氨基酸多肽蛋白质和核酸

氨基酸多肽蛋白质和核酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第1页20-2氨基酸结构、分类和命名氨基酸：羧酸分子中碳链上氢原子被氨基取代后生成物。分子中含有氨基和羧基两种官能团天然氨基酸主要是a–氨基酸a–氨基酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第2页20-3氨基酸结构、分类和命名氨基酸分类：（1） 依据分子中氨基与羧基相对位置：

-，

-，g-，

，

-氨基酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第3页20-4氨基酸结构、分类和命名氨基酸分类：（2） 按分子中氨基和羧基数目分：中性氨基酸，碱性氨基酸，酸性氨基酸酸性氨基酸(NCOOH>NNH3)碱性氨基酸(NCOOH<NNH3)中性氨基酸(NCOOH=NNH3)氨基酸多肽蛋白质和核酸第4页20-5氨基酸结构、分类和命名氨基酸命名：（1） 系统命名法：以羧酸为母体，氨基为取代基（2,6-二氨基己酸）（a-氨基乙酸）（2-氨基戊二酸）氨基酸多肽蛋白质和核酸第5页20-6氨基酸结构、分类和命名氨基酸命名：（2） 俗名：天然氨基酸通常按其起源和性质所得俗名来命名Lysine(Lys)

赖Glycine(Gly)

甘Glutamicacid(Glu)

谷氨基酸多肽蛋白质和核酸第6页20-7氨基酸结构、分类和命名氨基酸构型：天然氨基酸都含有旋光性，构型均为L–型氨基酸多肽蛋白质和核酸第7页20-8氨基酸物理性质a-氨基酸都是无色结晶，熔点较对应胺或羧酸高，且大多数是熔化同时发生分解。在水中溶解度小，且大小不一；难溶于非极性有机溶剂光谱性质：IR：1600cm-1羧基负离子吸收带，3100-2600cm-1N-H键伸缩吸收带。氨基酸多肽蛋白质和核酸第8页20-9氨基酸化学性质偶极离子（两性离子）Ka1在简单氨基酸中，它酸性基是-NH3+而不是-COOH，它碱性基团是-COO-而不-NH2

酸碱性——与强酸或强碱作用成盐氨基酸多肽蛋白质和核酸第9页20-10氨基酸化学性质酸碱性——等电点当氨基酸溶于水时，－COOH与－NH2都可电离：

R-CH-COOH+NH3+OH-+H2OR-CH-COO-+NH3-NH2电离酸碱碱酸R-CH-COO-NH2+H3+O+H2OR-CH-COO-+NH3-COOH电离酸碱碱酸但－COOH和－NH2电离程度不一样。通常，电离程度：－COOH＞－NH2

氨基酸多肽蛋白质和核酸第10页20-11氨基酸化学性质酸碱性——等电点加酸或加碱于氨基酸水溶液中，可调整－COOH和－NH2电离程度，使－COOH和－NH2电离程度相同，此时溶液pH值称为氨基酸等电点(PI)pIpH小大pKa1pKa2[阳]>[偶]>[阴]电泳方向：阴极电泳方向：阳极[偶]>[阳]>[阴][偶]>[阴]>[阳][阴]>[偶]>[阳]_偶极离子CHNH3COOR+氨基酸主要存在形式CHCOOHR+NH3+HO_阳离子OH-H+NH2CHCOOR_阴离子OH-H+氨基酸多肽蛋白质和核酸第11页20-12氨基酸化学性质氨基酸等电点涵义：氨基酸溶液中正离子浓度和负离子浓度相等时溶液pH值氨基酸溶液中羧基与氨基电离程度相同时溶液pH值。氨基酸在溶液中以偶极离子存在时，溶液pH值。在电场中，氨基酸既不向阴极移动，也不向阳极移动时，氨基酸溶液pH值。在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在，而且此时溶解度最小。可用调整等电点方法，能够从氨基酸混合物中分离出一些氨基酸各类氨基酸pI值范围中性氨基酸：5.0~6.5酸性氨基酸：2.7~3.2碱性氨基酸：9.5~10.7！等电点不是中性点

氨基酸多肽蛋白质和核酸第12页20-13氨基酸化学性质氨基酸含有氨基和羧基，因而能起氨基和羧基化学反应成盐成酰氯成酯成酰胺还原成盐与亚硝酸反应与甲醛反应酰化烃基化氨基酸多肽蛋白质和核酸第13页20-14氨基酸化学性质与亚硝酸反应——Vanslyke氨基测定法反应是定量，可用于定量测定氨基酸、多肽、蛋白质中a-NH2数目。放出氮气二分之一来自氨基酸氨基二分之一来自HNO2氨基酸多肽蛋白质和核酸第14页20-15氨基酸化学性质与甲醛反应——(Sorensen)甲醛滴定法用途：使氨基消失，即碱性消失，可用碱滴定羧基含量氨基酸多肽蛋白质和核酸第15页20-16氨基酸化学性质与2,4-二硝基氟苯（Sanger’sReagent）反应用途：用于a-氨基酸比色测定；多肽、蛋白质N-端氨基酸测定(DNP法）及其氨基酸排列次序测定

DNFB氨基酸DNP-氨基酸（黄）（桑格试剂）氨基酸多肽蛋白质和核酸第16页20-17氨基酸化学性质氨基酰化反应用途：在合成蛋白质过程中，作为氨基保护基团。氨基酸多肽蛋白质和核酸第17页20-18氨基酸化学性质氧化性脱氨基反应生物体内在酶催化下，氨基酸也可发生氧化脱氨反应，这是生物体内蛋白质分解代谢主要反应之一。氨基酸多肽蛋白质和核酸第18页20-19氨基酸化学性质与茚三酮反应——Kaiser判定用途：用于a-氨基酸定性和定量试验CCCOOOCCCOOOHOHH2O茚三酮水合茚三酮氨基酸多肽蛋白质和核酸第19页20-20氨基酸化学性质氨基酸羧基反应动植物体内天冬酰胺和谷氨酰胺就是按此反应方式进行C2H5OH氨基酸多肽蛋白质和核酸第20页20-21氨基酸化学性质氨基酸羧基反应酯化保护羧基成酰氯活化羧基RCHCOOHNH2RCHCOClNH2RCHCOOCH2PhNH2PCl5-POCl3,-HClPhCH2OH-H2O氨基酸多肽蛋白质和核酸第21页20-22氨基酸化学性质脱羧反应生物体内脱羧酶也能催化氨基酸脱羧反应，这是蛋白质腐败发臭主要原因。戊二胺（尸胺）氨基酸多肽蛋白质和核酸第22页20-23氨基酸化学性质与金属离子形成配合物用来沉淀和判别一些氨基酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第23页20-24氨基酸化学性质加热脱水、脱羧反应因为氨基和羧基相对位置不一样，氨基酸受热后所发生反应也不一样。与羟基酸失水，失羧反应类似（1）α-氨基酸——生成交酰胺（二酮吡嗪）

（α-羟基酸——生成交酯）

氨基酸多肽蛋白质和核酸第24页20-25氨基酸化学性质加热脱水、脱羧反应（2）b-氨基酸——生成a,b-不饱和酸（b-羟基酸——消除反应生成a,b-不饱和酸）

（3）g，d-氨基酸——生成内酰胺（g，d-羟基酸——分子内脱水生成内酯）

氨基酸多肽蛋白质和核酸第25页20-26氨基酸化学性质加热脱水、脱羧反应（4）肽生成——两分子

a－氨基酸发生一分子氨基和另一分子羧基间脱水反应RCHCH2NOH'CHCH2NOH+CHCH2NNH'CHCRRROOOOOH肽键由此，可形成二肽、三肽…

，多肽等天然多肽是由不一样氨基酸所组成.氨基酸多肽蛋白质和核酸第26页20-27氨基酸化学性质失羧失胺反应：受酶作用失去CO2和NH3，生成对应醇

酶(CH3)2CH-CH2-CH-COOH+H2O──→(CH3)2CH-CH2-CH2OH+CO2+NH3

│NH2氨基酸多肽蛋白质和核酸第27页20-28氨基酸起源与合成主要有蛋白质水解，有机合成和发酵法三条路径蛋白质水解酸性、碱性、酶等条件下发生水解，最终产物都是氨基酸。蛋白质水解生成氨基酸大约有20余种。ProteinH+orOH-or酶各种a-氨基酸混合物分离电泳、色谱、离子交换等（均为L－型）各种a-氨基酸缺点：损失较大，也易外消旋化。RCHCH2NOH'CHCH2NOH+CHCH2NNH'CHCRRROOOOOHH2O氨基酸多肽蛋白质和核酸第28页20-29氨基酸起源与合成氨基酸有机合成——多为外消旋氨基酸（1）a-卤代酸氨化氨基酸多肽蛋白质和核酸第29页20-30氨基酸起源与合成氨基酸有机合成——多为外消旋氨基酸（2）由醛或酮制备：（strecker合成）氨基酸多肽蛋白质和核酸第30页20-31氨基酸起源与合成氨基酸有机合成——多为外消旋氨基酸（3）丙二酸酯合成法：邻苯二甲酰亚胺丙二酸酯合成氨基酸多肽蛋白质和核酸第31页20-32氨基酸起源与合成氨基酸有机合成——多为外消旋氨基酸（3）丙二酸酯合成法：邻苯二甲酰亚胺丙二酸酯合成氨基酸多肽蛋白质和核酸第32页20-33氨基酸起源与合成氨基酸有机合成（3）丙二酸酯合成法：氨基酸多肽蛋白质和核酸第33页20-34氨基酸起源与合成

微生物发酵法糖发酵生产谷氨酸;微生物方法将石油人工转化为成氨基酸

其它氨基酸合成方法酶促转化法生成氨基酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第34页20-35氨基酸起源与合成DL-氨基酸拆分化学拆分原理：外消旋氨基酸先与光学活性拆分剂反应生成含有旋光性氨基酸衍生物(如氨基酯，酰胺)复盐，拆分复盐后再水解，调整pH至氨基酸等电点，即可折出结晶．氨基酸多肽蛋白质和核酸第35页20-36氨基酸起源与合成DL-氨基酸拆分酶拆分原理：先生成其衍生物如外消旋酯、酰胺，然后被酶或微生物选择性水解成旋光纯氨基酸（脱酰酶），再经过常规化学物理方法从反应混合物中分离．D氨基酸多肽蛋白质和核酸第36页20-37氨基酸起源与合成氨基酸立体有择合成铑手性络合氢化催化剂以立体有择方式转移它H原子[Rh((R)-L)(H2)2(溶剂)2]+2-乙酰氨基丙烯酸N-乙酰-L-丙氨酸(1)OH-,H2O,D(2)H3O+L-丙氨酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第37页20-38多肽肽：a-氨基酸分子中羧基与另一分子a-氨基酸氨基

生成酰胺。多肽：多个a–氨基酸分子用肽键连接而生成化合物。普通把含100个以上氨基酸残基多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。多肽和蛋白质没有显著界限。游离氨基一端(-NH2)——N端（写在左边）；有游离羧基一端(-COOH)——C端（写在右边）。氨基酸多肽蛋白质和核酸第38页20-39多肽命名按氨基酸在链中次序依次由N-端排列至C-端，以C-端氨基酸为母体，将N-端氨基酸写在最前，肽链中其它氨基酸名称中“酸”改为“酰”甘氨酰–丙氨酰–苯丙氨酸（甘–丙–苯丙）（Gly–Ala–Phe）俗名：牛胰岛素、催产素氨基酸多肽蛋白质和核酸第39页20-40多肽结构例：由甘氨酸和丙氨酸所形成二肽：A与B结构不一样，是不一样化合物。A：N端——甘氨酸，C端——丙氨酸；B：N端——丙氨酸，C端——甘氨酸。甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酸22HN-CH-C-NH-CH-COOHOCH3AH2N-CH-C-NH-CH2-COOHOCH3BNH2-CH2-COOH甘氨酸(Gly)H2N-CH-C-OHOCH3丙氨酸(Ala)+氨基酸多肽蛋白质和核酸第40页20-41多肽结构测定氨基酸分子数(测分子量)组成肽氨基酸种类及相对含量各氨基酸排列次序构型——由L型氨基酸组成多肽氨基酸种类、相对含量层析分离或氨基酸分析仪①

多肽6NHCl110oC(11h)各种氨基酸试验式分子量测定分子式●

测定方法H2NCHCORHNCHCOR1HNCHCOR2HNCHCOR3HNCHCOHORnN端C端②

连接次序：——末端分析法氨基酸多肽蛋白质和核酸第41页20-42多肽结构测定端基分析法——测定N端和C端N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸(Carboxyl-terminal)。在肽链氨基酸次序分析中，最主要是N-端氨基酸分析法。N末端：1、Sanger法2、Edman法3、丹磺酰氯(DNS-Cl)法4、酶降解法C末端：1、肼解法2、酶降解法3、硼氢化锂法√√√氨基酸多肽蛋白质和核酸第42页20-43多肽结构测定端基分析法——测定N端1、Sanger法主要缺点:当水解分离N-二硝基苯氨基酸同时，整个多肽链也会分解成氨基酸氨基酸多肽蛋白质和核酸第43页20-44多肽结构测定端基分析法——测定N端2、Edman降解法——异硫氰酸苯酯（PITC）

特点:能够不停重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标识和解离。只能可靠地测定几十个氨基酸残基序列氨基酸多肽蛋白质和核酸第44页20-45多肽结构测定端基分析法——测定C端羧肽酶法——肽链外切酶（exopeptidase），即它专门催化水解肽链末端（即C-端）肽键。缺点:实际测定时有困难，极难判断出哪个残基在前，哪个残基在后。只能用于测定末端附近极少几个残基序列。当前常见羧肽酶有四种：A,B,C和YA和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母。氨基酸多肽蛋白质和核酸第45页20-46多肽结构测定氨基酸排列次序测定●

个别水解法胰蛋白酶：赖氨酸、精氨酸胰凝乳蛋白酶：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，酸性磷酸酶、弹性蛋白酶酶解：溴化氰水解，选择性切割甲硫氨酸羧基所形成肽键化学法：氨基酸多肽蛋白质和核酸第46页20-47多肽结构测定设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸这三种酸有六种排列次序（n！）：

谷●半胱●甘谷●甘●半胱半胱●谷●甘半胱●甘●谷甘●谷●半胱甘●半胱●谷把它们个别水解，水解产物中有两种多肽，把它们分离后，分别进行末端分析，知道它们是：谷●半胱和半胱●甘，由此推知半胱氨酸是在三肽中间，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即该三肽结构是谷●半胱●甘。氨基酸多肽蛋白质和核酸第47页20-48多肽合成按照设计氨基酸次序，经过定向形成酰胺键方法得到目标多肽分子必须采取定向形成酰胺键方法：保护基团：对暂时不参予形成酰胺键氨基和羧基进行保护；对侧链活性基团进行保护活化反应基团：通常是活化羧基不外消旋化：生物活性：氨基酸多肽蛋白质和核酸第48页20-49多肽合成基础原理X:氨基保护基；Q:羧基保护基预防乱接负反应发生，并使氨基酸易溶于有机溶剂

XNHCHCOY+H2NCHCOOQR1R2XNHCHCONHCHCOOQR1R2

Y：强吸电子基团，活化羧基。反应结束后，选择性脱去X或Q，进行第二次连接氨基酸侧链官能团保护氨基酸多肽蛋白质和核酸第49页20-50多肽合成氨基保护——叔丁氧基酰基（t-Boc）形成t-Boc-氨基酸，能够有效地保护氨基。t-Boc基能够在温和酸性条件下，以气态形式被除去。二叔丁基二碳酸酯氨基酸多肽蛋白质和核酸第50页20-51多肽合成氨基保护——苄氧酰基（CBz）在弱酸性条件下比较稳定，但在催化氢解条件下轻易被除去。产物也轻易分离。氨基酸多肽蛋白质和核酸第51页20-52多肽合成羧基保护——与醇反应成酯肽甲酯、乙酯对TFA、HCl等酸解条件和催化氢解稳定。能用NaOH有机水溶液除去。苄酯还能用催化氢解方法。氨基酸多肽蛋白质和核酸第52页20-53多肽合成

肽键形成方法——羧基活化将N－保护氨基酸或肽a－羧基转变成活化型RCOX，羰基碳原子带有较强正电性，从而有利于NH2R’对它进行亲核反应生成RCONHR’氨基酸多肽蛋白质和核酸第53页20-54多肽合成肽键形成方法——偶联缩正当N,N’-二环己基碳二亚胺（简称DCC）氨基酸多肽蛋白质和核酸第54页20-55多肽合成多肽固相合成将目标多肽C-端羧基以共价键形式与一个不溶性高分子树脂相连，然后以这个氨基酸氨基作为起点，与另一分子氨基酸羧基作用（用DCC作偶联剂）形成肽键。不停重复这一过程，即能够得到目标多肽产物。合成反应完成后，去除保护基，将肽链与树脂分离，即得到目标产物。氨基酸多肽蛋白质和核酸第55页20-56多肽构象肽键结构p－π共轭，N近似sp2杂化，与邻近共六个原子在同一平面上,称为肽平面。所以C-N含有个别双键性质,不可自由转动氨基酸多肽蛋白质和核酸第56页20-57多肽结构肽键结构两个肽平面以一个Ca为中心发生旋转在大多数情况下，以反式结构存在氨基酸多肽蛋白质和核酸第57页20-58蛋白质结构蛋白质是由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成生物大分子。蛋白质与多肽并无严格界限，通常是将相对分子量在10000以上多肽称为蛋白质。蛋白质结构能够分成四个层次: primarystructure 一级结构：氨基酸序列

secondarystructure二级结构：a螺旋，b折叠

tertiarystructure 三级结构：全部原子空间位置

quanternarystructure四级结构：蛋白质多聚体氨基酸多肽蛋白质和核酸第58页20-59蛋白质结构一级结构——组成蛋白质多肽链数目、多肽链氨基酸次序，以及多肽链内或链间二硫键数目和位置。肽键是蛋白质一级结构基础结构键牛：A8—丙A10—缬B30—丙猪：A8—苏A10—异亮B30—丙人：A8—苏A10—异亮B30—苏氨基酸多肽蛋白质和核酸第59页20-60蛋白质结构

二级结构——多肽链主链骨架在空间盘波折叠构象a—螺旋结构和b—折叠结构氨基酸多肽蛋白质和核酸第60页20-61蛋白质结构a—螺旋结构——一条肽链经过一个酰胺键中羰基氧原子与另一酰胺键中氨基氢原子形成氢键而绕成螺旋形结构α-螺旋结构俯视图

螺旋一圈是3.6个氨基酸结构单位，第一个氨基酸残基N上H与第四个氨基酸残基上羰基形成氢键。两螺旋间距离是0.54nm氨基酸多肽蛋白质和核酸第61页20-62蛋白质结构β—折叠结构——由链间氢键将肽拉在一起形成“片”状结构

蛋白质反平行β-折叠氨基酸多肽蛋白质和核酸第62页20-63蛋白质结构蛋白质二级结构氨基酸多肽蛋白质和核酸第63页20-64蛋白质结构蛋白质三级结构——指一条多肽链借助于各种副键在空间总折叠、卷曲、盘旋形状，即一条多肽链或蛋白质亚基在空间总体构象主键：肽键副键：氢键盐键二硫键疏水键范德华力肌红蛋白三级结构J.C.Kendrew和M.F.Perutz用X-衍射法测定了血红蛋白和肌红蛋白三级结构取得了1962年诺贝尔化学奖。氨基酸多肽蛋白质和核酸第64页20-65蛋白质结构蛋白质三级结构氨基酸多肽蛋白质和核酸第65页20-66蛋白质结构蛋白质四级结构——含有三级结构亚基彼此经过非共价键缔合在一起聚集体血红蛋白四级结构由两条或两条以上含有三级结构多肽链经过疏水作用力、盐键等次级键相互缔合而成。氨基酸多肽蛋白质和核酸第66页20-67蛋白质结构蛋白质结构演变氨基酸多肽蛋白质和核酸第67页20-68蛋白质结构蛋白质结构演变氨基酸多肽蛋白质和核酸第68页20-69蛋白质性质由氨基酸以酰胺键（肽键）形成（普通相对分子质量在1万以上）高分子化合物（1）蛋白质两性和等电点蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(IsoelectricpointpI)，蛋白质溶解度最小，不发生电泳现象。在同一pH溶液中，各种蛋白质所带电荷性质、数量不一样，分子大小不一样，所以在电场中移动速度不一样，这是电泳分析法基础。氨基酸多肽蛋白质和核酸第69页20-70蛋白质性质由氨基酸以酰胺键（肽键）形成（普通相对分子质量在1万以上）高分子化合物蛋白质是高分子化合物，多数蛋白质可溶于水或其它极性溶剂，不溶于有机溶剂，蛋白质水溶液含有胶体溶液性质。不能透过半透膜。据此可分离、提纯蛋白质（渗析法）。（2）溶液性质

形成保护性水化膜粒子带有同性电荷氨基酸多肽蛋白质和核酸第70页20-71蛋白质性质由氨基酸以酰胺键（肽键）形成（普通相对分子质量在1万以上）高分子化合物向蛋白质溶液中加入无机盐（如(NH4)2SO4、MgSO4、NaCl等），蛋白质可从溶液中析出。盐析为可逆过程利用各种不一样蛋白质沉淀析出所需盐最低浓度不一样可分离蛋白质（3）盐析氨基酸多肽蛋白质和核酸第71页20-72蛋白质性质由氨基酸以酰胺键（肽键）形成（普通相对分子质量在1万以上）高分子化合物（4）蛋白质变性蛋白质受热、紫外光或一些化学试剂（硝酸、三氯乙酸、单宁酸、苦味酸、重金属盐、尿素、丙酮等）作用，发生不可逆沉淀，同时破坏了蛋白质结构状态，引发蛋白质理化性质改变并造成其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质变性(denaturation)。蛋白质都含有旋光性，伴随蛋白质变性，它们旋光性也会改变。蛋白质变性通常是不可逆。氨基酸多肽蛋白质和核酸第72页20-73蛋白质性质颜色反应缩二脲反应

在蛋白质水溶液中加碱和稀硫酸铜溶液，即产生紫红色氨基酸多肽蛋白质和核酸第73页20-74蛋白质性质颜色反应黄色反应

分子中含有苯环蛋白质，遇浓硝酸即显黄色（因为苯环发生了硝化），再用碱处理，黄色就会转为橙色氨基酸多肽蛋白质和核酸第74页20-75蛋白质性质颜色反应水合茚三酮反应

蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用，也有颜色反应，但颜色与氨基酸不大一样。氨基酸多肽蛋白质和核酸第75页20-76核酸组成从细胞核中分离出含有酸性物质。在生物体内，核酸主要以核蛋白形式存在。核酸组成成份：核酸水