氨基酸和多肽.ppt

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1、蛋 白 质 化 学学习要求 了解蛋白质生物功能、分类 掌握氨基酸的分类、结构、重要化学反应和分离、分析方法，重点弄清楚它的两性性质,pI 和 pK之间的关系 掌握蛋白质的的结构层次，以及各种结构层次的基本概念和各自的特点 了解蛋白质的重要理化性质 了解蛋白质结构与功能之间的相互关系 一、概述 蛋白质的涵义生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。-恩格斯 1878年 蛋白质是生命的物质基础，是生命活动的体现者和执行者 生命体化学反应的催化剂 已知3000种以上 新陈代谢的调节 调节蛋白，如生长激素 体内及细胞内物质的运输 血红蛋白对氧的运输，脂蛋

2、白对脂类的运输 营养素的贮存 氮素贮存-卵清蛋白、乳酪蛋白，贮铁-铁蛋白 生物体的各种运动 肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白 细胞的结构成分 角蛋白、胶原蛋白 信息的识别与传导 受体蛋白、血型物质 生物体防御与进攻的武器 抗体蛋白、凝血酶原、抗冻蛋白、蛇毒、蜂毒一、概述 蛋白质的功能多样性 根据蛋白质的化学组成 简单蛋白质和结合蛋白质 根据蛋白质的溶解性和组成 分类表 根据蛋白质分子形状 球状蛋白质和纤维状蛋白质 根据蛋白质生物功能 活性蛋白质和非活性蛋白质一、概述 蛋白质的常见分类法蛋白质的分类 分子组成 简单蛋白质(simple protein)：完全由氨基酸构成的蛋白质 清蛋白、球蛋白、谷蛋

3、白、组蛋白等 结合蛋白质(conjugated protein)：蛋白质部分+非蛋白质部分(辅助因子)糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、磷蛋白、血红素蛋白等类 别特点及分布举例 简单蛋白质清蛋白溶于水，需饱和硫酸铵才能沉淀。广泛分布于一切生物体中血清清蛋白、乳清蛋白球蛋白微溶于水，溶于稀盐溶液，需半饱和硫酸铵沉淀。分布普遍血清球蛋白、肌球蛋白、大豆球蛋白等谷蛋白不溶于水、醇及中性盐溶液，易溶于稀酸或稀碱。各种谷物中米谷蛋白、麦谷蛋白醇溶谷蛋白不溶于水，溶于7080乙醇中玉米蛋白精蛋白溶于水及稀酸，不溶于氨水，是碱性蛋白，含His.Arg多蛙精蛋白组蛋白溶于水及稀酸，能溶于氨水，碱性蛋白，含His.Lys

4、多小牛胸腺组蛋白硬蛋白不溶于水、盐、稀酸或稀碱溶液。分布于动物体内结缔组织，毛、发、蹄、角等角蛋白、胶原、弹性蛋白、丝心蛋白等 结合蛋白质核蛋白辅基是核酸。存在于一切细胞中核糖体、脱氧核糖核蛋白体脂蛋白与脂类结合而成。广泛分布于一切细胞中卵黄蛋白、血清-脂蛋白糖蛋白与糖类结合而成粘蛋白、-球蛋白、膜蛋白等磷蛋白以丝苏残基的-OH与磷酸成酯键结合而成。乳、蛋等生物材料中酪蛋白、卵黄蛋白血红素蛋白辅基为血红素。存在于一切生物体中血红蛋白、细胞色素等黄蛋白辅基为FAD或FMN。存在于一切生物体中琥珀酸脱氢酶、D-氨基酸氧化酶等金属蛋白与金属元素直接结合铁蛋白、乙醇脱氢酶(含锌)、黄嘌呤氧化酶(含钼、

5、铁)蛋白质的分类 形状和大小纤维状蛋白（fibrous protein）结构蛋白，大部分不溶于水 胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白球状蛋白（globular protein）功能蛋白，大部分溶于水 各种酶、血红蛋白等膜蛋白 结构与功能蛋白，存在于膜上 蛋白质分子表面存在疏水残基能与 磷脂分子结合(疏水作用)亲水氨基酸残基比胞质蛋白少 活性蛋白质（active protein）包括生命活动过程中一切有活性的蛋白质以及它们的前体分子，绝大多数蛋白质属于活性蛋白质，包括酶、激素蛋白、运输蛋白（转运蛋白）、贮存蛋白、运动蛋白、保护或防御蛋白、受体蛋白、控制生长和分化蛋白、毒蛋白、膜蛋白等 非活性蛋白

6、质（passive protein）对生物体起支持和保护作用，主要指硬蛋白包括胶原蛋白、角蛋白、丝蛋白、弹性蛋白等蛋白质的分类 功能一、概述 蛋白质的组成与结构 元素组成：碳50%、氢7%、氧23%、氮16%、硫03%、其它元素 平均含氮量：16%(凯氏定氮)蛋白质含量=蛋白氮6.25蛋白质的元素组成二、氨基酸1.氨基酸的结构与分类2.氨基酸的理化性质3.氨基酸的分离与分析4.氨基酸的制备和应用状况(一)氨基酸的结构与分类 氨基酸的通式 构成蛋白质的氨基酸有20种 均为-氨基酸(脯氨酸除外)-氨基酸有两种构型:D构型和L构型，是与甘油醛或乳酸相比较而决定的 蛋白质中的氨基酸都是L-型 共同点为

7、在同一碳原子上有羧基、氨 基、和氢 不同点是侧链R基不同20种氨基酸的分类20种氨基酸的分子结构种氨基酸的分子结构 甘氨酸无旋光性 侧链疏水 甲硫氨酸又称蛋氨酸，是 体内代谢中甲基的供体 简写符号 甘(Gly,G)丙(Ala,A)缬(Val,V)亮(Leu,L)甲(Met,M)异(Ile,I)氨基酸的结构与分类 侧链亲水 脯氨酸侧链应为非 极性 简写符号 丝(Ser,S)苏(Thr,T)半胱(Cys,C)脯(Pro,P)天冬酰胺(Asn,N)谷氨酰胺(Gln,Q)氨基酸的结构与分类 氨基酸的结构与分类 侧链亲水 侧链碱性基团 精氨酸是动物体内 尿素形成的中间物 简写符号 赖(Lys,K)精(A

8、rg,R)组(His,H)侧链亲水 侧链酸性基团 简写符号 天冬(Asp,D)谷(Glu,E)氨基酸的结构与分类 苯丙氨酸、色氨酸侧链 疏水 酪氨酸侧链亲水 简写符号 苯丙(Phe,F)酪(Tyr,Y)色(Trp,W)UV特征吸收：=280 nm 氨基酸的结构与分类 根据氨基酸R基侧链的极性可将氨基酸分为疏水性氨基酸（非极性氨基酸）亲水性氨基酸（极性氨基酸）氨基酸的结构与分类不带电荷的极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸带正电荷的碱性氨基酸带正电荷的碱性氨基酸带负电荷的酸性氨基酸带负电荷的酸性氨基酸Asp GluLys ArgHis Ser Thr TyrAsn Gln CysGlyAla Val

9、IleLeu Pro Met Phe Trp 根据生物体的需要可将氨基酸分为必需氨基酸半必需氨基酸非必需氨基酸其余氨基酸Arg、HisLys、Val、IleLeu、Phe、Met、Trp、Thr 氨基酸的结构与分类非编码氨基酸 构成蛋白质的编码氨基酸为20种 编码氨基酸经过化学修饰产生的非编码氨基酸，例如5-羟赖氨酸、磷酸丝氨酸、磷酸精氨酸 除蛋白质中的氨基酸外，迄今发现150余种非蛋白氨基酸，例如鸟氨酸、瓜氨酸、-氨基丁酸，这些非蛋白质氨基酸有些是代谢中间产物，有些是结构成分等，或者是编码氨基酸的衍生物，例如-,-,-,和D-型氨基酸非编码氨基酸非编码氨基酸胱氨酸(二)氨基酸的理化性质一般物

10、理性质 氨基酸的酸碱性质氨基酸的化学反应氨基酸的光吸收性氨基酸的理化性质 氨基酸为无色晶体，不同氨基酸晶 体形状不相同 氨基酸熔点一般在200300C 氨基酸的溶解度 各种氨基酸有不同的味感(味精-谷氨酸钠)氨基酸的光学性质：旋光性和紫外吸收一般物理性质旋光性：组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“-”号表示，向右旋转的称右旋，用“+”号表示。旋光度，比旋光度消旋外消旋内消旋 氨基酸的旋光性光吸收：组成蛋白质的氨基酸中，组成蛋白质的氨基酸中，Trp、Tyr和和 Phe对紫外光有一定的吸收，对紫外光有一定的吸收，这

11、是因为它们分子中含有苯环，是苯环的共轭双键造成的，这三个氨基这是因为它们分子中含有苯环，是苯环的共轭双键造成的，这三个氨基酸的光吸收都在酸的光吸收都在280nm附近附近 常用于蛋白质浓度的定量常用于蛋白质浓度的定量 紫外吸收性受溶液紫外吸收性受溶液pH的影响的影响275nm280nm257nm氨基酸的酸碱性质 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以两性离子的形式存在 氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质氨基酸的理化性质氨基酸的酸碱性质 氨基酸的等电点 pI 氨基酸可解离基团的pK值两个重要概念：不同pH时氨基酸以不同的离子化形式

12、存在：H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+OH-+H+OH-H2NCHCOOR-正离子两性离子负离子 氨基酸所带净电荷为“零”时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectric point），以pI表示 实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子 当溶液的 pH=pI 时，氨基酸主要从两性离子形式存在 pHpI 时，氨基酸主要以负离子形式存在 H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR等电点的计算中性氨基酸：以Gly为例 K1=Gly H+Gly+K2=Gly-H+

13、GlypI时，时，Gly+=Gly-Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI =（2.34+9.60）/2=5.97 GlyH3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2 侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值酸性氨基酸，以Asp为例：侧链含解离基团的氨基酸，其等电点是它的两性离子两边的pK值的算术平均值，对于酸性氨基酸：pI=（pK1+pK2）/2碱性氨基酸，以Lys为例：侧链含解离基团的氨基酸，其等电点是它的两性离子两边的pK值的算

14、术平均值，对于碱性氨基酸：pI=（pK2+pK3）/2等电点的计算中性氨基酸：pI=1/2(pK1+pK2)酸性氨基酸：pI=1/2(pK1+pKR)碱性氨基酸 pI=1/2(pKR+pK2)氨基酸的酸碱性质氨基酸的酸碱性质 在等电点以上的任何pH值，氨基酸带 净负电荷，在电场中将向正极移动 在低于等电点的任何pH值，氨基酸带 净正电荷，在电场中将向负极移动 在一定pH范围内，氨基酸溶液的pH值离 等电点越远，氨基酸所携带的净电荷越大氨基酸的甲醛滴定1.氨基酸的酸碱滴定等电点pH过高(1213)或过低(12)，没有合适的指示剂可选用2.甲醛可以与氨基酸形成羟甲基衍生物而降低氨基的碱性，相对增强

15、了 -NH3的酸性电离氨基酸的酸碱性质 氨基酸的每一功能基团可被酸碱所滴定，可根据氨基酸的滴定曲线来推算pK值GluGlyHis 主要的反应类型 氨基参与的反应 成盐反应、与HNO2反应、酰基化、烃基化、与甲醛反应 羧基参与的反应 成盐反应、成酯反应、成酰氯、脱羧基、叠氮反应 氨基和羧基共同参与的反应 与茚三酮反应、成肽键反应 侧链基团参与的反应 巯基氧化还原反应、苯环黄色反应、酚基米伦式反应、Pauly反应、Folin-酚反应氨基酸的化学反应-氨基参与的反应(1)成盐作用 RCH COOHNH2+HClRCHCOOHNH2HCl(2)与亚硝酸反应(伯胺基)RCH COOHNH2+HNO2RC

16、HCOOHOH+H2O +N2 Van Slyke(范斯来克)定氮法测定氨基氮的基础，可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定，生成的N2只有一半来自氨基酸 除-NH2外，Lys的-NH2 也能发生此反应，但速度较慢；含亚氨酸的脯氨酸则不能与亚硝酸反应，-NH2反应34 min即完全三鹿奶粉与“婴儿肾结石”事件 2008年上半年全国先后出现“婴儿肾结石”的病例，经检测分析其原因是这些婴儿均食用了被三聚氰胺所污染的三鹿婴儿奶粉。中新网9月16日电 据中央电视台新闻联播报道，国家质检总局近日紧急在全国开展了婴幼儿奶粉三氯氰胺含量专项检查。阶段性检查结果显示，三鹿、伊利、蒙牛、雅士利、熊猫、圣元、古城、英雄、惠民、可淇、南山、齐宁、金必氏、施恩、金鼎、奥美多、爱克丁、御宝、磊磊、宝安力、聪尔壮等22家婴幼儿奶粉生产企业的69批次产品检出了含量不同的三聚氰胺。罪魁祸首 三聚氰胺 化学名称：1,3,5-Triamine-2,4,6-Triazine(1,3,5-三氨基-2,4,6-三嗪)其它名称：蜜胺、氰尿酰胺、三聚酰胺、蛋白精 化学式:C3H6N6 分子量：126.12 主要用途：三聚氰胺是氨基