催化作用高效专一地催化机体内几乎所有

的反应酶

运输作用 专一运输各种小分子和离子 如血红蛋白

调节作用 调节机体代谢活动 如胰岛素、钙调蛋白、阻遏蛋白

运动作用 负责机体的运动 如肌动蛋白、肌球蛋白

防御作用 防御异体侵入机体 如免疫球蛋白、病毒外壳蛋白

营养作用 作为氨基酸的贮库，用于生长发育所需或某些物质与蛋白质结合而被贮存

如卵清蛋白、酪蛋白、麦醇溶蛋

白、铁蛋白

结构蛋白  作为构建机体某部分的材料 如 a- 角蛋白、胶原蛋白

一 . 蛋白质在机体中的重要作用 引 言

二 . 蛋白质的化学组成

C 、 H 、 O 、 N ，大多含有  S

有的还含有P 、 Fe 、 I 、 Cu 、 Mo 、 Zn

1. 元 素 组成

各元素的百分比对于大多数蛋白质都较相似，其中 N 约占 16% 。

这可用于测定蛋白质的含量——凯氏定氮法。

引 言

二 . 蛋白质的化学组成

2. 蛋白质的基本结构单元

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

引 言

第一节  氨基酸

组成蛋白质的氨基酸都为组成蛋白质的氨基酸都为 --氨基酸氨基酸（除（除 ProPro外）外）组成蛋白质的氨基酸都为组成蛋白质的氨基酸都为 --氨基酸氨基酸（除（除 ProPro外）外）

一 . 氨基酸的结构

CC

酸酸

氨氨 HHH22NN

COOCOOHH

RR 不 同 的 不 同 的 aa aa 在 于在 于 RR基团 基团 的不同的不同不 同 的 不 同 的 aa aa 在 于在 于 RR基团 基团 的不同的不同

一 . 氨基酸的结构组成蛋白质的氨基酸都为组成蛋白质的氨基酸都为

LL型型（（除除 GlyGly外外））

组成蛋白质的氨基酸都为组成蛋白质的氨基酸都为LL型型（（除除 GlyGly外外））

DD 型 与 型 与 LL 型型DD 型 与 型 与 LL 型型

非极性氨基酸（非极性氨基酸（ 88））

极性氨基酸极性氨基酸 非解离的极性氨基酸非解离的极性氨基酸 (( 不带电不带电7)7)

酸性氨基酸（带负电酸性氨基酸（带负电 22 ））

碱性氨基酸碱性氨基酸 (( 带正电带正电 3)3)

一 . 氨基酸的结构

组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸共有共有20 20 种种

组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸共有共有20 20 种种

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

丙氨酸丙氨酸 AlaAla COOHCOOHCHCH33 CC

HH

NHNH2 2

CHCH CC

HH

COOHCOOH

NHNH2 2

CHCH33

CHCH33 缬氨酸缬氨酸 ValVal

什么叫非极性氨基酸？

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

COOHCOOHCHCH22 CC

HH

NHNH22

CHCH33

CHCH33

CHCH亮氨酸亮氨酸 LeuLeu

异亮氨酸异亮氨酸 IleIle COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

CHCH

CHCH33

CHCH22CHCH33

脯氨酸脯氨酸 ProPro COOHCOOHCC

HH

NHNHCHCH22

CHCH22CHCH22

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

I I

非极性氨基酸

非极性氨基酸

苯丙氨酸苯丙氨酸 PhePhe COOHCOOHCC

HH

NHNH22

CHCH22

COOHCOOHCHCH22 CC

HH

NHNH2 2

色氨酸色氨酸 TrpTrpNNHH

甲硫氨酸甲硫氨酸 MetMet COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

CHCH22CHCH22SSCHCH33

一 . 氨基酸的结构

组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸共有共有20 20 种种

组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸共有共有20 20 种种

不 同 的 不 同 的 aa aa 在 于在 于 RR基团 基团 的不同的不同不 同 的 不 同 的 aa aa 在 于在 于 RR基团 基团 的不同的不同

非极性氨基酸（非极性氨基酸（ 88））

具有芳香环具有芳香环

吲哚环色氨吲哚环色氨酸酸

亚氨基亚氨基

II II

非解离的极性氨基酸

非解离的极性氨基酸

II II

非解离的极性氨基酸

非解离的极性氨基酸

甘氨酸甘氨酸 GlyGly COOHCOOHCC

HH

NHNH22

HH

CHCH COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

苏氨酸苏氨酸 ThrThrCHCH33

HOHO

丝氨酸丝氨酸 SerSer COOHCOOHCC

HH

NHNH22

CHCH22HOHO

半胱氨酸半胱氨酸 CysCys COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

CHCH22HSHS

II II

非解离的极性氨基酸

非解离的极性氨基酸

II II

非解离的极性氨基酸

非解离的极性氨基酸

酪氨酸酪氨酸 TyrTyr COOHCOOHCC

HH

NHNH22

CHCH22HOHO

天冬酰胺天冬酰胺 AsnAsn COOHCOOHCC

HH

NHNH22

CHCH22CC

OO

HH22NN

COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

谷氨酰胺谷氨酰胺 GlnGln CHCH22CC

OO

HH22NN CHCH22

III III

酸性氨基酸

酸性氨基酸

III III

酸性氨基酸

酸性氨基酸

天冬氨酸天冬氨酸 AspAsp COOHCOOHCC

HH

NHNH22

CHCH22CC

OO

HOHO

COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

谷氨酸谷氨酸 GluGlu CHCH22CC

OO

HOHO CHCH22

IV

IV

碱性氨基酸

碱性氨基酸

IV

IV

碱性氨基酸

碱性氨基酸

( CH( CH22))44 赖氨酸赖氨酸 LysLys COOHCOOHCC

HH

NHNH22

HH22NN

精氨酸精氨酸 ArgArg COOHCOOHCC

HH

NHNH22

( CH( CH22))33NHNHCC

NHNH

HH22NN

COOHCOOHCC

HH

NHNH2 2

组氨酸组氨酸 HisHis CHCH22

NNHNHN

二 . 氨基酸的分类

1. 由 R 基团的性质

脂肪族氨基酸 脂肪族氨基酸

杂环氨基酸 杂环氨基酸

芳香族氨基酸 芳香族氨基酸 PhePhe 、、 TyrTyr 、 、Trp Trp ProPro 、、 HisHis

二 . 氨基酸的分类

2. 由 aa 的营养需求

人类自身能合成人类自身能合成 非必需氨基酸非必需氨基酸

必需氨基酸必需氨基酸 人类自身不能合成或不能足量合成，人类自身不能合成或不能足量合成，必须依赖食物供给。必须依赖食物供给。Lys Arg His Val Leu Ile Met Phe Thr TrpLys Arg His Val Leu Ile Met Phe Thr Trp

Gly Ala Ser Tyr Cys Pro Asn Asp Glu Gly Ala Ser Tyr Cys Pro Asn Asp Glu GlnGln

1. 稀有的蛋白质氨基酸

通常是常见氨基酸的衍生物。通常是常见氨基酸的衍生物。

如如 4-4- 羟脯氨酸、羟脯氨酸、 5-5- 羟赖氨酸羟赖氨酸

三 . 稀有氨基酸

以游离或结合态存在于细胞或组织中，大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。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如存在于细菌细胞壁肽聚糖内的 D-D- 谷氨酸谷氨酸和和 D-D- 丙氨酸丙氨酸、花生中的、花生中的 -- 亚甲基谷氨酸亚甲基谷氨酸、甘、甘蔗中的蔗中的 -- 氨基丁酸氨基丁酸，刀豆中的，刀豆中的刀豆氨酸刀豆氨酸等。 等。

2. 非蛋白质氨基酸

三 . 稀有氨基酸

2. 非蛋白质氨基酸

三 . 稀有氨基酸

鸟氨酸 鸟氨酸 ((Orn)Orn)鸟氨酸 鸟氨酸 ((Orn)Orn)

瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸

1. 两性性质和等电点

四 . 氨基酸的理化性质

氨基酸同时含有氨基和羧基：

氨基具有碱性，羧基具有酸性

H|

R — C — C|

N H 3+

O O H

+- H

++ H

-

H|

R — C — C|

N H 3+

O O-

H|

R — C — C|

N H 2

O O

+- H

++ H

强 碱 溶 液强 酸 溶 液 两 性 离 子

1. 两性性质和等电点

甘氨酸的解离曲线

滴定曲

线

四 . 氨基酸的理化性质

H N C H C O O2 2_

H N C H C O O3 2+ _

H N C H C O O3 2+ _

H N C H C O O2 2

_

H N C H C O O H3 2+

H N C H C O O3 2+ _

H N C H C O O H3 2+

p K = 2 . 3 41

p I = 5 . 9 7

p K = 9 .6 02

H c l的 摩 尔 数 N a O H 的 摩 尔 数

6 -

1 2 -

1 -

3 -

9 -

0 00 .5 0 .5 1 .0

p H

1. 两性性质和等电点

等电点 (isoelectric point)

使氨基酸净电荷为零时溶液的 pH值，用  pI 表示

使氨基酸净电荷为零时溶液的 pH值，用  pI 表示

此时， aa 以两性离子形式存在，也有少量的数目基本相同的正、负离子存在，还有极少量的中性分子

pI 是氨基酸的特征常数

四 . 氨基酸的理化性质

1. 两性性质和等电点 等电点 (isoelectric point)

2020 种氨基酸的种氨基酸的 pIpI

氨基酸 pI 氨基酸 pI 氨基酸 pI 氨基酸 pI

Ala 6.02 Pro 6.48 Thr 5.87 Asp 2.77

Val 5.97 Phe 5.48 Cys 5.07 Glu 3.22

Leu 5.98 Trp 5.89 Tyr 5.66 Lys 9.74

Ile 6.02 Gly 5.97 Asn 5.41 Arg 10.76

Met 5.74 Ser 5.68 Gln 5.65 His 7.59

四 . 氨基酸的理化性质

1. 两性性质和等电点 等电点的计算

例 Gly 的 pI 计算

－ H+

＋ H +NH2

— CH2 — COO－

Gly －

＋ NH3— CH2 — COO

－

Gly ±

＋ NH3— CH2 — COOH

Gly ＋

pI = 1/2 ( pKpI = 1/2 ( pK11' + pK' + pK22' )' )

－ H+

＋ H +

K1' K2'

K1' 、 K2' 分别代表 COOH 和 NH3＋的表观

解离常数。可以从滴定曲线中 求得。K1' 、 K2' 分别代表 COOH 和 NH3

＋的表观解离常数。可以从滴定曲线中 求得。

四 . 氨基酸的理化性质

1. 两性性质和等电点 等电点的计算

例 Lys 的 pI 计算

pI = 1/2 ( pKpI = 1/2 ( pK22' + pK' + pK33' )' )

溶液 pH 值增大溶液 pH 值增大

COOH

CH － NH3

(CH2) 4

NH3

＋

＋

Lys ＋ ＋

COO －

CH －NH2(CH2) 4

NH2

Lys －

COO －

CH － NH3

(CH2) 4

NH3

＋

＋

Lys ＋

－ H+

＋ H +

Lys ±

COO －

CH －NH2(CH2) 4

NH3

＋

－ H+

＋ H +

－ H+

＋ H +

K1' K2' K3'

四 . 氨基酸的理化性质

1. 两性性质和等电点 等电点的计算

例 Glu 的解离

四 . 氨基酸的理化性质

pI = 1/2 ( pKpI = 1/2 ( pK11' + pK' + pK22' )' )

1. 两性性质和等电点 等电点的计算

aa aa 等电点的计算公式等电点的计算公式

pI = 1/2 ( pKpI = 1/2 ( pKnn + pK + pKn+1n+1 ) )

( ( 其中其中 nn 为可解离的正电荷基团数目 为可解离的正电荷基团数目 ))

四 . 氨基酸的理化性质

1. 两性性质和等电点 等电点的计算

Conclusion Conclusion

pH pH > pI > pI 带负电，移向正带负电，移向正极极

四 . 氨基酸的理化性质

pH pH < pI < pI 带正电，移向负带正电，移向负极极

pH =pH = pI pI 不带电，不移动不带电，不移动

2. 光学性质

除 Gly 之外，其余蛋白质氨基酸都有手性

碳原子，都具有旋光性。

旋光性质

四 . 氨基酸的理化性质

2. 光学性质

Trp 、 Tyr 、 Phe 含芳香环共轭双键系统，最大吸收峰分别在 279nm 、 278nm 、 259nm 。

紫外吸收

四 . 氨基酸的理化性质

3. 重要的化学性质茚三酮反应

四 . 氨基酸的理化性质

还原性茚三酮

O

O

OHH ＋ NH3＋ CO2＋ RCHO

水合茚三酮

＋ RCH －COOH

NH2

O

O

O

＋ 2NH3 ＋

O

O

OHH

O

O

O

O ＋

NH4N

O

＋ 3H2O

蓝紫色化合物O O

反应分反应分 22步：步：

茚三酮反应常用于茚三酮反应常用于 aaaa的定性和定量分析的定性和定量分析茚三酮反应常用于茚三酮反应常用于 aaaa的定性和定量分析的定性和定量分析

3. 重要的化学性质 茚三酮反应

四 . 氨基酸的理化性质

在在酸性酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成紫色化合物紫色化合物

ProPro 的茚三的茚三酮反应呈黄酮反应呈黄色色

3. 重要的化学性质 Sanger 反应

在在弱碱弱碱溶液中，氨基酸的溶液中，氨基酸的 α-α- 氨基与氨基与 2,4-2,4- 二硝基二硝基

氟苯氟苯 ((DNFB) DNFB) 反应，生成反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（黄色的二硝基苯氨基酸（ DNP-DNP-

AAAA ）。）。

DNFBDNFB

＋O2N

NO2

F H2N CH COOH

R

DNP - DNP - 氨基酸氨基酸

O2N

NO2

HN CH COOH

R

＋ HF

四 . 氨基酸的理化性质

此反应最初被此反应最初被 Sanger Sanger 用于测定肽链 用于测定肽链  N-N-端氨基酸端氨基酸此反应最初被此反应最初被 Sanger Sanger 用于测定肽链 用于测定肽链  N-N-端氨基酸端氨基酸

3. 重要的化学性质 Edman 反应 四 . 氨基酸的理化性质

N C S＋

40℃40℃，弱碱，弱碱

N

CNH R

CH

C O

S

40℃40℃， ， H+ 、硝基甲烷

COOHH2N CH

R

PITCPITCPITCPITC 异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯

PTC- PTC- 氨基氨基酸酸 PTC- PTC- 氨基氨基酸酸

苯氨基硫甲酰氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸

PTH- PTH- 氨基氨基酸酸 PTH- PTH- 氨基氨基酸酸

苯硫乙内酰脲氨基酸苯硫乙内酰脲氨基酸

H

N

CNH R

CH

C O

OH

S

可用层析法鉴可用层析法鉴定出定出 aaaa 的种的种类类

可用层析法鉴可用层析法鉴定出定出 aaaa 的种的种类类

3. 重要的化学性质Edman 反应

四 . 氨基酸的理化性质

此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理

3. 重要的化学性质Edman 反应

四 . 氨基酸的理化性质

此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理此反应即是目前“蛋白质顺序测定”的设计原理