氨基酸、多肽与蛋白质

氨基酸与茚三酮水合物共热，可生 成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在 570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的 含量存在正比关系，因此可作为氨基酸 定量分析方法。
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（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸 的氨基反应成肽
氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水 缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。
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三、20种氨基酸具有共同或特异的 理化性质
（一）氨基酸具有两性解离性质
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。
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R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
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2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
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第一节 氨基酸
Amino Acids
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一、组成人体的20种氨基酸均属于 L-α-氨基酸
存在自然界中的氨基酸有300余种，但 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。
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三、 生物化学的学习方法
三难： 体内参与反应的物质多，记忆难 代谢反应途径多，功能各异，入门难 大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难
1.代谢通路与酶相联系 2.前后内容对照学 3.整体内容贯穿起来再复习
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课程学习安排
本学期：生物化学（一） 内容：大分子结构与功能
三大代谢 肝胆生化 下学年第一学期：生物化学（二） 内容：遗传信息的流动、生物信息的传导 双语教学*
课程进度表 网址：http://shmc.shmu.edu.cn/jxjd/
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参考书
Harper’s Biochemistry 26th ed. Murray et al,2003 Lehninger Principles of Biochemistry,4th ed.Dalid et al,2005 Biochemistry，3rd ed.Donald Voet et al, 2003 王镜岩主编：《生物化学》3版，2002，高等教 育出版社
•肽键（主要化学键） •二硫键
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一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能 的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
胰岛素空间结构
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四、多肽链中的局部特殊构象是 蛋白质的二级结构
蛋白质二级结构(secondary structure)是指 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构， 即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置， 并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
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（二）-螺旋是常见的蛋白质二级结构
铁
铁蛋白
锌
乙醇脱氢酶
钙
钙调蛋白
锰
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
丙酮酸羧化酶
铜
细胞色素氧化酶
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•根据蛋白质形状，可分为：
纤维状蛋白质 球状蛋白质
形状决定性质
•根据蛋白质结构与功能的关系，可分为： 超家族（super family） 家族（family） 亚家族（subfamily）
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(二)蛋白质分子结构可区分为4个层次
一级结构(primary structure)
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氨基酸分类（一）
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中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏 氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。
氨 基 酸 分 类 （ 二 ）
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(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分 别有苯基、酚基和吲哚基。
氨基酸分类（三）
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(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
氨基酸的兼性离子
pH>pI
阴离子
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等电点 (isoelectric point, pI)
在某一pH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，成为兼性 离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该 氨基酸的等电点。
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（二） 氨基酸具有特征性的滴定曲线
甘 氨 酸 滴 定 曲 线
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（三）含共轭双键的氨 基酸具有紫外吸收性质
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二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂
组成蛋白质的元素： 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、
锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。
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蛋白质元素组成的特点： 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此， 只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以 下公式推算出蛋白质的大致含量：
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N末端
C末端
牛核糖核酸酶
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（二）体内存在多种重要的生物活性肽
1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂
谷胱甘肽 (glutathione, GSH)
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H2O2 2H2O
2GSH
GSH过氧 化物酶
GSSG
NADP+
GSH还原酶
NADPH+H+
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2.体内有许多激素属寡肽或多肽
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3. 神经肽是脑内一类重要的肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为 神经肽(neuropeptide)。
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COO-
HR
C +NH3
H
L--氨基酸的通式
（R为侧链）
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氨基酸分类
疏水性氨基酸
脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸
极性氨基酸
中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸
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二、20种氨基酸的侧链结构及极性 迥然不同
(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族 氨基酸
此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。 此类氨基酸在水溶液中溶解度小。
第二节
多肽和蛋白质
Polypeptides and Proteins
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一、多肽和蛋白质是氨基酸的多聚体
（一）氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位
氨基酸通过肽键(peptide bond) 相互连接 而形成多肽和蛋白质。 肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨 基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。
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第四章
氨基酸、多肽与蛋白质
Amino Acids，Peptides and Proteins
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1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。 1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，
并将其制成结晶。 19世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，
并用氨基酸合成了多种短肽 。 1938年，德国化学家Gerardus J. Mulder引用
二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure)
高级结构 或
空间构象 (conformation)
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三、氨基酸残基的排列顺序决定 蛋白质的一级结构
蛋白质一级结构(primary structure)是指蛋白 质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。 形成一级结构的化学键：
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1. 叙述生化：组成与结构
生物体组成分（%） ：
水 蛋白质 脂类
无机盐 糖类 核酸
55-67 15-18 10-15 3-4 1-2 微量
三大营养素： 蛋白质 脂类
糖类
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2. 动态生化： 代谢与调控
代谢：生物体与环境的物质交换 体现生命 维持生命
调控：为适应环境的变化而改变代谢的机制
糖，蛋白质，脂肪：氧化产生ATP 核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构 和功能
“Protein” 一词来描述蛋白质。
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1951年, Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋 白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。
1953年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。 1962年，John Kendrew和Max Perutz确定了血红蛋
白的四级结构。 20世纪90年代以后，后基因组计划。
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绪论
Biochemistry: Neuberg ,1903 Chemistry of life 运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是 化学原理来研究生命现象的学科。 生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命 活动的本质，以及致病机制和治疗原理。
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一 、生物化学的内容
1.叙述生化： 组成与结构 2.动态生化： 代谢与调控 3.功能生化： 结构与功能
此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基， 均可解离而带负电荷。
氨基酸分类（四）
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(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别 含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带 正电荷。
氨基酸分类（五）
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几种特殊氨基酸
• 脯氨酸 （亚氨基酸）
O
NH2-CH-C +
H OH
甘氨酸
O NH-CH-C H H OH
甘氨酸
-HOH
O
O
NH2-CH-C-N-CH-C
H H H OH
肽键
甘氨酰甘氨酸
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* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩 合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽 称多肽(polypeptide)。
色氨酸、酪氨酸的最 大吸收峰在 280nm 附近。
大多数蛋白质含有这两 种氨基酸残基，所以测定蛋 白质溶液280nm的光吸收值 是分析溶液中蛋白质含量的 快速简便的方法。
芳香族氨基酸的紫外吸收
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（四） α-氨基参与多种化学反应
醛
氨基酸
Schiff碱
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（五）氨基酸的α-氨基与α-羧基共同参与 茚三酮反应
辅基 （prosthetic group）
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分类 脂蛋白
糖蛋白 核蛋白 磷蛋白 血红素蛋白 黄素蛋白
金属蛋白
结合蛋白质及其辅基
辅基
举例
脂类
血浆脂蛋白（VLDL、LDL、 HDL等）
糖基或糖链
胶原蛋白、纤连蛋白等
核酸
核糖体
磷酸基团
酪蛋白（casein）
血红素（铁卟啉） 血红蛋白、细胞色素c
黄素核苷酸（FAD、琥珀酸脱氢酶 FMN）
* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全， 被称为氨基酸残基(residue)。
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* 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸 之间以肽键连接而成的一种结构。
多肽链有方向性： 氨基末端（amino terminal）或 N 末端： 多肽链中有自由氨基的一端 羧基末端（carboxyl terminal）或C 末端： 多肽链中有自由羧基的一端 多肽链从氨基末端走向羧基末端。
100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
1/16%
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(一)蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质 和结合蛋白质两类
•根据蛋白质组成成分，可分为：
单纯蛋白质（simple protein）
结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分
（conjugated protein）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
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半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
+NH3
二硫键
胱氨酸
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修饰性氨基酸
羟赖氨酸HO-Lys 羟脯氨酸HO-Pro 苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化 丝氨酸糖基化 天冬酰胺糖基化
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3. 功能生化： 结构与功能
细胞水平和分子水平 各异的生命决定于各异的结构 不同的功能具有不同的结构 分子生物学 蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能
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二、 生物化学的重要性
重要性在于生物化学的应用性 三多: 每年发表论文
诺贝尔奖获得者 生化科学家 生物学的普通语言──世界语言 基础医学的关键学科
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蛋白质二级结构的主要形式： • -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn ) • 无规卷曲 ( random coil )
维系二级结构的主要化学键： 氢键
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（一）肽键是一个刚性的平面
参与肽键的6个原子C1、 C、O、N、H、C2位于同一 平面，C1和C2在平面上所处 的位置为反式(trans)构型，此 同一平面上的6个原子构成了 所谓的肽单元 (peptide unit) 。
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w 什么是蛋白质?
蛋白质（protein）是由许多氨基酸 （amino acids）通过肽键（peptide bond） 相连形成的大分子含氮化合物。
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w 蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物 体重要组成成分
分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的 各个部分都含有蛋白质。
含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占 人体干重的45％，某些组织含量更高， 例如脾、肺及横纹肌等高达80％。