第一章蛋白质化学 第一章蛋白质化学 蛋白质( Protein)是生物体的基本组成成份。蛋白质英文一词“ protein”,是 荷兰化学家 Mulder首先使用的,来自于希腊语“ protos”意为“第一”和“最 重要的”。在机体内蛋白质的含量很多,约占机体固体成分的45%,它的分布 很广,几乎所有的器官组织都含蛋白质,并且它又与所有的生命活动密切联 第一节概述 、蛋白质的生物学意义 酶的催化作用,已知酶有2000多种 2.运输和储藏作用 3.激素的调节作用,肽类和氨基酸类、蛋白类 4.运动功能,肌肉收缩: 5.结构成分和机械支持物,胶原蛋白和弹性蛋白 6.免疫功能,抗体(免疫球蛋白); 7.构成生物膜,体现膜功能,膜蛋白、载体、受体 8.毒素的强调节作用,毒蛋白 9.与动物生长生殖相关,蛋白质有功能大分子之称。 、蛋白质的分类 蛋白质的种类繁多,结构复杂,迄今为止没有一个理想的分类方法。着 眼的侧面不同,分类也就不同,例如从蛋白质形状上,可将它们分为球状蛋 白质及纤维状蛋白质:从组成上可分为单纯蛋白质(分子中只含氨基酸残基) 及结合蛋白质(分子中除氨基酸外还有非氨基酸物质,后者称辅基):单纯蛋白 质又可根据理化性质及来源分为清蛋白(又名白蛋白, albumin)、球蛋白 ( globulin)、谷蛋白( glutelin)、醇溶谷蛋白( prolamine)、精蛋白( protamine)、组 蛋白( histone)、硬蛋白( scleroprotein)等。结合蛋白又可按其辅基的不同分为核 蛋白( nucleoprotein)、磷蛋白( phosphoprotein)、金属蛋白( metalloprotein)、色蛋 白( chromoprotein)等 此外,还可以按蛋白质的功能将其分为活性蛋白质(如酶、激素蛋白质、 运输和贮存蛋白质、运动蛋白质、受体蛋白质、膜蛋白质等)和非活性蛋白质(如 胶原、角蛋白等)两大类。 三种方法 ①.根据组成 简单蛋白一一蛋白质完全由AA组成。Eg.核糖核酸酶、胰岛素 结合蛋白一一除了蛋白质部分外,还有非蛋白质成分(辅基、配基) eg血红蛋白、核蛋白 ②.根据分子的形状 球状蛋白质一一分子对称性佳,外形接近球状或椭球状,溶解度较好
第一章 蛋白质化学 1 第一章 蛋白质化学 蛋白质(Protein)是生物体的基本组成成份。蛋白质英文一词“protein”，是 荷兰化学家 Mulder 首先使用的，来自于希腊语“protos”意为“第一”和“最 重要的”。在机体内蛋白质的含量很多，约占机体固体成分的 45%，它的分布 很广，几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活动密切联 系。 第一节 概 述 一、蛋白质的生物学意义 1. 酶的催化作用，已知酶有 2000 多种； 2. 运输和储藏作用； 3. 激素的调节作用，肽类和氨基酸类、蛋白类； 4. 运动功能，肌肉收缩； 5. 结构成分和机械支持物，胶原蛋白和弹性蛋白； 6. 免疫功能，抗体（免疫球蛋白）； 7. 构成生物膜，体现膜功能，膜蛋白、载体、受体； 8. 毒素的强调节作用，毒蛋白； 9. 与动物生长生殖相关，蛋白质有功能大分子之称。 二、蛋白质的分类 蛋白质的种类繁多，结构复杂，迄今为止没有一个理想的分类方法。着 眼的侧面不同，分类也就不同，例如从蛋白质形状上，可将它们分为球状蛋 白质及纤维状蛋白质；从组成上可分为单纯蛋白质(分子中只含氨基酸残基) 及结合蛋白质(分子中除氨基酸外还有非氨基酸物质，后者称辅基)；单纯蛋白 质又可根据理化性质及来源分为清蛋白(又名白蛋白，albumin)、球蛋白 (globulin)、谷蛋白(glutelin)、醇溶谷蛋白(prolamine)、精蛋白(protamine)、组 蛋白(histone)、硬蛋白(scleroprotein)等。结合蛋白又可按其辅基的不同分为核 蛋白(nucleoprotein)、磷蛋白(phosphoprotein)、金属蛋白(metalloprotein)、色蛋 白(chromoprotein)等。 此外，还可以按蛋白质的功能将其分为活性蛋白质(如酶、激素蛋白质、 运输和贮存蛋白质、运动蛋白质、受体蛋白质、膜蛋白质等)和非活性蛋白质(如 胶原、角蛋白等)两大类。 三种方法 ①．根据组成 简单蛋白――蛋白质完全由 AA 组成。Eg．核糖核酸酶、胰岛素 结合蛋白――除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成分（辅基、配基） eg.血红蛋白、核蛋白 ②．根据分子的形状 球状蛋白质――分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好
第一章蛋白质化学 能结晶。Eg血红蛋白、血清球蛋白。 纤维状蛋白质一一对称性差,分子类似细棒或纤维 可溶性纤维状蛋白质一一肌球蛋白 不溶性纤维状蛋白质一一胶原、弹性蛋白。 ③.根据功能分类 酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白质,结构蛋白质、防御蛋白质、运动蛋 表:简单蛋白质的分类 1.清蛋白( albumin):溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。为饱和硫酸铵 所沉淀。广泛存在于生物体内,如血清清蛋白、乳清蛋白等。 2.球蛋白( globulin):为半饱和硫酸铵所沉淀。不溶于水而溶于稀盐溶 液的称拟球蛋白( euglobulin);溶于水的称拟球蛋白( pseudoglobulin)普遍 存在于生物体内,如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。 3.谷蛋白( glutelin):不溶于水、醇及中性盐溶液,但易溶于稀酸或稀碱 如米谷蛋白( oryzenin)和麦谷蛋白( glutenin)等。 4.醇溶谷蛋白( prolamine):不溶于水及无水乙醇,但溶于70-80%乙醇 中。其特点是脯氨酸和酰胺较多,非极性侧链远较极性侧链多。这类蛋白质 主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白(zein)、麦醇溶蛋白( gliadin)等 5.组蛋白( histone):溶于水及稀酸,但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸、 赖氨酸较多,分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等 6.鱼精蛋白( protamine):溶于水及稀酸,不溶于氨水。分子呈碱性。如 鲑精蛋白( salmin)等。 7.硬蛋白( scleroprotein):不溶于水、盐、稀酸或稀碱。这类蛋白是动 物体内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如,角蛋白( keratin)、胶原( collagen) 网硬蛋白( reticulin)和弹性蛋白( elastin)等 表:结合蛋白质的分类 核蛋白( nucleoprotein):辅基是核酸,如脱氧核糖核蛋白、核糖体、 烟草花叶病毒等 2.脂蛋白( lipoprotein):与脂质结合的蛋白质。脂质成分有磷脂、固醇 和中性脂等。如血中的β1一脂蛋白。卵黄球蛋白( lipovitellin)等 3.糖蛋白( glycoprotein)和粘蛋白( mucoprotein)辅基成分为半乳糖、 甘露糖、己糖胺、己糖醛酸、唾液酸、硫酸或磷酸等。如卵清蛋白、γ -球蛋白,血清类粘蛋白( seromucoid)等 4.磷蛋白( phosphoprotein):磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏 氨酸残基侧链相连。如酪蛋白胃蛋白酶等 5.血红素蛋白( hemoprotein):辅基为血红素,它是卟啉类化合物,卟啉 环中心含有金属。含铁的如血红蛋白、细胞色素c,含的有叶绿蛋白,含铜的
第一章 蛋白质化学 2 能结晶。Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 纤维状蛋白质――对称性差，分子类似细棒或纤维 可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白。 ③．根据功能分类 酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白质，结构蛋白质、防御蛋白质、运动蛋 白质。 表：简单蛋白质的分类 1． 清蛋白（albumin）：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。为饱和硫酸铵 所沉淀。广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。 2． 球蛋白（globulin）:为半饱和硫酸铵所沉淀。不溶于水而溶于稀盐溶 液的称拟球蛋白（euglobulin）;溶于水的称拟球蛋白（pseudoglobulin）.普遍 存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。 3．谷蛋白（glutelin）:不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱。 如米谷蛋白（oryzenin）和麦谷蛋白（glutanin）等。 4．醇溶谷蛋白（prolamine）:不溶于水及无水乙醇，但溶于 70-80%乙醇 中。其特点是脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链远较极性侧链多。这类蛋白质 主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白（zein）、麦醇溶蛋白（gliadin）等。 5．组蛋白（histone）:溶于水及稀酸，但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸、 赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等。 6．鱼精蛋白（protamine）:溶于水及稀酸，不溶于氨水。分子呈碱性。如 鲑精蛋白（salmin）等。 7．硬蛋白（scleroprotain）:不溶于水、盐、稀酸或稀碱。这类蛋白是动 物体内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白（keratin）、胶原（collagen）、 网硬蛋白（reticulin）和弹性蛋白（elastin）等。 表：结合蛋白质的分类 1．核蛋白（nucleoprotain）：辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、 烟草花叶病毒等。 2．脂蛋白（lipoprotain）:与脂质结合的蛋白质。脂质成分有磷脂、固醇 和中性脂等。如血中的β1－脂蛋白。卵黄球蛋白（lipovitellin）等。 3．糖蛋白（glycoprotein）和粘蛋白（mucoprotein）:辅基成分为半乳糖、 甘露糖、己糖胺、己糖醛酸、唾液酸、硫酸或磷酸等。如卵清蛋白、γ -球蛋白，血清类粘蛋白（seromucoid）等。 4．磷蛋白（phosphoprotein）：磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏 氨酸残基侧链相连。如酪蛋白胃蛋白酶等。 5．血红素蛋白（hemoprotein）:辅基为血红素，它是卟啉类化合物，卟啉 环中心含有金属。含铁的如血红蛋白、细胞色素 c，含的有叶绿蛋白，含铜的
第一章蛋白质化学 有血蓝蛋白( Hemocyanin)等。 6.黄素蛋白( flavoprotein):辅基为黄素嘌呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢 D氨基酸氧化酶等 7.金属蛋白( metalloprotein):与金属直接结合的蛋白质。如铁蛋白 ferritin) 含铁,乙醇脱氢酶含锌,黄嘌呤氧化酶含钼和铁等。 、蛋白质的化学组成 1元素组成 C、H、O、N、S、P、Fe C:50%H:7%O:23%N:16%S:0-3%其他:微量 P:牛奶中的酪蛋白含磷;Fe:血中的血红蛋白含铁:I:甲状腺中甲状腺 球蛋白含碘。 2.蛋白质的平均含N量16% 凯氏定氮的基础 蛋白质含量=蛋白N×1/16%=蛋白N×625 3.蛋白质由20种L一型、a一AA组成的长链分子 四、蛋白质的大小与分子量 蛋白质是分子量很大的生物分子 均一的蛋白质 它的所有分子在AA的组成和顺序以及肽链的长度方面是相同的 2.寡聚蛋白质 某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价结合而 成的 特点:a可解离成亚基,但相当稳定;b.可以结晶的形式从组织中分离 c.有此蛋白质以寡聚蛋白质表现其活性的 3.简单蛋白质AA残基数目的估算。 AA残基的数目=蛋白分子量/110 因为,AA残基的平均分子量=128-18=110。 第二节氨基酸 、氨基酸的结构 蛋白质可以受酸、碱或酶的作用而水解。例如,一种单纯蛋白质用6N盐 酸在真空下110℃水解约16小时,可达到完全水解(酸水解的条件下,色氨酸 酪氨酸易被破坏)。利用层析等手段分析水解液,就可证明组成蛋白质分子的 基本单位是氨基酸。构成天然蛋白质的氨基酸共20种。 这些氨基酸为La-氨基酸(L-a- amino acid),其结构通式如下: N R
第一章 蛋白质化学 3 有血蓝蛋白（Hemocyanin）等。 6．黄素蛋白（flavoprotein）:辅基为黄素嘌呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢、 D-氨基酸氧化酶等。 7．金属蛋白（metalloprotein）:与金属直接结合的蛋白质。如铁蛋白（ferritin） 含铁，乙醇脱氢酶含锌，黄嘌呤氧化酶含钼和铁等。 三、蛋白质的化学组成 1.元素组成： C、H、O、N、S、P、Fe C：50% H：7% O：23% N：16% S：0－3% 其他：微量 P：牛奶中的酪蛋白含磷；Fe:血中的血红蛋白含铁；I：甲状腺中甲状腺 球蛋白含碘。 2．蛋白质的平均含 N 量 16% 凯氏定氮的基础 蛋白质含量＝蛋白 N×1/16%=蛋白 N×6.25 3．蛋白质由 20 种 L－型、α－AA 组成的长链分子 四、蛋白质的大小与分子量 蛋白质是分子量很大的生物分子 1．均一的蛋白质 它的所有分子在 AA 的组成和顺序以及肽链的长度方面是相同的 2．寡聚蛋白质 某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基（多肽链）通过非共价结合而 成的。 特点：a.可解离成亚基，但相当稳定；b.可以结晶的形式从组织中分离； c. 有此蛋白质以寡聚蛋白质表现其活性的。 3． 简单蛋白质 AA 残基数目的估算。 AA 残基的数目＝蛋白分子量/110 因为，AA 残基的平均分子量＝128－18＝110。 第二节 氨 基 酸 一、氨基酸的结构 蛋白质可以受酸、碱或酶的作用而水解。例如，一种单纯蛋白质用 6N 盐 酸在真空下 110℃水解约 16 小时，可达到完全水解(酸水解的条件下，色氨酸、 酪氨酸易被破坏)。利用层析等手段分析水解液，就可证明组成蛋白质分子的 基本单位是氨基酸。构成天然蛋白质的氨基酸共 20 种。 这些氨基酸为 L-α-氨基酸(L-α-amino acid)，其结构通式如下：
第一章蛋白质化学 生物界中也发现一些D系氨基酸,主要存在于某些抗菌素以及个别植物 的 生物碱中。 、氨基酸的分类 组成蛋白质的氨基酸按其a-碳原子上侧链R的结构分为20种,20种氨 基酸按R的结构和极性的不同有以下两种分类方法。 )根据R的结构不同分类 Nonpolar, aliphatic H n ar, unchanged R HN-C-H HN-C-H HN-C-H Glyeine Cysteine Methionine Isoleucine Proline Glutamine Negatively charged R group Arumat Coo H-c-H HNC-l IH N-CH HN-C-H Aspartate (二)根据侧链R的极性不同分为非极性和极性氨基酸 氨基酸的R基团不带电荷或极性极微弱的属于非极性R基氨基酸,如: 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、 脯氨酸。它们的R基团具有疏水性 氨基酸的R基团带电荷或有极性的属于极性氨基酸,它们又可分为: (1)极性R基氨基酸:R基团有极性,但不解离,或仅极弱地解离,它们 的R基团有亲水性。如:丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、 天门冬酰胺 (2)酸性R基氨基酸:R基团有极性,且解离,在中性溶液中显酸性,亲 水性强。如天门冬氨酸、谷氨酸。 3)碱性R基氨基酸:R基团有极性,且解离,在中性溶液中显碱性,亲 水性强。如组氨酸、赖氨酸、精氨酸。 (三)稀有氨基酸(P128) (四)非蛋白氨基酸(P129)
第一章 蛋白质化学 4 生物界中也发现一些 D 系氨基酸，主要存在于某些抗菌素以及个别植物 的生物碱中。 二、氨基酸的分类 组成蛋白质的氨基酸按其α-碳原子上侧链 R 的结构分为 20 种，20 种氨 基酸按 R 的结构和极性的不同有以下两种分类方法。 (一)根据 R 的结构不同分类 (二)根据侧链 R 的极性不同分为非极性和极性氨基酸 氨基酸的 R 基团不带电荷或极性极微弱的属于非极性 R 基氨基酸，如： 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、 脯氨酸。它们的 R 基团具有疏水性。 氨基酸的 R 基团带电荷或有极性的属于极性氨基酸，它们又可分为： (1)极性 R 基氨基酸：R 基团有极性，但不解离，或仅极弱地解离，它们 的 R 基团有亲水性。如：丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、 天门冬酰胺。 (2)酸性 R 基氨基酸：R 基团有极性，且解离，在中性溶液中显酸性，亲 水性强。如天门冬氨酸、谷氨酸。 (3)碱性 R 基氨基酸：R 基团有极性，且解离，在中性溶液中显碱性，亲 水性强。如组氨酸、赖氨酸、精氨酸。 （三）稀有氨基酸(P128) （四）非蛋白氨基酸(P129)
第一章蛋白质化学 、氨基酸的重要性质 (一)、物理性质 形态:均为白色结晶或粉末,不同氨基酸的晶型结构不同。 2.溶解性:一般都溶于水,不溶或微溶于醇,不溶于丙酮,在稀酸和 稀碱中溶解性好 3.熔点:氨基酸的熔点一般都比较高,一般都大于200℃,超过熔点以 上氨基酸分解产生胺和二氧化碳 4.光吸收:氨基酸在可见光范围内无光吸收,在近紫外区含苯环氨基 酸有光的吸收。 5.旋光性:除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。 6.一般都溶于水(除胱AA和酪AA)脯AA和羟脯AA还能溶于乙醇或 乙醚中 (二)、化学性质 氨基酸的两性电离及等电点 氨基酸既含有氨基,可接受H,又含有羧基,可电离出H,所以氨基酸 具有酸碱两性性质。通常情况下,氨基酸以两性离子的形式存在,如下图所 氨基酸在酸性环境中,主要以阳离子的形式存在,在碱性环境中,主要 以阴离子的形式存在。在某一pH环境下,以两性离子(兼性离子)的形式存 在。该pH称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为:氨基酸 所带正负电荷相等时的溶液pH 氨基酸的水溶液既可被酸滴定,又可被碱滴定,应该具有两性电离的 性质,现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。下图是甘氨酸的电离 酸碱滴定曲线,从左向右是用NaOH滴定的曲线,溶液的pH由小到大逐渐升 高;从右向左是用HCL滴定的曲线,溶液的pH由大到小逐渐降低。曲线中 从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离50%的状态,第二个拐点是氨基酸的 等电点,第三个拐点是氨基酸氨基解离50%的状态
第一章 蛋白质化学 5 三、氨基酸的重要性质 （一）、物理性质 1． 形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。 2． 溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和 稀碱中溶解性好。 3． 熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于 200℃，超过熔点以 上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。 4． 光吸收：氨基酸在可见光范围内无光吸收，在近紫外区含苯环氨基 酸有光的吸收。 5． 旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。 6. 一般都溶于水（除胱 AA 和酪 AA）脯 AA 和羟脯 AA 还能溶于乙醇或 乙醚中 （二）、化学性质： 1． 氨基酸的两性电离及等电点： 氨基酸既含有氨基，可接受 H+，又含有羧基，可电离出 H+，所以氨基酸 具有酸碱两性性质。通常情况下，氨基酸以两性离子的形式存在，如下图所 示： 氨基酸在酸性环境中，主要以阳离子的形式存在，在碱性环境中，主要 以阴离子的形式存在。在某一 pH 环境下，以两性离子（兼性离子）的形式存 在。该 pH 称为该氨基酸的等电点。所以氨基酸的等电点可以定义为：氨基酸 所带正负电荷相等时的溶液 pH。 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，应该具有两性电离的 性质，现以甘氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。下图是甘氨酸的电离 酸碱滴定曲线，从左向右是用 NaOH 滴定的曲线，溶液的 pH 由小到大逐渐升 高；从右向左是用 HCL 滴定的曲线，溶液的 pH 由大到小逐渐降低。曲线中 从左向右第一个拐点是氨基酸羧基解离 50%的状态，第二个拐点是氨基酸的 等电点，第三个拐点是氨基酸氨基解离 50%的状态