课件：蛋白质化学氨基酸和多肽.ppt

3 蛋白质化学 protein chemistry,概 述 3.1 蛋白质的基本构件单位氨基酸 3.2 肽 3.3 蛋白质的分子结构 3.4 蛋白质结构与功能的关系 3.5 蛋白质的重要性质,2,概 述,生命是蛋白体的存在方式。 恩格斯反杜林论1878 蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质。 如果说基因是构建生命的图纸，那么蛋白质就是组成生命的主要材料，是生命活动的物质基础。,3,概 述-蛋白质的生物学功能,蛋白质结构复杂种类繁多功能各异，是构建生命，行使生命活动最主要的功能分子。,4,1、催化作用 酶有两类：一类是蛋白质（蛋白酶），另一类为核酸（核酶）,5,2、运输作用：血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体,6,3、运动作用 动物的肌肉收缩（肌球蛋白、肌动蛋白）、细菌的鞭毛运动,7,4、防御作用 抗体、补体、干扰素、凝血酶和血纤维蛋白原等,8,5、激素的调节作用：蛋白质或多肽类激素，胰岛素、生长素 6、接受和传递信息的受体作用：受体蛋白、味觉蛋白 8、控制细胞生长、分化：生长因子、阻遏蛋白 9、结构成分和机械支持物：角蛋白、结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白 10、异常功能： 毒蛋白：生物体攻击或自卫的武器。 贝类分泌的胶质蛋白，能将贝壳粘在岩石上； 朊病毒(一种特殊的蛋白质病毒),9,概 述-蛋白质的化学组成,1、 元素组成,2、 蛋白质的基本结构单元,10,1、 元素组成,主要元素：C、H、O、N、S 微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等 碳：50 氢：7 氧：23 氮：16% 硫：03 其他：微量,蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的理论依据： 蛋白质含量蛋白质含N量6.25,11,2、 蛋白质的基本结构单元,蛋白质的基本结构单元是氨基酸（20种） 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,蛋白质的定义：由20种L- 氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具较稳定构象并具一定生物功能的生物大分子。,3.1 蛋白质的基本构件单位氨基酸 AA Amino acids the building block of protein,3.1.1 蛋白质氨基酸的结构及分类 3.1.2 氨基酸的理化性质,13,(1)蛋白质氨基酸的结构特点：,3.1.1 蛋白质氨基酸的结构及分类,可变部分,除脯氨酸为-亚氨基酸外，均为a-氨基酸。 各种蛋白质氨基酸的区别在于侧链R基的不同。 除R为H（甘氨酸）外，均具有旋光性，均为L-型。,D型 与 L型,D-(+)-甘油醛,L-(-)-甘油醛,15,据营养学分类,必需(8种),半必需(2种),Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys 一 家 写 两 三 本 书 来,非必需,Arg，His,（疏水氨基酸）,（亲水氨基酸）,Ile Leu Trp Thr Phe Lys Met Val 一 两 色 素 本 来 淡 些,(2)蛋白质氨基酸的分类（常见的有20种）,(3)20种蛋白质氨基酸的结构及三字符,中性脂肪族氨基酸(5个),巯基,羟基,羟基,甲硫基,酸性氨基酸及酰胺(4个),天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,羧基,酰胺基,酰胺基,羧基,碱性氨基酸(3个),赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,组氨酸 （His,H）,胍基,咪唑基,氨基,杂环氨基酸(2个),组氨酸 （His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,碱性氨基酸,吡咯烷基,芳香族氨基酸(3个),苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸 （Trg,W）,吲哚基,非极性R基团氨基酸,不带电荷极性R基团氨基酸,带电荷R基团氨基酸,26,(一)蛋白质中几种重要的稀有氨基酸,在少数蛋白质含有一些不常见蛋白质氨基酸。 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、6-N-甲基赖氨酸等。,补充：不常见的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸,27,几种不常见蛋白质氨基酸的结构,锁链素由4个Lys组成(弹性蛋白中),28,广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。如：-丙氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、 -氨基丁酸等。,(二)非蛋白氨基酸,29,几种非蛋白氨基酸的结构,H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-CH2-COOH,-丙氨酸,-氨基丁酸,2019/8/27,30,可编辑,精氨酸 （Arg,R）,胍基,32,非蛋白氨基酸存在的意义：,1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala 2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、鸟氨酸、胍氨酸(尿素). 3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸 4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体. 5.调节生长,杀虫防御作用等。 绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。,3.1.2 氨基酸的理化性质,3.1.2.1 AA的物理性质 3.1.2.2 AA的两性解离和等电点 3.1.2.3 AA的光学性质 3.1.2.4 AA的重要化学反应,34,3.1.2.1 氨基酸的物理性质,氨基酸在常温下为白色固体，熔点很高（约为200300），大部分尚未到达熔点时已开始分解。 一般均能溶于水，但是溶解度大小不一，差异较大，其中亮氨酸和酪氨酸难溶于冷水，其余均可溶。氨基酸易溶于酸性或碱性溶液中，微溶于乙醇，不溶于乙醚。 氨基酸的味感与其构型有关。D型氨基酸一般具有甜味，D-色氨酸的甜度是蔗糖的40倍。L氨基酸具有鲜、甜、苦、酸四种味感。甘氨酸因具有甜味而得名，精氨酸有苦味，谷氨酸的钠盐有鲜味，是味精的主要成分。,3.1.2.2 氨基酸的两性解离性质及等电点（pI）,pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,(pK1),(pK2),当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(pI isoelectric point)。简单讲，使氨基酸净电荷为零时的溶液pH值，称为该氨基酸的等电点。,36,等电点的实验测定方法,等电聚焦法：一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的PH梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的PH与氨基酸的PI不同，则氨基酸就会带电，PH值PI时，aa带-电；PH值PI时，aa带+电。通电后，氨基酸就会移动，直到某处的PHPI，氨基酸才呈电中性，不再移动，因此，可以测出PI。 酸碱滴定法,甘氨酸滴定曲线,一氨基一羧基AA的pI计算公式,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,B,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,B,40,有关pI的习题,当溶液的pH值pI时，aa带电为+/-？ 当溶液的pH值、=、=、8?,3.1.2.3 氨基酸光学性质,1、旋光性：除甘氨酸外，其它所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此它们都具有旋光性。 2、紫外吸收光谱：色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区有较强的光吸收。组氨酸(His)具有较短共轭双键系统，其在紫外光区也有较弱的光吸收。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基， 一般最大吸收峰在=280nm处，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。,TryTyrPhe的 紫外吸收光谱,摩尔吸收系数,波长,朗伯比尔定律： AlgTL c,43,3.1.2.4 AA的重要化学反应,与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应）:用于蛋白质N-端测定. 与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应（Edman反应）： 用于蛋白N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。 与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定 成肽反应：氨基酸合成肽的反应基础,44,1、氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNF)的反应 （sanger反应）,用途：用于测定肽链的N-末端AA,少一个AA的肽链,2、氨基酸与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应 （Edman反应），用途：氨基酸的序列分析,PITC（phenylisothiocyanate）,+,弱碱中,(400 C),苯氨基硫甲酰衍生物(PTC-AA),3、氨基酸与茚三酮反应,+,水合茚三酮(无色),紫色化合物,3,47,脯氨酸不含游离的-氨基，与水合茚三酮反应不产生蓝色，而产生黄色。,AA重要化学反应总览,反应基团 试剂 主要产物 应用 -NH2 茚三酮 紫色、红色物 对氨基酸显色 NH2 茚三酮 黄色物 Pro的鉴定 -NH2 DNFB(Sanger试剂) DNP-aa黄色物 蛋白质N端测定 -NH2 PITC(Edman试剂) PTC-aa、PTH-aa 蛋白质N端测定 -NH2 甲醛 羟甲基-aa和二羟甲基-aa 甲醛滴定aa含量 Arg的胍基 -萘酚次溴酸钠(坂口试剂) 桃红色物 鉴定Arg Cys的-SH 碘代乙酸、过甲酸 肽链拆分二硫键 His的咪唑基 重氮苯磺酸(Pauly试剂) 樱红色物 鉴定His Tyr的酚基 重氮苯磺酸(Pauly试剂) 桔黄色物 鉴定Tyr Trp的吲哚基 对二甲基氨基苯甲醛 兰色物质 鉴定Trp,4、氨基酸的成肽反应,50,3.2 肽,3.2.1 概念：肽（多肽）、肽键、AA残基、N端或C端 3.2.2 肽链中AA的排列顺序和命名 3.2.3 重要的天然寡肽（生物活性肽）,基本概念： 1、肽键和肽：一个AA的羧基与另一个AA的氨基之间脱水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。,3.2.1 肽、肽键和肽链,52,基本概念： 2、二肽、多肽、氨基酸残基：两个AA组成的肽称为二肽，多个AA组成的肽称为多肽(或多肽链)；组成多肽的AA单元称为氨基酸残基。,3.2.2 肽链中AA的排列顺序和命名,命名： Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu(丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸),肽链具有方向性! 肽链中一端含游离-氨基，称为氨基端或N-端；另一端含游离的-羧基，称为羧基端或C-端。 AA残基从N-端到C-端的排列顺序，称为氨基酸序列。 肽链命名：从N-端到C-端命名。,54,3.2.3 生物活性肽,1.概念：在生物体中以游离方式存在的一类小分子多肽，具有很强的生物活性,统称为生物活性肽。,2.已发现的重要的生物活性肽：,谷胱甘肽(glutathione)