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1、羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代生成的化合物，称为氨基酸。如果氨基在羧基的a-位，则称为a-氨基酸。 多肽是多个a-氨基酸分子用肽键连接而生成的化合物，而蛋白质则是由多种a-氨基酸用肽键连接起来的分子量很大的多肽。 细胞内除水外，其余80%的物质为蛋白质。蛋白质是生物体内一切组织的基本组分，在生命现象和生命过程中起着决定性的作用。 蛋白质、多糖、核酸等生物大分子都是生命的物质基础。蛋白质、糖和脂肪是人类营养的三要素，是维持生命所不可缺少的物质。,第17章 氨基酸、肽、蛋白质, 17.1 氨基酸,1. 氨基酸的结构、分类和命名,天然氨基酸在化学结构上都具有共同的特点，即一般在a-位上有一个氨基
2、：,目前已知的氨基酸有几百种之多，但在生物体内常见的只有22种。,氨基酸的构型常用D/L法标记，但其与糖的D/L法标记并不完全一样。,L-氨基酸 D-氨基酸,研究表明，对于生物体内氨基酸的构型： 1）旋光性的氨基酸均为L-型的，故一般L-可以省去； 2）L-型的a-氨基酸有左旋的也有右旋的，L-仅表示构型； 3）用R、S标记法，除半胱氨酸为R构型外，其余均为S构型。,D-(+)-甘油醛,L-(-)-甘油醛,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,1）R为非极性基团,氨基酸的分类方法很多，在医学上常依据氨基酸在生理pH范围内，其侧链R基团的极性和所带电荷分为四类。,丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸,色氨酸,2）R
3、为极性基团,谷氨酸盐,天门冬氨酸盐,3）R带负电荷,精氨酸,赖氨酸,组氨酸,4）R带正电荷,根据氨基和羧基的相对数目,中性氨基酸,碱性氨基酸,酸性氨基酸,氨基羧基 数目相等,氨基数目 多于羧基,羧基数目 多于氨基,缬氨酸(Val),亮氨酸(Leu),异亮氨酸(Ile),苏氨酸(Thr),蛋氨酸(Met),苯丙氨酸(Phe),色氨酸(Trp),赖氨酸(Lys),8种人体必需氨基酸：, 17.2 氨基酸的性质,两性离子,化学性质 氨基酸的酸碱两性和等电点 酸碱两性: 氨基酸中的NH2是碱性的，而羧基是酸性的。但是它们的表观酸碱解理常数比起氨基和羧基来都低的多。 如测得的甘氨酸的Ka = 1.610
4、-10, Kb = 2.5 10-12, 而多数羧酸的Ka 10-5, 多数脂肪胺的Kb 10-4. 这表明氨基酸在一般情况下，不是以游离的氨基、羧基存在，而是以两性电离, 在固态或液态中形成内盐：,两性离子 pH=pI,正离子 pHpI,负离子 pHpI,即在强酸性溶液中, 氨基酸以正离子存在；在碱性溶液中，则以负离子存在。,(2) 氨基酸的等电点：由上述可见，氨基酸在水溶液中所带电荷的状态，除取决于其本身的结构外，还取决于溶液的pH值。 在不同pH值的溶液中，氨基酸以正离子、负离子和两性离子三种离子间形成动态平衡. 当适当调节溶液的pH值，使得氨基酸的羧基与氨基的离子化程度相等，即此时其所
5、带的正负电荷数相同，净电荷为零、呈电中性，在电场中不会移动。 则此等电状态的pH值，称为该氨基酸的等电点，用pI表示。,等电点不是中性点,中性氨基酸的等电点为5.66.3,酸性氨基酸的等电点为2.83.2,碱性氨基酸的等电点为7.610.8,氨基酸在等电点时溶解度最小。可以利用这一性质，通过调整溶液的pH值，将等电点不同的氨基酸从氨基酸的混合溶液中分别分离出来,2) 氨基酸的脱羧反应,a-氨基酸与Ba(OH)2在高沸点溶剂中加热，可以失羧成胺.,3) 与亚硝酸反应 除辅氨酸外， a-氨基酸都能与亚硝酸反应，放出氮气得到羟基酸.,反应是定量进行的, 测量放出氮气的体积, 便可计算出氨基酸中氨基的
6、含量。,4) 显色反应,氨基酸在碱性条件下与茚三酮作用，能生成兰色或紫色的有色物质。这是鉴别a-氨基酸的灵敏方法，多数氨基酸均有此反应，亚氨基的辅氨酸反应显紫色。,紫色,茚三酮, 17.3 肽 1。肽的结构和命名,肽键,二肽是最简单的肽,肽键,十肽以下的称为寡肽，十肽以上的称为多肽。,1）肽也是以两性离子形式存在，一般为链式结构。羧基端为C-端，氨基端为N-端。书写时，N-端在左，C-端在右。,N-端,C-端,肽键,N端,C端,肽链的通式,2）肽的结构不仅取决于氨基酸的种类和数目，而且还取决于它们之间的连接次序。如,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,这是少数几种氨基酸可以形成各式丰富多彩的蛋白质的基
7、础。 3）肽的命名以C-端的氨基酸为母体，称为某氨酸。其它氨基酸残基则从N-端开始，依次用某氨酰表示，放在母体前。如,谷氨酸残基,半胱氨酸残基,甘氨酸残基,g-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 谷胱甘肽,简称：g-Glu-Cys-Gly； g-谷-胱-甘,4. 肽结构的测定,n种不同的氨基酸形成多肽时有n!种不同排列方式，要研究肽及由肽组成的蛋白质，应该首先研究肽的结构。 这须解决三个问题： 组成肽的氨基酸的种类； 肽中各种氨基酸的相对比例和含量； 各氨基酸在肽链中的位置（排列顺序）. 解决方法: 测定多肽的分子量(用超离心法、渗透法和X-衍射法等）； 彻底水解肽链，通过层析和鉴定得知各种氨基酸的比例、含
8、量； 通过以上方法，可以得知多肽的分子式。,3) 端基分析测定各氨基酸的排序。,选择性水解: 许多蛋白质水解酶通常只能水解一定的肽键，具有高度的专一性, 故可以利用不同的蛋白质水解酶来水解不同的肽键。如胰蛋白酶专门水解赖氨酸或精氨酸的羧基形成的肽键，因此用它催化水解某一多肽，得到的肽链的C-端将肯定是赖氨酸或精氨酸。 C-端分析：多肽可以在各种肽酶催化下使C-端水解。,N-端分析: 2,4-二硝基氟苯与多肽的N-端反应。, 17.4 蛋白质,蛋白质部分水解后得多肽，有些蛋白质本身就是多肽。蛋白质与多肽的关系与多糖和低聚糖类似, 相对分子量大的叫蛋白质，小的称多肽，但无严格界限。 通常，将Mw
9、10000的称为蛋白质，Mw 10000的叫做肽。蛋白质与肽的差别是蛋白质有稳定的构象, 而小肽一般只在发挥作用时才在溶液中形成一定的构象。 蛋白质的组成和分类 蛋白质是含氮高分子，人体内有10万种以上的蛋白质。占人体干重的45%. 蛋白质的组成大致为： C: 5055%, H: 67%, O: 1924%, N: 1517%,蛋白质种类繁多，结构多样，故分类方法也不少。主要是依据蛋白质分子的某一特征来分类的。,1)根据蛋白质的形状 纤维蛋白: 如丝蛋白, 角蛋白等； 球蛋白: 如蛋清蛋白、酪蛋白等。 2) 根据化学组成 单纯蛋白。它是由多肽组成的，其水解的最终产物为a-氨基酸.如白蛋白、球蛋
10、白和谷蛋白等； 结合蛋白。是由单纯蛋白和非蛋白质部分组成的，非蛋白质部分称为辅基。依据辅基之不同又可分为脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、色蛋白、核蛋白、金属蛋白及血红蛋白等；,3) 根据功能分 活性蛋白：起催化作用的叫酶；起调节作用的称激素；起免疫作用的叫抗体等； 非活性蛋白：主要包括一大类担任生物的保护或支持作用的蛋白质. 不具生物活性，如储存蛋白和结构蛋白等。,2. 蛋白质的结构,1) 一级结构,任何蛋白质都有其特定的氨基酸排列次序。有的由一条肽链组成；有的由二条或多条肽链组成。 人工合成的牛胰岛素分子的一级结构为：,两条肽链通过桥键(二硫键或磷键）连接组成。,蛋白质的一级结构: 指的是肽键连接起
11、来的多肽链中,氨基酸的排列次序。,2) 蛋白质的次级键,蛋白质的一级结构中，氨基酸是通过共价键结合的，因而很稳定。在一级结构的长链中，还存在各种不同的基团，如 -H，-C=O，-NH2，-CO2H等，它们之间也可以相互作用形成分子的立体结构。 这种原子或基团间的相互作用要比共价键弱的多，称为次级键。主要有 (1) 氢键: 蛋白质分子中形成氢键有两种情况，一是主链的肽键间形成的氢键; 二是侧链与侧链或侧链与主链间形成的氢键。,主链-主链间,侧链-侧链间,主链-侧链间,(2) 疏水亲脂相互作用：蛋白质分子的侧链有一些极性很小 的基团，这些基团与水的亲和力小即疏水性较强。如缬亮、异亮、苯丙以及色氨酸
12、等有一种自然的避开水相的趋势。 而它们之间相互接触形成稳定的相，这种力称为疏水亲脂相互作用。对蛋白质空间结构的稳定起着主要作用。 (3) 盐键: 在中性溶液中, 蛋白质的氨基酸带正电, 羧基带负电. 在天然蛋白质中, 上述两基团会因静电引力而作用成键，称为盐键。,(4) 范得华力: 各基团间电子云的相互作用而导致极化, 形成 特定的空间结构，这种力称为范得华力。,3) 蛋白质的二级结构,指的是多肽链的主链的骨架在空间的盘曲折叠形成的方式，不涉及侧链R基团的构象。 即蛋白质主链中的各基团间通过氢键的作用，使得肽链可以形成a-螺旋状卷曲、b-折叠、b-转角、无规卷曲等空间关系，这些被称为是蛋白质的
13、二级结构。 a-螺旋: 多肽链中各肽键平面通过a-C原子的旋转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲构象。盘曲可向左、右进行，绝大多数蛋白质是形成右手螺旋。 b-折叠：主链骨架充分伸展的结构，结构中二条以上或一条肽链内的若干肽段平行排列，相邻肽段间以氢键维系。为避免侧链R基团的空间阻碍并形成更多的氢键，各主链骨架必须同时作一定程度的折叠，从而形成一个如扇面折叠状片层，称为b-折叠。,4) 三级结构： 是蛋白质分子在二级结构基础上进一步的盘曲、折叠形成的三维结构。,三级结构的形成和稳定主要靠侧链间通过各种次级键的作用，形成侧链的构象，是多肽空间的整体排布。 多肽链经过卷曲、折叠形成三级结构，就在分子表
14、面上形成了某些发挥生物功能的特点区域、酶的活性中心等。,血红素,胰岛素的三级结构,溶菌酶分子的三级结构,5）蛋白质的四级结构：是指缔合现象中的空间结构问题。,即二条或以上具有三级结构的多肽链通过疏水、盐键等次级作用相互缔合而成。如血红蛋白的四级结构：,血红蛋白,血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。四个亚基间靠氢键和八个盐键维系着血红蛋白分子严密的空间构象。,血红蛋白的四级结构,3。蛋白质的性质,1）等电点和胶体性质： 蛋白质不管肽链有多长仍有自由的-NH2或
15、-CO2H存在，在肽链的侧链也有尚未结合的极性基团，如赖氨酸的氨基、谷氨酸的羧基、半胱氨酸的巯基等。 这些碱性、酸性基团在溶液中会解离（二性离子），解离的程度与离子的性质、溶液的pH值、蛋白质中游离基团的性质合数目等有关。其两性解离可表示为,两性 pH = pI,负离子 pH pI,正离子 pH pI,可见，在酸性溶液中蛋白质解离成阳离子，在碱性溶液中解离成阴离子.,等电点：在某个pH值时蛋白质成两性离子，所带正负电荷相等, 此pH值即为该蛋白质的等电点(pI), 不同的蛋白质有不同的pI值。 蛋白质中碱性基团多的称为碱性蛋白，其等电点pH值偏碱性。如鱼精蛋白、组蛋白等； 蛋白质中酸性基团多的
16、称为酸性蛋白，其等电点pH值偏酸性。如稻谷、小麦中的蛋白等。 蛋白质的两性和等电点在实际应用中很有用, 是分离提取蛋白质的依据。即等电点时蛋白质易沉淀，不在等电点时蛋白质含电荷，可在电场中移动(电泳）, 这些是分离、鉴定蛋白质的依据. (2) 胶体性质：蛋白质是大分子化合物, 其大小在胶粒的范围(0.10.001 mm), 故表现出胶体的性质。如双电层的形成、在水溶液中动力学稳定等。,2) 蛋白质的沉淀,由前述可知, 维持蛋白质溶液稳定的主要因素是蛋白质分子表面的水化膜和双电层。若用化学或物理的方法破坏蛋白质的这两种因素，则蛋白质分子将凝聚而沉淀。常用的方法有 盐析 有机溶剂沉淀蛋白质 重金属盐沉淀蛋白质 生物碱或酸试剂,蛋白质变性后的显著表现: 溶解度降低(等电点时特明显); 黏度升高、结晶破坏、对水解酶的抵抗力降低(变性蛋白易消化); 生物活性丧失等。即蛋白质的变性不仅改变其物理性质，而且也改变其生物性质。,蛋白质的变性和水解 变性：是蛋白质受物理和化学因素的影响, 改变其分子内部结构和性质的作用。 化学因素: 强酸、碱, 尿素, 重金属盐, 三氯乙酸, 乙醇，丙酮等； 物理因素：干燥, 加热, 高温，高压，激烈震荡或搅拌，紫外线, X-射线的照射，超声波处理等。,变性,凝结,