第18章氨基酸多肽蛋白质.ppt
第18章 氨基酸 多肽 蛋白质 目录 18.1-氨基酸 18.1.1-氨基酸的结构和命名 18.1.2-氨基酸的物理性质 18.1.3-氨基酸的化学反应 18.1.4 氨基酸的制备 18.2 多肽 18.2.1肽和肽键 18.2.2多肽的结构和测定 18.2.3多肽的合成 18.3 蛋白质 18.3.1 蛋白质的元素组成 18.3.2 蛋白质的性质 18.3.3 蛋白质的结构18.1-氨基酸18.1.1-氨基酸的结构 -氨基酸的通式为RCH（NH2）COOH。R基团可以是烷基或芳基，它还可以含有羟基、氨基、巯基、硫化物、羧基、胍基或咪唑基等基团。天然产氨基酸，除甘氨酸外，其他氨基酸的-碳原子都是手性的，具有旋光性，-氨基酸中的手性碳原子可以用R，S构型标记法，但与糖一样，习惯用D或L构型法标记。D或L也是以甘油醛为标准来确定的。-氨基酸一般用Fischer投影式表示，将羧基写在竖线的上方，R基写在竖线的下方，氨基和氢写在横线的两侧，若氨基的位置与L-甘油醛中的羟基的位置一致，就定义为L-氨基酸，反之，定义为D-氨基酸。天然的氨基酸多数是L-型的。COOHHH2NOHHCH3L-苏氨酸COOHCH3HH2N L-丙氨酸 1.-氨基酸的结构和命名 2.-氨基酸的分类 （1）根据其分子中所含氨基和羧基的数目：酸性氨基酸：氨基数目小于羧基 中性氨基酸：氨基数目等于羧基 碱性氨基酸：氨基数目大于羧基 注意 中性氨基酸并不是真正中性的物质，只能说它们近乎中性 （2）根据其分子中所含的烃基的类型分为：脂肪族氨基酸、芳香族氨基 酸和杂环氨基酸 3.氨基酸的命名 氨基酸的系统命名法是将氨基作为羧酸的取代基命名的。但天然氨基酸常根据其来源或性质多用俗名。如胱氨酸是因它最先来自尿结石；甘氨酸是由于它具有甜味而得名。18.1.2-氨基酸的物理性质 -氨基酸的的熔点很高，并多数在熔化时分解。-氨基酸溶于水，不溶于有机溶剂。-氨基酸的偶极矩比相对分子质量相近的胺和羧酸要大的多。H2NCH2COOHCH3CH2COOHCH3CH2CH2CH2NH2甘氨酸丙酸丁胺46.710-30C.m5.6710-30C.m4.6710-30C.m18.1.2-氨基酸的化学反应 氨基酸分子内既含有氨基又含有羧基，因此它们具有氨基和羧基的典型性质。但是由于两种官能团在分子内的相互影响，又具有一些特殊的性质。1.羧基的反应羧基的反应 氨基酸中的羧基能生成酯、酸酐、酰胺；能与肼作用生成酰肼；酰肼与亚 硝酸作用则生成叠氮化合物。H2N CHRCOOHH2N CHRCOORNH2NH2H2N CHRCONHNH2HNO2H2N CHRCON3 叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽(叠氮法)。能保持产品的光学纯度。H2N CHRCOORZNH CHRCON3+ZNHCHRCO NH CHRCOOR 两分子氨基酸加热能失去两分子生成二酮吡嗪。2.氨基的反应氨基的反应 （1）酰基化，生成酰胺CHRNCOOHHHCHOOCHRN HHCHHNCCHNHCRROO+H2ORCOCl+NH2CHCOOHRCONH+HClCHRCOOHR在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。+NH2CHCOOHRCH2O COClCH2O CONHCHRCOOH（2）羟基化，生成N-烃基氨基酸（3）与亚硝酸反应+CH2COOHRFNO2O2NNHNO2O2NCHRCOOHH2N+H2N CHCOOHRHO CHRCOOHHNO2+N2+H2O 3.两性和等电点两性和等电点 （1）两性 氨基酸既能与酸反应，又能与碱反应，为两性化合物。分子内的氨基 和羧基也能反应生成盐，称为内盐，亦称两性离子或偶极离子。所以氨基酸 能溶于水且有高的熔点。在水溶液里，氨基酸离子存在下列平衡：在水溶液中，上面平衡式的移动和溶液的pH值有关。电解时，调解电解 池的pH值，使氨基酸既不向负极移动也不移向正极，这时溶液的pH值称为该 氨基酸的等电点。RCHCOOHNH2RCHNH3+COO-RCHCOO-NH3+RCHNH2COO-OH-H+R CHNH3+COOH正离子偶极离子负离子OH-H+注意：等电点并不是中性点。不同的氨基酸具有不同的等电点。中性氨基酸的等电点在pH6 酸性氨基酸的等电点在pH3 中性氨基酸的等电点在pH10 在等电点时，氨基酸主要以偶极离子的形式存在，此时氨基酸在水中的 溶解度最小。可以利用调解等电点的方法从氨基酸的混合物中沉淀出 某些氨基酸。4.与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应（鉴别（鉴别-氨基酸）氨基酸）-氨基酸的水溶液可以和水合茚三酮反应，生成显蓝色或紫红色的有色 物质。而N-取代的-氨基酸及-或-氨基酸都不发生该颜色反应。因为生成的紫色溶液在570nm有强吸收。故可以利用紫外分光光度法定量测定-氨基酸的含量。OOOOOOHOHH2O茚三酮水合茚三酮OOOHOHRCHCOOHOOONOH+RCHOCOH2O3NH218.1.4 氨基酸的制备 1.由醛酮制备（由醛酮制备（斯瑞克斯瑞克合成法）合成法）斯瑞克合成法即为醛与氨及氢氰酸反应，可以得到-氨基腈，后者经水 解转化为-氨基酸。2.卤代酸的氨解：卤代酸的氨解：是制备-氨基酸的一个有用方法C6H5CH2CHONH3,HCNC6H5CH2CHCNNaOH,H2OH3O(1)(2)C6H5CH2CHCO2苯丙氨酸74%NH2NH3CNHOOXCHRCOORCNOOCH+KOH,H2OCOOHCOOHH2N CHRCOOH+ROH+HClRCOOR 3.丙二酸酯合成法丙二酸酯合成法 但用一般合成方法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到D-或L-氨基 酸。近年来氨基酸的不称合成发展很快，特别是不对称催化反应可立体选择性 地合成所需构型的氨基酸。H2CCOOC2H5COOC2H5Br2CCl4CHCOOC2H5COOC2H5BrNKOONOOCHCOOC2H5COOC2H5C2H5ONaPhCH2BrNOOC COOC2H5COOC2H5CH2PhNaOHHClCOOHCOOH+CH COOHH2NCH2Ph18.2 多肽18.2.1 肽和肽键-氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，通过酰胺键相连接而成的化合物叫做肽。连接-氨基酸单元的酰胺键（-CONH-）又叫肽键。由两个-氨基酸组成的肽叫二肽。一般十肽以下的统称寡肽或低聚肽，由十一个以上-氨基酸组成的肽叫多肽。NH2CHRCOOH+NH2CHRCOOHCHH2NRCONH CHRCOOH-H2O缩合二肽肽键CHH2NRCONH CHRC三肽ONH CHRCOOHCHH2NRCONH CHRC多肽ONH CHRCOOHN端C端 在多肽链中，有游离氨基的一端称为N端；有游离羧基的一端称为C端。多肽的命名是以含C端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的酸字 改为酰字，按在链中由N端的排列顺序写在母体名称之前。CHH2NCH3CONH CHCH2CONH CH2COOHOHN端C端丙氨酰酪氨酰甘氨酸或丙-酪-甘(Ala-Tyr-Gly)18.2.2 多肽的结构和测定 测定多肽结构的方法很多，最常见的是端基分析法。1.N端分析法端分析法 方法一：利用2,4-二硝基氟苯与多肽分子中N-端的游离氨基作用，然后水解，得到一个黄色的N-(2,4-二硝基苯基)氨基酸。FNO2O2N+NH2CHCONHCHCORR-HFNHNO2O2NCHCONHCHCORRO2NNHNO2CHCOOHR+CHCOOHH2NR+.H2O,H+完全水解N-(2,4-二硝基苯基)氨基酸黄色 方法二：异硫氰酸苯酯法（德满降解法）N C SH2N CHRCO多肽NHCHNSCHRC多肽OpH7(PTH衍生物)2.C端分析法端分析法 羧肽酶可选择性地将C端氨基酸水解下来，然后对这个氨基酸进行鉴定，就能确定C端是哪一个氨基酸。NH CHCONHCHCOOHRRNH CHCOOHR+CHCOOHH2NRH2O羧肽酶18.2.3 多肽的合成 1.液相接肽液相接肽 一般先用苄氧羰基(缩写为Cbz)或叔丁氧羰基(Boc)保护氨基酸A中的氨基，将氨基酸B中的羧基转变为酯基，在二环己基碳二亚胺(DCC)的活化下脱水。H3NCH2COOCH2OCClO+NaOH-NaCl-H2OCH2OCNHCH2COOHON-苄氧羰基甘氨酸甘氨酸H3NCHCOOR(CH3)3COCCl+OH-(CH3)3COCNHCHCOOHOH3O+ORCHCOO-RNH3PhCH2OHSO3HH3CCHCOOCH2PhH2NRPd/H2CHCOO-RNH3RCOOHRNH2+N C N(DCC)RCNHROHNCNHO+DCC中间的碳易被亲核试剂进攻，使羧基生成一酰基化合物。这个酰基化合物易与氨基反应形成酰胺键。(CH3)3C O CONH CHR1COOH+N C N(CH3)3C O CONH CHR1COO CNHNH2N CHR2COCH3(CH3)3C O CONH CHR1CONH CHR2COOCH3NH CONH+生成的二环己基脲脱水后仍生成DCC。2 固相接肽固相接肽(CH3)3COCNHCHCOOORClCH2聚苯乙烯链+-Cl(1)连接保护氨基酸(CH3)3COCNHCHCOCH2ORO聚苯乙烯链(2)氨基端脱保护CF3CO2H,CH2Cl2H2NCHCOCH2RO聚苯乙烯链(3)与第二个保护的氨基酸偶联(CH3)3COCNHCHCOOH,DCCOR(CH3)3COCNHCHCNHCHCOCH2OR OOR聚苯乙烯链(4)氨基端脱保护H2NCHCNHCHCOCH2R ORO聚苯乙烯链CF3CO2H,CH2Cl2(5)从聚合物上切断二肽HFH3NCHCNHCHCOOR ORFCH2聚苯乙烯链+该方法具有产率高、易于提纯，接肽时间短等优点18.3 蛋白质18.3.1 蛋白质的元素组成 蛋白质的结构极其复杂，生理功能众多，但其组成元素主要是C，H，O，N四种，还有一些蛋白质含有S元素，少数含有P，Fe，Cu，Mn，Zn，I等元素。一般干燥蛋白质中各种元素的含量为：C H O N S 50%-55%6%-7%22%-23%15%-17%0.3%-2.5%18.3.2 蛋白质的性质 1.等电点和胶体性质等电点和胶体性质 蛋白质分子在酸性溶液中能电离成正离子，在碱性溶液中能电离成负离 子，在某一pH溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH就是该蛋白质的等电 点pI。PNH2COOHPNH3+COOHPNH2COO-PNH3+COO-H+OH-H+OH-阳离子 两性离子 阴离子pH pI pH=pI pH pIP代表的蛋白质母体 由于蛋白质分子颗粒的直径一般为几个纳米，已达到胶粒范围（1100nm），因而蛋白质溶液有胶体性质，具有一定的稳定性，可以应用电泳技术来分离、提纯各种蛋白质，也可采用半透膜渗析来纯化蛋白质。2.变性变性 蛋白质受热，紫外光照射或化学试剂（如强酸，重金属盐，乙醇，丙酮等）作用时，性质会发生改变，如溶解度降低，甚至凝固，这种现象称为蛋白质的变性。而人的衰老过程必然伴随着人体蛋白质的变性。3.盐析盐析 在蛋白质溶液加入大量盐如NaCl，(NH4)2SO4，Na2SO4等当加入的盐达 到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出。这叫做蛋白质的盐析。加入乙醇、丙酮等对水有很强亲合力的有机溶剂，或加入Hg2+、Pd2+等也能使蛋白质从溶液中沉淀析出，但盐析法沉淀的蛋白质是可逆的，用重金属离子的沉淀则是不可逆的。4.显色反应显色反应 （1）与水合茚三酮反应，呈现蓝色。（2）与缩二脲反应（NH2CONHCONH2），在NaOH溶液中加入CuSO4稀溶液时呈现红紫色。红紫色的产物可能是Cu2+与肽键N原子形成的配位复合物。CNOHCCRNOHHCRCu2+NHCCHCONCHRRO （3）与浓硝酸反应呈黄色，如遇到碱溶液，则黄色加深，转为橙色。（4）米隆反应：含有苯酚结构氨基酸（如酪氨酸）的蛋白质与米隆试剂（硝酸汞、亚硝酸汞、硝酸及亚硝酸的混合溶液）共热，
