有机化学课件：第15章 氨基酸多肽和蛋白质

第15章氨基酸、多肽和蛋白质自然界已经发现的氨基酸约有300种蛋白质水解后得到的编码氨基酸约20种一、氨基酸的结构、分类和命名氨基酸的主要官能团为氨基和羧基，且在固态和生理pH下多以离子形式存在，为偶极离子，即内盐。第一节氨基酸构成蛋白质的编码氨基酸-氨基酸,结构通式可变部分不变部分按R的极性*非极性氨基酸极性性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸甘氨酸除外都具有旋光性氨基酸构型标记可用D/L法或R/S法。生物体内的旋光性氨基酸均为L-构型。L-构型除半胱氨酸为R型外，组成蛋白质的编码氨基酸均为S型半胱氨酸R-S-组成蛋白质的氨基酸目前发现至少有20种编码氨基酸的种类和命名20种编码氨基酸的名称和缩写编码氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

脂肪族氨基酸缬氨酸

Valine丙氨酸

Alanine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine*脯氨酸

Proline苯丙氨酸Phenylalanine含硫氨基酸甲硫氨酸

Methionine*半胱氨酸

Cysteine芳香族氨基酸酪氨酸

Tyrosine色氨酸

Trytophan

碱性氨基酸精氨酸Arginine*赖氨酸

Lysine组氨酸

Histidine*天(门)冬氨酸

Aspartate酸性氨基酸*谷氨酸

Glutamate丝氨酸Serine

含羟基氨基酸苏氨酸

Threonine含酰胺氨基酸天冬酰胺Asparagine谷酰胺

Glutamine编码氨基酸的发现在发现DNA结构的30多年中，生物体内总共发现了20个天然氨基酸。直到1986年，科学家们才取得突破，发现了第21个天然氨基酸——硒代半胱氨酸。必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫（蛋）氨酸1.内盐，晶体，熔点较高（>200℃，受热分解不熔融）2.易溶于强酸、强碱，水中溶解度差别大3.多有旋光活性，旋光度是鉴别各种氨基酸的重要依据二、氨基酸的性质物理性质：半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所

必需的。化学性质:氨基酸在结晶形态或在水溶液中，以两性离子形式存在(-NH3+、-COO-)。氨基和羧基等酸碱基团的电离使氨基酸具有一定的酸碱性。可用酸碱滴定法测定pka

值或含量。1.氨基酸的酸碱两性2、氨基酸的等电点及其应用氨基酸中的羧基和氨基的电离平衡受溶液酸碱度的影响，且方向相反。等电点：当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为零。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。氨基酸的等电点与电离平衡移动移向阴极不移动移向阳极等电点时氨基酸以两性离子形式存在，处于电中性状态，在电场中不移动。等电点时氨基酸溶解度最小，易结晶析出。氨基酸的等电点的应用各种氨基酸由于其组成和结构不同而具有不同的等电点。等电点可看作氨基酸的物理常数不同的氨基酸在同一pH值溶液中，所带的电荷种类和电量也都不同。采取电泳法对分离和鉴定。例：在pH=7.6时Val、Glu

、His在电场中的迁移方向？pH=7.6答：三种氨基酸的等电点为：Val（缬氨酸）pI=5.97；

Glu（谷氨酸）pI=3.22；His（组氨酸）pI=7.59在pH=7.6时，它们在电场中的迁移方向为：根据羧基和氨基的电离常数的大小推测pI的大致范围。中性氨基酸（一氨基一羧基）pI<7酸性氨基酸（一氨基多羧基）pI<5碱性氨基酸（多氨基一羧基）pI>73、脱羧反应具羧基的基本性质：—成盐、成酯、生成酰卤、脱羧等生物体内的脱羧反应在脱羧酶催化下进行4、与亚硝酸反应用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。5、与茚三酮显色反应**脯氨酸与羟脯氨酸与茚三酮反应不释放氨，而生成黄色化合物

亚氨基酸说明：常用于氨基酸的定性或定量分析6、成肽反应多肽和蛋白质生物合成的基本反应。6.与2,4-二硝基氟苯反应2,4-二硝基氟苯被称为Sanger试剂。桑格反应（Sangerreaction）DNFBDNP-氨基酸(黄色)

测定蛋白质或多肽N端氨基酸的方法，称二硝基苯法(DNP法)丹磺酰氯具有强烈的荧光，它与蛋白质N端氨基酸结合后，采用荧光光度法，能测出极微量的N端氨基酸。此法称为丹磺酰法，常用于微量蛋白质N端氨基酸测定和氨基酸排列顺序的测定，其灵敏度可提高100倍肽键：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键。氨基酸残基：肽中的氨基酸单位寡肽：由10个以下氨基酸组成的肽称为寡肽,二肽、三肽、四肽……多肽：由10个以上的氨基酸残基组成的肽称为多肽一、肽的结构第二节肽肽：氨基酸之间彼此以肽键相互连接而成的化合物.组成肽的氨基酸种类和数量肽链中氨基酸残基的排列顺序肽链形状：环状、链状空间构型和构象肽的结构取决于——甘氨酸丙氨酸肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。肽键具有部分双键性质，因而不能自由旋转组成肽键的原子处于同一平面，有顺反两种构型肽键一般呈稳定的反式构型肽键的结构特点肽键的两种构型肽单元：肽键与相邻两个碳原子所组成的基团（－Cα－CO－NH－Cα－）称为肽单元。这个单元是一个平面结构，称为肽键平面二、肽的结构式书写与命名C－端氨基酸为母体其他氨基酸残基为取代基，从N－端依次称为某氨酰，写在母体名称前。N－端在左;C－端在右肽的结构式的书写：肽的命名原则：α

-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸肽的命名——谷胱甘肽谷氨酸残基甘氨酸半胱氨酸残基氧化型谷胱甘肽(GSSG)因含有活泼的-SH

,对细胞膜上含有-SH的膜蛋白和体内的某些含有-SH的酶类有保护作用还原型谷胱甘肽(GSH)谷胱甘肽在生物体内以GSH和GSSG两种形式存在，但还原型为主要形式（占99%以上）。在一定条件下，它们可以相互转化：还原型氧化型甘氨酸与丙氨酸脱水可得到多少二肽混合物？一个肽链由三个不同氨基酸残基组成，他的异构体有多少个？6个一个肽链由n个不同氨基酸残基组成，他的异构体有多少个？n!亮－脑啡肽：酪氨酰-甘氨酰-甘氨酰-苯丙氨酰-亮氨酸多肽的两性离解和等电点多肽链的反应（1）多肽链的水解（2）与茚三酮的显色反应—鉴别

（3）缩二脲反应—

紫红色或蓝紫色用于鉴别和含量测定三、多肽的性质部分水解是将肽用酶或稀酸水解为较小的肽片段不同酶的底物专一性不同；一个多肽可用多种酶进行水解；得若干片段并纯化，用末端分析法确定片段的N-末端与C-末端，将片段拼起来，搭建出肽链的一级结构。肽链的部分水解胰凝乳蛋白酶：专一地水解由芳香氨基酸如苯丙氨酸或酪氨酸的羧基形成的肽键甘-精-亮-丙甘-酪-丙-缬胰蛋白酶：专一性地水解由碱性氨基酸如赖氨酸或精氨酸的羧基形成的肽键四、生物活性肽在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

Met-脑啡肽

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-脑啡肽神经肽

肽激素

L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val

L-Orn

L-Orn

L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu

短杆菌肽S(环十肽)由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸短杆菌肽一、蛋白质的组成蛋白质是一类含氮有机化合物，除了含有C、H、O、N以外，还含有少量的S。N占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量：蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮的克数

6.25第三节蛋白质二、蛋白质的分类（1）依据外形分为：小分子蛋白质和多肽之间无严格的界限（1）蛋白质一般相对分子质量在6000以上；多肽在6000以下。（2）蛋白质有相对严密和比较稳定的空间结构；多肽的空间结构比较易变，具有可塑性。蛋白质和多肽之间的区别：球状蛋白质:溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类.纤维状蛋白质：

分子类似纤维或细棒不溶性(硬蛋白)：角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白可溶性：肌球蛋白和纤维蛋白原等。结构最复杂，功能最多.蛋白结构紧密，分子的外层多为亲水性残基，能够发生水化；内部主要为疏水性氨基酸残基。因此，许多球蛋白分子的表面是亲水性的，而内部则是疏水性的。典型的球蛋白是血红蛋白。（2）依据蛋白质的组成分类：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由

-氨基酸组成的肽链，不含其它成分:简单蛋白清蛋白和球蛋白：谷蛋白和醇溶谷蛋白精蛋白和组蛋白硬蛋白结合蛋白结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成。色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清

-，

-脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。（3）依据蛋白质的生理功能分类：

酶：生物催化剂。催化生物体内的所有反应激素：调解机体各种代谢过程中的蛋白质和酶的活性贮存：贮存氨基酸，为胚胎幼体和机体生长发育提供原料的蛋白质运输：运输各种小分子和离子的蛋白质运动：肌肉收缩系统和非肌肉系统的运动蛋白防御：以防御导体浸入机体，保护机体正常生理进行的蛋白质受体：接受和传递信息作用的蛋白质调控：调节控制细胞生长，分化，遗传信表达,帮助新生肽折叠的蛋白质支撑：起支持保护作用的蛋白质三、蛋白质的结构蛋白质最显著的特征：蛋白质在天然状态下均有其独特而稳定的构象蛋白质的特殊功能和活性取决于：多肽链蛋白多肽链的氨基酸组成、数目、排列次序其特定的空间构象三级结构四级结构二级结构单肽链蛋白一级结构**（一）蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构：多肽链中氨基酸残基的连接方式和排列顺序。

构成一级结构的主要化学键是：肽键，还有二硫键蛋白质的氨基酸序列具有重要意义：蛋白质的氨基酸序列是阐明蛋白质生物活性的分子基础；蛋白质的一级结构决定它的空间结构；氨基酸序列的改变可以导致蛋白功能异常和疾病；通过对一些蛋白质的氨基酸序列的比较可以反应出一些生物亲缘关系。镰刀形细胞贫血病大约花费了四十多年的时间才确定镰刀形细胞贫血病是血红蛋白内氨基酸替换的结果。序列分析发现，贫血病人血红蛋白（HbS）分子中的b链的第六个氨基酸残基是一个非极性的缬氨酸，而正常的HbA分子中的b链的第六个氨基酸残基是谷氨酸，这一替换是由编码b链的基因中的单个核苷酸取代引起的。（二）维持蛋白质分子构象的化学键蛋白质结构中存在的作用力包括：是生物大分子之间最强的作用力，化学物质可以与生物大分子构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。共价键非共价键肽键二硫键又称空间结构、高级结构、立体结构、三维结构等，主要包括蛋白质的二级结构、超二级结构、结构域、三级结构和四级结构。维持蛋白质分子的构象的化学键和分子间的作用力有：蛋白质的构象：二硫键、配位键氢键、离子键、疏水作用、范德华力

非共价键：

共价键：（1）氢键

氢键的形成氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。氢键的大小和方向氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，在生物体系中为8.4-33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。键长为0.25-0.31nm，比共价键短。（2）范德华力

1.普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的。它比较弱、非特异性。2.与原子间的距离有关，当相互靠近到大约0.4-0.6nm(4-6A

)时，这种力就表现出较大的集合性质。3.包括引力和排斥力，其中作用势能与1/R6成正比的三种作用力（静电力、诱导力和色散力）通称为范德华引力。（3）疏水键

疏水键是由氨基酸残基上的非极性基团为避开水相而聚集在一起的聚集力。疏水作用力是维持蛋白质空间结构最主要的稳定力量。（4）盐键

又称离子键，氨基酸侧连为极性基团，能解离出阳离子或阴离子，阴阳离子间借静电引力而形成。盐键有亲水性，而且绝大部分分布在蛋白质分子的表面，其亲水性强，可增加蛋白质的水溶性。是由两个Cys残基的两个巯基之间脱氢而形成。它可将不同的肽链或同一条肽链的不同部位连接起来，维持和稳定蛋白质的构象。

特点:1.共价键，键能较大，比较牢固。2.保持蛋白质生物活性的重要共价键，如胰岛素分子中的链间二硫键断裂，则其生物活性也就丧失。（5）二硫键二硫键图解配位键图解图21-2维持蛋白质分子构象的各种化学键a．氢键；b．盐键；c．疏水键；d．二硫健（二）蛋白质的二级结构蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象。维系二级主链构象稳定的最主要因素是：链内或链间由肽键形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。1、-螺旋在

-螺旋中肽平面的键长和键角一定；肽键的原子排列呈反式构型；相邻的肽平面构成两面角。多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。蛋白质分子为右手

-螺旋。

螺旋2、

-折叠（-pleatedsheet）

-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿装折叠构象。在

-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；

-折叠有两种类型。一种为平行式：所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式：相邻两条肽链的方向相反。

-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。（一）蛋白质的两性离解和等电点蛋白质同多肽能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。pH=pI

pH＞pI

pH＜pI

四、蛋白质的性质易聚集而沉淀析出由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。透析

通过小分子经半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。（二）蛋白质的胶体性质（三）蛋白质的沉淀性质蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。