生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第1页共20页 第二章蛋白质化学 第一节蛋白质的概念及生物学意义 第二节氨基酸 第三节肽 第四节蛋白质的分子结构 第五节蛋白质结构与功能的关系 第六节蛋白质的重要性质
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 20 页 1 第二章 蛋白质化学 第一节 蛋白质的概念及生物学意义 第二节 氨基酸 第三节 肽 第四节 蛋白质的分子结构 第五节 蛋白质结构与功能的关系 第六节 蛋白质的重要性质
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第2页共20页 第一节蛋白质的概念及生物学意义 蛋白质是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子,英文名称 Protein 是德国化学家 Mulder于1838年采用的。蛋白质在生物界中无处不在,并参与了几 乎所有的生命活动过程。 、蛋白质的生物学意义 1、蛋白质是生物体的基本构成成分,是生命活动所依据的物质基础。 如:胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白。细胞里的片层结构,如细胞膜、线粒体膜 叶绿体膜和内质网等都是由不溶性蛋白质和脂质组成的。 2、不同的蛋白质表现出不同的生物功能。蛋白质种类极其繁多,它不仅是构成 生命的结构物质,而且是生命现象的体现者 如:(1)酶蛋白——有机体新陈代谢的催化剂 (2)激素蛋白——在代谢调节中具有十分重要的作用。如胰岛素、生长素、促 卵泡激素、促甲状腺激素等。 (3)受体蛋白—起接受和传递信息作用的受体:如接受激素的受体蛋白、接 受外界刺激的感觉蛋白(视色素、味觉蛋白)。 (4)防御蛋白——动物体内的抗体、补体、干扰素及昆虫提内的毒素等具有防 御功能 (5)运动蛋白——如收缩蛋白与肌肉收缩有关。 (6)运输蛋白—一血红蛋白和肌红蛋白运输氧;脂蛋白运输脂类等 (⑦)生长、分化的调控蛋白——调节或控制细胞的生长、分化和遗传信息的表 达。如染色质蛋白、阻遏蛋白、转录因子等。 (8)贮藏蛋白——蛋白质具有贮藏氨基酸的功能,用作有机体及其胚胎或幼体 生长发育的原料。如:蛋类中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇溶蛋 白等。 蛋白质的概念 从化学结构来说,蛋白质是以氨基酸为基本结构单位的生物大分子。 (一)蛋白质是生物大分子:蛋白质分子量变化范围一般为1万至几百万道尔顿 (二)基本化学组成:大多数蛋白质均含C、H、0、N、S几种元素,有些还含有 e、Zn或Cu等元素。其中N的含量较恒定,一般平均为16%,即1克氮相当于6.25 克蛋白质。测定蛋白质含量时,只要测出N的含量,就可换算出蛋白质的含量
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 20 页 2 第一节 蛋白质的概念及生物学意义 蛋白质是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，英文名称 Protein， 是德国化学家 Mulder 于 1838 年采用的。蛋白质在生物界中无处不在，并参与了几 乎所有的生命活动过程。 一、蛋白质的生物学意义 1、 蛋白质是生物体的基本构成成分，是生命活动所依据的物质基础。 如：胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体膜、 叶绿体膜和内质网等都是由不溶性蛋白质和脂质组成的。 2、不同的蛋白质表现出不同的生物功能。蛋白质种类极其繁多，它不仅是构成 生命的结构物质，而且是生命现象的体现者。 如：（1）酶蛋白——有机体新陈代谢的催化剂。 （2）激素蛋白——在代谢调节中具有十分重要的作用。如胰岛素、生长素、促 卵泡激素、促甲状腺激素等。 （3）受体蛋白——起接受和传递信息作用的受体；如接受激素的受体蛋白、接 受外界刺激的感觉蛋白（视色素、味觉蛋白）。 （4）防御蛋白——动物体内的抗体、补体、干扰素及昆虫提内的毒素等具有防 御功能。 （5）运动蛋白——如收缩蛋白与肌肉收缩有关。 （6）运输蛋白——血红蛋白和肌红蛋白运输氧；脂蛋白运输脂类等。 （7）生长、分化的调控蛋白——调节或控制细胞的生长、分化和遗传信息的表 达。如染色质蛋白、阻遏蛋白、转录因子等。 （8）贮藏蛋白——蛋白质具有贮藏氨基酸的功能，用作有机体及其胚胎或幼体 生长发育的原料。如：蛋类中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇溶蛋 白等。 二、蛋白质的概念 从化学结构来说，蛋白质是以氨基酸为基本结构单位的生物大分子。 (一)蛋白质是生物大分子：蛋白质分子量变化范围一般为 1 万至几百万道尔顿。 （二）基本化学组成：大多数蛋白质均含 C、H、O、N、S 几种元素，有些还含有 P、 Fe、Zn 或 Cu 等元素。其中 N 的含量较恒定，一般平均为 16%，即 1 克氮相当于 6.25 克蛋白质。测定蛋白质含量时，只要测出 N 的含量，就可换算出蛋白质的含量
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第3页共20页 (三)基本构成单位—AA 蛋白质在酸或酶的消化作用下可发生水解: 蛋白质一水解朊、陈一永解丶肽—>氨基酸 (四)各种蛋白质都有一定的空间结构,因此表现出特定的生物功能 五)蛋白质种类繁多。如大肠杆菌细胞中有3000种蛋白质,真核细胞中则有100 000种以上。 蛋白质的构成单位—AA 从各种生物体内发现的氨基酸已有180多种,但是参与蛋白质组成的常见氨基 酸或称基本氨基酸只有20种。 (一)P—A(组成蛋白质的氨基酸) 1、常见PrA(基本氨基酸):20种 2、稀有Pr——AA:从少数蛋白质中分离出一些不常见的特有AA,这些AA都 是基本氨基酸参入多肽链后经酶促修饰形成的(即是由相应的常见AA衍生 而来的),不是由遗传密码决定的。 如:胶原蛋白和弹性蛋白中的4-羟脯AA和5-羟赖氨酸,凝血酶原中的Y 羧基谷氨酸等。 (二)非Pr 存在于细胞或组织中呈游离状态或结合状态,但并不存在于蛋白质中,故称为 非Pr——一A。在植物中较多,多数功能不清楚,有待于进一步研究。 如瓜氨酸、鸟氨酸是尿素循环的中间体,就是非Pr 丙氨酸是遍 多酸(一种维生素)的前体。 第二节氨基酸 、氨基酸的结构: )氨基酸的结构通式: 氨基酸是指含有氨基的羧酸。生物体内的各种蛋白质者是由20种基本氨基酸构 戎的。除脯氨酸是一种a一亚氨基酸外,其余的都是a一氨基酸,其结构通式为: R—C—C00
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 20 页 3 （三）基本构成单位——AA 蛋白质在酸或酶的消化作用下可发生水解： （四）各种蛋白质都有一定的空间结构，因此表现出特定的生物功能。 （五）蛋白质种类繁多。如大肠杆菌细胞中有 3000 种蛋白质，真核细胞中则有 100， 000 种以上。 三、蛋白质的构成单位——AA 从各种生物体内发现的氨基酸已有 180 多种，但是参与蛋白质组成的常见氨基 酸或称基本氨基酸只有 20 种。 （一） Pr——AA（组成蛋白质的氨基酸） 1、 常见 Pr——AA（基本氨基酸）：20 种 2、 稀有 Pr——AA：从少数蛋白质中分离出一些不常见的特有 AA，这些 AA 都 是基本氨基酸参入多肽链后经酶促修饰形成的（即是由相应的常见 AA 衍生 而来的），不是由遗传密码决定的。 如：胶原蛋白和弹性蛋白中的 4-羟脯 AA 和 5-羟赖氨酸，凝血酶原中的γ- 羧基谷氨酸等。 （二） 非 Pr——AA 存在于细胞或组织中呈游离状态或结合状态，但并不存在于蛋白质中，故称为 非 Pr——AA。在植物中较多，多数功能不清楚，有待于进一步研究。 如瓜氨酸、鸟氨酸是尿素循环的中间体，就是非 Pr——AA，β—丙氨酸是遍 多酸（一种维生素）的前体。 第二节 氨基酸 一、氨基酸的结构： （一）氨基酸的结构通式： 氨基酸是指含有氨基的羧酸。生物体内的各种蛋白质者是由 20 种基本氨基酸构 成的。除脯氨酸是一种α－亚氨基酸外，其余的都是α－氨基酸，其结构通式为： ⎯⎯ → +或 ⎯E 蛋白质 水解 朊、胨 ⎯水解⎯⎯→ 肽 氨基酸 C C O O H + N H 3 R _ α ⎯⎯ →⎯⎯ + H 或E 蛋白质
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第4页共20页 除甘氨酸外,其它蛋白质氨基酸的α一碳原子均为不对称碳原子(即与α一碳 原子键合的四个取代基各不相同),因此氨基酸可以有立体异构体,即可以有不同的 构型(D一型与L一型两种构型)。 (二)构型 构型指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向 构型——通过共价键断裂变化形成的立体结构形态 构象一通过单键旋转而形成的一种立体结构形态 每种氨基酸都有D型和L型两种立体异构体(甘氨酸除外) 2、根据甘油醛原则确定构型 3、天然蛋白质中氨基酸绝大多数都是L一型的,只是近年才发现在某些微生物蛋白 质中有D一型氨基酸。在实验室有机合成的AA为D型和L型,氨基酸放置时间 久了,变型LD 4、构型与旋光方向不是一回事,二者无直接对应关系。各种L型AA有的为右旋 有的为左旋,即使同一种L型AA,在不同溶剂中测定时,其比旋光值和旋光方 向也会不同。 氨基酸的种类: 20种蛋白质氨基酸在结构上的差别取决于侧链基团R的不同。通常根据R基团 的化学结构或性质将20种氨基酸进行分类 )根据侧链基团的极性分为两大类 非极性氨基酸(疏水氨基酸)「酸性氨基酸 碱性氨基酸 极性氨基酸(亲水氨基酸)(非解离的极性氨基酸 非极性AA(疏水AA):8种 丙氨酸(Ala) 缬氨酸(Val) 亮氨酸(Leu 异亮氨酸(lle) 脯氨酸(Pro) 苯丙氨酸(Phe) 色氨酸(Trp) 蛋氨酸(Met) 极性AA(亲水AA):1、极性不带电荷的AA:7种 甘氨酸(Gly)
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 20 页 4 非极性氨基酸(疏水氨基酸) 酸性氨基酸 碱性氨基酸 极性氨基酸(亲水氨基酸) 非解离的极性氨基酸 除甘氨酸外，其它蛋白质氨基酸的α－碳原子均为不对称碳原子（即与α－碳 原子键合的四个取代基各不相同），因此氨基酸可以有立体异构体，即可以有不同的 构型（D－型与Ｌ－型两种构型）。 （二）构型 构型指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。 构型——通过共价键断裂变化形成的立体结构形态。 构象——通过单键旋转而形成的一种立体结构形态 1、 每种氨基酸都有 D 型和 L 型两种立体异构体（甘氨酸除外） 2、 根据甘油醛原则确定构型 3、 天然蛋白质中氨基酸绝大多数都是 L—型的，只是近年才发现在某些微生物蛋白 质中有Ｄ－型氨基酸。在实验室有机合成的 AA 为 D 型和 L 型，氨基酸放置时间 久了，变型 L D。 4、 构型与旋光方向不是一回事，二者无直接对应关系。各种 L 型 AA 有的为右旋， 有的为左旋，即使同一种 L 型 AA，在不同溶剂中测定时，其比旋光值和旋光方 向也会不同。 二、氨基酸的种类： 20 种蛋白质氨基酸在结构上的差别取决于侧链基团 R 的不同。通常根据 R 基团 的化学结构或性质将 20 种氨基酸进行分类： （一）根据侧链基团的极性分为两大类 非极性 AA（疏水 AA）：8 种 丙氨酸（Ala） 缬氨酸（Val） 亮氨酸（Leu） 异亮氨酸（Ile） 脯氨酸（Pro） 苯丙氨酸（Phe） 色氨酸（Trp） 蛋氨酸（Met） 极性 AA（亲水 AA）：1、极性不带电荷的 AA：7 种 甘氨酸（Gly）
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 丝氨酸(Ser) 苏氨酸(Thr) 半胱氨酸(Cys) 酪氨酸(Tyr) 天冬酰胺Asn) 谷氨酰胺Gln) 2、极性带正电荷的氨基酸3种 赖氨酸(Lys) 精氨酸(Arg) 组氨酸(His) 3、极性带负电荷的氨基酸2种 天冬氨酸(Asp) 谷氨酸(Gu) (二)根据氨基酸分子的化学结构分为四大类: 1、脂肪族AA:丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、精、甘、丝、苏、半胱、 天冬酰胺、谷氨酰胺 2、芳香族AA:苯丙氨酸、酪氨酸 3、杂环族AA:组氨酸、色氨酸 4、杂环亚AA:脯氨酸 (三)从营养学的角度分为两大类: 1、必需氨基酸:在某些生物体内(如人类和大白鼠)不能合成或合成量不足 以维持正常的生长发育,因此必须依赖食物供给 2、非必需氨基酸:由机体自行合成的氨基酸。 氨基酸的理化性质 (一)一般性质 无色晶体,熔点极高,一般在200℃以上。不同的AA其味不同,有的无味,有 的味甜,有的味苦,谷AA的单钠盐有鲜味,是味精的主要成分。各种AA在水中的 溶解度差别很大,并能溶解于稀酸或稀碱中,但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把 AA从其溶液中沉淀析出 (二)紫外吸收性质 AA的一个重要光学性质是对光有吸收作用。20种PrAA在可见光区域均无 光吸收,在远紫外区(220m)均有光吸收,在紫外区(近紫外区)(220nm-300mm) 只有三种A有光吸收能力,这三种氨基酸是苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸,因为它们 的R基含有苯环共轭双键系统
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 20 页 5 丝氨酸（Ser） 苏氨酸（Thr） 半胱氨酸（Cys） 酪氨酸（Tyr） 天冬酰胺 Asn） 谷氨酰胺 Gln） 2、 极性带正电荷的氨基酸 3 种 赖氨酸（Lys） 精氨酸（Arg） 组氨酸（His） 3、 极性带负电荷的氨基酸 2 种 天冬氨酸（Asp） 谷氨酸（Glu） (二) 根据氨基酸分子的化学结构分为四大类： 1、 脂肪族 AA：丙、缬、亮、异亮、蛋、天冬、谷、赖、精、甘、丝、苏、半胱、 天冬酰胺、谷氨酰胺 2、 芳香族 AA：苯丙氨酸、酪氨酸 3、 杂环族 AA：组氨酸、色氨酸 4、 杂环亚 AA：脯氨酸 （三）从营养学的角度分为两大类： 1、 必需氨基酸：在某些生物体内（如人类和大白鼠）不能合成或合成量不足 以维持正常的生长发育，因此必须依赖食物供给。 2、 非必需氨基酸：由机体自行合成的氨基酸。 二、氨基酸的理化性质 （一）一般性质 无色晶体，熔点极高，一般在 200℃以上。不同的 AA 其味不同，有的无味，有 的味甜，有的味苦，谷 AA 的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。各种 AA 在水中的 溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶于有机溶剂。通常酒精能把 AA 从其溶液中沉淀析出。 （二）紫外吸收性质 AA 的一个重要光学性质是对光有吸收作用。20 种 Pr——AA 在可见光区域均无 光吸收，在远紫外区（‹ 220nm）均有光吸收，在紫外区（近紫外区）（220nm—300nm） 只有三种 AA 有光吸收能力，这三种氨基酸是苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸，因为它们 的 R 基含有苯环共轭双键系统
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第6页共20页 苯丙A最大光吸收在259mm、酪AA在278mm、色AA在279mm,蛋白质一般都 含有这三种AA残基,所以其最大光吸收在大约280nm波长处,因此能利用分光光度 法很方便的测定蛋白质的含量。分光光度法测定蛋白质含量的依据是朗伯一比尔定 律。在280nm处蛋白质溶液吸光值与其浓度成正比。 (三)酸碱性质 1、两性解离与等电点 氨基酸在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。所谓两 性离子是指在同一个AA分子上带有能释放出质子的NH3正离子和能接受质子的 COO负离子,因此氨基酸是两性电解质 以甘氨酸为例:(一个NH3一个COO为例看解离状况:当两性离子溶解于水时,其 正负离子都能解离,但解离度与溶液的PH有关,向AA溶液加酸时,其两性离子 的羧基负离子接受质子,自身成为正离子,加入碱时,其两性离子的氨基正离子解 离出质子,自身成为负离子。 +K1 H2N-CH 2-C00 H3N+-CH 2-C00 H3N+-CH 2-C0OH 阴离子(R) 兼性离子(R*) 阳离子(R+) 氨基酸的等电点:氨基酸的带电状况取决于所处环境的PH值,改变PH值可以 使氨基酸带正电荷或负电荷,也可使它处于正负电荷数相等,即净电荷为零的两性 离子状态。使氨基酸所带正负电荷数相等即净电荷为零时的溶液P值称为该AA的 等电点。PH<PIAA负电荷 A正电荷 2、解离常数 解离式中K1和K2分别代表α一碳原子上-000H和-NH的表现解离常数。在生 化上,解离常数是在特定条件下(一定溶液浓度和离子强度)测定的。等电点的计 算可由其分子上解离基团的表观解离常数来确定。根据质量作用定律: 「R±1 KI [R]= RH IR KI [R] K2[
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 20 页 6 苯丙 AA 最大光吸收在 259nm、酪 AA 在 278nm、色 AA 在 279nm，蛋白质一般都 含有这三种 AA 残基，所以其最大光吸收在大约 280nm 波长处，因此能利用分光光度 法很方便的测定蛋白质的含量。分光光度法测定蛋白质含量的依据是朗伯—比尔定 律。在 280nm 处蛋白质溶液吸光值与其浓度成正比。 （三）酸碱性质 1、两性解离与等电点 氨基酸在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。所谓两 性离子是指在同一个 AA 分子上带有能释放出质子的 NH3 + 正离子和能接受质子的 COO- 负离子，因此氨基酸是两性电解质。 以甘氨酸为例：（一个 NH3 + 一个 COO- 为例看解离状况：当两性离子溶解于水时，其 正负离子都能解离，但解离度与溶液的 PH 有关，向 AA 溶液加酸时，其两性离子 的羧基负离子接受质子，自身成为正离子，加入碱时，其两性离子的氨基正离子解 离出质子，自身成为负离子。 氨基酸的等电点：氨基酸的带电状况取决于所处环境的 PH 值，改变 PH 值可以 使氨基酸带正电荷或负电荷，也可使它处于正负电荷数相等，即净电荷为零的两性 离子状态。使氨基酸所带正负电荷数相等即净电荷为零时的溶液 PH 值称为该 AA 的 等电点。PHPI AA 正电荷 2、解离常数 解离式中 K1 ′ 和Ｋ２ ′ 分别代表α－碳原子上-COOH 和-NH3 + 的表现解离常数。在生 化上，解离常数是在特定条件下（一定溶液浓度和离子强度）测定的。等电点的计 算可由其分子上解离基团的表观解离常数来确定。根据质量作用定律： 阴离子（R—） 兼性离子（R±） 阳离子（R+ ） H 3 N + - C H 2 - C O O H K 1 H + ' H 3 N + - C H 2 - C O O - ' H + H + K 2 H 2 N - C H 2 - C O O - H + / / 1 [ ][ ] [ ] [ ] [ ] 1 K R H R R R K ± + = + + ± = • + ± = − ± − + = • H K R R R R H K 2 [ ] [ ] [ ] [ ][ ] 1 / /
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第7页共20页 因为等电点时,[R’]=[R] 所以 IR JH K2IR] H+ [H]=K1′ ·K9 方程两边求负对数 则 H K1+pK2 因为等电点时p=pI 所以 pI=-(pkI+pK2) 可以由手册查得各种AA的pK和pK,代入上式即得AA的等电点 3、多氨基(碱性氨基酸)和多羧基(酸性氨基酸)氨基酸的解离 解离原则:先解离a-C00H,随后其他-COOH;然后解离a-NH,随后其他-NH 总之羧基解离度大于氨基,α-C上基团大于非α-C上同一基团的解离度。 等电点的计算:首先写出解离方程,两性离子左右两端的表观解离常数的对数的算 术平均值。一般PI值等于两个相近RK值之和的一半。 如天冬氨酸 赖氨酸 4、氨基酸的酸碱滴定曲线 以甘氨酸为例,滴定曲线P33 1摩尔甘氨酸溶于水时,溶液PH为5.97,分别用标准NaOH和HCL滴定,以溶 液PH值为纵坐标,加入HCL和NaOH的摩尔数为横坐标作图,得到滴定曲线。该曲 线一个十分重要的特点就是在PH=2.34和PH=9.60处有两个拐点,分别为其PK和 PK。 规律:pH[R>[R] pB>pK2时,[R]>[R]>[R+]; pHpI时,净电荷为零,[R’]=[R] pKpI时,净电荷为“+”; p>pI时,净电荷为“ 7
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 7 页 共 20 页 7 因为等电点时，[R+ ]=[R- ] 所以 [H+ ]2 =K1ˊ·K2ˊ 方程两边求负对数 则 因为等电点时 pH = pI 所以 可以由手册查得各种 AA 的 pK 和 pK，代入上式即得 AA 的等电点。 3、多氨基（碱性氨基酸）和多羧基（酸性氨基酸）氨基酸的解离 解离原则：先解离α-COOH，随后其他-COOH；然后解离α-NH3 + ，随后其他-NH3 + 总之羧基解离度大于氨基，α-C 上基团大于非α-C 上同一基团的解离度。 等电点的计算：首先写出解离方程，两性离子左右两端的表观解离常数的对数的算 术平均值。一般 PI 值等于两个相近 PK 值之和的一半。 如天冬氨酸 赖氨酸 4、氨基酸的酸碱滴定曲线 以甘氨酸为例，滴定曲线 P33 1 摩尔甘氨酸溶于水时，溶液 PH 为 5.97，分别用标准 NaOH 和 HCL 滴定，以溶 液 PH 值为纵坐标，加入 HCL 和 NaOH 的摩尔数为横坐标作图，得到滴定曲线。该曲 线一个十分重要的特点就是在 PH=2.34 和 PH=9.60 处有两个拐点，分别为其 PK 和 PK。 规律：pH[R± ]>[R- ]; pH>pK2 ′ 时，[R- ]>[R±]>[R+]; pH=pI 时，净电荷为零，[R+ ]=[R- ]; pHpI 时，净电荷为“-”。 + ± + ± = H K R K R H 2 [ ] 1 [ ][ ] / / ( 1 2 ) 2 1 / / pH = pK + pK ( 1 2 ) 2 1 / / pI = pK + pK
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第8页共20页 (四)AA的重要化学反应 AA的化学反应主要是指它的a-氨基和a-羧基以及侧链上的功能团所参与的那 些反应。我们着重讨论在蛋白质化学中具有重要意义的AA的化学反应 、茚三酮反应 在弱酸性条件下,茚三酮与氨基酸共热,生成一种紫色化合物。 OH H2N-CH-CO0H 茚三酮(水合印三酮) R·CH0+NH3+C0 还原茚三酮 茚三酮 NH4 紫色化合物
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 8 页 共 20 页 8 （四）AA 的重要化学反应 AA 的化学反应主要是指它的α-氨基和α-羧基以及侧链上的功能团所参与的那 些反应。我们着重讨论在蛋白质化学中具有重要意义的 AA 的化学反应。 1、茚三酮反应 在弱酸性条件下，茚三酮与氨基酸共热，生成一种紫色化合物。 C C C O O H O H O + H 2 N - C H - C O O H R 茚三酮（水合印三酮） 还原茚三酮 C O 2 + N H 3 + C H O . R + O O H H O C C C O O O C + = C 茚三酮 C C 2 N H O 3 + O O H H C C 紫色化合物 N + 2 H 2 O _ N H 4 O O C C C = O O C C C
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第9页共20页 两个亚氨基酸一一脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应形成黄色化合物,其它氨基 酸与茚三酮反应均生成紫色化合物。利用此反应能定性或定量测定各种氨基酸 2、 Sanger反应(与2,4二硝基氟苯反应) 在弱碱性溶液中,氨基酸的α-氨基易与2, 硝基氟苯(DNFB或FDNB)反 应,生成黄色的二硝基苯氨基酸(DNP-AA)。 R-CH-NH 2+F NO29碱性 COOH NO 2,4一二硝基氟苯(DNFB) R-CH-NH COOH NO 硝基苯基氨基酸DNP(氨基酸) 此反应最初被 sanger用于测定肽链N一未端氨基酸 3、 Edman反应(与异硫氰酸苯酯反应) 在弱碱性条件下,氨基酸的a-氨基易与异硫氰酸苯酯(PITC)反应,生成苯 异硫氰酸苯酯 H (PITC) H +CH3-N02) S=C C-H 苯乙内酰硫脲衍生物
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 9 页 共 20 页 9 两个亚氨基酸－－脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应形成黄色化合物，其它氨基 酸与茚三酮反应均生成紫色化合物。利用此反应能定性或定量测定各种氨基酸。 2、Sanger 反应（与 2，4—二硝基氟苯反应） 在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与 2，4—二硝基氟苯（DNFB 或 FDNB）反 应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。 此反应最初被 sanger 用于测定肽链 N—未端氨基酸。 3、Edman 反应（与异硫氰酸苯酯反应） 在弱碱性条件下，氨基酸的α-氨基易与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，生成苯 ⎯弱碱性 ⎯ →⎯ 2，4 — 二硝基氟苯（DNFB） N O 2 N O 2 C O O H R - C H - N H 2 + F 二硝基苯基氨基酸 DNP（氨基酸） N O 2 N O 2 C O O H R - C H - N H ⎯弱碱中 ⎯ → 4 0⎯0 C H H O N C = O S = C N C - H R H H + (C H 3 - N O 2 ) N - C = O S = C C - H N H R 苯乙内酰硫脲衍生物 异硫氰酸苯酯 （PITC） R N = C = S + H 2 N - C H - C O O H
生物化学:蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第10页共20页 该反应被 Edman成功地用于氨基酸序列分析 测定原理:蛋白质多肽链N末端AA的q-氨基也可以与PITC发生上述反应生成PTH一多肽,在酸 性溶液中释放出末端的PIH-A和比原来少一个AA残基的多肽链,所得的PIH-A用层析法鉴定 即可确定肽链N末端AA的种类。剩余的肽链重复应用此方法测定其N端的第二个AA,如此重复 就可测定多肽链全部序列。目前根据此原理设计出蛋白质顺序测定仪,大大提高了蛋白质测序的 效率 Sanger反应 测定原理:因为是a-氨基参加的反应,所以DNFB只与多肽或蛋白质N端的A起反应,生成DNP一 多肽或DNP一蛋白质,当用酸水解时,所有的肽键被切开,只有DNP基仍连在N端A上,形成黄 色的DNP一AA,利用DNP-AA在有机溶剂中的溶解度与其他AA不同,可以用乙醚把DNP-AA抽提 出来,从而与其他A分开,所得DNP-AA经纸层析,从纸层析图谱上黄色斑点的位置可鉴定N端 AA的种类和数目 第三节肽 肽键与肽的概念 氨基酸的α一羧基与另一个氨基酸的α一氨基形成特殊的酰胺键,称为肽键。 氨基酸以肽键相连形成的化合物称为肽。(注:侧链基团上的氨基和羧基参与形成的 酰胺键称为异肽键。) H2N-CH oH CH-COOH H2N-CH-C-NI-CH-COOH 肽键 肽和肽键的结构及命名 )结构:肽键的结构如下图所示: 0 H3N+-c-c-Ntc-iC-N --N-C-C00 RI H R2!H; R3 R4 氨基末端 (N-未端) 肽单位肽键 氨基酸残基 羧基未端0 (C一未端)
生物化学: 蛋白质化学 山农大生物化学与分子生物学系 第 10 页 共 20 页 10 该反应被 Edman 成功地用于氨基酸序列分析。 测定原理：蛋白质多肽链 N 末端 AA 的α-氨基也可以与 PITC 发生上述反应生成 PTH—多肽，在酸 性溶液中释放出末端的 PTH—AA 和比原来少一个 AA 残基的多肽链，所得的 PTH—AA 用层析法鉴定， 即可确定肽链 N 末端 AA 的种类。剩余的肽链重复应用此方法测定其 N 端的第二个 AA，如此重复 就可测定多肽链全部序列。目前根据此原理设计出蛋白质顺序测定仪，大大提高了蛋白质测序的 效率。 Sanger 反应 测定原理：因为是α-氨基参加的反应，所以 DNFB 只与多肽或蛋白质 N 端的 AA 起反应，生成 DNP— 多肽或 DNP—蛋白质，当用酸水解时，所有的肽键被切开，只有 DNP 基仍连在 N 端 AA 上，形成黄 色的 DNP—AA，利用 DNP—AA 在有机溶剂中的溶解度与其他 AA 不同，可以用乙醚把 DNP—AA 抽提 出来，从而与其他 AA 分开，所得 DNP—AA 经纸层析，从纸层析图谱上黄色斑点的位置可鉴定 N 端 AA 的种类和数目。 第三节 肽 一、肽键与肽的概念 氨基酸的α－羧基与另一个氨基酸的α－氨基形成特殊的酰胺键，称为肽键。 氨基酸以肽键相连形成的化合物称为肽。（注：侧链基团上的氨基和羧基参与形成的 酰胺键称为异肽键。） 二、肽和肽键的结构及命名 （一）结构：肽键的结构如下图所示： 氨基未端 （N-未端） ⎯− ⎯H⎯2 O→ 肽键 H H 2 N - C H - C - N - R 1 O C H - C O O H R 2 R 2 N - C H - C O O H H H O R 1 H 2 N - C H - C - O H + 肽单位 肽键 氨基酸残基 羧基未端 （C—未端） R 4 H O H O R 3 H R H 2 H O O - C C N - C - C N - C - C O O H - 3 N + C - C - N C - C - N H R 1 H