氨基酸、肽和蛋白质-ok

1、第十四章 氨基酸、肽和蛋白质 Amino Acids, Peptides and Protein,本章主要内容,一、氨基酸 (Amino Acid)（重点内容） （一）结构特点 （二）20 种基本氨基酸 （三）氨基酸的特性 （四）氨基酸的合成与拆分 二、肽 (Peptides) 三、蛋白质 (Proteins)（简述）,一、Amino Acid,分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物统称为氨基酸。,组成肽和蛋白质的结构单元分子 a- amino Acid,一、Amino Acids,（一）Configuration,When R H, a-C is a chiral carbon, there

2、are two stereoisomers (D and L- a- amino acid),The amino acids in protein molecules are the L- a - amino acids.,20 standard amino acids in proteins,（二）20 standard amino acids,一、氨基酸 (Amino Acids),（二）20 standard amino acids,UV 特征吸收：l = 280 nm,（二）20 standard amino acids,一、Amino Acids,（二）20 standard ami

3、no acids,Acidic amino acidscontaining two carboxylic groups,（二）20 standard amino acids,Basic amino acids containing two amino groups,Histidine (酸碱催化中的重要氨基酸),Essential amino acids,The amino acids that must obtain from our diets because we either cannot synthesize them at all or cannot synthesize them

4、 in adequate amounts 10 essential amino acids: Val, Leu, Ile, Thr, Met, Lys, Arg, Phe, His, Try,一、Amino Acids,（三）Properties of Amino Acids 旋光性 (optical activity) 酸碱性 (acid-base properties) (1) 氨基酸既是酸又是碱,物理性质： 高熔点固体； 易溶于水，不溶于非极性溶剂。,氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中，是以两性离子 (dipolar ion) 的形式存在的。是一种内盐 (inner salt)。,Am

5、ino acid act either as an base (proton acceptor),Amino acids are ampholytes (两性电解质)。,2. 酸碱性（Acid-Base Properties） (1) 氨基酸既是酸又是碱,Amino acid act either as an acid (proton donor),2. 酸碱性（Acid-Base Properties） (2) Isoelectric Point (氨基酸的等电点),如果在某一pH 值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等，即净电荷为零，则称该 pH 值为该氨基酸的等电点 (pI)

6、。,等电点时，amino acids 几乎全部以两性离子 I 的形式存在, 并伴以极少量、严格相等的 II 和 III。, 处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。, pI 与解离常数 pK间的关系 Neutral amino acids: pI = (pK1 + pK2)/2 Acidic amino acids : pI = (pK1 + pKRCOOH)/2 Basic amino acids : pI = (pK1 + pKRNH2)/2,2.酸碱性（Acid-Base Properties） (2) Isoelectric Point,Titration Curve and pI,Calc

7、ulation of pI (1),Calculation of pI (2),Calculation of pI (3),(2) Isoelectric Point,pH pI, 样品带负电荷，样品点向阳极移动 pH = pI, 样品不带电荷，样品点不移动,纸电泳 (Paper electrophoresis),(2) Isoelectric Point,例题与习题,现在有四个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、门冬氨酸pI=2.8和赖氨酸pI=9.7，请问在以下pH条件下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，移向阳极还是阴极？ 苯丙氨酸 脯氨酸 门冬氨酸 赖

8、氨酸 （1）pH=7.0 （2）pH=6.0 （3）pH=5.0 （4）pH=2.0,正 阴极 正 阴极 负 阳极 正 阴极,负 阳极 负 阳极 负 阳极 正 阴极,正 阴极 正 阴极 正 阴极 正 阴极,负 阳极 正 阴极 负 阳极 正 阴极,Chemical Reactions of Amino Acids 1) a-氨基酸的特殊反应： 分子间失水, 茚三酮反应 （鉴别反应）,3. Chemical Reactions of Amino Acids 2) 合成中的a-氨基酸的保护反应： 羧基的保护, 氨基的保护,3. 氨基酸的化学反应 2) 合成中的a-氨基酸的保护反应：,4. Synth

9、esis of Amino acid,还原氨化法 a-卤代酸的氨化 Gabriel-丙二酸酯合成法 Strecker合成法,消旋产物,4. Synthesis of Amino acid,还原氨化法实际是一步完成，又称为仿生合成,与生物合成极为相似,4. Synthesis of Amino acid,2）-卤代酸的氨化,采用大大过量的氨 邻位羧基的影响，降低了-氨基的亲核性能 因此，反应可以得到很好地控制,4. Synthesis of Amino acid,3）Gabriel-丙二酸酯合成法,用这种方法可以得到其他合成方法难以得到的-氨基酸，如甲硫氨酸（蛋氨酸）,4. Synthesis

10、of Amino acid,4）Strecker合成法 最早发现的合成方法,反应机理如下：,5. Resolution of D- and L-Amino acids,化学法,非对映异构体,酶法,酰基转移酶,6. Asymmetric Synthesis of D- and L-a-Amino acids,例1：Corey 法利用不对称前体合成方法,6. Asymmetric Synthesis of D- and L-a-Amino acids,例2：利用铑催化剂的不对称催化氢化反应,*讨论题：查阅文献，了解手性纯氨基酸的合成研究 进展，小结主要的不对称合成途径。,二、肽 (Peptides

11、),Peptides 由两个以上氨基酸通过肽键（酰胺键）连接起来的化合物。,二肽（dipeptide）：2 amino acid residues 寡肽（oligopeptide ）：210 amino acid residues 多肽（polypeptide ）： 10 amino acid residues 蛋白质（protein ）：molecular weight 10 Kd,二、肽 (Peptides),自然界存在多种肽类物质，如： 青霉素 短杆菌肽S,脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu leucine enkephalin Tyr-Gly-Gly-Phe-Met met

12、hionine enkephalin,肽的结构特征：Peptide bond 一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基失去一分子水而形成的酰胺键。,二、肽 (Peptides),任何羧酸的羧基与任何胺的氨基形成的酰胺键是肽键吗？,Peptide Bonds,肽键的平面特征,二、肽 (Peptides),肽链的氨基酸顺序与命名,思考题：Are Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu and Leu-Ala-Tyr-Gly-Ser same peptides?,命名以C-端氨基酸为母体,丝氨酰-甘氨酰-色氨酰-丙氨酰-亮氨酸,二硫键Disulfide bond The S-S bond in di

13、sulfide.,二、肽 (Peptides),Disulfide Bonds,Hair: Straight or curly?,烫发的过程是一个旧二硫键还原打开而后又氧化形成新的二硫键过程,Determining the structure of peptides 1. 氨基酸组分分析 2. 氨基酸顺序分析,二、肽 (Peptides),肽中氨基酸组分分析, The number and kinds of amino acids 6 N HCl, heating at 100oC for 24 h automated amino acid analyzer,Amino Acids Analy

14、zer,肽中氨基酸顺序分析, 从N-端测序：Edman降解法：可用于自动测序,适用于50肽,肽中氨基酸顺序分析, C-端氨基酸残基的分析：羧肽酶 羧肽酶是肽链外切酶（exopeptidase），即它专门催化水解肽链末端（即C-端）的肽键。,羧肽酶A水解断裂那些不是Arg和Lys的C-端氨基酸 羧肽酶B则仅水解断裂C-端为Arg或Lys的氨基酸,肽中氨基酸顺序分析, 多肽链的选择性水解：酶法和化学法 化学法溴化氰水解法，选择性切割甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。,肽中氨基酸顺序分析, 采用重叠法得出整个肽链的氨基酸顺序,二、肽 (Peptides),Preparation of Peptides,T

15、here are three ways to obtain a peptides: Purification from tissue Genetic engineering Direct chemical synthesis（化学合成）, to synthesize Asp-Phe-OMe (Aspartame or NutraSweet, 150 sweeter than sucrose),Chemical Synthesis of Peptides, 经典合成法 N-端氨基保护 羧基的活化 与第二个氨基酸偶联 再活化羧基 与第三个氨基酸偶联 .去保护,Chemical Synthesis

16、of Peptides, Solid-Phase Peptide Synthesis (1962, R. Bruce Merrifield),Chemical Synthesis of Peptides, Solid-Phase Peptide Synthesis (1962, R. Bruce Merrifield),固相合成示意图,Chemical Synthesis of Peptides,组合合成法：一次合成多种肽的混合物（多肽库） 混合裂分法,三次合成就得到27个三肽的三种混合物库,Chemical Synthesis of Peptides,组合合成法：一次合成多种肽的混合物（多肽

17、库） 光印迹法（光控合成法或光定向法）,紫外光照后后切除保护基，得到的自由氨基可以进一步反应,光印迹法（光控合成法或光定向法）,采用蒙板覆盖控制UV灯照射区域，则在定点区域发生反应,光印迹法（光控合成法或光定向法）,多次改换蒙板覆盖区域，则得到不同区域的不同的多肽化合物,Biosynthesis of Peptides,Amino acid sequences can be deduced from DNA sequences. Each amino acid is encoded by a specific sequence of three nucleotides (triplet) kn

18、own as the genetic code.,三、蛋白质（Proteins),Primary structure of proteins the sequence of amino acids in the chain abd the location of aa the disulfide bridges,三、蛋白质（Proteins),Secondary structure of proteins the conformation of segments of the backbone chain of a protein. stabilized by hydrogen bonds a-