氨基酸肽蛋白质

关于氨基酸肽蛋白质第十六章氨基酸、多肽和蛋白质蛋白质

水解

多肽

完全水解

a-氨基酸

(20种)H+或OH-或酶

蛋白质是生物体内一类极为重要的功能大分子，它与多糖、核酸等生物大分子都是生命的基础物质。它不仅是细胞的重要组成成分，还具有多种生物学功能，几乎全部生命现象和所有细胞活动最终都是通过蛋白质的介导来实现和表达的。蛋白质是由氨基酸通过肽键组成的多肽链在空间盘绕折叠而成。多肽也由氨基酸组成。a-氨基酸是组成蛋白质的基本单位第2页,共72页，2024年2月25日，星期天

蛋白质水解的最终产物是各种不同a-氨基酸的混合物。因此，a-氨基酸是组成蛋白质的基本单元。第一节氨基酸

氨基酸(AminoAcid)是分子内同时含有氨基和羧基的化合物。根据氨基和羧基的相对位置，分为a-、b-、g-氨基酸等。

还有b-氨基酸、g-氨基酸等，它们不参与构成蛋白质，但却以各种形式分布于植物、细菌和动物体内，称为非蛋白质氨基酸。第3页,共72页，2024年2月25日，星期天

由蛋白质水解得到的氨基酸都具有共同的结构特点——a-氨基酸。结构通式为：

R——*CH—COOH

NH2

不同的氨基酸只是R-不同。仅有一个例外：COOH

R——*CH—COO－

NH3＋

氨基酸在固态或在生理pH情况下，多以偶极离子(zwitterion)形式存在，是一种内盐。中性氨基酸和酸性氨基酸其偶极离子结构通式为：（脯氨酸为a-亚氨基酸）一、氨基酸的结构、分类和命名1、结构:第4页,共72页，2024年2月25日，星期天除甘氨酸外,其他19种氨基酸a-C都为*C,存在一对对映体： COOHH2N————H RL-型 COOHH————NH2 RD-型

氨基酸构型常采用D、L标记法。生物体内具旋光活性的氨基酸多属于L-型。H2NH

C RCO2HNH2H

CR CO2H第5页,共72页，2024年2月25日，星期天NH2HRCO2HC小大中18种氨基酸的绝对构型为S-构型。只有1种——半胱氨酸：为R-构型。R基团比羧基优先：R-构型氨基酸的绝对构型HSCH2半胱氨酸中小第6页,共72页，2024年2月25日，星期天2、分类(掌握两种分类方法)①脂肪族氨基酸②芳香环的氨基酸：苯丙、酪③杂环的氨基酸：脯、组、色甘、丙、缬、亮、异亮(不含其它官能团)丝、苏(含-OH)；半胱、蛋(含S)；天冬酰胺、谷氨酰胺(含酰胺)天冬、谷(1氨基2羧基)精(含胍基)赖（

2氨基1羧基）（1）根据R基团的结构不同分：第7页,共72页，2024年2月25日，星期天（2）医学上根据氨基酸在生理pH范围内侧链R基团的极性和其所带电荷分类：①R基团为非极性或疏水性的氨基酸。有丙、亮、缬 等8种。它们通常埋藏于蛋白质内部。②R基团含羟基、巯基等极性基，有极性但不带电荷的氨基酸。有丝、苏、酪、色、半胱等7种。往往分布于蛋白质分子的表面。 ①②两类分子中各含一个—NH3＋和—COO－

，为

中性氨基酸(1氨基1羧基；实际上为弱酸性)

。③R基团带负电荷的氨基酸。有谷、天冬2种。为酸 性氨基酸(1氨基2羧基)

。④R基团带正电荷的氨基酸。有精、赖、组3种。为 碱性氨基酸(2氨基1羧基)

。第8页,共72页，2024年2月25日，星期天3、命名（1）系统命名法。把氨基当作取代基，以羧酸做母体，称为氨基某酸。氨基的位置习惯上用希腊字母a、b、g

等表示。（2）俗名。天然氨基酸更普遍使用习惯命名或俗名，即按其来源或性质命名。如天门冬氨酸最初由天门冬的幼苗中发现；甘氨酸因其具有甜味而得名。生物体内作为合成蛋白质的原料的20种氨基酸，象元素符号一样，都有国际通用的符号，中文用简称表示。第9页,共72页，2024年2月25日，星期天1甘氨酸(Glysine)

甘 Gly G CH2—COO－

5.97

氨基乙酸

NH3＋2丙氨酸(Alanine)

丙 Ala A CH3—CH—COO－

6.00

a-氨基丙酸

NH3＋3

缬氨酸(Valine)*

缬 Val V CH3-CH—CH-COO－

5.96

a-氨基-b-甲基丁酸

CH3NH3＋4

亮氨酸(Leusine) *

亮 Leu L CH3-CHCH2CH-COO－

6.02

a-氨基-g-甲基戊酸

CH3NH3＋5

异亮氨酸(Isoleusine)* 异亮 Ile I CH3CH2CH—CH-COO－

5.98

a-氨基-b-甲基戊酸

CH3NH3＋6丝氨酸(Serine)

丝 Ser S CH2—CH—COO－

5.68

a-氨基-b-羟基丙酸 OH

NH3＋7

苏氨酸(Threonine)*

苏 Thr T CH3-CH—CH-COO－

5.7

a-氨基-b-羟基丁酸

OH

NH3＋表16-1存在于蛋白质中的20种常见氨基酸——*为必需氨基酸

名称

结 构 式中文简称英文简称单字符号等电点pI存在于蛋白质中的20种氨基酸第10页,共72页，2024年2月25日，星期天存在于蛋白质中的20种常见氨基酸——*为必需氨基酸(续1)

名称

结 构 式中文简称英文简称单字符号等电点

pI9

蛋氨酸(Methionine)*

蛋 Met M CH3S-CH2CH2-CH-COO－

a-氨基-g-甲硫基戊酸

NH3＋

5.7410苯丙氨酸(Phenylalanine)

*苯丙 Phe F CH2-CH—COO－

5.48

a-氨基-b-苯基丙酸

NH3＋11酪氨酸(Tyrosine)

酪 Tyr Y HO- CH2-CH—COO－

5.66

a-氨基-b-对羟苯基丙酸

NH3＋12色氨酸(Tryptophane)

*

色 Try W CH2-CH-COO－

5.80

a-氨基-b-(3-吲哚)丙酸

NH3＋13脯氨酸(Proline) 脯 Pro P COO－

6.30

a-羧基四氢吡咯14

天冬酰胺(Asparagine) 天酰 Asn N H2N—C—CH2-CH-COO－

5.41

a-氨基丁酰氨酸

O NH＋

15

谷氨酰胺(Glutamine) 谷酰 Gln Q H2N—C-CH2CH2-CH-COO－

5.65

a-氨基戊酰氨酸

O NH3＋

+8半胱氨酸(Cysteine)

半胱 Cys C CH2—CH—COO－

5.05a-氨基-b-巯基丙酸

SHNH3＋到前页第11页,共72页，2024年2月25日，星期天返回23-pI存在于蛋白质中的20种常见氨基酸——*为必需氨基酸(续2)

名称

结 构 式中文简称英文简称单字符号等电点

pI16天冬氨酸(Asparticacid)天

Asp D HOOC-CH2-CH—COO－

2.77a-氨基丁二酸 NH3＋

17谷氨酸(Glutamicacid)

谷 Glu E HOOCCH2CH2-CH-COO－

3.22

a-氨基戊二酸

NH3＋

18赖氨酸(Lysine)* 赖 Lys K CH2CH2CH2CH2-CH-COO－a,w-二氨基己酸 NH3＋

NH2

9.7419精氨酸(Aginine) 精 Arg RH2N-C-NH-CH2CH2CH2-CH-COO－

a-氨基-d-胍基戊酸

＋

NH2 NH2 10.7620组氨酸(Histidine) 组 His H CH2-CH-COO－

7.59a-氨基-b-(4-咪唑基)丙酸

NH3＋

第12页,共72页，2024年2月25日，星期天二、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数量不足，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。此外，组氨酸和精氨酸在婴幼儿和儿童时期因体内合成不足，也需依赖食物补充一部分。第13页,共72页，2024年2月25日，星期天三、等电点R—CH—COOH R—CH—COO-NH2

+NH3

这种分子内部酸性基团和碱性基团所形成的盐叫内盐,又叫两性离子或偶极离子。

氨基酸分子中的-NH2呈碱性，而-COOH呈酸性，所以本身能互相反应形成盐。（1）氨基酸的酸碱性第14页,共72页，2024年2月25日，星期天

R—CH—COOH(约0.001%) NH2 R—CH—COO-

+NH3 R—CH—COOH+NH3R—CH—COO-NH2OH-H+两性离子H+OH-阳离子阴离子pH<pIpH=pIpH>pI(纯水中

~100%)(2)氨基酸的等电点

氨基酸在溶液中所带电荷状态，除决定于本身的结构外，还取决与溶液的pH值。不同的pH值溶液中，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。第15页,共72页，2024年2月25日，星期天

当一种氨基酸溶液的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，溶液主要以偶极离子形式存在。此时由于所带的正负电荷数相等，净电荷为零，呈电中性，在电场中也不移动。氨基酸处于等电状态时溶液的pH值称为这个氨基酸的等电点(IsoelectricPoint),用pI表示。

pH=pI，主要以两性离子形式存在。

pH>pI，主要以阴离子形式存在。

pH<pI

，主要以阳离子形式存在。第16页,共72页，2024年2月25日，星期天

将氨基酸的溶液置于电场中，

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。

等电点是氨基酸的重要理化常数之一，可由实验测得，也可通过计算得到。每种氨基酸都有其特定的等电点。

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)至20种AA第17页,共72页，2024年2月25日，星期天中性氨基酸：—CO2H电离度较—NH2稍大，也即-CO2H电离出来的H+多于-NH2接受的H+,此时[阴离子]>[阳离子],溶液pH>pI,故中性氨基酸的纯水溶液呈微弱酸性,需在溶液中才能使它达到等电点。问：如何将水溶液中的氨基酸调到等电点？酸性氨基酸：2羧基1氨基，故电离后[阴离子]>[阳离子]，溶液pH>pI,需加才能达到等电点。碱性氨基酸：

1羧基2氨基，故电离后[阴离子]<[阳离子]，溶液pH<pI,需加才能达到等电点。加少量酸较多的酸适量的碱第18页,共72页，2024年2月25日，星期天

等电点时溶液中两性离子的浓度最高，溶解度最小。应用举例：由“味精”(含80%以上的谷氨酸单钠盐)制备谷氨酸：用盐酸中和至pH~3(谷氨酸的等电点)时，冷却放置后，就可从水溶液中析出可供药用的谷氨酸结晶。第19页,共72页，2024年2月25日，星期天问题：在下面的实验中，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缓冲液第20页,共72页，2024年2月25日，星期天问题解答：缬谷在电泳仪中分离氨基酸pH6.0赖第21页,共72页，2024年2月25日，星期天R—CH—COOH

NH2NaOH/H2OHCl/H2O

乙酸酐NaNO2+HClC2H5OH/H+R—CH(NH2)COOC2H5四、氨基酸的化学性质氨基与羧基各自的反应：

氨基酸除具有氨基和羧基的一些典型反应之外，还有二者相互影响、相互作用的某些特性。R—CH(NH2)-COONaR—CH(N+H3)-COOHR—CH-COOH

NH-COCH3R—CH(OH)-COOH+N2第22页,共72页，2024年2月25日，星期天

根据放出氮气的体积的体积，可计算氨基酸的含量。也可用来定量测定蛋白质或多肽分子中的游离氨基的含量(VanSlyke氨基氮测定法)。

脯氨酸与HNO2反应生成N-亚硝基化合物。1.与亚硝酸反应R-CH-COOH+HNO2R-CH-COOH+N2+H2ONH2

OH第23页,共72页，2024年2月25日，星期天2.与酰化试剂的反应氨基酸的氨基与酰氯或酸酐在弱碱条件下发生反应，氨基可被酰基化。第24页,共72页，2024年2月25日，星期天3.烃基化反应氨基酸氨基的一个H原子可被烃基所取代。例如与2,4-二硝基氟苯在弱碱溶液中发生芳环的亲核取代反应而生成二硝基苯基氨基酸。第25页,共72页，2024年2月25日，星期天肌球蛋白中的组氨酸在脱羧酶存在下可脱羧生成组胺。组氨酸 组胺R—CH—COOHBa(OH)2R—CH2—NH2+CO2↑

NH2CH2CHCOOH

NH2

脱羧酶CH2CH2NH2＋

CO2↑4.脱羧反应：（吸电子基团影响下的脱羧）第26页,共72页，2024年2月25日，星期天CH2CH2CH2CH2CHCOOH

细菌

CH2CH2CH2CH2CH2NH2 NH2-

CO2

NH2 NH2HOOCCHCH2CH2COOH

-CO2H2NCH2CH2CH2COOH NH2谷氨酸 g-氨基丁酸赖氨酸

尸胺CH2CH2CH2CHCOOH

细菌

CH2CH2CH2CH2NH2 NH2-

CO2

NH2 NH2鸟氨酸 腐胺第27页,共72页，2024年2月25日，星期天*.氨基转移反应α-氨基酸在体内代谢时，可在酶的作用下，发生氨基转移作用，本身成为α-酮酸，接受氨基的一般是α-酮戊二酸。α-酮戊二酸转为谷氨酸，后者可参与成脲的代谢反应。第28页,共72页，2024年2月25日，星期天5.氨基酸的显色反应2罗曼紫(lmax570nm)α-氨基酸与水合茚三酮在溶液中共热，生成蓝紫色化合物，称为罗曼紫(Ruhemann’spurple)+R-CHO+CO2↑＋3H2O+H3N-CH-COO－

R＋

与水合茚三酮反应（掌握现象）第29页,共72页，2024年2月25日，星期天

脯氨酸（COOH）和羟脯氨酸等亚氨基酸(含亚氨基结构)与茚三酮反应生成黄色化合物。第30页,共72页，2024年2月25日，星期天第二节多肽和蛋白质 O OH2N—CH—(

C—NH—CH)n—C—OH

R1

R2＋H3N－一、肽的结构和命名（一）结构肽是氨基酸残基之间彼此通过酰胺键(肽键)连接而成的一类化合物。其通式为：

多肽分子中的酰胺键称为肽键(peptidebond)，一般为a-COOH与a-NH2脱水缩合而成。第31页,共72页，2024年2月25日，星期天多肽分子中的氨基酸单位称氨基酸残基(aminoacidresidue)。肽也以两性离子的形式存在。—NH—CH—C—O||第32页,共72页，2024年2月25日，星期天寡肽（低聚肽）：二~十肽多肽： 十一肽以上蛋白质：一般为分子量超过 1万的多肽肽链状多肽环状多肽

根据肽分子中所含氨基酸单体的数目分别称为二肽、三肽、四肽……等等。第33页,共72页，2024年2月25日，星期天在链状多肽中都有两个末端： O OH2N—CH—(

C—NH—CH)n—C—OH

R

R1、N-末端(N-terminalend)：保留游离a-NH2的一端， 也叫氨基末端，一般写在肽链的左边。2、C-末端:保留有a-COOH的一端，也叫羧基末端， 通常写在肽链的右边。第34页,共72页，2024年2月25日，星期天

肽的结构不仅取决于组成肽链的氨基酸种类和数目，也与肽链中各氨基酸残基的排列顺序有关。由2种不同的氨基酸可形成2种二肽：

+H3N-CH2-CO-NH-CH-COO－

CH3

+H3N-CH-CO-NH-CH2-COO－

CH3甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酸3种不同的氨基酸→三肽6种异构体4种不同的氨基酸→四肽24种异构体

许多种氨基酸按照不同的排列顺序，构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质。第35页,共72页，2024年2月25日，星期天

命名时以C-末端的氨基酸残基为母体，由N端叫起，依次称为某氨酰，置于母体名称之前，称某氨酰某氨酸。缩写： 酪-甘-甘-苯-蛋英文缩写： Tyr-Gly-Gly-Phe-Met

或 Y-G-G-F-M

O

O O OH2N-CH-C-NH-CH2-C-NH-CH2-C-NH-CH-C-NHCHCO2H

CH2

CH2 CH2 CH2OH

SCH3俗名：蛋氨酸脑吗啡呔.首先从猪脑中分离得到,具有吗啡样活性。酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（二）命名第36页,共72页，2024年2月25日，星期天对肽的命名我们只要求命名到三肽。第37页,共72页，2024年2月25日，星期天－OOC-CH-CH2-CH2-C—NH—CH—C—NH-CH2-COOH

+NH3 O

CH2 O SH QUESTION：命名下列三肽。谷氨酸残基半胱氨酸残基甘氨酸残基谷氨酰半胱氨酰甘氨酸αβγg-缩写：g-谷-半胱-甘(谷胱甘肽)g-Glu-Cys-Gly或：g-Q-C-G谷胱甘肽分子中因含有-SH,故称为还原型谷胱甘肽，简写为GSH.第38页,共72页，2024年2月25日，星期天

CC——N

C132pmα147pm二、肽键的结构特点p514RORHHH..α147pm1.组成肽单元（肽键与相临的2个α-碳原子所组成的基团）的6个原子共平面，此平面称为肽键平面。2.肽键具有部分双键的性质。肽键一般呈反式构型。3.相邻的肽键平面可围绕Cα旋转，肽键骨架也可视为一系列通过Cα原子衔接的肽键平面所组成。

HN——COCHR第39页,共72页，2024年2月25日，星期天与氨基酸不同点：多肽是由不同氨基酸残基连接而成，它的性质和功能与氨基酸又有明显差异。如三肽以上的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的定性和定量分析。与氨基酸相似点:1、也以偶极离子形式存在,具有各自的等电点。2、能发生类似于氨基酸所起的反应，如脱羧反应、与亚硝酸反应、酰化反应及显色反应等.肽的性质:第40页,共72页，2024年2月25日，星期天三、多肽的合成氨基酸的偶联：形成酰胺键偶联条件DCC,DMAPDCC,HOBt(orHOAt)EDCI,HOBt(orHOAt)第41页,共72页，2024年2月25日，星期天正交保护基OrthogonalProtectingGroupsN端的保护

C端的活化和保护第42页,共72页，2024年2月25日，星期天1965年，我国科学家首次完成具有生物活性的由51个氨基酸残基组成的牛胰岛素的合成工作。第43页,共72页，2024年2月25日，星期天固相合成(SPPS)Solid-phase

peptidesynthesisTheNobelPrizeinChemistry1984

"forhisdevelopmentofmethodologyforchemicalsynthesisonasolidmatrix"RobertBruceMerrifield1921～多肽合成仪第44页,共72页，2024年2月25日，星期天三、肽的一级结构测定（一）测定肽的组成在酸性溶液中水解肽，用分离氨基酸的方法进行分离和分析。（二）序列测定1.末端残基分析法2.部分水解法第45页,共72页，2024年2月25日，星期天

SangerN-terminalAnalysis(P.520)TheNobelPrizeinChemistry1958

"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSanger1918～第46页,共72页，2024年2月25日，星期天

EdmanDegradation(P.520)PehrVictorEdman1916～1977Theproteinsequenator第47页,共72页，2024年2月25日，星期天四、蛋白质的结构层次

蛋白质和多肽都是由20种L-α-氨基酸缩合而成的聚酰胺。因此，在小分子蛋白质和大分子之间不存在严格的分界线，通常将分子量在1万以上的称蛋白质，1万以下的称多肽。蛋白质有稳定的构象，小肽无一定的溶液构象，仅在发挥作用时呈现其稳定构象。 人体内约有10万种以上的protein，其质量约占人体干重的45％。第48页,共72页，2024年2月25日，星期天一、元素组成

经元素分析，发现蛋白质含有碳、氢、氧、氮，此外还含有硫、磷及一些微量元素等。

生物组织中，绝大部分氮元素都来自蛋白质，在任何生物样品中，1g氮元素相当与6.25g蛋白质，故只需测定蛋白质样品中氮的质量分数ω（N），即可计算出蛋白质的质量分数。ω（蛋白质）=ω（N）×6.25第49页,共72页，2024年2月25日，星期天二、结构

任何一种蛋白质分子在天然状态下均具有独特而稳定的构象，这是蛋白质分子在结构上最显著的特点。为了表示蛋白质分子不同层次的结构，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畴，称为高级结构。并非所有的蛋白质均具有四级结构。由一条多肽链形成的蛋白质只有二、三级结构。由两条以上肽链形成的蛋白质才可能有四级结构。第50页,共72页，2024年2月25日，星期天1.一级结构（primarystructure）指多肽链中AA残基的排列顺序。—HN-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C—OOOOR4R1R2R3

肽键是一级结构中连接AA残基的主要化学键。任何特定的蛋白质都有其稳定的AA排列顺序。有的蛋白质只有一条多肽链组成，有的有两条或多条肽链构成。第51页,共72页，2024年2月25日，星期天人胰岛素分子的一级结构由51个AA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。第52页,共72页，2024年2月25日，星期天班廷与麦克劳斯发现胰岛素，并用于糖尿病治疗，共同获得1923年的诺贝尔医学奖。FrederickGrantBantingJohnJamesRichardMacleod第53页,共72页，2024年2月25日，星期天

指多肽链的主链骨架在空间盘曲折叠形成的方式，并不涉及侧链R的构象。

各种蛋白质的主链骨架均相同，但连接在α－C上的R结构和性质都不同，它们与主链各原子间的相互影响使肽链平面的相对旋转出现不同角度，从而导致主链骨架在空间形成不同的构象，包括α－螺旋、β－折叠层、β－转角和无规卷曲等几种类型。2.二级结构(secondarystructure)第54页,共72页，2024年2月25日，星期天α-螺旋(a)α-螺旋(b)肽链呈螺旋上升。每个AA残基沿轴向升高150pm,每隔3.6个AA残基螺旋上升1圈①α-螺旋构象(α-helix)：多肽链中各肽键平面通过α-C的旋转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲现象。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。螺旋之间靠氢键维系侧链R伸向螺旋外侧结构特征第55页,共72页，2024年2月25日，星期天

-螺旋第56页,共72页，2024年2月25日，星期天

-螺旋第57页,共72页，2024年2月25日，星期天第58页,共72页，2024年2月25日，星期天α-螺旋在蛋白质中的含量，因蛋白质种类不同而异。如毛发中的角蛋白、肌肉中的肌球蛋白都呈α-螺旋结构。有些蛋