氨基酸、多肽及蛋白质概述

1、氨基酸、多肽及蛋白质概述R CNH2HCOOHl一、分类、命名和构型一、分类、命名和构型l组成蛋白质的氨基酸（天然产氨基酸）都是-氨基酸，即在-碳原子上有一个氨基，可用下式表示： 天然产的各种不同的-由氨基酸只R不同而已。 氨基酸目前已知的已超过100种以上，但在生物体内作为合成蛋白质的原料只有二十种（见P244表14-1）。1分类分类： 按烃基类型可分为脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸芳香族氨基酸，含杂环氨基酸含杂环氨基酸。 按分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸中性氨基酸，酸性氨酸性氨基酸基酸，碱性氨基酸碱性氨基酸。必需氨基酸必需氨基酸共有种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸

2、、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。如果饮食中经常缺少上述氨基酸，可影响健康。 2命名命名： 多按其来源或性质而命名。国际上有通用的符号（见P244表14-1）。3构型： 用D/ L体系表示在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。例如：天然氨基酸（除甘氨酸外）其他所有-碳原子都是手性的，都有旋光性，而且发现主要是L型的（也有D型的，但很少）。 RCH COOHNH2RCH COONH2RCH COOHNH3OHHl氨基酸分子中的氨基显碱性，而羧基显酸性，因而氨基酸氨基酸分子中的氨基显碱性，而羧基显酸性，因而氨基酸既能与酸反应，也能与碱反应，是一个两性化合物。既能与酸反应，也能与碱反

3、应，是一个两性化合物。R CH COOHNH2R CH COONH31氨基酸的酸氨基酸的酸-碱性碱性两性与等电点两性与等电点 （1）两性）两性 氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。RCH COOHNH3RCH COONH3RCH COONH2RCH COOHNH2OHHOHH在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性处于等处于等

4、电状态）时溶液的电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。常以值称为氨基酸的等电点。常以pI表表示。示。 溶液溶液pHpI注：注：a.等电点为电中性而不是中性，在溶液中加入电极时其电荷等电点为电中性而不是中性，在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。迁移为零。 中性氨基酸中性氨基酸 pI = 4.86.3 酸性氨基酸酸性氨基酸 碱性氨基酸碱性氨基酸 b.等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。 等电点等电点(pI)溶液溶液pHpIR COClNH2CHRCOOHR C NHOCHRCOOH+ HClNH2CHRCOOHC NHOCHRCOO

5、H+CH2O C ClOCH2O(1).氨基的酰基化氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯剂。在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。作为酰化剂。选用苄氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引选用苄氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引入，对以后应用的种种试剂较稳定，同时还能用多种方入，对以后应用的种种试剂较稳定，同时还能用多种方法把它脱下来。法把它脱下来。NH2CHRCOOHN

6、H CHRCOOH+NO2NO2FNO2NO2CHRCOOH + HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O+氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定N端的试剂。（3）与亚硝酸反应）与亚硝酸反应反应是定量完成的，定量放出反应是定量完成的，定量放出N2，测定，测定N2的体积便可计算的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。出氨基酸只氨基的含量。RCHCOOHNH2+ HCHORCHCOOHNCH2+ H2OCuNH2OH2NORROO(5).络合作用络合作用蓝色结晶蓝色结晶CCCOOOCCCOOOHOHH2Ol(6).与茚三酮反应与茚三酮反应l-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫氨基酸在碱性溶

7、液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别红色的有色物质，是鉴别-氨基酸的灵敏的方法。氨基酸的灵敏的方法。CCCOOOHOHRCHCOOHNH2+茚三酮茚三酮水合茚三酮水合茚三酮CCCOON CHCOOHR- CO2CCHCOON CHRH2O- RCHOCCHCOONH2水合茚三酮CCHCOONCCCOOCCCONCCCOOOH蓝色或紫色蓝色或紫色OHNH2HOH2NORRO+NHHNOORR+ 2H2Ol -氨基酸氨基酸RCHCH2COOHNH2RCH=CHCOOH + NH3交酰胺交酰胺 -氨基酸分子内脱氨生成氨基酸分子内脱氨生成 , -不饱和酸不饱和酸 , , -氨基酸氨基

8、酸同样条件下生成内酰胺同样条件下生成内酰胺HNROHNRO -丁内酰胺丁内酰胺 -戊内酰胺戊内酰胺RCHCOOHNH2RCCOOH+ NH3OOor酶H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2+ CO2(CH3)2CHCH2CH2OH + CO2 + NH3(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2+ H2O酶赖氨酸赖氨酸戊二胺戊二胺异戊醇异戊醇NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+- H2ONH2CHRCONHCHRCOOH肽键l 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名l1 肽和肽键肽和肽键l一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱

9、水一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。 NH2CHRCONHCHRCONH CHRCOOHnCN端端由多个由多个-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。一般把含氨基酸缩合而成的肽称为多肽。一般把含100个以上氨基酸个以上氨基酸的多肽（有时是含的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。个以上）称为蛋白质。 无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称），称为为N端；链的另一端有游离的羧基（端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为），称为C端。端

10、。NH2CHCH3CONHCONH CHCH2C6H5COOHCHCH2OH丙氨酰丝氨酰苯丙氨酸 （丙 丝 苯丙）l2 2肽的命名肽的命名l根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰某氨酸（简写为某、某、某）。某氨酸（简写为某、某、某）。l例如：例如：很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。Glu-Cys-Gly二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定 了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。 各种氨基酸的相对比例。各种氨基酸的相对比例。 确定各氨基酸的排列顺序。确定各氨基酸的排列顺序。HClH

11、2O多肽氨基酸层析法分离各种氨基酸各种氨基酸的含量O2NFH2N CHRCONH CHRCONH+O2NHN CHRCONH CHRCONHNO2NO2Na2CO3HClO2NHN CHRCOOHNO2CHRCOOH+ H2N+多肽结构测定工作步骤如下：多肽结构测定工作步骤如下：1测定分子量测定分子量2氨基酸的定量分析氨基酸的定量分析现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定。现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定。3端基分析（测定端基分析（测定N端和端和C端）端）（1）测定）测定N端（有两种方法）端（有两种方法）a 2,4- = 硝基氟苯法硝基氟苯法桑

12、格尔桑格尔(Sanger-英国人英国人)法法 2,4- = 硝基氟苯与氨基酸的硝基氟苯与氨基酸的N端氨基反应后，再水解，分离除端氨基反应后，再水解，分离除N-二硝基二硝基苯基氨基酸，用色谱法分析，即可知道苯基氨基酸，用色谱法分析，即可知道N端为何氨基酸。端为何氨基酸。 b 异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法法艾德曼艾德曼(Edman)降解法。降解法。C6H5N=C=SNH2CHCONHR多肽+C6H5NHC多肽SNHCHRCONHpH7pH7CNCCHHNC6H5ORS+多肽测定咪唑衍生物的测定咪唑衍生物的R，即可知是哪种氨基酸。，即可知是哪种氨基酸。异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽

13、异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽N端的氨基酸外，其余多端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就可以继续不断的测定其肽链会保留下来。这样就可以继续不断的测定其N端。端。（2）测定）测定C端端a 多肽与肼反应所有的肽键（酰胺）都与肼反应而断裂成酰肼，只有C端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应成酰肼。这就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽C端的氨基酸。l4肽链的选择性断裂及鉴定肽链的选择性断裂及鉴定l上述测定多肽结构顺序的方法，对于分子量大的多肽上述测定多肽结构顺序的方法，对于分子量大的多肽是不适用的。对于大分子量多肽顺序的测定，是将其是不适用的。对于大分子量多肽顺序的测定，是将其多肽用不

14、同的蛋白酶进行部分水解，使之生成二肽、多肽用不同的蛋白酶进行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片，再用端基分析法分析个碎片的结构，最三肽等碎片，再用端基分析法分析个碎片的结构，最后将各碎片在排列顺序上比较并合并，即可推出多肽后将各碎片在排列顺序上比较并合并，即可推出多肽中氨基酸的顺序。中氨基酸的顺序。l部分水解法常用的蛋白酶有：部分水解法常用的蛋白酶有：l胰蛋白酶胰蛋白酶只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。l糜蛋白酶糜蛋白酶水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。酸的肽键。l溴化氰溴化氰只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。只能断

15、裂羰基属于蛋氨酸的肽键。b 羧肽酶水解法羧肽酶水解法在羧肽酶催化下，多肽链中只有在羧肽酶催化下，多肽链中只有C端的氨基酸能逐个断裂下来。端的氨基酸能逐个断裂下来。 丙 脯 苯丙 酪 赖 丝 缬 亮三肽四肽糜蛋白酶l例：某八肽完全水解后，经分析氨基酸的组成为：丙、亮、赖、苯例：某八肽完全水解后，经分析氨基酸的组成为：丙、亮、赖、苯丙、脯、丝、酪、缬。丙、脯、丝、酪、缬。l 端基分析：端基分析：N-端端 丙丙亮亮 C-端。端。l 糜蛋白酶催化水解：分离得到酪氨酸，一种三肽和一种四肽。糜蛋白酶催化水解：分离得到酪氨酸，一种三肽和一种四肽。l 用用Edman降解分别测定三肽、四肽的顺序，结果为：丙降解

16、分别测定三肽、四肽的顺序，结果为：丙-脯脯-苯丙；苯丙；赖赖-丝丝-缬缬-亮。亮。l由上述信息得知，八肽的顺序为由上述信息得知，八肽的顺序为：NH2CHRCOOHC NHOCHRCOOH+CH2O C ClOCH2Ol1保护保护-NH2 (氯甲酸苄酯法氯甲酸苄酯法,氯甲酸叔丁酯法氯甲酸叔丁酯法)l氨基酸是多官能团化合物，在按要求形成肽键时，必须将氨基酸是多官能团化合物，在按要求形成肽键时，必须将两个官能团中的一个保护起来，留下一个去进行指定的反两个官能团中的一个保护起来，留下一个去进行指定的反应，才能达到合成的目的。对保护基的要求是：易引入，应，才能达到合成的目的。对保护基的要求是：易引入，之

17、后又易除去。之后又易除去。H2NCHCOOHC NHOCHRCOClCH2OC NHOCHRCOOHCH2ORC NHOCHRCCH2ONHCHCOOHROH2/PtH2N CHRCCH3NHCHCOR O+ CO2 +SOCl22活化反应基团（活化活化反应基团（活化-COOH）多肽l分子量在分子量在1000以上，构型复杂的多肽称为蛋白质以上，构型复杂的多肽称为蛋白质l一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类l根据蛋白质的形状分为：根据蛋白质的形状分为：l（1）纤维蛋白质）纤维蛋白质 如丝蛋白、角蛋白等；如丝蛋白、角蛋白等；l（2）球状蛋白质）球状蛋白质 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、如蛋清蛋白、酪蛋

18、白、血红蛋白、-球代表蛋球代表蛋白（感冒抗体）等。白（感冒抗体）等。l2根据组成分：根据组成分：l单纯蛋白质单纯蛋白质其水解最终产物是其水解最终产物是- 氨基酸。氨基酸。l（2） 结合蛋白质结合蛋白质- 氨基酸氨基酸 + 非蛋白质（辅基）非蛋白质（辅基）l辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。素时称为血红素蛋白等。l根据蛋白质的功能分；根据蛋白质的功能分；l（1） 活性蛋白活性蛋白 按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等。缩蛋白、运输蛋

19、白等。l（2）非活性蛋白）非活性蛋白 担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），具有生物活性的物质。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等等。结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等等。牛胰岛素的一级结构牛胰岛素是有牛胰岛素是有A和和B两条多肽链共两条多肽链共51个氨基酸组成。个氨基酸组成。A链含有链含有11种共种共21个氨基酸残基，个氨基酸残基，N-端为甘端为甘氨酸，氨酸，C-端为天冬酰胺；端为天冬酰胺；B-链含有链含有16种共种共30个氨基酸残基，个氨基酸残基，N-端

20、为苯丙氨酸，端为苯丙氨酸，C-端为丙氨酸。端为丙氨酸。A链和链和B链通过两条二硫键互相连接成胰岛素分子，其分子量大约为链通过两条二硫键互相连接成胰岛素分子，其分子量大约为6000。l-螺旋(-helix)蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。每个氨基酸残基（第n个）的羰基氧与多肽链C端方向的第4个残基（第n+4个）的酰胺氮形成氢键。在典型的右手-螺旋结构中，螺距为，每一圈含有个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升。 螺旋的半径为。-折叠(-sheet)是蛋白质中的常见的二级结构，是由伸展的多肽链组成的。折叠片的构象是通过一个肽键的羰基氧和位于同一个肽链或相邻肽链的另一个酰胺氢之间形成的氢键维持的。氢键几乎都垂直伸展的肽链，这些肽链可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽链反向排列）。-转角(-turn)多肽链中常见的二级结构，连接蛋白质分子中的二级结构（-螺旋和-折叠），使肽链走向改变的一种非重复多肽区，一般含有216个氨基酸残基。含有5个氨基酸残基以上的转角又常称之环（loops）。常见的转角含有4个氨基酸残基，有两种类型。转角I的特点是：第1个氨基酸残基羰基氧与第4个残基的酰胺氮之间形成氢键；转角II的第3个残基往往是甘氨酸。这两种转角中的第2个残基大都是脯氨酸