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1、1,第17章 氨基酸 多肽和蛋白质,第一节 氨基酸,结构 分类 命名,性 质,第二节 肽,结构 命名,肽键平面,第三节 蛋白质,元素组成 分类,性质,结构,上页,下页,2,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质,蛋白质是生物体内极为重要的一种生物大分子，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表达和实现的, 因此没有蛋白质就没有生命。,蛋白质是由氨基酸通过酰胺键组成的多肽链在空间盘绕折叠而成。,多肽也是由氨基酸组成，除了作为蛋白质代谢的中间产物外，某些活性肽还是沟通细胞与器官间信息的重要化学信使。,第17章 氨基酸 多肽 蛋白质,上页,下页,首页,3,不同来源的蛋白质在酸、碱和酶的作用
2、下可完全水解, 得到的最终产物是各种不同-氨基酸的混合物, 因此-氨基酸是组成蛋白质的基本单位。,第一节 氨基酸,氨基酸(Amino Acid)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, 有、-氨基酸等。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸,上页,下页,首页,4,一、氨基酸的结构、分类和命名,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),自然界中已发现的氨基酸有几百种，但蛋白质水解后的常见氨基酸主要有20种。它们在化学结构上都具有共同特征，即氨基和羧基都连接在-碳原子上，属-氨基酸(脯氨酸为-亚氨基酸)。,-氨基酸,脯氨酸(-亚氨基酸),
3、(一) 氨基酸的结构,上页,下页,首页,5,由于氨基酸分子内同时存在酸性基团(-CO2H)和碱性基团(-NH2),它们可相互作用形成内盐。在生理 pH 时, 羧基几乎全以 -CO2- 的形式存在, 大多数氨基也主要以 -NH3+形式存在。因此, 氨基酸是偶极离子(zwitterion)。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),氨基酸的这种内盐结构, 使其物理性质与一般有机化合物不同, 如熔点较高 ( 200C)，大多难溶于有机溶剂, 而易溶于强酸、强碱等极性溶剂中。,内盐 偶极离子,上页,下页,首页,6,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构
4、分类命名),表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,7,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,8,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,9,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,10,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),除甘氨酸外, 其它19种氨基酸-C都为*C, 存在一对
5、对映体:,生物体内具有旋光活性的-氨基酸均为L型。,L -丙氨酸,L -脯氨酸,上页,下页,首页,11,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),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,HSCH2- -COOH,小,中,上页,下页,首页,12,异亮氨酸及苏氨酸中的-碳原子亦为手性碳原子，在蛋白质中异亮氨酸的绝对构型为S型, 苏氨酸则为R型。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),2S,3S-异亮氨酸,2S,3R-苏氨酸,上页,下页,首页,13,课堂练习： 写出苏氨酸(-氨基-羟基丁酸)所有立体构型的Fisch
6、er投影式，标明D、L和R、S构型，并指出何者为蛋白质中存在的主要构型。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),上页,下页,首页,14,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),(二) 氨基酸的分类,上页,下页,首页,15,(三) 氨基酸的命名,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),天然产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
7、。,2. 俗 名,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、 等表示。,1. 系统命名法,上页,下页,首页,16,二、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期因体内合成不足, 也需依赖食物补充。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (二、营养必需氨基酸),大多数动物蛋白质包括牛乳中的酪蛋白和蛋类中的蛋白质，因所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相接近，故营养价值高。谷类蛋白质中含赖氨
8、酸较少而色氨酸较多，豆类蛋白质中含色氨酸较少而赖氨酸较多，因此食用不同来源蛋白质的食物较有利于必需氨基酸的充分补给。,上页,下页,首页,17,蛋白质分子中尚含有一些经修饰的氨基酸，这类氨基酸在生物体内均无相应的遗传密码，往往在蛋白质生物合成前后，由其中相应氨基酸经加工修饰而成，称为修饰氨基酸(modified amino acid)或衍生氨基酸(derived amino acid)。,三、修饰氨基酸和非蛋白质氨基酸,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (三、修饰氨基酸),L-羟脯氨酸,L-胱氨酸,上页,下页,首页,18,L-羟赖氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质
9、 第一节 氨基酸 (三、修饰氨基酸),上页,下页,首页,19,四、氨基酸的性质,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),氨基酸除具有氨基和羧基的一些典型反应之外,由于两者相互影响、相互作用而具有某些特性。,(一) 氨基酸的酸碱性和等电点,氨基酸具有两性化合物特征，既能与较强的酸起反应,也能与较强的碱起反应而生成稳定的盐。,上页,下页,首页,20,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),由于氨基酸中给出质子的酸性基团和接受质子的碱性基团的数目和能力各异, 因此它们在水溶液中呈现不同的酸碱性。,中性氨基酸在水溶液中解离时, 由于-NH3+
10、 给出质子的能力略大于-CO2- 接受质子的能力, 因此其水溶液呈弱酸性，此时氨基酸带负电荷。 酸性氨基酸在水溶液中呈酸性。 碱性氨基酸在水溶液中呈碱性。,中性氨基酸,碱性氨基酸,酸性氨基酸,上页,下页,首页,21,在水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。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),改变溶液的pH值，平衡也随之移动。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。此时溶液的pH值称为这个氨基酸的等电点(Isoelectric Point), 用 pI 表示。,pH
11、=pI，主要以两性离子形式存在 pHpI，主要以阴离子形式存在 pHpI ，主要以阳离子形式存在,上页,下页,首页,22,将氨基酸的溶液置于电场中，若溶液的： 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。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),等电点是氨基酸的重要理化常数之一。每种氨基酸都有其特定的等电点。等电点时氨基酸的溶解度最小。,酸性氨基酸： pI 2.8 3.2 (pH7.5),上页,下页,首页,23,问题：在下面的实验中，各氨基酸将向何方
12、移动？能否用此法来分离氨基酸？,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),pH6.0缓冲液,pH6.0缓冲液,上页,下页,首页,24,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),问题解答：,缬,谷,在电泳仪中分离氨基酸,pH6.0,赖,上页,下页,首页,25,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),(二) 氨基酸的脱羧反应,-氨基酸与氢氧化钡一起加热或在高沸点溶剂中回流, 可发生脱羧反应, 失去二氧化碳而得到胺。,在细菌或酶的作用下脱羧反应也可在常温下进行。,上页,下页,首页,26,(三) 氨基酸与亚硝酸反应,
13、第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),氨基酸(伯胺)与亚硝酸作用, 可释放氮气, -NH3+ 被 OH 取代，生成 -羟基酸 。,若定量测定反应中所释放出 N2 的体积,即可计算出氨基酸的含量, 此种方法称为van Slyke 氨基氮测定法,常用于氨基酸和多肽的定量分析。,上页,下页,首页,27,(四) 氨基酸与茚三酮的显色反应,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),氨基酸与水合茚三酮在溶液中共热, 经过一系列反应, 最终生成蓝紫色的化合物, 称为罗曼紫(Ruhemanns purple)。,根据生成紫色化合物颜色的深浅程度，或根
14、据放出CO2气体的体积，可对 -氨基酸 进行定量分析。也常用于层析实验中氨基酸的显色。,罗曼紫(max570nm),上页,下页,首页,28,第二节 肽(peptide),第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,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：,氨基酸,氨基酸,二 肽,多肽分子中的酰胺键称为肽键(peptide bond), 一般为 -COOH 与 -NH2 脱水缩合而成。,肽也以两性离子的形式存在。,上页,下页,首页,29,二肽分子的两端仍存在着游离的 -NH3+ 和 -COO-, 因此它可以再与另一分子氨基酸脱水缩合形成三肽; 同样依次可形成四肽
15、、五肽 。,四肽,十肽以下的称为寡肽（oligopeptide） 大于十肽的称为多肽（polypeptide） 肽中的氨基酸单位称为氨基酸残基(amino acid residue),第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,上页,下页,首页,30,虽有环肽存在, 但绝大多数的肽呈链状, 称为多肽链,N-末端(N-terminal end)：保留游离-NH2 的一端, 也叫氨基末端，一般写在肽链的左边。,C-末端(N-terminal end) : 保留有 -CO2H 的一端， 也叫羧基末端, 通常写在肽链的右边。,肽链骨架: 所有链状多肽都有一个共同的骨架,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质
16、第二节 肽（一、结构和命名）,一、肽的结构和命名,上页,下页,首页,31,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：,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。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（一、结构和命名）,上页,下页,首页,32,命名多肽时以C-末端的氨基酸残基为母体, 由 N-端叫起, 依次称为某氨酰（基）某氨酸。,第十七章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（一、结构和命名）,Alany
