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第二章蛋白质化学

蛋白质是基本的生命物质之一，是细胞组分中含量最丰富、功能最多的生物大分子。它的元素组成主要包括C、H、O、N、S，有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Cu、Zn、I等。研究蛋白质的结构与功能是生命科学最基本的命题。

凯氏定氮法蛋白氮占蛋白质含量的16%蛋白质含量=蛋白氮*6.25

蛋白质是生命活动的体现者，其主要功能有：（了解）

1)酶是以蛋白质为主要成分的生物催化剂（催化作用）

2)结构蛋白（如微管蛋白、胶原蛋白、角蛋白）参与细胞和组织的建成（结构蛋白）

3)某些动物激素是蛋白质，如胰岛素、生长素、促甲状腺激素（调节作用）

4)运动蛋白如肌动蛋白、肌球蛋白、鞭毛、纤毛等与肌肉收缩核细胞运动有关（运动作用）

5)动物的抗体、补体、干扰素等也是蛋白质（防御作用）

6)某些蛋白质具有运输功能，如血红蛋白、肌红蛋白、脂蛋白、细胞色素、细胞膜上的离子通道、离子泵等（运输作用）

7)种子贮藏蛋白、酪蛋白、血浆蛋白参与贮存氨基酸和蛋白的功能（营养作用）

8)激素和神经递质有接受传递信息的功能；

9)染色质蛋白、阻遏蛋白、转录因子等参与基因表达调控；

蛋白质基本结构单元

蛋白质的基本结构单元是氨基酸

多个氨基酸首尾连结形成长而不分支的多聚物——多肽链

多肽链再折叠卷曲，形成蛋白质

一、氨基酸

（一）蛋白质氨基酸结构及分类

1、氨基酸的结构

参与蛋白质组成的氨基酸有20种。除脯氨酸是一种α—亚氨基酸外，其于都是α—氨基酸，除没有手性碳原子的甘氨酸外，其于都是L-氨基酸。

COOH

H3NCH

R

2、氨基酸的分类

非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met

酸性氨基酸（基团带负电荷）：Asp、Glu

极性氨基酸碱性氨基酸（基团带正电荷）：Lys、Arg、His（含有咪唑环）

非解离的极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Gln

芳香族氨基酸：Phe、Trp（含有吲哚环）、Tyr

含硫元素氨基酸2种：Met、Cys

3、稀有的蛋白质氨基酸

它们通常是常见氨基酸的衍生物。4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等；

4、非蛋白质氨基酸

以游离或结合态存在于细胞或组织中，大部分是常见氨基酸的衍生物或异构型。如存在于细菌细胞壁肽聚糖内的D-谷氨酸和D-丙氨酸、花生中的γ-亚甲基谷氨酸、甘蔗中的β-氨基丁酸，刀豆中的刀豆氨酸，鸟氨酸、瓜氨酸等。

（二）氨基酸的两性性质和等电点

氨基酸同时含有氨基和羧基，在水溶液或结晶中均以两性离子形式存在。两性离子在酸性溶液中可接受质子，在碱性溶液中则释放质子。

不解离形式两性离子

以Gly、Lys为例。

氨基酸的pI与pK之间存在如下联系：

侧链没有的可解离基团的中性氨基酸：pI=1/2（pK1+pK2）

酸性氨基酸：pI=1/2（pK1+pKR）

碱性氨基酸：pI=1/2（pK2+pKR）

书P41表4-3记Asp、Glu、Lys、Arg、His、Cys的pI值，pK’R

(要知道以上氨基酸的pI值的计算过程)

（三）氨基酸的光学性质

除Gly之外，其余蛋白质氨基酸都存在手性碳原子，它们主要以L-构型存在。

20种氨基酸在可见光处无光吸收，在远紫外区（220nm）均有光吸收。

含芳香环共轭双键系统的Trp、Tyr、Phe的最大吸收峰分别在279nm、278nm、159nm。

蛋白质的最大吸收光波长为280nm。

（四）氨基酸的重要化学反应

1、与茚三酮反应（反应条件：弱酸环境，要有a-氨基和a-羧基）

在酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成一种紫色化合物。脯氨酸（无a-氨基）或羟脯氨酸生成黄色化合物。此反应常用于氨基酸的定性和定量分析。

茚三酮（无色）+氨基酸→还原性茚三酮+NH3+CO2+RCHO、

2还原性茚三酮+2NH3→紫色化合物+3H2O（反应方程式不要求记忆）

2、与2，4-二硝基氟苯（DNFB，Sanger）反应

在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与DNFB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-端氨基酸，又被称为Sanger反应。（理解记忆：本质是亲核取代反应）

3、与异硫氰酸苯酯（PITC，Edman降解）反应

在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与PITC反应，生成苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸），PTC-氨基酸在硝基甲烷与酸作用下环化，生成苯硫乙内酰脲氨基酸（PTH-AA