氨基酸及蛋白质新

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1、第十五章 氨基酸、多肽与蛋白质 15.1 氨 基 酸 (amino acid)15.1.1 氨 基 酸 概 述定 义 : 分 子 结 构 中 含 氨 基 和 羧 基 的 化合 物 ;命 名 : 普 通 命 名 依 据 氨 基 与 羧 基 的 位置 分 -、 -、 -、 -、 -等 , 系 统 命 名用 数 字 指 明 氨 基 位 置 ； -氨 基 戊 酸 -氨 基 戊 酸CH3 CH2 CH2 CH COOHNH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOHH2N2-氨 基 戊 酸 5-氨 基 戊 酸-氨 基 戊 酸 氨 基 酸 的 分 类 ： 依 据 所 连 碳 链 分 芳 香 族 及 脂 肪

2、 族 ; COOH NH2 COOHNH2间 -氨 基 苯 甲 酸 4-氨 基 己 酸 赖 氨 酸碱 性H2N COOHH2NCH2CH2CH2CH2 H谷 氨 酸酸 性H2N COOHHOCCH2CH2 HO H2CNH2COOH甘 氨 酸中 性 根 据 氨 基 和 羧 基 的 相 对 数 目 分 为 :中 性 氨 基 酸 :氨 基 和 羧 基 的 数 目 相 等 ;碱 性 氨 基 酸 : 氨 基 数 多 于 羧 基 ;酸 性 氨 基 酸 : 氨 基 的 数 目 少 于 羧 基 ; 15.1.2 氨 基 酸 的 构 型用 L-、 D-标 记 的 构 型 来 源 于 甘 油 醛 ； OHH C

3、H2OHCHOHO HCH2OHCHOL-甘 油 醛 D-甘 油 醛COOHH2N HRL氨 基 酸DL标 记 法 以 氨 基 酸 结 构 中 距 离 羧 基 最近 的 手 性 碳 为 基 准 ; 组 成 蛋 白 质 的 天 然 氨 基 酸 主 要 有 20 种 , 除 甘 氨 酸 外 , 均 有 手 性 且 都 为 L型 ;氨 基 酸 是 形 成 蛋 白 质 的 基 本 单 元 ; G Glycine Gly甘氨酸P Proline Pro脯氨酸A Alanine Ala丙氨酸V Valine Val缬氨酸L Leucine Leu亮氨酸I Isoleucine Ile异亮氨酸M Methi

4、onine Met蛋氨酸C Cysteine Cys半胱氨酸F Phenylalanine Phe苯丙氨酸Y Tyrosine Tyr酪氨酸W Tryptophan Trp色氨酸H Histidine His组氨酸K Lysine Lys赖氨酸R Arginine Arg精氨酸Q Glutamine Gln谷氨酰胺N Asparagine Asn天冬酰胺E Glutamic Acid Glu谷氨酸D Aspartic Acid Asp天冬氨酸S Serine Ser丝氨酸T Threonine Thr苏氨酸氨 基 酸 密 码 R CH COONH3 15.1.3 氨 基 酸 的 性 质15.1

5、.3.1 氨 基 酸 的 两 性氨 基 酸 在 固 态 时 主 要 以 内 盐 形 式 存 在 ,具 有 高 熔 点 , 难 溶 于 非 极 性 有 机 溶 剂 ; 氨 基 酸 在 水 溶 液 中 为 两 性 离 解 ； 两 性 离 子 负 离 子正 离 子 OH H3+O + + R CH COOHNH3R CH COONH3 R CH COONH2H2O+ 在 水 溶 液 中 氨 基 酸 离 解 为 正 离 子 和 负离 子 的 量 是 不 相 等 的 , 一 般 负 离 子 的量 要 多 ,为 使 正 负 离 子 的 量 相 等 , 需 要加 入 适 量 的 酸 , 此 时 溶 液 的

6、PH值 称 为氨 基 酸 的 等 电 点 ; 等 电 点 即 IP(isoelectric point): 表 示氨 基 酸 处 于 电 中 性 时 的 pH值 ;中 性 氨 基 酸 : IP 7;酸 性 氨 基 酸 : IP 3;碱 性 氨 基 酸 : IP 7; 在 等 电 点 时 氨 基 酸 以 两 性 离 子 存 在 , 处 于 电 中 性 , 在 电 场 中 不 移 动 ;在 等 电 点 时 氨 基 酸 溶 解 度 最 小 , 易 结晶 析 出 ; 15.1.3.2 氨 基 酸 的 氨 基 端 的 反 应与 亚 硝 酸 反 应 : 能 定 量 放 出 氮 气 , 是范 氏 (van

7、Slyke)氨 基 测 定 法 的 原 理 ; R CH COOHNH2 HNO2 R CH COOHOH + H2O N2+ 与 甲 醛 的 反 应 : 使 碱 性 消 失 , 用 于 羧基 含 量 的 测 定 ; R CH COOHNH2 HCHO R CH COOHN CH2R CH COOHN CH 2OHCH2OH 或 + H2O+ R CH COOHNH2 Ac2O F NO2O2N H2O2 或KMnO4, 酶 R CH COOHNHCOCH3 R CH COOHNH NO2O 2NR C COOHNH R C COOHOH2O NH 3 Sanger试 剂 15.1.3.3 氨

8、 基 酸 的 羧 基 端 的 反 应 ；氨 基 酸 的 羧 基 具 有 羧 酸 的 反 应 ； R CH COOHNH2 CH3OHHClLiAlH4 R CH COOCH3NH2R CH CH2OHNH 2 15.1.3.4 氨 基 酸 与 水 合 茚 三 酮 的 反 应O O OHOH + NH2COOHR + H 2O+CO2 O- O O ON+ RCHO蓝 紫 色水 合 茚 三 酮该 反 应 用 于 -氨 基 酸 的 显 色 及 鉴 定 CHC NH2O CuO H2N CHO R R O 蓝 色 结 晶 15.1.3.5 氨 基 酸 的 络 合 反 应氨 基 酸 能 与 金 属 离

9、 子 形 成 络 合 物 , 氨基 酸 与 铜 离 子 能 形 成 蓝 色 结 晶 , 用 于 分离 及 鉴 定 ; 15.1.3.6 氨 基 酸 的 受 热 反 应氨 基 酸 的 热 反 应 随 氨 基 与 羧 基 位 置 而不 同 ;-氨 基 酸 受 热 分 子 间 脱 水 为 环 : C OHOCH NH2R CHO O CHH2N R+ COCH NHR CO CHHN R 哌 嗪 二 酮2-氨 基 酸 + H2O -氨 基 酸 受 热 分 子 内 脱 氨 为 ,-不饱 和 酸 : C OHOCH2CHNH2 C OHOCHCH + NH33-氨 基 酸 不 饱 和 酸 4-氨 基 酸

10、 和 5-氨 基 酸 受 热 发 生 分 子 内失 水 形 成 内 酰 胺 : C OHOH2CH2C CH 2 NH2 COH2CH2C CH 2 NHC OHO H2CH2C CH2 CH2NH2 H2CH2C CH2 CH2NHCO戊 内 酰 胺己 内 酰 胺- H2O - H2O 更 远 位 置 的 氨 基 酸 受 热 得 聚 合 物 : C OHO(CH2)nCHR NH2 C *O(CH2)nCHRHN* m- H2O 聚 酰 胺 C OHOCH NH 2H2CH2CH2CH2C H2N CH2H2NH2CH2CH2CH2CH2N + CO2 氨 基 酸 受 热 还 能 失 羧 得

11、 胺 : C OHOCH NH2(H3C)2HCH2C + CO2(CH3)2CHCH2CH2OH酶 + NH3 在 酶 作 用 下 某 些 氨 基 酸 能 同 时 失 去 羧基 及 氨 基 ； 15.2 多 肽 (polypeptide)15.2.1 肽 的 结 构 特 征肽 的 定 义 : 由 氨 基 酸 的 氨 基 和 羧 基 分子 间 缩 水 形 成 的 酰 胺 称 为 肽 ; H2N R HNO COOHR 其 中 酰 胺 键 也 称 肽 键 ;通 常 把 肽 链 含 氨 基 的 一 端 称 为 氨 基 端或 N-端 , 而 含 羧 基 的 另 一 端 称 为 羧 基端 或 C-端

12、; C C N C C N C C N C C N CCH2 CH CH2 CH2 CH2 COO-OH CO2H CH2CONH2OHCH3H3N+ O O O OH H H H HH H H HSer Val Tyr Asp GlnCH3N-端 C-端肽键 一 般 把 分 子 量 小 于 10000的 肽 链 称 为肽 类 ;把 分 子 量 大 于 10000的 肽 链 称 为蛋 白 质 ；在 多 肽 链 中 ， 氨 基 酸 残 基 按 一 定 的 顺序 排 列 ， 这 种 排 列 顺 序 称 为 氨 基 酸 顺序 ; 肽 键 的 特 点 : 氮 上 的 孤 对 电 子 与 羰 基共 轭

13、, 组 成 肽 键 的 原 子 处 于 同 一 平 面 : 肽 键 中 的 C-N键 具 有 部 分 双 键 性 质 ，不 能 自 由 旋 转 :肽 键 大 多 以 反 式 结 构 存 在 ; H2N R O OH ClCPhCH2O OEt3N NH R O OHCPhCH2O O H2N R O O CH3DCC, HOBt NH R HNO OCH3ORCbz H2Pd H2N R HNO OCH3OR 去 氨 基 端 保 护 保 护 氨 基 端 + PhCH3 + CO2 去 氨 基 端 保 护 保 护 氨 基 端 去 氨 基 端 保 护 保 护 氨 基 端 去 氨 基 端 保 护 保

14、 护 氨 基 端 去 氨 基 端 保 护 保 护 氨 基 端 15II-2 H2N R O OH Et3N NH R O OH H2N R O O CH3DCC, HOBt NH R HNO OCH3ORBoc HCl H3N R HNO OHOR 去 氨 基 端 保 护 保 护 氨 基 端O OC(CH3)3(H3C)3CO O O (H3C)3CO O + H2C CH3CH3+ CO2 (Boc2O) (Boc) 15II-3 天然存在的重要多肽在 生 物 体 中 , 多 肽 最 重 要 的 存 在 形 式是 作 为 蛋 白 质 的 亚 单 位 .但 是 也 有 许 多 分 子 量 比

15、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 . 15III 蛋白质蛋 白 质 存 在 于 所 有 的 生 物 细 胞 中 ， 是构 成 生 物 体 最 基 本 的 结 构 和 功 能 物 质 .蛋 白 质 是 生 命 活 动 的 物 质 基 础 , 它 参 与了 几 乎 所 有 的 生 命 活 动 过 程 :氨 基 酸 是 构 成 蛋 白 质 的 基 石 ; 任 一 种 蛋 白 质 的 所 有 分 子 在 氨 基 酸 的组 成 和 顺 序 以 及 肽 链 的 长 度 方 面 都 应 该是 相 同 的

16、 , 即 所 谓 均 一 的 蛋 白 质 ; 蛋白质的一级结构蛋 白 质 的 一 级 结 构 (Primary structure)包 括 组 成蛋 白 质 的 多 肽 链 数 目 .多 肽 链 的 氨 基 酸 顺 序 ，以 及 多 肽 链 内 或 链 间 二 硫 键 的 数 目 和 位 置 。其 中 最 重 要 的 是 多 肽 链 的 氨 基 酸 顺 序 ， 它 是 蛋 白质 生 物 功 能 的 基 础 。 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及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。在-螺旋（He

17、lix）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；多肽链的各个肽平面绕同一轴旋转，形成螺旋结构，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含20.6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。蛋白质的二级结构 -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 桩 折 叠 构 象在 -折 叠

18、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 -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 。-折 叠 有 两 种 类 型 。 一 种 为 平 行 式 ， 即 所 有 肽 链 的N-端 都 在 同 一 边 。 另 一

19、 种 为 反 平 行 式 ， 即 相 邻 两 条肽 链 的 方 向 相 反 。 00 -转角（-turn）在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。 蛋白质的四级结构蛋

20、 白 质 的 四 级 结 构 (Quaternary Structure)是 指由 多 条 各 自 具 有 一 、 二 、 三 级 结 构 的 肽 链 通 过 非共 价 键 连 接 起 来 的 结 构 形 式 ； 各 个 亚 基 在 这 些 蛋白 质 中 的 空 间 排 列 方 式 及 亚 基 之 间 的 相 互 作 用 关系 。这 种 蛋 白 质 分 子 中 ， 最 小 的 单 位 通 常 称 为 亚 基 或亚 单 位 Subunit， 它 一 般 由 一 条 肽 链 构 成 ， 无 生 理活 性 ；维 持 亚 基 之 间 的 作 用 力 主 要 是 疏 水 力 。由 多 个 亚 基 聚 集 而 成 的 蛋 白 质 常 常 称 为 寡 聚 蛋 白 ； 四级结构的结构模型 练 习 题3: a;5:a, b, c, d, e, j, k, l;6;