氨基酸,多肽及蛋白质.ppt

1、第十五章 氨基酸、多肽及蛋白质,氨基酸的分类、命名、及代表性化合物 氨基酸的构型,氨基酸的制备,氨基酸的化学性质,多肽,蛋白质,15.1 氨基酸的分类及命名,常见的20种氨基酸,一. 氨基酸在人体的作用 氨基酸是蛋白质的基本组成单位，构成蛋白质的氨基酸有20种。 1. 合成人体内各组织细胞的蛋白质，以维持细胞组织的生长。 2. 参与支撑人体的酶、多肽、激素、抗体等重要生理活动。,3. 增加人体抗病力和免疫力，免疫球蛋白是人体抗侵袭的 重要物质，丙体球蛋白可预防呼吸道感染，甲型肝炎等。,4. 氧化供能，是人体内能量的来源之一。,所有氨基酸除苷氨酸外，所有氨基酸都具有光学活性，而且为L-构型。,营

2、养必须氨基酸,半胱氨酸 组氨酸 酪氨酸,异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 色氨酸 缬（xie）氨酸,氨基酸是羧酸分子中烃基上的一个H 被NH2 取代后的化合物,自然界中发现的有200余种，最常见的有20多种， 它们是蛋白质的基本组成单位，而本章着重介绍 -氨基酸,二. 分类,根 据 烃 基 分,脂肪族氨基酸,芳香族氨基酸,-氨基酸,-氨基酸,-氨基酸,-氨基酸,和-COOH,根据,NH2,相对位置分,根 据,NH2,和 -COOH,的 数 目 分,中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,-COOH和NH2相等， 等电点: 5.0-6.3左右,-COOH多余NH2， 等电点: 2

3、.8-3.2左右,NH2 多余-COOH ， 等电点: 7.6-10.8 左右,含有-OH， -SH的氨基酸：,苏氨酸 半胱氨酸,三. 命名 多用俗名，大多数依来源或性质。 用系统命名法与羟基酸同。,甘氨酸（Gly） 天门冬氨酸（Asp） 色氨酸（Trp） -氨基酸 -氨基丁二酸 2-氨基-3-(- 吲哚)丙酸,氨基酸的来源： 大多数氨基酸可以在生物体内通过转化得到。但是， 某些氨基酸通过生物体的氨基酸转化或合成不能得到必 须的氨基酸，必须从外界膳食得到。,四. 代表物举例,蛋氨酸 (Met),苏氨酸 (Thr),缬氨酸 (Val),亮氨酸 （Leu）,异亮氨酸 （Eeu）,甘氨酸,无色结晶，

4、味甜， 结构最简单，无 旋光性。,色氨酸,苯丙氨酸,动植物的必须氨基酸之一，存在于 蛋白质中，是制备植物生长激素 -吲哚乙酸的原料。,蛋氨酸,可用酪蛋白水解制得，能维持肌体的正常 发育，治疗肝硬化，脂肪肝及营养不良等。,谷氨酸,其单钠盐就是味精，粮食发酵制备。,1908年的一天，日本东京帝国大学池田菊省化学教授在喝 海带黄瓜汤时发觉味道特别鲜美，后经研究发现海藻中含 有谷氨酸钠盐，此后，从大豆、大麦中提取得到。我国于 1923年在上海建立了味精厂，1932年在沈阳建立了味精厂。,注：味精过多，小儿缺锌。味精食后进入血液与微量元素 锌结合而排出体外，时间长了，导致缺锌，因此，小 儿慎食味精。,1

5、5.2 氨基酸的构型,除甘氨酸外，所有氨基酸都 具有旋光性，而且大多数都 为L-构型，也是由甘油醛作 相对标准导出的。,L-甘油醛,L-乳酸,L-丙氨酸,表达氨基酸构型的通式,氨基酸的构型是以距离 羧基最近的C*为标准， 为L-构型,而糖的构型是以编号数 最大的C*（距离羰基最 远）的C*为标准，为D- 构型。,绝大多数氨基酸，L-构型就相当于S-构型。,L-丙氨酸 L-丝氨酸 S- S-,15.3 氨基酸的制备,氨基酸可由蛋白质水解，生物发酵及有机合成三种 方法得到，重点介绍有机合成法。,一. 由-卤代酸氨解,二. 由醛或酮制备,三. 丙二酸酯合成法,15.4 氨基酸的化学性质,由于氨基酸分

6、子中有-NH2和-COOH，因此具有二者的 性质，有酸性，可发生酯化反应等；有碱性，可发生 酰基化反应，可与亚硝酸酯作用等，两者的相互影响 还具有一些特殊的性质。,一. 酸碱性（两性） 分子本身就能生成内盐，由于两性离子存在，相当于 Na + Cl - ,因此，氨基酸难溶于有机溶剂，而易溶于水， 熔点高（分子间引力大），在水溶液中达到下列平衡。,两性离子,正离子 I,负离子 II,夺取H，碱性氨基酸,放出H，酸性氨基酸,从以上平衡体系中，必须说明以下几点：,1. 两性离子中的-COO- 实际是碱，夺取H2O 中的质子 (H+）形成正离子（I）。,两性离子中的NH3实际上是酸，给出H而形成负 离

7、子（II）。,由于分子本身的原因，几乎没有一个氨基酸的-COO- 夺取H+ 的能力，和NH3+ 给出H+ 的能力相等。一般说来，酸性氨基酸水溶液的pH 7, 即负离子（II）多一些（显酸性）。,为使正离子（I）和负离子（II）的量相等，必须加酸 或碱来调节。,I II,A. 加入一些酸，可使正离子（I）增加，如酸适量， 可使 I和 II 相等。,酸性氨基酸给出质子能力强，II 多，pH 7。 为使I和II的量相等，必须加较多的酸，这时pH7， 以阳离子形式存在。,反之，碱性氨基酸，吸收质子能力强，I多，pH7, 必须加入较多的碱，这时pH7，阴离子形式存在。,等电点： isoelectric

8、point 用PI 表示,如果向氨基酸的溶液中加入酸或碱，使得正离子浓度和负离子浓度相等，即溶液中无净的正电荷，也无净的负电荷，即净电荷等于0，此时，溶液的pH值称为等电点。,一般来说，中性氨基酸的等电点为 5.0-6.3,碱性氨基酸的等电点为：7.6-10.8 酸性氨基酸的等电点为：2.8-3.2.,不同氨基酸的等电点数据见表14-1。,等电点时，两性离子浓度最高，溶解度最小，这是晶格中存在强静电作用力的结果。例如，,半光氨酸以酸性形式存在。,等电点为5.05。,当pH8，阴离子存在 =5时，两性离子,5. 强酸性溶液中，以正离子存在时，电解时，在阴极 检出氨基酸。 强碱性溶液中，以负离子存

9、在时，电解时，在阳极 检出氨基酸。,二. 受热分解反应 受-NH2与-COOH 的位置不同，-、-、- 等氨基酸受热后的产物不同， 与-、-、-等羟基酸受热的情形类似。,-氨基酸,-羟基酸,交酯,内酰胺,-氨基酸,类似于-羟基丁酸，分子内 脱氨，生成2-丁烯酸,-羟基酸,-氨基酸,-丁内酯,-丁内酰胺,-羟基酸,三. 氨基的反应 1. 与 HNO2 的作用,可定量地放出N2，测定放出N2的含量，就可知道分子 中的-NH2的含量，这叫Vanslyke(望斯莱克)氨基测定法。,2. 与甲醛的作用,氨基酸的碱性消失，可用碱来滴定羧基的含量。,3. 茚三酮的反应（颜色反应）,-氨基酸与茚三酮反应生成兰

10、紫色化合物，N-取代- 氨基酸，- 氨基酸，-氨基酸均不发生这类反应，这是 鉴别-氨基酸的方法。,茚三酮,水合茚三酮,作用过程:,总反应为：,兰紫色,4. 酰基化作用,5. 烷基化作用,四. 羧基的反应,1. 酯化反应,2. 脱羧反应,谷氨酸,谷氨酸的单钠盐就是味精，高温下脱羧，降低了调味性能，产生对人体有害的物质，高温炒菜放味精不好，做汤时放味精较好。,五. 失羧失氨同时发生,六. 综合性能,兰色结晶,-、-氨基酸均能发生这类反应，可用来鉴别 这类化合物,鉴别下列化合物,15.5 多肽,十肽以下的称为寡肽，十肽以上的称为多肽。,1）肽也是以两性离子形式存在，一般为链式结构。羧基端为C-端，氨

11、基端为N-端。书写时，N-端在左，C-端在右。,N-端,C-端,肽键,一. 肽的分类、结构及命名 肽是氨基酸分子间的氨基与羧酸缩合失水，以酰胺键（-CO-NH）相连而成的化合物。,1. 分类,二肽：由两分子氨基酸失水缩合而成。,三肽,2. 结构,最简单的结构是二肽，如，甘氨酸和丙氨酸形成二肽，有两种产物：,I,II,随着氨基酸的增加，肽的数量迅速增加，3种变成6种肽，4种变成24种肽，6种变成720，100变成20100种。,肽键平面,肽分子中，肽键与相邻的两个a-C原子所组成的基团，称为肽单元。 肽分子就是由若干个肽单元组成的。 经X-衍射等证明，肽单元的结构： 1）肽单元是平面结构。即6个

12、原子位于同一平面内； 2）肽键具有部分双键的性质，CO-N键的旋转受到限制；,3. 命名 以含C-端的氨基酸为母体，称某酸，把肽链中的其他氨基酸名称中的“酸”改为“酰”，按顺序排列放在母体名称之前，如，,甘氨酰（酸）丙氨酸 丙氨酰（酸）甘氨酸,2. 肽的结构测定：,由测定，得到如下信息：由那些氨基酸组成，连接顺序,测定肽的结构是十分复杂和细致的工作。如，测定胰岛 素（控制体内碳水化合物的正常代谢作用），北京上海 多家科研机构合作，几十名科学家，动用了最先进的仪 器，花费了近10年的时间完成。得出： 胰岛素由A链（21个氨基酸）和B链（30个氨基酸）通过 二硫键连接，首先要测定氨基酸的组成，其次

13、是测定各 氨基酸的含量，最后还要确定各氨基酸在多肽的连接顺 序，工作极其复杂。,简单介绍肽结构的测定过程：,确定氨基酸的种类及相对含量（测分子量），确定各种氨基酸的分子数。,确定氨基酸在肽链中的排列顺序，常用Sanger(桑格尔)法和Edman(艾德曼)法，均为确定N-端的方法。,Sanger 法为2,4-二硝基氟苯法：,再 水 解,黄色,通过纸层析，就可将N-端的氨基酸分离出来确定它。,Edman 法，即异硫氰酸酯法（确定N-端）,经分离测定其结构，可确定N-端的氨基酸，经多次重复， 可将氨基酸逐个由肽链上分离下来，并测定它。,对于C-端，可用酶催化法将其切割下来测定，在实际工作中，各种方法

14、可兼而用，而取得良好的效果。,三. 多肽的合成,多肽的合成是一个十分复杂的工作，如，,合成甘氨酰丙氨酸，为确使甘的COOH 和丙的-NH2 缩合，首先必须保护甘的NH2，防止它自身缩合；其次，在合成中，氨基酸的连接次序不能混乱，否则就不能达到预期的目的，这方面的工作，多看书。,已经有氨基酸合成仪,15.6 蛋白质,蛋白质的结构,1) 一级结构,蛋白质的一级结构: 指的是肽键连接起来的多肽链中, 氨基酸的排列次序。 任何蛋白质都有其特定的氨基酸排列次序。有的由一条肽链组成；有的由二条或多条肽链组成。 人工合成的牛胰岛素分子的一级结构为：,两条肽链通过桥键(二硫键）连接组成。,Cys(cystei

15、ne ,半光氨酸)与Cys通过S-S键连接,蛋白质和核酸是生命的物质基础，构成人体的种种蛋白质都是人体从氨基酸合成的。 蛋白质存在与一切细胞之中，在机体承担各种各样的生理作用。和肽一样，也是由酰胺键（肽链）形成的高分子化合物，一般将分子量10000的叫蛋白质。在生命现象和生命过程中起着决定的作用。,一. 分类和功能,按组成分,单纯蛋白质：水解后只生成-氨基酸：卵白蛋白， 血清蛋白，大米中的米精蛋白，生 丝中的丝蛋白。,结合蛋白质：水解后生成-氨基酸 辅基（非蛋白质物质），如， 糖，脂肪，色素等。,按溶解度分,不溶于水的纤维状蛋白质：是动物组织的 结构。 角蛋白，骨核蛋白，肌蛋白（以氢键将肽链连

16、接着）。,溶于水：酸、碱盐的球状蛋白质（以氢键、二硫键联系肽链），酶、血红蛋白等。,按功能分： 起组织结构作用。如，角蛋白组成皮肤、 毛发、指甲；骨胲蛋白组成骨；肌球蛋白组成肌肉。,功能： 起生物调节作用。酶起催化作用； 血红蛋白在血液中输送氧气，胰岛素 调节葡萄糖的代谢。,二. 性能,两性： 和氨基酸一样，具有两性，与酸、碱作 用均生成盐，在酸中带正电荷，在碱中 带负电荷，调节pH值可以达到等点， 不同蛋白质的等电点不同。,蛋白质 血明胶 卵清蛋白 酪蛋白 胰岛素 血红蛋白,等电点 4.8 4.9 4.6 5.3 6.8,2. 溶解性：,多数蛋白质溶于水及极性溶剂，不溶于有机溶剂，其 水溶液具有胶体溶液的性质（不能透过半透膜，能够 电泳）,3. 具有旋光性,易变性。受热或在溶液中加入酸、碱、盐，蛋 白质的结构被破坏，旋光性、生理活性发生 改变或消失。,5. 蛋白质的颜色反应（可用来鉴别蛋白质），如，,A 茚三酮的反应,蛋白质 + 水合茚三酮兰紫色,在氨基酸的化学性质中已经讲到，水和茚三酮先与氨 基酸反应发出NH3，然后利用茚三酮的烯醇式与氨作 用，生成兰紫色化合物。,B. 黄色反应,蛋白质溶液 + 浓 HNO3 黄色（若加碱变成橙色） 这是蛋白质中的苯环被硝化的结果。,C. 与酚试剂的反应,蛋白质的结构十分复杂，各种氨基酸都