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1、1,Chap 17 氨基酸、多肽和蛋白质,1 氨基酸,2 肽,3 蛋白质,2,一、氨基酸的结构、分类和命名,1 氨 基 酸(amino acid),分子中既含有氨基又含有羧基的化合物,所有的氨基酸都是-氨基酸,结构通式,例外,3,存在形式,由于氨基酸中既有酸性基团-COOH, 又有碱性基团-NH2, 两者相互作用形成内盐, 即氨基以偶极离子的形式存在.,偶极离子,命 名,可用系统命名,但通常用反映其来源或性质的俗名,4,构 型,-氨基酸除甘氨酸(R=H)外, 分子中的-碳原子均为手性碳原子,具有旋光性.,氨基酸的构型也习惯采用D、L标记法.,构成蛋白质的氨基酸均为L型.,5,分 类,6,具非极
2、性R基的中性氨基酸,7,不带电荷具极性R基的中性氨基酸,8,酸性氨基酸,碱性氨基酸,9,营养必需氨基酸,人体内不能合成或合成数量不足,必需由食物蛋白质提供、以维持机体正常生长发育的氨基酸(8种).,10,(一) 酸碱性和等电点,四、氨基酸的性质,-羧基的平均pKa值约为2.2, 比醋酸强; -氨基平均pKb为4.4, 比脂肪胺还弱.,酸碱性比较?,11,中性氨基酸等电点5.06.5； 酸性氨基酸等电点在3.0左右； 碱性氨基酸等电点7.5810.8,问题：中性氨基酸溶液的酸碱性?,12,阳离子、阴离子和偶极离子呈动态平衡, 主要取决于溶液的pH值.,13,等电点(pI),概念: 氨基酸在溶液里
3、以偶极离子形式存在时溶液的pH值,pH=pI,pHpI,pHpI,14,处于等电点时氨基酸溶液的特点,阴离子=阳离子 偶极离子 99.9% 氨基酸的溶解度最小，最易从溶液中析出,低于等电点的pH值,以阳离子形式为主; 高于等电点的pH值, 以阴离子形式为主.,15,电场中阴阳离子的移动,16,(二) 脱羧反应,在碱性条件下 加热回流,17,(三) 与亚硝酸反应,脂肪胺的重氮化?,van Slyke氨基氮测定法,用于氨基酸和多肽的定量分析,18,(四) 与茚三酮的显色反应,氧化型,还原型,-H,19,氧化型,还原型,离解成氧负离子,紫色负离子/罗曼紫,用于肽和蛋白质的定性鉴定; 定量分析(570
4、nm强吸收,比色分析或Lambert-Beer定律),20,小 结,1 蛋白质水解的终产物是-氨基酸, 20种. 2 氨基酸两性化合物, 每种氨基酸有各自的等电点pI. pH=pI时, 以偶极离子形式存在, 呈电中性, pHpI时,阴离子; pHpI时,阳离子. 3 氨基酸含有氨基和羧基. 有脱羧反应、放氮反应及与水合茚三酮显色反应等, 此为氨基酸/多肽/蛋白质的定性及定量分析的基础.,21,2 肽 (peptide),一、肽的结构和命名,氨基酸之间通过肽键(酰氨键)相连而成的一类化合物,氨基酸残基?,22,多肽的形成,二肽、三肽、寡肽(十肽以下)、多肽,C-端,N-端,偶极离子,也含有-CO
5、O-和-NH3+等酸性和碱性基因, 也以偶极离子形式存在, 具有各自的等电点.,23,-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸,多肽的命名,以含C-端的氨基酸为母体称为某氨基酸,而肽链中其他的氨基酸残基从N-端开始依次称某氨酰,置于母体名称之前. 也可用英文或中文符号表示.,具有生物学功能或结构稳定的多肽，习惯上用俗名,24,蛋白质和多肽的多样性,由2种不同的氨基酸组成二肽时, 可形成2种异构体.,由3种不同的氨基酸组成的三肽可有6种异构体; 由4种不同的氨基酸组成的四肽可有24种异构体.,肽的结构不仅取决于组成肽链的氨基酸种类和数目, 而且也与肽链中各氨基酸残基的排列顺序有关.,25,二、肽键平面,肽键与相邻
6、两个-碳原子所组成的基团称为肽单元,3个显著的特征,(1) 组成肽单元的6个原子位于同一平面,肽键平面,26,(2) 肽键具有部分双键性质,不能自由旋转?,数据: 肽键中的 C-N键长为 132 pm，比相邻的 C-N单键(147 pm)短，而较一般的 C=N双键(127 pm), 证实羰基的电子发生离域现象, 显示出一定的共振稳定性.,共振,27,（3）肽键呈反式构型,肽键不能自由旋转，肽键平面上各原子形成顺反异构, 一般呈较稳定的反式构型.,相邻的肽键平面可绕C旋转, 产生的立体结构可呈多种状态, 蛋白质分子呈现各种不同的构象,肽链的主链骨架可视为由一系列通过C原子衔接的肽键平面所组成.,
7、28,三、多肽的化学性质,性质：类似于氨基酸: 与茚三酮的显色反应; 脱羧反应; 放氮反应; 酰化反应等.,特性：不同氨基酸的残基通过肽键连接而成,具有不同于氨基酸的性质和功能.,缩二脲反应：分子中含有两个及以上的酰胺键,可互变成烯醇式,其碱溶液加少量CuSO4显紫(红)色.用于多肽和蛋白质的定性/定量分析.,问题: 氨基酸有无缩二脲反应?,29,四、生物活性肽,脑啡肽,谷胱甘肽,-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸(GSH), 位羧基, 位羧基,含量少, 承担着重要而复杂的生理机能(如痛觉, 记忆, 情绪等),还原型谷胱甘肽,30,3 蛋白质,氨基酸的缩聚物, 由各种L- -氨基酸残基通过肽键相连.,蛋白
8、质和多肽无绝对分界线: 相对分子质量: 10,000以上称蛋白质, 10,000以下称多肽.,31,一、元素组成和分类,蛋白质的组成元素主要是C，H，O，N; 大多数蛋白质含有S; 少数含有P，Fe，Cu，Mn，Zn; 个别蛋白质含有 I 或其它元素.,元素组成,不同蛋白质含氮量接近, 16%, 即1g N元素相当于6.25g蛋白质,(蛋白质) = (N)6.25,三聚氰胺？,32,蛋白质的分类,按化学组成: 单纯蛋白质与结合蛋白质,单纯蛋白质是仅由多肽组成，其水解的最终产物都是a-氨基酸, 如乳清蛋白. 结合蛋白质由单纯蛋白质与非蛋白质(辅基) 结合而成，据辅基的不同又可分为核蛋白、糖蛋白及
9、脂蛋白.,33,依形状: 纤维状蛋白质和球状蛋白质 前者是肌体组织的主要结构成分, 如皮肤, 毛发,胶原蛋白和肌球蛋白等 后者具有可溶性, 起维护和调节生命过程中的各种功能,如酶, 激素, 血红蛋白等. 据生理功能: 保护蛋白, 酶蛋白, 激素蛋白.,34,二、蛋白质的分子结构,蛋白质是由一条或几条多肽链组成的.,人胰岛素分子的一级结构,35,蛋白质分子中氨基酸残基间的结合的两种类型:在一条多肽链中, 氨基酸残基间主要是以肽键相互结合的(主键); 在两条肽链之间或一条肽链的不同部位间相互结合时, 存在着其它类型的化学键(副键), 包括氢键、二硫键、盐键、酯键及疏水键等.,36,形成各级结构的主
10、要价键,一级结构 肽键 二级结构 氢键、二硫键 三级结构 盐键、氢键、二硫键及疏水键等副键 四级结构 氢键、疏水键或静电引力,37,蛋白质分子的四级结构,一级结构 多肽链中氨基酸的排列次序 二级结构 主链原子的局部空间排列.即指主链上的-螺旋、-片层、-转角和无规卷曲四种构象单元.,38,三级结构 侧链与主链上的构象单元按一定方式进一步卷曲,折叠成的更复杂的三度空间结构. 四级结构 几个亚基（具有三级结构的肽链）通过氢键、疏水键或静电引力缔合成一个蛋白质分子时形成的空间结构.,39,一级结构蛋白质分子中氨基酸的排列次序,40,二级结构主肽链上的 a-螺旋、b-片层、 b-转角和无规卷曲,多肽链
11、中的“酰胺平面”,酰胺平面,41,三级结构,蛋白质的二级结构(a -螺旋、 b -折叠、 b -转角和无规卷曲) 由于侧链及各主链构象单元的相互作用, 按一定方式进一步卷曲, 折叠成更复杂的三维空间结构, 形成蛋白质的三级结构.,三级结构是由盐键、氢键、二硫键及疏水键等来维系的.,42,四级结构蛋白质的缔合,复杂的蛋白质分子是由两条或两条以上具有三级结构的肽链所组成.这时每条肽链称为一个亚基.几个亚基通过氢键、疏水键或静电引力缔合而成一个蛋白质分子, 形成蛋白质的四级结构.,43,44,蛋白质的两性电离及等电点,三、蛋白质的性质,45,在某一pH值溶液中蛋白质的两性离子浓度处于极大值, 电离成
12、阴、阳离子的几率相等, 其净电荷等于零, 这时溶液的pH值就是该蛋白质的等电点(pI).,蛋白质的等电点(pI),46,蛋白质的胶体性质、盐析,蛋白质的胶体性质蛋白质是高分子化合物, 分子颗粒的直径在胶体范围内(0.10.001um), 呈胶体性质。,蛋白质可形成稳定的高分子溶液. 形成水化膜和具有同种电荷是维持蛋白质高分子溶液稳定的重要因素.,47,蛋白质的盐析 向蛋白质溶液中加入电解质到一定浓度时, 蛋白质便沉淀析出, 这个现象称为盐析.,常用盐析剂有硫酸铵、硫酸钠等.,不同蛋白质盐析时所需的盐析浓度不同, 可用不同浓度的盐溶液使蛋白质分段析出, 予以分离.,48,蛋白质的变性蛋白质很容易受到某些物理因素(如加热、加压、紫外光照射、超声波的作用等)或化学因素(如强酸、强碱、重金属盐、三氯醋酸、乙醇、丙酮等)的影响, 而改变它们的性质, 这种现象称为变性.,
