生物化学1第一章蛋白质化学zjg.ppt

第一章第一章蛋白质化学蛋白质化学张张 金金 国国 教教 授授5/16/20231ZhangJG-Biochemistry第一章第一章蛋白质化学蛋白质化学第一节第一节 氨基酸的结构和性质氨基酸的结构和性质第二节第二节 蛋白质的结构和蛋白质的结构和性质性质第三节第三节蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系第四节第四节 蛋白质的分离纯化与鉴定蛋白质的分离纯化与鉴定第五节第五节 蛋白质测序蛋白质测序5/16/20232ZhangJG-Biochemistry早在早在18781878年，恩格斯就在反杜林论中指出年，恩格斯就在反杜林论中指出:“:“生命是蛋白体的存在方式。生命是蛋白体的存在方式。”现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断：论断：第一，第一，蛋白体是生命的物质基础蛋白体是生命的物质基础;第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式存在方式;第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新陈代谢。自然界不断的新陈代谢。蛋白质概述蛋白质概述5/16/20233ZhangJG-Biochemistry蛋白质的概念蛋白质的概念蛋白质（蛋白质（protein）是一种复杂的有机化合物，旧）是一种复杂的有机化合物，旧称称“朊朊”。蛋白质是含蛋白质是含氮氮的生物大分子。的生物大分子。根据蛋白质的分子组成、结构和功能等方面的特根据蛋白质的分子组成、结构和功能等方面的特征，将征，将蛋白质定义蛋白质定义为生物体中普遍存在的、为生物体中普遍存在的、由氨由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子。基酸通过肽键连接而成的生物大分子。蛋白质的种类繁多，结构复杂、具有特定的蛋白质的种类繁多，结构复杂、具有特定的生物生物功能大分子功能大分子，是表达生物遗传性状的主要物质。，是表达生物遗传性状的主要物质。5/16/20234ZhangJG-Biochemistry蛋白蛋白质质的的分类分类1 1、按分子外形的对称程度、按分子外形的对称程度：球状蛋白质球状蛋白质：溶解性较好、能结晶，占大多数：溶解性较好、能结晶，占大多数 纤维状蛋白质纤维状蛋白质：可溶性：如血纤维蛋白；：可溶性：如血纤维蛋白；不溶性：如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白不溶性：如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白5/16/20235ZhangJG-Biochemistry2 2、按化学组成、按化学组成：简单蛋白简单蛋白：完全由氨基酸构成：完全由氨基酸构成结合蛋白结合蛋白：蛋白质蛋白质非蛋白部分（辅基）非蛋白部分（辅基）5/16/20236ZhangJG-Biochemistry3 3、按溶解度分、按溶解度分：可溶、醇溶、不溶：可溶、醇溶、不溶清蛋白清蛋白(albumin)(albumin)：又称白蛋白，溶于水，如血清清蛋白、：又称白蛋白，溶于水，如血清清蛋白、乳清蛋白等。乳清蛋白等。球蛋白球蛋白(globulin)(globulin)：微溶于水，易溶于稀中性盐溶液，如：微溶于水，易溶于稀中性盐溶液，如血清球蛋白、肌球蛋白和大豆球蛋白等。血清球蛋白、肌球蛋白和大豆球蛋白等。精蛋白精蛋白(protamine)(protamine)：溶于水及酸性溶液，呈碱性，如鱼：溶于水及酸性溶液，呈碱性，如鱼精蛋白。精蛋白。组蛋白组蛋白(histone)(histone)：溶于水及稀酸溶液，呈碱性，如球蛋：溶于水及稀酸溶液，呈碱性，如球蛋白。白。谷蛋白谷蛋白(glutelin)(glutelin)：不溶于水，溶于：不溶于水，溶于70708080乙醇，如乙醇，如玉米蛋白。玉米蛋白。硬蛋白硬蛋白(albuminoid)(albuminoid)：不溶于水、盐、稀酸、稀碱溶液，：不溶于水、盐、稀酸、稀碱溶液，如胶原蛋白，毛发、蹄、角及甲壳的角蛋白和丝蛋白，腱、如胶原蛋白，毛发、蹄、角及甲壳的角蛋白和丝蛋白，腱、韧带中的弹性蛋白等。韧带中的弹性蛋白等。5/16/20237ZhangJG-Biochemistry4 4、按功能分类、按功能分类5/16/20238ZhangJG-Biochemistry蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能（1 1）催化功能催化功能酶酶 （2 2）结结构构成成分分（结结缔缔组组织织的的胶胶原原蛋蛋白白、血血管管和和皮皮肤肤的的弹弹性性蛋白、膜蛋白）蛋白、膜蛋白）（3 3）物物质质运运输输（血血红红蛋蛋白白、NaNa+-K-K+-ATPase-ATPase、葡葡萄萄糖糖运运输输载载体、脂蛋白、电子传递体）体、脂蛋白、电子传递体）（4 4）贮藏（卵清蛋白、奶酪蛋白、种子蛋白）贮藏（卵清蛋白、奶酪蛋白、种子蛋白）（5 5）运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白）运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白）（6 6）激素功能（胰岛素、甲状腺素）激素功能（胰岛素、甲状腺素）（7 7）防御（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白）防御（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白）（8 8）接受、传递信息（受体蛋白、味觉蛋白）接受、传递信息（受体蛋白、味觉蛋白）（9 9）调调节节、控控制制细细胞胞生生长长、分分化化、和和遗遗传传信信息息的的表表达达（组组蛋白、阻遏蛋白）蛋白、阻遏蛋白）（1010）其他功能，毒蛋白）其他功能，毒蛋白5/16/20239ZhangJG-Biochemistry1 1、元素组成元素组成碳碳50%50%、氢、氢7%7%、氧、氧23%23%、氮、氮16%16%、硫硫 0-3%0-3%微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼凯氏定氮：凯氏定氮：粗蛋白质含量粗蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.256.252 2、氨基酸组成氨基酸组成蛋白质是由蛋白质是由2020种种L-L-型型氨基酸氨基酸组成的长链分子组成的长链分子蛋白质的组成蛋白质的组成5/16/202310ZhangJG-Biochemistry一、一、氨基酸的结构氨基酸的结构（一）结构通式（一）结构通式第一节第一节氨基酸的结构和性质氨基酸的结构和性质5/16/202311ZhangJG-Biochemistry氨基酸的种类氨基酸的种类1 1、基本氨基酸、基本氨基酸（编码的蛋白质氨基酸）：（编码的蛋白质氨基酸）：组成蛋白质，组成蛋白质，2020种。种。见见P5P5表表1-1(1-1(中文、英文名称、三字母代号中文、英文名称、三字母代号)注意：注意：2121种（硒代半胱氨酸种（硒代半胱氨酸 ）2 2、稀有氨基酸、稀有氨基酸：是多肽合成后由基本：是多肽合成后由基本aaaa经经酶促修饰而来。酶促修饰而来。3 3、非蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸：存在于生物体内但不：存在于生物体内但不组成蛋白质组成蛋白质 (约约150150种种)。5/16/202312ZhangJG-Biochemistry基本氨基酸中英文名称及缩写代号5/16/202313ZhangJG-Biochemistry（二）立体异构（二）立体异构不对称碳原子不对称碳原子是与是与4个不同原子或原于团相连接个不同原子或原于团相连接的碳原子的碳原子,也叫手性碳原子，用也叫手性碳原子，用“C*”表示。表示。每种氨基酸都有两种立体异构体每种氨基酸都有两种立体异构体D-型、型、L-型型。旋光性：左旋（）、右旋（）旋光性：左旋（）、右旋（）左旋（）、右旋（）与构型无相关性左旋（）、右旋（）与构型无相关性蛋白质分子中的氨基酸都是蛋白质分子中的氨基酸都是 L-L-氨基酸氨基酸!5/16/202314ZhangJG-Biochemistry按照按照R R基的化学结构分类基的化学结构分类1 1、脂肪族氨基酸、脂肪族氨基酸可以分为可以分为7 7组：组：（三）（三）氨基酸的分类及其部分生物学活性氨基酸的分类及其部分生物学活性编码的蛋白质氨基酸（编码的蛋白质氨基酸（2020种）种）5/16/202315ZhangJG-Biochemistry（1）R为脂肪烃基的氨基酸（为脂肪烃基的氨基酸（5种）种）注意注意甘氨酸甘氨酸是唯一不含手性碳原子的氨基酸，物旋光性。是唯一不含手性碳原子的氨基酸，物旋光性。5/16/202316ZhangJG-Biochemistry（2 2）R R中含有羟基的氨基酸（中含有羟基的氨基酸（2 2种）种）丝丝氨氨酸酸SerSer的的OHOH基基（pKa=15pKa=15）在在生生理理条条件件下下不不解解离离，大多数酶的活性中心都发现有大多数酶的活性中心都发现有SerSer残基存在。残基存在。SerSer和和ThrThr的的-OH-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。往往与糖链相连，形成糖蛋白。5/16/202317ZhangJG-Biochemistry（3 3）R R中含有硫的氨基酸（中含有硫的氨基酸（2 2、3 3种）种）5/16/202318ZhangJG-Biochemistry半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）的的R R中含巯基（中含巯基（-SH-SH），），具有两具有两个重要性质：（个重要性质：（1 1）在较高）在较高pHpH值条件，巯基离解；值条件，巯基离解；（2 2）两个）两个CysCys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸（易在膀胱、肾、输尿管中形成结石）。（易在膀胱、肾、输尿管中形成结石）。nCys也经常出现在蛋白质的活性中心。也经常出现在蛋白质的活性中心。n甲甲硫硫氨氨酸酸（Met）在在生生物物合合成成中中是是一一种种重重要要的的甲甲基供体。基供体。n硒硒代代半半胱胱氨氨酸酸（selenocysteineselenocysteine，SeCSeC）：在在天天然然蛋蛋白白质质中中发发现现的的第第2121种种由由三三联联体体密密码码编编码码的的L-L-氨氨基基酸酸。主主要要存存在在于于谷谷胱胱甘甘肽肽过过氧氧化化物物酶酶中中，类似于半胱氨酸也可以生成硒类似于半胱氨酸也可以生成硒胱氨酸胱氨酸。5/16/202319ZhangJG-Biochemistry（4 4）R R中含有酸性基团（中含有酸性基团（2 2种）种）天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）侧链羧基侧链羧基pKa为为3.86，谷氨酸（谷氨酸（Glu）侧）侧链羧基链羧基pKa为为4.25它们是唯一在生理它们是唯一在生理条件下带有负电荷条件下带有负电荷的的两个的的两个氨基酸氨基酸5/16/202320ZhangJG-Biochemistry（5 5）R R中含有酰胺基团（中含有酰胺基团（2 2种）种）酰胺基中氨基酰胺基中氨基易发生氨基转易发生氨基转移反应移反应 5/16/202321ZhangJG-Biochemistry（6 6）R R中含碱性基团（中含碱性基团（3 3种）种）5/16/202322ZhangJG-Biochemistry赖氨酸（赖氨酸（Lys）侧链氨基的侧链氨基的pKa为为10.53，生理条件，生理条件下，下，Lys侧链带有一个正电荷（侧链带有一个正电荷（NH3+），侧链），侧链的氨基反应活性增大。的氨基反应活性增大。精氨酸（精氨酸（Arg）是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍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，基是已知碱性最强的有机碱，与与NaOHNaOH相当，相当，pKa值为值为12.48，生理条件下完全质子化。，生理条件下完全质子化。组氨酸（组氨酸（His）是是pKa值最接近生理值最接近生理pH值的一种值的一种（游离氨基酸中为（游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为，在多肽链中为7.35），），是在生理是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸，条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸，是天然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中是天然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中心心。在酶的酸碱催化机制中起重要作用。在酶的酸碱催化机制中起重要作用5/16/202323ZhangJG-Biochemistry三者含有苯环，共轭双键，三者含有苯环，共轭双键，280nm处紫外吸收，处紫外吸收，Trp吸收吸收最强，最强，Tyr次之，次之，Phe最弱。最弱。2 2、芳香族氨基酸芳香族氨基酸 3 3种种5/16/202324ZhangJG-Biochemistry3 3、杂环亚氨基酸（、杂环亚氨基酸（1 1种）种）脯氨酸脯氨酸Pro是唯一的是唯一的亚氨基酸，亚氨基酸，Pro的的-亚氨基是环的一部分，亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性因此具有特殊的刚性结构。结构。一般出现在两段一般出现在两段-螺螺旋之间的转角处，旋之间的转角处，Pro残基所在的位置残基所在的位置必然发生骨架方向的必然发生骨架方向的变化。变化。5/16/202325ZhangJG-Biochemistry在蛋白质中在蛋白质中非极性非极性aaaa一般形成蛋白质的疏水核心；一般形成蛋白质的疏水核心；不不带带电电何何的的极极性性氨氨基基酸酸的的侧侧链链都都能能与与水水形形成成氢氢键键，易易溶溶于于水水，带带电电荷荷的的aaaa和和极极性性aaaa位位于于表面。表面。酶的活性中心：酶的活性中心：HisHis、SerSer、CysCys5/16/202326ZhangJG-Biochemistry稀有氨基酸稀有氨基酸也也称称修修饰饰氨氨基基酸酸，是是在在蛋蛋白白质质合合成成后后，由由基基本本氨氨基基酸酸修修饰饰而来。而来。（1 1）4-4-羟脯氨酸羟脯氨酸 （2 2）5-5-羟赖氨酸羟赖氨酸 这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白中。这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白中。（3 3）6-N-6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中）甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中）（4 4）-羧基谷氨酸羧基谷氨酸 存存在在于于凝凝血血酶酶原原及及某某些些具具有有结结合合CaCa2+2+离离子子功功能能的的蛋蛋白白质质中中。（5 5）TyrTyr的的衍衍生生物物：3.5 3.5-二二碘碘酪酪氨氨酸酸、甲甲状状腺腺素素 （甲甲状状腺蛋白中）。腺蛋白中）。5/16/202327ZhangJG-Biochemistry非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸约约150种种，一般为基本氨基酸的衍生物。，一般为基本氨基酸的衍生物。还有如：还有如：-氨氨基基酸酸、-氨氨基基酸酸、-氨氨基基酸酸、D-D-氨氨基酸基酸 5/16/202328ZhangJG-Biochemistry必需氨基酸：必需氨基酸：体体内内不不能能合合成成或或合合成成的的量量不不足足，不不能能满满足足机机体体需需要要，必必须须从从食食物物中中摄摄取取的的氨氨基基酸酸称称必必需需氨基酸氨基酸。成成年年人人8 8种种：ThrThr（苏苏）、ValVal（丙丙）、LeuLeu、IleIle、PhePhe、TrpTrp（色）、（色）、LysLys、Met Met。胱氨酸和酪氨酸（胱氨酸和酪氨酸（TyrTyr）在体内可分别由蛋）在体内可分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而来，称氨酸和苯丙氨酸转变而来，称半必需氨基酸半必需氨基酸。婴儿期婴儿期：ArgArg和和HisHis供给不足，是婴儿的必需供给不足，是婴儿的必需氨基酸。氨基酸。5/16/202329ZhangJG-Biochemistry二、二、氨基酸的性质氨基酸的性质（一）（一）氨基酸的物理性质氨基酸的物理性质1 1、一般物理性质、一般物理性质无无色色晶晶体体、熔熔点点高高200200以以上上，如如甘甘（233）、酪（酪（344）；味道不同，甜、苦鲜）；味道不同，甜、苦鲜2 2、氨基酸的旋光性、氨基酸的旋光性GlyGly一种构型一种构型,无旋光性无旋光性Thr(Thr(苏苏)和和IleIle有四种光学异构体。有四种光学异构体。P9P9图图1-111-11 其余其余1717种氨基酸有两种光学异构体：种氨基酸有两种光学异构体：L L型、型、D D型。型。构成蛋白质的氨基酸均属构成蛋白质的氨基酸均属L-L-型。型。5/16/202330ZhangJG-Biochemistry3、氨基酸的吸收光谱、氨基酸的吸收光谱构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在种氨基酸在可见光区都没有光吸收，可见光区都没有光吸收，但在红外区和远紫外区但在红外区和远紫外区(220nm)(pIpI时时，氨氨基基酸酸带带负负电电荷荷，-COOH-COOH解解离离成成-COO-COO-，向正极移动。，向正极移动。pH=pIpH=pI时，氨基酸净电荷为零时，氨基酸净电荷为零pH pH 97%97%以上）；以上）；（2 2）知道蛋白质的分子量；）知道蛋白质的分子量；（3 3）知道蛋白质由几个多肽链组成；）知道蛋白质由几个多肽链组成；（4 4）测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子）测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。量计算每种氨基酸的个数。2 2）末端氨基酸分析）末端氨基酸分析（1 1）N N末端分析末端分析（2 2）C C末端分析末端分析5/16/2023156ZhangJG-Biochemistry蛋白质的测序的步骤蛋白质的测序的步骤（一）肽链分离（一）肽链分离（二）肽链降解（二）肽链降解（三）肽段分离（三）肽段分离（四）顺序分析（四）顺序分析（五）二硫键定位（五）二硫键定位5/16/2023157ZhangJG-Biochemistry第一章作业第一章作业P52：第：第2、3、6、7题题补充补充1、熟悉、熟悉21种基本氨基酸的结构特点和种基本氨基酸的结构特点和性质。性质。补充补充2、概念名词解释：、概念名词解释：等电点、电泳、亚基、蛋白质变性、等电点、电泳、亚基、蛋白质变性、别构效应别构效应（播放蛋白质动画）（播放蛋白质动画）5/16/2023158ZhangJG-BiochemistryGood-bye2011.2.5/16/2023159ZhangJG-Biochemistry5/16/2023160ZhangJG-Biochemistry