氨基酸及蛋白质新.ppt

第十五章第十五章 氨基酸、多肽与蛋白质氨基酸、多肽与蛋白质15.1 氨基酸氨基酸(amino acid)15.1.1 氨基酸概述氨基酸概述Ø定定义义: 分分子子结结构构中中含含氨氨基基和和羧羧基基的的化化合物合物;Ø命命名名: 普普通通命命名名依依据据氨氨基基与与羧羧基基的的位位置置分分 -、、 -、、 --、、 -、、 -等等, 系系统统命命名名用数字指明氨基位置；用数字指明氨基位置； - -氨基戊酸氨基戊酸 - -氨基戊酸氨基戊酸 - -氨基戊酸氨基戊酸Ø氨基酸的分类：氨基酸的分类：•依据所连碳链分芳香族及脂肪族依据所连碳链分芳香族及脂肪族;•根据氨基和羧基的相对数目分为根据氨基和羧基的相对数目分为: :ü中中性性氨氨基基酸酸: :氨氨基基和和羧羧基基的的数数目目相相等等;;;;ü碱性氨基酸碱性氨基酸: : 氨基数多于羧基氨基数多于羧基; ;ü酸性氨基酸酸性氨基酸: : 氨基的数目少于羧基氨基的数目少于羧基; ;15.1.2 氨基酸的构型氨基酸的构型Ø用用L-、、D-标记的构型来源于甘油醛；标记的构型来源于甘油醛；ØDLDL标标记记法法以以氨氨基基酸酸结结构构中中距距离离羧羧基基最最近的手性碳为基准近的手性碳为基准; ;Ø组组成成蛋蛋白白质质的的天天然然氨氨基基酸酸主主要要有有20 20 种种, , 除除甘甘氨氨酸酸外外, , 均均有有手手性性且且都都为为L L型型; ;Ø氨基酸是形成蛋白质的基本单元氨基酸是形成蛋白质的基本单元; ;GGlycineGly 甘氨酸P ProlinePro脯氨酸AAlanineAla 丙氨酸V ValineVal缬氨酸LLeucineLeu 亮氨酸IIsoleucineIle异亮氨酸M MethionineMet 蛋氨酸C CysteineCys 半胱氨酸FPhenylalaninePhe 苯丙氨酸 Y TyrosineTyr酪氨酸W TryptophanTrp色氨酸H HistidineHis组氨酸KLysineLys 赖氨酸R ArginineArg 精氨酸QGlutamineGln 谷氨酰胺 N AsparagineAsn 天冬酰胺EGlutamic Acid Glu 谷氨酸D Aspartic Acid Asp 天冬氨酸SSerineSer丝氨酸T ThreonineThr 苏氨酸氨基酸密码氨基酸密码15.1.3 氨基酸的性质氨基酸的性质15.1.3.1 氨基酸的两性氨基酸的两性Ø氨氨基基酸酸在在固固态态时时主主要要以以内内盐盐形形式式存存在在,具有高熔点具有高熔点, 难溶于非极性有机溶剂难溶于非极性有机溶剂;Ø氨基酸在水溶液中为两性离解；氨基酸在水溶液中为两性离解；Ø在在水水溶溶液液中中氨氨基基酸酸离离解解为为正正离离子子和和负负离离子子的的量量是是不不相相等等的的, , 一一般般负负离离子子的的量量要要多多, ,为为使使正正负负离离子子的的量量相相等等, , 需需要要加加入入适适量量的的酸酸, , 此此时时溶溶液液的的PHPH值值称称为为氨基酸的等电点氨基酸的等电点; ;Ø等等电电点点即即IP(IP(isoelectric point): ): 表表示氨基酸处于电中性时的示氨基酸处于电中性时的pHpH值值; ;•中性氨基酸中性氨基酸: IP﹤7;•酸性氨基酸酸性氨基酸: IP～～3;•碱性氨基酸碱性氨基酸: IP﹥7;Ø在在等等电电点点时时氨氨基基酸酸以以两两性性离离子子存存在在, 处于电中性处于电中性, 在电场中不移动在电场中不移动;Ø在在等等电电点点时时氨氨基基酸酸溶溶解解度度最最小小, 易易结结晶析出晶析出;15.1.3.2 氨基酸的氨基端的反应氨基酸的氨基端的反应Ø与与亚亚硝硝酸酸反反应应: : 能能定定量量放放出出氮氮气气, , 是是范氏范氏(van (van SlykeSlyke) )氨基测定法的原理氨基测定法的原理; ;Ø与与甲甲醛醛的的反反应应: : 使使碱碱性性消消失失, , 用用于于羧羧基含量的测定基含量的测定; ;15.1.3.3 氨基酸的羧基端的反应；氨基酸的羧基端的反应；Ø氨基酸的羧基具有羧酸的反应；氨基酸的羧基具有羧酸的反应；15.1.3.4 氨基酸与水合茚三酮的反应氨基酸与水合茚三酮的反应Ø该反应用于该反应用于 -氨基酸的显色及鉴定氨基酸的显色及鉴定15.1.3.5 氨基酸的络合反应氨基酸的络合反应Ø氨氨基基酸酸能能与与金金属属离离子子形形成成络络合合物物, 氨氨基基酸酸与与铜铜离离子子能能形形成成蓝蓝色色结结晶晶, 用用于于分分离及鉴定离及鉴定;15.1.3.6 氨基酸的受热反应氨基酸的受热反应Ø氨氨基基酸酸的的热热反反应应随随氨氨基基与与羧羧基基位位置置而而不同不同;ü -氨基酸受热分子间脱水为环氨基酸受热分子间脱水为环:ü - -氨氨基基酸酸受受热热分分子子内内脱脱氨氨为为 , , - -不不饱和酸饱和酸:ü4-氨氨基基酸酸和和5-氨氨基基酸酸受受热热发发生生分分子子内内失水形成内酰胺失水形成内酰胺:ü更远位置的氨基酸受热得聚合物更远位置的氨基酸受热得聚合物:Ø氨基酸受热还能失羧得胺氨基酸受热还能失羧得胺:ü在在酶酶作作用用下下某某些些氨氨基基酸酸能能同同时时失失去去羧羧基及氨基；基及氨基；15.2 多肽多肽(polypeptide)15.2.1 肽的结构特征肽的结构特征Ø肽肽的的定定义义: : 由由氨氨基基酸酸的的氨氨基基和和羧羧基基分分子间缩水形成的酰胺称为肽子间缩水形成的酰胺称为肽; ;二二二二 肽肽肽肽肽键肽键肽键肽键C-C-端端端端N-N-端端端端ü其中酰胺键也称其中酰胺键也称肽键肽键; ;ü通通常常把把肽肽链链含含氨氨基基的的一一端端称称为为氨氨基基端端或或N-N-端端, , 而而含含羧羧基基的的另另一一端端称称为为羧羧基基端或端或C-C-端端; ;ü一一般般把把分分子子量量小小于于1000010000的的肽肽链链称称为为肽肽类类; ;把把分分子子量量大大于于1000010000的的肽肽链链称称为为蛋白质蛋白质；；ü在在多多肽肽链链中中，，氨氨基基酸酸残残基基按按一一定定的的顺顺序序排排列列，，这这种种排排列列顺顺序序称称为为氨氨基基酸酸顺顺序序; ;ü肽肽键键的的特特点点: 氮氮上上的的孤孤对对电电子子与与羰羰基基共轭共轭, 组成肽键的原子处于同一平面组成肽键的原子处于同一平面:ü肽肽键键中中的的C-N键键具具有有部部分分双双键键性性质质，，不能自由旋转不能自由旋转:ü肽键大多以反式结构存在肽键大多以反式结构存在;缩合试剂缩合试剂缩合试剂缩合试剂15II-2 多肽的合成多肽的合成15II-3 天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽Ø在在生生物物体体中中, 多多肽肽最最重重要要的的存存在在形形式式是作为蛋白质的亚单位是作为蛋白质的亚单位.Ø但但是是也也有有许许多多分分子子量量比比较较小小的的多多肽肽以以游游离离状状态态存存在在, 这这类类多多肽肽通通常常都都具具有有特特殊的生理功能殊的生理功能, 常称为常称为活性肽活性肽.15III 蛋白质蛋白质Ø蛋蛋白白质质存存在在于于所所有有的的生生物物细细胞胞中中，，是是构成生物体最基本的结构和功能物质构成生物体最基本的结构和功能物质.Ø蛋蛋白白质质是是生生命命活活动动的的物物质质基基础础, 它它参参与与了几乎所有的生命活动过程了几乎所有的生命活动过程:Ø氨基酸是构成蛋白质的基石氨基酸是构成蛋白质的基石;Ø任任一一种种蛋蛋白白质质的的所所有有分分子子在在氨氨基基酸酸的的组组成成和和顺顺序序以以及及肽肽链链的的长长度度方方面面都都应应该该是相同的是相同的, 即所谓均一的蛋白质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•蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(Primary structure) )包括组成包括组成蛋白质的多肽链数目蛋白质的多肽链数目. .•多肽链的氨基酸顺序，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。

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质生物功能的基础•蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的结构是指肽链的主链在空间的排列排列,或规则的几何走向、旋转及折叠它只涉及肽链主链或规则的几何走向、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的构象及链内或链间形成的氢键•主要有主要有 -螺旋、螺旋、 -折叠、折叠、 -转角•在在 -螺旋（螺旋（Helix））中肽平面的键长和键角一定，肽键的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；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上升的距离即螺距为0.54nm，，含含20.6个氨基酸残基，两个个氨基酸残基，两个氨基酸之间的距离为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酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团基与第四个氨基酸残基酰胺基团的的-NH基形成氢键。

基形成氢键•蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手 -螺旋•蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构• • ----螺旋螺旋螺旋螺旋 ( (----helix)helix)• - -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽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肽链的主链呈锯齿桩折叠构象•在在 - -折叠中，折叠中， - -碳原子总是处于折叠的角碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的上，氨基酸的R R基团处于折叠的棱角上并与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棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.350.35nmnm；； -折叠折叠（（（（pleated sheetpleated sheet））））• - -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；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肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。

垂直• - -折叠有两种类型一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型一种为平行式，即所有肽链的N-N-端都在同一边另一种为反平行式，即相邻两条端都在同一边另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反肽链的方向相反0000• •    - -折迭折迭折迭折迭 ( (   -pleated sheet)-pleated sheet) -转角（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•蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结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起着重要作用蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构•蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非由多条各自具有一、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这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位亚单位Subunit，，它一般由一条肽链构成，无生理它一般由一条肽链构成，无生理活性；活性；•维持亚基之间的作用力主要是疏水力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；由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；四四级级结结构构的的结结构构模模型型练习题练习题3: a;5:a, b, c, d, e, j, k, l;6;。