高中生物競賽輔導生化氨基酸肽

關于高中生物競賽輔導生化氨基酸肽第一節(jié)

蛋白質(zhì)概論（summary)

一、蛋白質(zhì)的重要性二、蛋白質(zhì)的組成三、蛋白質(zhì)的分類第2頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1、蛋白質(zhì)是生物體的重要組成部分(Proteinsareimportantbiomolecules)一、蛋白質(zhì)的重要性(Theimportanceofproteins)蛋白含量：在人體中占干重的50%左右；細菌、病毒、酵母>50%；植物體內(nèi)、莖、葉中的含量不高，植物種子含有豐富的蛋白質(zhì)。分布：細胞各個部分都有蛋白質(zhì)的存在。種類：種類多，每一種都具有不同生物學活性，生物信息的遺傳是由蛋白質(zhì)活動下實現(xiàn)的。第3頁,共71頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的生物功能

Proteinshavemanydifferentbiologicalfunctions1).酶的催化功能(Enzymaticcatalysis)Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferase（熒光素酶）withATP第4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2).運輸和儲存功能(Transportandstorage)Erythrocytes（紅細胞）containalargeamountofhemoglobins（血紅蛋白）,theoxygen-transportingprotein.第5頁,共71頁，2024年2月25日，星期天3).機械功能(Mechanicalfunctions)Theproteinkeratin（角蛋白）isthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.第6頁,共71頁，2024年2月25日，星期天4).運動功能(Movement)striatedskeletalmusclecell

第7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天5).保護功能(Protection)第8頁,共71頁，2024年2月25日，星期天6).信息傳遞功能(Informationprocessing)SimpleAnatomyoftheRetina第9頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)的組成(Compositionofproteins)

1、化學組成(元素組成)(Protein’selementcomposing)

元素

百分含量

平均(%)C

H

O

N

S

P

50-556.9-7.721-24

15.0-17.60.3-2.30.4-0.9527231620.6微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬凱氏定氮：粗蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.25第10頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成(Protein’sbuilding-blockunits)蛋白質(zhì)(Pr)分子量很大，可水解成簡單有機化合物——氨基酸（aminoacids)，Pr含有數(shù)以百計的氨基酸(aa)，氨基酸按固定的排列順序以共價鍵的形式連接形成長的不分支的鏈。蛋白質(zhì)是由多肽組成的。蛋白質(zhì)：分子量>6000時，有完整的生物學功能，至少40個aa。多肽：分子量<6000時，不完全有生物學功能。第11頁,共71頁，2024年2月25日，星期天3、蛋白質(zhì)的水解(Hydrolysisofproteins)

蛋白質(zhì)可以被酸、堿和酶水解，可以產(chǎn)生aa。根據(jù)水解程度分：完全水解產(chǎn)物為aa,不完全水解產(chǎn)物不同的片斷混合物，無確定組成成分。根據(jù)片斷的大小，可以分為：

第12頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1).酸水解方法:6NHCl,煮沸回流20小時左右,或加壓于120°C水解12小時.優(yōu)點:

水解徹底,水解的最終產(chǎn)物是L-氨基酸,沒有旋光異構(gòu)體生成.缺點:

色氨酸全部破壞,絲,蘇,酪氨酸部分破壞.有腐黑質(zhì)生成,水解液呈黑色.第13頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2).堿水解方法:6MNaOH或4MBa(OH)2煮沸6小時.優(yōu)點:

色氨酸不被破壞,水解液清亮透明.缺點:

水解產(chǎn)生的氨基酸發(fā)生旋光異構(gòu)作用,產(chǎn)物中有L-,D-型兩類氨基酸.第14頁,共71頁，2024年2月25日，星期天3).酶水解方法：蛋白質(zhì)可以由蛋白酶水解，不同的蛋白酶專一性不同。優(yōu)點:

條件溫和,常溫常壓(36-60°C)

及pH2-8時,氨基酸不受破壞,無旋光異構(gòu)體產(chǎn)生.缺點:

各蛋白酶有不同的專一性,用單一的酶作用水解不徹底.第15頁,共71頁，2024年2月25日，星期天三、蛋白質(zhì)的分類(Classificationofproteins)(一).依分子形狀分類(Classifiedaccordingtoshape)

球狀蛋白

纖維狀蛋白

外型

球型或橢圓型

纖維狀

溶解性

易溶于水

難溶于水

功能

功能多樣性

一般具保護支持作用

結(jié)構(gòu)

一級結(jié)構(gòu)無規(guī)律一級結(jié)構(gòu)有規(guī)律,某段氨基酸有順序性第16頁,共71頁，2024年2月25日，星期天四、蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)都有自己特有的天然空間結(jié)構(gòu)，稱為構(gòu)象。

第17頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元——氨基酸

(Aminoacids)一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類二、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的分離分析第18頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，這一點已由蛋白質(zhì)的水解可以得到證明。所有生物中最常的是20種氨基酸，在生物界中是通用的。氨基酸通式為：氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類(Structureandclassificationofaminoacids)第19頁,共71頁，2024年2月25日，星期天(一).基本結(jié)構(gòu)

(Aminoacidshavecommonstructuralfeatures)COO-Rgroup氨基酸基aH=GlycineCH3=AlanineHN3+HJuangRH(2004)BCbasics第20頁,共71頁，2024年2月25日，星期天GlyAlaValLeuIlePheTyrTrpCysMetSSStryer(1995)Biochemistry(4e)p.20氨基酸不同，它的R基團就不同第21頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的通式及a-碳第22頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸存在對映異構(gòu)體aa鏡像化性相同、物性(旋光度)不同立體結(jié)構(gòu)不同JuangRH(2004)BCbasics20種氨基酸中，除甘氨酸外，其α-碳原子都是手征性碳原子，第23頁,共71頁，2024年2月25日，星期天和糖類一樣，氨基酸的D-L-構(gòu)型，并不代表其旋光方向。氨基酸的名稱一般使用它的英文的前三個字母作為縮寫附號表示，有時有單字母表示第24頁,共71頁，2024年2月25日，星期天(二).氨基酸的分類(Classificationofaminoacids)1、參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸

(Aminoacidsfoundinproteins)1).有遺傳密碼的氨基酸

(“Standard”aminoacids)2).無遺傳密碼,但在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的

(Aminoacidsderivativesinproteins)2、不參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸

(Nonproteinaminoacids)第25頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1、參加Pr組成的氨基酸1）有遺傳密碼的aa，共有20種，可根據(jù)側(cè)鏈的極性不同，將這些氨基酸分成四類（有的是按照R基團的結(jié)構(gòu)來分）。①非極性R基氨基酸，側(cè)鏈無極性②不帶電荷的極性R基的aa③帶正電荷的極性R基aa——堿性aa④帶負電荷的極性R基aa——酸性aa第26頁,共71頁，2024年2月25日，星期天①非極性R氨基酸，側(cè)鏈無極性Gly甘氨酸GAla丙氨酸AVal纈氨酸VPro脯氨酸PLeu亮氨酸LILe異亮氨酸IMet甲硫氨酸M第27頁,共71頁，2024年2月25日，星期天①非極性R氨基酸，側(cè)鏈無極性（芳香族氨基酸）Phe，F(xiàn)苯丙氨酸；Tyr，Y

酪氨酸；Trp，W色氨酸第28頁,共71頁，2024年2月25日，星期天②不帶電荷的極性R基的aaSer絲氨酸SThr蘇氨酸TCys半胱氨酸CAsn天冬酰胺NGln谷氨酰胺Q第29頁,共71頁，2024年2月25日，星期天③帶正電荷的極性R基aa——堿性aaLys賴氨酸KArg精氨酸RHis組氨酸H第30頁,共71頁，2024年2月25日，星期天④帶負電荷的極性R基aa——酸性aaAsp天冬氨酸DGlu谷氨酸E第31頁,共71頁，2024年2月25日，星期天POLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpPro氨基酸的極性分類『極性或非極性，是蛋白質(zhì)性質(zhì)之所系?！籎uangRH(2003)Biochemistry第32頁,共71頁，2024年2月25日，星期天按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分：

（1）必需氨基酸：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：Lys,賴氨酸、Trp,色氨酸、Met甲硫氨酸、Met苯丙氨酸、Val纈氨酸、Leu亮氨酸、Ile異亮氨酸、Thr蘇氨酸。（2）非必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。（3）半必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成但合成量不能滿足人體需要（特別是嬰幼兒時期）的氨基酸，有兩種：組氨酸(His)、精氨酸(Arg)。第33頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：賴氨酸第34頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2).無遺傳密碼,但在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的(Aminoacidsderivativesinproteins)①胱氨酸（Cystine)半胱是Cysteine，廣泛地存在于蛋白質(zhì)中。它由兩個半胱氨酸的巰基氧化之后形成的，形成二硫鍵。第35頁,共71頁，2024年2月25日，星期天不組成蛋白質(zhì)，但有生理功能。2.不參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸(Nonproteinaminoacids)還有D型氨基酸（很少）第36頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的性質(zhì)(Propertyofaminoacids)(一).氨基酸的物理性質(zhì)

(Physicalpropertyofaminoacids)(二).氨基酸的化學性質(zhì)

(Chemicalpropertyofaminoacids)第37頁,共71頁，2024年2月25日，星期天(一).氨基酸的物理性質(zhì)

(Physicalpropertyofaminoacids)一般性質(zhì)

(Generalphysicalproperty)氨基酸的旋光性

(Opticalactivityofaminoacids)氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第38頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1、一般性質(zhì)(Generalphysicalproperty)1).形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。2).溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。3).熔點：氨基酸的熔點一般都比較高，一般都大于200℃，超過熔點以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。Alanine

Valine

第39頁,共71頁，2024年2月25日，星期天Gly一種構(gòu)型,無旋光性Thr和Ile有四種光學異構(gòu)體。其余17種氨基酸有兩種光學異構(gòu)體：L型、D型。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均屬L-型。2.氨基酸的旋光性(Opticalactivityofaminoacids)第40頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的旋光性受溶液的pH影響很大，這是因為在不同條件下氨基和羧基的解離狀態(tài)不同。構(gòu)型（DL）是指的化學結(jié)構(gòu)而不是旋光方向。pH對L-亮氨基（a)和L-組氨酸（b)的比旋光度的影響第41頁,共71頁，2024年2月25日，星期天Lambert-Beer：3.氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第42頁,共71頁，2024年2月25日，星期天aa在280nm有最大光吸收Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。

λ（nm）εTrp2805.6×103Tyr2751.4×103Phe2572.0×102

第43頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1、氨基酸的酸堿性質(zhì)與兩性解離1).氨基酸以偶極離子

(zwitterions

ordipolarions)存在①晶體溶點高→離子晶格，不是分子晶格。②不溶于非極性溶劑→極性分子。③介電常數(shù)高→水溶液中的氨基酸是極性分子。(二).氨基酸的化學性質(zhì)第44頁,共71頁，2024年2月25日，星期天COOHNH2

H+COO-R

-

C

-

HNH2

H+R

-

C

-

HCOO-NH2R

-

C

-

H酸性環(huán)境中性環(huán)境堿性環(huán)境+1-10pK1~2pK2~9等電點5.5JuangRH(2004)BCbasics2).氨基酸在溶液中的帶電狀態(tài)第45頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

環(huán)境酸堿度對氨基酸的凈電荷的影響

+NetChargeofaAminoAcidBufferpHIsoelectricpoint,pI-3456789100-+pH>pI時，氨基酸帶負電荷pH=pI時，氨基酸凈電荷為零pH<pI時，氨基酸帶正電荷第46頁,共71頁，2024年2月25日，星期天129630[OH]→★★pK1pK2pHpIH-C-RCOO-NH2H+等電點

=pK1+pK224).氨基酸的滴定曲線JuangRH(2004)BCbasicsH-C-RCOOHNH2

H+H-C-RCOO-NH2第47頁,共71頁，2024年2月25日，星期天5）二羧基、一氨基aa的解離及pI值對于側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸

pI=(pK1+pKR-COO-)/2堿性氨基酸

pI=(pK1+pKR-NH2)/2谷氨基的兩性離子兩邊的pK值的平均值：pI=(2.19+4.25)/2=3.22第48頁,共71頁，2024年2月25日，星期天組氨酸在不同pH值下帶電狀態(tài)585.7217.90.6=+=pI第49頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1).由a-氨基與羧基共同參與的反應(1).茚三酮的顏色反應(2).成肽反應2).a-NH2參與的反應(1).與亞硝酸反應(2).與甲醛反應(3).?；磻?4).烷化反應(5).希夫反應3).a-COOH參與的反應(1).成鹽反應(2).成酯反應(3).酰鹵化反應(4).脫羧反應(5).疊氮反應4).氨基酸的側(cè)鏈基團的反應

2. 氨基酸的化學反應第50頁,共71頁，2024年2月25日，星期天4).氨基酸的側(cè)鏈基團的反應R基名稱化學反應用途及重要性

苯環(huán)黃色反應：與硝酸作用產(chǎn)生黃色物質(zhì)。定性分析Phe,Tyr.

酚基Millon反應：與HNO3,Hg(NO3)2和HNO3反應成紅色。Folin反應：酚基可還原磷鉬酸，磷鎢酸成蘭色物質(zhì)。定性分析Tyr

吲哚基乙醛酸反應：與乙醛酸或二甲基氨甲醛反應，產(chǎn)生紫紅色化合物。還原磷鉬酸，磷鎢酸成鉬藍，鎢藍鑒定Trp第51頁,共71頁，2024年2月25日，星期天續(xù)表

胍基坂口反應：在堿性溶液中胍基與含有a-萘酚及次氯酸鈉的物質(zhì)反應成紅色物質(zhì)。鑒定Arg

咪唑基Pauly反應：與重氮鹽化合物結(jié)合生成棕紅色物質(zhì)。測定His,Tyr

巰基亞硝基亞鐵氰酸鈉反應：在稀氨溶液中與亞硝基亞鐵氰酸鈉反應成紅色。Cys的測定

羥基與乙酸或磷酸作用成酯。保護Ser,Thr第52頁,共71頁，2024年2月25日，星期天用一種帶有固定電荷基團的合成樹脂即離子交換樹脂作為支持物，通過溶質(zhì)分子的酸堿性質(zhì)的不同，而將其分離的方法。離子交換層析法陽離子樹脂第53頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的洗脫氨基酸與樹脂上解離基團之間的靜電引力氨基酸與樹脂基質(zhì)聚苯乙烯之間的疏水作用第54頁,共71頁，2024年2月25日，星期天(二).電泳(Electophy)電泳的基本原理

第55頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)肽(peptides)

一、肽的定義與肽鍵二、肽的書寫三、自然界中存在的小肽四、肽的理化性質(zhì)第56頁,共71頁，2024年2月25日，星期天NH2COOH1NH2COOH2NH2C

NCOOHOH21兩個氨基酸分子頭尾連接起來蛋白質(zhì)中氨基酸之間的連接鍵是主要的是肽鍵脫水CarbodiimideJuangRH(2004)BCbasics肽鍵是一個酰胺鍵第57頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽的結(jié)構(gòu)與肽鍵第58頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氨基酸借肽鍵連接的分子叫肽，肽是一大類物質(zhì)，即：

1）兩個氨基酸組成的肽叫二肽；

2）三個氨基酸組成的肽叫三肽；3）多個氨基酸組成的肽叫多肽；4）氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈，肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；

5）構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；

6）肽鏈中的氨基酸的排列順序，一般-NH2端開始，由N指向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。二、肽的定義與結(jié)構(gòu)

第59頁,共71頁，2024年2月25日，星期天單位小分子

N-C-C-N-C-C-N-C-C

-碳為中心

N-C-C-N-C-C-N-C-C

兩端氨基酸

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽鍵的定位

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽的結(jié)構(gòu)分析JuangRH(2004)BCbasics第60頁,共71頁，2024年2月25日，星期天NCC

HNC●肽鍵

雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)O●肽鍵

周圍六個原子在同一平面（酰氨平面）上●

相鄰兩個氨基酸的

-carbon在對角

(trans)，反式C肽鍵的特點sp2sp2●

肽鍵亞氨基在pH0-14內(nèi)不解離。第61頁,共71頁，2024年2月25日，星期天多肽鏈可以看成由Ca串聯(lián)起來的數(shù)個肽平面組成氨基酸殘基氨基酸殘基以肽鍵平面連接成多肽長鏈第62頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1、

旋光性一般短肽的旋光度等于其各個氨基酸的旋光度的總和。2、

肽的酸堿性質(zhì)短肽在晶體和水溶液中是以偶極離子形式存在。肽的酸堿性質(zhì)主要取決于N端a-NH２和C端a-COOH以及側(cè)鏈R上可解離的基團。在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團主要是側(cè)鏈基團。三、肽的物理化學性質(zhì)第63頁,共71頁，2024年2月25日，星期天pH優(yōu)勢離子的凈電荷：

<3.5+23.5-4.