第二章-蛋白质

第一章蛋白质第一节概述一、蛋白质的概念（一）蛋白质的概念英文名称protein，字源出Ⅱροτο；蛋白质的定义----由20种左右L型-氨基酸通过肽键构成并具有稳定的构象和生物学功能的一类复杂高分子含氮化合物。特点：*构造复杂*功能多样*分子量大*平均含氮量为16%*具有胶体性质和两性性质（二）蛋白质在自然界的分布及重要性1.蛋白质是一切生物体的重要组成成分•从高等动植物到低等微生物•从最复杂的人类到最简单的病毒例：蛋白质在生物体中占干重为人体：45%横纹肌：80%心脏：60%细菌：50~80%酵母：46.6%病毒：小麦：约9%大豆：约36%花生：26%（二）蛋白质在自然界的分布及重要性2.凡是有生命的地方，基本上都有蛋白质在起作用。蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质是生物表现千差万别的功能的基本物质。3．蛋白质在食品加工中的重要性；蛋白质的加工特性影响食品的营养及感官品质;某些食品的制造利用蛋白质的特性;二、蛋白质的分类•按分子形状分两类：球状蛋白和纤维状蛋白•按蛋白质的溶解度分七种：清蛋白、鱼精蛋白、组蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白•按组成分成三类：简单蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质结合蛋白质=简单蛋白质+辅基•按蛋白质的功能分两类：活性蛋白质和非活性蛋白质三、蛋白质的生物学功能由20种AA组成的20肽，其顺序异构体有20！=2×1018种催化功能----酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶调节功能----激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素结构成分或支持功能----结构蛋白如胶原蛋白、-角蛋白、丝纤蛋白等运输功能----运输小分子和离子如血红蛋白、色素蛋白、血清蛋白免疫防御功能----保护自身生命活动如免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素收缩或运动功能----鞭毛运动和肌肉收缩如肌动蛋白和肌球蛋白营养和贮存功能----为机体提供养料如醇溶蛋白、卵清蛋白、酪蛋白生物膜受体功能----接受和传递调节信息如激素受体蛋白和感觉蛋白（味觉蛋白）毒素蛋白----如细菌毒素、蛇毒等控制生长、分化和遗传功能----如组蛋白、阻遏蛋白、表皮生长因子、DNA蛋白等蛋白质是生命现象的体现者四、蛋白质的化学组成（一）蛋白质的元素组成C：50~55%O：20~23%H：6~8%S：0~4%N：15~18%含氮量平均16%是蛋白质重要特征利用蛋白质含氮量16%特征可以进行蛋白质含量测定----1克氮相当于含6.25克蛋白质样品中蛋白质含量(克%)=含氮(克)/每克样6.25100不同来源蛋白质系数不同:一般动物:6.25牛奶:6.38植物:5.7大米:5.95（二）蛋白质的分子组成1.蛋白质的水解产物•蛋白质的水解过程为:蛋白质月示胨多肽二肽α-氨基酸分子量：1045×1032×103500-103200100•α-氨基酸(aminoacid)是蛋白质的基本组成单位（二）蛋白质的分子组成2.蛋白质水解作用分类(1)完全水解(强酸强碱高温作用,迅速彻底,产物氨基酸）酸法水解法，碱水解法；(2)不完全水解(稀酸稀碱酶催化,条件温和，产物除氨基酸外,还有肽和多肽）酶水解法；第二节氨基酸的结构分类及性质一.氨基酸的结构特点1.结构特征---氨基酸是含有NH2的有机酸NH2NH3+RCαCOOHRCαCOO--HH特点：（1）都是α-氨基酸；（2）具有酸性的-COOH基及碱性的-NH2基，为两性电解质；（3）除甘氨酸（R基是H原子）外，都是L-型氨基酸，具有旋光性；氨基酸的构型与旋光性COOHHCαNH2RD-型氨基酸氨基酸的构型和旋光性是两个不同的概念。COOHNH2CαHRL-型氨基酸构型：D-型，L-型旋光性：左旋（-）右旋（+）2.氨基酸的种类及其结构（1）常见氨基酸甘氨酸Gly(G)丙氨酸Ala(A)缬氨酸Val(V)亮氨酸Leu(L)异亮氨酸Ile(I)苯丙氨酸Phe(F)酪氨酸Tyr(Y)色氨酸Trp丝氨酸Ser(S)苏氨酸Thy(T)半胱氨酸Cys(C)甲硫氨酸Met(M)天门冬氨酸Asp(D)谷氨酸Glu(E)天门冬酰胺Asn谷氨酰胺Gln(Q)精氨酸Arg(R)赖氨酸Lys(K)组氨酸His(H)脯氨Pro(P)（2）稀有氨基酸羟脯氨酸(Hyp)羟赖氨酸(Hyly)胱氨酸(Cys)根据R基团的结构或性质特点，巧记20种氨基酸的口诀：甘、丙、缬、亮、异、脂链，（脂肪链R基团的5种）丝、苏、半、蛋、羟硫添。（含-OH，-S者共4种）天、谷、精、赖、组、酸碱；（酸性碱性者5种）脯、酪、苯、色、杂芳环（芳香环和杂环R集团者4种）门冬酰胺、谷酰胺，（两种酰胺）都有密码属“常见”。（常见氨基酸都有特异的遗传密码）二、氨基酸的分类（一）分类——氨基酸的四种分类方法1.根据氨基酸的酸碱性质分类;2.根据R基团的化学结构分类;3.根据R基团的极性分类;4.根据营养功能分类;（二）非蛋白质氨基酸1、根据氨基酸的酸碱性质分类（1）中性氨基酸：15种，最简单为Gly；（2）酸性氨基酸：Asp，Glu；（3）碱性氨基酸：Lys、Arg、His；2、根据R基团的化学结构分类（1）脂肪族氨基酸：Gly,Ala,Val,Leu,IleSer,Thr，Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg；（2）芳香族氨基酸：Phe,Tyr,Try；（3）杂环氨基酸：His；（4）杂环亚氨基酸：Pro；3、根据R基团的极性分类（1）非极性氨基酸脂肪烃侧链Ala,Val,Leu,Ile；芳香环Phe,Try；含硫氨基酸：Met；亚氨基酸：Pro（2）极性氨基酸极性不带电氨基酸7种：Ser，Thr，Tyr；Asn，Gln；Cys；极性带正电荷的氨基酸3种：Lys，Arg，His；极性带负电荷的氨基酸2种：Asp、Glu；4、根据营养功能分类（1）必需氨基酸人体和动物生长发育所必需的，但自身不能合成，必需由食物中供给的氨基酸；赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸（2）非必需氨基酸（3）半必需氨基酸组氨酸，精氨酸和酪氨酸（儿童必需的氨基酸）（二）非蛋白质氨基酸重要的非蛋白质氨基酸有：β-丙氨酸：泛酸及辅酶A的组成成分；鸟氨酸、瓜氨酸：尿素循环的中间体；D-谷氨酸、D-丙氨酸：参与细菌细胞壁组成的肽聚糖；D-苯丙氨酸：组成抗生素—短杆菌肽；三、氨基酸的性质（一）氨基酸的物理性质1、氨基酸均为无色结晶体或粉末，可用于鉴定；2、氨基酸的熔点较高，一般都大于200℃；3、光吸收性质——芳香族氨基酸具有特征紫外吸收，280nm吸光值测定蛋白质含量；4、溶解性质—溶于水，在稀酸、稀碱中溶解度好，不溶于有机溶剂；5、旋光性质--比旋光值[α]Dt，旋光性物质的特征常数。（二）氨基酸的化学性质1、两性解离和等电点NH2NH3+RCαCOOHRCαCOO-HH兼性离子两性离子是指在同一氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子NH3+NH3+NH2OH--OH--RCHCOOHRCHCOO--RCHCOO—H+H+在酸性溶液中晶体或水溶液中在碱性溶液中正离子pHpI两性离子pH=pI负离子pHpI等电点：当调节氨基酸溶液pH值，是氨基酸分子上的-NH3+基和—COO-基的解离度完全相等时，即氨基酸所带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点，用pI表示。特点：溶解度最小。应用：谷氨酸的生产；电泳法、离子交换法分离氨基酸；2、由α-氨基参加的反应与亚硝酸反应（α-氨基特有的反应）：VanSlyke氏氨基氮测定的理论基础；与甲醛反应—甲醛滴定法；与2，4-二硝基氟苯的反应：氨基酸+DNFB→DNP-氨基酸，鉴定氨基酸或蛋白质结构测定；与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应----Edman法测氨基酸序列的原理；酰化反应；成盐反应；形成西夫碱--羰胺反应（美拉德反应），食品褐变;脱氨基反应—形成α-酮酸；3、由α-羧基参与的反应成盐反应成酯反应酰化反应脱羧基反应叠氮反应4、由α-氨基和α-羧基共同参加的反应与茚三酮的反应蛋白质中凡含有α-氨基均与茚三酮在pH=5～6，t=100℃条件下反应。应用小结：（1）此反应十分灵敏，可做定量反应；（2）α-氨基生成蓝紫色物质，570nm；（3）α-亚氨基生成黄色物质，440nm；成肽反应四、氨基酸的分离制备（一）氨基酸的分离1、纸层析法2、柱层析法3、薄层层析法4、电泳法5、氨基酸自动分析仪（二）氨基酸的制备1、水解蛋白质法2、人工合成法3、微生物发酵法第三节蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构：氨基酸的组成；二级结构：多肽链本身的折叠方式；三级结构：螺旋肽链结构盘绕、折叠成复杂的空间结构；四级结构：蛋白质亚基聚合成大分子蛋白质的方式；蛋白质的结构层次：一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→四级结构一、蛋白质的肽链结构——一级结构1、肽的概念肽：是一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α-氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物。肽键：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α-氨基缩合失去水而形成的酰胺键。R1R2R3R4RnH2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO……NHCHCOOH肽链，氨基酸残基N—末端：含有自由氨基的一端，书写用H表示；C—末端：含有自由羧基的一端，书写用OH表示；2、肽的命名及表达式例如：H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH（甲硫氨酸型脑啡肽）（1）用结构式来表示；（2）用氨基酸中文名称的字头表示；（3）用氨基酸英文名称的三字符或单字符表示；3、生物活性肽（1）谷胱甘肽GSH（2）神经肽—脑啡肽、内啡肽、强啡肽（3）抗菌肽4、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式；稳定一级结构的化学键：肽键；5、一级结构的测定——片段重叠法测定蛋白质中氨基酸组成；进行末端分析，确定该氨基酸的肽链数目、N-末端、C-末端（1）N-末端分析：DNFB法、PITC法（Edman法）、DNS法、氨肽酶法（2）C-末端分析：肼解法、羧肽酶法；肽链的拆分；5、一级结构的测定——片段重叠法应用两种或两种以上的水解方法将所要测定的蛋白质肽链断裂，各自得到一系列大小不同的肽段；（1）溴化氰裂解法：（2）酶水解法：胰蛋白酶：主要作用于碱性氨基酸（Lys、Arg）羧基形成的肽键；胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)：专一性水解疏水性氨基酸的羧基形成的肽键；胃蛋白酶：断裂键两侧的氨基酸都是疏水性氨基酸，如Phe—Phe；5、一级结构的测定——片段重叠法分离纯化部分降解的肽片段，分析每一片段的氨基酸组成和排列顺序；Edman降解法和酶水解法。确定二硫键的位置；根据重叠肽的氨基酸顺序，推断出完整肽的氨基酸顺序；例题第一套肽段：QGSPSEQVERLAHQWT；第二套肽段：SEQWTQGVERLAPSHQ；N末端H肽段，C末端为S肽段；则多肽链的顺序：HQWTQGSEQVERLAPS；除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构都属于空间结构，即构象（conformation）。蛋白质构象通常由非共价键（次级键）维系。二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构氢键离子键范德华力疏水相互作用力二硫键酯键金属键（配位键）（一）维系蛋白质空间结构的化学键1.氢键氢键（hydrogenbond）的形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子，与另一电负性很强的原子之间，如C=O┅┅H-N。（一）维系蛋白质空间结构的化学键蛋白质分子中氢键的形成H维系蛋白质分子构象的非共价键在蛋白质分子中，由于存在数目众多的氢键，故氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。但氢键的键能较低(~12kJ/mol)，易被破坏。2.疏水键非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力（hydrophobicinteraction）。蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的