氨基酸多肽和蛋白质专家讲座

第十七章

氨基酸、多肽和蛋白质7/11/20241氨基酸多肽和蛋白质第1页蛋白质是生物体内极为主要一个生物大分子,几乎全部生命现象和全部细胞活动最终都是经过蛋白质介导来表示和实现,所以没有蛋白质就没有生命。蛋白质是由氨基酸经过酰胺键组成多肽链在空间盘绕折叠而成。多肽也是由氨基酸组成,除了作为蛋白质代谢中间产物外,一些活性肽还是沟通细胞与器官间信息主要化学信使。

7/11/20242氨基酸多肽和蛋白质第2页第一节氨基酸7/11/20243氨基酸多肽和蛋白质第3页

氨基酸(AminoAcid)是分子内同时含有氨基和羧基化合物。依据氨基和羧基相对位置,有α、β、γ-氨基酸等。不一样起源蛋白质在酸、碱和酶作用下可完全水解,得到最终产物是各种不一样

-氨基酸混合物,所以

-氨基酸是组成蛋白质基本单位。7/11/20244氨基酸多肽和蛋白质第4页（一）氨基酸结构自然界中已发觉氨基酸有几百种,但蛋白质水解后常见氨基酸主要有20种。它们在化学结构上都含有共同特征,即氨基和羧基都连接在-碳原子上,属-氨基酸(脯氨酸为-亚氨基酸)。

-氨基酸脯氨酸(

-亚氨基酸)一、氨基酸结构、分类和命名7/11/20245氨基酸多肽和蛋白质第5页因为氨基酸分子内同时存在酸性基团(-CO2H)和碱性基团(-NH2),它们可相互作用形成内盐。在生理pH时,羧基几乎全以-CO2-形式存在,大多数氨基也主要以-NH3+形式存在。所以,氨基酸是偶极离子(zwitterion)。氨基酸这种内盐结构,使其物理性质与普通有机化合物不一样,如熔点较高(>200C),大多难溶于有机溶剂,而易溶于强酸、强碱等极性溶剂中。内盐偶极离子7/11/20246氨基酸多肽和蛋白质第6页

表存在于蛋白质中20种常见氨基酸7/11/20247氨基酸多肽和蛋白质第7页

7/11/20248氨基酸多肽和蛋白质第8页

7/11/20249氨基酸多肽和蛋白质第9页

7/11/202410氨基酸多肽和蛋白质第10页除甘氨酸外,其它19种氨基酸

-C都为*C,存在一对对映体:生物体内含有旋光活性

-氨基酸均为L型。7/11/202411氨基酸多肽和蛋白质第11页18种氨基酸绝对构型为S-构型,只有半胱氨酸为R-构型。HSCH2->-COOH小中大7/11/202412氨基酸多肽和蛋白质第12页异亮氨酸及苏氨酸中-碳原子亦为手性碳原子,在蛋白质中异亮氨酸绝对构型为S型,苏氨酸则为R型。2S,3S-异亮氨酸2S,3R-苏氨酸7/11/202413氨基酸多肽和蛋白质第13页课堂练习：写出苏氨酸(α-氨基-β-羟基丁酸)全部立体构型Fischer投影式，标明D.L和R、S构型，并指出何者为蛋白质中存在主要构型。7/11/202414氨基酸多肽和蛋白质第14页（二）氨基酸分类7/11/202415氨基酸多肽和蛋白质第15页（三）氨基酸命名1.系统命名法把氨基看成取代基,以羧酸做母体,称为氨基某酸。氨基位置习惯上用希腊字母α、β、γ等表示。2.俗名天然产氨基酸更普遍使用习惯命名或俗名,即按其起源或性质命名。如天门冬氨酸最初由天门冬幼苗中发觉;甘氨酸因其含有甜味而得名。生物体内作为合成蛋白质原料20种氨基酸,象元素符号一样,都有国际通用符号,汉字用简称表示。7/11/202416氨基酸多肽和蛋白质第16页二、营养必需氨基酸亮、异亮、缬、苯丙、蛋、苏、色、赖等8种氨基酸在人体内不能合成或合成量不足,必需由食物蛋白质补充才能维持机体正常生长发育,故这些氨基酸称为营养必需氨基酸。另外,组氨酸和精氨酸在婴幼儿和儿童期因体内合成不足,也需依赖食物补充。大多数动物蛋白质包含牛乳中酪蛋白和蛋类中蛋白质,因所含必需氨基酸种类和百分比与人体需要相靠近,故营养价值高。谷类蛋白质中含赖氨酸较少而色氨酸较多,豆类蛋白质中含色氨酸较少而赖氨酸较多,所以食用不一样起源蛋白质食物较有利于必需氨基酸充分补给。7/11/202417氨基酸多肽和蛋白质第17页蛋白质分子中尚含有一些经修饰氨基酸,这类氨基酸在生物体内均无对应遗传密码,往往在蛋白质生物合成前后,由其中对应氨基酸经加工修饰而成,称为修饰氨基酸(modifiedaminoacid)或衍生氨基酸(derivedaminoacid)。三、修饰氨基酸和非蛋白质氨基酸L-羟脯氨酸L-胱氨酸

7/11/202418氨基酸多肽和蛋白质第18页L-羟赖氨酸鸟氨酸瓜氨酸7/11/202419氨基酸多肽和蛋白质第19页四、氨基酸性质氨基酸除含有氨基和羧基一些经典反应之外,因为二者相互影响、相互作用而含有一些特征。（一）氨基酸酸碱性和等电点氨基酸含有两性化合物特征,既能与较强酸起反应,也能与较强碱起反应而生成稳定盐。7/11/202420氨基酸多肽和蛋白质第20页因为氨基酸中给出质子酸性基团和接收质子碱性基团数目和能力各异,所以它们在水溶液中展现不一样酸碱性。中性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸7/11/202421氨基酸多肽和蛋白质第21页中性氨基酸在水溶液中解离时,因为-NH3+给出质子能力略大于-CO2-接收质子能力,所以其水溶液呈弱酸性,此时氨基酸带负电荷。酸性氨基酸在水溶液中呈酸性。碱性氨基酸在水溶液中呈碱性。7/11/202422氨基酸多肽和蛋白质第22页在水溶液中氨基酸以阳离子、阴离子和偶极离子三种形式存在,它们之间形成一动态平衡。改变溶液pH值,平衡也随之移动。当一个氨基酸溶液pH调至某一特定值,使[阳离子]=[阴离子],且浓度很低,而偶极离子浓度最高。此时溶液pH值称为这个氨基酸等电点(IsoelectricPoint),用pI表示。7/11/202423氨基酸多肽和蛋白质第23页将氨基酸溶液置于电场中，若溶液:pH>pI，主要呈负离子状态而向正极移动；pH<pI，主要呈正离子状态而向负极移动；pH=pI，主要以两性离子形式存在。既不向正极移动，也不向负极移动。等电点是氨基酸主要理化常数之一。每种氨基酸都有其特定等电点。等电点时氨基酸溶解度最小。酸性氨基酸:pI2.8~3.2 (pH<4)中性氨基酸:pI5.0~6.5 (pH<7)碱性氨基酸:pI7.5~10.8 (pH>7.5)7/11/202424氨基酸多肽和蛋白质第24页【问题】在下面试验中，各氨基酸将向何方移动?能否用此法来分离氨基酸?pH6.0缓冲液pH6.0缓冲液7/11/202425氨基酸多肽和蛋白质第25页【解】缬谷在电泳仪中分离氨基酸pH6.0赖7/11/202426氨基酸多肽和蛋白质第26页（二）氨基酸脱羧反应-氨基酸与氢氧化钡一起加热或在高沸点溶剂中回流,可发生脱羧反应,失去二氧化碳而得到胺。7/11/202427氨基酸多肽和蛋白质第27页在细菌或酶作用下脱羧反应也可在常温下进行。7/11/202428氨基酸多肽和蛋白质第28页（三）氨基酸与亚硝酸反应氨基酸(伯胺)与亚硝酸作用,可释放氮气,-NH3+被–OH取代,生成-羟基酸。若定量测定反应中所释放出N2体积,即可计算出氨基酸含量,此种方法称为vanSlyke氨基氮测定法,惯用于氨基酸和多肽定量分析。7/11/202429氨基酸多肽和蛋白质第29页（四）氨基酸与茚三酮显色反应氨基酸与水合茚三酮在溶液中共热,经过一系列反应,最终生成蓝紫色化合物,称为罗曼紫(Ruhemann'spurple)。依据生成紫色化合物颜色深浅程度,或依据放出CO2气体体积,可对α-氨基酸进行定量分析。也惯用于层析试验中氨基酸显色。罗曼紫(λmax570nm)7/11/202430氨基酸多肽和蛋白质第30页第二节肽

(Peptide)7/11/202431氨基酸多肽和蛋白质第31页肽是氨基酸残基之间彼此经过酰胺键（肽键）连接而成一类化合物。其通式为:氨基酸氨基酸二肽多肽分子中酰胺键称为肽键(peptidebond),普通为α-COOH与α-NH2脱水缩合而成。肽也以两性离子形式存在。7/11/202432氨基酸多肽和蛋白质第32页二肽分子两端仍存在着游离-NH3+和-COO-,所以它能够再与另一分子氨基酸脱水缩合形成三肽;一样依次可形成四肽、五肽…。四肽1.十肽以下称为寡肽。2.大于十肽称为多肽。3.肽中氨基酸单位称为氨基酸残基。7/11/202433氨基酸多肽和蛋白质第33页虽有环肽存在,但绝大多数肽呈链状,称为多肽链

N-末端(N-terminalend):保留游离α-NH2一端，也叫氨基末端，普通写在肽链左边。C-末端(C-terminalend):保留有α-CO2H一端,也叫羧基末端,通常写在肽链右边。

肽链骨架:全部链状多肽都有一个共同骨架一、肽结构和命名7/11/202434氨基酸多肽和蛋白质第34页肽结构不但取决于组成肽链氨基酸种类和数目,也与肽链中各氨基酸残基排列次序相关。由2种不一样氨基酸可形成2种二肽:甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酸3种不一样氨基酸→三肽6

种异构体4种不一样氨基酸→四肽24种异构体许各种氨基酸按照不一样排列次序,组成了自然界中种类繁多多肽和蛋白质。7/11/202435氨基酸多肽和蛋白质第35页命名多肽时以C-末端氨基酸残基为母体,由N-端叫起,依次称为某氨酰（基）某氨酸。丙氨酸残基甘氨酸残基苯丙氨酸残基

N-端C-端1.丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。2.丙-甘-苯丙。3.Ala-Gly-Phe)7/11/202436氨基酸多肽和蛋白质第36页课堂练习:命名以下三肽。丙氨酸残基缬氨酸残基赖氨酸残基丙氨酰缬氨酰赖氨酸（丙-缬-赖；Ala-Val-Lys）问题:写出四肽苯-缬-组-天结构式。7/11/202437氨基酸多肽和蛋白质第37页二、肽键平面132pm147pm..a153pm组成肽单元6个原子共平面,此平面称为肽键平面肽键含有部分双键性质。肽键普通呈反式构型。相邻肽键平面可围绕Cα旋转,肽链骨架也可视为一系列经过Cα原子衔接肽键平面所组成。一个四肽分子模型7/11/202438氨基酸多肽和蛋白质第38页肽化学性质在一些方面与氨基酸类似,也以偶极离子形式存在,含有各自等电点。肽也能发生类似于氨基酸所起反应,如脱羧反应、与亚硝酸反应、酰化反应及显色反应等。但多肽是由不一样氨基酸残基连接而成,它性质和功效与氨基酸又有显著差异。如三肽以上多肽能发生缩二脲反应,缩二脲反应被广泛用于肽和蛋白质定性和定量分析。7/11/202439氨基酸多肽和蛋白质第39页三、多肽结构测定多肽结构测定是一项相当复杂工作,不但要确定组成多肽氨基酸种类和数目,还需测出这些氨基酸残基在肽链中排列次序。普通步骤为:多肽分子中氨基酸组成和含量分析肽末端氨基酸残基分析肽链部分水解及其氨基酸次序确实定伴随快速DNA序列分析开展,多肽分子中氨基酸次序也可经过DNA序列推演而取得。7/11/202440氨基酸多肽和蛋白质第40页第三节蛋白质

(Protein)7/11/202441氨基酸多肽和蛋白质第41页蛋白质和多肽都是由20种L-α-氨基酸缩合而成聚酰胺。所以,在小分子多肽和大分子蛋白质之间不存在严格分界限,通常将分子量较大、结构较复杂多肽称为蛋白质。蛋白质有稳定构象。人体内约有10万种以上蛋白质,其质量约占人体干重45％。7/11/202442氨基酸多肽和蛋白质第42页一、元素组成和分类元素分析发觉,蛋白质含有碳、氢、氧、氮；大多数蛋白质还含有硫；有些蛋白质含有磷；少许蛋白质还含有微量金属元素如铁、铜、锌、锰等；个别蛋白质含有碘。起源不一样各种蛋白质含氮量都相当靠近,平均为16％。在任何生物样品中,1g氮元素相当于6.25g蛋白质,故只需测定蛋白质样品中氮质量分数ω(N),即可计算出蛋白质质量分数。ω(蛋白质)=ω(N)×6.257/11/202443氨基酸多肽和蛋白质第43页

普通依据化学组成、形状和功效等对蛋白质进行分类。1.按化学组成2.依据形状3.按生理功效7/11/202444氨基酸多肽和蛋白质第44页二、蛋白质分子结构任何一个蛋白质分子在天然状态下均含有独特而稳定构象,这是蛋白质分子在结构上最显著特点。为了表示蛋白质分子不一样层次结构,常将蛋白质分子结构分为一级、二级、三级和四级。一级结构又称为初级结构或基本结构,二级结构以上属于构象范围,称为高级结构。并非全部蛋白质均含有四级结构。由一条多肽链形成蛋白质只有二、三级结构。由两条以上肽链形成蛋白质才可能有四级结构。7/11/202445氨基酸多肽和蛋白质第45页（一）一级结构（primarystructure）指多肽链中氨基酸残基排列次序。肽键是一级结构中连接氨基酸残基主要化学键。任何特定蛋白质都有其特定氨基酸排列次序,有些蛋白质分子只由一条多肽链组成,有蛋白质分子则由两条或多条肽链组成。7/11/202446氨基酸多肽和蛋白质第46页由51个氨基酸残基组成A.B二条多肽链。A链内有一链内二硫键，A链与B链之间借2条二硫键相连。7/11/202447氨基酸多肽和蛋白质第47页（二）蛋白质空间结构蛋白质空间结构是指多肽链在空间深入盘波折叠形成构象,它包含二级结构、三级结构和四级结构。1.蛋白质二级结构(secondarystructure)指多肽链主链骨架在空间盘波折叠形成方式,并不包括侧链R构象。主链骨架在空间形成不一样构象包含:α-螺旋、β-折叠层、β-转角和无规卷曲等几个类型。7/11/202448氨基酸多肽和蛋白质第48页α-螺旋构象(α-helix):多肽链中各肽键平面经过α-C旋转,围绕中心轴形成一个紧密螺旋盘曲现象。盘曲可形成左手螺旋和右手螺旋。绝大多数蛋白质分子是右手螺旋。结构模型:蛋白质α-螺旋构象7/11/202449氨基酸多肽和蛋白质第49页

-折叠层(

-pleatedsheet):有顺向平行和逆向平行两种类型。结构模型:蛋白质-折叠层构象7/11/202450氨基酸多肽和蛋白质第50页3.三级结构(tertiarystructure)指蛋白质分子在二级结构基础上深入盘波折叠形成三维结构,是多肽链在空间整体分布。4.四级结构(quaternarystructure)蛋白质由≥2条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。每一个含有三级结构多肽链称为亚基(subunit)。在蛋白质分子中,亚基立体排布、亚基间相互作用与接触部位布局称为四级结构。四级结构不包含亚基内部空间结构。7/11/202451氨基酸多肽和蛋白质第51页三、蛋白质性质（一）两性解离和等电点蛋白质分子末端仍有α-NH3+和α-CO2-，同时组成肽链氨基酸残基侧链R上还有不一样数量可解离基团:如赖ε-NH3+、精胍基、组咪唑基、谷γ-CO2-等。所以蛋白质和氨基酸一样,也含有两性解离和等电点性质。pH＜pI带正电pH＝pI整体不带电易积聚而沉淀析出pH＞pI带负电7/11/202452氨基酸多肽和蛋白质第52页（二）蛋白质胶体性质蛋白质分子直径普通在1～100nm,属胶体分散系,蛋白质溶液是一个比较稳定亲水胶体溶液,含有胶体溶液特征,如布朗运动、丁达尔效应、不能透过半透膜以及含有吸附性质等。利用蛋白质