ch1蛋白质1PPT课件

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1、一、蛋白质的生物学意义 蛋白质是生命的物质基础 蛋白质和核酸是构成细胞原生质的主要成分，原生质是生命现象的物质基础，而生物化学研究的正是生命的化学。 蛋白质几乎参与了所有的生物结构与生命过程 第1页/共48页二、蛋白质的化学组成 生物界蛋白质种类估计在1010-1012数量级，如此众多的蛋白质其元素组成是不是很复杂呢？第2页/共48页1、蛋白质的元素组成 五种主要元素 C （50-55%） H （6-8%） O （20-23%） N （15-18%） 蛋白质含量=蛋白氮6.25（凯氏定氮法） S （1-4%） 其它元素：P、Fe、Cu、Zn、I、Mo等 第3页/共48页2、蛋白质的基本单位 自

2、然界任何蛋白质纯品经酸、碱、酶彻底水解后，所得的最终产物都是氨基酸（Amino acid, AA），因此氨基酸是蛋白质的基本单位。第4页/共48页2、蛋白质的基本单位 酸水解条件： 6 mol/L HCl或4 mol/L H2SO4 ，105-110 下回流煮沸20h; 优点：不引起水解产物消旋，得到L-型AA; 缺点：色氨酸被完全破坏，产生腐黑质；含有羟 基和酰胺基的氨基酸部分被破坏。 碱水解条件： 5mol/L NaOH，煮沸10-20h; 优点：色氨酸在水解中不受破坏 ; 缺点：许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率 不高；部分的水解产物发生消旋化。第5页/共48页2、蛋白质的基本单位 酶

3、水解 条件：蛋白水解酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶、糜 蛋白酶、嗜热菌蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶 等）常温37-40， pH值5-8; 优点：不破坏氨基酸，不发生消旋，水解液清亮; 缺点：用一种酶常常水解不彻底，产物多为较小 的肽段，所需时间长。前两种水解法常用于蛋白质的组成分析，酶水解常用于制备蛋白质水解产物第6页/共48页第二节第二节 氨基酸氨基酸第7页/共48页一、氨基酸的分类 自然界中天然存在的氨基酸有20多种，它们以不同的数量、比例及排列顺序组成了数以万计的蛋白质家族。在学习蛋白质之前，我们先来了解其基本单位氨基酸的分类情况。 第8页/共48页(一)、常见的蛋白质氨基酸 这类氨基酸有20种，它

4、们由相应的遗传密码编码（新发现两种：硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸）。除Pro外，与羧基相邻的-碳原子都连有一个氨基，因此它们被称为-AA，可用结构通式表示：第9页/共48页常见的蛋白质氨基酸-1R基团疏水性增加基团疏水性增加第10页/共48页常见的蛋白质氨基酸-2第11页/共48页常见的蛋白质氨基酸-3第12页/共48页常见的蛋白质氨基酸-4第13页/共48页常见的蛋白质氨基酸-5第14页/共48页常见的蛋白质氨基酸-6第15页/共48页二十种氨基酸的结构特点u支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸；u含羟基氨基酸：丝氨酸、苏氨酸；u含硫氨基酸：半胱氨酸(巯基) 甲硫氨酸(硫甲基)；u含苯环氨基酸：

5、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸(酚羟基); u含胍基氨基酸：精氨酸；u含咪唑基氨基酸：组氨酸；u亚氨基酸：脯氨酸；u含酰胺氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺；u含吲哚基氨基酸：色氨酸；u含-氨基氨基酸：赖氨酸；第16页/共48页1、按侧链R基结构特点分类（1）脂肪族： 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸；（2）芳香族 ：苯丙氨酸、酪氨酸;（3）杂环族：色氨酸、组氨酸；（4）杂环亚类：脯氨酸； 第17页/共48页2、按羧基与氨基的数目分类（1）一氨基一羧基： 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、半胱氨

6、酸、丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；（2）二氨基一羧基： 赖氨酸、精氨酸、组氨酸；（3）一氨基二羧基： 天冬氨酸、谷氨酸； 第18页/共48页3、按侧链R基极性分类（1）非极性氨基酸 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋/甲硫氨酸；（2）极性不带电荷氨基酸 甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；（3）极性带正电荷：碱性氨基酸 赖氨酸、精氨酸、组氨酸；（4）极性带负电荷：酸性氨基酸 天冬氨酸、谷氨酸； 第19页/共48页4、按营养学的角度分类（1）必需AA 在生物体内不能合成或合成量不足以维持正常的生长发育，

7、必须依赖食物供给的氨基酸。成人有8种，分别为赖、蛋、色、苯丙、亮、异亮、缬和苏氨酸；婴幼儿时期还需加上组氨酸和精氨酸。 猪（+组、精）；鸡（+组、精、甘、胱、酪）； （2）非必需AA 指机体能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。 第20页/共48页(二)、稀有的蛋白质氨基酸 从少数蛋白质中分离出一些稀有氨基酸，它们由常见的基本氨基酸衍生而来，本身没有相应的遗传密码。 凝血酶原中的-羧基谷氨酸； 肌动蛋白中的6-氮甲基赖氨酸； 胶原蛋白和弹性蛋白中的4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸第21页/共48页(三)、非蛋白质氨基酸 以游离状态或结合状态存在于细胞或组织中，但不参于组成蛋白质，故称为非蛋

8、白质氨基酸。植物中较多，多数功能尚不清楚。 短杆菌肽S中的D-苯丙氨酸； -氨基丁酸是一种神经递质； -丙氨酸是泛酸的前体； 瓜氨酸、鸟氨酸是尿素循环的中间体； 第22页/共48页二、氨基酸的理化性质 n 一般物理性质u形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同；u溶解性：一般溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好；u熔点：熔点一般较高，通常大于200，超过熔点以上氨基酸会分解产生胺和二氧化碳。第23页/共48页(一)、两性性质与等电点 氨基酸处在结晶形态或在水溶液中时，其氨基和羧基分别以质子化（-NH3+）形式和离解状态（- COO-）存在。此时的氨基酸即可以作为

9、碱接受H+ ，又可以作为酸电离出H+ ，因而它具有酸碱两性性质。第24页/共48页 从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离从上图可知：氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在；在碱性环境中，主要以阴离子的形式子的形式存在；在碱性环境中，主要以阴离子的形式存在；只有在一定存在；只有在一定pH值下，以两性离子（兼性离子）值下，以两性离子（兼性离子）的形式存在。的形式存在。 等电点等电点：氨基酸所带正负电荷相等时溶液的：氨基酸所带正负电荷相等时溶液的pH值称为值称为该该氨基酸的等电点。等电点时氨基酸溶解度最小。氨基酸的等电点。等电点时氨基酸溶解度最小。第25页/共48页 pH=pI时，净电荷为

10、零pHpI时，净电荷为“-” 一定pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点越远，所带净电荷越大，可利用此性质分离各种氨基酸。 利用丁醇-乙酸，一向展层；苯酚-甲酚-水，二向展层分离各种氨基酸。 氨基酸完全质子化时，可以看成多元酸，以甘氨酸为例说明氨基酸的解离情况第26页/共48页 第27页/共48页 侧链可解离的氨基酸呢？第28页/共48页 组氨酸是pK值唯一在7 附近的氨基酸，血红蛋白中含有较多His残基，这使得它具有显著的缓冲能力。 第29页/共48页(二)、氨基酸的光学性质 第30页/共48页1、旋光性 构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，均含有手性-碳原子，与该-碳原子相连的四个原子或基团在空间

11、可以有两种排列方式：L-构型与D-构型。给定氨基酸的一种异构体溶液在旋光计上使偏振光平面右旋，它的另一个异构体就使偏振光平面左旋。这种能使偏振光的偏振面发生旋转的性质称作旋光性。 右旋体：偏振面顺时旋转，用（+）或d表示； 左旋体：偏振面逆时旋转，用（）或l表示；第31页/共48页1、旋光性 各氨基酸的构型是与甘油醛比较而确定的。甘油醛的构型由X-射线结构分析确立（相对/绝对构型）。 第32页/共48页1、旋光性 有些氨基酸除-碳原子外，还有第二个手性碳原子。如羟脯氨酸、羟赖氨酸、苏氨酸等。 第33页/共48页1、旋光性 对映体、非对映体、（外）消旋物、内消旋物第34页/共48页1、旋光性 天

12、然蛋白质氨基酸绝大多数为L-型，近年在某些微生物蛋白质中发现有-型AA； 在实验室有机合成的AA为D-型和L-型的混合物，长时间放置，L-型会转变为D-型； 含有手性碳原子的化合物都有旋光异构体，但不一定有旋光性。 构型与旋光方向无直接对应关系； 同一种L-型AA在不同溶剂中测定时，其比旋光值和旋光方向也会不同。第35页/共48页2、吸光性 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收；在远紫外区(220nm)均有光吸收；在近紫外区(220-300nm)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能力。因为它们具有苯环共轭双键系统。它们的最大光吸收分别在280nm、275nm和257nm。第36页

13、/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质1、-氨基参加的反应 （1）亚硝酸反应：反应放出氮气，氮气一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，通常情况下测定生成的氮气的体积量即可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。 （2）甲醛反应：间接滴定法。第37页/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质1、-氨基参加的反应 （3）Sanger反应：（与2，4-二硝基氟苯反应）DNFB只与多肽或蛋白质N端的AA起反应，生成DNP-多肽或DNP-蛋白质，当用酸水解时，所有的肽键被切开，只有DNP基仍连在N端AA上，形成黄色的DNP-AA，利用DNP-AA在有机溶剂中的溶解度与其他AA不同，可以用乙醚把DNP-A

14、A抽提出来，从而与其他AA分开，所得DNP-AA经纸层析，从纸层析图谱上黄色斑点的位置可鉴定N端AA的种类和数目。第38页/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质1、-氨基参加的反应 （4）Edman反应：（与苯异硫氰酸酯反应） 蛋白质多肽链N末端AA的-氨基也可以与PITC发生上述反应生成PTH-多肽，在酸性溶液中释放出末端的PTH-AA和比原来少一个AA残基的多肽链，所得的PTH-AA用层析法鉴定，即可确定肽链N末端AA的种类。剩余的肽链重复应用此方法测定其N端的第二个AA，如此重复就可测定多肽链全部序列。目前根据此原理设计出蛋白质顺序测定仪，大大提高了蛋白质测序的效率。 第39页/共48页

15、(三)、氨基酸的重要化学性质1、-氨基参加的反应 （5）DNS-Cl反应：（与丹磺酰氯反应） 此法与DNFB法测定多肽链N-末端原理相同。丹磺酰基具有强烈荧光，灵敏度比DNFB高100倍，且水解后的DNS-AA不需提取，可直接用纸电泳或薄层层析鉴定N-末端。 第40页/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质2、-羧基参加的反应 （1）与碱反应成盐 （2）与醇反应成酯 （3）与酰化试剂反应成酰氯 第41页/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质3、-氨基和-羧基共同参加的反应 茚三酮反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它-氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物。第42页/共48页(三)、

16、氨基酸的重要化学性质4、侧链反应（颜色反应）（1） Millon反应：检测Tyr； Millon试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐溶液； 产物：红色的化合物。（2） Folin反应：检测Tyr、Trp； Folin试剂：磷钼酸、磷钨酸及碱性硫酸铜混合溶液； 产物：蓝色的钼蓝、钨蓝。（3） 坂口反应：检测Arg； 坂口试剂：-萘酚的碱性次溴酸钠溶液； 产物：红色沉淀。第43页/共48页(三)、氨基酸的重要化学性质4、侧链反应（颜色反应）（4）Pauly反应：检测His、Tyr； 试剂：对氨基苯磺酸盐酸溶液、亚硝酸钠、碳酸钠混合溶液 ； 产物：橘红色的化合物。（5）乙醛酸反应：检测Trp。 试剂：乙醛酸和

17、浓硫酸； 现象：在试管中叠加时，产生分层现象，界面出现紫色环。（6） Cys反应：检测Cys； 试剂：亚硝基亚铁氰酸钠在稀氨的溶液； 产物：砖红色的沉淀。第44页/共48页我们学习了什么？ 蛋白质的生物学意义与化学组成 蛋白质基本单位是氨基酸 从结构特点理解氨基酸的分类 氨基酸的两性性质及等电点 掌握等重要的反应及其应用，如Sanger反应、Edman反应、茚三酮反应。第45页/共48页练一练 构成蛋白质的20种氨基酸都具有旋光性。（ ） 在近紫外区只有 、 和 有吸收光的能力。 下列氨基酸中，哪一个能与茚三酮反应生成黄色物质 A、Lys B 、Ser C、Pro D、Trp色氨酸、酪氨酸 苯丙氨酸第46页/共48页THANK YOU FORTHANK YOU FOR YOUR ATTENDANCE YOUR ATTENDANCE！第47页/共48页感谢您的观看。第48页/共48页