医学精品课件：第14章 氨基酸、多肽和蛋白质(amino acid,peptide & protein).ppt

1、1,第十四章 氨基酸 多肽和蛋白质,第一节 氨基酸,结构 分类 命名,性 质,第二节 肽,结构 命名,肽键平面,第三节 蛋白质,元素组成 分类,性质,结构,2,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质,蛋白质是生物体内极为重要的一种生物大分子，由氨基酸通过酰胺键组成的多肽链在空间盘绕折叠而成。,多肽也是由氨基酸组成，除了作为蛋白质代谢的中间产物外，某些活性肽还是沟通细胞与器官间信息的重要化学信使。,上页,下页,首页,3,不同来源的蛋白质在酸、碱和酶的作用下可完全水解, 得到的最终产物是各种不同-氨基酸的混合物, 因此-氨基酸是组成蛋白质的基本单位。,第一节 氨基酸,氨基酸(Amino Acid)是分子内

2、同时含有氨基和羧基的化合物。根据氨基和羧基的相对位置, 有、-氨基酸等。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸,上页,下页,首页,4,一、氨基酸的结构、分类和命名,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),氨基酸有几百种，但蛋白质水解后的常见氨基酸主要有20种。它们在化学结构上都具有共同特征，即氨基和羧基都连接在-碳原子上，属-氨基酸. 例外：脯氨酸为-亚氨基酸.,-氨基酸,脯氨酸(-亚氨基酸),(一) 氨基酸的结构,上页,下页,首页,L -脯氨酸,5,由于氨基酸分子内同时存在酸性基团(-CO2H)和碱性基团(-NH2),它们可相互作用形成内盐。在生理 p

3、H 时, 羧基几乎全以 -CO2- 的形式存在, 大多数氨基也主要以 -NH3+形式存在。因此, 氨基酸是偶极离子(zwitterion)。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),氨基酸的这种内盐结构, 使其物理性质与一般有机化合物不同, 如熔点较高 ( 200C)，大多难溶于有机溶剂, 而易溶于强酸、强碱等极性溶剂中。,内盐 偶极离子,上页,下页,首页,6,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),表17-1 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,7,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名)

4、,续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,8,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,9,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),续上表 存在于蛋白质中的20种常见氨基酸,上页,下页,首页,10,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),除甘氨酸外, 其它19种氨基酸-C都为*C, 存在一对对映体:,生物体内具有旋光活性的-氨基酸均为L型。,L -丙氨酸,上页,下页,首页,11,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (

5、一、结构分类命名),18种氨基酸的绝对构型为 S-构型,只有1种半胱氨酸：为R-构型,HSCH2- -COOH,小,中,上页,下页,首页,12,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),(二) 氨基酸的分类,上页,下页,首页,13,(三) 氨基酸的命名,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (一、结构分类命名),天然氨基酸普遍使用习惯命名或俗名，即按其来源或性质命名。如天门冬氨酸最初由天门冬的幼苗中发现; 甘氨酸因其具有甜味而得名。 生物体内作为合成蛋白质的原料的20种氨基酸, 象元素符号一样, 都有国际通用的符号,中文用简称表示。,2. 俗 名,把氨基当

6、作取代基, 以羧酸做母体, 称为氨基某酸。氨基的位置习惯上用希腊字母、 等表示。,1. 系统命名法,上页,下页,首页,14,营养必需氨基酸,亮、异亮、缬、苯丙、蛋、苏、色、赖等8种氨基酸在人体内不能合成或合成量不足，必需由食物蛋白质补充才能维持机体正常生长发育，称为营养必需氨基酸。此外，组氨酸和精氨酸在婴幼儿和儿童期因体内合成不足, 也需依赖食物补充。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (二、营养必需氨基酸),大多数动物蛋白质包括牛乳中的酪蛋白和蛋类中的蛋白质，因所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相接近，故营养价值高。谷类蛋白质中含赖氨酸较少而色氨酸较多，豆类蛋白质中含色氨酸较

7、少而赖氨酸较多，因此食用不同来源蛋白质的食物较有利于必需氨基酸的充分补给。,上页,下页,首页,15,蛋白质分子中尚含有一些取代氨基酸，由其相应氨基酸经加工修饰而成，称为修饰氨基酸或衍生氨基酸. 这类氨基酸在生物体内均无相应的遗传密码.,修饰氨基酸和非蛋白质氨基酸,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (三、修饰氨基酸),L-羟脯氨酸,L-胱氨酸,上页,下页,首页,16,二、氨基酸的性质,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),氨基酸除具有氨基和羧基的一些典型反应之外,由于两者相互影响、相互作用而具有某些特性。,(一) 氨基酸的酸碱性和等电点,氨基酸具有两

8、性化合物特征，既能与较强的酸起反应,也能与较强的碱起反应而生成稳定的盐。,上页,下页,首页,17,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),由于氨基酸中给出质子的酸性基团和接受质子的碱性基团的能力和数目不同, 因此它们在水溶液中呈现不同的酸碱性。,中性氨基酸在水溶液中解离时, 由于-NH3+ 给出质子的能力略大于-CO2- 接受质子的能力, 因此其水溶液呈弱酸性。 酸性氨基酸在水溶液中呈酸性。 碱性氨基酸在水溶液中呈碱性。,中性氨基酸,碱性氨基酸,酸性氨基酸,上页,下页,首页,18,在水溶液中氨基酸以阳离子、阴离子和偶极离子三种形式存在，它们之间形成一动态平衡。,第

9、十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),改变溶液的pH值，平衡也随之移动。当一种氨基酸溶液的pH调至某一特定值，氨基酸刚好以偶极离子形式存在, 即所带正、负电荷数相等。此时溶液的pH值称为这个氨基酸的等电点(Isoelectric Point), 用 pI 表示。,pH=pI，主要以两性离子形式存在 pHpI，主要以阴离子形式存在 pHpI ，主要以阳离子形式存在,上页,下页,首页,19,将氨基酸的溶液置于电场中，当溶液的pH：,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),等电点是氨基酸的重要理化常数之一。每种氨基酸都有其特定的等电点。等电

10、点时氨基酸的溶解度最小。,酸性氨基酸： pI 2.8 3.2 (pH7.5),上页,下页,首页,pH pI，,主要形式为阴离子而向正极移动；,pH pI，,主要形式为阳离子而向负极移动；,pH= pI ，,主要以两性离子形式存在。 既不向正极移动，也不向负极移动.,20,问题：在下面的实验中，各氨基酸将向何方移动？能否用此法来分离氨基酸？,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),pH6.0缓冲液,pH6.0缓冲液,上页,下页,首页,21,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),问题解答：,缬,谷,在电泳仪中分离氨基酸,pH6.0,赖,

11、上页,下页,首页,22,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),(二) 氨基酸的脱羧反应,-氨基酸与氢氧化钡一起加热或在高沸点溶剂中回流, 可发生脱羧反应, 失去二氧化碳而得到胺。,在细菌或酶的作用下脱羧反应也可在常温下进行。,上页,下页,首页,23,(三) 氨基酸与亚硝酸反应,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),除脯氨酸外, 氨基酸(伯胺)与亚硝酸作用, 可释放氮气, -NH3+ 被 OH 取代，生成 -羟基酸 .,定量测定反应中所释放出 N2 的体积, 可计算出氨基酸的含量, 此种方法称为van Slyke 氨基氮测定法, 常

12、用于氨基酸和多肽的定量分析.,上页,下页,首页,24,(四) 氨基酸与茚三酮的显色反应,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),氨基酸与水合茚三酮在溶液中共热, 经过一系列反应, 最终生成蓝紫色的化合物, 称为罗曼紫(Ruhemanns purple).,根据生成紫色化合物颜色的深浅程度，或根据放出CO2气体的体积，可对 -氨基酸 进行定量分析。也常用于层析实验中氨基酸的显色。,罗曼紫(max570nm),上页,下页,首页,25,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),上页,下页,首页,氧化型,还原型,-H,26,第十四章 氨基酸、多

13、肽和蛋白质 第一节 氨基酸 (四、氨基酸的性质),上页,下页,首页,氧化型,还原型,离解成氧负离子,紫色负离子/罗曼紫,27,第二节 肽(peptide),第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,肽是氨基酸残基之间彼此通过酰胺键 (肽键)连接而成的一类化合物。其通式为：,氨基酸,氨基酸,二 肽,多肽分子中的酰胺键称为肽键(peptide bond), 一般为 -COOH 与 -NH2 脱水缩合而成。,肽也以两性偶极离子的形式存在。,上页,下页,首页,28,二肽分子的两端仍存在着游离的 NH2 和 -COOH, 因此它可以再与另一分子氨基酸脱水缩合形成三肽; 同样依次可形成四肽、五肽 。,十

14、肽以下的称为寡肽（oligopeptide） 大于十肽的称为多肽（polypeptide） 肽中的氨基酸单位称为氨基酸残基(amino acid residue),第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽,上页,下页,首页,四 肽,29,绝大多数的肽呈链状, 称为多肽链.,N-末端(N-terminal end)：保留游离-NH2 的一端, 也叫氨基末端，一般写在肽链的左边。,C-末端(N-terminal end) : 保留有 -CO2H 的一端， 也叫羧基末端, 通常写在肽链的右边。,肽链骨架: 所有链状多肽都有一个共同的骨架,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（一、结构和命名）

15、,一、肽的结构和命名,上页,下页,首页,30,肽的结构不仅取决于组成肽链的氨基酸种类和数目, 也与肽链中各氨基酸残基的排列顺序有关。,由2种不同的氨基酸可形成2种二肽：,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,3种不同的氨基酸 三肽 6 种异构体 4种不同的氨基酸 四肽 24种异构体,许多种氨基酸按照不同的排列顺序, 构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（一、结构和命名）,上页,下页,首页,31,命名多肽时以C-末端的氨基酸残基为母体, 由 N-端叫起, 依次称为某氨酰（基）某氨酸。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（一、结构和命名）,Alanyl,

16、glycyl,phenylalanine,丙-甘-苯丙 (Ala-Gly-Phe),丙氨酸残基,甘氨酸残基,苯丙氨酸残基,N-端,C-端,丙氨酰,甘氨酰,苯丙氨酸,上页,下页,首页,32,二、肽键平面,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（二、肽键平面）,132pm,a,147pm,H,a,153pm,组成肽单元的6个原子共平面, 此平面称为肽键平面,肽键具有部分双键的性质。肽键一般呈反式构型。,相邻的肽键平面可围绕C旋转，肽链骨架也可视为一系列通过C原子衔接的肽键平面所组成。,上页,下页,首页,33,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（二、肽键平面）,也以偶极离子形式存在, 具

17、有各自的等电点.,肽也能发生类似于氨基酸所起的反应，如脱羧反应、与亚硝酸反应、酰化反应及显色反应等.,上页,下页,首页,三肽以上的多肽能发生缩二脲反应.,缩二脲反应广泛用于肽和蛋白质的定性和定量分析.,与稀硫酸铜碱溶液作用显紫（红）色,肽的化学性质与氨基酸的异同:,多肽由不同氨基酸残基连接而成，性质和功能与氨基酸又有明显差异,表现为:,特性:,相同点:,34,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第二节 肽（三、多肽的结构测定）,三、多肽的结构测定,首先要确定组成多肽的氨基酸种类和数目，还需测出这些氨基酸残基在肽链中的排列顺序。,(1)多肽分子中的氨基酸组成和含量分析.,(2)肽末端氨基酸残基的分析

18、.,(3) 肽链的部分水解及其氨基酸顺序的确定.,随着快速DNA序列分析的开展，多肽分子中氨基酸顺序也可通过 DNA序列推演而获得。,上页,下页,首页,35,第三节 蛋白质,蛋白质和多肽都是由20种 L-氨基酸缩合而成的聚酰胺。因此，在小分子多肽和大分子蛋白质之间不存在严格的分界线，通常将分子量较大、结构较复杂的多肽称为蛋白质。蛋白质有稳定的构象。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质,人体内约有10万种以上的蛋白质，其质量约占人体干重的45。,上页,下页,首页,36,一、元素组成和分类,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（一、元素组成和分类）,元素分析发现，蛋白质含有碳

19、、氢、氧、氮；大多数蛋白质还含有硫；有些蛋白质含有磷；少量蛋白质还含有微量金属元素如铁、铜、锌、锰等；个别蛋白质含有碘。,来源不同的各种蛋白质的含氮量都相当接近，平均为16。在任何生物样品中，1 g 氮元素相当于 6.25 g 蛋白质, 故只需测定蛋白质样品中的氮的质量分数 (N)，即可计算出蛋白质的质量分数。,(蛋白质) =(N)6.25,上页,下页,首页,37,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（一、元素组成和分类）,一般根据化学组成、形状和功能等对蛋白质进行分类,1.按化学组成,2. 根据形状,3.按生理功能,上页,下页,首页,38,二、蛋白质的分子结构,第十四章 氨基酸、多

20、肽和蛋白质 第三节 蛋白质（二、分子结构）,蛋白质分子在天然状态下均具有独特而稳定的构象， 常将蛋白质分子结构分为一级、二级、三级和四级。一级结构又称为初级结构或基本结构，二级结构以上属于构象范畴，称为高级结构.,并非所有的蛋白质均具有四级结构。由一条多肽链形成的蛋白质只有二、三级结构。由两条以上肽链形成的蛋白质才可能有四级结构。,上页,下页,首页,39,一级结构（primary structure）,多肽链中氨基酸残基的排列顺序,肽键是一级结构中连接氨基酸残基的主要化学键。特定的蛋白质都有其特定的氨基酸排列顺序，有些蛋白质分子只由一条多肽链组成，有的蛋白质分子则由两条或多条肽链构成.,第十四

21、章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（二、分子结构）,上页,下页,首页,40,人胰岛素分子的一级结构,由 51个氨基酸残基组成 A、B 二条多肽链。A 链内有一链内二硫键，A 链与 B 链之间借 2 条二硫键相连。,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（二、分子结构）,上页,下页,首页,41,三、蛋白质的性质,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（三、蛋白质的性质）,（一）两性解离和等电点,蛋白质分子末端仍有-NH3+和-CO2-，同时组成肽链的氨基酸残基侧链R上还有不同数量可解离的基团：如赖的-NH3+、精的胍基、组的咪唑基、谷的-CO2-等。因此蛋白质和氨基酸一样,

22、 也具有两性解离和等电点的性质。,pHpI带正电,pHpI 整体不带电易积聚而沉淀析出,pHpI带负电,上页,下页,首页,42,（二）蛋白质的胶体性质,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（三、蛋白质的性质）,蛋白质分子直径一般在1100nm，属胶体分散系，蛋白质溶液是一种比较稳定的亲水胶体溶液, 具有胶体溶液的特性, 如布朗运动、丁达尔效应、不能透过半透膜以及具有吸附性质等。,利用蛋白质分子胶体颗粒大不能透过半透膜的性质可将蛋白质分离提纯，这种方法称为透析法(dialysis)。,上页,下页,首页,43,（三）蛋白质的沉淀和变性,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（三、

23、蛋白质的性质）,调节蛋白质溶液的pH值至等电点, 再加入适当的脱水剂除去蛋白质分子表面的水化膜, 可使蛋白质分子聚集而从溶液中沉淀析出。沉淀蛋白质的方法有盐析, 加有机溶剂、重金属盐、生物碱和某些酸等。,盐析常用(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl、MgSO4等,有机溶剂常用甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂,重金属盐常用 Ag+、Cu2+、Pb2+ 等,常用的酸：苦味酸、钨酸、三氯乙酸、磺基水杨酸等,上页,下页,首页,44,蛋白质的变性：受物理因素(如加热、高压、紫外线等)或化学因素(如强酸、强碱、尿素、重金属盐、三氯乙酸等)的影响，蛋白质分子中的次级键被破坏, 从而空间结构发生改变(主要是

24、空间构象的改变, 并不涉及一级结构)、生物活性丧失以及理化性质改变的现象。 变性蛋白质水化作用减弱、溶解度减少、粘度增大、易被酶水解消化。,高温、紫外线和酒精等物理或化学方法消毒，使细菌或病毒蛋白质变性。给重金属盐中毒病人先服用大量牛奶和蛋清等。,蛋白质变性在实际应用上具有重要意义:,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（三、蛋白质的性质）,上页,下页,首页,45,（四 ）蛋白质的显色反应,第十四章 氨基酸、多肽和蛋白质 第三节 蛋白质（三、蛋白质的性质）,上页,下页,首页,1）缩二脲反应,2）茚三酮反应,与硫酸铜的稀碱溶液作用显紫(红)色. 适用于含两个及以上酰胺键的化合物.,与茚三酮在水溶液中共热,产生蓝紫色. 适用于蛋白质氨基酸及其他伯胺类化合物等具有自由氨基的化合物(氨).,3）其他显色反应,46,氨基酸 20种-氨基酸的俗名、构型 性质：两性解离与等电点, 电泳现象 (pHpI:负离子) 脱羧反应 与亚硝酸反应(定量测定氮气) 显色反应(茚三酮) 多肽 结构与命名; 肽链骨架; 肽键平面 蛋白质 一级结构; 性质：两性解离与等电点,本,章,要,点,Byebye！,