蛋白质化学氨基酸和多肽

蛋白质化学氨基酸和多肽第1页/共58页2概述生命是蛋白体的存在方式。

恩格斯《反杜林论》1878蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质。如果说基因是构建生命的图纸，那么蛋白质就是组成生命的主要材料，是生命活动的物质基础。第2页/共58页3概述----蛋白质的生物学功能

蛋白质结构复杂﹑种类繁多﹑功能各异，是构建生命，行使生命活动最主要的功能分子。第3页/共58页41、催化作用酶有两类：一类是蛋白质（蛋白酶），另一类为核酸（核酶）第4页/共58页52、运输作用：血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体第5页/共58页63、运动作用动物的肌肉收缩（肌球蛋白、肌动蛋白）、细菌的鞭毛运动第6页/共58页74、防御作用抗体、补体、干扰素、凝血酶和血纤维蛋白原等第7页/共58页85、激素的调节作用：蛋白质或多肽类激素，胰岛素、生长素6、接受和传递信息的受体作用：受体蛋白、味觉蛋白8、控制细胞生长、分化：生长因子、阻遏蛋白9、结构成分和机械支持物：角蛋白、结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白10、异常功能：毒蛋白：生物体攻击或自卫的武器。贝类分泌的胶质蛋白，能将贝壳粘在岩石上；朊病毒(一种特殊的蛋白质病毒)第8页/共58页9概述----蛋白质的化学组成1、元素组成2、蛋白质的基本结构单元第9页/共58页101、元素组成主要元素：C、H、O、N、S

微量元素：P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se等



碳：50％氢：7％氧：23％

氮：16%

硫：0—3％其他：微量

蛋白质平均含N量为16％,这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的理论依据：蛋白质含量＝蛋白质含N量×6.25第10页/共58页112、蛋白质的基本结构单元蛋白质的基本结构单元是氨基酸（20种）多个氨基酸首尾连结形成长而不分支的多聚物——多肽链多肽链再折叠卷曲，形成蛋白质蛋白质的定义：由20种L-α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具较稳定构象并具一定生物功能的生物大分子。第11页/共58页

3.1蛋白质的基本构件单位─氨基酸AA

Aminoacids–thebuildingblockofprotein3.1.1蛋白质氨基酸的结构及分类3.1.2氨基酸的理化性质第12页/共58页13(1)蛋白质氨基酸的结构特点：3.1.1蛋白质氨基酸的结构及分类可变部分除脯氨酸为α-亚氨基酸外，均为a-氨基酸。各种蛋白质氨基酸的区别在于侧链R基的不同。除R为H（甘氨酸）外，均具有旋光性，均为L-型。第13页/共58页D型与L型D-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛第14页/共58页15第15页/共58页据R基团化学结构分类

脂肪族ＡＡ（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族ＡA(Phe、Tyr、Trp)杂环ＡＡ(His、Pro)极性R基团AA据R基团极性分类非极性R基团AA（８种）不带电荷（７种）带电荷：正电荷（３种）负电荷（２种）据营养学分类

必需ＡＡ(8种)半必需ＡＡ(2种)IleMetValLeuTrpPheThrLys一家写两三本书来非必需ＡＡArg，His（疏水氨基酸）（亲水氨基酸）IleLeuTrpThrPheLysMetVal一两色素本来淡些(2)蛋白质氨基酸的分类（常见的有20种）第16页/共58页(3)20种蛋白质氨基酸的结构及三字符①中性脂肪族氨基酸(5个)甘氨酸（Gly,G）丙氨酸（Ala,A）缬氨酸（Val,V）亮氨酸（Lue,L）异亮氨酸（Ile,I）第17页/共58页②含羟基或硫氨基酸(4个)丝氨酸(Ser,S）苏氨酸(Thr,T）半胱氨酸(Cys,C）甲硫氨酸(Met,M）巯基羟基羟基甲硫基第18页/共58页③酸性氨基酸及酰胺(4个)

天冬氨酸（Asp,D）谷氨酸（Glu,E）天冬酰胺（Asn,N）谷氨酰胺（Gln,Q）羧基酰胺基酰胺基羧基第19页/共58页④碱性氨基酸(3个)

赖氨酸（Lys,K）精氨酸（Arg,R）组氨酸（His,H）胍基咪唑基氨基第20页/共58页⑤杂环氨基酸(2个)

组氨酸（His,H）脯氨酸（Pro,P）碱性氨基酸吡咯烷基第21页/共58页⑥芳香族氨基酸(3个)

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trg,W）吲哚基第22页/共58页非极性R基团氨基酸第23页/共58页不带电荷极性R基团氨基酸第24页/共58页带电荷R基团氨基酸第25页/共58页26(一)蛋白质中几种重要的稀有氨基酸在少数蛋白质含有一些不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、6-N-甲基赖氨酸等。补充：不常见的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸第26页/共58页27几种不常见蛋白质氨基酸的结构锁链素由4个Lys组成(弹性蛋白中)

第27页/共58页28

广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。如：-丙氨酸、鸟氨酸、胍氨酸、-氨基丁酸等。(二)非蛋白氨基酸第28页/共58页29几种非蛋白氨基酸的结构

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸第29页/共58页精氨酸（Arg,R）胍基第30页/共58页31非蛋白氨基酸存在的意义：1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-GluD-Ala2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、鸟氨酸、胍氨酸(尿素).3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体.5.调节生长,杀虫防御作用等。绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。第31页/共58页3.1.2氨基酸的理化性质3.1.2.1AA的物理性质

3.1.2.2AA的两性解离和等电点3.1.2.3AA的光学性质3.1.2.4AA的重要化学反应

第32页/共58页333.1.2.1氨基酸的物理性质

氨基酸在常温下为白色固体，熔点很高（约为200～300℃），大部分尚未到达熔点时已开始分解。

一般均能溶于水，但是溶解度大小不一，差异较大，其中亮氨酸和酪氨酸难溶于冷水，其余均可溶。氨基酸易溶于酸性或碱性溶液中，微溶于乙醇，不溶于乙醚。

氨基酸的味感与其构型有关。D型氨基酸一般具有甜味，D-色氨酸的甜度是蔗糖的40倍。L氨基酸具有鲜、甜、苦、酸四种味感。甘氨酸因具有甜味而得名，精氨酸有苦味，谷氨酸的钠盐有鲜味，是味精的主要成分。第33页/共58页3.1.2.2氨基酸的两性解离性质及等电点（pI）

pH=pI

净电荷=0

pH<pI净电荷为正pH>pI净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3++H++

OH-+H++

OH-(pK´1)(pK´2)

当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(pI

isoelectricpoint)。简单讲，使氨基酸净电荷为零时的溶液pH值，称为该氨基酸的等电点。第34页/共58页35等电点的实验测定方法等电聚焦法：一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的PH梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的PH与氨基酸的PI不同，则氨基酸就会带电，PH值>PI时，aa带-电；PH值<PI时，aa带+电。通电后，氨基酸就会移动，直到某处的PH＝PI，氨基酸才呈电中性，不再移动，因此，可以测出PI。酸碱滴定法第35页/共58页甘氨酸滴定曲线一氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2一氨基一羧基AA的pI计算公式第36页/共58页谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算一氨基二羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2二氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´2+pK´3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mL数加入的OH-mL数pHpH第37页/共58页谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算一氨基二羧基AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´2二氨基一羧基AA的等电点计算：pI=2pK´2+pK´3BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的OH-mL数加入的OH-mL数pHpH第38页/共58页39有关pI的习题当溶液的pH值>pI时，aa带电为+/-？当溶液的pH值<pI时，aa带电为+/-？aa溶于蒸馏水中后，溶液的pH值变为6，此aa的pI>、=、<6?aa溶于蒸馏水中后，溶液的pH值变为8，此aa的pI>、=、<8?第39页/共58页3.1.2.3氨基酸光学性质

1、旋光性：除甘氨酸外，其它所有天然α-氨基酸都有不对称碳原子，因此它们都具有旋光性。2、紫外吸收光谱：色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区有较强的光吸收。组氨酸(His)具有较短共轭双键系统，其在紫外光区也有较弱的光吸收。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，一般最大吸收峰在=280nm处，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。第40页/共58页TryTyrPhe的紫外吸收光谱

摩尔吸收系数波长朗伯—比尔定律：

A＝－lgT＝εLc第41页/共58页423.1.2.4AA的重要化学反应与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应）:用于蛋白质N-端测定.与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应（Edman反应）：用于蛋白N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定成肽反应：氨基酸合成肽的反应基础第42页/共58页431、氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNF)的反应

（sanger反应）用途：用于测定肽链的N-末端AA少一个AA的肽链第43页/共58页2、氨基酸与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应

（Edman反应），用途：氨基酸的序列分析PITC（phenylisothiocyanate）+弱碱中(400

C)(硝基甲烷400

C)H+苯氨基硫甲酰衍生物(PTC-AA)苯乙内酰硫脲(PTH，phenylthiohydantion）衍生物(PTH-AA)通过层析法分离鉴定AA第44页/共58页3、氨基酸与茚三酮反应+3H20水合茚三酮(无色)NH3CO2RCHO+还原性茚三酮紫色化合物(弱酸)加热+2NH3+还原性茚三酮水合茚三酮3第45页/共58页46

脯氨酸不含游离的α-氨基，与水合茚三酮反应不产生蓝色，而产生黄色。

第46页/共58页AA重要化学反应总览

反应基团

试剂主要产物应用

α-NH2茚三酮紫色、红色物对氨基酸显色α＝NH2茚三酮黄色物Pro的鉴定

α-NH2DNFB(Sanger试剂)DNP-aa黄色物蛋白质N端测定

α-NH2PITC(Edman试剂)PTC-aa、PTH-aa蛋白质N端测定α-NH2甲醛羟甲基-aa和二羟甲基-aa甲醛滴定aa含量Arg的胍基α-萘酚次溴酸钠(坂口试剂)桃红色物鉴定Arg

Cys的-SH碘代乙酸、过甲酸肽链拆分二硫键

His的咪唑基重氮苯磺酸(Pauly试剂)樱红色物鉴定HisTyr的酚基重氮苯磺酸(Pauly试剂)桔黄色物鉴定Tyr

Trp的吲哚基对二甲基氨基苯甲醛兰色物质鉴定Trp第47页/共58页4、氨基酸的成肽反应第48页/共58页49

3.2肽3.2.1概念：肽（多肽）、肽键、AA残基、N端或C端3.2.2肽链中AA的排列顺序和命名3.2.3重要的天然寡肽（生物活性肽）第49页/共58页

基本概念：1、肽键和肽：一个AA的羧基与另一个AA的氨基之间脱水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。3.2.1肽、肽键和肽链