第18章氨基酸和蛋白質(zhì)

1、第十八章第十八章 氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸氨基酸一、氨基酸的分類、結構和命名一、氨基酸的分類、結構和命名按照氨基連在碳鏈上的位次不同而分為按照氨基連在碳鏈上的位次不同而分為, , , , , , , - -氨基酸。氨基酸。由蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸大多數(shù)是由蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸大多數(shù)是- -氨基酸氨基酸，且僅有二十幾種（，且僅有二十幾種（如表如表18.118.1，P P457457），它們，它們是組成蛋白質(zhì)的基本單位。是組成蛋白質(zhì)的基本單位。除甘氨酸外，都有手性碳，天然氨基酸幾乎都是除甘氨酸外，都有手性碳，天然氨基酸幾乎都是L L構構型型- -C

2、 C上的上的NHNH2 2在在FischerFischer投影式中朝左投影式中朝左。HCH2OHNH2COOHHRNH2COOHL- L-甘油醛甘油醛 L- L- -氨基酸氨基酸 L- L-絲氨酸絲氨酸 HCH2OHOHCHO練習練習 p p458458 問題問題18.118.1、18.218.2二、氨基酸的物理性質(zhì)二、氨基酸的物理性質(zhì)氨基酸是沒有揮發(fā)性的粘稠液體或結晶固體。固體氨氨基酸是沒有揮發(fā)性的粘稠液體或結晶固體。固體氨基酸的基酸的熔點很高熔點很高。例如。例如mp.mp.(NH2CH2COOH)(NH2CH2COOH)292,292,并分解，并分解，而而mp.mp.(CH3COOH)(C

3、H3COOH) 16.6 16.6。一般的氨基酸一般的氨基酸能溶于水能溶于水，不溶于乙醚、丙酮和氯仿等不溶于乙醚、丙酮和氯仿等非極性有機溶劑非極性有機溶劑。原因：氨基酸一般以原因：氨基酸一般以偶極離子偶極離子NH3+CHRCOO-的的內(nèi)鹽內(nèi)鹽形式存在形式存在氨基酸具有氨基酸具有氨基和羧基的典型性質(zhì)氨基和羧基的典型性質(zhì)，也具有，也具有氨基和羧氨基和羧基相互影響而產(chǎn)生的一些特殊性質(zhì)基相互影響而產(chǎn)生的一些特殊性質(zhì)。P460偶極距大偶極距大 P460RCHCOOHNH3RCHCOONH3RCHCOONH2H+OHH+OH-+- 正離子正離子 偶極離子偶極離子 負離子負離子1 1、 兩性和等電點兩性和等

4、電點 氨基酸因含有氨基和羧基，氨基酸因含有氨基和羧基，既能與酸又能與堿反應既能與酸又能與堿反應，是是兩性化合物兩性化合物。分子內(nèi)的氨基與羧基也能反應生成鹽，這。分子內(nèi)的氨基與羧基也能反應生成鹽，這種鹽稱為種鹽稱為內(nèi)鹽內(nèi)鹽，亦稱，亦稱兩性離子或偶極離子兩性離子或偶極離子。- -氨基酸的物氨基酸的物理性質(zhì)也說明它是理性質(zhì)也說明它是以內(nèi)鹽形式以內(nèi)鹽形式存在的。存在的。三、氨基酸的化學性質(zhì)三、氨基酸的化學性質(zhì)強酸性溶液中強酸性溶液中(pH=0) (pH=0) 強堿性溶液中強堿性溶液中(pH=14) (pH=14) 主要存主要存在形式在形式 主要存在形式主要存在形式 當溶液為某一當溶液為某一pHpH時，

5、時，負離子和正離子濃度相等負離子和正離子濃度相等，凈電荷等凈電荷等于零于零，在電場中氨基酸既不向正極也不向負極移動在電場中氨基酸既不向正極也不向負極移動，這時，這時溶液的溶液的pHpH稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點等電點( (用用pIpI表示表示) )，不同的氨基不同的氨基酸具有不同的等電點酸具有不同的等電點( (見表見表18.2 P18.2 P461461) )。在等電點時，偶極離子的濃度最大，在等電點時，偶極離子的濃度最大，氨基酸在水中的氨基酸在水中的溶解度最溶解度最小小，因此利用調(diào)節(jié)等電點的方法，可以，因此利用調(diào)節(jié)等電點的方法，可以分離氨基酸分離氨基酸的混合物。的混合物。 - -氨基

6、酸分子中的氨基具有典型氨基的性質(zhì)，例如氨基酸分子中的氨基具有典型氨基的性質(zhì)，例如能與能與酸、亞硝酸、烴基化試劑、?；噭┑确磻?、亞硝酸、烴基化試劑、酰基化試劑等反應。2 2、氨基的反應、氨基的反應RCHCOOHNH2RCHCOOHOHHNO2N2FNO2O2NPhCH2OCOClRCHCOOHNHNO2O2NRCHCOOHNHCOOCH2PhH2OHCl-HF測定伯氨基測定伯氨基范斯萊克范斯萊克VanslykeVanslyke法法鑒別氨基酸鑒別氨基酸保護氨基保護氨基3 3、羧基的反應、羧基的反應酯化酯化P462P4624 4、與水合茚三酮反應、與水合茚三酮反應 - -氨基酸水溶液與水合茚三

7、酮反應，生成藍紫色物氨基酸水溶液與水合茚三酮反應，生成藍紫色物質(zhì)。質(zhì)。OHOHOORCHCOOHNH2NOONOHO+水合茚三酮水合茚三酮 ( (藍紫色物質(zhì)藍紫色物質(zhì)) )反應很靈敏，水合茚三酮顯色反應與離子交換層析法結合，反應很靈敏，水合茚三酮顯色反應與離子交換層析法結合，廣泛用于廣泛用于鑒別氨基酸以及鑒別氨基酸以及定量測定氨基酸的濃度定量測定氨基酸的濃度。5 5、肽的形成、肽的形成H2NCHCR OOH + HNHCHCOOHRH2NCH CNH CHCOOH + H2OROR肽鍵肽鍵二個氨基酸形成的肽叫二個氨基酸形成的肽叫二肽。二肽。四、四、-氨基酸的合成氨基酸的合成1、-鹵代酸的氨化鹵

8、代酸的氨化P463問題問題18.32、N-取代氨基丙二酸酯的烴化取代氨基丙二酸酯的烴化P464問題問題18.43、Strecker合成合成P464問題問題18.5 18.6五、五、-氨基酸的拆分氨基酸的拆分P465第二節(jié)第二節(jié) 肽肽一、肽的結構和命名一、肽的結構和命名根據(jù)肽分子中根據(jù)肽分子中 - -氨基酸的數(shù)目分為：氨基酸的數(shù)目分為：二肽二肽、三肽三肽及及多多肽肽。超過。超過5050個叫蛋白質(zhì)，此時分子量超過個叫蛋白質(zhì)，此時分子量超過1000010000，分，分子不能通過半透膜。子不能通過半透膜。在肽鏈中，有游離氨基的一端叫在肽鏈中，有游離氨基的一端叫NN端端，有游離羧基的一，有游離羧基的一端

9、叫端叫C C端端。 NN端寫在左，端寫在左， C C端寫在右，命名時由端寫在右，命名時由NN端開端開始，稱始，稱某氨酰某氨酸某氨酰某氨酸，也可用簡寫表示。，也可用簡寫表示。例如：例如：H2NCH2CNHCHCOOHOCH3甘氨酰丙氨酸（甘丙）甘氨酰丙氨酸（甘丙）NN端端C C端端H2NCH2CONHCHCONHCHCOOHCH2OHCH3甘氨酰丙氨酰絲氨酸甘氨酰丙氨酰絲氨酸（甘丙絲）（甘丙絲）在酸或堿的作用下，肽鍵斷裂生成氨基酸的混合物。在酸或堿的作用下，肽鍵斷裂生成氨基酸的混合物。然后采取適當?shù)姆椒?，如電泳、離子交換層析或氨基然后采取適當?shù)姆椒?，如電泳、離子交換層析或氨基酸分析儀等，測定氨基

10、酸的種類和數(shù)量。酸分析儀等，測定氨基酸的種類和數(shù)量。二、多肽結構的測定二、多肽結構的測定1 1、肽水解、肽水解氨基酸分析氨基酸分析2 2、氨基酸順序的測定、氨基酸順序的測定兩個不同的氨基酸組成二肽時，有兩個不同的氨基酸組成二肽時，有兩種連接方式兩種連接方式；隨；隨組成肽的氨基酸的數(shù)目增多，理論上的連接方式也隨組成肽的氨基酸的數(shù)目增多，理論上的連接方式也隨之增加。由三個不同氨基酸形成的三肽可能有六種，之增加。由三個不同氨基酸形成的三肽可能有六種，四肽可能有二十四種，五肽以上則更多。由此可以看四肽可能有二十四種，五肽以上則更多。由此可以看出，要確定肽的結構是很困難的。出，要確定肽的結構是很困難的。

11、Sanger FSanger F由于確定由于確定了胰島素了胰島素( (一種多肽一種多肽) )的結構，于的結構，于19581958年獲得諾貝爾獎。年獲得諾貝爾獎。 測定肽中氨基酸順序通常有兩種方法：測定肽中氨基酸順序通常有兩種方法： 一是一是端極分析端極分析：選擇適當?shù)脑噭┡c肽鏈的：選擇適當?shù)脑噭┡c肽鏈的NN端或端或C C端作用，然后水解，則含有此試劑的氨基酸一端作用，然后水解，則含有此試劑的氨基酸一定是鏈端的氨基酸，這叫定是鏈端的氨基酸，這叫端基分析。端基分析。另一種是另一種是選擇性水解選擇性水解：用某些酶將原來的肽鏈水：用某些酶將原來的肽鏈水解為較小的片斷，測定片斷中解為較小的片斷，測定片斷

12、中C端端和和N端端氨基氨基酸，再分析每一片斷的氨基酸組分；然后將碎片酸，再分析每一片斷的氨基酸組分；然后將碎片拼起來得到完整的順序拼起來得到完整的順序2,4-2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（SangerSanger試劑）與試劑）與NN端的氨基作用，端的氨基作用，生成的取代多肽用酸水解后，生成的取代多肽用酸水解后，NN端氨基酸就生成黃色端氨基酸就生成黃色的的2 2，4-4-二硝基苯基氨基酸，容易與其它氨基酸分開。二硝基苯基氨基酸，容易與其它氨基酸分開。用層析法與標準樣比較，即可鑒定用層析法與標準樣比較，即可鑒定NN端是哪一種氨基端是哪一種氨基酸酸+H3NCHCOOHRNH2CHCONHCHCOR

13、RFNO2O2NNHCHCONHCHCONO2O2NRRHCl H2ONHCHCOOHNO2O2NR+.+(1) N端分析端分析：桑戈爾法桑戈爾法丹酰氯，即：丹酰氯，即：5-（二甲氨基）萘（二甲氨基）萘-1-磺酰氯也能與多肽磺酰氯也能與多肽N-端的游離氨基反應，生成的取代多肽水解后，得到能發(fā)端的游離氨基反應，生成的取代多肽水解后，得到能發(fā)熒光的熒光的N-丹酰氯氨基酸丹酰氯氨基酸(丹酰氯本身不發(fā)熒光丹酰氯本身不發(fā)熒光)，可以用，可以用紙層析法或薄層色譜法鑒定，從而使所需多肽樣品的用紙層析法或薄層色譜法鑒定，從而使所需多肽樣品的用量減少。量減少。熒光法熒光法Edman降解降解 異硫氰酸苯酯能與多肽

14、異硫氰酸苯酯能與多肽N-端氨基起加成反應，生成苯端氨基起加成反應，生成苯氨甲硫?；苌铮ò奔琢蝓；苌铮≒TC衍生物）：衍生物）： PTC衍生物在無水條件下用酸處理，衍生物在無水條件下用酸處理，N-端氨基酸從肽鏈端氨基酸從肽鏈上斷裂下來，生成取代二氫噻唑酮，后者在酸性條件下上斷裂下來，生成取代二氫噻唑酮，后者在酸性條件下重排成乙內(nèi)酰苯硫脲衍生物（重排成乙內(nèi)酰苯硫脲衍生物（PTH衍生物），后者經(jīng)分衍生物），后者經(jīng)分離后，用層析法或質(zhì)譜法與標準樣品比較，可以測定多離后，用層析法或質(zhì)譜法與標準樣品比較，可以測定多肽肽N-端是哪一種氨基酸。端是哪一種氨基酸。肽鏈中間的肽鏈中間的-NH-CO-鍵要在

15、水存在下才能斷裂，鍵要在水存在下才能斷裂， 只有被苯氨甲硫只有被苯氨甲硫?；〈孽；〈腘-端氨基酸才能在無水條件下斷裂下來同時生成端氨基酸才能在無水條件下斷裂下來同時生成N-端端少一個氨基酸基的多肽，后者經(jīng)分離后，可以繼續(xù)與異氰酸苯酯反少一個氨基酸基的多肽，后者經(jīng)分離后，可以繼續(xù)與異氰酸苯酯反應，重復這一循環(huán)，就可以測定多肽應，重復這一循環(huán)，就可以測定多肽N-端的氨基酸基排列順序，這端的氨基酸基排列順序，這種方法稱作為種方法稱作為Edman降解降解 在計算機控制的自動化裝置中，已可測定多肽鏈中在計算機控制的自動化裝置中，已可測定多肽鏈中N-端端前前前前20個氨基酸的順序，并曾用同一多肽樣

16、品測定個氨基酸的順序，并曾用同一多肽樣品測定N-端端前前60個氨基酸的順序。個氨基酸的順序。（2）C-端分析端分析多肽可以在各種肽酶催化下水解。在羧肽酶催化下，多肽可以在各種肽酶催化下水解。在羧肽酶催化下，多肽鏈中只有多肽鏈中只有C-端的氨基酸能斷裂下來。端的氨基酸能斷裂下來。 多肽在恒溫和羧肽酶存在下水解，溶液中首先出現(xiàn)多肽在恒溫和羧肽酶存在下水解，溶液中首先出現(xiàn)的游離氨基酸就是的游離氨基酸就是C端氨基酸。去掉一個端氨基酸。去掉一個C端氨基酸端氨基酸后剩下的多肽可以繼續(xù)水解。在順利的例子中，根后剩下的多肽可以繼續(xù)水解。在順利的例子中，根據(jù)各種氨基酸出現(xiàn)的速度可以測定據(jù)各種氨基酸出現(xiàn)的速度可以

17、測定C-端前端前4個氨基酸個氨基酸基的順序?；捻樞?。三、多肽和蛋白質(zhì)的合成三、多肽和蛋白質(zhì)的合成3、選擇性水解：、選擇性水解：p4701、合成主要步驟：官能團保護、羧基活化（偶聯(lián)）、合成主要步驟：官能團保護、羧基活化（偶聯(lián)）、去保護基去保護基 p4722、多肽的固相合成：、多肽的固相合成：p473四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)是氨基酸的氨基酸的高聚物高聚物。是。是多肽多肽。是生物體內(nèi)。是生物體內(nèi)一切組織的基礎物質(zhì)。一切組織的基礎物質(zhì)。蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子結構復雜結構復雜，相對，相對分子質(zhì)量很大分子質(zhì)量很大，分子中帶，分子中帶有很有很多極性基團多極性基團并彼此間相互作用著，某些

18、基團還帶并彼此間相互作用著，某些基團還帶有電荷，所以它們表現(xiàn)出一系列有電荷，所以它們表現(xiàn)出一系列物理和化學特性物理和化學特性。1 1、膠體溶液的性質(zhì)、膠體溶液的性質(zhì)蛋白質(zhì)的水溶液蛋白質(zhì)的水溶液不能透過半透膜，不能透過半透膜，是一種穩(wěn)定的親水是一種穩(wěn)定的親水膠體。利用這種性質(zhì)，將蛋白質(zhì)和低分子化合物或無膠體。利用這種性質(zhì)，將蛋白質(zhì)和低分子化合物或無機鹽通過透析法分離開來機鹽通過透析法分離開來2 2、鹽析、鹽析蛋白質(zhì)溶液加入無機鹽蛋白質(zhì)溶液加入無機鹽( (如硫酸鎂、氯化鈉等如硫酸鎂、氯化鈉等) )溶液后，溶液后，蛋白質(zhì)便從溶液中析出，這種作用稱為蛋白質(zhì)便從溶液中析出，這種作用稱為鹽析鹽析3 3、兩性和等電點、兩性和等電點與與 氨基酸相似，蛋白質(zhì)也是氨基酸相似，蛋白質(zhì)也