第一章 蛋白质化学

蛋白质化学
一、蛋白质的重要性和一般组成 （一）重要性 结构物质，功能物质。 一切重要的生理活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命现 象的最基本的物质基础。
（二）一般组成 元素组成：C、H、O、N 、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。 凯氏定氮法
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。
COOH H2N C R H
COOH H3N
COO H3N
H2N
COO C R
-
ห้องสมุดไป่ตู้
+
C R
H
+
C R
H
H
当溶液的pH=pI时，氨基酸主要以两性离子形式存在。 pH<pI时，氨基酸主要以正离子形式存在。
[Gly±] pI=（pK1+pK2）/2
pIGly =（2.34+9.60）/2=5.97
pI时， [Gly+ ] = [Gly ]
[Gly±] [H+]
K1
=
[Gly±] K2
[H+]
酸性氨基酸，以Asp为例：
碱性氨基酸，以Lys为例：
（四）氨基酸的化学性质
R CH COOH NH 2
R CH COO + NH 3
+ P+
+ NH 3(ε) P+
+
+ NH 3(ε) P
-
+
NH 2
pK 10.6
P
COO
NH 2(ε) P
pI=(8.0＋10.6) /2 =9.3
-
2．肽的化学性质
（1）双缩脲反应
NH 2 C O NH 2 NH 2 C O NH 2
NH 2 C
加热
O NH + NH3↑
C
O NH 2
双缩脲 ＋ 碱性CuSO4溶液 （2）肽键的紫外吸收 210～230nm
1．α-氨基参加的反应
（1）成盐作用
R CH COOH + HCl NH 2
R CH
COOH
NH 2 HCl
·
（2）与HNO2的反应
NH 2 R CH COOH + HNO2
OH R CH COOH + H2O + N2
↑
（3）与甲醛的反应
甲醛滴定
（4）氨基酸与 5一二甲氨基萘-1-磺酰氯 （dansyl chloride,DNS）的反应
茚三酮显色：仪器灵敏度10-9mol
OPA（邻苯二甲醛），荧光胺： 灵敏度10-12mol。
3．高效液相层析（high performance liguid chromatography, HPLC）
（六）氨基酸的制备 1．蛋白质水解 （1）酸水解
（2）碱水解
（3）酶水解 2．人工合成 3．微生物发酵
（2）苯环的黄色反应
Tyr or
Trp
+ 浓HNO3
黄色
phe+少量浓H2SO4+浓HNO3
黄色
（3）酚基的Millon反应（米伦氏反应）
HgNO3 Tyr+ Hg(NO3)2 HNO3 红色
（4）pauly反应
His + 重氮苯磺酸
红色（棕红色）
Tyr + 重氮苯磺酸
橘黄色
（5）Folin一酚反应
（三）氨基酸的酸碱性质和等电点 1、氨基酸的两性离子形式
-
COOH H2N C R H H3N
COO
+
C R
H
两性离子(dipolar ion)
2、氨基酸的两性解离和等电点
BrÖnsted的酸碱理论，即广义酸碱理论。
HA
酸
A + H
碱
-
+
质子
两性电解质
As an acid（proton donor）：
COO H3N
H2N
COO C R H
+
C R
H
+ H+
As a base（proton acceptor）：
COO H3N
H3N
COOH
+
C R
+ H+ H
+
C R
H
COOH H3N
+
+ OH C R
正离子
-
COO H3N
+ OH + H+ H2N
COO C R
负离子
-
H + H+
+
C R
H
H
两性离子
多肽（Polypeptide）
氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。
R1 H2N CH
N端
O C
R2 HN CH
O C
R3 HN CH
O C
Rn HN CH
C端
O COH
氨基酸残基
氨基酸残基
肽链书写方式：N端→C端
肽链有链状、环状和分支状。
命名：根据氨基酸组成，由N端→C端命名
O H3C CH NH 2 C O HN CH 2 C HN CH CH 2 CH H3C CH 3 COOH
pH>pI时，氨基酸主要以负离子形式存在。
3．氨基酸的酸碱滴定曲线
4．等电点的计算
中性氨基酸：以Gly为例
COOH H3N
+ H K1 + H K2
COO H3N
-
COO H2N CH2
-
+
CH2 Gly
+
+
CH2 Gly
+ -
Gly
-
K 1= K 2=
[Gly±] [H+] [Gly+] [Gly- ] [H+] [H+]2=K1K2 pH=（pK1+pK2）/2
紫色
（三）天然存在的某些活性肽
1．肌肽和鹅肌肽
肌肽（carnosine）:β-Ala-His
鹅肌肽（anserine）：β-Ala-1-Me-His
2．谷胱甘肽(glutathione,GSH)
3．多肽抗菌素
4．多肽激素
5．神经肽 如脑啡肽 (enkephalin) 甲硫氨酸脑啡肽 Tyr–Gly–Gly–phe- Met
二、蛋白质的基本结构单位——氨基酸（amino acid, aa或AA） （一）氨基酸的通式、分类、结构和代号 1、氨基酸的通式
或
H 2N COOH C R
α
COO H 3N
+
C R
α
H
H
2、氨基酸的分类、结构、代号
(1)按侧链R基的结构
(2) 按侧链R基的极性
氨基酸的结构、代号:
中性氨基酸
（二）氨基酸的构型、旋光性和光吸收
构型：手性碳原子（除Gly以外) D-型和L-型
蛋白质中的氨基酸都是L-型。 (Gly除外)
以丙氨酸为例：
如含两个手性碳原子，则有４种立体异构体，分别称 为Ｄ-,Ｌ-，Ｄ别-和Ｌ别-氨基酸。
COOH H2N H C C CH3
L-苏氨酸 (L-threonine)
（2）纸层析
单向纸层析图 Rf值
双向纸层析图
（3）薄层层析
2．离子交换层析法
原理：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，离子交
换树脂上的活性基团与溶液中的离子进行交换反应，由于各种离 子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过程中， 各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。
H H2N H H2N C R COOH
+ C2H5OH 干燥HCl + NaOH
C R
COONa + H2O
H H HCl · 2N C R COOC 2H5 + H2O
（2）成酰胺反应
体外：
O
R CH COOC 2H5 + HNH2 NH 2
R CH C NH 2
NH 2 + C2H5OH
体内：
亮氨酸脑啡肽
Tyr-Gly-Gly-phe-Leu
四、蛋白质的分类
（一）根据蛋白质分子的形状
1．球状蛋白质（globular protein） 2．纤维状蛋白质（fibrous protein）
（二）根据组成和溶解度
1．单纯蛋白质（simple protein）: 也称简单蛋白质，完全由氨基酸组 成的蛋白质。 单纯蛋白质的分类（根据溶解度的不同） (1) 清蛋白（albumin）：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。如血清清 蛋白。 (2) 球蛋白（globulin）：不溶于水而溶于稀盐溶液，如血清球蛋白。 (3) 谷蛋白（glutelin）：不溶于水、醇及中性盐溶液，但溶于稀酸、 稀碱，如米谷蛋白。 (4) 谷醇溶蛋白（prolamine）：不溶于水，但溶于70%～80%乙醇， 如玉米醇溶蛋白。
R + H 3N
1
H + H N
R
2
CH C OH O
CH COO
-
H2O
1 2
R + H3N
H N
R
CH C O
CH COO
-
4．侧链R基参加的反应 （1）-S-S-和-SH的氧化还原反应
H 2N CH CH 2 S S CH 2 H 2N CH