生命科学学院生物化学
第二章 蛋白质
第一节 蛋白质的概念及其生物学意义
一、什么是蛋白质?
α—AA 借肽键相连形成的高分子化合物(短杆菌肽含D-苯丙氨酸) O [肽键:—C—NH— 也叫酰胺键]
二、蛋白质的生物学作用(或称功能分类)
物质吸收与运输、运动,调节代谢、储存养分、催化各种生化反应、分子间的识别(支架蛋白)、信息传递(受体 复制酶)、记忆、疾病防御 — 抗体。 应用:固体酶的工业应用(联于水不溶性树脂上)、脱(纺织品)浆(淀粉酶)、生化制药,蛋白酶用于皮革的脱毛及软化等,都是利用蛋白质的催化作用,蛋白质生物芯片(贮存信息量大,将多种蛋白质抗体固定、排列到玻璃板上,能检测各种疾病蛋白及其他基因表达蛋白),进行病原体与疾病诊断等。
第二节 蛋白质的组成
一、蛋白质的元素组成: C(50-55%)、H(6-8)、O(20-30%)、N(15-18)、S(半胱aa)(0-4%) 有的还含有P(酪蛋白)、Fe、Zn、Mo(钼Fe蛋白)、Cu、I,特别是含N量都很接近,平均为16% 。所以,测出含N量 × 6.25(100/16 蛋白质系数)即可推测出蛋白质的含量——凯氏定氮。 二、蛋白质的aa组成 通常只有20种,除Pro外均为 α—aa ,除甘氨酸外,都有D、L两种异构体(α—碳原子为不对称碳原子)所以有旋光性。投影式如下:
COOH COOH H2N — C —H H —C —NH2
R R L—α D —α
aa的分类方法: (一)氨基酸的种类
分类一 根据侧链基团R的化学结构分为四类: 第一类 脂肪族aa:侧链是脂肪烃链 ①一氨基一羧基(中性):一氨基一羧基aa中共九种:
H — CH — COOH CH2 — CH — COO CH2 — CH — COO
-
-
NH2 OH NH+3 SH NH+3 (Gly:G) (Ser:S) (Cys:C)
---
CH3 — CH — COO CH3 — CH — CH— COO CH3 — CH — CH — COO
NH+3 OH NH+3 CH3 NH+ 3 (Ala:A) (Thr:T) (Val:V 支链aa)
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CH3 — S — CH2 — CH2 — CH — C?O CH3 — CH — CH2 — CH — ?O?
(Met :M ) NH+3 CH3 NH+3 (Leu aa) : L 支链
-
CH3 — CH2 — CH — CH — COO CH3 NH+3 (Ile:I支链aa)
--
②一氨基二羧基aa(酸性)及其酰胺
—
OOC — CH2 — CH — COO OOC — CH2 — CH2 — CH — COO
—
—
—
NH+3 NH+3 (Asp:D) (Glu:E)
O O
H2N — C — CH2 — CH — COO H2N — C — CH2 — CH2 — CH — COO
NH+3 NH+3
(Asn:N) (Gln:Q)
—
—
③二氨基一羧基aa(碱性: —NH2>-COOH)
—
H3N+ — CH2(CH2)3 — CH — COO H2N — C — NH —(CH2)3— CH — COO NH3+ NH2+ NH3+
(Lys:K) (Arg:R)
—
第二类 芳香族aa(含有苯环的化合物叫做芳香族化合物,有的包括Trp):
— CH2 — CH — COO HO — — CH2
+ NH3
(Phe:F) (丙aa取代) (Tyr:Y)
—
— CH — COO NH+3
—
第三类 杂环aa:
HC C—CH2
—CH
—COO
—
………
— CH 2 — CH — COO
—…
HN+ NH NH+3 N NH+3
CH
(His:H 咪唑基) (Trp :W 吲哚基 苯并吡咯)
第四类 脯氨酸,也称杂环亚氨基酸:由Glu还原、环化、再还原形成
—COO NH2
+— 四氢吡咯-2-羧酸
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(Pro:P)
分类二 按侧链R基团的极性(及在pH7左右时的解离状态)分为: 非极性:甘、丙、缬、亮、异亮、苯丙、蛋、脯、色氨酸。
不带电荷:带OH、SH、酰胺基
极性 带负电荷(酸性aa)
带正电荷:Lys、Arg、His (碱性aa) . His等电点为7.59 此外在蛋白质代谢中还有鸟aa、瓜aa(尿素循环中)、胱aa、羟脯aa、羟赖aa(胶原蛋白的组分)。甘aa的H介于极性与非极性之间,有时归入极性不带电荷类中。
人和动物的必需aa:不能自身合成必须由食物获得。
Thr、Val、Met、Leu、Ile、Phe、Lys、Trp、His*、Arg* (*半必需aa,儿童合成不足)
(二)aa的性质
1. 物理性质:无色结晶,易容于水,不容于有机溶剂,熔点高( Gly:232℃,乙酸:16.6℃,分子间靠氢键缔合),这些特性说明是离子化合物。 2. 两性解离及等电点:(难点*)
COO—
加碱解离出H+带负电,加H+结合H+
带正电,向阴极移动,
在某一pH下带正、负电荷量相等。
—
H3N+ —C —H (由很酸向碱变化NH+3— CH —COOH NH+3— CH —COO )
R R R
在电场中不移动,此时的pH称为aa的等电点(pI)。此时aa的溶解度最小(因为静电作用),pI与—COOH和—NH2的解离常数有关。 K—
1:—COOH解离为 —COO + H+的解离常数;K2:H3N+解离为 —NH2 + H+的解离常数。其pI可从pK计算或测定(用酸碱滴定法测定)。
aa等电点的计算:
只有一个解离基团的物质AH,其解离常数与pH的关系为pH=pK+lg([A-]/[AH]).证明:
AH A—+H+ K=[A-]*[ H+]/[AH] [ H+]=K*[AH]/ [A-]=K/([A-]/[AH]) -lg[ H+]=-lgk--lg([A-]/[AH]) 即:pH=pK+lg([A-]/[AH])Henderson-方程。当有一半解离时,即 [A-]=[AH]时,pH=pK,即溶液的pH可由其溶质的解离常数与解离量计算而得,溶质的解离常数可查得。
pK:解离常数K的负对数。aa可看作二元弱酸(酸性条件)有两个可解离的H+其分步离解如下: K1(+OH-
)
在充分酸的条件下 R—CH—COOH R—CH—COO—
+ H+
++
NH3 NH3 (R+) (R0) K2
R—CH—COO— R—CH—COO— + H+
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+
NH3 NH2
—
(R0) (R)
0 + [R ][H] [R0][H+] +
[R]= ∵K1= + [R K1 ] R0=R+ 时K1=[H+]
0
[R -][H + ] K2[R]
—
K2= R =
—0
[R0] [H+] 用NaOH滴定到R = R时K2 =[H+]
等电点时:aa处于两性离子状态,可有少量解离成阳离子和阴离子,但解离成阳离子和阴离子的数目和趋势相等。即:
[R]=[R+] 即 [R0][H+] / K1=K2[R0] / [H+] [H+]2= K1* K2
[H+]2=K1 ?K2 —lg[H+]=pH;—lgK1=pK1; —lgK2=pK2
—
两边取负对数得2×—lg[H]=—lg K1+—lgK2即:
+
pH=[ pK1 + pK2] / 2 = pI
分子的存在状态是多种多样的,但在一定条件下以某一状态为主。 即aa的等电点pI就是两性离子(R0)两侧的pK值的平均值。基团的pK值可查得,故pI值可由二pK值计算得之。
对于有三个解离基团的aa,如Asp、Lys只要取其兼(两)性离子两侧的pK值的平均值即得pI值。
COOH COO COO CH — NH+3 K1 CH — NH+3 K2 CH — NH+3 K3 Asp=
CH2 CH2 CH2
—
COOH COOH COO
——
Asp+(R+) Asp0(R0) Asp(R)
—
—
等电点时Asp主要以兼性离子R0存在,(R+)与(R—)很小且相等(等电状态为理想状态,pI为理论值)。 pI=(pK1+pK2)/ 2 同上
赖COOH COO COOCOO
CH—NH+3 K1 CH—NH+3 K2 CH—NH2 K3 CH—NH2
(CH2)4 (CH2)4 (CH2)4 (CH2)4
—
—
—
NH+3 NH+3 NH+3 NH2
—
(R2+) (R+) (R0) (R)
pI=(Pk2+pK3)/ 2 因R2+可忽略不计(pI时可认为它是不存在的,否则就不是等电状态了)。ε—NH2比α—NH2碱性强,结合H+能力大,结合后不易放出
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H+(因受COOH影响小)。 3. 氨基酸的化学性质:
⑴与强酸、强碱都可生成盐(铵盐与羧酸盐)如 谷氨酸钠 ⑵与水合茚三酮的反应 80-100℃的条件下,首先使aa氧化脱羧脱氨形成醛,而本身被还原成还原型茚三酮,然后还原型茚三酮、氨和另一分子的水合茚三酮缩合形成蓝紫色的二酮茚—二酮茚胺,这是α—aa 定性定量测定的基础,反应如下
O
H OH O O
N H O O O O (二酮茚-二酮茚胺 紫兰色 吸收峰 570nm )Pro、羟—Pro生成黄色物质(因为无氨基) 用于比色、测定、层析、电泳的显色剂。因为产生CO2 ,也可用CO2气体
O + NH3 +
HO HO O HO
O N O —3H2O
分析法测定aa(只限于α-氨基酸),肽和蛋白也有此反应,肽越大灵敏度越差。
+
⑶与亚硝酸的反应(aa的NH2基被氧化成 —OH),NH3—N被氧化成N2,HNO2—N被还原为N2,等量进行。所以N2一半来自HNO2(其他伯氨基均可)。 生成N2的反应叫van slyke(范斯莱克)反应。
可测N2量(体积)计算氨基的含量。用于测定蛋白质的水解程度。
⑷ 与甲醛的反应:酸碱滴定没有适宜的指示剂(因为等当点过高或过低)。其氨基可与甲醛反应(加成),生成N—羟甲基或N,N—二羟甲基aa。使NH+3变为NH2释放出H+。使溶液酸性增强,可用NaOH滴定之。与NH2的含量相当,即aa含量。这就是aa的甲醛滴定法,(滴定到放出的H+被中和时的 pH为终点)。
--
R-CH-COO R-CH-COO+H+ +NH3 NH2
+HCHO
-
R-CH-COO NHCH2OH +HCHO
-
R-CH-COO
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生物化学课件完整版(极其详细) - 图文
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