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、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 — — +
NH3
(Phe:F) （丙aa取代） (Tyr:Y)
—
CH2 — CH — COO NH+3
—
第三类 杂环aa：
HC C—CH2
—CH
—COO
—
………
— CH — CH — 2 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+
NH+3 NH+
3 （R+） （R0） K2
R—CH—COO— R—CH—COO— + H+
NH+
3 NH2
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（R0） （R） [R 0 + ][H] [R0][H+] +［R］= ∵K1=
+
K1 [R ] R0=R+ 时K1=［H+］
[R K2[R0] -][H + ] —
K2= R =
—
[R0] [H+] 用NaOH滴定到R0 = 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H+（因受COOH影响小）。
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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（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 N(CH2OH)2
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生物化学课件(极其详细)
