高中生物竞赛辅导生化氨基酸肽

关于高中生物竞赛辅导生化氨基酸肽第一节

蛋白质概论（summary)

一、蛋白质的重要性二、蛋白质的组成三、蛋白质的分类第2页,共71页，星期六，2024年，5月1、蛋白质是生物体的重要组成部分(Proteinsareimportantbiomolecules)一、蛋白质的重要性(Theimportanceofproteins)蛋白含量：在人体中占干重的50%左右；细菌、病毒、酵母>50%；植物体内、茎、叶中的含量不高，植物种子含有丰富的蛋白质。分布：细胞各个部分都有蛋白质的存在。种类：种类多，每一种都具有不同生物学活性，生物信息的遗传是由蛋白质活动下实现的。第3页,共71页，星期六，2024年，5月蛋白质的生物功能

Proteinshavemanydifferentbiologicalfunctions1).酶的催化功能(Enzymaticcatalysis)Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferase（荧光素酶）withATP第4页,共71页，星期六，2024年，5月2).运输和储存功能(Transportandstorage)Erythrocytes（红细胞）containalargeamountofhemoglobins（血红蛋白）,theoxygen-transportingprotein.第5页,共71页，星期六，2024年，5月3).机械功能(Mechanicalfunctions)Theproteinkeratin（角蛋白）isthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.第6页,共71页，星期六，2024年，5月4).运动功能(Movement)striatedskeletalmusclecell

第7页,共71页，星期六，2024年，5月5).保护功能(Protection)第8页,共71页，星期六，2024年，5月6).信息传递功能(Informationprocessing)SimpleAnatomyoftheRetina第9页,共71页，星期六，2024年，5月二、蛋白质的组成(Compositionofproteins)

1、化学组成(元素组成)(Protein’selementcomposing)

元素

百分含量

平均(%)C

H

O

N

S

P

50-556.9-7.721-24

15.0-17.60.3-2.30.4-0.9527231620.6微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼凯氏定氮：粗蛋白质含量=蛋白氮×6.25第10页,共71页，星期六，2024年，5月2.蛋白质的结构组成(Protein’sbuilding-blockunits)蛋白质(Pr)分子量很大，可水解成简单有机化合物——氨基酸（aminoacids)，Pr含有数以百计的氨基酸(aa)，氨基酸按固定的排列顺序以共价键的形式连接形成长的不分支的链。蛋白质是由多肽组成的。蛋白质：分子量>6000时，有完整的生物学功能，至少40个aa。多肽：分子量<6000时，不完全有生物学功能。第11页,共71页，星期六，2024年，5月3、蛋白质的水解(Hydrolysisofproteins)

蛋白质可以被酸、碱和酶水解，可以产生aa。根据水解程度分：完全水解产物为aa,不完全水解产物不同的片断混合物，无确定组成成分。根据片断的大小，可以分为：

第12页,共71页，星期六，2024年，5月1).酸水解方法:6NHCl,煮沸回流20小时左右,或加压于120°C水解12小时.优点:

水解彻底,水解的最终产物是L-氨基酸,没有旋光异构体生成.缺点:

色氨酸全部破坏,丝,苏,酪氨酸部分破坏.有腐黑质生成,水解液呈黑色.第13页,共71页，星期六，2024年，5月2).碱水解方法:6MNaOH或4MBa(OH)2煮沸6小时.优点:

色氨酸不被破坏,水解液清亮透明.缺点:

水解产生的氨基酸发生旋光异构作用,产物中有L-,D-型两类氨基酸.第14页,共71页，星期六，2024年，5月3).酶水解方法：蛋白质可以由蛋白酶水解，不同的蛋白酶专一性不同。优点:

条件温和,常温常压(36-60°C)

及pH2-8时,氨基酸不受破坏,无旋光异构体产生.缺点:

各蛋白酶有不同的专一性,用单一的酶作用水解不彻底.第15页,共71页，星期六，2024年，5月三、蛋白质的分类(Classificationofproteins)(一).依分子形状分类(Classifiedaccordingtoshape)

球状蛋白

纤维状蛋白

外型

球型或椭圆型

纤维状

溶解性

易溶于水

难溶于水

功能

功能多样性

一般具保护支持作用

结构

一级结构无规律一级结构有规律,某段氨基酸有顺序性第16页,共71页，星期六，2024年，5月四、蛋白质分子的构象与结构层次蛋白质都有自己特有的天然空间结构，称为构象。

第17页,共71页，星期六，2024年，5月第二节

蛋白质的结构单元——氨基酸

(Aminoacids)一、氨基酸的结构与分类二、氨基酸的性质三、氨基酸的分离分析第18页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸是蛋白质的结构单元，这一点已由蛋白质的水解可以得到证明。所有生物中最常的是20种氨基酸，在生物界中是通用的。氨基酸通式为：氨基酸的结构和分类(Structureandclassificationofaminoacids)第19页,共71页，星期六，2024年，5月(一).基本结构

(Aminoacidshavecommonstructuralfeatures)COO-Rgroup氨基酸基aH=GlycineCH3=AlanineHN3+HJuangRH(2004)BCbasics第20页,共71页，星期六，2024年，5月GlyAlaValLeuIlePheTyrTrpCysMetSSStryer(1995)Biochemistry(4e)p.20氨基酸不同，它的R基团就不同第21页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸的通式及a-碳第22页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸存在对映异构体aa镜像化性相同、物性(旋光度)不同立体结构不同JuangRH(2004)BCbasics20种氨基酸中，除甘氨酸外，其α-碳原子都是手征性碳原子，第23页,共71页，星期六，2024年，5月和糖类一样，氨基酸的D-L-构型，并不代表其旋光方向。氨基酸的名称一般使用它的英文的前三个字母作为缩写附号表示，有时有单字母表示第24页,共71页，星期六，2024年，5月(二).氨基酸的分类(Classificationofaminoacids)1、参加蛋白质组成的氨基酸

(Aminoacidsfoundinproteins)1).有遗传密码的氨基酸

(“Standard”aminoacids)2).无遗传密码,但在蛋白质中发现的

(Aminoacidsderivativesinproteins)2、不参加蛋白质组成的氨基酸

(Nonproteinaminoacids)第25页,共71页，星期六，2024年，5月1、参加Pr组成的氨基酸1）有遗传密码的aa，共有20种，可根据侧链的极性不同，将这些氨基酸分成四类（有的是按照R基团的结构来分）。①非极性R基氨基酸，侧链无极性②不带电荷的极性R基的aa③带正电荷的极性R基aa——碱性aa④带负电荷的极性R基aa——酸性aa第26页,共71页，星期六，2024年，5月①非极性R氨基酸，侧链无极性Gly甘氨酸GAla丙氨酸AVal缬氨酸VPro脯氨酸PLeu亮氨酸LILe异亮氨酸IMet甲硫氨酸M第27页,共71页，星期六，2024年，5月①非极性R氨基酸，侧链无极性（芳香族氨基酸）Phe，F苯丙氨酸；Tyr，Y

酪氨酸；Trp，W色氨酸第28页,共71页，星期六，2024年，5月②不带电荷的极性R基的aaSer丝氨酸SThr苏氨酸TCys半胱氨酸CAsn天冬酰胺NGln谷氨酰胺Q第29页,共71页，星期六，2024年，5月③带正电荷的极性R基aa——碱性aaLys赖氨酸KArg精氨酸RHis组氨酸H第30页,共71页，星期六，2024年，5月④带负电荷的极性R基aa——酸性aaAsp天冬氨酸DGlu谷氨酸E第31页,共71页，星期六，2024年，5月POLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpPro氨基酸的极性分类『极性或非极性，是蛋白质性质之所系。』JuangRH(2003)Biochemistry第32页,共71页，星期六，2024年，5月按氨基酸是否能在人体内合成分：

（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：Lys,赖氨酸、Trp,色氨酸、Met甲硫氨酸、Met苯丙氨酸、Val缬氨酸、Leu亮氨酸、Ile异亮氨酸、Thr苏氨酸。（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸(His)、精氨酸(Arg)。第33页,共71页，星期六，2024年，5月二十种氨基酸的结构特点支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：组氨酸亚氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：赖氨酸第34页,共71页，星期六，2024年，5月2).无遗传密码,但在蛋白质中发现的(Aminoacidsderivativesinproteins)①胱氨酸（Cystine)半胱是Cysteine，广泛地存在于蛋白质中。它由两个半胱氨酸的巯基氧化之后形成的，形成二硫键。第35页,共71页，星期六，2024年，5月不组成蛋白质，但有生理功能。2.不参加蛋白质组成的氨基酸(Nonproteinaminoacids)还有D型氨基酸（很少）第36页,共71页，星期六，2024年，5月二、氨基酸的性质(Propertyofaminoacids)(一).氨基酸的物理性质

(Physicalpropertyofaminoacids)(二).氨基酸的化学性质

(Chemicalpropertyofaminoacids)第37页,共71页，星期六，2024年，5月(一).氨基酸的物理性质

(Physicalpropertyofaminoacids)一般性质

(Generalphysicalproperty)氨基酸的旋光性

(Opticalactivityofaminoacids)氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第38页,共71页，星期六，2024年，5月1、一般性质(Generalphysicalproperty)1).形态：均为白色结晶或粉末，不同氨基酸的晶型结构不同。2).溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀碱中溶解性好。3).熔点：氨基酸的熔点一般都比较高，一般都大于200℃，超过熔点以上氨基酸分解产生胺和二氧化碳。Alanine

Valine

第39页,共71页，星期六，2024年，5月Gly一种构型,无旋光性Thr和Ile有四种光学异构体。其余17种氨基酸有两种光学异构体：L型、D型。构成蛋白质的氨基酸均属L-型。2.氨基酸的旋光性(Opticalactivityofaminoacids)第40页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸的旋光性受溶液的pH影响很大，这是因为在不同条件下氨基和羧基的解离状态不同。构型（DL）是指的化学结构而不是旋光方向。pH对L-亮氨基（a)和L-组氨酸（b)的比旋光度的影响第41页,共71页，星期六，2024年，5月Lambert-Beer：3.氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第42页,共71页，星期六，2024年，5月aa在280nm有最大光吸收Tyr、Phe、Trp的R基含有共轭双键，在220-300nm近紫外区有吸收。

λ（nm）εTrp2805.6×103Tyr2751.4×103Phe2572.0×102

第43页,共71页，星期六，2024年，5月1、氨基酸的酸碱性质与两性解离1).氨基酸以偶极离子

(zwitterions

ordipolarions)存在①晶体溶点高→离子晶格，不是分子晶格。②不溶于非极性溶剂→极性分子。③介电常数高→水溶液中的氨基酸是极性分子。(二).氨基酸的化学性质第44页,共71页，星期六，2024年，5月COOHNH2

H+COO-R

-

C

-

HNH2

H+R

-

C

-

HCOO-NH2R

-

C

-

H酸性环境中性环境碱性环境+1-10pK1~2pK2~9等电点5.5JuangRH(2004)BCbasics2).氨基酸在溶液中的带电状态第45页,共71页，星期六，2024年，5月

环境酸碱度对氨基酸的净电荷的影响

+NetChargeofaAminoAcidBufferpHIsoelectricpoint,pI-3456789100-+pH>pI时，氨基酸带负电荷pH=pI时，氨基酸净电荷为零pH<pI时，氨基酸带正电荷第46页,共71页，星期六，2024年，5月129630[OH]→★★pK1pK2pHpIH-C-RCOO-NH2H+等电点

=pK1+pK224).氨基酸的滴定曲线JuangRH(2004)BCbasicsH-C-RCOOHNH2

H+H-C-RCOO-NH2第47页,共71页，星期六，2024年，5月5）二羧基、一氨基aa的解离及pI值对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。酸性氨基酸

pI=(pK1+pKR-COO-)/2碱性氨基酸

pI=(pK1+pKR-NH2)/2谷氨基的两性离子两边的pK值的平均值：pI=(2.19+4.25)/2=3.22第48页,共71页，星期六，2024年，5月组氨酸在不同pH值下带电状态585.7217.90.6=+=pI第49页,共71页，星期六，2024年，5月1).由a-氨基与羧基共同参与的反应(1).茚三酮的颜色反应(2).成肽反应2).a-NH2参与的反应(1).与亚硝酸反应(2).与甲醛反应(3).酰化反应(4).烷化反应(5).希夫反应3).a-COOH参与的反应(1).成盐反应(2).成酯反应(3).酰卤化反应(4).脱羧反应(5).叠氮反应4).氨基酸的侧链基团的反应

2. 氨基酸的化学反应第50页,共71页，星期六，2024年，5月4).氨基酸的侧链基团的反应R基名称化学反应用途及重要性

苯环黄色反应：与硝酸作用产生黄色物质。定性分析Phe,Tyr.

酚基Millon反应：与HNO3,Hg(NO3)2和HNO3反应成红色。Folin反应：酚基可还原磷钼酸，磷钨酸成兰色物质。定性分析Tyr

吲哚基乙醛酸反应：与乙醛酸或二甲基氨甲醛反应，产生紫红色化合物。还原磷钼酸，磷钨酸成钼蓝，钨蓝鉴定Trp第51页,共71页，星期六，2024年，5月续表

胍基坂口反应：在碱性溶液中胍基与含有a-萘酚及次氯酸钠的物质反应成红色物质。鉴定Arg

咪唑基Pauly反应：与重氮盐化合物结合生成棕红色物质。测定His,Tyr

巯基亚硝基亚铁氰酸钠反应：在稀氨溶液中与亚硝基亚铁氰酸钠反应成红色。Cys的测定

羟基与乙酸或磷酸作用成酯。保护Ser,Thr第52页,共71页，星期六，2024年，5月用一种带有固定电荷基团的合成树脂即离子交换树脂作为支持物，通过溶质分子的酸碱性质的不同，而将其分离的方法。离子交换层析法阳离子树脂第53页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸的洗脱氨基酸与树脂上解离基团之间的静电引力氨基酸与树脂基质聚苯乙烯之间的疏水作用第54页,共71页，星期六，2024年，5月(二).电泳(Electophy)电泳的基本原理

第55页,共71页，星期六，2024年，5月第三节肽(peptides)

一、肽的定义与肽键二、肽的书写三、自然界中存在的小肽四、肽的理化性质第56页,共71页，星期六，2024年，5月NH2COOH1NH2COOH2NH2C

NCOOHOH21两个氨基酸分子头尾连接起来蛋白质中氨基酸之间的连接键是主要的是肽键脱水CarbodiimideJuangRH(2004)BCbasics肽键是一个酰胺键第57页,共71页，星期六，2024年，5月肽的结构与肽键第58页,共71页，星期六，2024年，5月氨基酸借肽键连接的分子叫肽，肽是一大类物质，即：

1）两个氨基酸组成的肽叫二肽；

2）三个氨基酸组成的肽叫三肽；3）多个氨基酸组成的肽叫多肽；4）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链，肽链两端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端（氨基末端），自由-COOH端称为C-末端（羧基末端）；

5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；

6）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH2端开始，由N指向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。二、肽的定义与结构

第59页,共71页，星期六，2024年，5月单位小分子

N-C-C-N-C-C-N-C-C

-碳为中心

N-C-C-N-C-C-N-C-C

两端氨基酸

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽键的定位

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽的结构分析JuangRH(2004)BCbasics第60页,共71页，星期六，2024年，5月NCC

HNC●肽键

虽是单键却有双键性质，不能自由旋转O●肽键

周围六个原子在同一平面（酰氨平面）上●

相邻两个氨基酸的

-carbon在对角

(trans)，反式C肽键的特点sp2sp2●

肽键亚氨基在pH0-14内不解离。第61页,共71页，星期六，2024年，5月多肽链可以看成由Ca串联起来的数个肽平面组成氨基酸残基氨基酸残基以肽键平面连接成多肽长链第62页,共71页，星期六，2024年，5月1、

旋光性一般短肽的旋光度等于其各个氨基酸的旋光度的总和。2、

肽的酸碱性质短肽在晶体和水溶液中是以偶极离子形式存在。肽的酸碱性质主要取决于N端a-NH２和C端a-COOH以及侧链R上可解离的基团。在长肽或蛋白质中，可解离的基团主要是侧链基团。三、肽的物理化学性质第63页,共71页，星期六，2024年，5月pH优势离子的净电荷：

<3.5+23.