丙氨酸257酪氨酸酪氨酸275色氨酸色氨酸280 芳香族氨基酸在近紫外区的吸收光谱芳香族氨基酸在近紫外区的吸收光谱（二）氨基酸的解离性质（二）氨基酸的解离性质非电离形式非电离形式两性离子形式两性离子形式CHNH3+COO-RCHNH2COOHR1.AA的两性离子状态的两性离子状态 AA在不同在不同pH条件下的解离状况条件下的解离状况阳离子阳离子 两性离子两性离子 阴离子阴离子2.氨基酸等电点（氨基酸等电点（isoelectric point）概概念念：当当溶溶液液为为某某一一pH时时，氨氨基基酸酸分分子子主主要要以以两两性性离离子子的的形形式式存存在在，能能够够解解离离成成正正离离子子和和负负离离子子的的数数目目和和趋趋势势相相等等，即即净净电电荷荷为为零零，这这一一pH即即为为氨氨基基酸酸的的等等电点，简称电点，简称pI。等电点时等电点时,氨基酸的溶解度最小氨基酸的溶解度最小,容易沉淀。容易沉淀。3.等电点的计算等电点的计算pI=1/2（pK n+pK n+1）n：氨氨基基酸酸（或或多多肽肽）完完全全质质子子化化时时带带正正电电荷荷的的基基团团数数。（计计算算时时将将解解离离基基团团的的pK值自小到大按顺序排列。）值自小到大按顺序排列。）pKa：酸度系数，又名酸离解常数，代号：酸度系数，又名酸离解常数，代号Ka值。值。COOHCOOHCHCHNHNH3 3CHCH2 2COOHCOOHAsp+COOHCOOHAsp+NHNH3 3CHCHCHCH2 2COOCOO K1Asp NHNH3 3CHCHCHCH2 2COOCOO COOCOO K2 两性离子两性离子Asp=NHNH2 2CHCHCHCH2 2COOCOO COOCOO K3pI=(pK1+pK2)/2(1.88+3.65)/2=2.77pI值为两性离子两边值为两性离子两边pK的平均值。的平均值。例如例如：Ala的的pK1=2.34，pK2=9.69，所所以以pI=6.02；Asp的的pK1=1.88，pK2=3.65，所所以以pI=2.77；Lys的的pK2=8.95，pK3=10.53，所所以以pI=9.74。4.等电点的用途等电点的用途（1）电泳：）电泳：pH=pI AA=0 pHpI AA 向负极移动向负极移动 pHpI AA 向正极移动向正极移动（2）AA的制备：的制备：AA处于等电点时溶解度最小。处于等电点时溶解度最小。如：在工业上利用如：在工业上利用Glu的的pI为为3.22来制备来制备Glu。假假如如有有一一个个Thr、Lys和和Glu等等3种种氨氨基基酸酸混混合合物物，在在pH6.0下下进进行行电电泳泳，然然后后用用茚茚三三酮酮显显色色。请请画画出出电电泳泳后后的的氨氨基基酸酸分分布布图图，标标明明阳阳极极、阴阴极极和和原点。原点。电泳举例电泳举例+-原原点点ThrLysGlu（三）（三）AA的化学性质的化学性质1.与茚三酮反应与茚三酮反应2.与甲醛反应与甲醛反应3.与与2，4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应4.与丹磺酰氯反应与丹磺酰氯反应5.与异硫氰酸苯酯反应与异硫氰酸苯酯反应1.与茚三酮反应与茚三酮反应（氨基和氨基和羧羧基共同参与的反应）基共同参与的反应）（1）-氨氨基基酸酸：与与茚茚三三酮酮反反应应产产生生蓝蓝紫紫色色物物质。质。（2）脯脯氨氨酸酸（Pro）和和羟羟脯脯氨氨酸酸（Hyp）与与茚三酮反应产生茚三酮反应产生黄色黄色物质。物质。原原理理：在在加加热热条条件件下下茚茚三三酮酮能能使使氨氨基基酸酸氧氧化化脱脱羧羧又又脱脱氨氨，反反应应结结果果产产生生还还原原型型茚茚三三酮酮和和氨氨，这这二二种种产产物物又又与与水水合合茚茚三三酮酮互互相相作作用用产产生生蓝蓝紫紫色色产产物物。产产物物的的多多少少与与颜颜色色深深浅浅成成正正比比。根根据据CO2的的量量或或蓝蓝紫紫色色的的深深浅浅程程度度可可作作为为-氨基酸定量分析的依据。氨基酸定量分析的依据。-氨基酸氨基酸与茚三酮反应与茚三酮反应应应用用：适适应应于于氨氨基基酸酸、多多肽肽和和蛋蛋白白质质的定性和定量分析。的定性和定量分析。分分光光光光度度计计：在在波波长长570nm下下，测测定定吸光度。吸光度。-氨基酸与茚三酮反应氨基酸与茚三酮反应 氨基酸在溶液中有如下平衡氨基酸在溶液中有如下平衡：RCHCOO RCHCOO pK +H+NH3+NH2 若若用用滴滴定定法法测测定定氨氨基基或或羧羧基基解解离离释释放放的的H+，找找不不到合适的指示剂。要提高溶液的酸度。到合适的指示剂。要提高溶液的酸度。2.与甲醛的反应（甲醛滴定法与甲醛的反应（甲醛滴定法）COO-CH2NH3+COO-CH2NH2H+pK+NH2N(CH2OH)22HCHO 氨氨基基可可与与甲甲醛醛反反应应生生成成羟羟甲甲基基和和二二羟羟甲甲基基氨氨基基酸酸，使使上上述述平平衡衡向向右右移移动动，促促使使氨氨基基酸酸分分子子上上的的NH3+基基解解离离释释放放出出H+，从从而而使使溶溶液液酸酸性性增增加加，就就可可以以酚酚酞酞作作指示剂，用指示剂，用NaOH来滴定来滴定。氨氨基基酸酸的的甲甲醛醛滴滴定定法法测测定定游游离离氨氨基基，大大体体判判断断蛋蛋白质水解或合成的进度。白质水解或合成的进度。3.与与2，4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)反应反应（无色）（无色）（黄色）（黄色）DNFB+AA-NH2 DNP-AA+HF该该法法被被Sanger用用来来鉴鉴定定多多肽肽或或蛋蛋白白质质的的末末端端氨氨基基酸酸，故称故称Sanger法法。（2，4-二硝基氟苯）二硝基氟苯）（2，4-二硝基苯基氨基酸）二硝基苯基氨基酸）4.与丹磺酰氯（与丹磺酰氯（DNS-Cl）反应）反应 DNS-Cl+AA-NH2 DNS-AA（发荧光）发荧光）+HCl（5-二甲氨基萘磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯/丹磺酰氯丹磺酰氯/DNS-Cl）5.与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITC）反应）反应（Edman反应）反应）PITC=phenylisothiocyanatePTH=phenylthiohydrantion，苯硫乙内酰脲，苯硫乙内酰脲PITC+AA-NH2 PTC-AA PTH-AA一、一、多肽的概念多肽的概念1.肽肽键键与与肽肽：一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基之之间间失失水水形形成成的的酰酰胺胺键键称为称为肽键肽键，所形成的化合物称为，所形成的化合物称为肽肽。2.肽肽链链：氨氨基基酸酸间间由由肽肽键键相相连连而而成成的的链链状状结构。结构。第三节第三节 多肽多肽HH2 2N-N-COOH-COOHC-C-C-C-末端末端末端末端N-N-N-N-末端末端末端末端氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基 肽键肽键肽肽键键的的特特点点是是氮氮原原子子上上的的孤孤对对电电子子与与羰羰基基具有明显的共轭作用具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面组成肽键的原子处于同一平面。肽键（肽键（-CONH-）中的个原子和个）中的个原子和个碳原子碳原子（C）被约束在一个刚性平面（即）被约束在一个刚性平面（即肽键平面肽键平面）上，构成一个上，构成一个肽单元肽单元（peptide unit）。）。肽肽键键中中的的C-NC-N键键具具有有部部分分双双键键性性质质，不不能能自自由由旋转旋转。在大多数情况下，以在大多数情况下，以反式结构反式结构存在。存在。3.多肽多肽肽肽：一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基和和另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨基脱水缩合而成的化合物称肽。氨基脱水缩合而成的化合物称肽。二肽：由两个氨基酸缩合形成的称二肽。二肽：由两个氨基酸缩合形成的称二肽。寡肽寡肽：由：由12-19个氨基酸缩合形成的肽。个氨基酸缩合形成的肽。多肽多肽：由：由20个以上氨基酸缩合形成的肽。个以上氨基酸缩合形成的肽。肽肽链链也也像像氨氨基基酸酸一一样样具具有有极极性性，通通常常总总是是把把NH2末末端端氨氨基基酸酸残残基基放放在在左左边边，COOH末末端端氨氨基基酸酸残残基放在右边基放在右边。N端端 C端。端。四肽的结构四肽的结构主干链：主干链：N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C二、重要的肽二、重要的肽1.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH、GSSG）结构：结构：COOH CHCOOH CH2 2SHSHH H2 2NCHCHNCHCH2 2CHCH2 2COCONHCHCONHCHCONHCHNHCH2 2COOHCOOH命名：谷氨酰半胱氨酰甘氨酸命名：谷氨酰半胱氨酰甘氨酸书写：书写：H-H-谷谷-半胱半胱-甘甘-OH-OH 或或 HGluCysGlyOH +H3N-Glu-Cys-Gly-COO-还原型谷肽甘肽还原型谷肽甘肽（GSH）氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽（GSSG）GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+在在谷谷胱胱甘甘肽肽过过氧氧化化酶酶的的催催化化下下，GSH可可还还原原细细胞胞内内产产生生的的H2O2,使使其其变变成成H2O，与与此此同同时时，GSH被被氧氧化化成成氧氧化化型型谷谷胱胱甘甘肽肽（GSSG）,后后者者在在谷谷胱胱甘甘肽肽还还原原酶酶催化下，再生成催化下，再生成GSH.2.天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽在在生生物物体体中中，多多肽肽最最重重要要的的存存在在形形式式是是作作为为蛋白质的亚单位。蛋白质的亚单位。但但是是，也也有有许许多多分分子子量量比比较较小小的的多多肽肽以以游游离离状状态态存存在在。这这类类多多肽肽通通常常都都具具有有特特殊殊的的生生理理功能，常称为功能，常称为活性肽活性肽。如如：脑脑啡啡肽肽；激激素素类类多多肽肽；抗抗生生素素类类多多肽肽；蛇毒多肽；谷胱甘肽等蛇毒多肽；谷胱甘肽等。+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-Met-脑啡肽脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-脑啡肽脑啡肽作业作业11.测测得得一一种种血血红红素素蛋蛋白白质质含含0.426%铁铁，计计算算其其最最低低分分子子量量。一一种种纯纯酶酶按按重重量量算算含含亮亮氨氨酸酸1.65%和和异异亮亮氨氨酸酸2.48%，问其最低分子量为多少？，问其最低分子量为多少？2.Lys、Gly、Val、Phe、Thr在在球球状状蛋白质中所处的位置，为什么？蛋白质中所处的位置，为什么？