第17章.氨基酸和肽PPT课件

1、本章具体应掌握的内容提要 1. 氨基酸的结构氨基酸是组成蛋白质的基本单元。天然存在的氨基酸约有数百种，但存在于生物体内合成蛋白质的氨基酸仅为20种。它们在化学结构上都具有共同的特点，即属于 -氨基酸(脯氨酸为 -亚氨基酸)，其中有8种为人体必需氨基酸。除甘氨酸外，其余氨基酸的 -碳原子都是手性碳原子，都有旋光性，且均属L-构型。不同的氨基酸，只是侧链R基有所不同。氨基酸分子既含有碱性的氨基又含有酸性的羧基，在生理条件下，一般是以偶极离子形式存在。2. 氨基酸的分类按R基的化学结构，可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸；按氨基和羧基的数目可分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸还

2、可根据侧链R基的极性及其所带电荷分为非极性R基氨基酸、不带电荷的极性R基氨基酸、带正电荷的R基氨基酸和带负电荷的R基氨基酸。第1页/共41页 3. 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质与分子中所含有的羧基、氨基和侧链R R基有关，其中羧基和氨基的反应为氨基酸共有的性质。氨基酸是两性化合物，与酸、碱都可成盐，在等电点时以内盐形式存在的氨基酸溶解度最小；氨基酸在一定条件下可脱羧生成伯氨，可氧化脱氨生产酮酸，也可发生分子间相互脱水生成肽类物质。含有某些特殊R R基的氨基酸，还可发生某些特殊的颜色反应。氨基酸的重要化学反应见表1 1。第2页/共41页表1 氨基酸的重要化学反应第3页/共41页4. 肽的结构

3、和命名 肽是由氨基酸残基通过肽键(酰胺键)连接起来的。肽单位(C CONHC )的6个原子处于同一平面，这个平面称为肽键平面，肽键中由于氮原子与羧羰基存在p- 共轭效应，限制了CN键的自由旋转，使与CN键相连的O与H或两个C 原子形成较稳定的反式构型。肽的命名从N-端开始，将分子中各氨基酸依次称为某氨酰置于母体名称前，最后以C-端的氨基酸为母体称为某氨酸。肽的名称也常用中文或英文的缩写符号来表示。5. 多肽结构的测定用酸将多肽彻底水解，得到各种游离氨基酸的混合物，通过层析法或氨基酸分析仪以确定其组成成分，再经相对分子质量的测定计算出各种氨基酸分子的数目。测定氨基酸在肽链中的排列顺序，往往需末端

4、残基分析和部分水解法配合进行。N-端分析可采用2,4-二硝基氟苯(DNFB)法、丹磺酰氯(DNS-Cl)法和Edman降解法等。而C-端分析则可采用肼解法和羧肽酶催化水解法等。6. 生物活性肽 生物体内有一些很强生物活性的肽类，统称为活性肽。生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽。随着多肽的分离纯化、结构分析、化学合成及遗传工程等新技术的广泛应用，新的生物活性肽不断被发现，对其功能的认识也不断增长。 第4页/共41页建议学时 2 3学时第5页/共41页17.1 氨基酸的结构、分类和命名 17.2 氨基酸的物理性质 17.

5、3 氨基酸的化学性质 17.4 多肽链的基本结构和肽的命名 17.5 内源性和外源性生物活性肽第6页/共41页17.1 氨基酸氨基酸的结构、分类和命名 17.1.1 氨基酸的结构氨基酸的结构 氨基酸(Amino Acid)是一类取代羧酸，可视为羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代的一类产物。根据氨基和羧基在分子中相对位置的不同，氨基酸可分为-，-，-，-氨基酸。 第7页/共41页 20种编码氨基酸中除甘氨酸外，其它各种氨基酸分子中的 -碳原子均为*C，都有旋光性。 COO H3NH RL-型 COO HNH3 RD-型 具旋光活性的编码氨基酸均为L-L-型，如用R/SR/S法标记，则除半胱氨酸为

6、R R构型外，其余皆为S S构型。第8页/共41页 由蛋白质水解得到的氨基酸都具有共同的结构特点 -氨基酸氨基酸。结构通式为： R*CHCOOH NH2（脯氨酸为 -亚氨基酸） R*CHCOO NH 3 氨基酸在固态或在生理pH条件下，是一偶极离子(zwitterion) ，以内盐形式存在。不同的氨基酸只是R-不同。仅有一个例外：COONHH第9页/共41页*为必需氨基酸)CH2COONH3CHCOONH3CH3CHCOONH3(CH3)2CHCH2CHCOONH3CH3CH2CHCH3CHCOONH3(CH3)2CHCOONHH第10页/共41页*为必需氨基酸) (续1)CHCOONH3CH

7、2CHCOONH3CH3SCH2CH2NCH2CHCOONH3HCHCOONH3HOCH2CH2CH2CHCOONH3H2NCOCHCOONH3CH3CHOH第11页/共41页*为必需氨基酸) (续2)CHCOONH3HSCH2CH2CHCOONH3H2NCOCHCOONH3CH2HONH3HOOCCH2CHCOOCHCOONH3HOOCCH2CH2第12页/共41页*为必需氨基酸) (续3)CHCOONH2CH2CH2CH2CH2NH3H2NCCHCOONH2NHCH2CH2CH2NH2NCH2CHCOONH3HN第13页/共41页(1) 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸(2) 芳香环的氨基酸芳香环

8、的氨基酸：苯丙苯丙、酪酪(3) 杂环的氨基酸杂环的氨基酸：脯脯、组组、色色甘甘、丙丙、缬缬、亮亮、异亮异亮(不含其它官能团)丝丝、苏苏(含-OH)；半胱半胱、蛋蛋(含S)；天酰天酰、谷酰谷酰(含酰胺)天冬天冬、谷谷(1氨基2羧基)精精(含胍基)赖赖（ 2氨基1羧基）1 根据根据R基化学结构的不同分为基化学结构的不同分为：17.1.2 17.1.2 氨基酸的分类 第14页/共41页中性氨基酸中性氨基酸(1氨基1羧基；由于羧基电离能力较 氨基大，其水溶液实际上为弱酸性)： 甘、丙、缬、亮、异亮、丝、苏、半胱、 蛋、苯丙、酪、色、天酰、谷酰、脯酸性氨基酸酸性氨基酸(1氨基2羧基)：天冬、谷碱性氨基酸

9、碱性氨基酸(2氨基1羧基)：赖、 精、组2 根据分子中所含氨基和羧基的相对数目分为：第15页/共41页3 医学医学上常根据氨基酸侧链上常根据氨基酸侧链R R基的极性及其所带电荷基的极性及其所带电荷：(1) 非极性非极性R基氨基酸：有基氨基酸：有甘、丙、亮、异亮、缬、脯、甘、丙、亮、异亮、缬、脯、苯丙、蛋、色苯丙、蛋、色9种种。含非极性侧链，故具有疏水性，它。含非极性侧链，故具有疏水性，它们通常处于蛋白质分子内部。们通常处于蛋白质分子内部。(2) 非极性非极性R基氨基酸：基氨基酸：有丝、谷胺、苏、天胺、酪、半有丝、谷胺、苏、天胺、酪、半胱胱6种种。侧链中含有羟基、巯基、酰胺基等极性基团，。侧链中

10、含有羟基、巯基、酰胺基等极性基团，但在生理条件下却不带电荷，具有一定的亲水性，往往但在生理条件下却不带电荷，具有一定的亲水性，往往分布在蛋白质分子的表面。分布在蛋白质分子的表面。(1)(2)两类为中性氨基酸。两类为中性氨基酸。(3) 带正电荷的带正电荷的R基氨基酸：基氨基酸：有精、赖、组有精、赖、组3种种。为碱性。为碱性氨基酸。氨基酸。(4) 带负电荷的带负电荷的R基氨基酸：基氨基酸：有谷、天冬有谷、天冬2种种。为酸性氨。为酸性氨基酸。基酸。第16页/共41页17.1.3 17.1.3 、氨基酸的命名20种氨基酸 天然产氨基酸更普遍使用天然产氨基酸更普遍使用俗名俗名，即按其来源或性质，即按其来

11、源或性质命名。如甘氨酸是因具有甜味而得名的；天冬氨酸最初是命名。如甘氨酸是因具有甜味而得名的；天冬氨酸最初是由天门冬的幼苗中发现的。生物体内作为合成蛋白质的原由天门冬的幼苗中发现的。生物体内作为合成蛋白质的原料的料的20种编码氨基酸，象元素符号一样，都有国际通用的种编码氨基酸，象元素符号一样，都有国际通用的符号，中文用简称表示。符号，中文用简称表示。2 俗名：俗名： 1 系统命名法：系统命名法： 把氨基当作取代基，以羧酸做母体，称为氨基某酸氨基某酸。氨基的位置习惯上用希腊字母-，-，-等表示。第17页/共41页营养必需氨基营养必需氨基酸酸 亮、异亮、缬、苯丙、蛋、苏、色、赖亮、异亮、缬、苯丙、

12、蛋、苏、色、赖等8种氨基酸在人体内不能合成而又是营养所必不可少的，必需依靠食物供应，若缺少则会导致许多种类蛋白质的代谢和合成失去平衡，故这些氨基酸称为营养必需氨基酸营养必需氨基酸。半必需氨基酸：半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。是幼儿所必需的。修饰氨基酸修饰氨基酸 除20种编码氨基酸外，蛋白质分子中尚含有一些氨基酸，它们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，由相应的编码氨基酸衍生而成，称为修饰氨基酸第18页/共41页4-羟基脯氨酸 5-羟基赖氨酸 NHOCOOHNH3H2NCH2CHCH2CH2CHCOOOHHOHOCH2CHCOOHNH2IIIICC

13、OOH3NCH2HCCOOH3NCH2HSS 胱氨酸由2分子半胱中的巯基经氧化以二硫键连接而成，对维持蛋白质的结构具有重要作用 甲状腺素存在于甲状腺球蛋白中 二者主要存在于骨胶原和弹性蛋白中 第19页/共41页有些氨基酸不是蛋白质的组成成分，但能以游离或结合的形式存在于生物界，这些氨基酸统称为非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸。它们中有的是L-型-氨基酸的衍生物，有的是-、-、-氨基酸，有的是D-型氨基酸。NHCH2CH2CH2CHCOOHNH2COH2NH2NCH2CH2CHCOOHNH2瓜氨酸 鸟氨酸 -氨基丁酸： 存在于脑中，可用于治疗癫痫、记忆障碍等脑病-氨基-羟基丁酸：具有解痉作用D-丙氨

14、酸、D-谷氨酸、 D-赖氨酸和D-鸟氨酸存在于细菌中第20页/共41页 生命活动中，人及动物通过消化道吸收氨基酸并通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。许多氨基酸还参与代谢作用，不少已用来治疗疾病。 甘氨酸:对芳香族物质起解毒作用 酪氨酸:合成甲状腺素和肾上腺素的前体 精氨酸:参与鸟氨酸循环，用于因血氨升高引起的肝昏迷 谷氨酸与谷胺酰胺:用于改善脑出血后遗的记忆障碍 谷胺酰胺和组氨酸:用于治疗消化道溃疡 甘氨酸和谷氨酸:调节胃液酸度 亮氨酸:加速皮肤和骨头创伤愈合，降血糖及头晕治疗药 医药上氨基酸主要用于复合氨基酸输液第21页/共41页生命活动中，人及动

15、物通过消化道吸收氨基酸并通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。许多氨基酸还参与代谢作用，不少已用来治疗疾病。甘氨酸:对芳香族物质起解毒作用酪氨酸:合成甲状腺素和肾上腺素的前体精氨酸:参与鸟氨酸循环，用于因血氨升高引起的肝昏迷谷氨酸与谷胺酰胺:用于改善脑出血后遗的记忆障碍谷胺酰胺和组氨酸:用于治疗消化道溃疡甘氨酸和谷氨酸:调节胃液酸度亮氨酸:加速皮肤和骨头创伤愈合，降血糖及头晕治疗药医药上氨基酸主要用于复合氨基酸输液第22页/共41页17.2 氨基酸的物理性质 -氨基酸为无色结晶，熔点较高，一般在200300 C之间，这是因为晶体中氨基酸以内盐形式存在，但

16、往往在熔化前受热分解放出CO2。每种氨基酸都有特殊的结晶形状，利用结晶形状可以鉴别氨基酸。 各种氨基酸都能溶于水，其水溶液是无色的，但溶解度不同；酪氨酸在冷水中很难溶解，而在热水中溶解度较大。除脯氨酸易溶于乙醇外，其它均不溶解或很少溶解，但氨基酸的盐酸盐比游离的氨基酸易溶于酒精中。所有氨基酸都不溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂，而易溶于强酸、强碱中。 除甘氨酸外，所有编码氨基酸都具有旋光性，用测定比旋光度的方法可以测定氨基酸的纯度。 第23页/共41页17.3 氨基酸的化学性质 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。1 1、两性解离和等电点、两性解离和等电点

17、 氨基酸分子中含有酸性的羧基和碱性的氨基，因此氨基酸是两性化合物，能分别与酸或碱作用成盐。 氨基酸溶于水时，氨基和羧基同时解离成为一种两性离子(zwitterion)。若将此溶液酸化，则两性离子与H+离子结合成为阳离子；若向此水溶液中加碱，则两性离子与OH- -结合成为阴离子。 第24页/共41页CHNH2RCOOHCHNH2RCHRCOOHCHNH3+RCOOCOOHOHHOHNH3+阴离子(pH pI) 两性离子(pH = pI) 阳离子(pH pI，主要以阴离子阴离子形式存在。在电场中向正极移动向正极移动； pHpI，主要以阳离子阳离子形式存在。在电场中向负极移动向负极移动；等电点是氨基

18、酸的一个重要特征常数之一，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 2.7 3.2(pH4)中性氨基酸： pI 5.0 6.5(pH7.5)第26页/共41页2 2、氧化脱氨基反应、氧化脱氨基反应 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。 RNH2CHCOOHR RNH3RNHRNH2C2HH2OCOOHOHROCCOOHCCOOH第27页/共41页3 3、脱水成肽反应、脱水成肽反应 在适当条件下，氨基酸分子间氨基与羧基相互脱水缩合生成的一类化合物，叫做肽(

19、peptide)。 肽分子中的酰胺键(CONH)常称做肽键(peptide bond).用途用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。 R1H2NCHCOOHH2OR2H2NCHCOOH+R1H2NCHCOR2NHCHCOOH第28页/共41页4 4、与茚三酮反应、与茚三酮反应 RH2NCHCOOHOHOHOOOOONRCHOCO2+OH+OHHOO+ NH3+OHHOO+ NH3OOOHOH(罗曼氏紫) 根据生成根据生成紫色紫色化合物颜色的深浅程度，或根据放出化合物颜色的深浅程度，或根据放出CO2气体的体积，可对气体的体积，可对 -氨基酸氨基酸进行定量分析。进

20、行定量分析。常用于氨常用于氨基酸和蛋白质的定性鉴定及标记。基酸和蛋白质的定性鉴定及标记。 脯氨酸和羟脯氨酸等脯氨酸和羟脯氨酸等亚氨基酸亚氨基酸(含亚氨基结构含亚氨基结构)与茚与茚三酮反应生成三酮反应生成黄色黄色化合物。化合物。而N-取代的 -氨基酸以及-氨基酸、-氨基酸等不与茚三酮发生显色反应。第29页/共41页 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)。 亚氨基酸(如脯氨酸)与HNO2反应生成N-亚硝基化合物。5 5、与亚硝酸反应、与亚硝酸反应 RNH2CHCOOHHNO2RCHCOOHOHN2+第30

21、页/共41页 在肠道细菌的作用下，组氨酸可脱羧生成组胺，过量的组胺在肌体内易引起变态反应。 组氨酸组胺6 6、脱羧反应脱羧反应NH2RCHCOOHRCH2NH2CO2+Ba(OH)2NCH2CH COOHNH2HNCO2NCH2CH2HNNH2第31页/共41页7、与、与2,4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应 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)。 DNFB 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

22、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。 RH2NCHCOOHNO2FO2N+NO2O2NRNHCHCOOH + HF第32页/共41页鉴别具有特殊R基氨基酸的显色反应 反应名称 试 剂 颜 色 鉴别的氨基酸蛋白黄反应 浓硝酸再加碱深黄色或橙红色 苯丙、酪、色Millon反应 红 色 酪氨酸硝酸汞、亚硝酸汞硝酸汞、亚硝酸汞和硝酸的混合物和硝酸的混合物乙醛酸反应 乙醛酸浓硫酸 两液层界面处呈紫红色环 色氨酸8 8、侧链、侧链 R R 基的反应基的反应 第33页/共41页17.4 多肽链的基本结构和肽的命名 1 1、多肽的结构和命名、多肽的结构和命名 肽肽是氨基

23、酸残基之间彼此通过酰胺键酰胺键(肽键肽键)连接而成的一类化合物。其通式为： 多肽分子中的酰胺键称为肽键肽键(peptide bond)，一般为-COOH与-NH2脱水缩合而成。多肽链中的每个氨基酸单元称 为氨基酸残基(amino acid residue)。 肽也以两性离子两性离子的形式存在。R1H3NCHCOR2CHCONHR3CHCONHR4CHCONHRnCHCOONH.HNCHCOR第34页/共41页 通常在多肽链的一端含有一个未结合的NH3+，称为氨基酸的N-端，一般写在肽链的左边；在另一端含有一个未结合的COO- - ，称为羧基酸的C-端，通常写在肽链的右边。 肽的结构不仅取决于组

24、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(甘丙肽) 丙氨酰甘氨酸(丙甘肽) H3NCH2CONHCHCOOCH3H3NCHCONHCH2COOCH3第35页/共41页3种不同的氨基酸可形成6种不同的三肽4种不同的氨基酸可形成24不同的四肽 氨基酸按不同的排列顺序可形成大量的异构体，它们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 -端由左至右依次称为某氨酰某氨酸。 命名：甘氨酰丙氨酰丝氨酸(甘丙丝肽) 缩写：GlyAlaSer或GAS H3NCH2CONHCHCOCH3NHCHCOOCH2

25、OH第36页/共41页2、肽键平面 肽键中的肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。键具有部分双键性质，不能自由旋转。 组成肽键的组成肽键的6个原子处于同一平面，称为个原子处于同一平面，称为肽单位(peptide unit)。 肽键一般呈反式构型。肽键一般呈反式构型。 相邻的肽键平面可围绕相邻的肽键平面可围绕C 旋转，肽键骨架也可视为一系列旋转，肽键骨架也可视为一系列通过通过C 原子衔接的肽键平面所组成。原子衔接的肽键平面所组成。第37页/共41页3 3、多肽结构测定和端基分析 测定多肽结构的一般顺序是首先确定组成多肽的氨基酸种类和数目，然后确定肽链中氨基酸的排列顺序。 确定氨基酸在肽链中的排列顺序，往往需末端残基分析和部分水解法配合进行。 末端残基分析法中N-端分析可用2,4-二硝基氟苯(DNFB)法、丹磺酰氯(DNS-Cl)法和Edman降解法等，而C-端分析可采用肼解法和羧肽酶催化水解法等。 部分水解法是采用不同的蛋白酶酶