第2章 蛋白质.ppt
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1、第二章,蛋白质化学,第一节 概述,一、蛋白质的概念(一)蛋白质的概念 英文名称protein蛋白质的定义-由20种左右L型-氨基酸通过肽键构成并具有稳定的构象和生物学功能的一类复杂高分子含氮化合物。特点:*构造复杂*功能多样*分子量大*平均含氮量为16%*具有胶体性质和两性性质,(二)蛋白质在自然界的分布及重要性1.蛋白质是一切生物体的重要组成成分从高等动植物到低等微生物从最复杂的人类到最简单的病毒例:蛋白质在生物体中占干重为 人体:45%横纹肌:80%心脏:60%细菌:5080%酵母:46.6%小麦:约9%大豆:约36%花生:26%,(二)蛋白质在自然界的分布及重要性2.凡是有生命的地方,基
2、本上都有蛋白质在起作用。蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质是生物表现千差万别的功能的基本物质。3蛋白质在日常生产中的重要性;蛋白质的加工特性影响食品的营养及感官品质;某些食品的制造、医疗等利用蛋白质的特性;,二、蛋白质的生物学作用催化功能-酶或辅酶如淀粉酶、蛋白酶调节功能-激素蛋白调节体内新陈代谢如胰岛素结构成分或支持功能-结构蛋白如胶原蛋白、-角蛋白、丝纤蛋白等运输功能-运输小分子和离子如血红蛋白、色素蛋白、血清蛋白免疫防御功能-保护自身生命活动如免疫球蛋白、血纤维蛋白原及干扰素,收缩或运动功能-鞭毛运动和肌肉收缩如肌动蛋 白和肌球蛋白 营养和贮存功能-为机体提供养料如醇溶蛋白、卵清蛋
3、白、酪蛋白 生物膜受体功能-接受和传递调节信息如激素受体蛋白和感觉蛋白(味觉蛋白)毒素蛋白-如细菌毒素、蛇毒等 控制生长、分化和遗传功能-如组蛋白、阻遏蛋白、表皮生长因子、DNA蛋白等蛋白质是生命现象的体现者,三、蛋白质的营养作用,(一)氮平衡氮平衡食物中的含氮量和排泄物中的含氮量相等即收支相等的情况(成人或动物)正氮平衡吃进的氮量大于排出的氮量即一部分氮被保留在体内构成组织,收入大于支出的情况(正在成长的儿童或病后恢复的成人)负氮平衡排出的氮量大于吃进的氮量的情况(患有消耗性疾病或蛋白质摄入量不足时),(二)互补作用必需氨基酸缺乏时会引起负氮平衡 非必需氨基酸缺乏时仍出现正氮平衡两者混合食用
4、可提高营养价值,氮平衡是动态平衡部分食物氮参与组织合成,部分老组织分解排出。,(三)必需氨基酸,概念:人体必需而又不能自身合成,必须由食物 供应的氨基酸。8种:缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲 硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。记忆口诀:“苏sir懒笨,二亮卸甲”,四、蛋白质的分类按分子形状分两类:球状蛋白 和 纤维状蛋白按蛋白质的溶解度分七种:清蛋白、鱼精蛋白、组蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白按组成分成三类:单纯蛋白质、结合蛋白质和衍生蛋白质 结合蛋白质=简单蛋白质+辅基按蛋白质的功能分两类:活性蛋白质和非活性蛋白质,五、蛋白质的元素组成,(一)蛋白质的主要元素C:5055%O:
5、2023%H:68%S:04%N:1518%含氮量平均16%是蛋白质重要特征,是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据。,利用蛋白质含氮量16%特征可以进行蛋白质含量测定-1克氮相当于含6.25克蛋白质样品中蛋白质含量(克%)=含氮(克)/每克样 6.25 100不同来源蛋白质系数不同:一般动物:6.25 牛奶:6.38 植物:5.7 大米:5.95,第二节 氨基酸的结构分类及性质,一.氨基酸的结构特点,1.结构特征-氨基酸是含有NH2的有机酸 特点:(1)都是-氨基酸;(2)具有酸性的-COOH基及碱性的-NH2基,为两性电解质;(3)除甘氨酸(R基是H原子)及脯氨酸外,都是L-型氨基酸,具有旋光
6、性;,2.氨基酸的种类及其结构,(1)常见氨基酸甘氨酸Gly(G)丙氨酸Ala(A)缬氨酸Val(V)亮氨酸Leu(L)异亮氨酸Ile(I)苯 丙氨酸Phe(F)酪氨酸Tyr(Y)色氨酸Try,Trp(W)丝氨酸Ser(S)苏氨酸Thy(T)半胱氨酸Cys(C)甲硫氨酸Met(M)天门冬氨酸Asp(D)谷氨酸Glu(E)天门冬酰胺Asn(N)谷氨酰胺Gln(Q)精氨酸Arg(R)赖氨酸Lys(K)组氨酸His(H)脯氨Pro(P)(2)稀有氨基酸 羟脯氨酸(Hyp)羟赖氨酸(Hyly)胱氨酸(Cys),根据R基团的结构或性质特点,巧记20种氨基酸的口诀:甘、丙、缬、亮、异、脂链,(脂肪链R基团
7、的5种)丝、苏、半、蛋、羟硫添。(含-OH,-S者共4种)天、谷、精、赖、组、酸碱;(酸性碱性者5种)脯、酪、苯、色、杂芳环(芳香环和杂环R集团者4种)门冬酰胺、谷酰胺,(两种酰胺)都有密码属“常见”。(常见氨基酸都有特异的遗传密码),二.氨基酸的分类,(一)分类-氨基酸的四种分类方法1.根据氨基酸的酸碱性质分类;2.根据R基团的化学结构分类;3.根据R基团的极性分类;4.根据营养功能分类;(二)非蛋白质氨基酸,1.根据氨基酸的酸碱性质分类,(1)中性氨基酸:15种,最简单为Gly;(2)酸性氨基酸:Asp、Glu;(3)碱性氨基酸:Arg、His、Lys;2.根据R基团的化学结构分类(1)脂
8、肪族氨基酸:Gly,Ala,Val,Leu,IleSer,Thr,Cys,Met,Asn,Gln,Asp,Glu,Lys,Arg;(2)芳香族氨基酸:Phe,Tyr,Try;(3)杂环氨基酸:His;(4)杂环亚氨基酸:Pro;,3.根据R基团的极性分类,(1)非极性氨基酸 脂肪烃侧链Ala,Val,Leu,Ile;芳香环Phe,Try;含硫氨基酸:Met;亚氨基酸:Pro(2)极性氨基酸极性不带电氨基酸7种:Ser,Thr,Tyr;Asn,Gln;Cys;极性带正电荷的氨基酸3种:Lys,Arg,His;极性带负电荷的氨基酸2种:Asp、Glu;,4.根据营养功能分类,(1)必需氨基酸人体和
9、动物生长发育所必需的,但自身不能合成,必需由食物中供给的氨基酸;赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸(2)非必需氨基酸(3)半必需氨基酸组氨酸,精氨酸和酪氨酸(儿童必需的氨基酸),三.氨基酸的性质,(一)氨基酸的物理性质1.氨基酸均为无色结晶体或粉末,可用于鉴定;2.氨基酸的熔点较高,一般都大于200;3.光吸收性质芳香族氨基酸具有特征紫外吸收,280nm吸光值测定蛋白质含量;4.溶解性质溶于水,在稀酸、稀碱中溶解度好,不溶于有机溶剂;5.旋光性质-比旋光值Dt,旋光性物质的特征常数;,(二)氨基酸的化学性质,1.两性解离和等电点 NH2 NH3+R C COOH
10、 R C COO-H H 兼性离子两性离子是指在同一氨基酸分子上带有能放出质子的-NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子,特点:溶解度最小。应用:谷氨酸的生产;电泳法、离子交换法分离氨基酸;,天冬氨酸解离方程式如下:,NH3+NH3+NH3+NH2 K 1 K2 CH COOH CH COO-CH COO CH COO CH2COOH H+CH2COOH H+CH2COO H+CH2COO Asp+Asp Asp-Asp2-对于中性和酸性氨基酸:pI=(pK1+pK2)/2;对于碱性氨基酸:pI=(pK2+pK3)/2;pHpI 氨基酸带净负电荷;pHpI 氨基酸带净正电荷;pH=pI 氨
11、基酸所带净电荷为零;,4.氨基酸的呈色反应,4.氨基酸的呈色反应,与茚三酮的反应 蛋白质中范含有-氨基均与茚三酮在pH=56,t=100条件下反应,生成蓝紫色化合物。应用小结:(1)定性作为分离氨基酸的层析图谱上的显色剂;(2)定量比色(570nm)测定氨基酸的含量;(3)通过测定气体CO2的量间接测定氨基酸的含量(定量);(4)其中脯氨酸因为-亚氨基,反应呈黄色。天冬酰胺因有游离酰胺基,反应呈棕色。成肽反应,氨基酸的用途,1.科学实验2.医药卫生3.工农业,第三节 蛋白质的结构,蛋白质的结构,一级结构:氨基酸的组成;二级结构:多肽链本身的折叠方式;三级结构:螺旋肽链结构盘绕、折叠成 复杂的空
12、间结构;四级结构:蛋白质亚基聚合成大分子蛋 白质的方式;蛋白质的结构层次:一级结构二级结构超二级结构结构域三级结构四级结构,一.蛋白质的肽链结构一级结构,1.肽的一般概念肽:是一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸分子的-氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物。肽键:一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸分子的-氨基缩合失去水而形成的酰胺键。R1 R2 R3 R4 Rn H2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCONHCHCOOH肽链,氨基酸残基N末端:含有自由氨基的一端,书写用H表示;C末端:含有自由羧基的一端,书写用OH表示;,肽和肽键的形成,2.生物活性肽,(1)谷胱甘肽GSH(2)神经
13、肽脑啡肽、内啡肽、强啡肽H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH(甲硫氨酸型脑啡肽)H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Leu.OH(亮氨酸型脑啡肽)(3)抗菌肽3.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指肽链中氨基酸的排列顺序和连接方式;稳定一级结构的化学键:肽键;,例:牛胰岛素的一级结构,除一级结构外,蛋白质的二、三、四级结构都属于空间结构,即构象(conformation)。蛋白质构象通常由非共价键(次级键)维系。,二、蛋白质的空间结构,二、蛋白质的空间结构,氢键:离子键:范德华力疏水相互作用力二硫键酯键金属键(配位键),(一)维系蛋白质空间结构的化学键,1.氢键:氢键(hydroge
14、n bond)的形成常见于连接在一电负性很强的原子上的氢原子,与另一电负性很强的原子之间,如 C=O H-N。,(一)维系蛋白质空间结构的化学键,蛋白质分子中氢键的形成,H,在蛋白质分子中,由于存在数目众多的氢键,故氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。但氢键的键能较低(12kJ/mol),易被破坏。,2.疏水键:非极性物质在含水的极性环境中存在时,会产生一种相互聚集的力,这种力称为疏水键或疏水作用力(hydrophobic interaction)。,蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的,这些非极性的基团在水中也可相互聚集,形成疏水键,如Leu,Ile,Val,Phe,Ala等
15、的侧链基团。,离子键,又称为盐键(salt bond)是由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。在近中性环境中,蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷,而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷,二者之间可形成离子键。,蛋白质分子中离子键的形成,维系蛋白质分子构象的非共价键,5.二硫键6.酯键,(二)蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构(secondary structure)是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构,但与侧链R的构象无关,仅限于主链原子的局部空间排列。维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。,蛋白质二级结构的类型:,蛋白质的二级结构主要包括-螺旋,-折叠,-转角及无
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