《氨基酸多肽》PPT课件.ppt

Chemistry is a key of science,天 道 酬 勤,医用有机化学 Medical Organic Chemistry,西安交通大学理学院 唐玉海 13119108093,第18章 氨基酸、多肽,一、氨基酸的结构、分类和命名 二、氨基酸的物理性质 三、氨基酸的化学性质 四、多肽的结构和命名 五、内源性和外源性生物活性肽,蛋白质水解的最终产物是各种不同a-氨基酸的混合物。因此， a-氨基酸是组成蛋白质的基本单元。,第18章 氨基酸、多肽,氨基酸(Amino Acid)是分子内同时含有氨基和羧基的化合物。根据氨基和羧基的相对位置，分为a-、b-、g-氨基酸等。,一、氨基酸的结构、分类和命名,1、存在于蛋白质中的20种氨基酸,存在于蛋白质中的20种常见氨基酸*为必需氨基酸(续1) 名 称 结 构 式,回到命名,返回23-pI,到前页,16 天冬氨酸(Aspartic acid) 天 Asp D HOOC-CH2-CHCOO 2.77 a-氨基丁二酸 NH3 17 谷氨酸(Glutamic acid) 谷 Glu E HOOCCH2CH2-CH-COO 3.22 a-氨基戊二酸 NH3 18 赖氨酸(Lysine) * 赖 Lys K CH2CH2CH2CH2-CH-COO a,w-二氨基己酸 NH3 NH2 9.74 19 精氨酸(Aginine) 精 Arg R H2N-C-NH-CH2CH2CH2-CH-COO a-氨基-d-胍基戊酸 NH2 NH2 10.76 20 组氨酸(Histidine) 组 His H CH2-CH-COO 7.59 a-氨基-b-(4-咪唑基)丙酸 NH3,返回问题1,营养必需氨基酸,亮、异亮、缬、苯丙、蛋、苏、色、赖等8种氨基酸在人体内不能合成或合成数量不足，必需由食物蛋白质补充才能维持机体正常生长发育，故这些氨基酸称为营养必需氨基酸。此外，组氨酸和精氨酸在婴幼儿和儿童时期因体内合成不足，也需依赖食物补充一部分。,修饰氨基酸和非蛋白质氨基酸,蛋白质分子中尚含有一些经修饰的氨基酸，这类氨基酸在生物体内均无相应的遗传密码，往往在蛋白质生物合成前后，由其中相应氨基酸经加工修饰而成，称为修饰氨基酸(modified amino acid)或衍生氨基酸(derived amino acid),L-羟脯氨酸,L-羟赖氨酸,与 L-羟赖氨酸存在于胶原蛋白和弹性蛋白中。,2个L-半胱分子中的巯基经氧化以二硫键连接而成L-胱氨酸:,L-半胱氨酸,有些氨基酸不参与构成蛋白质，但却以各种形式分布于动物、植物和细菌体内，称为非蛋白质氨基酸。,g -氨基丁酸： H2N-CH2CH2CH2COOH (存在于脑中) -氨基丙酸： H2N-CH2CH2COOH (存在于肌肉中),D-丙氨酸、D-谷氨酸存在于细菌的肽聚糖中 D-赖氨酸和D-鸟氨酸存在于某些革兰氏阳性菌的糖肽中,2、分类:,脂肪族氨基酸,含芳香环的氨基酸：苯丙、酪 含杂环的氨基酸：脯、组、色,甘、丙、缬、亮、异亮(不含其它官能团) 丝、苏(含-OH)； 半胱、蛋(含S)； 天酰、谷酰(含酰胺) 天冬、谷(1氨基2羧基) 精(含胍基) 赖（ 2氨基1羧基）,（1）根据化学结构不同分：,中性氨基酸(1氨基1羧基；实际上为弱酸性)： 甘、丙、缬、亮、异亮、丝、苏、半胱、 蛋、苯丙、酪、色、*天酰、*谷酰、*脯 酸性氨基酸(1氨基2羧基)：天冬、谷 碱性氨基酸(2氨基1羧基)：赖、 *精、*组,（2）根据氨基酸在水溶液中的酸碱性不同分：,QUESTION 1 注意标有*的氨基酸的结构， 说明将它们归入相应类别的理由。,到相应AA,（3）从医学角度分类： 根据氨基酸在生理pH范围内其侧链R基团的极性及其所带电荷分：, R基团为非极性或疏水性的氨基酸。有丙、亮、缬 等8种。它们通常埋藏于蛋白质内部。 R基团含羟基、巯基等极性基，有极性但不带电的 氨基酸。有丝、苏、酪、色、半胱等7种。往往 分布于蛋白质分子的表面。 两类为中性氨基酸。 R基团带负电荷的氨基酸。有谷、天冬2种。为酸 性氨基酸。 R基团带正电荷的氨基酸。有精、赖、组3种。为 碱性氨基酸。,3、命名：,20种AA,天然产氨基酸更普遍使用习惯命名或俗名，即按其来源或性质命名。如天门冬氨酸最初由天门冬的幼苗中发现；甘氨酸因其具有甜味而得名。生物体内作为合成蛋白质的原料的20种氨基酸，象元素符号一样，都有国际通用的符号，中文用简称表示。,（2）俗名。,（1）系统命名法。把氨基当作取代基，以羧酸做母体，称为氨基某酸。氨基的位置习惯上用希腊字母a、b、g 等表示。,由蛋白质水解得到的氨基酸都具有共同的结构特点a-氨基酸。结构通式为：,氨基酸在固态或在生理pH情况下，多以偶极离子(zwitterion)形式存在，是一种内盐。中性氨基酸和酸性氨基酸其偶极离子结构通式为：,4、结构特点和构型：,除甘氨酸外, 其他19种氨基酸a-C都为*C, 存在一对对映体：,生物体内具旋光活性的氨基酸多属于L-型。,NH2,H,R,CO2H,C,18种氨基酸的绝对构型为S-构型。,只有1种半胱氨酸：为R-构型。,R基团比羧基优先：R-构型,氨基酸的绝对构型,HSCH2 半胱氨酸,中,小,QUESTION 2：写出苏氨酸(a-氨基-b-羟基丁酸)的所有可能的立体异构体，标明D、L和R、S构型.,a-氨基酸都是挥发性低的白色固体，并能以一定的结晶形状从溶液中析出。氨基酸的熔点都很高，一般在200300之间，多数氨基酸受热易分解放出CO2，而不熔融。由于它们的熔点比较接近，所以测定熔点难以鉴别它们。,氨基酸一般能溶于水，但溶解度大小不一；均可溶于强酸、强碱中，除甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸外，其它氨基酸不溶于无水乙醇，几乎所有的氨基酸均不溶于乙醚。,二、氨基酸的物理性质,除甘氨酸外， a-氨基酸都有旋光性。,苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等含有芳香环的氨基酸其紫外光谱在280nm波长处有特征性的最大吸收峰，常利用这一特性测定样品中蛋白质的含量。,RCH(NH2)COOC2H5,三、化学性质,氨基与羧基各自的反应：,氨基酸除具有氨基和羧基的一些典型反应之外，还有二者相互影响、相互作用的某些特性。,RCH(NH2)-COONa,RCH(N+H3)-COOH,RCH(OH)-COOH + N2,1. 两性解离和等电点,这种分子内部酸性基团和碱性基团所形成的盐叫内盐, 又叫两性离子或偶极离子。,氨基酸分子中的-NH2呈碱性，而-COOH呈酸性，所以本身能互相反应形成盐。,氨基酸在溶液中存在形式,RCHCOOH (约0.001%) NH2 RCHCOO- +NH3,两性离子,阳离子,阴离子,当一种氨基酸溶液的pH调至某一特定值，使 阳离子 = 阴离子, 且浓度很低，而偶极离子浓度最高。此时溶液的pH值称为这个氨基酸的等电点(Isoelectric Point), 用 pI 表示。 pH=pI，主要以两性离子形式存在。 pH pI，主要以阴离子形式存在。 pH pI ，主要以阳离子形式存在。,(纯水中 100%),将氨基酸的溶液置于电场中， pH pI，主要呈负离子状态而向正极移动； pH pI， 主要呈正离子状态而向负极移动； pH=pI，主要以两性离子形式存在。既不向正极移动，也不向负极移动。,等电点是氨基酸的重要理化常数之一，可由实验测得，也可通过计算得到。每种氨基酸都有其特定的等电点。 酸性氨基酸： pI 2.8 3.2 (pH7.5),至20种AA,等电点时溶液中两性离子的浓度最高，溶解度最小。 应用举例：由“味精”(含80%以上的谷氨酸单钠盐)制备谷氨酸：用盐酸中和至pH 3(谷氨酸的等电点)时，冷却放置后，就可从水溶液中析出可供药用的谷氨酸结晶。,Question 3：将某氨基酸溶于纯水中，此时溶液的pH是否一定等于其 pI ？中性氨基酸的pI为什么不等于7，而略低于7 ？ ANSWER：CO2H电离度较 NH2稍大，也即-CO2H电离出来的H+多于 -NH2 接受的H+, 此时阴离子 阳离子, 溶液 pHpI, 故中性氨基酸的纯水溶液呈微弱酸性,需在溶液中加少量酸才能使它达到等电点。,QUESTION 4：在下列实验中，各氨基酸将向何处移动？能否用此法来分离氨基酸？,缬氨酸 pI=5.96,赖氨酸 pI=9.74,谷氨酸 pI=3.22,动画模拟:电泳法分离氨基酸,氨基酸经氧化剂或氨基酸氧化酶作用，可脱去氨基生成酮酸，此反应在脱氨前涉及脱氢和水解两个步骤。,上述过程也是生物体内氨基酸分解代谢的重要方式。,2、氧化脱氨基反应,3、脱水成肽反应,在适当条件下，氨基酸分子间的氨基与羧基相互脱水缩合生成的一类化合物，叫做肽。二分子氨基酸缩合而成的肽叫二肽。,肽分子中的酰胺键（CONH）常称为肽键（peptide bond）。二肽分子中仍含有自由的羧基和氨基，因此可以继续与氨基酸缩合成为三肽、四肽、多肽、蛋白质等。通常将相对分子质量在10 000以下的称为多肽，10 000以上的称为蛋白质。,4. 氨基酸的显色反应,2,罗曼紫(lmax570nm),(1) 与水合茚三酮反应生成罗曼紫(Ruhemanns purple),+ R-CHO + CO2 3H2O,根据生成紫色化合物 颜色的深浅程度，或根据放出CO2气体的体积，可对 a-氨基酸 进行定量分析。也常用于层析实验中氨基酸的显色。,(2) 与丹酰氯的反应：丹酰氯(dansyl chloride，DNS-Cl)5-二甲氨基萘磺酰氯。,产物丹酰基氨基酸，在紫外光下呈强烈的黄色荧光。反应极为灵敏，1nmol 产物即可被检出，常用于微量氨基酸的定量测定及多肽的N-末端氨基酸分析。,(3) 其他显色反应,蛋白黄反应 浓硝酸再加碱 深黄色或橙红色 苯丙、酪、色,乙醛酸反应 乙醛酸浓硫酸 两液层界面处呈紫红色环 色氨酸,硝普鈉反应 亚硝酰铁氰化钠 红 色 半胱氨酸,根据放出氮气的体积，可定量分析氨基酸的含量。也可用来定量测定蛋白质或多肽分子中的游离氨基的含量(Van Slyke 氨基氮测定法)。 脯氨酸和羟脯氨酸与HNO2反应生成N-亚硝基化合物。,5. 与亚硝酸反应,在肠道细菌的作用下，组氨酸可脱羧生成组氨，谷氨酸可脱羧生成 g-氨基丁酸。,组氨酸 组胺,6. 脱羧反应：,谷氨酸 g-氨基丁酸,赖氨酸 尸胺,鸟氨酸 腐胺,7、与2,4-二硝基氟苯反应,在室温和弱碱性条件下，氨基酸中氨基上的氢原子可与2，4-二硝基氟苯（DNFB）发生亲核取代反应生成稳定的二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸）。,DNP-氨基酸呈黄色，使用纸层析与标准DNP-氨基酸比较，可用于氨基酸的检出，英国科学家Sanger F用此法首次阐明了组成胰岛素的氨基酸的种类、数目和排列顺序，为认识蛋白质的结构作出了重要贡献。,8、R基团上发生的反应：,肽(peptide)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：,多肽分子中的氨基酸单位称氨基酸残基(amino acid residue)。,多肽分子中的酰胺键称为肽键(peptide bond)，一般为a-COOH与a-NH2脱水缩合而成。,肽也以两性离子的形式存在。,四、多肽链的基本结构和肽的命名,根据肽分子中所含氨基酸单体的数目分别称为二肽、三肽、四肽等等。,1、结构和命名 在链状多肽中都有两个末端：,O O H2NCH( CNHCH)nCOH R R,1、N-末端(N-terminal end)：保留游离a-NH2的一端， 也叫氨基末端，一般写在肽链的左边。,2、C-末端: 保留有a-COOH的一端，也叫羧基末端， 通常写在肽链的右边。,肽的结构不仅取决于组成肽链的氨基酸种类和数目，也与肽链中各氨基酸残基的排列顺序有关。,由2种不同的氨基酸可形成2种二肽：,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,3种不同的氨基酸 三肽 6 种异构体 4种不同的氨基酸 四肽 24种异构体,许多种氨基酸按照不同的排列顺序，构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质。,命名时以C-末端的氨基酸残基为母体，由N端叫起，依次称为某氨酰（基）某氨酸。,缩写： 酪-甘-甘-苯-蛋 英文缩写： Tyr-Gly-Gly-Phe-Met 或 Y-G-G-F-M,俗名：蛋氨酸脑吗啡呔.首先从猪脑中分离得到, 具有吗啡样活性。,酪氨酰,甘氨酰,甘氨酰,苯丙氨酰,蛋氨酸,QUESTION 5 命名下列三肽。,谷氨酸残基,半胱氨酸残基,甘氨酸残基,谷氨酰半胱氨酰甘氨酸, ,g-,缩写：g-谷-半胱-甘(谷胱甘肽) g-Glu-Cys-Gly 或： g-Q-C-G,谷胱甘肽分子中因含有-SH,故称为还原型谷胱甘肽，简写为GSH.,132pm,147pm,2、肽键平面,147pm,1.组成肽单元的6个原子共平面，此平面称为肽键平面,2.肽键具有部分双键的性质。肽键一般呈反式构型。,3.相邻的肽键平面可围绕C旋转，肽键骨架也可视为一系列通过C原子衔接的肽键平面所组成。,3、多肽的结构测定,1.多肽中各种氨基酸含量测定,多肽 彻底水解，生成游离氨基酸,H+,氨基酸测定仪测定各种氨基酸含量,2、肽末端氨基酸残基分析,测N末端：异硫氰酸苯酯法；2,4二硝基氟苯法；丹酰氯法等。,C端的测定常用羧肽酶法,异硫氰酸苯酯法,异硫氰酸苯酯,苯氨基硫代甲酰基肽（PTC肽）,PTH氨基酸,少一个氨基酸的肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。 但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为生物活性肽(biological active peptide)。 内源性生物活性肽：如谷胱甘肽、神经肽、催产素、加压素、心房肽等，在生物体内游离存在。 外源性生物活性肽：微生物、动植物蛋白中分离出的具有潜在生物活性的肽类，它们在消化酶的作用下释放出来