第十四章氨基酸和蛋白质

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1、16-1第十四章第十四章氨基酸、肽和蛋白质氨基酸、肽和蛋白质(Amino Acids,Peptides&Proteins)16-2 是一类含氮的高分子化合物，是一类生物高分子。是生命的基础，是构成细胞的主要物质。蛋白质是功能分子，既充当生物体的构架材料，又为生命执行各种特殊使命。有机体内起催化作用的各种酶是蛋白质，调节代谢的激素 大多数是蛋白质或其衍生物，免疫作用的抗体是蛋白质。呼吸作用中运输O2和CO2的是血红蛋白。肌肉的收缩，消化道的蠕动，起保护作用的皮肤、毛发 等都是从蛋白质的特有造型性质中产生出来的。如：蛋白质16-314.1.1 Introduction(概述概述)分子中含氨基的羧酸

2、称为氨基酸分子中含氨基的羧酸称为氨基酸COOHNH2CH3CH2CHCOOHNH2CH3CHCOOHNH2COOHNH2CH2CH2COOHNH2CH2CH2CH2-氨基酸氨基酸脂肪氨基酸脂肪氨基酸芳香氨基酸芳香氨基酸-氨基酸氨基酸-氨基酸氨基酸16-4中性中性(neutral)氨基酸：氨基酸：-NH2与与-COOH数目相等数目相等,但并非就是中但并非就是中性分子性分子酸性酸性(acidic)氨基酸：氨基酸：-NH2比比-COOH数目少数目少碱性碱性(basic)氨基酸：氨基酸：-NH2比比-COOH数目多数目多命名多用俗名。命名多用俗名。构型：除甘氨酸，均有手性。构型：除甘氨酸，均有手性。分

3、子的构型可与L-乳酸联系。HOHCOOHCH3HNH2COOHCH3L-乳酸乳酸 L-氨基酸氨基酸16-5D,L-表示氨基酸的构型表示氨基酸的构型,是以离羧基最近的手性是以离羧基最近的手性碳为标准碳为标准,而糖的构型是以离羰基最远的手性碳而糖的构型是以离羰基最远的手性碳为标准为标准.COOHCH3H2NHHOHL-苏氨酸苏氨酸 一般天然产的氨基酸都为一般天然产的氨基酸都为L型的，如果用型的，如果用 R/S 法法标记，那么天然氨基酸大多属于标记，那么天然氨基酸大多属于S-构型。但也有构型。但也有R-构构型的，如型的，如 L-半胱氨酸为半胱氨酸为R-构型。构型。16-6HC O O HH2NHHC

4、 O O HH2NC H3HC O O HH2NC HC H3C H3甘氨酸glycine-the only achiral(非手性)amino acidR=H丙氨酸alanineR=CH3缬氨酸valineR=CH(CH3)216-7NH2HHCOOHNH2HCH3COOHNH2HCHCOOHCH3CH3NH2HCH2COOHCH CH3CH3Glycine甘氨酸 5.97Alanine丙氨酸 6.02Valine*缬氨酸 5.97Leucine*亮氨酸 5.98NH2HCHCOOHCH3CH2CH3Isoleucine*异亮氨酸 6.02中性氨基酸中性氨基酸NH2HCOOHCH2Pheny

5、lalanine*苯丙氨酸 5.48NH2HCOOHCH2SHCysteine半胱胺酸5.02NH2HCOOHCH OHCH3Threonine*苏氨酸 6.5316-8NH2HC O O HC H2O HNHHCOOHTyrosine酪氨酸5.66Proline 脯氨酸6.30NH2HCOOHCH2OHSerine丝氨酸5.68NH2HCOOHCH2CH2CONH2Glutamine谷酰胺5.65NH2HCOOHCH2CONH2Asparagine天冬酰胺5.41NH2HCOOHCH2CH2S CH3Methionine*蛋氨酸5.74ONH2NHTryptophyl*色氨酸5.8916-9

6、NH2HCOOHCH2COOHAspartic acid天冬氨酸2.98NH2HCOOHCH2CH2COOHGlutamic acid谷氨酸3.22酸性氨基酸酸性氨基酸NH2HCH2CO OHCH2CH2CH2NH2Lysine*赖氨酸9.74NH2HC H2C O O HC H2C H2N HCN HN H2Arginine精氨酸10.76NH2HCH2COOHNNHHistidine 组氨酸7.59碱性氨基酸碱性氨基酸16-1013.1.2化学性质化学性质(Chemical Properties)具有氨基和羧基的典型反应具有氨基和羧基的典型反应.氨基的烃基化氨基的烃基化,酰基化酰基化,与亚

7、硝酸反应等与亚硝酸反应等.羧基可生成酯羧基可生成酯,酰卤酰卤,酰胺等酰胺等.分子中如有其他基团如羟基分子中如有其他基团如羟基,还有其官能团的反应还有其官能团的反应.Physical Properties(物理性质物理性质):无色结晶，易溶于水，难无色结晶，易溶于水，难溶于非极性有机溶剂。加热到熔点（溶于非极性有机溶剂。加热到熔点（200）分解。）分解。氨基的烃基化氨基的烃基化,酰酰基化基化,与亚硝酸反与亚硝酸反应等应等羧基可生成酯羧基可生成酯,酰酰卤卤,酰胺等酰胺等RCOCHH2NOH16-111.两性两性(Dipolar structure of amino acids)结构结构RCHCOO

8、-NH3+分子中有氨基和羧基，可形成分子内盐分子中有氨基和羧基，可形成分子内盐(internal salt)。主要以两性离子。主要以两性离子(zwitterion)存在。存在。氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸主要是以内盐的形式存在的。分子中氨基酸主要是以内盐的形式存在的。分子中没有游离的没有游离的-NH2 或或-COOH。氨基酸一般在氨基酸一般在200以下不溶化，具有较高的熔点以下不溶化，具有较高的熔点（实际上是分解点）。氨基酸可溶于水，而不溶于（实际上是分解点）。氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶剂。苯、醚等非极性有机溶剂。16-12

9、平衡平衡 加入酸，平衡左移，正离子增加。加入酸，平衡左移，正离子增加。加入碱，平衡右移，负离子增加。加入碱，平衡右移，负离子增加。RCHCOO-NH3+RCHNH3+COOHRCHCOO-NH2H2OH2O+H3O+OH-+负离子负离子两性离子两性离子正离子正离子中性氨基酸中中性氨基酸中,-COO-结合质子能力与结合质子能力与-NH3+给出质子能力不给出质子能力不同同,因此中性氨基酸的因此中性氨基酸的pH不等于不等于7,一般略小于一般略小于7,即负离子即负离子多一些多一些.16-13 等电点等电点 Isoelectric point,pI当正离子数目等于负离子数目时,此时溶液的pH值为该氨基酸

10、的等电点。用pI表示。酸性酸性氨基酸氨基酸,pH7：加入加入酸酸才能到等电点才能到等电点,即即pI7.碱性碱性氨基酸氨基酸,pH7：加入加入碱碱才能到等电点才能到等电点,即即pI7.中性中性氨基酸氨基酸,pH7：加入：加入酸酸才能到等电点才能到等电点,即即pI7.RCHCOO-NH3+RCHNH3+COOHRCHCOO-NH2H2OH2O+H3O+OH-+负离子负离子两性离子两性离子正离子正离子各种氨基酸在其等电点时的溶解度最小各种氨基酸在其等电点时的溶解度最小,可用于分离氨基酸可用于分离氨基酸16-142.与亚硝酸反应与亚硝酸反应3.与甲醛作用与甲醛作用用于定量分析中测定分子中的氨基的含量。

11、称为范斯莱用于定量分析中测定分子中的氨基的含量。称为范斯莱克（克（Van Slyke）氨基测定法氨基测定法RCHNH2COOHRCHCOOHOH+HNO2+N2+H2O 用于封闭氨基，滴定羧基。用于封闭氨基，滴定羧基。RCHCOOHNCH2RCHNH2COOH+HCHO+H2O16-15 4.络合作用络合作用5.受热分解：同羟基酸类似受热分解：同羟基酸类似N、O可与金属离子配位可与金属离子配位,形成络合物形成络合物.-氨基酸氨基酸:两两分子间脱水分子间脱水,形成哌嗪二酮形成哌嗪二酮.-氨基酸氨基酸:失去氨基失去氨基,-形成不饱和酸形成不饱和酸.、-氨基酸氨基酸:分子内脱水分子内脱水,形成内酰胺

12、形成内酰胺.以上氨基酸以上氨基酸:分子间脱水分子间脱水,形成聚酰胺形成聚酰胺.16-166.与水合茚三酮与水合茚三酮(ninhydrin)反应反应-氨基酸的性质氨基酸的性质.与茚三酮溶液一起加热后，可生成蓝紫色与茚三酮溶液一起加热后，可生成蓝紫色物质。物质。ON=CNH2+R-CH-COOHOOOHOH2OO水合茚三酮+CO2+RCHO蓝紫色OH茚茚茚三酮茚三酮 水合茚三酮水合茚三酮凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。16-171 1由醛制备由醛制备 醛在氨存在下加氢氰酸生成醛在氨存在下加氢氰酸生成-氨基腈，后者水解生成氨

13、基腈，后者水解生成-氨基酸。氨基酸。C6H5CH2CHONH3,HCNC6H5CH2CHCNNaOH,H2OH3O(1)(2)NH2C6H5CH2CHCO2NH3苯丙氨酸74%2 2-卤代酸的氨化卤代酸的氨化RCHCOOHXNH3RCHCOOHNH2必然有副产物。13.1.3 氨基酸的制备方法氨基酸的制备方法16-18 3、Gabrial合成法：合成法：NHOO+CHCOORXRNOOCHCOORRH3O+COOHCOOH+RCHCOOHH2NROH4 4、由丙二酸酯法合成、由丙二酸酯法合成 此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：16-191.基本

14、概念基本概念一分子氨基酸的氨基与另一分子氨基酸的氨基与另一分子氨基酸的羧基失水形成的酰胺键。二分子氨基一分子氨基酸的羧基失水形成的酰胺键。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。肽叫多肽。：分子间氨基与羧基失水，以酰胺键：分子间氨基与羧基失水，以酰胺键相连，形成的化合物。相连，形成的化合物。CNHO肽键肽键,peptide bond or peptide linkage 16-20:由一个或多条多肽链组成。由一个或多条多肽链组成。a biological macromolecule of molecular weight

15、5000 g/mol of greater,consisting of one or more polypeptide chains：由多分子氨基酸缩合而成。由多分子氨基酸缩合而成。由三分子氨基酸缩合而成。由三分子氨基酸缩合而成。a molecule containing three amino acids joined by peptide bonds。:a macromolecule containing many amino acids joined by peptide bonds a molecule containing two amino acids joined by a pe

16、ptide bond由两分子氨基酸缩合而成由两分子氨基酸缩合而成。16-21 1）保留游离氨基部分，以“N”端表示。保留游离羧 基部分，以“C”端表示。2）以含“C”端的氨基酸为母体，将“酸”改为“酰”。3）将“N”端氨基酸写在最前，依次写出。4）简写：只写头一个字。2.多肽的命名多肽的命名甘氨酰丙氨酸H2NCH2-C-NH-CHCOOHCH3O16-22书写时规定：肽的命名，是从N-端开始，由左至右依次将每个氨基酸单位写成“某氨酰”，最后一个氨基酸单位的羧基是完整的，写为“某氨酸”例如：可以看出：（二肽）2个氨基酸组成肽有2种异构体（二种连接方式）（三肽）3个氨基酸组成肽有6种异构体 （四肽

17、）4个氨基酸组成肽有27种异构体 （六肽）6个氨基酸组成肽有720种异构体谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷半胱甘）谷氨酸半胱氨酸甘氨酸含有游离H2N-一端叫N端端写在左边；含有游离-COOH一端叫C端端 写在右边。OOH2NCHCNHCHCNHCH2 COOHCH2-CH2-COOHCH2SH16-233.结构测定结构测定1）.2，4-二硝基氟苯法：二硝基氟苯法：DNFBDinitrofluorobenzene）or Sanger2）.异硫氰酸酯法异硫氰酸酯法(phenyl isothiocyanate or Edman or Edman degradation)16-24Type Exampl

18、esStructural tendons(腱腱),cartilage(软骨软骨),hair,nails(指甲指甲)Contractile(收缩收缩)musclesTransport hemoglobin（血色素）血色素）Storage milkHormonal insulin(胰岛素胰岛素),growth hormone(荷尔蒙荷尔蒙)Enzyme catalyzes reactions in cellsProtection immune(免疫免疫),response(应答应答)16-25 简单蛋白：水解后仅生成简单蛋白：水解后仅生成-氨基酸的蛋白质。氨基酸的蛋白质。结合蛋白：由简单蛋白与非蛋

19、白质所组成的。结合蛋白：由简单蛋白与非蛋白质所组成的。例如：糖蛋白，脂蛋白，核蛋白。例如：糖蛋白，脂蛋白，核蛋白。高等动物体内有几百万种蛋白质，结构复杂。高等动物体内有几百万种蛋白质，结构复杂。1）根据）根据形状形状分为：分为：2）根据）根据组成组成分为：分为：纤维蛋白：丝蛋白、角蛋白、球蛋白：纤维蛋白：丝蛋白、角蛋白、球蛋白：酪蛋白，蛋清酪蛋白，蛋清蛋白等。蛋白等。16-26清蛋白：清蛋白：可溶于水，例如麦清蛋白，豆蛋白球蛋白：球蛋白：不溶于水，可溶于稀的中性盐溶液中。例如：黄豆中的球蛋白醇溶蛋白：醇溶蛋白：不溶于水及稀盐溶液，可溶于60%80%乙醇溶液。例如：麦胶蛋白 谷蛋白：谷蛋白：不溶

20、于水、稀盐、乙醇溶液中，可溶于0.2%稀酸或稀碱中。如：稻谷蛋白精蛋白：精蛋白：加热不凝固，由80%的碱性氨基酸组成，可溶于水。硬蛋白：硬蛋白：不溶于水、稀酸、稀碱的纤维蛋白质，仅存在于动物界。例如：丝蛋白，角蛋白3）根据）根据溶解性能溶解性能分为分为：16-27 蛋白质蛋白质：是由酰胺键形成的高分子，一般分子量在：是由酰胺键形成的高分子，一般分子量在10000以以上。上。1）初级结构）初级结构Primary structure：（一级结构）蛋白质分（一级结构）蛋白质分子中氨基酸连接顺序。子中氨基酸连接顺序。the sequence of amino acids in a polypeptid

21、e chain,read from the N-terminal amino acid to the C-terminal amino acid.2）高级结构：）高级结构：包括二、三、四级结构。决定蛋白质的专一包括二、三、四级结构。决定蛋白质的专一生理作用。生理作用。16-28（1）二级结构）二级结构Secondary structurea.-螺旋结构螺旋结构 Alpha Helix：一条肽链通过一条肽链通过氢键氢键绕成螺旋型。绕成螺旋型。二级结构：二级结构：the ordered arrangements(conformations)of amino acids in localized r

22、egions of a polypeptide or proteinb.-折叠结构折叠结构Beta Pleated Sheet：肽链伸直（呈锯齿肽链伸直（呈锯齿形状），与相邻碳链形成链间的氢键。形状），与相邻碳链形成链间的氢键。c.三倍螺旋结构三倍螺旋结构 Triple Helix16-29（2）三级结构）三级结构(3)四级结构：四级结构：由几条螺旋型肽链相互扭在一起。由几条螺旋型肽链相互扭在一起。许多球型蛋白质是由一条或多条肽链构成的，每许多球型蛋白质是由一条或多条肽链构成的，每条肽链都有各自的一、二、三级结构。这些肽链条肽链都有各自的一、二、三级结构。这些肽链称为蛋白质的亚基或原体。各个亚

23、基聚集成大分称为蛋白质的亚基或原体。各个亚基聚集成大分子的方式称为蛋白质的四级结构。子的方式称为蛋白质的四级结构。16-301）主键：）主键：肽键肽键2）副键：）副键：盐键、二硫键、酯键、疏水作用等，对盐键、二硫键、酯键、疏水作用等，对蛋白质的构象，稳定起着极其重要的作用。蛋白质的构象，稳定起着极其重要的作用。（1）盐键：多肽键上的游离羧基与氨基可形成盐键，静）盐键：多肽键上的游离羧基与氨基可形成盐键，静电作用，属离子键，对于维系蛋白质构型不太重要。电作用，属离子键，对于维系蛋白质构型不太重要。（2）酯键：易受酸碱破坏。）酯键：易受酸碱破坏。（3）二硫键：起交联作用。）二硫键：起交联作用。（4

24、）氢键：对于稳定蛋白质的构象，起极重要的作用。）氢键：对于稳定蛋白质的构象，起极重要的作用。（5）疏水作用：主要对于三级、四级结构的构象稳定起）疏水作用：主要对于三级、四级结构的构象稳定起重要作用。重要作用。16-311）水解：肽链水解成羧基和氨基。水解：肽链水解成羧基和氨基。蛋白质蛋白质 蛋白胨蛋白胨 较小的肽较小的肽 二肽二肽 -氨基酸氨基酸2）胶体：分子较大，）胶体：分子较大，1100nm之间，具有胶体性质。之间，具有胶体性质。稳定性因素：稳定性因素：粒子外围形成水膜，碰撞时不易结合成大分子而沉淀。粒子外围形成水膜，碰撞时不易结合成大分子而沉淀。分子大，表面一般具有相同电荷，电性相斥，不

25、易聚沉。分子大，表面一般具有相同电荷，电性相斥，不易聚沉。3）两性：）两性：16-324）蛋白质的沉淀）蛋白质的沉淀（1）可逆沉淀：沉淀出的蛋白质分子内部结构改变很小可逆沉淀：沉淀出的蛋白质分子内部结构改变很小,基本不改变基本不改变,仍仍保持原来的活性保持原来的活性.消除沉淀因素消除沉淀因素,沉淀会重新溶解沉淀会重新溶解,回到原来胶体溶液回到原来胶体溶液.（2）不可逆沉淀：沉淀的蛋白质分子）不可逆沉淀：沉淀的蛋白质分子,内部结构发生了较大的改变内部结构发生了较大的改变,失去生失去生物活性物活性,消除沉淀因素消除沉淀因素,也不会重新溶解也不会重新溶解.5)蛋白质的变性蛋白质的变性 蛋白质在某些理

26、化因素的作用下，共价键不变，其蛋白质在某些理化因素的作用下，共价键不变，其空间结构受到破坏空间结构受到破坏，从而改变其理化性质，并失去，从而改变其理化性质，并失去其生物活性，称为蛋白质的变性。其生物活性，称为蛋白质的变性。与水合茚三酮反应：与水合茚三酮反应：16-336)蛋白质的颜色反应：蛋白质的颜色反应：与水合茚三酮反应：与水合茚三酮反应：呈现蓝紫色（和氨基酸一样）。呈现蓝紫色（和氨基酸一样）。缩二脲反应：缩二脲反应：蛋白质和缩二脲在蛋白质和缩二脲在NaOHNaOH溶液中加入溶液中加入CuSOCuSO4 4稀溶液时会呈现红紫色。稀溶液时会呈现红紫色。黄蛋白反应黄蛋白反应 ：蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。蛋白黄反应。米勒反应：米勒反应：蛋白质中酪氨酸的酚羟基遇到硝酸汞的蛋白质中酪氨酸的酚羟基遇到硝酸汞的硝酸溶液后变红色。硝酸溶液后变红色。