陕西科技大学国家级精品课程有机化学PPT课件氨基酸、蛋白质

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1、第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 20.1 20.1 氨基酸氨基酸20.2 20.2 多肽多肽 20.3 20.3 蛋白质蛋白质 第第2020章章 目目 录录20.1 20.1 20.1 20.1 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 20.1.1 20.1.1 氨基酸的结构和命名氨基酸的结构和命名氨基酸的结构和命名氨基酸的结构和命名20.1.2 20.1.2 氨基酸的制法氨基酸的制法氨基酸的制法氨基酸的制法20.1.3 20.1.3 氨基酸的性质氨基酸的性质氨基酸的性质氨基酸的性质(2) (2) 氨基的反应氨基的反应氨基的反应氨基的反应(1)

2、(1) 羧基的反应羧基的反应羧基的反应羧基的反应(4) (4) 与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应(3) (3) 两性和等电点两性和等电点两性和等电点两性和等电点(2) (2) -卤代酸的氨解卤代酸的氨解卤代酸的氨解卤代酸的氨解(1) (1) 蛋白质水解蛋白质水解蛋白质水解蛋白质水解(4) (4) StreckerStrecker合成合成合成合成 (3) (3) GabrialGabrial法法法法 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质20.1 20.1 氨基酸氨基酸 结构特点： AA分子中既含有氨基，又含有

3、羧基。 20.1.1 20.1.1 氨基酸的结构和命名氨基酸的结构和命名 命名：通常用俗名来称呼氨基酸。(高四P613-614 表201)有时，可采用系统命名法，将氨基作为取代基来命名氨基酸。 氨基酸的分类和结构：氨基酸的分类和结构： 根据NH2和COOH的相对位置 将氨基酸分为： 、等 。 由蛋白质水解得到的氨基酸都是-氨基酸。 氨基酸的分类和结构氨基酸的分类和结构 根据NH2和COOH的相对数目： 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 氨基酸的结构氨基酸的结构 由蛋白质获得的氨基酸，除甘氨酸外，分子中的由蛋白质获得的氨基酸，除甘氨酸外，分子中的-C-C都是手性碳，都是手性碳，且都

4、是且都是L-L-构型。它们与构型。它们与L-L-甘油醛之间的关系如下：甘油醛之间的关系如下： 氨基酸的分类和结构氨基酸的分类和结构20.1.2 20.1.2 氨基酸的制法氨基酸的制法氨基酸的制法氨基酸的制法 (1) (1) 蛋白质水解蛋白质水解 (2) -(2) -卤代酸的氨解卤代酸的氨解 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(3) (3) GabrialGabrial法法 例1：例2：氨基酸的制法氨基酸的制法(4) (4) StreckerStrecker合成合成 利用醛与氨和氢氰酸反应，首先生成-氨基腈，后者水解则氰基转变成羧基，生成-氨基酸：第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基

5、酸、蛋白质20.1.3 20.1.3 氨基酸的性质氨基酸的性质氨基酸的性质氨基酸的性质 物性、物态： AA均为无色晶体，易溶于水，难溶于有机溶剂，m.p较高（同时分解）。旋光性： 除甘氨酸外，所有天然存在的AA都含有*C，且*C的构型均为L型（若以R/S法标记，则为S型）。 化性： 分别具有NH2、COOH的性质； NH2、COOH的相互影响，两性、等电点； 特殊反应。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(1) (1) 羧基的反应羧基的反应 氨基酸的性质氨基酸的性质(2) (2) 氨基的反应氨基的反应 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(3) (3) 两性和等电点两性和

6、等电点 它既能与酸成盐：它既能与酸成盐： 又能与碱成盐：又能与碱成盐： 两性两性 氨基酸既含有氨基酸既含有NHNH2 2，又含有，又含有COOHCOOH氨基酸的性质氨基酸的性质实际上，氨基酸分子以内盐形式存在： 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质等电点等电点 当当AAAA溶于水时，溶于水时，COOHCOOH与与NHNH2 2都可电离：都可电离： 但但COOHCOOH和和NHNH2 2的电离程度不同。的电离程度不同。通常，电离程度：通常，电离程度：COOHCOOHNHNH2 2 氨基酸的性质氨基酸的性质加酸或加碱于氨基酸水溶液中，可调节COOH和NH2的电离程度，使COOH和NH2的

7、电离程度相同，此时溶液的pH值称为氨基酸的等电点： 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质等电点的定义： 氨基酸溶液中羧基与氨基的电离程度相同时溶液的pH值。 氨基酸在溶液中以偶极离子存在时，溶液的pH值。 在电场中，氨基酸既不向阴极移动，也不向阳极移动时，氨基酸溶液的pH值。 氨基酸的性质氨基酸的性质不同的氨基酸，其等电点不同不同的氨基酸，其等电点不同 等电点时，等电点时，AAAA溶解度最小，最容易从溶液中析出。溶解度最小，最容易从溶液中析出。 利用等电点，可分离各种不同的氨基酸。利用等电点，可分离各种不同的氨基酸。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(4) (4) 与水

8、合茚三酮的反应与水合茚三酮的反应 什么是水合茚三酮什么是水合茚三酮 ？ 茚三酮反应：茚三酮反应： 其他其他AAAA，包括包括N-N-取代取代-AA-AA，均无此反应。均无此反应。 用茚三酮反应可鉴别用茚三酮反应可鉴别 AAAA，也可用于也可用于 AAAA的比色分析及的比色分析及色谱分析。色谱分析。 氨基酸的性质氨基酸的性质20.220.220.220.2 多肽多肽多肽多肽 20.2.1 多肽的分类和命名多肽的分类和命名20.2.2 多肽结构的测定多肽结构的测定(自学自学)20.2.3 多肽的合成多肽的合成(自学自学)(1) 传统合成传统合成(2) 固相合成和组合合成固相合成和组合合成(1) 肽

9、的水解肽的水解(2) 氨基酸顺序的测定氨基酸顺序的测定第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质多肽多肽20.2 20.2 多肽多肽 20.2.1 20.2.1 多肽的分类和命名多肽的分类和命名多肽的分类和命名多肽的分类和命名 肽肽-AA-AA分子间失水，以分子间失水，以 ( (酰胺键、肽键酰胺键、肽键) )相连相连而成的化合物。而成的化合物。 由两个由两个-AA-AA分子间失水而成的肽称为二肽；分子间失水而成的肽称为二肽； 由三个由三个-AA-AA分子间失水而成的肽称为三肽；分子间失水而成的肽称为三肽； 由多个由多个-AA-AA分子间失水而成的肽称为多肽。分子间失水而成的肽称为多肽。组成

10、多肽的组成多肽的-AA-AA可以相同，也可不同。可以相同，也可不同。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质例如，由甘氨酸和丙氨酸所形成的二肽：例如，由甘氨酸和丙氨酸所形成的二肽： A A与与B B结构不同，是不同的化合物。结构不同，是不同的化合物。 A A：N N端端甘氨酸，甘氨酸， C C端端丙氨酸；丙氨酸； B B：N N端端丙氨酸，丙氨酸， C C端端甘氨酸。甘氨酸。 多肽的分类和命名多肽的分类和命名命名：命名： 以以C C端为母体。例：端为母体。例： 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 多肽在自然界中广泛存在，在生物体中起着各种不同的作用。例多肽在自然界中广泛存在

11、，在生物体中起着各种不同的作用。例如，胰岛素可控制碳水化合物的正常代谢。牛胰岛素是由如，胰岛素可控制碳水化合物的正常代谢。牛胰岛素是由5151个个AAAA组成。组成。 多肽的分类和命名多肽的分类和命名20.2.2 20.2.2 多肽结构的测定多肽结构的测定多肽结构的测定多肽结构的测定( (自学自学自学自学) ) 为了确定肽的结构，通常必须进行如下测定：为了确定肽的结构，通常必须进行如下测定： 组成肽的氨基酸的种类；组成肽的氨基酸的种类； 每种氨基酸的数目；每种氨基酸的数目； 这些氨基酸在肽链中的排列顺序。这些氨基酸在肽链中的排列顺序。 (1) (1) 肽的水解肽的水解 第二十章第二十章 氨基酸

12、、蛋白质氨基酸、蛋白质(2) (2) 氨基酸顺序的测定氨基酸顺序的测定 A部分水解法： B端基分析法： 用特殊试验鉴定肽链的C-端或N-端。端基分析有酶解法和化学法。 多肽结构的测定多肽结构的测定酶解法： 用羧肽酶处理多肽，水解只发生在用羧肽酶处理多肽，水解只发生在C-C-端；用氨肽酶处理多肽，水端；用氨肽酶处理多肽，水解只发生在解只发生在N-N-端；端；例如，某三肽结构的测定：例如，某三肽结构的测定： 因此，原三肽是：半胱因此，原三肽是：半胱 赖赖 色肽色肽 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质化学法： 利用某些有效的化学试剂，与多肽中的游离氨基或游离羧基发利用某些有效的化学试剂，

13、与多肽中的游离氨基或游离羧基发生反应，然后将反应产物水解，其中与试剂结合的氨基酸容易与生反应，然后将反应产物水解，其中与试剂结合的氨基酸容易与其它部分分离和鉴定。例如：其它部分分离和鉴定。例如： 多肽结构的测定多肽结构的测定此法称为此法称为EdmanEdman降解法，其原理已被现代氨基酸自动分析仪所采用。降解法，其原理已被现代氨基酸自动分析仪所采用。 多肽结构的测定多肽结构的测定20.2.3 20.2.3 多肽的合成多肽的合成多肽的合成多肽的合成 ( (自学自学自学自学) ) (1) (1) 传统合成传统合成 采用保护羧基，活化氨基的方法也可合成多肽。采用保护羧基，活化氨基的方法也可合成多肽。

14、 此法操作步骤繁琐，需经多次分离提纯，最后产率不高。此法操作步骤繁琐，需经多次分离提纯，最后产率不高。19651965年，中国科学家首次合成牛胰岛素。年，中国科学家首次合成牛胰岛素。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(2) (2) 固相合成和组合合成固相合成和组合合成 固相合成的一般方法： 组合合成法： 参见高P514-515。 多肽的合成多肽的合成20.3 20.3 蛋白质蛋白质 20.3.1 20.3.1 蛋白质的组成和分类蛋白质的组成和分类 20.3.2 20.3.2 蛋白质的性质蛋白质的性质 (1) (1) 溶液性质溶液性质 (2) (2) 盐析盐析 (3) (3) 两性

15、和等电点两性和等电点 (4) (4) 变性变性(5) (5) 显色反应显色反应 20.3.3 20.3.3 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质蛋白质第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质20.3 20.3 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 蛋白质和多肽都是由AA组成的，它们之间没有严格的区别。 一般M1万，叫蛋白质；M1万，叫多肽。 20.3.1 20.3.1 蛋白质的组成和分类蛋白质的组成和分类蛋白质的组成和分类蛋白质的组成和分类 组成元素： C：5055%，H：6.57.5%，O：1924%， N：1519%， S：0.232.4%，Fe、I、P等微量。 分类：蛋白质结构复杂，只能根据形状、

16、组成、生理作用、溶解度分类。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质20.3.2 20.3.2 蛋白质的性质蛋白质的性质蛋白质的性质蛋白质的性质 (1)溶液性质 蛋白质分子量高，其溶液具有亲水胶体的性质，不能透过半透膜。据此可分离、提纯蛋白质。(2) 盐析 向蛋白质溶液中加入无机盐（如(NH4)2SO4、MgSO4、NaCl等），蛋白质可从溶液中析出。 盐析为可逆过程。（但若蛋白质在浓的无机盐溶液中久置会变性） 不同蛋白质盐析时所需盐的最低浓度不同。据此可分离蛋白质。蛋白质的性质蛋白质的性质(3) 两性和等电点 与AA相似，蛋白质也是两性物质：蛋白质与强酸或强碱都能成盐；在强酸性介质中

17、，蛋白质以正离子形式存在，在电场中向阴极运动； 在强碱性介质中，蛋白质以负离子形式存在，在电场中向阳极运动。调节蛋白质溶液的pH值，总会在某一pH值下使蛋白质以偶极离子形式存在，所以蛋白质也有等电点。不同蛋白质具有不同的等电点，据此可分离蛋白质。如梯度pH电泳。(4) 变性 蛋白质受热、紫外线及某些化学试剂（如HNO3、Cl3CCOOH、苦味酸、单宁酸、重金属盐Cr3+、Hg2+、As3+等）作用时，蛋白质的结构、性质发生变化，失去生理活性。如煮鸡蛋、生皮鞣制等。 蛋白质的变性一般为不可逆的。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质(5) (5) 显色反应显色反应 A. 水合茚三酮反应

18、 B. 缩二脲反应 蛋白质的性质蛋白质的性质C. C. 黄色反应黄色反应 可利用颜色反应来鉴别蛋白质。如临床分析中尿蛋白的检验。可利用颜色反应来鉴别蛋白质。如临床分析中尿蛋白的检验。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质20.3.3 20.3.3 蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质是最复杂的天然高分子，其结构可用四级结构来描述。 一级结构指AA的排列顺序。 (动画，肽平面)二级结构指蛋白质的空间构象。 由于氢键的作用使肽链（蛋白质）呈-螺旋或-折叠片结构。蛋白质的结构蛋白质的结构 螺旋：第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质肽链呈右手螺旋状。肽链呈右手螺

19、旋状。( (动画动画1 1、动画动画2)2)每圈每圈每圈每圈3.63.6个个个个AAAA单位，单位，单位，单位，螺距螺距螺距螺距0.54nm0.54nm。 折叠片：肽链伸展在褶纸形的平面上，相邻的肽链又通过氢键缔合。肽链伸展在褶纸形的平面上，相邻的肽链又通过氢键缔合。 ( (动画动画) )蛋白质的结构蛋白质的结构 很多蛋白质常常是在分子链中既有很多蛋白质常常是在分子链中既有-螺旋，又有螺旋，又有-折叠，并且多折叠，并且多次重复这两种空间结构：次重复这两种空间结构： 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质螺旋：肽链呈左手螺旋状。每圈每圈3 3个个AAAA单位，螺单位，螺距距2.86nm2

20、.86nm。 螺旋存在于胶朊螺旋存在于胶朊纤维中。由于脯氨酸纤维中。由于脯氨酸和羟脯氨酸的环状结和羟脯氨酸的环状结构，与其他氨基酸缩构，与其他氨基酸缩合成肽链后，不再存合成肽链后，不再存在在N NH H，不利于形成不利于形成-螺旋。螺旋。 蛋白质的结构蛋白质的结构三级结构三级结构在二级结构的基础上再进一步卷曲、褶叠、盘绕。在二级结构的基础上再进一步卷曲、褶叠、盘绕。（多条肽链扭成（多条肽链扭成“ “麻花麻花” ”。）。） 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是其他次级键，如是其他次级键，如S SS S（二硫键）、离二硫键）、离子键、氢键、疏水键、子键、氢键、疏水键、支链等，共同作用的支链等，共同作

21、用的结果。结果。 第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 四级结构四级结构在三级结构的基础上，各亚基再进一步形成特定的在三级结构的基础上，各亚基再进一步形成特定的空间结构。空间结构。 四级结构与蛋白质的生理活性有关。四级结构与蛋白质的生理活性有关。例如，马血红蛋白例如，马血红蛋白由四个独立的亚基由四个独立的亚基组成。两个各含组成。两个各含141141个氨基酸残基的个氨基酸残基的a-a-蛋白和两个各含蛋白和两个各含146146个氨基酸残基的个氨基酸残基的b-b-蛋白。蛋白。蛋白质的结构蛋白质的结构 使蛋白质亚基聚集的主要因素是疏水基团之间的作用使蛋白质亚基聚集的主要因素是疏水基团之间的作

22、用力。当把各个亚基分开时，其三维形状使极性侧链露在外力。当把各个亚基分开时，其三维形状使极性侧链露在外围适应水溶液环境，而把非极性侧链保护在内部避免接触围适应水溶液环境，而把非极性侧链保护在内部避免接触水，但是在分子表面仍有一小片疏水区与水接触。当两个水，但是在分子表面仍有一小片疏水区与水接触。当两个或更多个亚基聚集在一起时，这些疏水区互相接触而避免或更多个亚基聚集在一起时，这些疏水区互相接触而避免与水接触，从而维持各亚基之间的聚合。与水接触，从而维持各亚基之间的聚合。第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质肽平面肽平面第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 - - 螺旋螺旋1 1第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质- - 螺旋螺旋2 2第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质 - - 折叠折叠第二十章第二十章 氨基酸、蛋白质氨基酸、蛋白质