生物化学-蛋白质.ppt

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1、第三章第三章 蛋白质（氨基酸）蛋白质（氨基酸）l第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论l第二节第二节 蛋白质组成蛋白质组成l第四章第四章 蛋白质结构蛋白质结构l第四节第四节 几种重要的蛋白质类型几种重要的蛋白质类型 l第五章第五章 蛋白质的性质蛋白质的性质l第六节第六节 蛋白质的结构和功能的关系蛋白质的结构和功能的关系蛋白质化学蛋白质化学蛋白质存在于所有蛋白质存在于所有的生物细胞中，是的生物细胞中，是构成生物体最基本构成生物体最基本的结构物质和功能的结构物质和功能物质。物质。蛋白质是生命活动蛋白质是生命活动的物质基础，它参的物质基础，它参与了几乎所有的生与了几乎所有的生命活动过程命活动过程。第一第

2、一节 蛋白蛋白质通通论 一、蛋白质化学研究史一、蛋白质化学研究史一、蛋白质化学研究史一、蛋白质化学研究史18381838年年 MullerMuller研究了血清、蛋清、蚕丝等物质的元素组成后研究了血清、蛋清、蚕丝等物质的元素组成后,发现它发现它 们均可以用们均可以用C C4040H H6262N N1010O O1212 来表示来表示,命名为命名为Protein(Protein(意为意为to to take the first place),take the first place),并发展成并发展成 基团基团 学说学说 1919世纪末世纪末 从蛋白质水解产物分离得到了从蛋白质水解产物分离得到

3、了1313种氨基酸种氨基酸,基团学说消声匿迹基团学说消声匿迹19021902年年 FischerFischer同同HofmeisteHofmeiste时提出肽键理论时提出肽键理论19241924年年 Svedberg Svedberg 发明超离心机发明超离心机19301930年年代代 BergmannBergmann合成出只含合成出只含L L型氨基酸的多肽型氨基酸的多肽19501950年年 PaulingPauling提出蛋白质的二级结构的基本单位：提出蛋白质的二级结构的基本单位：-螺旋和螺旋和-折叠折叠19531953年年 SangerSanger确定了牛胰岛素的一级结构确定了牛胰岛素的一级

4、结构19581958年年 Perutz&KendrewPerutz&Kendrew用用X X光衍射法确定了肌红蛋白的立体结构光衍射法确定了肌红蛋白的立体结构19611961年年 AnfinsenAnfinsen证明蛋白质的一级结构决定其立体结构证明蛋白质的一级结构决定其立体结构19801980年年代代 蛋白质工程的兴起蛋白质工程的兴起19971997年年 蛋白组研究的概念蛋白组研究的概念19991999年年 蛋白质芯片技术出现蛋白质芯片技术出现二、二、蛋白质的分类蛋白质的分类l1 1、依据蛋白质的外形分类、依据蛋白质的外形分类l按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。l球状蛋白质：球状

5、蛋白质：globular proteinglobular protein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。l纤维状蛋白质纤维状蛋白质：fibrous proteinfibrous protein分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。2 2、依据蛋白质的组成分类、依据蛋白质的组成分类l按照蛋白质的组成，可以分为按照蛋白质的组成，可以分为:l简单蛋白简单蛋白(simple protein)(simple protein)l结合蛋白结合蛋白(conjugated protein)(conjuga

6、ted protein)（1 1）、）、简单蛋白简单蛋白l 又称为单纯蛋白质；又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由这类蛋白质只含由-氨基酸组氨基酸组成的肽链成的肽链，不含其它成分。，不含其它成分。lA A、清蛋白和球蛋白：、清蛋白和球蛋白：albumin and globulin广泛存在于广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。溶于稀酸中。lB B、谷蛋白、谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者

7、可溶于70708080乙醇中。乙醇中。lC C、精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。、精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。lD D、硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织、硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。（2 2）、）、结合蛋白结合蛋白l由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，lA A、色蛋白、色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。lB B、糖蛋白、糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组

8、成：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。lC C、脂蛋白、脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-，-脂蛋白等。lD D、核蛋白、核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。lE、金属蛋白、金属蛋白由蛋白质和金属组成，如：铁硫蛋白、细胞色素等。lF、磷蛋白、磷蛋白由磷酸和蛋白质组成。如：胃蛋白酶、酪蛋白等。（2 2）、）、结合蛋白结合蛋白 三、三、蛋白质的功能蛋白质的功能1、催化功能、催化功能 酶酶 （淀粉酶）（淀粉酶）2、调节功能、调节功能 激素（胰岛素）激素（胰岛素）3、运动功能、运动功能 肌球蛋白肌球蛋白

9、4、运输功能、运输功能 血红蛋白血红蛋白5、防御功能、防御功能 免疫球蛋白免疫球蛋白6、营养功能、营养功能 酪蛋白酪蛋白7、结构成分、结构成分 胶原蛋白胶原蛋白 8、支架作用、支架作用 微管蛋白微管蛋白9、异常功能、异常功能 甜蛋白（应乐果蛋白）甜蛋白（应乐果蛋白）返回第二节、蛋白质的组成一、元素组成一、元素组成l大量元素大量元素lC 5055%lH 6-8%lO 20-23%lN 15-18%lS 0-4%l微量元素lFeCuMnlZnCoMglI二、二、蛋白质的构蛋白质的构件单位件单位-氨基酸氨基酸l 除除甘甘氨氨酸酸和和脯脯氨氨酸酸外外，其其他他均均具具有有如如下下结结构构通式。通式。各

10、种氨基酸的区别在于侧链各种氨基酸的区别在于侧链R R基的不同。基的不同。2020种基种基本氨基酸按本氨基酸按R R的极性可分为非极性氨基酸、极性的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。-氨基酸氨基酸可变部可变部分分不变部不变部分分（一）、（一）、（一）、（一）、氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸

11、Valine脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline亚氨基酸亚氨

12、基酸氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine含硫氨基酸含硫氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸氨基酸的结氨基酸的结芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙

13、氨酸苯丙氨酸Phenylalanine氨基酸的结构氨基酸的结构芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine氨基酸的结构氨基酸的结构芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 Trytophan氨基酸的结构氨基酸的结构碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine氨基酸的结构氨基酸的结构碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine氨基酸的结构氨基酸的结构碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine组氨酸组氨酸 His

14、tidine氨基酸的结构氨基酸的结构天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate酸性氨基酸酸性氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸含羟基氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine含羟基氨基酸含羟基氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸氨基酸的结构氨基酸的结构天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷酰胺谷酰胺 Glutamine含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸（二

15、）、（二）、几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸l在在少少数数蛋蛋白白质质中中分分离离出出一一些些不不常常见见的的氨氨基基酸酸，通通常常称称为不常见蛋白质氨基酸。为不常见蛋白质氨基酸。l这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。l其其中中重重要要的的有有4-4-羟羟基基脯脯氨氨酸酸、5-5-羟羟基基赖赖氨氨酸酸、N-N-甲甲基基赖赖氨氨酸酸、和和3,5-3,5-二二碘碘酪酪氨氨酸酸等等。这这些些不不常常见见蛋蛋白白质质氨氨基酸的结构如下。基酸的结构如下。（三三）非非蛋蛋白白天天然然氨氨基基酸酸l高丝氨酸l高半胱氨酸l瓜氨酸l鸟氨酸（五）（五

16、）氨基酸的物理性质氨基酸的物理性质 1、一般物理性质一般物理性质l 无色晶体，熔点较高（无色晶体，熔点较高（200200一一300300），水中溶解度各不同，取决于侧链。，水中溶解度各不同，取决于侧链。l 在紫外有特征吸收的仅三个芳香族的在紫外有特征吸收的仅三个芳香族的氨基酸氨基酸TrpTrp、TyrTyr、Phe,Phe,利用这一特点，利用这一特点，可以通过测定可以通过测定280nm280nm处的紫外吸收值的方处的紫外吸收值的方法对蛋白溶液进行定量。法对蛋白溶液进行定量。TrpTrp,TyrTyr和和PhePhe的紫外吸收的紫外吸收2、氨基酸的旋光性、氨基酸的旋光性l除甘氨酸外，氨基酸均含有

17、一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性碳原子，因此都具有旋光性。l比旋光度是氨基酸的重要物理常数之比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据一，是鉴别各种氨基酸的重要依据 3 3、氨基酸的构型、氨基酸的构型L L型氨基酸型氨基酸 与与 D D型氨基酸型氨基酸L-amino acidD-amino acidL和D型氨基酸4、两性解离及等电点、两性解离及等电点（1 1）氨基酸的离解性质氨基酸的离解性质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子

18、。在两性离子中，氨基离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化是以质子化(-NH(-NH3 3+)形式存在，羧基是以形式存在，羧基是以离解状态离解状态(-COO(-COO-)存在存在l在在不不同同的的pHpH条条件件下下，两两性性离离子子的的状状态态也也随之发生变化。随之发生变化。PH1710净电荷+10-1正离子两性离子负离子等电点PI（2）、）、氨基酸的等电点氨基酸的等电点l 当当溶溶液液浓浓度度为为某某一一pHpH值值时时，氨氨基基酸酸分分子子中中所所含含的的-NHNH3 3+和和-COO-COO-数数目目正正好好相相等等，净净电电荷荷为为0 0。这这一一pHpH值值即即为为氨氨基基酸

19、酸的的等等电电点点，简简称称p pI I。在在等等电电点点时时，氨氨基基酸酸既既不不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。l 等电点的计算等电点的计算 l 侧侧链链不不含含离离解解基基团团的的中中性性氨氨基基酸酸，其其等等电电点点是是它它的的p pK K1 1和和p pK K2 2的的算算术术平平均均值值：p pI I =(p(pK K1 1 +p pK K2 2)/2)/2 l 同同样样，对对于于侧侧链链含含有有可可解解离离基基团团的的氨氨基基酸酸，其其p pI I值也决定于两性离子两边的值也决定于两性离子两边的p pK K值的算术平

20、均值。值的算术平均值。l 酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pI I=(p=(pK K1 1+p+pK KR-COOR-COO-)/2)/2 l 硷性氨基酸：硷性氨基酸：p pI I=(p=(pK K2 2+p+pK KR-NH2 R-NH2)/2)/2（六）氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（1 1 1 1）与与与与甲甲甲甲醛醛醛醛发发发发生生生生羟羟羟羟甲甲甲甲基基基基化化化化反反反反应应应应用途用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。可以用来直接测定氨基酸的浓度。（六）氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（2 2）与与与与亚亚亚亚硝硝硝硝酸

21、酸酸酸反反反反应应应应用途用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。（六）氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（3）酰化反应用途用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（4 4）烃烃基基化化反反应应用途用途：是鉴定多肽是鉴定多肽N-N-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法。（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（5 5）生生成成西西佛佛碱碱的的反反应应用途用途：是多种酶促反应的中间过程。（六）

22、、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应（6 6）脱脱氨氨基基和和转转氨氨基基反反应应用途用途：酶催化的反应。酶催化的反应。（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。2-羧基参与的反应（1 1）成成盐盐反反应应用途用途：识别溶液食品等里有无重金属的存在（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 11-氨基参与的反应氨基参与的反应（2 2）形形成成酯酯的的反反应应用途用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。2-羧基参与的反应（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学

23、性质1 1（3 3）形形成成酰酰卤卤的的反反应应用途用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。2-羧基参与的反应（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质（4 4）叠叠叠叠氮氮氮氮化化化化反反反反应应应应用途用途：常作为多肽合成活性中间体。常作为多肽合成活性中间体。2-羧基参与的反应（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1（5 5）脱脱脱脱羧羧羧羧反反反反应应应应用途用途：酶催化的反应酶催化的反应。2-羧基参与的反应（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1(1 1)与与茚茚三三酮酮反反应应用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定

24、量分析。3-氨基和羧基共同参与的反应茚三茚三酮酮水合茚三酮水合茚三酮（六）、氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1（2 2 2 2）成成成成肽肽肽肽反反反反应应应应用途用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。3-氨基和羧基共同参与的反应4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质的性质1作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可用于巯基的保护。4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质的性质作用：作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。4侧侧链

25、链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质）的性质作用：作用：可用于可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB(DTNB)4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质）的性质作用：作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂。胱氨酸胱氨酸4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（2）羟基的性质羟基的性质1作用：可用于修饰蛋白质。作用：可用于修饰蛋白质。二异丙基氟磷酸二异丙基氟磷酸酯酯4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（3）咪唑基的

26、性质咪唑基的性质组氨酸含有咪唑基，它的组氨酸含有咪唑基，它的p pK K2 2值为值为，在，在生理条件下具有缓冲作用。生理条件下具有缓冲作用。l组组氨氨酸酸中中的的咪咪唑唑基基能能够够发发生生多多种种化化学学反反应应。可可以以与与ATPATP发发生生磷磷酰酰化化反反应应，形形成成磷磷酸组氨酸，从而使酶活化。酸组氨酸，从而使酶活化。l组组氨氨酸酸的的咪咪唑唑基基也也能能发发生生烷烷基基化化反反应应。生生成成烷烷基基咪咪唑唑衍衍生生物物，并并引引起起酶酶活活性性的的降低或丧失降低或丧失作用：作用：。4侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（4 4）甲硫基的性质）甲硫基的性质1作用：作用：。（七）、（

27、七）、氨基酸的分离分析氨基酸的分离分析l1 1、分配柱层析、分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。l2 2、滤纸层析、滤纸层析：l3 3、薄层层析、薄层层析：l4 4、离子交换层析、离子交换层析：阴离子交换树脂-N(CH3)3OH，阳离子交换树脂-SO3Hl5 5、电泳、电泳：（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5 5种：种：l（1 1）直接发酵法；）直接发酵法；l（2 2）添加前体发酵法；）添加前体发酵法；l（3 3）酶法；）酶法；l（4 4）化学合成法；）化学合成法；l（5 5）蛋白质水解提取法。）

28、蛋白质水解提取法。l通通常常将将直直接接发发酵酵法法和和添添加加前前体体发发酵酵法法统统称为发酵法称为发酵法。合合成成方方法法（八）、（八）、氨基酸的合成氨基酸的合成l通过通过对菌株的诱变处理，产生的新对菌株的诱变处理，产生的新微生微生物某代谢物在体内积累，从而达到生产物某代谢物在体内积累，从而达到生产的目的。的目的。l直接发酵法以葡萄糖，氨等为原料。直接发酵法以葡萄糖，氨等为原料。l应用直接发酵法生产氨基酸产量最大的应用直接发酵法生产氨基酸产量最大的是谷氨酸，其次是赖氨酸，其余可以生是谷氨酸，其次是赖氨酸，其余可以生产的品种有苏氨酸、异亮氨酸、结氨酸、产的品种有苏氨酸、异亮氨酸、结氨酸、精氨

29、酸。组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜精氨酸。组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸等。氨酸等。1 1、直直接接发发酵酵法法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l又称为微生物转化法。这种方法使用葡又称为微生物转化法。这种方法使用葡萄糖作为发酵碳源、能源，再添加特异萄糖作为发酵碳源、能源，再添加特异的前体物质，以避免氨基酸合成途径的的前体物质，以避免氨基酸合成途径的反馈抑制作用，经微生物作用将其有效反馈抑制作用，经微生物作用将其有效地转化为目的氨基酸。地转化为目的氨基酸。l目前成功地用邻氨基苯甲酸作为前体，目前成功地用邻氨基苯甲酸作为前体，工业生产色氨酸；用甘氨酸作为前体工工业生产色氨酸；用甘氨酸作

30、为前体工业化生产丝氨酸。业化生产丝氨酸。2 2添添加加前前体体发发酵酵法法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l用用微微生生物物产产生生的的酶酶作作催催化化剂剂，直直接接使使底底物物转转化化为为目目标标氨氨基基酸酸。具具有有工工艺艺简简单单，周周期期短短、耗耗能能低低、专专一一性性强强、收收率率高高等等特点。特点。3 3、酶酶法法 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l反丁烯二酸反丁烯二酸 NHNH3 3 L-L-天冬氨酸天冬氨酸 3 3、酶酶法法l天冬氨酸酶 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成lL-天冬氨酸 H2OL-丙氨酸CO2 3 3、酶酶法法天冬氨

31、酸-脱羧酶 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 -氯氯-L-L-丙氨酸丙氨酸H H2 2S-L-S-L-半胱氨酸半胱氨酸HClHCl3 3、酶酶法法半胱氨酸脱硫基酶半胱氨酸脱硫基酶 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l甘氨酸甘氨酸 甲醛甲醛-L-L-丝氨酸丝氨酸 3 3、酶酶法法l丝氨酸转羟甲基酶丝氨酸转羟甲基酶（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 甘氨酸甘氨酸 乙醛乙醛 L-L-苏氨酸苏氨酸 3 3、酶酶法法苏氨酸醛缩酶苏氨酸醛缩酶（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 醛与氢氰酸和氨反应得到氰氨化物，经水醛与氢氰酸和氨反应得到氰氨化物，经水

32、解得到外消旋的氨基酸。解得到外消旋的氨基酸。4 4.化化学学合合成成法法（1 1）StreckerStrecker合成法合成法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 -酮酸与氨作用，生成亚胺，再还原成酮酸与氨作用，生成亚胺，再还原成外消旋的氨基酸。外消旋的氨基酸。4 4.化化学学合合成成法法（2 2）还原氨化法）还原氨化法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成 此法是先制得此法是先制得-溴代羧酸，再在封溴代羧酸，再在封管内或高压釜内和氨气反应得到外消旋管内或高压釜内和氨气反应得到外消旋氨基酸。氨基酸。4 4.化化学学合合成成法法（3 3）-溴代羧酸氨化法溴代羧酸氨化法（八）

33、、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l丙二酸酯经亚硝化、催化氢化得到乙酰氨基丙二酸酯。在不同反应条件下，可以进一步得到各种氨基酸 4 4、化化学学合合成成法法（4 4）丙二酸酯合成法）丙二酸酯合成法 a.a.a.a.乙酰氨基丙二酸酯合成法乙酰氨基丙二酸酯合成法乙酰氨基丙二酸酯合成法乙酰氨基丙二酸酯合成法 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l丙二酸酯溴化后与邻苯二甲酰亚胺钾反应得到邻苯二甲酰亚胺基丙二酸酯。它作为中间体，可以进一步与多种试剂发生反应制得不同的氨基酸4 4.化化学学合合成成法法（4 4）丙二酸酯合成法）丙二酸酯合成法B.B.B.B.溴代丙二酸酯合成法溴代丙二酸酯

34、合成法溴代丙二酸酯合成法溴代丙二酸酯合成法 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l通通常常可可以以使使消消旋旋体体与与一一个个具具有有光光学学活活性性的的化化合合物物反反应应得得到到非非对对映映体体，然然后后利利用用二二者者的的物物理理或或化化学学性性质质的的不不同同进进行行分分离离。常常用用的的光光学学活活性性化化合合物物有有生生物物碱碱（如马钱子碱）或有机酸（如酒石酸）等。（如马钱子碱）或有机酸（如酒石酸）等。lL-L-氨氨基基酸酸 +纯纯手手性性碱碱（或或酸酸）L-L-氨氨基基酸酸盐盐 分离分离lD-D-氨基酸氨基酸 D-D-氨基酸盐氨基酸盐5 5.外外消消旋旋氨氨基基酸酸的

35、的拆拆分分(1)(1)化学法化学法 （八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成5 5.外外消消旋旋氨氨基基酸酸的的拆拆分分（2 2）酶解法）酶解法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l不对称加成途径不对称加成途径通过加成试剂（一般是加氢）的选择性加成而实现的合成途径,例如Corey法合成手性纯氨基酸6 6氨氨基基酸酸的的不不对对称称合合成成 （1 1）应用不对称前体合成法）应用不对称前体合成法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l不对称取代途径不对称取代途径l通通过过试试剂剂（一一般般是是烷烷基基化化）的的选选择择性性取取代代而而实现的合成途径实现的合成途径6 6

36、氨氨基基酸酸的的不不对对称称合合成成 （1 1）应用不对称前体合成法）应用不对称前体合成法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l此此法法的的关关键键是是制制备备一一种种具具有有特特殊殊空空间间结结构构的的加加氢氢催催化化剂剂，这这种种催催化化剂剂能能够够识识别别底底物物分分子子的的潜潜手手性性面面，使使氢氢原原子子只只能能从从一一个个方方向向进进行行加加成成，得得到到光光学学纯纯异异构体。构体。6 6氨氨基基酸酸的的不不对对称称合合成成 （2 2）应用不对称催化剂合成法）应用不对称催化剂合成法（八）、（八）、氨基酸的化学合成氨基酸的化学合成l反应基本过程反应基本过程6 6氨氨基基酸

37、酸的的不不对对称称合合成成 （2 2）应用不对称催化剂合成法）应用不对称催化剂合成法（九）（九）氨基酸的应用氨基酸的应用l1 1、医药工业、医药工业l 氨基酸输液氨基酸输液l 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸丙氨酸、蛋氨酸l 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。幼儿所必需的。治疗药剂治疗药剂l1 1，精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等，精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；疾病颇有效果；l2 2，天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗，

38、天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。l3 3，半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治，半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；l组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。心功能不全等疾病的治疗。2 2、化学工业、化学工业l维生素维生素B B6 6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。l叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。l氨基酸表面活性剂

39、：酰基谷氨酸钠、十六烷基氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-L-赖氨酰赖氨酰-L-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-L-精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。且无刺激性。l聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂等为可塑剂，稳定剂等。3 3、食品工业、食品工业l营养强化剂；营养强化剂；l谷氨酸钠

40、味精；谷氨酸钠味精；l天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；清凉感并使香味浓厚爽口；l天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素APMAPM4 4、农业、农业l杀虫剂：刀豆氨酸、杀虫剂：刀豆氨酸、5-5-羟色氨酸可使南方毛虫羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；螨效果；l杀菌剂：杀菌剂：N-N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；-1-1，4 4环己二烯丙

41、氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；病等；l除草剂：如除草剂：如N-3,4N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；等；5 5、化妆品工业、化妆品工业l氨基酸能调节皮肤氨基酸能调节皮肤pHpH的变动，对细菌的的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。成分，增加皮肤、毛发的光泽。l防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。l在化妆品

42、中添加天冬氨酸或其衍生物以在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可防止皮肤老化。及一些维生素，可防止皮肤老化。返回第四章、蛋白质的结构 一、一、肽肽l一个氨基酸的氨基与另一个一个氨基酸的氨基与另一个l氨基酸的羧基之间失水形成氨基酸的羧基之间失水形成l的酰胺键称为的酰胺键称为肽键，l所形成的化合物称为所形成的化合物称为肽肽。l由两个氨基酸组成的肽称由两个氨基酸组成的肽称l为为二肽二肽，由多个氨基酸组成，由多个氨基酸组成l的肽则称为的肽则称为多肽多肽。l组成多肽的氨基酸单元称为组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基氨基酸残基。l通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的

43、-氨基，氨基，称为氨基端或称为氨基端或N-N-端；在另一端含有一个游离的端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或羧基，称为羧基端或C-C-端。端。l氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：肽可表示为：l Ser-Val-Tyr-Asp-Gln Ser-Val-Tyr-Asp-Gln (一）、一）、一）、一）、肽键及肽平面肽键及肽平面l肽肽键键的的特特点点是是氮氮原原子子上上的的孤孤对对电电子子与与羰羰基基具具有有明显的共轭作用。明显的共轭作用。l组成

44、肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。1 1、肽键、肽键l肽肽键键中中的的C-NC-N键键具具有有部部分分双键性质，不能自由旋转。双键性质，不能自由旋转。l在大多数情况下，以反式在大多数情况下，以反式结构存在。结构存在。2、肽的结构肽的结构l肽肽的的二二面面角角 3 3、天然存在的重要多肽、天然存在的重要多肽l在生物体中，多肽最重要的存在形式是在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。作为蛋白质的亚单位。l但是，也有许多分子量比较小的多肽以但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。

45、殊的生理功能，常称为活性肽。l如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-脑啡肽脑啡肽 Leu-脑啡肽脑啡肽llL-Leu-D-Phe-L-Pro-L-ValllL-OrnL-OrnllL-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leull短杆菌肽短杆菌肽S(S(环十肽环十肽)l由由细细菌菌分分泌泌的的多多肽肽，有有时时也也都都含含有有D-D-氨氨基基酸酸和和一一些些不不常常见见氨氨基基酸酸，如如鸟鸟

46、氨氨酸酸（Ornithine,Ornithine,缩写为缩写为 Orn Orn）。）。二、二、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构l（一）、（一）、蛋白质的一蛋白质的一级结构级结构 (Primary structure)l包括组成蛋白质的多肽包括组成蛋白质的多肽链数目链数目.l多肽链的氨基酸顺序，多肽链的氨基酸顺序，l以及多肽链内或链间二以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。硫键的数目和位置。l其中最重要的是多肽链其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。白质生物功能的基础。蛋白质和肽的区别蛋白质和肽的区别l1、蛋白质分子量大、蛋白质分子量大（最小为（最小为5

47、700道尔顿）道尔顿）l2、蛋白质为直链分子，肽可以是直链分子，、蛋白质为直链分子，肽可以是直链分子，l 也可以是分支分子，也可以是环状分子。也可以是分支分子，也可以是环状分子。l3、蛋白质在溶液中构象稳定，肽在溶液中、蛋白质在溶液中构象稳定，肽在溶液中有构象漂移现象。有构象漂移现象。l4、蛋白质分子中仅含、蛋白质分子中仅含L-氨基酸，而肽中氨基酸，而肽中D-含氨基酸。含氨基酸。（二）、蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定l 蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从学研究的基础。自从19531953年测定了胰岛年测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经

48、有上千种素的一级结构以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。不同蛋白质的一级结构被测定。l蛋白质一级结构的测定的战略：蛋白质一级结构的测定的战略：l片段重叠法片段重叠法l(1)(1)、样品必需纯（、样品必需纯（97%97%以上）；以上）；l(2)(2)、知道蛋白质的分子量；、知道蛋白质的分子量；l(3)(3)、知道蛋白质由几个亚基组成；、知道蛋白质由几个亚基组成；l(4)(4)、测定蛋白质的氨基酸组成；并根、测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。据分子量计算每种氨基酸的个数。l(5)(5)、测定水解液中的氨量，计算酰胺、测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。的含量。

49、1 1、测定蛋白质一级结构的要求、测定蛋白质一级结构的要求2、测定步骤、测定步骤l(1)、多肽链的拆分。多肽链的拆分。l由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质一一一一级级级级结结结结构构构构的的的的测测测测定定定定2、测定步骤、测定步骤l(1)、多肽链的拆分多肽链的拆分。l几条多肽链借助非共价键连接在一起，几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L8mol/L尿尿素或素或6mol/L6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽盐酸胍处理，即可分开多

50、肽链链(亚基亚基).).蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质一一一一级级级级结结结结构构构构的的的的测测测测定定定定(1)(1)、多肽链的拆分、多肽链的拆分 几条多肽链借助共价键连接在一起，几条多肽链借助共价键连接在一起，如：胰岛素，可用过甲酸氧化法或如：胰岛素，可用过甲酸氧化法或-巯基乙醇还原法。巯基乙醇还原法。2、测定步骤、测定步骤l(2)、测定蛋白质分子中多肽链的数目测定蛋白质分子中多肽链的数目。l通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。链的数目。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质一一一一级级级级结结结结