第二章蛋白质化学 【目的与要求】 1、使学生了解蛋白质的主要功能、分类： 2、掌握蛋白质组成的基本单位L--氨基酸的特点、分类： 3、掌握蛋白质的分子结构：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构的概念及特点： 4、了解蛋白质分子结构与功能的关系： 5、掌握蛋白质的重要理化性质及分离纯化方法、技术。 【教学内容】 1、蛋白质的化学组成、主要功能及分类： 2、氨基酸的结构、分类、理化性质及分离与分析 3、蛋白质的分子结构： 4、蛋白质的结构与功能的关系： 5、蛋白质的性质； 6、蛋白质的分离纯化。 【重点与难点】 1、蛋白质的基本结构单位一氨基酸（结构特点、分类、理化性质）： 2、肽的组成及结构特点，肽、肽键、肽平面。 3、蛋白质的分子结构： 4、蛋白质的理化性质（两性电离、胶体、变性、沉淀、凝固、紫外吸收的性质，蛋白 质的茚三酮和双缩脲反应)及分离纯化方法。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 6学时
第二章 蛋白质化学 【目的与要求】 1、使学生了解蛋白质的主要功能、分类； 2、掌握蛋白质组成的基本单位 L-α-氨基酸的特点、分类； 3、掌握蛋白质的分子结构：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构的概念及特点； 4、了解蛋白质分子结构与功能的关系； 5、掌握蛋白质的重要理化性质及分离纯化方法、技术。 【教学内容】 1、蛋白质的化学组成、主要功能及分类； 2、氨基酸的结构、分类、理化性质及分离与分析； 3、蛋白质的分子结构； 4、蛋白质的结构与功能的关系； 5、蛋白质的性质； 6、蛋白质的分离纯化。 【重点与难点】 1、蛋白质的基本结构单位—氨基酸（结构特点、分类、理化性质）； 2、肽的组成及结构特点，肽、肽键、肽平面。 3、蛋白质的分子结构； 4、蛋白质的理化性质（两性电离、胶体、变性、沉淀、凝固、紫外吸收的性质，蛋白 质的茚三酮和双缩脲反应）及分离纯化方法。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 6 学时
第一节概述 一、蛋白质的概念 蛋白质是由20种氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学活 性的高分子有机化合物。 二、蛋白质的生物学功能 正因为蛋白质是生物体内数量和种类最多的物质，所以赋子它承担生物体生命活动过程 中所有的重要的生物学功能。 1、催化功能。蛋白质的一个最重要的生物功能是作为生物体新陈代谢的催化剂一一酶 生物体内各种化学反应几乎都是在酶的参与下进行的。酶的催化效率远大于合成的催化剂。 酶催化的反应速率为非催化速率的1016倍。 2、调节功能。参与代谢调节的许多激素是蛋白质或多肽，如胰岛素、胸腺素等。 3、免疫保护功能：机体的免疫功能与抗体有关，而抗体是一类特异的蛋白质。 4、储存和运输功能：体内很多小分子物质的转运和贮存可由一些特殊的蛋白质来完成。 如血红蛋白运输氧和二氧化碳：血浆转运蛋白转运铁，并在肝形成铁复合物而贮存：很多药 物吸收后也与血浆蛋白结合而运转。 5、运动与支持功能：负责运动的肌肉收缩系统也是蛋白质。如肌动蛋白，肌球蛋白等。 一些蛋白（胶原蛋白、弹性蛋白等）作为结构蛋白，维持器官、细胞的正常形态，抵御外界 伤害，保护机体正常生理功能。 6、接受和信息传递功能：一些跨膜蛋白和胞内蛋白作为受体蛋白能够与一些激素或药 物结合，起到接受信息，将信息放大，传递的作用。 7、基因表达调控功能：生物体在复制、转录、翻译过程中需要蛋白因子的参与：生物 体的生长、繁殖、遗传、变异与核蛋白有关：一些调节蛋白如阻遏蛋白等对基因表达起调节 作用。 8、生物膜功能：生物膜的基本成份是蛋白质和脂类。 9、是细胞和组织的结构成分 总之，生物体的一切生理活动，无不与蛋白质发生密切的关系。 三、蛋白质的元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质 还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约 为：碳50%-55%、氢6%-8%、氧19%-24%。氮13%-19%。 一切蛋白质都含有氮，并且大多蛋白质含氮量比较接近而恒定，平均为16%。因此，可 以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量。取平均含氮量倒数100/16=6.25，即为 蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有625g蛋白质：故： ※蛋白质含量=蛋白质含氮量×100/16=蛋白质含氮量×6.25 四、蛋白质的分类 1、根据化学组成成分分类： (1)简单蛋白质：又称为单纯蛋白质：这类蛋白质只含由a氨基酸组成的肽链，不含其
第一节 概述 一、蛋白质的概念 蛋白质是由 20 种氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学活 性的高分子有机化合物。 二、蛋白质的生物学功能 正因为蛋白质是生物体内数量和种类最多的物质，所以赋予它承担生物体生命活动过程 中所有的重要的生物学功能。 1、催化功能。蛋白质的一个最重要的生物功能是作为生物体新陈代谢的催化剂－－酶。 生物体内各种化学反应几乎都是在酶的参与下进行的。酶的催化效率远大于合成的催化剂。 酶催化的反应速率为非催化速率的 10 16 倍。 2、调节功能。参与代谢调节的许多激素是蛋白质或多肽，如胰岛素、胸腺素等。 3、免疫保护功能：机体的免疫功能与抗体有关，而抗体是一类特异的蛋白质。 4、储存和运输功能 ：体内很多小分子物质的转运和贮存可由一些特殊的蛋白质来完成。 如血红蛋白运输氧和二氧化碳；血浆转运蛋白转运铁，并在肝形成铁复合物而贮存；很多药 物吸收后也与血浆蛋白结合而运转。 5、运动与支持功能：负责运动的肌肉收缩系统也是蛋白质。如肌动蛋白，肌球蛋白等。 一些蛋白（胶原蛋白、弹性蛋白等）作为结构蛋白，维持器官、细胞的正常形态，抵御外界 伤害，保护机体正常生理功能。 6、接受和信息传递功能 ：一些跨膜蛋白和胞内蛋白作为受体蛋白能够与一些激素或药 物结合，起到接受信息，将信息放大，传递的作用。 7、基因表达调控功能 ：生物体在复制、转录、翻译过程中需要蛋白因子的参与；生物 体的生长、繁殖、遗传、变异与核蛋白有关；一些调节蛋白如阻遏蛋白等对基因表达起调节 作用。 8、生物膜功能：生物膜的基本成份是蛋白质和脂类。 9、是细胞和组织的结构成分 总之，生物体的一切生理活动，无不与蛋白质发生密切的关系。 三、蛋白质的元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质 还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约 为：碳 50％-55%、氢 6%-8％、氧 19%-24%。氮 13%-19%。 一切蛋白质都含有氮，并且大多蛋白质含氮量比较接近而恒定，平均为 16%。因此，可 以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量。取平均含氮量倒数 100/16=6.25，即为 蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在 1g 元素氮，就说明含有 6.25g 蛋白质；故： ※蛋白质含量=蛋白质含氮量×100/16=蛋白质含氮量×6.25 四、蛋白质的分类 1、根据化学组成成分分类： (1) 简单蛋白质：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由 a-氨基酸组成的肽链，不含其
它成分。如清蛋白（白蛋白）、球蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白和植物谷蛋白等。 (2)结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，非蛋白部分称为辅基，根据辅 基不同可分为以下几类： >色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。 >糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。 >脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清ā-，b-脂蛋白等。 >核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。 >磷蛋白：分子中含有磷酸基，一般与蛋白质分子中的丝氨酸或苏氨酸的羟基相连，如 酪蛋白、胃蛋白酶等。 >金属蛋白：直接与金属结合的蛋白质如含铁、锌等。 2、根据分子形状分类： (I)球状蛋白质：globular protein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶， 有特异生物活性，大多数蛋白质属于这一类。 (2)纤维状蛋白质：fibrous protein分子类似纤维或细棒。一般不溶于水，多为生物组 织的结构材料，如毛发中的角蛋白、结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白等。 3、根据溶解度分类： (1)可溶性蛋白：指可溶于水，稀中性盐和稀酸溶液。如清蛋白、球蛋白、组蛋白、精 蛋白等。 (2)醇溶蛋白：不溶于水、稀盐，而溶于70%80%的乙醇溶液。如醇溶谷蛋白。 (3)不溶性蛋白：不溶于水、中性盐、稀酸、碱和一般有机溶剂。如角蛋白、胶原蛋白、 弹性蛋白等。 4、根据功能分类： (1)活性蛋白质：具有一定的生物活性，大多为球状蛋白质。 (2)非活性蛋白质：主要包括一大类起保护和支持作用的蛋白质，实际上相当于按分子 形状分类的纤维状蛋白和按溶解度分的不溶性蛋白。 5、根据营养价值不同： (1)完全蛋白：含有人体所必需的八种氨基酸。 (2)不完全蛋白：缺乏人体所必需的某种氨基酸。 第二节蛋白质的基本组成单位一氨基酸 蛋白质是高分子有机化合物，结构复杂、种类繁多，但它们在酸、碱或酶的作用下水解 的最终产物都是氨基酸。因此把氨基酸称为蛋白质结构的基本单位。 一、氨基酸的结构 天然存在的氨基酸约为180种，但组成蛋白质的氨基酸有20余种，称为基本氨基酸。除 脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为： COOH
它成分。如清蛋白（白蛋白）、球蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白和植物谷蛋白等。 (2) 结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，非蛋白部分称为辅基，根据辅 基不同可分为以下几类： ➢ 色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。 ➢ 糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。 ➢ 脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清 a - ， b - 脂蛋白等。 ➢ 核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。 ➢ 磷蛋白：分子中含有磷酸基，一般与蛋白质分子中的丝氨酸或苏氨酸的羟基相连，如 酪蛋白、胃蛋白酶等。 ➢ 金属蛋白：直接与金属结合的蛋白质如含铁、锌等。 2、根据分子形状分类： （1）球状蛋白质：globular protein 外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶， 有特异生物活性，大多数蛋白质属于这一类。 （2）纤维状蛋白质：fibrous protein 分子类似纤维或细棒。一般不溶于水，多为生物组 织的结构材料，如毛发中的角蛋白、结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白等。 3、根据溶解度分类： （1）可溶性蛋白：指可溶于水，稀中性盐和稀酸溶液。如清蛋白、球蛋白、组蛋白、精 蛋白等。 （2）醇溶蛋白：不溶于水、稀盐，而溶于 70%-80%的乙醇溶液。如醇溶谷蛋白。 （3）不溶性蛋白：不溶于水、中性盐、稀酸、碱和一般有机溶剂。如角蛋白、胶原蛋白、 弹性蛋白等。 4、根据功能分类： （1）活性蛋白质：具有一定的生物活性，大多为球状蛋白质。 （2）非活性蛋白质：主要包括一大类起保护和支持作用的蛋白质，实际上相当于按分子 形状分类的纤维状蛋白和按溶解度分的不溶性蛋白。 5、根据营养价值不同： （1）完全蛋白：含有人体所必需的八种氨基酸。 （2）不完全蛋白：缺乏人体所必需的某种氨基酸。 第二节 蛋白质的基本组成单位—氨基酸 蛋白质是高分子有机化合物，结构复杂、种类繁多，但它们在酸、碱或酶的作用下水解 的最终产物都是氨基酸。因此把氨基酸称为蛋白质结构的基本单位。 一、氨基酸的结构 天然存在的氨基酸约为 180 种，但组成蛋白质的氨基酸有 20 余种，称为基本氨基酸。除 脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为： COOH
HN-CH (1)与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸，但脯氨酸例外，为α 亚氨基酸。 (2)不同的α-氨基酸，其R侧链不同。它对蛋白质的空间结构和理化性质有重要的影响 (3)除R侧链为氢原子的甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原 子，可形成不同的构型，具有旋光性。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型α-氨基酸。 二、氨基酸的分类 1、根据R基团的化学结构： 脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸（色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）人、杂环族氨基酸（组氨酸、 脯氨酸) 2、根据R基团的酸碱性分为：中性氨基酸、酸性氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）、碱性氨基酸 (赖氨酸、精氨酸、组氨酸) 3、根据R基团的带电性质分为：疏水性氨基酸、带电荷极性氨基酸、不带电荷的极性氨基 酸 上述20种氨基酸是构成天然蛋白质的基本单位。各自都有相应的遗传密码，无种属间的 差异。 4、几种重要的不常见氨基酸 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为蛋白质的稀有氨基酸。这些氨基 酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、胱氨 酸、四碘甲腺原氨酸（甲状腺素）等。此外，在生物界还发现有150多种非蛋白质氨基酸， 它们以游离或结合形式存在，但不存在于蛋白质中。这些非蛋白质氨基酸有些在代谢中起着 重要的前体或中间体作用。如阝丙氨酸是构成维生素、泛酸的成份：瓜氨酸和鸟氨酸是尿素 合成的中间产物。Y氨基丁酸是谷氨酸脱羧的产物对中枢神经系统有抑制作用。 5、人体所需的八种必需氨基酸 必需氨基酸：指人（或其它脊椎动物）自己不能合成，需要从食物中获得的氨基酸。 赖氨酸Lys) 缬氨酸(Va) 蛋氨酸Met) 色氨酸(Ty) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸Ile) 苏氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe)
H2N CH R (1)与羧基相邻的 α-碳原子上都有一个氨基，因而称为 α-氨基酸，但脯氨酸例外，为 α- 亚氨基酸。 (2)不同的 α-氨基酸，其 R 侧链不同。它对蛋白质的空间结构和理化性质有重要的影响。 (3) 除 R 侧链为氢原子的甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的 α-碳原子都为不对称碳原 子，可形成不同的构型，具有旋光性。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为 L-型-α-氨基酸。 二、氨基酸的分类 1、根据 R 基团的化学结构： 脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸（色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）、杂环族氨基酸（组氨酸、 脯氨酸 ） 2、根据 R 基团的酸碱性分为：中性氨基酸、酸性氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）、碱性氨基酸 （赖氨酸、精氨酸、组氨酸） 3、根据 R 基团的带电性质分为：疏水性氨基酸、带电荷极性氨基酸、不带电荷的极性氨基 酸 上述 20 种氨基酸是构成天然蛋白质的基本单位。各自都有相应的遗传密码，无种属间的 差异。 4、几种重要的不常见氨基酸 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为蛋白质的稀有氨基酸。这些氨基 酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有 4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、胱氨 酸、四碘甲腺原氨酸（甲状腺素）等。此外，在生物界还发现有 150 多种非蛋白质氨基酸， 它们以游离或结合形式存在，但不存在于蛋白质中。这些非蛋白质氨基酸有些在代谢中起着 重要的前体或中间体作用。如 β-丙氨酸是构成维生素、泛酸的成份；瓜氨酸和鸟氨酸是尿素 合成的中间产物。γ-氨基丁酸是谷氨酸脱羧的产物对中枢神经系统有抑制作用。 5、人体所需的八种必需氨基酸 必需氨基酸：指人（或其它脊椎动物）自己不能合成，需要从食物中获得的氨基酸。 赖氨酸(Lys) 缬氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Try) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 苏氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe)
表23组成蛋白质的蒸酸 机分秀《酸名件器有寻 瓢基酸例链R 英文全名时M 天冬氯酸 DAp一CH-COOH 酸性氨茶酸 aspartic acid 2.97 133 谷酸 -CH:)-cOO用 glutamic acid 3.22 147 氨酸 R Avg -(C)-NI- arginine 10.76 174 碱性氨基酸晚氨限： Kn一(CH.-NH nie9.74147 氨酸 7.59155 统氨酸 S Ser -CH2一OH mme5.6810s 苏氨酸· T The CH CH-OH 5.60119 半航氨酸 C Cys -CH-SH 5.07121 极作斯氨酸 YTn-c(O0州 n 5.66181 Nm-GH一GoNH Q Gln(CH )-CONH glutamine 5.65 146 色氯酸· CH- 5.89204 中性 甲统（覆）原破”MMt(C方一S一CH methicnine 5.74 149 氨然酸 甘氨靓 G Gly -H 8hew5.9775 丙氨酸 A一CH 6.0089 valine 596117 幸线经凳氨根· CH L Le CHCH-CH, leucine 5.98131 氨基酸 isoleucine 6.02 131 苯丙氢酸 FPme一cH<O phenylalanine 5.48 165 分子结构 的氨酸 NH COOH proline 6.30 115 ·为膏养必霸额新酸：余为青第非必香氨装酿 三、氨基酸的主要理化性质 1、一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶，其形状因构型而异 (1)溶解性：氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解 于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2)熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200℃以上。 (③)味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单 钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 (④)旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左
三、氨基酸的主要理化性质 1、一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异 (1) 溶解性：氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解 于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在 200℃以上。 (3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单 钠盐有鲜味，是味精的主要成分。 (4) 旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左