【正文】 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 Chapter 1 Protein chemistry 第一章 蛋白質(zhì)化學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析化學(xué)學(xué)部 王驪麗 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 本章內(nèi)容 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的組成 (Protein position) 第二節(jié) 多肽 (Polypeptide) 第三節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) (Protein structure) 第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分類 (Protein classification) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 主要知識點 ? 熟練掌握構(gòu)成蛋白質(zhì)的 20種氨基酸的基本結(jié)構(gòu)、分類和簡寫方式； ? 熟練掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)特點和物理化學(xué)性質(zhì) （光學(xué)性質(zhì)、兩性電解質(zhì)性質(zhì)）； ? 掌握蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的基本測定方法和高級結(jié)構(gòu)的定義； ? 掌握二級結(jié)構(gòu)類型和特征，三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)的特性和區(qū)別。 ? 熟練掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其應(yīng)用； ? 了解多肽的合成方法。 ： 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 第一節(jié) 蛋白質(zhì)組成 一、蛋白質(zhì)的元素組成 二、蛋白質(zhì)的基本單位 氨基酸 三、氨基酸的性質(zhì) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 一、蛋白質(zhì)元素組成 (按干重計算 ) 在任何生物樣品中，每克氮的存在，大約表示該樣品含100/16=。 凱氏定氮法以生物樣品中的含氮量計算 蛋白質(zhì)含量（質(zhì)量分數(shù)，％）＝ 每克樣品中氮含量 g ? ?100% 主要元素： C、 O 、 N、 H 、 …… 微量元素： S、 P、 Fe、 Zn、 Cu、 Mo、 I …… 元素 含量 元素 含量 碳 50%～ 55% 氮 ％～ ％ 氫 ％～ ％ 硫 ％～ ％ 氧 21%～ 24％ 磷 %～ % 各種蛋白質(zhì)的氮元素含量均接近于16% 1克氮相當于 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 二、蛋白質(zhì)基本單位 氨基酸 ? 除甘氨酸外，組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元氨基酸均屬于 Lα氨基酸 ，具有旋光性 [左旋（ ）或右旋（ +） ] ? 天然蛋白質(zhì)由 20種氨基酸 組成 。 ? 天然蛋白質(zhì)含有若干種不常見的氨基酸衍生物 。 ? 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 H 甘氨酸 CH3 丙氨酸 L氨基酸的通式 RC+N H3C O OH氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類 氨基酸均具有如下結(jié)構(gòu)通式 Lα氨基酸（甘氨酸除外）， R為側(cè)鏈 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 構(gòu)成蛋白質(zhì)的 20種氨基酸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 L構(gòu)型與 D構(gòu)型 L甘油醛 D甘油醛 L丙胺酸 D丙氨酸 α氨基酸有兩種構(gòu)型 :D構(gòu)型和 L構(gòu)型 它們是與甘油醛或乳酸相比較而決定的。凡是與 L－甘油醛（或 L－乳酸）構(gòu)型相同的，就定義為 L－氨基酸，反之為 D－氨基酸。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 20種氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及極性迥然不同 氨基酸分類 ? 按 R基和氨基酸性質(zhì)的不同可分為 ?脂肪族氨基酸 ?芳香族氨基酸 ?堿性氨基酸 ?含羥基或含硫氨基酸 ?環(huán)氨基酸以及酸性氨基酸及其酰胺 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 此類氨基酸由 丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸 六個 或稱為疏水性氨基酸 ? 此類氨基酸 在水溶液中溶解度小 。 氨基酸分類 （一）側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于 非極性脂肪族氨基酸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 (二 )側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是 極性中性氨基酸 ? 此類氨基酸有 甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺； ? 半胱氨酸 側(cè)鏈的巰基失去質(zhì)子的傾向較此類其他氨基酸為大，其極性最強。 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 （三）側(cè)鏈含芳香基團的氨基酸是 芳香族氨基酸 ? 此類氨基酸有 苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸 ； ? 其側(cè)鏈分別由 苯基、酚基和吲哚基； ? 苯基的疏水較強； 酚基和吲哚基 在一定的條件下可解離。 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 （四）側(cè)鏈含負性解離基團的氨基酸是 酸性氨基酸 ? 此類氨基酸有 天冬氨酸、谷氨酸 ； ? 其側(cè)鏈都含有羧基，均可解離而帶負電荷； 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 （五）側(cè)鏈含正性解離基團的氨基酸屬于 堿性氨基酸 ? 此類氨基酸有 賴氨酸、精氨酸和組氨酸； ? 其側(cè)鏈分別含有 氨基、胍基、和咪唑基， 均可發(fā)生質(zhì)子化，使之帶正電荷。 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 1）按 R基化學(xué)結(jié)構(gòu)分為四大類 2） 按 R基極性分兩類 極性 AA： 11種 非極性 AA： 9種 中性 AA(15種 ): 有極性與非極性 3） 按 R基的性質(zhì)分三類 酸性 AA( 2種 ): 天冬氨酸、谷氨酸 堿性 AA(3種 ): 組、賴、精 脂肪 AA（ 15種） 芳香族 AA（ 2種） :苯丙氨酸、酪氨酸 雜環(huán)族 AA（ 2種） : 組氨酸、色氨酸 雜環(huán)亞 AA（ 1種） : 脯氨酸 側(cè)鏈 R基分類后排布 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 按營養(yǎng)狀況分 必需氨基酸 ： 人和動物體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供應(yīng)的氨基酸。 半必需氨基酸 ：盡管自身可以合成，但合成量不能滿足需要，尤其是嬰幼兒，不能自身合成的氨基酸。 非必需氨基酸 ：其他可已在體內(nèi)合成以滿足需要的氨基酸。 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 必須氨基酸共八種 ： 蛋氨酸 (Met)，蘇氨酸 (Thr)，色氨酸 (Trp)，纈氨酸(Val)，賴氨酸 (Lys) ，苯丙氨酸 (Phe),異亮氨酸 (Ile)，亮氨酸 (Leu) 。 ? 非必須氨基酸共兩種 ： 組氨酸（ His），精氨酸（ Arg），體內(nèi)合成效率較低，尤其嬰幼兒時期可體外補充 。 氨基酸分類 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 脯氨酸 含有環(huán)狀二級氨基 （亞氨基酸） CH2CHCO O NH2+CH2CH2特殊氨基酸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 OOC CH CH2 S+ NH3S CH 2 CH C O O + NH3半胱氨酸 + 胱氨酸 二硫鍵 HH OOC CH CH2 SH+ NH3HS CH 2 CH C O O + NH3特殊氨基酸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 幾種不常見的重要氨基酸 蛋白質(zhì)肽鏈在合成過程中或合成后，某些氨基酸殘基經(jīng)酶催化修飾，改變其側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)生成一些 修飾 (modified)氨基酸，具有新的結(jié)構(gòu)和功能 NHHOC O O H4 羥基脯氨酸H 2 N C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O HO H N H25 羥基賴氨酸N H 2C H 3 N H C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C O O H6 N 甲基賴氨酸HOIIC H 2 C H C O O HN H 23, 5 二碘酪氨酸 ?膠原中出現(xiàn)的羥基氨基酸殘基是形成堅韌的膠原纖維的必要條件； ?甲狀腺球蛋白中帶有甲狀腺素等碘化酪氨酸殘基。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 非蛋白氨基酸 ?自然界中還存在一些并不是蛋白質(zhì)組分的非蛋白氨基酸，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有 200余種，具有不同的功能 ；（見教科書 p9中表 12） ?細菌中含有多種Ｄ α氨基酸：細菌細胞壁Ｄ－丙氨酸、短桿菌肽 D和多粘菌肽中 D亮氨酸 …… 下頁 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 返回 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 三 、氨基酸的性質(zhì) ? 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。 ? 從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)。 ? α氨基酸為無色晶體，不同氨基酸晶體形狀不相同 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 構(gòu)成蛋白質(zhì) 20種氨基酸中 ， 除甘氨酸外 ， 均含有一個 手性 α碳原子 ， 都具有旋光性 ， 能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn) ， 左旋者通常用 （ ） 表示 ， 右旋者用 （ +） 表示； 各種氨基酸都有特定的比旋光度 ， 可作為各種氨基酸的定性 、 定量測定 的依據(jù)； 比旋光度 是氨基酸重要物理常數(shù) 。 參見表 13 氨基酸的光學(xué)活性 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 氨基酸的光吸收性質(zhì) ?構(gòu)成蛋白質(zhì) 20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，遠紫外區(qū)（＜ 220 nm）均有紫外吸收； ?在近紫外區(qū) 220300nm只有酪氨酸，苯丙氨酸、色氨酸有吸收光能力。 重要知識點！ ?大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這三種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液 280 nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 芳香族氨基酸的紫外吸收 ? 酪氨酸的 ?max＝ 275nm ? 色氨酸的 ?max＝ 280nm ? 苯丙氨酸的 ?max＝ 257nm ?酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有紫外光吸收能力， 前者二個最大吸收峰在 280nm 附近； 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 考馬斯亮蘭法（ Bradford法） ?folin― 酚試劑法（ Lowry法） ?紫外吸收法 蛋白質(zhì)含量測定方法 知識延伸 作業(yè)：查閱這三種方法測定原理？