肽及氨基酸衍生物

關(guān)于肽及氨基酸衍生物學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點及多肽的分類、理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)測定方法掌握Edman降解反應(yīng)原理與應(yīng)用了解多肽分離原理及主要分離方法了解多肽藥物與生物活性肽的作用機制第2頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽及氨基酸衍生物概述肽的結(jié)構(gòu)與分類肽的理化性質(zhì)與提取分離肽的結(jié)構(gòu)測定重要多肽及氨基酸衍生物第3頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述：肽為何物？肽（Peptide）:兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵共價鍵連接形成的聚合物。肽是介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的物質(zhì)。氨基酸的分子最小，蛋白質(zhì)最大，多個肽進行多級折疊就組成一個蛋白質(zhì)分子。

第4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽為何物？人體吸收蛋白質(zhì)的主要形式不是以氨基酸，而是以多肽的形式吸收的，這是人體吸收蛋白質(zhì)機制研究的重大突破。

第5頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生理功能：調(diào)節(jié)機體生理功能、為機體提供營養(yǎng)。發(fā)展歷史：(1)1902年，人類第一次發(fā)現(xiàn)多肽：胰泌素W.M.BaylissE.H.Starling第6頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1901年，法國科學(xué)家Wertheimer，把實驗狗的一段游離小腸袢的神經(jīng)全部切除，只保留血管與身體其它部分相連，當(dāng)把鹽酸溶液輸入這段小腸袢后，仍能引起胰液分泌。但他認(rèn)為神經(jīng)難以切除干凈，提出“局部分泌反射”假說。英國兩位生理學(xué)家Balysiss和Starling于1902年1月，在研究小腸的局部運動反射時看到了Wertheimer的論文，產(chǎn)生了極大的興趣并重復(fù)了上述實驗。他們深信神經(jīng)切除完全，設(shè)想：可能是一個新現(xiàn)象––“化學(xué)反射”。也就是說，在鹽酸的作用下，小腸粘膜可能產(chǎn)生了一個化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)其被吸收入血液后，隨著血液被運送到胰腺，引起胰液分泌。為了證實該設(shè)想，他們立即把同一條狗的另一段空腸剪下來刮下粘膜，加砂子和鹽酸研碎，再把浸液中和、過濾，做成粗提取液，注射到同一條狗的靜脈。結(jié)果，引起比前面切除神經(jīng)的實驗具有更明顯的胰液分泌。這樣，一個刺激胰液分泌的化學(xué)物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)了，這個物質(zhì)被命名為促胰液素(secretin)。這是生理學(xué)史上一個偉大的發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了多肽物質(zhì)在內(nèi)分泌學(xué)中的功能性研究，意義和影響深遠(yuǎn)。第7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(2)1931年P(guān)物質(zhì)：興奮平滑肌、舒張血管而降低血壓

H.H.Dale1936年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎P物質(zhì)，十一肽第8頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1931年，英國生理學(xué)家戴爾正在研究神經(jīng)遞質(zhì)的作用（他因此在1936年獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎）。當(dāng)時已知的神經(jīng)遞質(zhì)是乙酰膽堿。戴爾讓其研究生馮·歐拉做一個實驗，證明小腸釋放的乙酰膽堿能刺激小腸的收縮。馮·歐拉發(fā)現(xiàn)從兔子的小腸提取出來的溶液的確能引起小腸收縮。為了證明收縮是由乙酰膽堿引起的，馮·歐拉又加入藥物阿托品。阿托品能阻斷乙酰膽堿的作用，如果收縮是乙酰膽堿引起的，就會被阿托品抑制住。然而小腸卻還在收縮，這就說明在小腸提取液中另外還有一種能刺激小腸收縮的物質(zhì)。馮·歐拉和實驗室的另一名研究人員隨后發(fā)現(xiàn)這種活性物質(zhì)在腦組織里最多。他們把它從編號“P”的制劑中提取了出來，又不知道那究竟是什么東西，就把它叫做P物質(zhì)。這個臨時亂叫名稱后來就沿用了下來。第9頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(3)1953年：Vigneaud領(lǐng)導(dǎo)的生化小組第一次完成生物活性肽催產(chǎn)素的合成

V.Du.Vigneand1955年諾貝爾化學(xué)獎此后整個50年代的多肽研究，主要集中于腦垂體所分泌的各種多肽激素。第10頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(4)1952年：生物化學(xué)家StanleyCohen在將肉瘤植入小鼠胚胎的實驗中，發(fā)現(xiàn)小鼠交感神經(jīng)纖維生長加快、神經(jīng)節(jié)明顯增大這一現(xiàn)象。1960年，才發(fā)現(xiàn)這是一種多肽在起作用，并將之稱為神經(jīng)生長因子（NGF）。

1986年StanleyCohen獲諾貝爾生理學(xué)獎

第11頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(5)

50年代末，R.B.Merrifield發(fā)明了多肽固相合成法并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎。

(6)60年代初期，多肽的研究出現(xiàn)了驚人的發(fā)展，多肽的結(jié)構(gòu)分析、生物功能等都相繼取得成果。

(7)1965年我國科學(xué)家完成了牛結(jié)晶胰島素的合成，這是世界上第一次人工合成多肽類生物活性物質(zhì)。

第12頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(8)

70年代,神經(jīng)肽的研究進入高潮，腦啡肽及阿片樣肽相繼發(fā)現(xiàn)，進入了多肽影響生物胚胎發(fā)育的研究。

(9)80年代開始多肽研究逐漸發(fā)展為獨立的專業(yè)，它包含了生命科學(xué)最新的分子生物學(xué)、生物合成、免疫化學(xué)、神經(jīng)生理、臨床醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科。特別是基因工程的引入，使得許多多肽得以大規(guī)模的表達。

第13頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述發(fā)展歷史：(10)

90年代，人類基因組計劃啟動。隨著科學(xué)家們解密一個個基因，多肽研究及其應(yīng)用出現(xiàn)了空前繁榮的局面。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的進步和生命科學(xué)的發(fā)展，多肽在生物體內(nèi)的生理功能受到越來越多重視，尤其是許多活性肽生理功能和結(jié)構(gòu)的明朗，更是推動了科學(xué)界對活性肽的研究。第14頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

直至現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)存在于生物體的多肽已有數(shù)萬種，并且發(fā)現(xiàn)所有的細(xì)胞都能合成多肽。同時，幾乎所有細(xì)胞也都受多肽調(diào)節(jié)，它涉及激素、神經(jīng)、細(xì)胞生長和生殖等各個領(lǐng)域，生命活動中的細(xì)胞分化、神經(jīng)激素遞質(zhì)調(diào)節(jié)、腫瘤病變、免疫調(diào)節(jié)等均與活性多肽密切相關(guān)。一、概述第15頁,共71頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)肽是人和動物生長和激素調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，例如：P物質(zhì)能興奮平滑肌和由于舒張血管而降低血壓；神經(jīng)緊張肽（N）能降低血壓，對腸和子宮還具有收縮作用；內(nèi)非肽和腦非肽的衍生物很強的鎮(zhèn)痛作用。內(nèi)分泌系統(tǒng)中，促甲狀腺素釋放激素（TRH）是一種能促進產(chǎn)婦乳汁分泌的多肽；促性腺激素（LHRH）是一種能刺激女性器官中的黃體分泌，引起排卵并促進刺激素合成的多肽。一、概述第16頁,共71頁，2024年2月25日，星期天免疫系統(tǒng)中，白蛋白多肽、胸腺肽、血清胸腺因子等均可以引起免疫T細(xì)胞的分化。運動系統(tǒng)中，降鈣素通過刺激骨形成細(xì)胞引起磷酸鈣在骨架上的沉積，可以有效治療骨萎縮、骨質(zhì)疏松、佝僂病。一、概述第17頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：從生物體中分離的各類天然活性肽；酶解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的生物活性肽；通過化學(xué)法或DNA重組技術(shù)合成的生物活性肽；微生物發(fā)酵法制備的生物活性肽。第18頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（一）天然活性多肽(1)

動物組織：

海蛇毒素芋螺毒素70個左右的氨基酸10-30個左右的氨基酸動物的抗菌肽20-60個左右的氨基酸光譜抗菌蝎毒素鎮(zhèn)痛第19頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（一）天然活性多肽(1)

植物組織：

鵝膏菌毒素二環(huán)八肽，亦稱毒傘肽真核生物mRNA合成的專一性抑制劑；基因的組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞定位；基因的表達和調(diào)控；腫瘤和病毒的研究；細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能

第20頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述第21頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（二）化學(xué)合成法制備活性肽固相合成:將帶有氨基保護基的氨基酸的羧基端固定到不溶樹脂上，脫去氨基保護基，同下一個氨基酸的活化羧基形成酯鍵，從而延伸肽鏈。應(yīng)用：多肽和蛋白質(zhì)的研究領(lǐng)域，尤其是短肽的合成。缺點：序列短、耗時、合成效率低、純度低、

成本高、合成試劑毒性大。第22頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（二）化學(xué)合成法制備活性肽蛋白質(zhì)合成的片段連接法:采用固相合成制備適當(dāng)長度的肽鏈，結(jié)合液相合成的方法，將不同肽鏈相互連接，合成長肽鏈或蛋白質(zhì)。缺點：需對片段中不希望參與反應(yīng)的端基及側(cè)鏈進行保護，不易純化、相互連接時縮合效率低、連接產(chǎn)物難分離。第23頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（三）酶法制備活性肽利用蛋白酶直接水解蛋白質(zhì)，分離純化得到生物活性肽。優(yōu)點：多肽產(chǎn)品具有良好的溶解性、耐酸和耐熱穩(wěn)定性及較高的速溶性。缺點：產(chǎn)生苦味肽，影響生物活性肽的實際應(yīng)用?？朔椒ㄊ遣捎秒p酶法或多酶法。蛋白酶使用量大且價格昂貴。第24頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的來源：（四）微生物發(fā)酵法制備活性肽利用蛋白酶產(chǎn)生菌產(chǎn)酶水解蛋白質(zhì)，分離純化得到生物活性肽。優(yōu)點：微生物蛋白酶來源廣、酶產(chǎn)量高、生長周期短、生產(chǎn)成本低；可直接生產(chǎn)脫苦的活性肽。蛋白酶的生產(chǎn)源：米曲霉、黑曲霉、枯草芽孢桿菌等，很多優(yōu)良的產(chǎn)酶菌株是有毒或有害的。第25頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述常見生物活性多肽及功能：（一）大豆肽大豆肽是大豆蛋白經(jīng)蛋白酶水解后，利用分離、脫色、脫臭等工藝制成的低分子肽，其氨基酸組成幾乎與大豆蛋白完全一樣。增加肌紅蛋白的合成、緩解機體的缺氧癥狀、達到抗疲勞的效果以及增強機體免疫功能；有效抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)的活性，對于因ACE引起的人體血壓升高具有一定的控制作用。第26頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述常見生物活性多肽及功能：（二）谷胱甘肽谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸組成的活性三肽，廣泛存在于動植物組織中，以酵母、谷物種子胚芽和動物肝臟含量最高。清除自由基、解毒、機體免疫、物質(zhì)運輸?shù)戎匾纳砉δ堋５?7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述常見生物活性多肽及功能：（三）白蛋白肽是將卵清蛋白通過定向酶切制成的小分子多肽，其氨基酸序列與人體血清蛋白極為相似，生物利用率高。調(diào)節(jié)人體免疫功能，增強免疫；可抑制ACE，起到降血壓和保護肝臟的功能；捕獲自由基、抗氧化、防衰老；調(diào)節(jié)腸胃道功能等。第28頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述常見生物活性多肽及功能：（四）魚肉肽魚肉肽是魚類蛋白經(jīng)蛋白酶水解所制得的一系列肽，其較蛋白質(zhì)更容易吸收。由鰱魚制備的抗氧化肽具有較強的抗氧化活性，可作為食品添加劑防止食品氧化變質(zhì)；由鳙魚酶解所得的生物活性肽則表現(xiàn)出抗氧化、促進鈣吸收、增強免疫力等生理功效。第29頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述常見生物活性多肽及功能：（五）其它活性肽玉米肽水溶性高，易被機體吸收，具有降血壓、降血脂、抗疲勞、改善肝臟功能、促進體力恢復(fù)等作用；低聚合度的小麥肽主要包括降血壓肽、陣痛多肽、阿片樣活性肽和抗菌肽等，具有調(diào)節(jié)機體功能、提高免疫、保持健康等生理功能；乳源肽主要為乳中蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物，在消化系統(tǒng)、心血管、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要功能。第30頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的主要應(yīng)用(1)作為藥物、疫苗、導(dǎo)向藥物、診斷試劑、酶抑制劑及藥物先導(dǎo)化合物。

舟山眼鏡蛇毒素中分離得到一種細(xì)胞毒素多肽(CTX2F)，能夠一直人肺腺癌A549細(xì)胞的增值。

在診斷試劑中，多肽可作為抗原檢測病毒、細(xì)菌、支原體、螺旋體等微生物和寄生蟲的抗體。第31頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一、概述生物活性多肽的主要應(yīng)用(2)功能食品的開發(fā)

日本永森乳業(yè)先后開發(fā)了8種乳蛋白營養(yǎng)肽：W-800沒有苦味，更易消化；C-2500溶解性和酸、堿、熱穩(wěn)定均較好；C-700起泡性和乳化性較好，可用于食品添加劑。

飼料添加劑也是生物活性肽的一個重要方面，如抗菌肽具有廣譜的抗菌作用，對禽畜具有促生長和治療疾病的功能，是無毒、無害、無殘留的綠色產(chǎn)品。第32頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽及氨基酸衍生物

概述肽的結(jié)構(gòu)與分類肽的理化性質(zhì)與提取分離肽的結(jié)構(gòu)測定重要多肽及氨基酸衍生物第33頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型

(一)肽的結(jié)構(gòu)第34頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型肽的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體反式順式蛋白質(zhì)形成多級結(jié)構(gòu)的原因之一第35頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽及氨基酸衍生物一級結(jié)構(gòu)：氨基酸序列，標(biāo)號由氨基酸端開始。第36頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型二級結(jié)構(gòu)：多肽主鏈骨架盤繞折疊而形成的構(gòu)象。

維系力：H鍵a-螺旋（側(cè)視）a-螺旋（俯視）b-折疊第37頁,共71頁，2024年2月25日，星期天三級結(jié)構(gòu)：一個蛋白質(zhì)中所有原子的整體排列。

維系力：H鍵、疏水相互作用二、結(jié)構(gòu)類型第38頁,共71頁，2024年2月25日，星期天四級結(jié)構(gòu)：兩個或多個多肽鏈通過相互作用形成。

單獨的一條鏈被稱為亞基二、結(jié)構(gòu)類型血紅蛋白第39頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共71頁，2024年2月25日，星期天多級結(jié)構(gòu)的形成原因：肽鍵的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)二硫鍵分子間作用力二、結(jié)構(gòu)類型第41頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型第42頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)氨基酸的數(shù)目分類：寡肽(<10)、多肽(10-50)

（二）結(jié)構(gòu)類型甘氨酰-丙氨酸丙氨酰-甘氨酸丙-酪-甘Ala-Tyr-Gly第44頁,共71頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)肽分子的形狀分類：（二）結(jié)構(gòu)類型

直鏈肽：肽鏈以直鏈方式形成

環(huán)肽：氨基酸肽鍵形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)類型第45頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型第46頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型第47頁,共71頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)類型第48頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)肽的來源分類

（二）結(jié)構(gòu)類型：

內(nèi)源性肽：人體本身就存在的肽，這是天然活性肽存在的主要方式例如：促生長激素釋放激素、促甲狀腺素、胸腺肽、胰島素等。

外源性肽：來源于除人體外的植物、動物組織等主要分為植物肽、動物肽等例如：蜂毒、蛇毒、蛙毒、芋螺毒素等。

二、結(jié)構(gòu)類型第49頁,共71頁，2024年2月25日，星期天肽及氨基酸衍生物概述肽的結(jié)構(gòu)與分類肽的理化性質(zhì)與提取分離肽的結(jié)構(gòu)測定重要多肽及氨基酸衍生物第50頁,共71頁，2024年2月25日，星期天三、肽的物理性質(zhì)（1）直鏈肽：固態(tài)：兩性離子；水溶液：有等電點、可解離、質(zhì)子化（2）環(huán)肽化合物的相對分子量和理化性質(zhì)與直鏈肽有很大區(qū)別；與氨基酸的物理性質(zhì)和部分化學(xué)性質(zhì)有明顯不同。第51頁,共71頁，2024年2月25日，星期天四、肽的化學(xué)性質(zhì)1.?；磻?yīng):多肽與丹磺酰氯(DNS-Cl)在堿性條件下反應(yīng)得到DNS-肽化合物。其目的是保護氨基。第52頁,共71頁，2024年2月25日，星期天四、肽的化學(xué)性質(zhì)2.顏色反應(yīng):肽(Peptide)紫藍色衍生物茚三酮顏色反應(yīng)直鏈肽第53頁,共71頁，2024年2月25日，星期天四、肽的化學(xué)性質(zhì)3.烷基化反應(yīng):降低肽類化合物的極性，利于多肽的分離鑒定；制備衍生物、增加分子多樣性發(fā)生在多肽的氨基、羧基、羥基、巰基等。第54頁,共71頁，2024年2月25日，星期天五、肽的高分子性質(zhì)(1)

擴散性：在水溶液中自由擴散，達到均勻分布擴散速度比蛋白質(zhì)快。(2)

黏度：隨分子的不對稱性增加而增加黏度比蛋白質(zhì)小。第55頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離研究多肽分子的結(jié)構(gòu)和組成，需要純的樣品，結(jié)晶狀態(tài)；研究具有生物活性的多肽，需要保持天然構(gòu)象；去除干擾物質(zhì)或拮抗成分。第56頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離1.提取:物理提取；化學(xué)提取（成本、含量、穩(wěn)定性）機械破碎法：組織搗碎機、膠體磨、勻漿器、球磨機

超聲波破碎法：局部發(fā)熱，活性有損失酶消化法：滲透破碎法：通過滲透壓的變化，使組織變性。交替凍融法：于冷藏庫或干冰反復(fù)于-15~-20度使之凍固，然后緩慢溶解。反復(fù)操作，使細(xì)胞內(nèi)顆粒破壞。第57頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離2.粗分:目的：富集目標(biāo)化合物

要求：設(shè)備和方法簡單、處理量大、適合工業(yè)化常用方法：等電點法鹽析法有機溶劑分級沉淀法第58頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離3.純化:要求：根據(jù)多肽的理化性質(zhì)選擇純化方法分子量、溶解度差異等常用方法：凝膠過濾透析超濾電泳柱色譜第59頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離4.分析:目的：分析多肽的一級結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)

常用方法：氨基酸序列分析：末端分析、二硫鍵的裂解、氨基酸組成、質(zhì)譜分析三維結(jié)構(gòu)：晶體衍射、多維核磁共振、質(zhì)譜、圓二色譜第60頁,共71頁，2024年2月25日，星期天六、肽的提取分離分離原理與分離方法：反相高效液相色譜、離子交換色譜、分子排阻色譜、親核色譜、多維分離多肽分子量大，水溶性好，在水溶液中主要以離子形式存在。第61頁,共71頁，2024