第18章氨基酸多肽蛋白质.ppt
第18章 氨基酸 多肽 蛋白质 目录 18.1 -氨基酸 18.1.1 -氨基酸的结构和命名 18.1.2 -氨基酸的物理性质 18.1.3 -氨基酸的化学反应 18.1.4 氨基酸的制备 18.2 多肽 18.2.1肽和肽键 18.2.2多肽的结构和测定 18.2.3多肽的合成 18.3 蛋白质 18.3.1 蛋白质的元素组成 18.3.2 蛋白质的性质 18.3.3 蛋白质的结构,18.1 -氨基酸,18.1.1 -氨基酸的结构,-氨基酸的通式为RCH（NH2）COOH。R基团可以是烷基或芳基，它还可以 含有羟基、氨基、巯基、硫化物、羧基、胍基或咪唑基等基团。,天然产氨基酸，除甘氨酸外，其他氨基酸的-碳原子都是手性的，具有旋光 性，-氨基酸中的手性碳原子可以用R，S构型标记法，但与糖一样，习惯用D或 L构型法标记。D或L也是以甘油醛为标准来确定的。,-氨基酸一般用Fischer投影式表示，将羧基写在竖线的上方，R基写在竖线 的下方，氨基和氢写在横线的两侧，若氨基的位置与L-甘油醛中的羟基的位置一 致，就定义为L-氨基酸，反之，定义为D-氨基酸。天然的氨基酸多数是L-型的。,1 .-氨基酸的结构和命名,2. -氨基酸的分类,（1） 根据其分子中所含氨基和羧基的数目： 酸性氨基酸：氨基数目小于羧基 中性氨基酸：氨基数目等于羧基 碱性氨基酸：氨基数目大于羧基 注意 中性氨基酸并不是真正中性的物质，只能说它们近乎中性,（2）根据其分子中所含的烃基的类型分为：脂肪族氨基酸、芳香族氨基 酸和杂环氨基酸,3. 氨基酸的命名 氨基酸的系统命名法是将氨基作为羧酸的取代基命名的。但天然氨基酸常根据其来源或性质多用俗名。 如胱氨酸是因它最先来自尿结石；甘氨酸是由于它具有甜味而得名。,18.1.2 -氨基酸的物理性质,-氨基酸的的熔点很高，并多数在熔化时分解。,-氨基酸溶于水，不溶于有机溶剂。,-氨基酸的偶极矩比相对分子质量相近的胺和羧酸要大的多 。,18.1.2 -氨基酸的化学反应,氨基酸分子内既含有氨基又含有羧基，因此它们具有氨基和羧基的典型性质。 但是由于两种官能团在分子内的相互影响，又具有一些特殊的性质。,1 .羧基的反应 氨基酸中的羧基能生成酯、酸酐、酰胺；能与肼作用生成酰肼；酰肼与亚 硝酸作用则生成叠氮化合物。,叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽(叠氮法)。能保持产品的光学纯度。,两分子氨基酸加热能失去两分子生成二酮吡嗪。 2. 氨基的反应 （1）酰基化，生成酰胺,在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。,（2）羟基化，生成N-烃基氨基酸,（3）与亚硝酸反应,3. 两性和等电点 （1）两性 氨基酸既能与酸反应，又能与碱反应，为两性化合物。分子内的氨基 和羧基也能反应生成盐，称为内盐，亦称两性离子或偶极离子。所以氨基酸 能溶于水且有高的熔点。 在水溶液里，氨基酸离子存在下列平衡： 在水溶液中，上面平衡式的移动和溶液的pH值有关。电解时，调解电解 池的pH值，使氨基酸既不向负极移动也不移向正极，这时溶液的pH值称为该 氨基酸的等电点。,注意：等电点并不是中性点。不同的氨基酸具有不同的等电点。 中性氨基酸的等电点在pH6 酸性氨基酸的等电点在pH3 中性氨基酸的等电点在pH10 在等电点时，氨基酸主要以偶极离子的形式存在，此时氨基酸在水中的 溶解度最小 。可以利用调解等电点的方法从氨基酸的混合物中沉淀出 某些氨基酸。,4 .与水合茚三酮反应 （鉴别-氨基酸） -氨基酸的水溶液可以和水合茚三酮反应，生成显蓝色或紫红色的有色 物质。而N-取代的-氨基酸及-或-氨基酸都不发生该颜色反应。 因为生成的紫色溶液在570nm有强吸收。故可以利用紫外分光光度法定量 测定-氨基酸的含量。,18.1.4 氨基酸的制备,1 .由醛酮制备（斯瑞克合成法） 斯瑞克合成法即为醛与氨及氢氰酸反应，可以得到-氨基腈，后者经水 解转化为-氨基酸。 2. 卤代酸的氨解：是制备-氨基酸的一个有用方法,3 .丙二酸酯合成法 但用一般合成方法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到D-或L-氨基 酸。近年来氨基酸的不称合成发展很快，特别是不对称催化反应可立体选择性 地合成所需构型的氨基酸。,18.2 多肽,18.2.1 肽和肽键,-氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，通过酰胺键相连接而成的化合物叫做肽。,连接-氨基酸单元的酰胺键（-CONH-）又叫肽键。,由两个- 氨基酸组成的肽叫二肽。,一般十肽以下的统称寡肽或低聚肽，由十一个以上-氨基酸组成的肽叫多肽。,在多肽链中，有游离氨基的一端称为N端；有游离羧基的一端称为C端。,多肽的命名是以含C端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的酸字 改为酰字，按在链中由N端的排列顺序写在母体名称之前。,18.2.2 多肽的结构和测定,测定多肽结构的方法很多，最常见的是端基分析法。 1 .N端分析法 方法一：利用2,4-二硝基氟苯与多肽分子中N-端的游离氨基作用，然后水解， 得到一个黄色的N-(2,4-二硝基苯基)氨基酸。,方法二：异硫氰酸苯酯法（德满降解法）,2 .C端分析法,羧肽酶可选择性地将C端氨基酸水解下来，然后对这个氨基酸进行鉴 定，就能确定C端是哪一个氨基酸。,18.2.3 多肽的合成,1. 液相接肽 一般先用苄氧羰基(缩写为Cbz)或叔丁氧羰基(Boc)保护氨基酸A中的氨基， 将氨基酸B中的羧基转变为酯基，在二环己基碳二亚胺(DCC)的活化下脱水。,DCC中间的碳易被亲核试剂进攻，使羧基生成一酰基化合物。这个酰基化合物易与氨基反应形成酰胺键。,生成的二环己基脲脱水后仍生成DCC。,2 固相接肽,该方法具有 产率高、易 于提纯，接 肽时间短等 优点,18.3 蛋白质,18.3.1 蛋白质的元素组成,蛋白质的结构极其复杂，生理功能众多，但其组成元素主要是C，H， O，N四种，还有一些蛋白质含有S元素，少数含有P，Fe，Cu，Mn，Zn， I等元素。,一般干燥蛋白质中各种元素的含量为：,C H O N S 50%-55% 6%-7% 22%-23% 15%-17% 0.3%-2.5%,18.3.2 蛋白质的性质,1 .等电点和胶体性质 蛋白质分子在酸性溶液中能电离成正离子，在碱性溶液中能电离成负离 子，在某一pH溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH就是该蛋白质的等电 点pI。,P代表的蛋白质母体,由于蛋白质分子颗粒的直径一般为几个纳米，已达到胶粒范围（1100nm），因而蛋白质溶液有胶体性质，具有一定的稳定性，可以应用电泳技术来分离、提纯各种蛋白质 ，也可采用半透膜渗析来纯化蛋白质 。,2 .变性,蛋白质受热，紫外光照射或化学试剂（如强酸，重金属盐，乙醇，丙酮 等）作用时，性质会发生改变，如溶解度降低，甚至凝固，这种现象称为蛋 白质的变性。而人的衰老过程必然伴随着人体蛋白质的变性。,3. 盐析,在蛋白质溶液加入大量盐如NaCl，(NH4)2SO4 ，Na2SO4等当加入的盐达 到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出。这叫做蛋白质的盐析。,加入乙醇、丙酮等对水有很强亲合力的有机溶剂，或加入Hg2+ 、Pd2+等 也能使蛋白质从溶液中沉淀析出，但盐析法沉淀的蛋白质是可逆的，用重金 属离子的沉淀则是不可逆的。,4. 显色反应,（1）与水合茚三酮反应，呈现蓝色。,（2）与缩二脲反应（NH2CONHCONH2），在NaOH溶液中加入CuSO4稀溶 液时呈现红紫色。红紫色的产物可能是Cu2+与肽键N原子形成的配位复合物。,（3）与浓硝酸反应呈黄色，如遇到碱溶液，则黄色加深，转为橙色。,（4）米隆反应：含有苯酚结构氨基酸（如酪氨酸）的蛋白质与米隆试剂（硝 酸汞、亚硝酸汞、硝酸及亚硝酸的混合溶液）共热，生成砖红色的沉淀。,（5）醋酸铅反应：含硫的蛋白质（如含半胱氨酸）与碱共热后与醋酸铅反 应，生成黑色的硫化铅沉淀。,18.3.3 蛋白质的结构,1 .一级结构 蛋白质分子中各种不同的氨基酸按一定的排列顺序，通过肽键互相结合而 成的多肽链，称为蛋白质的一级结构。它是蛋白质最基本的结构。 胰岛素的一级结构,2. 二级结构,组成蛋白质的多肽链，并不是以直线型的形式存在，而是借助于氢键使 肽链卷曲盘旋和折叠，形成一定的空间结构。肽链的这种依靠氢键缔合后的 空间排列情况叫做蛋白质的二级结构。,蛋白质的二级结构,-螺旋的结构,-折叠的结构,3 .三级结构,蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭，形成具有 一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构。蛋白质三级结构的稳定主 要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力等。,4. 四级结构,蛋白质四级结构是指由两条或两条以上具有三级结构的多肽链，以非共价 键聚集成特定构象的蛋白质分子。其中每条多肽链称为亚基。,
