蛋白质的化学组成和分类.ppt

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1、 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第3章章 蛋白质的构件蛋白质的构件氨基酸氨基酸-氨基酸的一般结构氨基酸的分类v蛋蛋白白质质是是一一类类含含氮氮有有机机化化合合物物，除除含含有有碳碳、氢氢、氧氧外外，还还有有氮氮和和少少量量的的硫硫。某某些些蛋蛋白白质质还还含含有有其其他他一一些些元元素素，主主要要是是磷磷、铁铁、碘碘、锌锌和和铜铜等等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：l 碳碳 5050l 氢氢 7 7l 氧氧 2323l 氮氮 16%(16%(蛋白质系数蛋白质系数)

2、l 硫硫 0303l 其他其他 微微 量量一、蛋白质的化学组成和分类一、蛋白质的化学组成和分类1 1、化学组成、化学组成 2 2、蛋白质的分类、蛋白质的分类(1)1)依据蛋白质的形状和溶解度可分为球状蛋白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。质、纤维状蛋白质和膜蛋白。球状蛋白质：分子球状蛋白质：分子外形接近球形或椭圆形。外形接近球形或椭圆形。纤维状蛋白质纤维状蛋白质：分子外形类似纤维或细棒。又可：分子外形类似纤维或细棒。又可分为分为可溶性纤维状蛋白和不溶性纤维状蛋白质可溶性纤维状蛋白和不溶性纤维状蛋白质膜蛋白：膜蛋白：与细胞的各种膜系统结合存在。与细胞的各种膜系统结合

3、存在。一、蛋白质的化学组成和分类一、蛋白质的化学组成和分类（2 2）依据蛋白质的组成分类）依据蛋白质的组成分类可以分为可以分为单纯蛋白和缀合蛋白单纯蛋白和缀合蛋白 单纯蛋白质（简单蛋白质），单纯蛋白质（简单蛋白质），只有氨基酸构成，只有氨基酸构成，简单简单蛋白根据溶解度又分为蛋白根据溶解度又分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白缀合蛋白质或结合蛋白质，缀合蛋白质或结合蛋白质，除含氨基酸外还含其他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，物质，这些非蛋白部分叫辅基或配体，结合蛋白又根结合蛋白又根据非蛋白组分

4、分为据非蛋白组分分为核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋核蛋白、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一、蛋白质的化学组成和分类2、蛋白质的分类、蛋白质的分类（3）按功能分类）按功能分类 酶蛋白、调节蛋白、酶蛋白、调节蛋白、转运蛋白、贮存蛋白、收转运蛋白、贮存蛋白、收缩蛋白、防御蛋白、毒蛋白、膜蛋白、缩蛋白、防御蛋白、毒蛋白、膜蛋白、胶原蛋白、胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等丝心蛋白等 一、蛋白质的化学组成和分类一、蛋白质的化学组成和分类2、蛋白质的分类、蛋白质的分类二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解蛋白质

5、完全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、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构组成蛋白质的常见氨基酸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）（standard amino acids)组成组成蛋白质的不常见氨基酸：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。非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 -氨基酸氨基酸可变部分可变部分不变部分不变部分

6、1、常见氨基酸的结构及结构通式、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。除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。三、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构2、氨基酸在结构的共同点、氨基酸在结构的共同点(1)都是都是-氨基酸。氨基酸。(2)不同的氨基酸不同的氨基酸R不同。不同。(3)除甘氨酸外，除甘氨酸外，-碳原子都是手性碳原子。碳原子都是手性碳原子。(4)两性离子：两性离子：氨基酸在结晶状态或在水溶液中，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。子），中性分子数极少。(5)旋光性：除

7、旋光性：除Gly外，都具旋光性外，都具旋光性.三、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构3.3.蛋白质中几种重要的不常见氨基酸蛋白质中几种重要的不常见氨基酸蛋蛋白白质质中中的的不不常常见见的的氨氨基基酸酸，通通常常是是由由相相应应的的基基本本氨氨基基酸衍生而来的。酸衍生而来的。其其中中重重要要的的有有4-4-羟羟基基脯脯氨氨酸酸、5-5-羟羟基基赖赖氨氨酸酸、N-N-甲甲基基赖赖氨氨酸酸、和和3,5-3,5-二二碘碘酪酪氨氨酸酸等等。这这些些不不常常见见蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸的结构如下。的结构如下。三、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构l4、非蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸在各组织和细胞中

8、还存在在各组织和细胞中还存在200多种非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，也有一些是有一些是-，-或或-氨基酸，有的是氨基酸，有的是D-型氨基酸。如：型氨基酸。如：NH2-CH2-CH2-COO-丙氨酸丙氨酸NH2-CH2-CH2CH2-COO-氨基丁酸氨基丁酸HS-CH2-CH2CH-COO-H3N+高半胱氨酸高半胱氨酸H2N-C-NH-(CH2)2-CH-COO-H3N+O=瓜氨酸瓜氨酸三、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构四、四、氨基酸的分类氨基酸的分类l可分为蛋白质中常见氨基酸，蛋白质中不常见可分为蛋白质中常见氨基酸

9、，蛋白质中不常见氨基酸和非蛋白氨基酸。氨基酸和非蛋白氨基酸。l蛋白质中常见氨基酸又根据蛋白质中常见氨基酸又根据R-基的结构和极性基的结构和极性大小进行分类。大小进行分类。1、根据、根据R的化学结构的化学结构（1）脂肪族氨基酸：）脂肪族氨基酸：1）疏水性：）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr（2）芳香族氨基酸：）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp（3）杂环氨基酸：）杂环氨基酸：His（4）杂环亚氨基酸：）杂环亚氨基酸：Pro2、根据、根据R的极性的极性（1）极性氨基酸：）极性氨基酸：1

10、）不带电：）不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：）带负电：Asp、Glu（2）非极性氨基酸：）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp四、四、氨基酸的分类氨基酸的分类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，只能由食物提人体或动物体不能合成，只能由食物提供的氨基酸叫必需供的氨基酸叫必需aa。成年人。成年人8种种,婴幼儿能合成婴幼儿能合成组氨组氨酸和精氨酸，酸和精氨酸，但合成量不能满足需要，仍需从食物中但合成量不能满足需要

11、，仍需从食物中供给。动物供给。动物10种（精、组氨酸）。种（精、组氨酸）。八种必需氨基酸包括：八种必需氨基酸包括：苏缬亮异亮，苯丙属芳香。苏缬亮异亮，苯丙属芳香。还有色赖蛋，缺一人遭殃。还有色赖蛋，缺一人遭殃。动物需十种，精氨组莫忘。动物需十种，精氨组莫忘。四、四、氨基酸的分类氨基酸的分类五、氨基酸的一般性质五、氨基酸的一般性质l氨基酸为无色结晶或粉末，每种氨基酸都有自己的特有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，结晶形状，与相应的有机酸相比，氨基酸的熔点较高，一般都大于一般都大于200以上以上.l不同氨基酸味道不同，有的鲜美，有的甘苦

12、，有的无味不同氨基酸味道不同，有的鲜美，有的甘苦，有的无味l组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外均含有不对称碳原子，组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外均含有不对称碳原子，具有旋光性具有旋光性.。l除半胱氨酸、酪氨酸外，氨基酸一般不溶于水，但在稀除半胱氨酸、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，剂沉淀氨基酸，（一）氨基酸的解离（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、氨基酸在晶

13、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。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、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是三元酸 COOH H3+N-CH CH3 COOH H3+N-CH CH2 COOH COOH H3+N-CH (CH)2 NH3+六、氨基酸酸碱化学六、氨基酸酸碱化学 3 3、以以一一氨氨基基一一羧羧基基的的氨氨基基酸酸为为例例来来介介绍绍氨氨基基酸酸的的解解离离情情况况,这这类类氨氨基基酸酸完完全全质质子子化化

14、时时，具具有有2 2个个可可解解离离的的H H，是是二元弱酸。二元弱酸。净电荷+1 0 -1阳离子（A+）两性离子（Ao）阴离子（A-)pHpI 等电点PI pHpIlK K11,K,K22分别代表分别代表-碳原子上的碳原子上的-COOH-COOH和和-NH-NH3 3+的解离常的解离常数数,pKa1pKa1和和pKa2pKa2分别分别代表代表-碳原子上的碳原子上的-COOH和和-NH3+的解离常数的负对数值的解离常数的负对数值,pK pK值通过氨基酸的酸碱滴定曲值通过氨基酸的酸碱滴定曲线来测得。一般情况下会给出。线来测得。一般情况下会给出。+H+pK1+OH-+H+pK2+OH-六、氨基酸酸

15、碱化学六、氨基酸酸碱化学 (二二)氨基酸等电点氨基酸等电点z定定义义：当当调调节节氨氨基基酸酸溶溶液液的的pHpH，使使氨氨基基酸酸分分子子上上的的-NHNH3 3+和和-COO-COO-的的解解离离度度完完全全相相等等时时，氨氨基基酸酸所所带带的的净净电电荷荷为为0 0，在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动，此此时时氨氨基基酸酸所所处处溶溶液液的的pHpH值值即即为为该该氨氨基基酸酸的的等等电电点点，以以符符号号p pI I表表示示。在等电点时，即氨基酸处于两性离子状态。在等电点时，即氨基酸处于两性离子状态。z由由于于静静电电作作用用，在在等等电电点点时时，aaa

16、a的的溶溶解解度度最最小小，易易沉沉淀淀，据据此此性性质质可可分分离离制制备备氨氨基基酸酸。也也可可以以根根据据这这个个原原理理，在在实验室中求氨基酸的实验室中求氨基酸的pIpI值值z氨基酸的氨基酸的pIpI也可依据可解离基团的也可依据可解离基团的pKpK值计算值计算六、氨基酸酸碱化学六、氨基酸酸碱化学-氨基和氨基和氨基和氨基和-羧基参加的反应：羧基参加的反应：羧基参加的反应：羧基参加的反应：氨基酸与茚三酮的反应氨基酸与茚三酮的反应-羧基参加的反应羧基参加的反应羧基参加的反应羧基参加的反应-氨基参加的反应氨基参加的反应氨基参加的反应氨基参加的反应甲醛的反应甲醛的反应酰化剂反应酰化剂反应酰化剂反

17、应酰化剂反应与丹酰氯反应与丹酰氯反应与丹酰氯反应与丹酰氯反应氨基酸与荧光胺反应氨基酸与荧光胺反应与与5,5-双硫基双硫基-双（双（2-硝基苯硝基苯甲酸）反应甲酸）反应烃化剂反应烃化剂反应烃化剂反应烃化剂反应2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)的反应的反应异硫氰酸苯酯（异硫氰酸苯酯（PITC）的反应）的反应成酯反应成酯反应成酰胺反应成酰胺反应成酰氯反应成酰氯反应七、七、氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应八、氨基酸的光谱性质八、氨基酸的光谱性质紫外吸收光谱紫外吸收光谱构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见光区种氨基酸在可见光区都没有光吸收，在红外区和远紫外区都没有光吸收，在红外区和远紫外

18、区（200nm200nm）都有光吸收）都有光吸收。在近紫外区在近紫外区(220-300(220-300nm)nm)只有只有芳香氨芳香氨基酸（基酸（酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸）有吸收光的能力有吸收光的能力,因它们的因它们的R R基具有苯基具有苯环共轭双键环共轭双键。酪氨酸的酪氨酸的最大吸收波长最大吸收波长(max)max)275nm275nm，275275=1.4x10=1.4x103 3;苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm，257257=2.0 x10=2.0 x102 2;色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm，280280=5.6x10=5.6x103 3;蛋白质因含这些氨基酸而有紫外吸收蛋白质因含这些氨基酸而有紫外吸收能力能力,一般最大吸收波长在一般最大吸收波长在280nm280nm处处 九、九、氨基酸混合物的分离和分析氨基酸混合物的分离和分析分配层析的一般原理分配层析的一般原理分配柱层析分配柱层析纸层析纸层析离子交换层析离子交换层析高效液相层析高效液相层析