课件：二氨基酸和肽.ppt

第二章 氨基酸和肽,2.1氨基酸的结构和分类 2.2氨基酸的特性 2.3氨基酸的特征化学反应 2.4肽 2.5天然存在的活性肽,2.1 氨基酸的结构和分类,2.1.1氨基酸的结构 2.1.2氨基酸分类,2.1.1 氨基酸的结构,存在自然界中的氨基酸有300余种 组成蛋白质的20种氨基酸称为基本氨基酸。 基本氨基酸都符合通式，都有单字母和三字母缩写符号。 它们中除脯氨酸外都是-氨基酸，即在-碳原子上有一个氨基。 字母命名： 数字命名：3 4 5 6,脯氨酸 -吡咯烷基-羧酸,如果侧链基团R不是H，不对称的碳就存在镜像立体异构体,立体异构体：分子式相同，但分子中的原子空间排列不同。 旋光异构体 D，L构型 主要应用于糖类及有关化合物，以甘油醛为标准，规定右旋构型为D，左旋构型为L。 氨基酸习惯上也用D、L标记。除甘氨酸无旋光性外，-氨基酸碳原子的构型都是L型。 甘氨酸存在存在镜像异构体吗？,2.1.2 氨基酸分类,按照氨基酸的侧链结构，可分为三类：,脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸,1.脂肪族氨基酸 共15种 （1）侧链是烃链：,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） 后三种带有支链，人体不能合成。,甘氨酸（Gly, G）,结构最简单，连接的2个H，赋予其疏水的特点，并且在蛋白质的构象中起到填充作用,丙氨酸（Ala, A）,-氨基丙酸,缬氨酸（Val, V）,亮氨酸（Leu, L）,异亮氨酸（Ile，I）,-氨基异戊酸,-氨基异己酸,-氨基-异戊酸 2个不对称的碳 4个异构体,连接的都是脂肪族，没有官能团，是疏水的 在蛋白质三维结构中倾向于相互聚集避开水,（2）侧链含有羟基（醇基）：,丝氨酸（Ser，S） 苏氨酸（Thr，T） 许多蛋白酶的活性中心含有丝氨酸，它还在 蛋白质与糖类及磷酸的结合中起重要作用。,丝氨酸（Ser，S）,苏氨酸（Thr，T）,2个不对称的碳 4个异构体,-氨基-羟基丙酸,-氨基- -羟基丁酸,羟甲基参与酶的活性部位反应,（3）侧链含硫原子：,半胱氨酸（Cys，C）,甲硫氨酸 / 蛋氨酸（Met，M）,-氨基-巯基丙酸,-氨基-甲硫基丁酸, 半胱氨酸,胱氨酸,类似于弱酸而失去质子,两个半胱氨酸可通过形成二硫键结合成一个胱氨酸。,二硫键对维持蛋白质的高级结构有重要意义。 半胱氨酸也经常出现在蛋白质的活性中心里。,甲硫氨酸可作为通用甲基供体，参与多种分子的甲基化反应。,（4）侧链含有羧基（酸性基团）：,天冬氨酸，Asp（D）,谷氨酸, Glu（E）,-氨基丁二酸,-氨基戊二酸,带负电，经常出现在蛋白质的表面,味精,（5）侧链含酰胺基：,天冬酰胺，Asn（N）,谷氨酰胺, Gln（Q）,天冬氨酸,谷氨酸,不带电，但极性很强，经常出现在蛋白质的表面,（6）侧链显碱性：,精氨酸，Arg（R）,胍基,-氨基-胍基戊酸,，-二氨基己酸,碱性最强的氨基酸,赖氨酸, Lys（K）,2. 芳香族氨基酸,苯丙氨酸（Phe, F）,酪氨酸(Tyr, Y),-氨基-苯丙酸,-氨基-对羟基苯丙酸,弱酸性,UV:260nm,UV:280nm,3. 杂环氨基酸 色氨酸(Trp, W) 组氨酸(His，H) 脯氨酸(Pro，P) 色氨酸含苯环， 有紫外吸收(280nm)。,色氨酸 Trp, W,组氨酸(His，H),脯氨酸(Pro，P),咪唑环可以离子化-碱性,基本氨基酸也可按侧链极性分类： 非极性氨基酸：Gly,Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Pro共七种 极性不带电荷： Trp, Met, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr共八种 带正电荷：Arg, Lys, His 带负电荷：Asp, Glu 必需氨基酸、非必需氨基酸,不常见的蛋白质氨基酸 某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，它们是基本氨基酸在蛋白质合成以后经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的。也叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。 如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟脯氨酸和羟赖氨酸在胶原和弹性蛋白中含量较多。 在甲状腺素中还有3,5-二碘酪氨酸。,非蛋白质氨基酸 自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸,它们大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或、-氨基酸,这些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间产物，如： 瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物 -丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体 -氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质,2.2 氨基酸的特性,1.溶解性 除胱氨酸和酪氨酸外，都能溶于水中。脯氨酸和羟脯氨酸还能溶于乙醇或乙醚中。 -氨基酸都是白色晶体，每种氨基酸都有特殊的结晶形状，可以用来鉴别各种氨基酸。,2. 旋光性 除甘氨酸外，-氨基酸都有旋光性，-碳原子具有手性。 从蛋白质水解得到的氨基酸都是L-型。 苏氨酸和异亮氨酸有两个手性碳原子。 在生物体内特别是细菌中，D-氨基酸也存在，如细菌的细胞壁和某些抗菌素中都含有D-氨基酸。,3. 酸碱性 氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，在生理条件以兼性离子（偶极离子）的形式存在。,Bronsted-lowry的酸碱质子理论： 酸是质子H+的供体 碱是质子的受体 HA A-+H+ 酸 碱 质子 以甘氨酸为例,以甘氨酸为例：,氨基酸是两性电解质,甘氨酸的解离方程,4. 两性解离及等电点,2019/8/6,37,可编辑,当氨基酸分子所带的净电荷为零时的pH称为氨基酸的等电点(pI)。 等电点的值是它在等电点前后的两个pK值的算术平均值。 氨基酸可作为缓冲溶液，在pK处的缓冲能力最强，pI处的缓冲能力最弱。,有三个解离集团的氨基酸， 有三个pKa,如何计算等电点？,以谷氨酸解离过程为例,赖氨酸为例,静电荷+0.5,静电荷+1,静电荷 0,静电荷-0.5,静电荷-1,2.34+9.69 2,丙氨酸,静电荷+2,静电荷+0.5,静电荷-0.5,静电荷+1.5,静电荷0,组氨酸,小结,带电状态判断： pI-pH0: 带正电 pI-pH=0: 不带电,5.紫外吸收 三个带苯环的氨基酸有紫外吸收， 苯丙氨酸Phe: 257nm,=200 酪氨酸Tyr: 275nm,=1400 色氨酸Trp: 280nm,=5600 通常蛋白质的紫外吸收主要是后两个氨基酸决定的。,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,芳香族氨基酸的紫外吸收,2.3 氨基酸的特征化学反应,2.3.1 氨基的反应 （1）酰化 氨基可与酰化试剂，如酰氯或酸酐在碱性溶液中反应，生成酰胺 该反应在多肽合成中可用于保护氨基,（2）与亚硝酸作用 氨基酸在室温下与亚硝酸反应，脱氨，生成羟基羧酸和氮气 因为伯胺都有这个反应，所以赖氨酸的侧链氨基也能反应，但速度较慢 常用于蛋白质的化学修饰、水解程度测定及氨基酸的定量,（3）与醛反应 氨基酸的-氨基能与醛类物质反应，生成西佛碱-C=N-。西佛碱是氨基酸作为底物的某些酶促反应的中间物。赖氨酸的侧链氨基也能反应。,（4）与苯异硫氰酸酯(PITC)反应 这个反应首先为Edman用来鉴定蛋白质的N-末端氨基酸，在蛋白质的氨基酸顺序分析方面占有重要地位。,（5）磺酰化 氨基酸与5-二甲基氨基萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成DNS-氨基酸。 产物在酸性条件下(6NHCl)100也不破坏，因此可用于氨基酸末端分析。 DNS-氨基酸有强荧光，激发波长在360nm左右，比较灵敏，可用于微量分析。,（6）与DNFB反应 氨基酸与2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱性溶液中作用生成二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸）。 这一反应是定量转变的，产物黄色，可经受酸性100高温。 该反应曾被英国的Sanger用来测定胰岛素的氨基酸顺序，也叫桑格尔试剂，现在应用于蛋白质N-末端测定。,（7）转氨反应 在转氨酶的催化下，氨基酸可脱去氨基，变成相应的酮酸。,转氨酶,2.3.2 羧基的反应 成盐，成酯：其中重金属盐不溶于水，常用于多肽合成中的羧基保护。 在脱羧酶的催化下，可脱去羧基，形成伯胺。,2.3.3 羧基与氨基共同参与的反应 茚三酮反应 氨基酸与茚三酮在微酸性溶液中加热，最后生成蓝色物质。而脯氨酸生成黄色化合物。 根据这个反应可测定氨基酸含量。,2.3.4.侧链的反应(Cys) （1）二硫键 半胱氨酸在碱性溶液中容易被氧化成胱氨酸。二硫键(disulfide bond) 氧化剂和还原剂都可以打开二硫键。 如氧化剂如过甲酸可以定量地拆开二硫键，生成相应的磺酸。 还原剂巯基乙醇、巯基乙酸也能拆开二硫键，生成相应的巯基化合物。,(2) 烷化 半胱氨酸可与烷基试剂，如碘乙酸、碘乙酰胺等发生烷化反应。,（3）与重金属反应 极微量的某些重金属离子，如Ag+、Hg2+，就能与巯基反应，生成硫醇盐，导致含巯基的酶失活。,2.3.5. 以下反应常用于氨基酸的检验： （1）重氮反应(Pauly反应) 酪氨酸、组氨酸能与重氮化合物反应，可用于定性、定量测定。 组氨酸生成棕红色的化合物，酪氨酸为桔黄色。,（2）坂口反应 精氨酸在氢氧化钠中与1-萘酚和次溴酸钠反应，生成深红色，称为坂口反应。 用于胍基的鉴定。,（3）米伦反应 酪氨酸与硝酸、亚硝酸、硝酸汞和亚硝酸汞反应，生成白色沉淀，加热后变红，称为米伦反应。 是鉴定酚基的特性反应。,（4）紫环反应 色氨酸中加入乙醛酸后再缓慢加入浓硫酸，在界面会出现紫色环。 用于鉴定吲哚基。,2.4 肽,1. 有关概念 一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩水形成的共价键，称为肽键。 氨基酸借肽键连接起来，形成肽链。,* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。,* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,2. 命名与书写 肽的命名是根据组成肽的氨基酸残基来确定的。一般从肽的氨基端开始，称为某氨酰某氨酰某氨酸。 肽的书写也是从氨基端开始，从左向右。 H2N-Ala-Tyr-Gly-Asp-COOH,N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端,多肽链有两端,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,3. 肽键的性质 在肽键中CN单键具有约40双键性质，而C=O双键具有40单键性质。 （1）肽键的亚氨基在pH 0-14的范围内没有明显的解离和质子化的倾向； （2）肽键中的CN单键不能自由旋转。,2.5天然存在的活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),羧基,谷氨酸与下一个半胱氨酸形成肽键时没有用-羧基，而是用-羧基。 谷光甘肽有还原型和氧化型两种，两个还原型的可以形成一个氧化型的。 在体内的作用主要是保护含有巯基的蛋白质，使这些蛋白质保持活性。,2. 催产素和加压素,催产素：使平滑肌收缩，特别是子宫肌肉， 具有催产以及促使乳腺泌乳的作用 加压素：抗利尿激素，调节水代谢， 使小动脉收缩，增高血压，促进水 分的重吸收，减少排尿,都是九肽 两个半胱氨酸以二硫键形成一个胱氨酸，所以也称八肽 3位：催产素：异亮氨酸