化学生物学导论-蛋白质化学.ppt

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1、化学与材料科学学院Chapter1Proteinchemistry第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学化学与材料科学学院分析化学学部化学与材料科学学院分析化学学部王骊丽王骊丽化学与材料科学学院本章内容本章内容第一节第一节 蛋白质的组成蛋白质的组成(Protein composition)第二节第二节 多肽多肽(Polypeptide)第三节第三节 蛋白质的结构蛋白质的结构(Protein structure)第四节第四节 蛋白质的分类蛋白质的分类(Protein classification)化学与材料科学学院主要知识点主要知识点熟练掌握构成蛋白质的熟练掌握构成蛋白质的20种氨基酸的基本结构、分

2、类和简种氨基酸的基本结构、分类和简写方式；写方式；熟练掌握氨基酸的结构特点和物理化学性质熟练掌握氨基酸的结构特点和物理化学性质（光学性质、（光学性质、两性电解质性质）；两性电解质性质）；掌握蛋白质一级结构的基本测定方法和高级结构的定义；掌握蛋白质一级结构的基本测定方法和高级结构的定义；掌握二级结构类型和特征，三级结构和四级结构的特性和掌握二级结构类型和特征，三级结构和四级结构的特性和区别。区别。熟练掌握蛋白质的理化性质及其应用；熟练掌握蛋白质的理化性质及其应用；了解多肽的合成方法。了解多肽的合成方法。：化学与材料科学学院第一节第一节 蛋白质组成蛋白质组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成

3、二、蛋白质的基本单位二、蛋白质的基本单位-氨基酸氨基酸三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质化学与材料科学学院一、蛋白质元素组成一、蛋白质元素组成(按干重计算按干重计算)在任何生物样品中，每克氮的存在，大约表示该样品含蛋白在任何生物样品中，每克氮的存在，大约表示该样品含蛋白质。质。凯氏定氮法以生物样品中的含氮量计算凯氏定氮法以生物样品中的含氮量计算蛋白质含量（质量分数，）蛋白质含量（质量分数，）每克样品中氮含量每克样品中氮含量g 100%主要元素：主要元素：C、O、N、H、微量元素：微量元素：S、P、Fe、Zn、Cu、Mo、I元素含量元素含量碳碳50%55%氮氮15.017.6氢氢6.97.7硫硫0

4、.32.3氧氧21%24磷磷0.4%0.9%各种蛋白质的氮元各种蛋白质的氮元素含量均接近于素含量均接近于16%1克氮相当于克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据克氮相当于克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据化学与材料科学学院二、蛋白质基本单位二、蛋白质基本单位-氨基酸氨基酸n除甘氨酸外，组成蛋白质结构单元氨基酸均属于除甘氨酸外，组成蛋白质结构单元氨基酸均属于L-氨基酸氨基酸，具有旋光性，具有旋光性左旋（左旋（-）或右旋（）或右旋（+）n天然蛋白质由天然蛋白质由20种氨基酸种氨基酸组成组成;n天然蛋白质含有若干种不常见的氨基酸衍生物天然蛋白质含有若干种不常见的氨基酸衍生物;n氨基酸是蛋白质水解的最

5、终产物，是组成蛋白质的基本单氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。位。化学与材料科学学院H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R1 1、氨基酸的结构和分类、氨基酸的结构和分类氨基酸均具有如下结构通式氨基酸均具有如下结构通式L-氨基酸（甘氨酸除外），氨基酸（甘氨酸除外），R为侧链为侧链化学与材料科学学院构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸种氨基酸化学与材料科学学院L-构型与构型与D-构型构型L-甘油醛甘油醛D-甘油醛甘油醛L-丙胺酸丙胺酸D-丙氨酸丙氨酸-氨基酸有两种构型氨基酸有两种构型:D构型和构型和L构型构型 它们是与甘油醛或乳它们是与甘油醛或乳酸相

6、比较而决定的。凡酸相比较而决定的。凡是与是与L甘油醛（或甘油醛（或L乳酸）构型相同的，就乳酸）构型相同的，就定义为定义为L氨基酸，反氨基酸，反之为之为D氨基酸。氨基酸。化学与材料科学学院20种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同氨基酸分类氨基酸分类按按R基和氨基酸性质的不同可分为基和氨基酸性质的不同可分为脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸含羟基或含硫氨基酸含羟基或含硫氨基酸环氨基酸以及酸性氨基酸及其酰胺环氨基酸以及酸性氨基酸及其酰胺化学与材料科学学院此类氨基酸由此类氨基酸由丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异

7、亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸硫氨酸和脯氨酸六个六个或称为疏水性氨基酸或称为疏水性氨基酸此类氨基酸此类氨基酸在水溶液中溶解度小在水溶液中溶解度小。氨基酸分类氨基酸分类（一）侧链含烃链的氨基酸属于（一）侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸化学与材料科学学院(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸极性中性氨基酸此类氨基酸有此类氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺；氨酸和谷氨酰胺；半胱氨酸半胱氨酸侧链的巯基失去质子的倾向较此类其他氨基酸为侧链的巯基失去质子的倾向较此类其他氨基酸为大

8、，其极性最强。大，其极性最强。氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院（三）侧链含芳香基团的氨基酸是（三）侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸芳香族氨基酸此类氨基酸有此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸；其侧链分别由其侧链分别由苯基、酚基和吲哚基；苯基、酚基和吲哚基；苯基的疏水较强；苯基的疏水较强；酚基和吲哚基酚基和吲哚基在一定的条件下可解离。在一定的条件下可解离。氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院（四）侧链含负性解离基团的氨基酸是（四）侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸酸性氨基酸此类氨基酸有此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸；其侧链都含有羧基，均可解离

9、而带负电荷；其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷；氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院（五）侧链含正性解离基团的氨基酸属于（五）侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸碱性氨基酸此类氨基酸有此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸；赖氨酸、精氨酸和组氨酸；其侧链分别含有其侧链分别含有氨基、胍基、和咪唑基，氨基、胍基、和咪唑基，均可发生质子化，均可发生质子化，使之带正电荷。使之带正电荷。氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院1）按）按R基化学结构分为基化学结构分为四大类四大类 2）按按R基极性分两类基极性分两类 极性极性AA：11种种非极性非极性AA：9种种 中性中性AA(15种种):有极性与非极性

10、有极性与非极性3）按按R基的性质分三类基的性质分三类 酸性酸性AA(2种种):天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸 碱性碱性AA(3种种):组、赖、精组、赖、精脂肪脂肪AA（15种）种）芳香族芳香族AA（2种）种）:苯丙氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、酪氨酸杂环族杂环族AA（2种）种）:组氨酸、色氨酸组氨酸、色氨酸杂环亚杂环亚AA（1种）种）:脯氨酸脯氨酸侧链侧链R基分类后排布基分类后排布化学与材料科学学院按营养状况分按营养状况分必需氨基酸必需氨基酸 ：人和动物体内需要而又不能自身合成，人和动物体内需要而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸。必须由食物供应的氨基酸。半必需氨基酸半必需氨基酸 ：尽管自身可以

11、合成，但合成量不能满：尽管自身可以合成，但合成量不能满足需要，尤其是婴幼儿，不能自身合成的氨基酸。足需要，尤其是婴幼儿，不能自身合成的氨基酸。非必需氨基酸非必需氨基酸 ：其他可已在体内合成以满足需要的：其他可已在体内合成以满足需要的氨基酸。氨基酸。氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院必须氨基酸共八种必须氨基酸共八种：蛋氨酸蛋氨酸(Met)，苏氨酸，苏氨酸(Thr)，色氨酸，色氨酸(Trp)，缬氨，缬氨酸酸(Val)，赖氨酸，赖氨酸(Lys)，苯丙氨酸，苯丙氨酸(Phe),异亮氨酸异亮氨酸(Ile)，亮氨酸，亮氨酸(Leu)。非必须氨基酸共两种非必须氨基酸共两种：组氨酸（组氨酸（His），精氨

12、酸（），精氨酸（Arg），体内合成效率较低，），体内合成效率较低，尤其婴幼儿时期可体外补充尤其婴幼儿时期可体外补充。氨基酸分类氨基酸分类化学与材料科学学院 脯氨酸脯氨酸-含有环状二级氨基含有环状二级氨基（亚氨基酸）（亚氨基酸）特殊氨基酸特殊氨基酸化学与材料科学学院半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH特殊氨基酸特殊氨基酸化学与材料科学学院2 2、几种不常见的重要氨基酸、几种不常见的重要氨基酸蛋白质肽链在合成过程中或合成后，某些氨基酸残基经酶催蛋白质肽链在合成过程中或合成后，某些氨基酸残基经酶催化修饰，改变其侧链的化学结构生成一些化修饰，改变其侧链的化学结构生成一些修饰修饰(modi

13、fied)氨氨基酸，具有新的结构和功能基酸，具有新的结构和功能胶原中出现的羟基氨基酸残基是形成坚韧的胶原纤维的必要条件；胶原中出现的羟基氨基酸残基是形成坚韧的胶原纤维的必要条件；甲状腺球蛋白中带有甲状腺素等碘化酪氨酸残基。甲状腺球蛋白中带有甲状腺素等碘化酪氨酸残基。化学与材料科学学院3、非蛋白氨基酸、非蛋白氨基酸u自然界中还存在一些并不是蛋白质组分的非蛋白自然界中还存在一些并不是蛋白质组分的非蛋白氨基酸，已经发现有氨基酸，已经发现有200余种，具有不同的功能余种，具有不同的功能；（见教科书（见教科书p9中表中表1-2）u细菌中含有多种细菌中含有多种-氨基酸：细菌细胞壁氨基酸：细菌细胞壁丙氨酸、

14、短杆菌肽丙氨酸、短杆菌肽D和多粘菌肽中和多粘菌肽中D-亮氨酸亮氨酸下页下页化学与材料科学学院返回返回化学与材料科学学院三三、氨基酸的性质、氨基酸的性质氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸具有共同或脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸具有共同或特异的理化性质。特异的理化性质。氨基酸为无色晶体，不同氨基酸晶体形状不相同氨基酸为无色晶体，不同氨基酸晶体形状不相同化学与材料科学学院构构成成蛋蛋白白质质20种种氨氨

15、基基酸酸中中，除除甘甘氨氨酸酸外外，均均含含有有一一个个手手性性-碳碳原原子子，都都具具有有旋旋光光性性，能能使使偏偏振振光光平平面面向向左左或或向向右右旋旋转转，左左旋旋者者通通常常用用（-）表表示示，右右旋者用（旋者用（+）表示；）表示；各各种种氨氨基基酸酸都都有有特特定定的的比比旋旋光光度度，可可作作为为各各种种氨基酸的定性、定量测定氨基酸的定性、定量测定的依据；的依据；比旋光度比旋光度是氨基酸重要物理常数。参见表是氨基酸重要物理常数。参见表1-31、氨基酸的光学活性、氨基酸的光学活性化学与材料科学学院化学与材料科学学院2、氨基酸的光吸收性质氨基酸的光吸收性质构成蛋白质构成蛋白质20种氨

16、基酸在可见光区都没有光吸种氨基酸在可见光区都没有光吸收，远紫外区（收，远紫外区（220nm）均有紫外吸收；）均有紫外吸收；在近紫外区在近紫外区220-300nm只有酪氨酸，苯丙氨酸、只有酪氨酸，苯丙氨酸、色氨酸有吸收光能力。色氨酸有吸收光能力。重要知识点！重要知识点！大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。白质含量的快速简便的方法。化学与材料科学学院芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收酪氨酸的酪氨酸的 max275nm色氨酸的色氨酸的 ma

17、x280nm苯丙氨酸的苯丙氨酸的 max257nm酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有紫外光吸收能力，有紫外光吸收能力，前者二个前者二个最大吸收峰在最大吸收峰在280nm附近附近；化学与材料科学学院考马斯亮兰法（考马斯亮兰法（Bradford法）法）nfolin酚试剂法（酚试剂法（Lowry法）法）n紫外吸收法紫外吸收法蛋白质含量测定方法蛋白质含量测定方法知识延伸知识延伸作业：查阅这三种方法测定原理？作业：查阅这三种方法测定原理？化学与材料科学学院3.两性解离和等电点两性解离和等电点n从结构上看，氨基酸分子中含有从结构上看，氨基酸分子中含有羧基（羧基（-COOH)和和氨基氨基（-

18、NH2）n从物理化学性质上看，氨基酸具有盐的某些属性：白色晶从物理化学性质上看，氨基酸具有盐的某些属性：白色晶体、熔点很高（体、熔点很高（200以上分解），不同程度溶于水，水溶以上分解），不同程度溶于水，水溶液具有较高的介电常数；不同一般的羧酸和胺；液具有较高的介电常数；不同一般的羧酸和胺；n氨基酸在氨基酸在结晶形态或水溶液中结晶形态或水溶液中，并不是以游离的羧基或氨，并不是以游离的羧基或氨基形式存在；基形式存在；n氨基酸以氨基酸以解离成两性离子，氨基以质子化（解离成两性离子，氨基以质子化（-NH3+)形式存形式存在，羧基以离解状态（在，羧基以离解状态（-COO-）存在。）存在。化学与材料科学

19、学院氨氨基基酸酸的的酸酸碱碱性性质质 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以要时以两性离子两性离子的形式存在的形式存在。氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质化学与材料科学学院氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子（净电荷（净电荷0）阳离子阳离子（净电荷（净电荷+1+1）质子受体质子受体阴离子阴离子（净电荷（净电荷-1）质子供体质子供体pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI水溶液中形式水溶液中形式氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质化学与材料科学学院氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质 氨基酸的可解离基团的氨基酸的可解离基团的pK值：氨基酸的每一功能基因可被酸值：氨基

20、酸的每一功能基因可被酸碱所滴定，可根据氨基酸的碱所滴定，可根据氨基酸的滴定曲线滴定曲线来推算来推算pK值。值。氨基酸的酸碱性质两个重要概念氨基酸的酸碱性质两个重要概念氨基酸的等电点氨基酸的等电点pI化学与材料科学学院v等电点等电点(isoelectricpoint,pI):在某一在某一pH的溶液的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值值称为该称为该氨基酸的氨基酸的等电点等电点。等电点的定义等电点的定义重要知识点！重要知识点！n在等电点时，氨基酸既不向正极也不向

21、负极移动，即氨基在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态；酸处于两性离子状态；n氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度，在不同的度，在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。化学与材料科学学院由甘氨酸（由甘氨酸（Gly）的两性解离和滴定曲线）的两性解离和滴定曲线可以看出，在和处，可以看出，在和处，Gly具有缓冲能力。具有缓冲能力。pK1和和pK2分别代表分别代表碳上碳上COOH和和NH3+的解离常数负对数。的解离常数负对数。曲线的转折点曲线的转折点pK1，在

22、此在此pH条件下，条件下，有一半发生电离。可以将有一半发生电离。可以将1mol/甘氨酸溶甘氨酸溶于水时，溶液的于水时，溶液的pH约为约为6，用标准盐酸溶，用标准盐酸溶液进行滴定，得到滴定曲线液进行滴定，得到滴定曲线A。曲线的转折点曲线的转折点pK2，另一半电离。，另一半电离。用标用标准准NaOH溶液滴定溶液滴定,得到曲线得到曲线B。等电点的确定等电点的确定 pI=1/2（pK1+pK2）图图1-3甘氨酸的酸碱滴定曲线甘氨酸的酸碱滴定曲线化学与材料科学学院 pI=1/2（pK1+pKR）pK1、pKR代表分别代表代表分别代表两性离子两边的解离常数两性离子两边的解离常数pK值；值；谷氨酸的等电点计

23、算谷氨酸的等电点计算谷氨酸的滴定曲线谷氨酸的滴定曲线化学与材料科学学院Titration curve for histidine组氨酸的滴定曲线组氨酸的滴定曲线化学与材料科学学院pI=（pK1+pK2）1 12n侧链侧链没有可解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的没有可解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和和pK2的算术平均值：的算术平均值：碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=（pK2+pKR）12酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=（pK1+pKR）12天冬氨酸天冬氨酸Asp和和谷氨酸谷氨酸Glu组氨酸组氨酸His、精、精氨酸氨酸Arg、赖氨、赖氨酸酸lys 等等电点点计算公式算公式(pK1、pK2

24、和和pKR分别代表分别代表a-C上上COOH、NH3+以及侧链基团以及侧链基团的解离常数负对数，通过测定滴定曲线的实验方法求得。的解离常数负对数，通过测定滴定曲线的实验方法求得。n对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于值也决定于两性离子两边的两性离子两边的pK值的算术平均值。值的算术平均值。化学与材料科学学院蛋白质的蛋白质的pK和和pI值值化学与材料科学学院n所带净电荷为零，氨基酸主要是两性离子形式所带净电荷为零，氨基酸主要是两性离子形式;氨基酸的电解（或解离）处于动态平衡；氨基酸的电解（或解离）处于动态平衡；易沉淀（失去静电斥力）。易沉淀（失去静电

25、斥力）。等电点时氨基酸的特性等电点时氨基酸的特性化学与材料科学学院 混合氨基酸的分离或制备；混合氨基酸的分离或制备；判断在某一判断在某一pH值下氨基酸的带电性。值下氨基酸的带电性。pHpI时，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动；时，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动；pHpI时，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动；时，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动；pH=pI时，氨基酸所带净电荷为零，在电场中在原点不动。时，氨基酸所带净电荷为零，在电场中在原点不动。当当pH=pHpI,则则|pH|越大，氨基酸所带电量越高。越大，氨基酸所带电量越高。氨基酸等电点特征的氨基酸等电点特征的应用应

26、用知识延伸知识延伸化学与材料科学学院(一一)氨基酸的制备氨基酸的制备 制备氨基酸有4 4种途径种途径：从蛋白质水解液中分离提取；从蛋白质水解液中分离提取；应用发酵法生产应用发酵法生产；应用酶的催化反应生成氨基酸应用酶的催化反应生成氨基酸；有机合成法有机合成法。适宜于中适宜于中小规模的生产小规模的生产可大规模可大规模生产生产氨基酸的制备和应用状况氨基酸的制备和应用状况知识延伸知识延伸化学与材料科学学院（二）氨基酸的用途（二）氨基酸的用途p蛋白质的基本组成蛋白质的基本组成p对生物体具有其他特殊的生理作用；对生物体具有其他特殊的生理作用；p参与许多代谢作用，不少已用来治疗疾病；参与许多代谢作用，不少

27、已用来治疗疾病；p用于食品强化剂、调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂用于食品强化剂、调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂p用于饲料添加剂；用于饲料添加剂；p调节皮肤调节皮肤pH值和保护皮肤的功能值和保护皮肤的功能氨基酸的制备和应用状况氨基酸的制备和应用状况知识延伸知识延伸化学与材料科学学院-氨基酸的重要化学反应氨基酸的重要化学反应 氨基酸既含有氨基，又含有羧基，其性质集中地表氨基酸既含有氨基，又含有羧基，其性质集中地表现在这两个官能团上现在这两个官能团上 。RCHCOOH NH2酯化酯化酰化酰化脱羧脱羧叠氮化叠氮化与亚硝酸反应与亚硝酸反应与醛酮反应与醛酮反应烃基化反应烃基化反应成盐成盐知识延伸知识延伸化

28、学与材料科学学院n氨基酸分子的氨基、羧基和一些侧链活性官氨基酸分子的氨基、羧基和一些侧链活性官能团发生多种化学反应：能团发生多种化学反应：-氨基氨基参与的反应参与的反应-羧基羧基参与的反应参与的反应-氨基和羧基氨基和羧基共同参与的反应共同参与的反应不同侧链基团性质不同侧链基团性质决定的化学反应决定的化学反应知识延伸知识延伸化学与材料科学学院1）-氨基参与的反应氨基参与的反应与甲醛发生羟甲基化反应与甲醛发生羟甲基化反应与亚硝酸反应与亚硝酸反应酰化反应酰化反应烃基化反应烃基化反应生成西佛碱的反应生成西佛碱的反应脱氨基和转氨基反应脱氨基和转氨基反应知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例1.与亚硝酸反

29、应（与亚硝酸反应（nitrousacidreaction)n在标准条件下测定生成的氮气体积，可对氨基酸进在标准条件下测定生成的氮气体积，可对氨基酸进行定量分析（范斯来克行定量分析（范斯来克-VanSlyke氨基氮测定法氨基氮测定法）;HNO2+H2N-CH-COOHHO-CH-COOH+N2+H2ORRn蛋白质水解程度的测定。蛋白质水解程度的测定。重氮化反应，得到重氮化反应，得到-羟基酸，羟基酸，定量地放出定量地放出N2N2气气知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例2.与与2，4二硝基氟苯反应（二硝基氟苯反应（Sanger反应）反应）应用：应用：DNFB用于测定蛋白质肽链用于测定蛋白质肽链N-

30、末端氨基酸。末端氨基酸。知识延伸知识延伸化学与材料科学学院成盐成盐反应反应形成酯形成酯的反应的反应形成酰卤形成酰卤的反应的反应叠氮化叠氮化反应反应脱羧脱羧反应反应-羧基参与的反应羧基参与的反应知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例1.与与Ba(OH)2共热失去羧基形成相应的胺共热失去羧基形成相应的胺知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例2.人体内通过脱羧酶发生脱羧反应人体内通过脱羧酶发生脱羧反应知识延伸知识延伸化学与材料科学学院与茚三酮反应与茚三酮反应:氨基酸与茚三酮水合物共热，可生氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大的吸收峰在成蓝紫色化合物，其最大的吸收峰在570 nm570

31、 nm处。处。由于最大吸收峰值与氨基酸的含量存在正比例关由于最大吸收峰值与氨基酸的含量存在正比例关系，因此，可作为系，因此，可作为氨基酸的含量定量分析氨基酸的含量定量分析；成肽反应：成肽反应：一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽。的氨基反应成肽。3）-氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例1.与茚三酮反应与茚三酮反应(ninhydrinreaction)（无色）（无色）蓝紫色蓝紫色化合物化合物加热加热（1）利用生成的蓝紫）利用生成的蓝紫色（比色法），此反应色（比色法），此反应用于氨基酸的定性和定用于氨基酸

32、的定性和定量分析。量分析。（2)通过测定反应中释通过测定反应中释放出的二氧化碳的量可放出的二氧化碳的量可以计算氨基酸的量以计算氨基酸的量（3）脯氨酸和羟脯氨）脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应不释放酸与茚三酮反应不释放氨，直接生成黄色化合氨，直接生成黄色化合物物。知识延伸知识延伸化学与材料科学学院-HOH例例2成肽反应成肽反应(peptidereaction)肽键知识延伸知识延伸化学与材料科学学院肽链的异构体肽链的异构体由两种氨基酸组成的如由两种氨基酸组成的如A和和B形成的二肽，有形成的二肽，有两种异两种异构体构体；有三种氨基酸组成的三肽，有有三种氨基酸组成的三肽，有六种异构体六种异构体；四肽有四肽

33、有24个异构体个异构体；五肽有五肽有120种种异构体，以此类推，异构体，以此类推，n个氨基酸的异构体，从理论上就有个氨基酸的异构体，从理论上就有1234n个异构体。个异构体。即它们的结构不同，性质相似，但却也不尽相同。即它们的结构不同，性质相似，但却也不尽相同。知识延伸知识延伸化学与材料科学学院4）不同侧链基团性质决定的化学反应）不同侧链基团性质决定的化学反应巯基巯基的性质的性质羟基羟基的性质的性质咪唑基咪唑基的性质的性质甲硫基甲硫基的性质的性质芳香环芳香环的性质的性质知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例1.1.与异硫氰酸苯脂反应（与异硫氰酸苯脂反应（Edmandegradation）应用：

34、应用：用于测定蛋白质肽链用于测定蛋白质肽链N-末端氨基酸排列顺序；末端氨基酸排列顺序；蛋白质氨基酸自动测序仪。蛋白质氨基酸自动测序仪。知识延伸知识延伸化学与材料科学学院例例2.与荧光胺的反应与荧光胺的反应应用：应用：采用荧光光度法测定氨基酸含量采用荧光光度法测定氨基酸含量产物的激发波长为：产物的激发波长为：x390nm，发射波长为：，发射波长为：M475nm读取发射光的读取发射光的M（荧光强度）即可测定（荧光强度）即可测定氨基酸含量。氨基酸含量。知识延伸知识延伸化学与材料科学学院指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜

35、单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”第二节第二节多肽多肽(peptide)一、多肽的结构一、多肽的结构二、肽键二、肽键三、多肽的性质三、多肽的性质四、天然存在的重要多肽四、天然存在的重要多肽五、多肽的合成五、多肽的合成化学与材料科学学院赫赫尔曼曼埃米埃米尔费歇歇尔HermannEmilFischer(1852-1919)1902年年,HermannEmilFischer提出了蛋白质提出了蛋白质的多肽结构学说。认为蛋白质分子是由许多的多肽结构学说。

36、认为蛋白质分子是由许多氨基酸以肽键（酰胺键）结合而成的长链高氨基酸以肽键（酰胺键）结合而成的长链高分子化合物。分子化合物。多肽结构学说多肽结构学说化学与材料科学学院一一分分子子氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一分分子子氨氨基基酸酸-氨氨基基脱脱去去一一分分子子水水形形成成的的酰酰胺胺键键称称为为肽肽键键，形形成成的的化化合合物称为肽。物称为肽。由由两两个个氨氨基基酸酸组组成成的的肽肽称称为为二二肽肽，由由多多个个氨氨基基酸酸组组成的肽则称为多肽。成的肽则称为多肽。指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对

37、象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”多肽的结构多肽的结构化学与材料科学学院习惯上，含有习惯上，含有1010个氨基酸构成的肽称为个氨基酸构成的肽称为寡肽寡肽；由由1010个以上氨基酸组成的肽称为个以上氨基酸组成的肽称为多肽多肽；指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”

38、菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”寡肽与多肽寡肽与多肽多多肽肽链链(polypeptidechain)是是指指许许多多氨氨基基酸酸之之间间以肽键连接而成的一种结构；以肽键连接而成的一种结构；多多肽肽链链的的方方向向是是从从氨氨基基末末端端（N-末末端端）走走向向羧羧基基末端（末端（C-末端）。末端）。参见蛋白质结构参见蛋白质结构化学与材料科学学院+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键二肽形成二肽形成化学与材料科学学院在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序；顺序称为氨基酸顺序；氨基酸的顺序

39、是从氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-端氨基端氨基酸残基为终点的排列顺序。五肽可表示为：酸残基为终点的排列顺序。五肽可表示为：五肽形成五肽形成丝氨酰丝氨酰-缬氨缬氨酰酰-酪氨酰酪氨酰-天冬氨酰天冬氨酰-谷酰胺或谷酰胺或Ser-Val-Tyr-Asp-Gln化学与材料科学学院N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶124个氨基酸个氨基酸化学与材料科学学院多肽是一个线性链状分子多肽是一个线性链状分子肽链中的氨基酸不是原来完整的分子，多肽链肽链中的氨基酸不是原来完整的分子，多肽链中的氨基酸单位称为中的氨基酸单位称为氨基酸残基氨基酸残基。肽键肽键链状结构链状结构化

40、学与材料科学学院多肽命名多肽命名氨基末端氨基末端羧基末端羧基末端下列五肽命名为下列五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸：化学与材料科学学院注意：在开链肽的在开链肽的N端端和和C端端可以有游离的可以有游离的氨基和氨基和羧基，羧基，而有的开链肽的而有的开链肽的N端或端或C端的游离的端的游离的氨基或氨基或羧基羧基被别的基团结合（如烷基化、酰化等）或被别的基团结合（如烷基化、酰化等）或N端残端残基自身环化。基自身环化。化学与材料科学学院由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱水缩合而形成的化学键。脱水缩合而形成的化学键。二、肽

41、键二、肽键(peptidebond)化学与材料科学学院在在蛋蛋白白质质或或多多肽肽的的肽肽键键中中，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；组成肽键的原子处于同一平面；明显的共轭作用；组成肽键的原子处于同一平面；-C=O与与-N-H之间呈反式面相互平行，很少扭曲。之间呈反式面相互平行，很少扭曲。肽键的特点肽键的特点 0.127nm键长键长=0.132nm0.148nm肽键的部分双键性质肽键的部分双键性质肽键的键长和键角肽键的键长和键角1925年年Linus Pauling等对肽结晶中肽键各等对肽结晶中肽键各原子之间键长和键角的分析原子之间键长和键角的分析化学与材

42、料科学学院n肽键中的肽键中的C-N键具有键具有部分双键性质，不能部分双键性质，不能自由旋转。自由旋转。n在大多数情况下，在大多数情况下，以以反式结构反式结构存在。存在。甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸肽键的反式结构肽键的反式结构化学与材料科学学院多肽的两性解离多肽的两性解离多肽的水解多肽的水解三、多肽的性质三、多肽的性质化学与材料科学学院多肽的两性解离：在多肽的两性解离：在pH0-14范围内，多肽分子中含有游离范围内，多肽分子中含有游离-NH2和游离和游离-COOH末端末端及侧链上可解离的基团及侧链上可解离的基团；多肽可以看成是一个多肽可以看成是一个“大氨基酸大氨基酸”，离解性质和氨基酸相似；，离解性

43、质和氨基酸相似；在水溶液中以两性离子形式存在，在水溶液中以两性离子形式存在，每一种肽都有其相应的等每一种肽都有其相应的等电点，计算方法与氨基酸一致且复杂；电点，计算方法与氨基酸一致且复杂；pI=（pK2+pK3）/2/21、多肽的两性离解、多肽的两性离解在等电点时，正离子数目与负离子数目相等，净电荷为零；在等电点时，正离子数目与负离子数目相等，净电荷为零；等电点的高低，主要取决于侧链上碱性和酸性基团的相对数目等电点的高低，主要取决于侧链上碱性和酸性基团的相对数目化学与材料科学学院多肽的水溶液存在形式多肽的水溶液存在形式多肽与溶液多肽与溶液pH 值相关值相关当溶液当溶液pH值小于等电点时，多肽以

44、正离子形式存在；值小于等电点时，多肽以正离子形式存在；当溶液当溶液pH值大于等电点时，多肽以负离子形式存在；值大于等电点时，多肽以负离子形式存在；当溶液当溶液pH值等于等电点时，多肽的溶解性最小，电泳时也值等于等电点时，多肽的溶解性最小，电泳时也不移动；不移动；化学与材料科学学院2、多肽链的水解、多肽链的水解酸水解：常用酸水解：常用6mol/L的盐酸或的盐酸或4mol/L硫酸在硫酸在105-110条件条件下进行水解，反应时间约下进行水解，反应时间约20h；优点：不容易引起水解产物的消旋化；缺点：色氨酸被沸优点：不容易引起水解产物的消旋化；缺点：色氨酸被沸算完全破坏；算完全破坏；碱水解：一般用碱

45、水解：一般用5mol/L的氢氧化钠煮沸的氢氧化钠煮沸10-20h；此法水解；此法水解过程许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产量太低。过程许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产量太低。酶水解：主要使用蛋白酶进行部分水解，如胰蛋白酶、胰酶水解：主要使用蛋白酶进行部分水解，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及其羧肽酶氨肽酶。此法不会破坏氨基酸，也凝乳蛋白酶及其羧肽酶氨肽酶。此法不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化，水解产物为部分较小肽段。不会发生消旋化，水解产物为部分较小肽段。返回返回化学与材料科学学院活性肽活性肽生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控

46、制、抗衰老、生物钟规病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽。律及分子进化等均涉及到活性肽。生物活性肽是机体内传递信息、调节代谢和协调生物活性肽是机体内传递信息、调节代谢和协调器官活动的重要化学信使。器官活动的重要化学信使。天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化学与材料科学学院高等动物中枢神经系统产生的一类小活性肽。如高等动物中枢神经系统产生的一类小活性肽。如Met-脑啡肽和脑啡肽和Leu-脑啡肽等。脑啡肽等。+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-1、脑啡肽是一类重要的肽、脑啡肽是一类重

47、要的肽天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化学与材料科学学院2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素的的N端残基是谷氨酸，此残基易于自身环化端残基是谷氨酸，此残基易于自身环化成焦谷氨酰基（成焦谷氨酰基（氨基与谷氨酸的氨基与谷氨酸的羧基脱水缩和而成）。羧基脱水缩和而成）。天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化学与材料科学学院3、抗生素、抗生素抗革兰阴性杆菌抗生素，抗革兰阴性杆菌抗生素，具杀菌作用具杀菌作用具有表面活性剂的作用具有表面活性剂的作用,能降低细能降低细菌细胞膜的表面张力菌细胞膜的表面张力,改变膜的通改变膜的通透性透性,甚至破坏膜甚至破坏膜天然存在的重

48、要多肽天然存在的重要多肽化学与材料科学学院4、激素、激素天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化学与材料科学学院天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽5、谷胱甘肽、谷胱甘肽(glutathione,GSH)是体内重要的还原肽是体内重要的还原肽谷胱甘肽谷胱甘肽的分子中有一个特殊的的分子中有一个特殊的肽键，是由谷氨酸的肽键，是由谷氨酸的羧基与半胱氨酸羧基与半胱氨酸的的氨基缩合而成。由于氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯基很容易氧化，二分中含有一个活泼的巯基很容易氧化，二分子子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽（脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）。）。化学与材料科学学院五、多肽

49、的化学合成五、多肽的化学合成多肽的化学合成，是按照设计的氨基酸顺序，通过定向形成多肽的化学合成，是按照设计的氨基酸顺序，通过定向形成酰胺键方法得到目标多肽分子；酰胺键方法得到目标多肽分子；氨基酸之间形成酰胺键的反应相当复杂；氨基酸之间形成酰胺键的反应相当复杂；要成功的合成具有特定氨基酸顺序的多肽，必须采用定向形要成功的合成具有特定氨基酸顺序的多肽，必须采用定向形成酰胺键方法，即对暂时不参予形成酰胺键的氨基和羧基，成酰胺键方法，即对暂时不参予形成酰胺键的氨基和羧基，以及侧链活性基团进行保护。同时还要对羧基进行活化。以及侧链活性基团进行保护。同时还要对羧基进行活化。化学与材料科学学院化学与材料科学

50、学院（一）氨基酸常用的保护方法（一）氨基酸常用的保护方法化学与材料科学学院保护基必须具备的条件保护基必须具备的条件p易在预定的部位引入，在接肽时能起保护作用；易在预定的部位引入，在接肽时能起保护作用；p在某特定的条件下，保护基很易除去；在某特定的条件下，保护基很易除去；p引入和除去保护基时，分子中的其它部位引入和除去保护基时，分子中的其它部位 不会受到影响，特别是已接好的肽键。不会受到影响，特别是已接好的肽键。1.氨基保护氨基保护2.羧基保护羧基保护3.侧链保护侧链保护4.接肽方法接肽方法多肽合成必须解决下面四个问题多肽合成必须解决下面四个问题化学与材料科学学院1、氨基的保护、氨基的保护u常用