第十五章 蛋白质

第十五章氨基酸蛋白质核酸14.1氨基酸14.2蛋白质14.3核酸蛋白质：含氮的天然高聚物，是具有生理作用的三大生物高分子之一，是生物体内一切组织的基本组成部分，除水外，细胞内80％都是蛋白质。在生命现象中起重要的作用。人类的主要营养物质之一。如：核蛋白——控制遗传酶（球蛋白）——机体内起催化作用激素（蛋白质及其衍生物）——调解代谢血红蛋白——运输O2和CO2抗原抗体——免疫作用蛋白质水解后都生成氨基酸蛋白质和氨基酸的关系犹如建筑物和砖石的关系。一、结构二、分类、命名15.1氨基酸15.1.1氨基酸的结构、分类和命名羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。它们是构成蛋白质分子的基础。α-氨基酸可分为中性、碱性和酸性氨基酸氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为母体，氨基酸为取代基来命名。但α-氨基酸通常按其来源或性质所得的俗名来称呼。例如：NH2CH2COOHα-氨基乙酸甘氨酸HOOC—CH2—CH2—CH—COOHNH2α-氨基戊二酸谷氨酸NH2CH2CH2COOHβ-氨基丙酸丙氨酸NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2α,ε二氨基已酸赖氨酸蛋白质水解可以得到各种α-氨基酸的混合物。蛋白质水解后得到的氨基酸都是α－氨基酸。天然产氨基酸（除甘氨酸）都有旋光性，绝大多数为L构型，（少数微生物代谢产物是D构型）。HNH2COOHRCOOHCH3HHOCOOHRHH2NL－乳酸L－氨基酸L构型的氨基酸多为S型，只有L-半胱氨酸为R型。COOHCH2SHHH2N天然氨基酸：下列氨基酸可组成无数蛋白质：结构名称缩写等电点NH2CH2COOH甘氨酸Gly5.97NH2H3CHCCOOH丙氨酸Ala6.00NH2CH(H3C)2HCCOOH*颉氨酸Val5.96NH2CHC2H5HCCOOHCH3*异亮氨酸Ile5.98I、中性(*为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）结构名称缩写等电点NH2CHCOOH(H3C)2HCH2C*亮氨酸Leu6.02NH2CHCOOHC6H5H2C*苯丙氨酸Phe5.48NH2CHCOOHHSH2C半光氨酸Cys5.07NH2CHCOOHH3CHCOH*苏氨酸Thr5.6OH2NC(CH2)2CHCOOHNH2谷氨酸Gln5.56OH2NCCH2CHCOOHNH2天冬氨酸Asn5.07CH3S(CH2)2CHCOOHNH2*蛋氨酸Met5.47HOCH2CHCOOHNH2丝氨酸Ser5.68NHCOOH脯氨酸pro6.30CH2CHHOCOOHNH2酪氨酸Tyr5.66NHCH2CHCOOHNH2*色氨酸Trp5.89结构名称缩写等电点II酸性HOOCCH2CHCOOHNH2天冬氨酸Asp2.77HOOC(CH2)2CHCOOHNH2谷氨酸Glu3.22III碱性H2N(CH2)4CHCOOHNH2*赖氨酸Lys9.74CHN(CH2)2CHCOOHNH2HNNH3精氨酸Arg10.76NH2NCH2CHNH2COO组氨酸His7.59结构名称缩写等电点15.2.2氨基酸的性质(1)α-氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇、乙醚、苯等有机溶剂；(2)熔点较高(晶体以内盐的形式存在).(3)由蛋白质水解所得α-氨基酸，除甘氨酸外，都具有旋光性。他们的α碳原子的结构类型都与L-甘油醛相同，故都属于L型。1.物理性质H3NHCCOOROCClC6H5酰基化HNHCCOOHRC6H5COR'OH酯化H2NHCCOOR'R氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他们具有氨基和羧基的典型性质。例如，羧基显酸性，氨基显碱性；羧基可以发生酯化反应，氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转变为羟基。2.化学性质(1)酸碱性——两性和等电点Rα-氨基酸可以通过用通式NH2CHCOOH表示晶体状态的氨基酸是以偶极离子的形式存在的：内盐因此，熔点较高，易溶于水而难溶于有机溶剂。pH＞pIpH=pIpH＜pI在水溶液中同时存在两种解离方式：酸式和碱式解离显然，氨基酸的碱式解离和酸式解离的程度不一定相等，其解离程度受溶液酸度(pH)的影响。加碱，pH↑，则酸式解离↑，平衡左移；加酸，pH↓，则碱式解离↑，平衡右移。氨基酸的等电点在某一pH值溶液中，酸式解离和碱式解离程度相等，这时氨基酸正离子和负离子数量相等，且浓度都很低，而偶极离子浓度最高，以偶极离子形式存在的氨基酸在电场中不移动。这时溶液的pH值就叫做氨基酸的等电点。等电点：氨基酸的酸式解离和碱式解离程度相等时溶液的pH值。或者说氨基酸处于电中性状态(等电状态——氨基酸正离子和负离子电荷相等)时溶液的pH值；或氨基酸在电场中不移动时溶液的pH值。•等电点不是中性点；•不同氨基酸的等电点不同；•氨基酸在等电点时的溶解度最小.(用于分离各种氨基酸)(2)与HNO2反应RCHNH2COOHHNO2RCHOHCOOH+N2+H2O用于定量分析，根据放出的N2的体积，可以算出样品的伯氨基的含量。如：分离谷氨酸(pI＝3.22)和赖氨酸(pI＝9.74)练习：在pH＝4.0的溶液中，下列氨基酸主要以负离子形式存在的是().A.丙氨酸(pI=6.02)，B.苯丙氨酸(pI=5.48)，C.谷氨酸(pI=3.22)，D.半胱氨酸(pI=5.02)，(3)水合茚三酮反应这个颜色反应通常用于α-氨基酸的比色测定和色层分析的显色。RCHNH2COOHOOOHOH+－2H2OOOOONHCHRNCHCOOHR－CO2OONCH2ROONH2HRCHO+OOOHOHOONHOOOONOOHH2O与水含茚三酮的反应历程紫色物质，用于α－氨基酸的比色测定和纸层析显色（4）氨基的烃基化氨基酸与RX作用则烃基化成N-烃基氨基酸：氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定N端的试剂。`RCH2ClRCHCOOHH2N+`RCH2RCHCOOHHN+HClNH2CHRCOOHNHCHRCOOH+NO2NO2FNO2NO2许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素——八肽胰岛素——五十一肽多肽是含有多个氨基酸单元的聚合物。由两个氨基酸单元构成的是二肽，由三个氨基酸单元构成的是三肽，········余类推。它们统称多胎，或简称肽。通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成连接氨基酸单元的酰胺键（—CO—NH—）又叫做肽键。(5)成肽反应多肽链可用如下通式代表：在肽链中，有氨基的一端叫做N端：有羧基的一断叫做C端。在写多肽结构时，通常把N端写在左边，C端写在右边，命名时由N端叫起，称为氨酰（基）某氨酸。常用简写来表示。例如：天然多肽都是由不同的氨基酸组成的。垂体后叶催产素蛋白质也是由许多氨基酸单元通过肽键组成的。蛋白质部分水解可以得到多肽。——一般将多肽在酸性溶液中水解，再用色层分离法把各种氨基酸分开，然后进行分析。——氨基酸的排列顺序，则是通过末端分析的方法，配合部分水解，加以确定。多肽结构的测定①多肽6NHCl110℃（11h)各种氨基酸层析分离种类含量小分子每种数目离子交换色谱电泳②连接顺序：a氮端分析H2NCHCORHNCHCORHNCHCORHNCHCORHNCHCOOHORN端碳端末端分析——用适当的化学方法，可以使多肽末端的氨基酸断裂，经过分析，就可以知道多肽链的两端是哪两个氨基酸，这就叫末端分析。降解了的肽链还可以再反复进行末端分析，就可以确定多肽链中蛋白质的连接次序。（一般结合部分水解的方法）例如：设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。这三种氨基酸可以有六种排列顺序：要推知该三肽是哪一种组合方式，可以把她部分水解。知道它们是谷·半胱和半胱·谷。由此可见，半胱氨酸是在三肽链的中间，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即该三肽的结构是：谷·半胱·甘FO2NNO2+H2NCHRCONHCHCOR'O2NNO2HNCHRCONHCHCOR'H2OHO2NNO2HNCHRCOOHO+NH2CHCOOHOR'+……黄色，分开鉴定缺点：氨基酸都水解，形成混合物，只能测N端的一个氨基酸。N端氨基酸的分析可用2，4-二硝基氟苯与多肽作用。HNCHR'CONHCHCOOHORH2O羧基多肽酶HNCHR'COOHO+NH2CHCOOHOR多次重复，连续检验断下来的氨基酸只能靠近游离羧基一端的肽键被水解C端氨基酸的分析，一般羧肽酶可以有选择地只把C端氨基酸水解下来，对这个氨基酸进行鉴定，就可以知道原来C端是什么氨基酸。C端氨基酸的分析，一般是用在羧肽酶作用下水解的方法。15.2蛋白质蛋白质是一类很重要的天然有机物，是生物体内一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中起着决定的作用。蛋白质主要由C、H、O、N、S等元素组成，有些还含有P、Fe、I等元素。蛋白质基本上是由数百个、甚至数千个氨基酸所构成。水解后只生成多种-氨基酸的，叫单纯蛋白质（如卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。水解后除生成-氨基酸外，还有非蛋白质物质（如糖、脂肪、含磷化合物、含铁化合物等）生成的，叫结合蛋白质。（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉中的脂蛋白、血红蛋白等）。结合蛋白中的非蛋白质部分，叫做辅基。分类纤维蛋白（丝、毛、皮、角、爪和甲等）球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、盐水、酸碱溶液和乙醇等）结合蛋白（与核酸、糖、脂肪及血红素等结合）15.2.1蛋白质的分类和功能按溶解度分类：一类不溶于水的纤维状蛋白质；一类是能溶于水、酸、碱或盐溶液的球状蛋白质。纤维状蛋白质的分子形状是一条条线装的，分子中的多肽链扭在一起或平行并列，且以氢键互相连接着。这类蛋白质在水中不能溶解。纤维状蛋白质是动物组织的主要结构材料，角蛋白、骨胶蛋白和肌蛋白都是纤维状蛋白质。球状蛋白质的分子形状是一团团球状的，它们的多肽链自身扭曲折叠成特有的球形。在折叠时，分子内某些基团之间通过氢键、二硫键或范德华引力相互作用着。分子中的疏水基团（如烃基等）分布在球形内部，而亲水基团（如—OH、—NH2、—SH、—COOH等）分布在球形表面。因此，球状蛋白质的水溶性比较大。例如酶、血红蛋白等都是球状蛋白。蛋白质的功能一方面是起组织结构的作用。例如，角蛋白组成皮肤、肌肉等。另一面，蛋白质起调节作用。例如：毛发、指甲、头角：骨胶蛋白组成腱、骨；肌球蛋白组成各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在血液中，输送氧气；胰岛素调节葡萄糖的代谢；等等在生物体内起重要调节作用的各种酶，都是蛋白质。常把酶叫做生物催化剂•酶的催化效率很高，并且有高度选择性•有的酶还具有立体专一性15.2.2蛋白质的性质蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸或碱都能生成盐。不同的蛋白质有不同等电点。例如，卵清蛋白为4.9，酪蛋白为4.6。胰岛素为5.3，血红蛋白.为6.8。蛋白质是高分子化合物•水溶液具有胶体溶液的性质，不能透过半透膜，能够电泳；•蛋白质都具有旋光性；•蛋白质的变性通常都是不可逆的；•蛋白质虽然分子很大，但性质活泼，能发生多种颜色反应。⑴缩二脲反应蛋白质分子中都有—CO—NH—CHR—CO—NH基团在蛋白质水溶液中加碱和硫酸铜溶液，即产生红紫色。⑵黄色反应分子中含有苯环的蛋白质，遇浓硝酸即显黄色，这是苯环发生硝化的缘故。黄色溶液再用碱处理，就会转为橙色。⑶水合茚三酮反应蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用，也有颜色反应。但颜色与氨基酸的不太一样。此外，蛋白质容易水解，酸、碱、酶能促进蛋白质的水解。可得到多种α-氨基酸的混合物。如果部分水解则得到分子较小的多肽。15.2.3蛋白质的结构蛋白质的一级结构蛋白质分子中各氨基酸依一定次序以肽键连接而成的多肽长链，是蛋白质的基本结构，称为蛋白质的一级结构。即蛋白质的一级结构是指：多肽链中氨基酸的组成、连接方式和排列次序。蛋白质的一级结构，反映了组成蛋白质的氨基酸种类、数目、连接方式和次序。蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构多肽链在空间不是任意排布的，由于某些基团之间的氢键作用，肽链具有一定的构象.整个分子因链段的相互作用而扭曲,折叠成一定的形态.最后，几个各具有特定的1,2,3,级结构的多肽链在一起，或者有时还和辅基在一起，再以一定的关系相结合.蛋