蛋白质化学1-课件.ppt
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- 蛋白质 化学 课件
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1、第第 三三 章章蛋白质化学蛋白质化学 Chemistry of Protein第一节第一节通通 论论一、一、蛋白质的化学概念蛋白质的化学概念 蛋白质(蛋白质(protein)是由许多是由许多氨基酸氨基酸(amino acids)通过通过肽键(肽键(peptide bond)相相连形成的有特定空间结构和生物学活性的高分连形成的有特定空间结构和生物学活性的高分子含氮化合物。子含氮化合物。二、二、蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广:分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;所有器官、组织都含有蛋白质;细胞的各个部分都含有蛋白质。细胞的各
2、个部分都含有蛋白质。含量高:含量高:蛋白质是细胞内最丰富的有机蛋白质是细胞内最丰富的有机分子,占人体干重的分子,占人体干重的45,某些组织含量更,某些组织含量更高,例如脾、肺及横纹肌等高达高,例如脾、肺及横纹肌等高达80。2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能 作为生物催化剂(酶)作为生物催化剂(酶)代谢调节作用(胰岛素)代谢调节作用(胰岛素)免疫保护作用(抗体)免疫保护作用(抗体)物质的转运和存储(血红蛋白、乳物质的转运和存储(血红蛋白、乳-酪蛋白)酪蛋白)运动与支持作用(肌动蛋白、微管蛋白接头蛋白运动与支持作用(肌动蛋白、微管蛋白接头蛋白)参与细胞间信息传递(膜受体蛋白)
3、参与细胞间信息传递(膜受体蛋白)3.氧化供能氧化供能*根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质(单纯蛋白质(Simple Protein)结合蛋白质(结合蛋白质(Conjugate Protein)=蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分 *根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质(纤维状蛋白质(Fibrouse Protein):):难难溶于水,结构蛋白溶于水,结构蛋白 球状蛋白质(球状蛋白质(Globular Protein):):多溶于水,功能蛋白多溶于水,功能蛋白 三、三、蛋白质的分类蛋白质的分类 *根据蛋白质功能根据蛋白质功能 /溶解度溶解度 纤维状蛋白质和球状蛋
4、白质纤维状蛋白质和球状蛋白质四、四、蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 主要有主要有C、H、O、N,还有,还有S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别蛋白质铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。可通过测定含氮量来计算蛋白质可通过测定含氮量来计算蛋白质:蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮 6.251/16%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点第二节第二节 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位 氨基酸氨基酸一、氨基酸一般结构特征一、氨基酸一般结构特征蛋白质在酸、碱或
5、酶的作用下,水解为氨基酸蛋白质在酸、碱或酶的作用下,水解为氨基酸(Amino AcidAmino Acid)蛋白质的基本结构单位。蛋白质的基本结构单位。存在自然界中的氨基酸有数百种,但组成生物存在自然界中的氨基酸有数百种,但组成生物体蛋白质的氨基酸(编码氨基酸)主要有体蛋白质的氨基酸(编码氨基酸)主要有20种。种。氨基酸结构通式(氨基酸结构通式(-氨基酸)氨基酸)CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH22个特殊氨基酸个特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸氨基酸的构型氨基酸的构型 组成蛋白质的氨组成蛋白质的氨基
6、酸除基酸除Gly(R=H)以外都有以外都有手性碳原子手性碳原子,在三维空间上就有两在三维空间上就有两种不同的排列方式,种不同的排列方式,它们互为镜影,这两它们互为镜影,这两种不同的构型分别称种不同的构型分别称为为D-型型和和L-型型。二、氨基酸的分类和结构二、氨基酸的分类和结构酸碱性:中性、酸性、碱性酸碱性:中性、酸性、碱性R基结构:脂肪、芳香、杂环基结构:脂肪、芳香、杂环R基物理性质基物理性质:疏水、亲水:疏水、亲水R基结构:基结构:依依R基团结构分类基团结构分类非极性氨基酸(非极性氨基酸(Nonpolar Amino Acids)9种种极性,不带电荷氨基(极性,不带电荷氨基(Polar,U
7、ncharged Amino Acids)6/7种种 酸性氨基酸酸性氨基酸(-)(Acidic Amino Acids)2种种碱性氨基酸碱性氨基酸(+)(Basic Amino Acids)3种种含非极性含非极性R基团的氨基酸基团的氨基酸(甲硫氨酸)(甲硫氨酸)含极性不带电荷含极性不带电荷R基团的氨基酸基团的氨基酸含带负电荷(酸性)含带负电荷(酸性)R基团的氨基酸基团的氨基酸含带正电荷(碱性)含带正电荷(碱性)R基团的氨基酸基团的氨基酸三、蛋白质三、蛋白质中修饰性氨中修饰性氨基酸基酸 四、非蛋白质氨基酸四、非蛋白质氨基酸五、氨基酸的一般性质五、氨基酸的一般性质u 无色晶体或粉末状无色晶体或粉末
8、状 u 熔点高:熔点高:200 Cu 紫外吸收性质:芳香、杂环氨基酸紫外吸收性质:芳香、杂环氨基酸u 旋光性:旋光性:Gly除外除外u 溶解性:一般溶于水、稀酸碱;不溶于溶解性:一般溶于水、稀酸碱;不溶于 有机溶剂有机溶剂色氨酸色氨酸:280 nm 酪氨酸:酪氨酸:278 nm 苯丙氨酸:苯丙氨酸:259 nm紫外吸收紫外吸收大多数蛋白质含有大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基,这三种氨基酸残基,所以测定蛋白质溶所以测定蛋白质溶液液280nm的光吸收的光吸收值是分析溶液中蛋值是分析溶液中蛋白质含量的快速简白质含量的快速简便的方法。便的方法。旋光性旋光性 组成蛋白质的氨基酸除组成蛋白质的氨基酸除Gl
9、y以外,都有手性碳以外,都有手性碳原子,原子,所以都有旋光性,所以都有旋光性,能使偏振光的偏振面的向能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转左或向右旋转,向左旋转的称,向左旋转的称左旋左旋,用,用“一一”号表号表示,向右旋转的称示,向右旋转的称右旋右旋,用,用“”号表示。号表示。旋光物质旋光物质H2NCHCOOHCCH3OHHHCNH2COOHCCH3HHOL-(-)-苏氨酸苏氨酸D-(+)-苏氨酸苏氨酸六、氨基酸的化学性质六、氨基酸的化学性质结构结构 性质性质-氨基氨基,-羧基羧基 共性共性R基团基团 特性特性1.两性性质和等电点两性性质和等电点氨基酸为两性离子(兼性离子、偶极离子)氨基酸为两性离
10、子(兼性离子、偶极离子)两性离子两性离子(dipolar ion)H2NCHCOOHRH3NCHCOOR-+氨基酸在晶体或在水中主要以兼性离子形式存在氨基酸在晶体或在水中主要以兼性离子形式存在氨基酸是两性电解质氨基酸是两性电解质H2NCHCOORH3NCHCOOR-+-+H+H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+酸(供氢体)酸(供氢体)碱(受氢体)碱(受氢体)氨基酸的等电点(氨基酸的等电点(isoelectric point,pI)在一定的在一定的pH条件下,氨基酸分子中所带的正电条件下,氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相等,即净电荷为零,此时溶液的荷和负电荷数相等,即净电荷为零,此
11、时溶液的pH称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点(isoelectric point,pI)。氨基氨基酸在等电点时溶解度最小。酸在等电点时溶解度最小。H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+OH-+H+OH-H2NCHCOOR-正离子正离子pHpI+OH-+H+OH-+H+CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+实验证明在等电点时,氨基酸主要以两性实验证明在等电点时,氨基酸主要以两性离子形式存在,但也有少量的而且数量相等的正、离子形式存在,但也有少
12、量的而且数量相等的正、负离子形式,还有极少量的中性分子。负离子形式,还有极少量的中性分子。氨基酸等电点决定于可解离基团氨基酸等电点决定于可解离基团氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算解离常数:解离常数:pK值值H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+OH-+H+OH-H2NCHCOOR-pK1 pK2 K1=A H+A+K2=A-H+A完全质子化完全质子化多元酸多元酸Henderson-Hasselbalch方程:方程:pH=pKa+lg 质子受体质子受体 质子供体质子供体 pK值值:指某种解离基团有一半被解离时的:指某种解离基团有一半被解离时的pH值。值。AA-A+甘氨酸酸甘氨酸酸碱滴
13、定曲线碱滴定曲线pK1pK22.349.60Gly等电点的计算等电点的计算H3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2K1=Gly H+Gly+K2=Gly-H+GlypI时,时,Gly+=Gly-则:则:=Gly H+K1Gly K2H+H+2=K1K2pH=(pK1+pK2)/2pI=(pK1+pK2)/2pI =(2.34+9.60)/2=5.97Gly谷氨酸酸碱滴定曲线谷氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3Glu等电点的计算等电点的计算pK1pK2pK32.199.674.24pI=(pK1+pK2)/2=(2.19+4.25)
14、=3.22赖氨酸酸碱滴定曲线赖氨酸酸碱滴定曲线pK2pK1pK3Lys等电点的计算等电点的计算pK2pK1pK32.1810.538.95pI=(pK2+pK3)/2=(8.95+10.53)=9.742.氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应u茚三酮反应茚三酮反应u亚硝酸反应亚硝酸反应u甲醛的反应甲醛的反应u2.4二硝基氟苯反应(二硝基氟苯反应(FDNB)u与苯异硫氰酸(酯)的反应与苯异硫氰酸(酯)的反应u二甲基氨基萘磺酰氯反应(二甲基氨基萘磺酰氯反应(DNS-Cl)u氨基酸与酰化剂(苄氧羰酰氯)的反应氨基酸与酰化剂(苄氧羰酰氯)的反应u成盐和成酯反应成盐和成酯反应 茚三酮反应茚三酮反应 氨基酸与
15、茚三酮氨基酸与茚三酮水合物弱酸条件下共水合物弱酸条件下共热,可生成热,可生成蓝紫色蓝紫色化化合物,其最大吸收峰合物,其最大吸收峰在在570nm处。由于此处。由于此吸收峰值与氨基酸的吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系,含量存在正比关系,因此可作为氨基酸定因此可作为氨基酸定量分析方法。量分析方法。Pro黄色(黄色(440nm)氨、胺不放氨、胺不放CO2亚硝酸反应亚硝酸反应RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+H2O +N2 氨基酸氨基酸羟酸羟酸用途:氨基酸定量;蛋白质水解程度测定用途:氨基酸定量;蛋白质水解程度测定甲醛滴定甲醛滴定H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+OH-+H
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