第十七章氨基酸多肽和蛋白質(zhì)

第十七章氨基酸多肽和蛋白質(zhì)第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)極為重要的一種生物大分子，幾乎全部生命現(xiàn)象和所有細(xì)胞活動(dòng)最終都是通過蛋白質(zhì)的介導(dǎo)來表達(dá)和實(shí)現(xiàn)的,因此沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。

蛋白質(zhì)是由氨基酸通過酰胺鍵組成的多肽鏈在空間盤繞折疊而成。

多肽也是由氨基酸組成，除了作為蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物外，某些活性肽還是溝通細(xì)胞與器官間信息的重要化學(xué)信使。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)上頁下頁首頁第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

不同來源的蛋白質(zhì)在酸、堿和酶的作用下可完全水解,得到的最終產(chǎn)物是各種不同-氨基酸的混合物,因此-氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。第一節(jié)氨基酸

氨基酸(AminoAcid)是分子內(nèi)同時(shí)含有氨基和羧基的化合物。根據(jù)氨基和羧基的相對(duì)位置,有α、β、γ-氨基酸等。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸上頁下頁首頁第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、氨基酸的結(jié)構(gòu)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

自然界中已發(fā)現(xiàn)的氨基酸有幾百種，但蛋白質(zhì)水解后的常見氨基酸主要有20種。它們?cè)诨瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上都具有共同特征，即氨基和羧基都連接在-碳原子上，屬-氨基酸(脯氨酸為-亞氨基酸)。-氨基酸脯氨酸(-亞氨基酸)上頁下頁首頁第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日

由于氨基酸分子內(nèi)同時(shí)存在酸性基團(tuán)(-CO2H)和堿性基團(tuán)(-NH2),它們可相互作用形成內(nèi)鹽。在生理pH時(shí),羧基幾乎全以-COO-的形式存在,大多數(shù)氨基也主要以-NH3+形式存在。因此,氨基酸是偶極離子(zwitterion)。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

氨基酸的這種內(nèi)鹽結(jié)構(gòu),使其物理性質(zhì)與一般有機(jī)化合物不同,如熔點(diǎn)較高(>200C)，大多難溶于有機(jī)溶劑,而易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等極性溶劑中。內(nèi)鹽偶極離子上頁下頁首頁第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸除甘氨酸外,其它19種氨基酸-C都為*C,存在一對(duì)對(duì)映體:生物體內(nèi)具有旋光活性的-氨基酸均為L(zhǎng)型。上頁下頁首頁第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸18種氨基酸的絕對(duì)構(gòu)型為S-構(gòu)型只有1種——半胱氨酸：為R-構(gòu)型HSCH2->-COOH小中上頁下頁首頁第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸二、氨基酸的分類上頁下頁首頁第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日氨基酸的命名第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

天然產(chǎn)氨基酸更普遍使用習(xí)慣命名或俗名，即按其來源或性質(zhì)命名。如天門冬氨酸最初由天門冬的幼苗中發(fā)現(xiàn);甘氨酸因其具有甜味而得名。生物體內(nèi)作為合成蛋白質(zhì)的原料的20種氨基酸,象元素符號(hào)一樣,都有國際通用的符號(hào),中文用簡(jiǎn)稱表示。2.俗名

把氨基當(dāng)作取代基,以羧酸做母體,稱為氨基某酸。氨基的位置習(xí)慣上用希臘字母α、β、γ

等表示。1.系統(tǒng)命名法上頁下頁首頁第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日營養(yǎng)必需氨基酸

纈、賴、異亮、苯丙、亮、色、蛋、蘇等8種氨基酸在人體內(nèi)不能合成或合成量不足，必需由食物蛋白質(zhì)補(bǔ)充才能維持機(jī)體正常生長(zhǎng)發(fā)育，故這些氨基酸稱為營養(yǎng)必需氨基酸。此外，組氨酸和精氨酸在嬰幼兒和兒童期因體內(nèi)合成不足,也需依賴食物補(bǔ)充。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

大多數(shù)動(dòng)物蛋白質(zhì)包括牛乳中的酪蛋白和蛋類中的蛋白質(zhì)，因所含必需氨基酸的種類和比例與人體需要相接近，故營養(yǎng)價(jià)值高。谷類蛋白質(zhì)中含賴氨酸較少而色氨酸較多，豆類蛋白質(zhì)中含色氨酸較少而賴氨酸較多，因此食用不同來源蛋白質(zhì)的食物較有利于必需氨基酸的充分補(bǔ)給。上頁下頁首頁第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

由于氨基酸中給出質(zhì)子的酸性基團(tuán)和接受質(zhì)子的堿性基團(tuán)的數(shù)目和能力各異,因此它們?cè)谒芤褐谐尸F(xiàn)不同的酸堿性。

中性氨基酸在水溶液中解離時(shí),由于-NH3+給出質(zhì)子的能力略大于-CO2-接受質(zhì)子的能力,因此其水溶液呈弱酸性，此時(shí)氨基酸帶負(fù)電荷。酸性氨基酸在水溶液中呈酸性。堿性氨基酸在水溶液中呈堿性。中性氨基酸堿性氨基酸酸性氨基酸

上頁下頁首頁三、氨基酸的兩性第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

在水溶液中氨基酸以陽離子、陰離子和偶極離子三種形式存在，它們之間形成一動(dòng)態(tài)平衡。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

改變?nèi)芤旱膒H值，平衡也隨之移動(dòng)。當(dāng)一種氨基酸溶液的pH調(diào)至某一特定值，使[陽離子]=[陰離子],且濃度很低，而偶極離子濃度最高。此時(shí)溶液的pH值稱為這個(gè)氨基酸的等電點(diǎn)(IsoelectricPoint),用

pI

表示。pH=pI，主要以兩性離子形式存在

pH>pI，主要以陰離子形式存在

pH<pI，主要以陽離子形式存在上頁下頁首頁第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

將氨基酸的溶液置于電場(chǎng)中，若溶液的：pH>pI，主要呈負(fù)離子狀態(tài)而向正極移動(dòng)；pH<pI，主要呈正離子狀態(tài)而向負(fù)極移動(dòng)；pH=pI，主要以兩性離子形式存在。

既不向正極移動(dòng)，也不向負(fù)極移動(dòng)。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

等電點(diǎn)是氨基酸的重要理化常數(shù)之一。每種氨基酸都有其特定的等電點(diǎn)。等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的溶解度最小。酸性氨基酸：pI2.8~3.2 (pH<4)中性氨基酸：pI5.0~6.5 (pH<7)堿性氨基酸：pI7.5~10.8 (pH>7.5)上頁下頁首頁第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日問題：在下面的實(shí)驗(yàn)中，各氨基酸將向何方移動(dòng)？能否用此法來分離氨基酸？第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸pH6.0緩沖液pH6.0緩沖液上頁下頁首頁第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸問題解答：纈谷在電泳儀中分離氨基酸pH6.0賴上頁下頁首頁第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日(一)α-氨基酸與亞硝酸反應(yīng)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

氨基酸(伯胺)與亞硝酸作用,可釋放氮?dú)?-NH3+被–OH取代，生成-羥基酸。

若定量測(cè)定反應(yīng)中所釋放出N2的體積,即可計(jì)算出氨基酸的含量,此種方法稱為vanSlyke氨基氮測(cè)定法,常用于氨基酸和多肽的定量分析。

上頁下頁首頁四、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸(二)氨基酸的脫羧反應(yīng)-氨基酸與氫氧化鋇一起加熱或在高沸點(diǎn)溶劑中回流,可發(fā)生脫羧反應(yīng),失去二氧化碳而得到胺。在細(xì)菌或酶的作用下脫羧反應(yīng)也可在常溫下進(jìn)行。上頁下頁首頁第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日(三)氨基酸與茚三酮的顯色反應(yīng)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第一節(jié)氨基酸

氨基酸與水合茚三酮在溶液中共熱,經(jīng)過一系列反應(yīng),最終生成藍(lán)紫色的化合物。

根據(jù)生成紫色化合物顏色的深淺程度，或根據(jù)放出CO2氣體的體積，可對(duì)α-氨基酸進(jìn)行定量分析。也常用于層析實(shí)驗(yàn)中氨基酸的顯色。上頁下頁首頁第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)肽(peptide)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第二節(jié)肽

肽是氨基酸殘基之間彼此通過酰胺鍵(肽鍵)連接而成的一類化合物。其通式為：氨基酸氨基酸二肽

多肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵(peptidebond),一般為

α-COOH與α-NH2脫水縮合而成。肽也以兩性離子的形式存在。上頁下頁首頁第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日

二肽分子的兩端仍存在著游離的-NH3+和-COO-,因此它可以再與另一分子氨基酸脫水縮合形成三肽;同樣依次可形成四肽、五肽…。四肽十肽以下的稱為寡肽（oligopeptide）大于十肽的稱為多肽（polypeptide）肽中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基(aminoacidresidue)

第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第二節(jié)肽上頁下頁首頁第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日雖有環(huán)肽存在,但絕大多數(shù)的肽呈鏈狀,稱為多肽鏈

N-末端(N-terminalend)：保留游離α-NH2

的一端, 也叫氨基末端，一般寫在肽鏈的左邊。

C-末端(N-terminalend):

保留有α-CO2H

的一端， 也叫羧基末端,通常寫在肽鏈的右邊。

肽鏈骨架:

所有鏈狀多肽都有一個(gè)共同的骨架第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第二節(jié)肽一、肽的結(jié)構(gòu)和命名上頁下頁首頁第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

肽的結(jié)構(gòu)不僅取決于組成肽鏈的氨基酸種類和數(shù)目,也與肽鏈中各氨基酸殘基的排列順序有關(guān)。由2種不同的氨基酸可形成2種二肽：甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酸3種不同的氨基酸→三肽6

種異構(gòu)體4種不同的氨基酸→四肽24種異構(gòu)體

許多種氨基酸按照不同的排列順序,構(gòu)成了自然界中種類繁多的多肽和蛋白質(zhì)。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第二節(jié)肽上頁下頁首頁第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

命名多肽時(shí)以C-末端的氨基酸殘基為母體,由N-端叫起,依次稱為某氨酰（基）某氨酸。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第二節(jié)肽Alanylglycylphenylalanine丙-甘-苯丙(Ala-Gly-Phe)丙氨酸殘基甘氨酸殘基苯丙氨酸殘基N-端C-端丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸上頁下頁首頁第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)和多肽都是由20種L-α-氨基酸縮合而成的聚酰胺。因此，在小分子多肽和大分子蛋白質(zhì)之間不存在嚴(yán)格的分界線，通常將分子量較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)有穩(wěn)定的構(gòu)象。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)

人體內(nèi)約有10萬種以上的蛋白質(zhì)，其質(zhì)量約占人體干重的45％。上頁下頁首頁第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、元素組成和分類第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)

元素分析發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)含有碳、氫、氧、氮；大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有硫；有些蛋白質(zhì)含有磷；少量蛋白質(zhì)還含有微量金屬元素如鐵、銅、鋅、錳等；個(gè)別蛋白質(zhì)含有碘。

來源不同的各種蛋白質(zhì)的含氮量都相當(dāng)接近，平均為16％。在任何生物樣品中，1g氮元素相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì),故只需測(cè)定蛋白質(zhì)樣品中的氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(N)，即可計(jì)算出蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。ω(蛋白質(zhì))=ω(N)×6.25上頁下頁首頁第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)*一般根據(jù)化學(xué)組成、形狀和功能等對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類。1.按化學(xué)組成2.根據(jù)形狀3.按生理功能上頁下頁首頁第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)

任何一種蛋白質(zhì)分子在天然狀態(tài)下均具有獨(dú)特而穩(wěn)定的構(gòu)象，這是蛋白質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上最顯著的特點(diǎn)。為了表示蛋白質(zhì)分子不同層次的結(jié)構(gòu)，常將蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)。一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱為初級(jí)結(jié)構(gòu)或基本結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)以上屬于構(gòu)象范疇，稱為高級(jí)結(jié)構(gòu)。

并非所有的蛋白質(zhì)均具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。由一條多肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。由兩條以上肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有四級(jí)結(jié)構(gòu)。上頁下頁首頁第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）指多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序。

肽鍵是一級(jí)結(jié)構(gòu)中連接氨基酸殘基的主要化學(xué)鍵。任何特定的蛋白質(zhì)都有其特定的氨基酸排列順序，有些蛋白質(zhì)分子只由一條多肽鏈組成，有的蛋白質(zhì)分子則由兩條或多條肽鏈構(gòu)成。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)上頁下頁首頁第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日人胰島素分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)由51個(gè)氨基酸殘基組成A、B二條多肽鏈。A鏈內(nèi)有一鏈內(nèi)二硫鍵，A鏈與B鏈之間借2條二硫鍵相連。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)上頁下頁首頁第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日(二)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在空間進(jìn)一步盤曲折疊形成的構(gòu)象，它包括二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。

1.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)指多肽鏈的主鏈骨架在空間盤曲折疊形成的方式，并不涉及側(cè)鏈R的構(gòu)象。

主鏈骨架在空間形成的不同構(gòu)象包括:α-螺旋、β-折疊層、

β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲等幾種類型。上頁下頁首頁第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

α-螺旋構(gòu)象(α-helix):多肽鏈中各肽鍵平面通過α-C的旋轉(zhuǎn),圍繞中心軸形成一種緊密螺旋盤曲現(xiàn)象。盤曲可形成左手螺旋和右手螺旋。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是右手螺旋。第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型：蛋白質(zhì)的α-螺旋構(gòu)象上頁下頁首頁第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第十七章氨基酸、肽和蛋白質(zhì)第三節(jié)蛋白質(zhì)

-折疊層

(-pleatedsheet):有順向平行和逆向平行兩種類型。結(jié)構(gòu)模型：蛋白質(zhì)的-折疊層構(gòu)象上頁下頁首頁第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日*3.三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)指蛋白質(zhì)分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)基