第18章氨基酸和蛋白质

1、第十八章第十八章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸氨基酸、多肽、蛋白质和核酸第一节第一节 氨基酸氨基酸一、氨基酸的分类、结构和命名一、氨基酸的分类、结构和命名按照氨基连在碳链上的位次不同而分为按照氨基连在碳链上的位次不同而分为, , , , , , -氨基酸。氨基酸。由蛋白质水解得到的氨基酸大多数是由蛋白质水解得到的氨基酸大多数是-氨基酸氨基酸，且仅有二十几种（，且仅有二十几种（如表如表18.118.1，P P457457），它们，它们是组成蛋白质的基本单位。是组成蛋白质的基本单位。除甘氨酸外，都有手性碳，天然氨基酸几乎都是除甘氨酸外，都有手性碳，天然氨基酸几乎都是L L构构型型-C C上的上的NH

2、NH2 2在在FischerFischer投影式中朝左投影式中朝左。HCH2OHNH2COOHHRNH2COOHL- L-甘油醛甘油醛 L- L-氨基酸氨基酸 L- L-丝氨酸丝氨酸 HCH2OHOHCHO练习练习 p p458458 问题问题18.118.1、18.218.2二、氨基酸的物理性质二、氨基酸的物理性质氨基酸是没有挥发性的粘稠液体或结晶固体。固体氨氨基酸是没有挥发性的粘稠液体或结晶固体。固体氨基酸的基酸的熔点很高熔点很高。例如。例如mp.mp.(NH2CH2COOH)(NH2CH2COOH)292,292,并分解，并分解，而而mp.mp.(CH3COOH)(CH3COOH) 16

3、.6 16.6。一般的氨基酸一般的氨基酸能溶于水能溶于水，不溶于乙醚、丙酮和氯仿等不溶于乙醚、丙酮和氯仿等非极性有机溶剂非极性有机溶剂。原因：氨基酸一般以原因：氨基酸一般以偶极离子偶极离子NH3+CHRCOO-的的内盐内盐形式存在形式存在氨基酸具有氨基酸具有氨基和羧基的典型性质氨基和羧基的典型性质，也具有，也具有氨基和羧氨基和羧基相互影响而产生的一些特殊性质基相互影响而产生的一些特殊性质。P460偶极距大偶极距大 P460RCHCOOHNH3RCHCOONH3RCHCOONH2H+OHH+OH-+- 正离子正离子 偶极离子偶极离子 负离子负离子1 1、 两性和等电点两性和等电点 氨基酸因含有氨

4、基和羧基，氨基酸因含有氨基和羧基，既能与酸又能与碱反应既能与酸又能与碱反应，是是两性化合物两性化合物。分子内的氨基与羧基也能反应生成盐，这。分子内的氨基与羧基也能反应生成盐，这种盐称为种盐称为内盐内盐，亦称，亦称两性离子或偶极离子两性离子或偶极离子。-氨基酸的物氨基酸的物理性质也说明它是理性质也说明它是以内盐形式以内盐形式存在的。存在的。三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质强酸性溶液中强酸性溶液中(pH=0) (pH=0) 强碱性溶液中强碱性溶液中(pH=14) (pH=14) 主要存主要存在形式在形式 主要存在形式主要存在形式 当溶液为某一当溶液为某一pHpH时，时，负离子和正离子浓度相

5、等负离子和正离子浓度相等，净电荷等净电荷等于零于零，在电场中氨基酸既不向正极也不向负极移动在电场中氨基酸既不向正极也不向负极移动，这时，这时溶液的溶液的pHpH称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点( (用用pIpI表示表示) )，不同的氨基不同的氨基酸具有不同的等电点酸具有不同的等电点( (见表见表18.2 P18.2 P461461) )。在等电点时，偶极离子的浓度最大，在等电点时，偶极离子的浓度最大，氨基酸在水中的氨基酸在水中的溶解度最溶解度最小小，因此利用调节等电点的方法，可以，因此利用调节等电点的方法，可以分离氨基酸分离氨基酸的混合物。的混合物。 - -氨基酸分子中的氨基具有典型氨

6、基的性质，例如氨基酸分子中的氨基具有典型氨基的性质，例如能与能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试剂等反应酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试剂等反应。2 2、氨基的反应、氨基的反应RCHCOOHNH2RCHCOOHOHHNO2N2FNO2O2NPhCH2OCOClRCHCOOHNHNO2O2NRCHCOOHNHCOOCH2PhH2OHCl-HF测定伯氨基测定伯氨基范斯莱克范斯莱克VanslykeVanslyke法法鉴别氨基酸鉴别氨基酸保护氨基保护氨基3 3、羧基的反应、羧基的反应酯化酯化P462P4624 4、与水合茚三酮反应、与水合茚三酮反应 - -氨基酸水溶液与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物氨基

7、酸水溶液与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物质。质。OHOHOORCHCOOHNH2NOONOHO+水合茚三酮水合茚三酮 ( (蓝紫色物质蓝紫色物质) )反应很灵敏，水合茚三酮显色反应与离子交换层析法结合，反应很灵敏，水合茚三酮显色反应与离子交换层析法结合，广泛用于广泛用于鉴别氨基酸以及鉴别氨基酸以及定量测定氨基酸的浓度定量测定氨基酸的浓度。5 5、肽的形成、肽的形成H2NCHCR OOH + HNHCHCOOHRH2NCH CNH CHCOOH + H2OROR肽键肽键二个氨基酸形成的肽叫二个氨基酸形成的肽叫二肽。二肽。四、四、-氨基酸的合成氨基酸的合成1、-卤代酸的氨化卤代酸的氨化P463问题问

8、题18.32、N-取代氨基丙二酸酯的烃化取代氨基丙二酸酯的烃化P464问题问题18.43、Strecker合成合成P464问题问题18.5 18.6五、五、-氨基酸的拆分氨基酸的拆分P465第二节第二节 肽肽一、肽的结构和命名一、肽的结构和命名根据肽分子中根据肽分子中 - -氨基酸的数目分为：氨基酸的数目分为：二肽二肽、三肽三肽及及多多肽肽。超过。超过5050个叫蛋白质，此时分子量超过个叫蛋白质，此时分子量超过1000010000，分，分子不能通过半透膜。子不能通过半透膜。在肽链中，有游离氨基的一端叫在肽链中，有游离氨基的一端叫NN端端，有游离羧基的一，有游离羧基的一端叫端叫C C端端。 NN

9、端写在左，端写在左， C C端写在右，命名时由端写在右，命名时由NN端开端开始，称始，称某氨酰某氨酸某氨酰某氨酸，也可用简写表示。，也可用简写表示。例如：例如：H2NCH2CNHCHCOOHOCH3甘氨酰丙氨酸（甘丙）甘氨酰丙氨酸（甘丙）NN端端C C端端H2NCH2CONHCHCONHCHCOOHCH2OHCH3甘氨酰丙氨酰丝氨酸甘氨酰丙氨酰丝氨酸（甘丙丝）（甘丙丝）在酸或碱的作用下，肽键断裂生成氨基酸的混合物。在酸或碱的作用下，肽键断裂生成氨基酸的混合物。然后采取适当的方法，如电泳、离子交换层析或氨基然后采取适当的方法，如电泳、离子交换层析或氨基酸分析仪等，测定氨基酸的种类和数量。酸分析仪

10、等，测定氨基酸的种类和数量。二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定1 1、肽水解、肽水解氨基酸分析氨基酸分析2 2、氨基酸顺序的测定、氨基酸顺序的测定两个不同的氨基酸组成二肽时，有两个不同的氨基酸组成二肽时，有两种连接方式两种连接方式；随；随组成肽的氨基酸的数目增多，理论上的连接方式也随组成肽的氨基酸的数目增多，理论上的连接方式也随之增加。由三个不同氨基酸形成的三肽可能有六种，之增加。由三个不同氨基酸形成的三肽可能有六种，四肽可能有二十四种，五肽以上则更多。由此可以看四肽可能有二十四种，五肽以上则更多。由此可以看出，要确定肽的结构是很困难的。出，要确定肽的结构是很困难的。Sanger FSang

11、er F由于确定由于确定了胰岛素了胰岛素( (一种多肽一种多肽) )的结构，于的结构，于19581958年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。 测定肽中氨基酸顺序通常有两种方法：测定肽中氨基酸顺序通常有两种方法： 一是一是端极分析端极分析：选择适当的试剂与肽链的：选择适当的试剂与肽链的NN端或端或C C端作用，然后水解，则含有此试剂的氨基酸一端作用，然后水解，则含有此试剂的氨基酸一定是链端的氨基酸，这叫定是链端的氨基酸，这叫端基分析。端基分析。另一种是另一种是选择性水解选择性水解：用某些酶将原来的肽链水：用某些酶将原来的肽链水解为较小的片断，测定片断中解为较小的片断，测定片断中C端端和和N端端氨基氨

12、基酸，再分析每一片断的氨基酸组分；然后将碎片酸，再分析每一片断的氨基酸组分；然后将碎片拼起来得到完整的顺序拼起来得到完整的顺序2,4-2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（SangerSanger试剂）与试剂）与NN端的氨基作用，端的氨基作用，生成的取代多肽用酸水解后，生成的取代多肽用酸水解后，NN端氨基酸就生成黄色端氨基酸就生成黄色的的2 2，4-4-二硝基苯基氨基酸，容易与其它氨基酸分开。二硝基苯基氨基酸，容易与其它氨基酸分开。用层析法与标准样比较，即可鉴定用层析法与标准样比较，即可鉴定NN端是哪一种氨基端是哪一种氨基酸酸+H3NCHCOOHRNH2CHCONHCHCORRFNO2O2NNHCH

13、CONHCHCONO2O2NRRHCl H2ONHCHCOOHNO2O2NR+.+(1) N端分析端分析：桑戈尔法桑戈尔法丹酰氯，即：丹酰氯，即：5-（二甲氨基）萘（二甲氨基）萘-1-磺酰氯也能与多肽磺酰氯也能与多肽N-端的游离氨基反应，生成的取代多肽水解后，得到能发端的游离氨基反应，生成的取代多肽水解后，得到能发荧光的荧光的N-丹酰氯氨基酸丹酰氯氨基酸(丹酰氯本身不发荧光丹酰氯本身不发荧光)，可以用，可以用纸层析法或薄层色谱法鉴定，从而使所需多肽样品的用纸层析法或薄层色谱法鉴定，从而使所需多肽样品的用量减少。量减少。荧光法荧光法Edman降解降解 异硫氰酸苯酯能与多肽异硫氰酸苯酯能与多肽N-

14、端氨基起加成反应，生成苯端氨基起加成反应，生成苯氨甲硫酰基衍生物（氨甲硫酰基衍生物（PTC衍生物）：衍生物）： PTC衍生物在无水条件下用酸处理，衍生物在无水条件下用酸处理，N-端氨基酸从肽链端氨基酸从肽链上断裂下来，生成取代二氢噻唑酮，后者在酸性条件下上断裂下来，生成取代二氢噻唑酮，后者在酸性条件下重排成乙内酰苯硫脲衍生物（重排成乙内酰苯硫脲衍生物（PTH衍生物），后者经分衍生物），后者经分离后，用层析法或质谱法与标准样品比较，可以测定多离后，用层析法或质谱法与标准样品比较，可以测定多肽肽N-端是哪一种氨基酸。端是哪一种氨基酸。肽链中间的肽链中间的-NH-CO-键要在水存在下才能断裂，键要在

15、水存在下才能断裂， 只有被苯氨甲硫只有被苯氨甲硫酰基取代的酰基取代的N-端氨基酸才能在无水条件下断裂下来同时生成端氨基酸才能在无水条件下断裂下来同时生成N-端端少一个氨基酸基的多肽，后者经分离后，可以继续与异氰酸苯酯反少一个氨基酸基的多肽，后者经分离后，可以继续与异氰酸苯酯反应，重复这一循环，就可以测定多肽应，重复这一循环，就可以测定多肽N-端的氨基酸基排列顺序，这端的氨基酸基排列顺序，这种方法称作为种方法称作为Edman降解降解 在计算机控制的自动化装置中，已可测定多肽链中在计算机控制的自动化装置中，已可测定多肽链中N-端端前前前前20个氨基酸的顺序，并曾用同一多肽样品测定个氨基酸的顺序，并

16、曾用同一多肽样品测定N-端端前前60个氨基酸的顺序。个氨基酸的顺序。（2）C-端分析端分析多肽可以在各种肽酶催化下水解。在羧肽酶催化下，多肽可以在各种肽酶催化下水解。在羧肽酶催化下，多肽链中只有多肽链中只有C-端的氨基酸能断裂下来。端的氨基酸能断裂下来。 多肽在恒温和羧肽酶存在下水解，溶液中首先出现多肽在恒温和羧肽酶存在下水解，溶液中首先出现的游离氨基酸就是的游离氨基酸就是C端氨基酸。去掉一个端氨基酸。去掉一个C端氨基酸端氨基酸后剩下的多肽可以继续水解。在顺利的例子中，根后剩下的多肽可以继续水解。在顺利的例子中，根据各种氨基酸出现的速度可以测定据各种氨基酸出现的速度可以测定C-端前端前4个氨基

17、酸个氨基酸基的顺序。基的顺序。三、多肽和蛋白质的合成三、多肽和蛋白质的合成3、选择性水解：、选择性水解：p4701、合成主要步骤：官能团保护、羧基活化（偶联）、合成主要步骤：官能团保护、羧基活化（偶联）、去保护基去保护基 p4722、多肽的固相合成：、多肽的固相合成：p473四、蛋白质的性质四、蛋白质的性质蛋白质是蛋白质是氨基酸的氨基酸的高聚物高聚物。是。是多肽多肽。是生物体内。是生物体内一切组织的基础物质。一切组织的基础物质。蛋白质分子蛋白质分子结构复杂结构复杂，相对，相对分子质量很大分子质量很大，分子中带，分子中带有很有很多极性基团多极性基团并彼此间相互作用着，某些基团还带并彼此间相互作用

18、着，某些基团还带有电荷，所以它们表现出一系列有电荷，所以它们表现出一系列物理和化学特性物理和化学特性。1 1、胶体溶液的性质、胶体溶液的性质蛋白质的水溶液蛋白质的水溶液不能透过半透膜，不能透过半透膜，是一种稳定的亲水是一种稳定的亲水胶体。利用这种性质，将蛋白质和低分子化合物或无胶体。利用这种性质，将蛋白质和低分子化合物或无机盐通过透析法分离开来机盐通过透析法分离开来2 2、盐析、盐析蛋白质溶液加入无机盐蛋白质溶液加入无机盐( (如硫酸镁、氯化钠等如硫酸镁、氯化钠等) )溶液后，溶液后，蛋白质便从溶液中析出，这种作用称为蛋白质便从溶液中析出，这种作用称为盐析盐析3 3、两性和等电点、两性和等电点与与 氨基酸相似，蛋白质也是氨基酸相似，蛋白质也是