第18章氨基酸多肽蛋白质

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1、 第18章 氨基酸 多肽 蛋白质 目录 18.1 -氨基酸 18.1.1 -氨基酸的结构和命名 18.1.2 -氨基酸的物理性质 18.1.3 -氨基酸的化学反应 18.1.4 氨基酸的制备 18.2 多肽 18.2.1肽和肽键 18.2.2多肽的结构和测定 18.2.3多肽的合成 18.3 蛋白质 18.3.1 蛋白质的元素组成 18.3.2 蛋白质的性质 18.3.3 蛋白质的结构18.1 -氨基酸18.1.1 -氨基酸的结构 -氨基酸的通式为RCH（NH2）COOH。R基团可以是烷基或芳基，它还可以含有羟基、氨基、巯基、硫化物、羧基、胍基或咪唑基等基团。 天然产氨基酸，除甘氨酸外，其他氨

2、基酸的-碳原子都是手性的，具有旋光性，-氨基酸中的手性碳原子可以用R，S构型标记法，但与糖一样，习惯用D或L构型法标记。D或L也是以甘油醛为标准来确定的。 -氨基酸一般用Fischer投影式表示，将羧基写在竖线的上方，R基写在竖线的下方，氨基和氢写在横线的两侧，若氨基的位置与L-甘油醛中的羟基的位置一致，就定义为L-氨基酸，反之，定义为D-氨基酸。天然的氨基酸多数是L-型的。 1 .-氨基酸的结构和命名 2. -氨基酸的分类 （1） 根据其分子中所含氨基和羧基的数目： 酸性氨基酸：氨基数目小于羧基 中性氨基酸：氨基数目等于羧基 碱性氨基酸：氨基数目大于羧基 注意 中性氨基酸并不是真正中性的物质

3、，只能说它们近乎中性 （2）根据其分子中所含的烃基的类型分为：脂肪族氨基酸、芳香族氨基 酸和杂环氨基酸 3. 氨基酸的命名 氨基酸的系统命名法是将氨基作为羧酸的取代基命名的。但天然氨基酸常根据其来源或性质多用俗名。 如胱氨酸是因它最先来自尿结石；甘氨酸是由于它具有甜味而得名。 18.1.2 -氨基酸的物理性质 -氨基酸的的熔点很高，并多数在熔化时分解。 -氨基酸溶于水，不溶于有机溶剂。 -氨基酸的偶极矩比相对分子质量相近的胺和羧酸要大的多 。 18.1.2 -氨基酸的化学反应 氨基酸分子内既含有氨基又含有羧基，因此它们具有氨基和羧基的典型性质。但是由于两种官能团在分子内的相互影响，又具有一些特

4、殊的性质。 1 .羧基的反应羧基的反应 氨基酸中的羧基能生成酯、酸酐、酰胺；能与肼作用生成酰肼；酰肼与亚 硝酸作用则生成叠氮化合物。 叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽(叠氮法)。能保持产品的光学纯度。 两分子氨基酸加热能失去两分子生成二酮吡嗪。 2. 氨基的反应氨基的反应 （1）酰基化，生成酰胺在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。（2）羟基化，生成N-烃基氨基酸 （3）与亚硝酸反应 3. 两性和等电点两性和等电点 （1）两性 氨基酸既能与酸反应，又能与碱反应，为两性化合物。分子内的氨基 和羧基也能反应生成盐，称为内盐，亦称两性离子或偶极离子。所以氨基酸 能溶于水

5、且有高的熔点。 在水溶液里，氨基酸离子存在下列平衡： 在水溶液中，上面平衡式的移动和溶液的pH值有关。电解时，调解电解 池的pH值，使氨基酸既不向负极移动也不移向正极，这时溶液的pH值称为该 氨基酸的等电点。注意：等电点并不是中性点。不同的氨基酸具有不同的等电点。 中性氨基酸的等电点在pH6 酸性氨基酸的等电点在pH3 中性氨基酸的等电点在pH10 在等电点时，氨基酸主要以偶极离子的形式存在，此时氨基酸在水中的 溶解度最小 。可以利用调解等电点的方法从氨基酸的混合物中沉淀出 某些氨基酸。 4 .与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应 （鉴别（鉴别-氨基酸）氨基酸） -氨基酸的水溶液可以和水合茚三酮反

6、应，生成显蓝色或紫红色的有色 物质。而N-取代的-氨基酸及-或-氨基酸都不发生该颜色反应。 因为生成的紫色溶液在570nm有强吸收。故可以利用紫外分光光度法定量测定-氨基酸的含量。 18.1.4 氨基酸的制备 1 .由醛酮制备（由醛酮制备（斯瑞克斯瑞克合成法）合成法） 斯瑞克合成法即为醛与氨及氢氰酸反应，可以得到-氨基腈，后者经水 解转化为-氨基酸。 2. 卤代酸的氨解：卤代酸的氨解：是制备-氨基酸的一个有用方法 3 .丙二酸酯合成法丙二酸酯合成法 但用一般合成方法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到D-或L-氨基 酸。近年来氨基酸的不称合成发展很快，特别是不对称催化反应可立体选择性 地合成

7、所需构型的氨基酸。18.2 多肽18.2.1 肽和肽键-氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，通过酰胺键相连接而成的化合物叫做肽。 连接-氨基酸单元的酰胺键（-CONH-）又叫肽键。 由两个- 氨基酸组成的肽叫二肽。一般十肽以下的统称寡肽或低聚肽，由十一个以上-氨基酸组成的肽叫多肽。 在多肽链中，有游离氨基的一端称为N端；有游离羧基的一端称为C端。 多肽的命名是以含C端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的酸字 改为酰字，按在链中由N端的排列顺序写在母体名称之前。 18.2.2 多肽的结构和测定 测定多肽结构的方法很多，最常见的是端基分析法。 1 .N端分析法端分析法 方法一：利用2,4-二硝基氟苯与

8、多肽分子中N-端的游离氨基作用，然后水解， 得到一个黄色的N-(2,4-二硝基苯基)氨基酸。 方法二：异硫氰酸苯酯法（德满降解法） 2 .C端分析法端分析法 羧肽酶可选择性地将C端氨基酸水解下来，然后对这个氨基酸进行鉴定，就能确定C端是哪一个氨基酸。18.2.3 多肽的合成 1. 液相接肽液相接肽 一般先用苄氧羰基(缩写为Cbz)或叔丁氧羰基(Boc)保护氨基酸A中的氨基， 将氨基酸B中的羧基转变为酯基，在二环己基碳二亚胺(DCC)的活化下脱水。 DCC中间的碳易被亲核试剂进攻，使羧基生成一酰基化合物。这个酰基化合物易与氨基反应形成酰胺键。 生成的二环己基脲脱水后仍生成DCC。2 固相接肽固相

9、接肽该方法具有产率高、易于提纯，接肽时间短等优点18.3 蛋白质18.3.1 蛋白质的元素组成 蛋白质的结构极其复杂，生理功能众多，但其组成元素主要是C，H，O，N四种，还有一些蛋白质含有S元素，少数含有P，Fe，Cu，Mn，Zn，I等元素。 一般干燥蛋白质中各种元素的含量为：C H O N S 50%-55% 6%-7% 22%-23% 15%-17% 0.3%-2.5%18.3.2 蛋白质的性质 1 .等电点和胶体性质等电点和胶体性质 蛋白质分子在酸性溶液中能电离成正离子，在碱性溶液中能电离成负离 子，在某一pH溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH就是该蛋白质的等电 点pI。P代表的蛋白

10、质母体 由于蛋白质分子颗粒的直径一般为几个纳米，已达到胶粒范围（1100nm），因而蛋白质溶液有胶体性质，具有一定的稳定性，可以应用电泳技术来分离、提纯各种蛋白质 ，也可采用半透膜渗析来纯化蛋白质 。 2 .变性变性 蛋白质受热，紫外光照射或化学试剂（如强酸，重金属盐，乙醇，丙酮等）作用时，性质会发生改变，如溶解度降低，甚至凝固，这种现象称为蛋白质的变性。而人的衰老过程必然伴随着人体蛋白质的变性。 3. 盐析盐析 在蛋白质溶液加入大量盐如NaCl，(NH4)2SO4 ，Na2SO4等当加入的盐达 到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出。这叫做蛋白质的盐析。 加入乙醇、丙酮等对水有很强亲合力

11、的有机溶剂，或加入Hg2+ 、Pd2+等也能使蛋白质从溶液中沉淀析出，但盐析法沉淀的蛋白质是可逆的，用重金属离子的沉淀则是不可逆的。 4. 显色反应显色反应 （1）与水合茚三酮反应，呈现蓝色。 （2）与缩二脲反应（NH2CONHCONH2），在NaOH溶液中加入CuSO4稀溶液时呈现红紫色。红紫色的产物可能是Cu2+与肽键N原子形成的配位复合物。 （3）与浓硝酸反应呈黄色，如遇到碱溶液，则黄色加深，转为橙色。 （4）米隆反应：含有苯酚结构氨基酸（如酪氨酸）的蛋白质与米隆试剂（硝酸汞、亚硝酸汞、硝酸及亚硝酸的混合溶液）共热，生成砖红色的沉淀。 （5）醋酸铅反应：含硫的蛋白质（如含半胱氨酸）与碱共

12、热后与醋酸铅反 应，生成黑色的硫化铅沉淀。18.3.3 蛋白质的结构 1 .一级结构一级结构 蛋白质分子中各种不同的氨基酸按一定的排列顺序，通过肽键互相结合而 成的多肽链，称为蛋白质的一级结构。它是蛋白质最基本的结构。 胰岛素的一级结构2. 二级结构二级结构 组成蛋白质的多肽链，并不是以直线型的形式存在，而是借助于氢键使肽链卷曲盘旋和折叠，形成一定的空间结构。肽链的这种依靠氢键缔合后的空间排列情况叫做蛋白质的二级结构。 蛋白质的二级结构-螺旋的结构-折叠的结构3 .三级结构三级结构 蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭，形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构。蛋白质三级结构的稳定主 要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力等。4. 四级结构四级结构 蛋白质四级结构是指由两条或两条以上具有三级结构的多肽链，以非共价键聚集成特定构象的蛋白质分子。其中每条多肽链称为亚基。