氨基酸、多肽、蛋白质.ppt

重庆医科大学,有 机 化 学,杨晓兰,( 第六版 倪沛洲）,2019/8/9,2,第十六章 氨基酸、多肽和蛋白质,Amino Acids, Peptides and Protein,主要内容,第一节 氨基酸(Amino Acid) 第二节 多肽(Peptides) 第三节 蛋白质(Proteins),第一节 氨基酸(Amino Acids),一、结构、分类与命名 二、性质 （一）物理性质 （二）化学性质,(一) 氨基酸的结构,20 standard amino acids in proteins,一、结构、分类与命名,2、结构表示,L-氨基酸,L-甘油醛 (对照标准),S-,L-半胱氨酸,R-半胱氨酸,(二)分类,*,骨架变化,(二)结构和命名,UV 特征吸收：l = 280 nm,Acidic amino acidscontaining two carboxylic groups,Basic amino acids containing two amino groups,必需氨基酸（ 8种）,三字符：Val,Leu,Ile, Thr, Met,Trp, Lys, Phe 中文名：缬、亮、异亮、苏、蛋、色、赖、苯丙 体内不能合成，必需由食物提供的氨基酸。,修饰氨基酸的结构,L-胱氨酸 L-羟脯氨酸,L-羟赖氨酸 L-甲赖氨酸,非蛋白质氨基酸,定义：不参与构成蛋白质但却以各种形式分布于植物、细菌和动物体内的这些氨基酸。 形式存在：以游离或结合形式存在的氨基酸。 包括：-氨基酸 -氨基酸 -氨基酸 -氨基酸 D-氨基酸,例子,二、性质 （ Properties ）,（一）物理性质 （二）化学性质 1、酸碱两性与等电点 2、脱羧反应(decarboxylation) 3、与HNO2反应 4、与茚三酮(ninhydrin)反应 5、成肽反应,1） 酸碱性 (acid-base properties) 氨基酸既是酸又是碱 2） 易于水，不溶于非极性溶剂。 3） 固体熔点高（200-300） 4） 旋光性 (optical activity),氨基酸的结构,存在形式： 氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中是以两性离子 (dipolar ion) 的形式存在的,是一种内盐 (inner salt),（一）物理性质,（二）化学性质,1、 酸碱性与等电点 (1)两性电离,Amino acids are ampholytes (两性电解质),碱性电离,酸性电离,酸碱性,铵盐,羧酸盐,（2）氨基酸的电离平衡,在三种离子共同存在于一个平衡体系中 以哪种离子为主取决于氨基酸的结构和溶液的酸碱度。,阳离子 两性离子 阴离子,等电点 (Isoelectric Point ，pI),定义：在某一pH 值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等，即净电荷为零，该 pH 值为该氨基酸的等电点 （pI）。,1、amino acids 几乎全部以两性离子 I 的形式存在（并伴以极少量的阳性离子 和阴性离子 ） 2、氨基酸的溶解度最小,等电点时,（1）氨基酸结构的影响,（2）溶液酸碱度的影响,pKa COOH : 2.2 pKb : 11.8 pKa NH3+ : 9.4 pKb : 4.6,pHPI,阳离子 两性离子 阴离子,氨基酸的电泳示意图,正电荷/负级 正电荷/负级 正电荷/负级,正电荷/负级 负电荷/正级 负电荷/正级,正电荷/负级 负电荷/正级 负电荷/正级,2、脱羧反应(decarboxylation),组胺,尸胺,- 氨基丁酸（GABA）,- 氨基丁酸 是由谷氨酸中-羧基脱羧后转变而成 是脑内存在的重要神经递质,L-谷氨酸 - 氨基丁酸,3、与HNO2反应,根据放氮的体积，可测定氨基酸和多肽的的含量。,此种方法称为van Slyke 氨基氮测定法,4、与茚三酮(ninhydrin)反应,茚三酮 -氨基酸 蓝紫色(Ruhemanns purple),鉴别：-氨基酸,5、成肽反应,二肽(dipeptide),酰胺键或称肽键,例题与习题,现在有四个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、门冬氨酸pI=2.8和赖氨酸pI=9.7，请问在以下pH条件下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，移向阳极还是阴极？ 苯丙氨酸 脯氨酸 门冬氨酸 赖氨酸 （1）pH=7.0 （2）pH=6.0 （3）pH=5.0 （4）pH=2.0,正 阴极 正 阴极 负 阳极 正 阴极,负 阳极 负 阳极 负 阳极 正 阴极,正 阴极 正 阴极 正 阴极 正 阴极,负 阳极 正 阴极 负 阳极 正 阴极,人民卫生电子音像出版社,32,第二节 肽(peptide),第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,肽是氨基酸残基之间彼此通过酰胺键 (肽键)连接而成的一类化合物。其通式为：,氨基酸,氨基酸,二 肽,多肽分子中的酰胺键称为肽键(peptide bond), 一般为 -COOH 与 -NH2 脱水缩合而成。,肽也以两性离子的形式存在。,邓健 制作 张鲁雁 审校,33,二肽分子的两端仍存在着游离的 -NH3+ 和 -COO-, 因此它可以再与另一分子氨基酸脱水缩合形成三肽; 同样依次可形成四肽、五肽 。,四肽,十肽以下的称为寡肽（oligopeptide） 大于十肽的称为多肽（polypeptide） 肽中的氨基酸单位称为氨基酸残基(amino acid residue),第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,上页,下页,首页,自然界存在多种肽类物质,青霉素 短杆菌肽S,脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu leucine enkephalin Tyr-Gly-Gly-Phe-Met methionine enkephalin,人民卫生电子音像出版社,35,虽有环肽存在, 但绝大多数的肽呈链状, 称为多肽链,N-末端(N-terminal end)：保留游离-NH2 的一端, 也叫氨基末端，一般写在肽链的左边。,C-末端(N-terminal end) : 保留有 -CO2H 的一端， 也叫羧基末端, 通常写在肽链的右边。,肽链骨架: 所有链状多肽都有一个共同的骨架,一、肽的结构和命名,上页,下页,首页,三肽(tripeptide)。,命名：以C-末端的氨基酸为母体，其它氨基酸残基称氨酰依次命出。,丙氨酰半胱氨酰亮氨酸 缩写成：丙-半胱-亮 或 Ala-Cys-Leu 简写成：A-C-L,思考题： Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu 与 Leu-Ala-Tyr-Gly-Ser 相同吗?,肽键平面,肽单元（-C-CO-NH-C-） 特征： （1）肽单元是平面结构。 （2）肽键具有局部双键性质。 （3）肽键呈反式构型 与C-N键相连的O与H或两个C原子之间一般呈较稳定的反式构型。,Peptide Bonds,肽键的平面特征,二硫键（ Disulfide bond ）,Disulfide Bonds(二硫键),烫发的过程是一个旧二硫键还原打开而后又氧化形成新的二硫键过程,邓健 制作 张鲁雁 审校,42,两性电离和等电点 脱羧反应 与亚硝酸反应 酰化反应 缩二脲反应，缩二脲反应被广泛用于肽和蛋白质的定性和定量分析。,二、肽的性质,（1）氨基酸组分分析 （2）氨基酸顺序分析,三、肽结构的测定,（1）肽中氨基酸组分分析, The number and kinds of amino acids 6 N HCl, heating at 100oC for 24 h automated amino acid analyzer,Amino Acids Analyzer,（2）肽中氨基酸顺序分析, N-端测序：Edman降解法：可用于自动测序,适用于50肽, C-端氨基酸残基的分析：羧肽酶,羧肽酶 是肽链外切酶（exopeptidase） 它专门催化水解肽链末端（即C-端）的肽键。,羧肽酶A水解断裂那些不是Arg（精）和Lys（赖）的C-端氨基酸 羧肽酶B只水解断裂C-端为Arg或Lys的氨基酸, 多肽链的选择性水解(酶法和化学法),化学法溴化氰水解法，选择性切割甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。,、采用重叠法,采用重叠法得出整个肽链的氨基酸顺序,Tyr-Lys- Glu-Met- Leu-Gly- Arg -AlaGly,一个9肽其组成是2Gly、Tyr、Lys、Arg、Glu、Met、Leu、Ala；用DND-Cl 和羧肽酶法证明N、C两端分别为Tyr和Gly； 用蛋白酶水解得一组肽片段，测得各片段的氨基酸排列次序为： AlaGly、 TyrLys、Glu-Met-Leu-Gly- Arg； 若用化学水解得另一组肽片段，各片段的顺序为：Tyr-Lys- Glu-Met， Leu-Gly- Arg -AlaGly。试推测该9肽中氨基酸的排列顺序（一级结构）,四、生物活性肽（active peptide）,定义：是指在生物体内存在并具有活性的一类肽类。 现有：神经肽、脑啡肽、催产素、加压素、谷胱甘肽、多肽生长因子、非蛋白质来源多肽 作用：在体内一般含量较少，结构多样，却起着重要的生理作用。 动物体内控制和调节代谢的激素（hormone）、脑内的神经递质（neurotransmitter）、微生物中的一些抗菌素（antibiotic）等都是肽类。 生命科学中的某些重要课题的研究 例如细胞分化、肿瘤发生、生殖控制以及某些疾病的病因与治疗等，均涉及到活性肽的结构和功能。,第三节 蛋白质,一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的结构 四、蛋白质的理化性质,一、蛋白质的元素组成,元素组成：碳5055，氢8，氧2023，氮1319，硫04 有些蛋白质还含有微量磷、铁、锌、铜、钼、碘等元素 其中氮的含量在各种蛋白质中含量都比较接近，平均为16 因此，只要测出生物样品中的含氮量，就可粗略计算出其蛋白质的含量 每1g氮相当于6.25g蛋白质,（一）根据化学组成分类,1、单纯蛋白质(simple protein) 组成：只由-氨基酸 例如清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、硬蛋白等,2、结合蛋白(conjugated protein) 组成：由单纯蛋白质和非蛋白质(常称为辅基)两部分 常见的辅基：核酸、糖、脂、磷酸及色素等 包括：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白和色蛋白,二、蛋白质的分类,（二）根据形状分类,1、球状蛋白质(globular protein) 外形:接近球状，溶解度较好 例如：酶、免疫球蛋白等 2、纤维状蛋白质(fibrous protein) 外形:类似细棒或纤维，一般不溶于水 例如：毛发中的角蛋白，结缔组织中的胶原蛋白及弹性蛋白等,（三）根据功能分类,1、活性蛋白质（active protein） 此类是指在生命运动中一切具有生物活性的蛋白质和它们的前体。 例如：酶、运动蛋白、运输蛋白、激素蛋白和防御蛋白等 2、 结构蛋白质（structural protein） 此类是指担负保护或支持作用的蛋白质 例如：角蛋白、弹性蛋白和胶原蛋白等,三、蛋白质的结构,（一）蛋白质的一级结构（primary structure）,蛋白质的一级结构是指蛋白质中氨基酸残基之间的排列顺序 一级结构是蛋白质的基本结构 其主要化学键是肽键，又称主键 例如，胰岛素 一级结构：由条A链(21肽)和一条B链(30肽)通过二硫键连 接而成，分子中共有三个二硫键 作 用：降低体内血糖含量 用 途：在临床上治疗糖尿病,人民卫生电子音像出版社,59,人胰岛素分子的一级结构,由 51个氨基酸残基组成 A、B 二条多肽链。A 链内有一链内二硫键，A 链与 B 链之间借 2 条二硫键相连。,蛋白质二级结构（secondary structure）,定义：是指多肽链的主链骨架在空间盘曲折叠形成的方式，并不涉及侧链R基团的构象 形式：-螺旋、-折叠层、-转角和无规卷曲等几种类型 维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之间所形成的氢键,（二）蛋白质的空间结构(二级、三级和四级结构),三级结构（tertiary structure）,定义：是蛋白质分子在二级结构基础上进一步盘曲折叠形成的三维结构，是多肽链在空间的整体排布。 三级结构的形成和稳定主要靠侧链R基团的相互作用，作用力有以下几种： （1）氢键 （2）盐键 （3）疏水作用力 （4）Van der Waals力 （5）二硫键,四级结构（quaternary structure）,四级结构：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链通过疏水作用力、盐键等次级键相互缔合而成。 每一个具有三级结构的多肽链称为亚基（subunit）。 在蛋白质分子中，亚基的立体排布、亚基间相互作用与接触部位的布局称为四级结构（quaternary structure）。 四级结构不包括亚基内部的空间结构 亚基：一般多为偶数 为210个时，是较小的蛋白质 多的可达上千个,四、蛋白质的理化性质,（一）蛋白质的两性电离和等电点 （二）蛋白质的胶体性质 （三）蛋白质的变性 （四）蛋白质的沉淀 （五）蛋白质的颜色反应,（一）蛋白质的两性电离和等电点,pH pI pH=pI pHpI 阳离子 电中性 阴离子,（二）蛋白质的胶体性质,蛋白质的分子量：有的可达数千万 水中形成的颗粒直径：1lOOnm 有胶体溶液的性质，不能通过半透膜 可用半透膜将蛋白质与小分子物质分离而得以纯化 这种方法称为透析法 透析法是实验或工业生产上提取和纯化蛋白质常用的方法,（三）蛋白质的变性,是指蛋白质 在某些物理或化学因素的作用下 其空间结构遭到破坏 致使蛋白质生物活性丧失和理化性质改变,引起蛋白质变性的因素,物理因素有：加热、紫外线照射、超声波和剧烈振摇等 化学因素有：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等,变性蛋白质(denatured protein),变性作用并不破坏蛋白质的一级结构 变性蛋白质的表现： 首先是失去生物活性。如血红蛋白失去运输氧的功能，胰岛素失去调节血糖的功能，酶失去催化能力等 其次是各种理化性质的改变。如溶解度降低，易于沉淀等。,变性蛋白质（2种）,1、可逆变性 当变性蛋白质去掉变性因素后，能恢复原有性质，这种变性称为可逆变性或称复性 2、不可逆变性,胃蛋白酶,加热到8090 就失去其消化蛋白质的功能 当把温度回调到37，则其功能又可恢复。 目前很多蛋白质变性后尚不能复性，如机体衰老时的蛋白质变性尚属不可逆过程。,变性作用的实际意义,一是防止蛋白质激素、酶、抗体、疫苗等活性蛋白质在生产和保存过程中变性，以保持其生物活性 二是变性原理可用于灭菌等,邓健 制作 张鲁雁 审校,76,（四）蛋白质的沉淀,调节蛋白质溶液的pH值至等电点, 再加入适当的脱水剂除去蛋白质分子表面的水化膜, 可使蛋白质分子聚集而从溶液中沉淀析出。沉淀蛋白质的方法：,盐析常用(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl、MgSO4等,有机溶剂常用甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂,重金属盐常用 Ag+、Cu2+、Pb2+ 等,常用的酸：苦味酸、钨酸、三氯乙酸、磺基水杨酸等,上页,下页,首页,1、盐析法（salting out）,盐析法是指加盐使蛋白质沉淀析出现象的方法。即， 分段盐析法是指调节盐浓度可使混合蛋白质先后析出的方法。 常用的中性盐：硫酸铵、氯化钠等 原理：破坏蛋白质胶体周围的水化膜 中和了蛋白质分子的电荷 一般用盐析沉淀出来的蛋白质不变性。 血清中加硫酸铵至50饱和度，则球蛋白先沉淀析出， 加硫酸铵至饱和，则清蛋白沉淀析出,2、加有机溶剂,有：乙醇、丙酮等 原理：由于这些溶剂对水的亲和力强于蛋白质分子而破坏了蛋