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第2章 蛋白质化学 教学目的: 1. 熟悉蛋白质的化学组成。 2. 掌握常见氨基酸的结构和性质。 3. 掌握氨基酸和蛋白质的一些重要理化性质。 4. 了解蛋白质分子空间结构的构象特点。 教学重点: 氨基酸和蛋白质的化学性质。 蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N、S。有些蛋白质中还有P、Cu、Fe、Mn、Mo、Co、Zn、Mg、Ca等矿质元素。蛋白质元素组成的一个重要特征是,平均含N量为16%。其倒数:100/16 = 6.25,即蛋白质换算系数,其含义为样品中每存在1 g元素N,说明含有6.25 g蛋白质。 如果能测定出样品中的含N量,就可计算出样品中的蛋白质含量:粗蛋白质%=N%×6.25 2 蛋白质的水解 1)完全水解和不完全水解 ①酸水解 常用6mol/L的盐酸或4mol/L的硫酸在105℃~ 110℃条件下进行水解, 反应时间约20小时, 蛋白质可完全水解。 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏。 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解; 门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。 ②碱水解 一般用5mol/L NaOH, 2mol/L Ba(OH)2煮沸10小时以上, 可使肽键完全水解。 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏, 产率不高。 部分的水解产物发生消旋化。 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。 ③酶水解 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶(proteolytic enzyme)或称蛋白酶(proteinase)已有十多种。 应用酶水解多肽, 反应条件比较温和, 不会破坏氨基酸,也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。有些蛋白酶具很强的专一性。 最常见的蛋白水解酶有: 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等。 3 氨基酸的结构 除甘氨酸和脯氨酸外,其他均具有如下结构通式。 4 常见氨基酸的分类 参与组成蛋白质的常见氨基酸有20种。 根据R基团的化学结构分为三类: 脂肪族、芳香族和杂环族氨基酸。 根据R基团的酸碱性质分为三类: 中性、酸性和碱性氨基酸。 根据R基团的电性质分为: 疏水基团氨基酸、不带电荷极性R基团的氨基酸和带电荷R基团的氨基酸。 1)蛋白质分子中的稀有氨基酸 在天然蛋白质分子组成的氨基酸中,除了上述20种常见的基本氨基酸外,在少数蛋白质分子中有一些不常见的氨基酸,称为稀有氨基酸。他们是在蛋白质分子合成之后,由相应的常见氨基酸分子经酶促催化化学修饰而成的衍生物。 2)非蛋白质氨基酸 各种常见氨基酸均为无色结晶,结晶形状因氨基酸的结构而异。 氨基酸分子都以内盐形式存在,熔点比相应羧酸或胺类高,一般在200℃~300℃。 都能溶于水,但溶解度差别很大。均易溶于稀酸稀碱溶液中。 除甘氨酸外,每种氨基酸都有旋光性和特定的比旋光度。 氨基酸的光吸收 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收,但在远紫外区(220 nm)均有光吸收。在近紫外区(220~300 nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力,其最大吸收峰(?max)和摩尔消光系数(?)分别为。 6 氨基酸两性解离及等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中,并不是以游离的羧基或氨基形式存在,而是离解成两性离子。 在两性离子中,氨基是以质子化(-NH3+)形式存在,羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同pH下,两性离子的状态也随之发生变化。 2)氨基酸的等电点 当溶液为某一pH值时,氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等,净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点,简称pI。在等电点时,氨基酸处于两性离子状态。 侧链不含离解基团的中性氨基酸,其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值: pI = (pK1 + pK2 )/2 侧链含有可解离基团的氨基酸,其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。 酸性氨基酸: pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性氨基酸: pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2 2)α-氨基参与的反应 3)α-氨基和α-羧基共同参与的反应 8 氨基酸的分离与测定 从蛋白质水解液中分离制备氨基酸或者分离分析氨基酸组成,需要分辩力很强的分离技术。层析法是近代生化中非常有用效的分离方法。层析技术由三个基本条件构成:①水不溶性惰性支持物。②流动相能携带溶质沿支柱物流动。③固定相是附着在支持物上的水或离子基团,能对各种溶质的流动产生不同的阻滞作用。 根据分离机理,可将层析法分为吸附层析、离子交换层析、分配层析、分子筛过滤层析及离子交换
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