王镜岩生化第三版课件蛋白质.ppt

第三章第三章蛋白质蛋白质第一节第一节蛋白质概论蛋白质概论一、一、蛋白质的化学组成与分类蛋白质的化学组成与分类1、元素组成元素组成碳50%氢7%氧23%氮16%硫0-3%微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼凯氏定氮：粗蛋白质含量=蛋白氮6.252、氨基酸组成氨基酸组成蛋白质是由20种L-型氨基酸组成的长链分子3、分类分类（1）按组成：按组成：简单蛋白：结合蛋白：详细分类，P75表3-1，表3-2。（注意辅基的组成）。（2）、按分子外形的对称程度：）、按分子外形的对称程度：球状蛋白质纤维状蛋白质、膜蛋白质（3）、按功能分：）、按功能分：酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。二、二、蛋白质的大小与形状蛋白质的大小与形状少于50个aa的低分子量aa多聚物称为肽，寡肽或生物活性肽，有时也罕称多肽。多于50个aa的称为蛋白质。蛋白质分子量=aa数目*110三、三、蛋白质分子的构象与结构层次蛋白质分子的构象与结构层次蛋白质都有自己特有的天然空间结构，称为构象。一级结构：氨基酸顺序二级结构：螺旋、折叠、转角，无规卷曲三级结构：螺旋、折叠、转角、松散肽段四级结构：多亚基聚集四、四、蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性1酶2结构成分（结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白）3贮藏（卵清蛋白、种子蛋白）4物质运输（血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体）5细胞运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白）6激素功能（胰岛素）7（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白）8接受、传递信息（受体蛋白，味觉蛋白）9调节、控制细胞生长、分化、和遗传信息的表达（组蛋白、阻遏蛋白）第二节第二节氨基酸氨基酸一、一、蛋白质的水解（详见蛋白质的水解（详见P79）酸水解：色氨酸破坏，天冬酰胺、谷胺酰胺脱酰胺基碱水解：消旋，色氨酸稳定酶水解：水解位点特异，用于一级结构分析，肽谱二、二、氨基酸的功能：氨基酸的功能：（1）、组成蛋白质）、组成蛋白质（2）、一些）、一些aa及其衍生物充当化学信号分子及其衍生物充当化学信号分子-氨基丁酸，色氨酸衍生物：5-羟色胺、褪黑激素，都是神经递质，甲状腺素（Tyr衍生物），吲哚乙酸（Trp衍生物）都是激素（3）、氨基酸是许多含）、氨基酸是许多含N分子的前体物分子的前体物核酸的含氮碱基、血红素、叶绿素的合成都需要aa（4）、一一些些基基本本氨氨基基酸酸和和非非基基本本aa是是代代谢谢中中间间物物精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸)尿素循环的中间物，三、三、氨基酸的结构与分类氨基酸的结构与分类基本氨基酸（编码的蛋白质氨基酸）：组成蛋白质，20种，稀有氨基酸：是多肽合成后由基本aa经酶促修饰而来。非蛋白质氨基酸：存在于生物体内但不组成蛋白质(约150种)。（一）（一）编码的蛋白质氨基酸（编码的蛋白质氨基酸（20种）种）结构通式：1、按照按照R基的化学结构分类基的化学结构分类（1）、）、R为脂肪烃基的氨基酸（为脂肪烃基的氨基酸（5种）种）R基均为中性烷基，R基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点。（6.00.03）Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性从Gly至Ile，R基团疏水性增加（2）、）、R中含有羟基和硫的氨基酸（共中含有羟基和硫的氨基酸（共4种）种）Ser的-CH2OH基（pKa=15）在生理条件下不解离，但在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。Cys的R中含巯基（-SH），具有两个重要性质：（1）在较高pH值条件，巯基离解。（2）两个Cys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。uCys与结石Met在生物合成中是一种重要的甲基供体。（3）、）、R中含有酰胺基团（中含有酰胺基团（2种）种）酰胺基中氨基易发生氨基转移反应（4）、）、R中含有酸性基团（中含有酸性基团（2种）种）Asp、GluAsp侧链羧基pKa为3.86，Glu侧链羧基pKa为4.25它们是唯一在生理条件下带有负电荷的的两个氨基酸（5）、）、R中含碱性基团（中含碱性基团（3种）种）Lys侧链氨基的pKa为10.53，生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（NH3+），侧链的氨基反应活性增大。Arg是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。His是pKa值最接近生理pH值的一种（游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35），是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。His在酶的酸碱催化机制中起重要作用在280nm处，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱。（6）、）、芳香族氨基酸芳香族氨基酸（7）、）、杂环族氨基酸杂环族氨基酸（1种）种）Pro的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。一般出现在两段-螺旋之间的转角处，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，u必需氨基酸必需氨基酸：成年人：Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、Met婴儿期：Arg和His供给不足，属半必须氨基酸2、按照按照R基的极性性质可以分为基的极性性质可以分为4类：类：侧链极性(疏水性程度)Gly 0Ser-0.3Glu-2.5Lys-3.0Ala 0.5Asn-0.2Asp-2.5Arg-3.0Met 1.3Gln-0.2His 0.5Pro 1.4Thr 0.4Val1.5Cys 1.0Leu 1.8Tyr 2.3Ile1.8Phe 2.5Trp 3.4（1）、）、非极性氨基酸非极性氨基酸 9种在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用（蛋白质的疏水核心）。（2）、）、不带电何的极性氨基酸不带电何的极性氨基酸 6种这类氨基酸的侧链都能与水形成氢键，因此很容易溶于水（3）、带负电荷的）、带负电荷的aa(酸性酸性aa)（4）、带正电何的）、带正电何的aa(碱性碱性aa)胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成很强的分子间(内)交联。Arg的胚基碱性很强，与NaOH相当。His是一个弱碱，是天然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中心。非极性aa一般形成蛋白质的疏水核心，带电荷的aa和极性aa位于表面。酶的活性中心：His、Ser、Cys（二）二）非编码的蛋白质氨基酸非编码的蛋白质氨基酸也称修饰氨基酸，是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。（1）4-羟脯氨酸（2）5-羟赖氨酸这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白中。（3）6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中）(4)-羧基谷氨酸存在于凝血酶原及某些具有结合Ca2+离子功能的蛋白质中。（5）Tyr的衍生物：3.5-二碘酪氨酸、甲状腺素（甲状腺蛋白中）（6）锁链素由4个Lys组成（弹性蛋白中）。（三）（三）非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 P85不组成蛋白质，但有生理功能（1）L-型氨基酸的衍生物L-瓜氨酸、L-鸟氨酸是尿素循环的中间物（2）D-型氨基酸D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短杆菌肽S）（3）-、-、-氨基酸-Ala（泛素的前体）、-氨基丁酸（神经递质）。三、三、氨基酸的构型、旋光性和光吸收氨基酸的构型、旋光性和光吸收1、氨基酸的构型与旋光性氨基酸的构型与旋光性Gly一种构型,无旋光性Thr和Ile有四种光学异构体。其余17种氨基酸有两种光学异构体：L型、D型。构成蛋白质的氨基酸均属L-型（L-苏氨酸）。氨基酸的旋光性（符号和大小）取决于它的R基的性质，并与溶液的PH值有关。P87表3-6蛋白质中L型氨基酸的比旋光度外消旋物：外消旋物：D-型和L-型的等摩尔混合物。L-苏氨酸和D-苏氨酸组成消旋物。L-别一苏氨酸和D-别-苏氨酸组成消旋物内消旋物：内消旋物：分子内消旋胱氨酸有三种立体异构体：L-胱氨酸、D-胱氨酸、内消旋胱氨酸。L-胱氨酸和D-胱氨酸是外消旋物2、氨基酸的光吸收性氨基酸的光吸收性Tyr、Phe、Trp的R基含有共轭双键，在220-300nm近紫外区有吸收。（nm）Tyr2751.4103Phe2572.0102Trp2805.6103Lambert-Beer：在280nm有最大光吸收四、四、氨基酸的酸碱性质（重点）氨基酸的酸碱性质（重点）1、氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在晶体溶点高离子晶格，不是分子晶格。不溶于非极性溶剂极性分子介电常数高水溶液中的氨基酸是极性分子。-羧基pK1在2.0左右，当pH3.5，-羧基以-COO-形式存在。-氨基pK2在9.4左右，当pHpKa/时，碱酸（50%解离）pH碱（50%解离）Ka/Ka/=H+A-/HA在pH2.34和pH9.60处，Gly具有缓冲能力。起点：100%Gly+净电荷：+1第一拐点：50%Gly+，50%Gly平均净电荷：+0.5pH=pK+lgGly/Gly+=pK1=2.34第二拐点：100%Gly净电荷：0等电点pI第三拐点：50%Gly，50%Gly-平均净电荷：-0.5pH=pK2+lgGly-/Gly=pK2=9.6终点：100%Gly-净电荷：-1