氨基酸与肽

茚三酮反应
双缩脲反应（biuret reaction）
（两个以上肽键与碱性硫酸铜）
可用于多肽的定量分析
多肽的性质
----双缩脲反应 (Biuret Reaction)
与碱性硫酸铜作用，产生紫色或蓝紫色的铜 –双缩脲络合物
多肽定量测定的重要反应
多肽的化学合成
第一兴盛时期：
1907年 Fischer 合成18肽 Leu-(Gly)3-Leu-(Gly)3-Leu-(Gly)9
多肽的化学合成
要成功地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， 即对暂时不参与形成酰胺键的氨基和羧 基以及侧链活性基团加以保护。
多肽的化学合成
氨基保护法：能够在温和条件下酰化及去酰基化 最常用的两大保护方式：Boc 化学和 Fmoc 化学
1）Boc-AA-OH：叔丁氧酰基 去保护基：CF3COOH ( TFA ) 2) Fmoc-AA-OH: 去保护基：哌啶 3) Z-AA-OH：苄氧酰基 ( CBz- 或Z- ) 去保护基：催化氢解（H2/Pd-C）
氨基酸的性质
----氨基酸的甲醛滴定
-OOC—CH 2—NH2
HCHO
-OOC—CH 2—NHCH2OH
HCHO
-OOC—CH 2—N(CH2OH)2
N,N – 二羟甲基甘氨酸
NaOH
直接测定氨基酸的浓度
酚酞指示剂
氨基酸的性质
----芳香族氨基酸的紫外吸收
构成蛋白质的20种氨基酸在 在远紫外区(<220 nm)均有 光吸收。 在近紫外区(200-400 nm)只 有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨 酸有吸收光的能力。 利用分光光度计法在280nm 测定样品中蛋白质的含量.
环状多肽
-Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuH-Phe-Leu-Phe-Thr-Val-Ala-Ile-
H-Cys-Tyr-Ile-Asn-Leu-Cys-Pro-OH
多肽的性质 (Polypeptides

properties)
多肽链的水解

两性解离（pI）
多肽等电点取决于侧链上碱性和酸性基团的相对数目。
羧基离子化 氨基质子化
20 种基本氨基酸
20 种基本氨基酸 标准氨基酸
有大有小 有正有负 有极性
非极性
L-- 氨基酸 与 D-- 氨基酸
旋光性
甘氨酸除外 COOH H2N C H H
天然蛋白质水解的氨基酸是 L 型。
20 种氨基酸的分类

1. 根据侧链基团结构
脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、 含硫氨基酸、含醇基氨基酸、 酸性、碱性氨基酸、含酰胺氨基酸
DNFB + AA 多肽 蛋白 弱碱 酸解 DNP-AA DNP-多肽 DNP-蛋白
+ HF
DNP-AA（有机相） + 游离AA（水相）
黄色化合物
用来鉴定多肽或蛋白质N-端氨基酸
氨基酸的化学反应
---- 丹磺酰氯反应 (dansyl chloride)
DNS-Cl
AA, 多肽, 蛋白质
DNS-氨基酸 黄色荧光
肽键平面
(或称酰胺平面，amide plane)
Φ ：N-Cα键的旋转角度 Ψ： Cα-C 键的旋转角度

也称二面角，顺时针为正，反时针为负。
大多数肽键是反式结构；只有脯氨酸参与形成的肽键可能以顺式存在。
多肽在构造上的分类
直链多肽
H-Val H-Val H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH H-Gly-Ala-Ser-OH H-Gly-Ala-Cys-OH
脂肪族氨基酸(6种)
甘 氨 酸
丙 氨 酸
缬 氨 酸
亮 氨 酸
异 亮 氨 酸
Cβ原子 也是手 性C原 子
脂肪族氨基酸(6种)
Proline (Pro, P)
O C HN OH
α
20种氨基酸侧链性质分类
带负电酸性氨基酸(2)
极性氨基酸
带正电碱性氨基酸(3)
不带电的极性氨基酸(6)
Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys
1852 - 1919
Hermann Emil Fischer 费歇尔
The Nobel Prize in Chemistry 1984
―for his development of methodology for chemical synthesis on a solid matrix.‖

酸性氨基酸 —谷氨酸的滴定曲线
碱性氨基酸
—赖氨酸的滴定曲线
pI =
( pK1 + pKRCOO- ) 2
pI =
( pK2 + pKRNH2 ) 2
等点电的计算
中性氨基酸： pI = ( pK1 + pK2 ) / 2 酸性氨基酸： pI = ( pK1 + pKRCOO- ) / 2 碱性氨基酸： pI = ( pK2 + pKRNH2 ) / 2
R—CH—COOH NH3+
OHH+
pK1
R—CH—COONH3+
OHH+
pK2
R—CH—COONH2
PH 净电荷
~1 +1 正离子
~7 0 两性离子
~ 10 -1 负离子
羧酸盐
氨基酸
胺盐
氨基酸的性质
----氨基酸的等电点
非极性氨基酸的解离曲线
甘氨酸的解离曲线
pI =
( pK1 + pK2 ) 2

Baidu Nhomakorabea
第二兴盛时期： 1932年 Bergmann 开发了氨基的保护基

第三兴盛时期：
1950年左右合成天然生理活性多肽 以上合成采用的是 液相合成法

1963年：Merrifield 开发了固相合成法，合成(Leu-Ala-Gly-Val)。
The Nobel Prize in Chemistry 1902
氨基酸的化学反应
----侧链参与的反应

1. 鲍林反应——Tyr、His


2. 米伦反应——Tyr
3. 酚试剂反应——Tyr、Trp


4. 坂口反应——Arg
5. 乙醛酸反应——Trp 6. 半胱氨酸反应——Cys
非标准氨基酸
生物活性氨基酸
肽（Peptide）
肽是氨基酸的聚合物 酰胺键连接两个氨基酸 酰胺键 = 肽键
2009年8月6日美国北卡罗来纳大学报告破译了艾滋病病毒的完整基因组
蛋白质的功能
蛋白质 是 生物功能 的 执行者。
第2章 蛋白质
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

氨基酸 肽 蛋白质 蛋白质的结构 (-helix,-sheet or turn) 蛋白质的功能（肌红蛋白、血红蛋白、抗体） 蛋白质的分离和纯化 蛋白质药物研究

Robert Bruce Merrifield USA Rockefeller University New York, NY, USA b. 1921
多肽的化学合成
CH2COOH H2N –C—COOH H Asp (CH2)4NH2 H2N—C—COOH H Lys
如果让上面两个氨基酸合成，其结果如何？
N2一半来自氨基酸，另一半来自亚硝酸
定量测定氨基酸
氨基酸的化学反应
----茚三酮的反应 (Ninhydrin)
-氨基和羧基共同参与的反应
Pro 的 茚 三 酮反应呈黄 色
在酸性条件下， 氨基酸与茚三酮共热， 生成蓝紫色化合物， 用分光光度法在570nm测定
定性、定量
氨基酸的化学反应
---- 2,4-二硝基氟苯反应 (Sanger反应)
酸性氨基酸及衍生物(4种)
天 冬 氨 酸 谷 氨 酸 天 冬 酰 氨 谷 氨 酰 胺
含羟基氨基酸(2种)
丝氨酸 苏氨酸
Cβ原子 也是手 性C原 子
含硫氨基酸(2种)
半胱氨酸
甲硫氨酸 （蛋氨酸）
甲硫基 强亲核中心
二 硫 键
disulfide bridge
胰岛素
胱氨酸
芳香族氨基酸(3种)
色氨酸 Tryptophan Trp，W
氨基酸残基
肽与肽键
丙
丙
肽键
O
0.123 nm
C C
0.145 nm
C
0.153 nm
N
0.133 nm
C N

H
C—N ：0.145 nm (正常) C=N： 0.125 nm (正常)
C-N 键虽是单键却有部分双键性质，不能自由旋转； 周边六个原子在同一平面上，具有刚性平面； 前后两个a-carbon在对角(trans)
等电点的应用
1、电泳分离
氨基酸在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向 电场的正极或负极移动，从而分离氨基酸或蛋白质。
2、沉淀分离
处于等电点的氨基酸溶解度最小。当溶液的 pH 被调到其中一种 成分的等电点时，该氨基酸将大部分或全部沉淀下来。其它等电点高 于或低于该 pH的氨基酸仍保留在溶液中，可利用此性质进行氨基酸 的分离。

2. 根据侧链基团性质
中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸

3. 从营养学角度
必需氨基酸 非必需氨基酸
20 种 基 本 氨 基 酸 分 类 图
碱性氨基酸(3种)
精氨酸 组氨酸 赖氨酸
碱 性 最 强 胍基
咪唑基
1. pKR = 6.0 在生理条件下具有缓冲作用 2. 质子的给体与受体 酶的催化作用具有重要意义
用来鉴定多肽或蛋白质N-端氨基酸
氨基酸的化学反应
----苯异硫氰酸酯反应（Edman反应）
AA 弱碱 多肽 蛋白
无水甲酸或HF
PITC +
PTC—AA PTC—多肽 PTC—蛋白
PTH-AA + 少一个AA的多肽或蛋白
（有机相） （水相）
用来鉴定多肽或蛋白质N-端氨基酸
氨基酸的化学反应
----肽键反应
"in recognition of the extraordinary services he has rendered by his work on sugar and purine syntheses" 1902年 E.H.费歇尔(德国人)合成了糖类以及嘌呤诱导体 Germany Berlin University
COO+ +
酪氨酸 Tyrosine Tyr，Y
COOH3N C H CH2
苯丙氨酸 Phenylalanine Phe，F
COO+
H3N C H CH2
H3N C H CH2
HN OH
芳香族氨基酸的紫外吸收
构成蛋白质的20种氨基酸在 在远紫外区(<220 nm)均有 光吸收。 在近紫外区(200-400 nm)只 有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨 酸有吸收光的能力。 酪氨酸 max＝ 275 nm 苯丙氨酸 max＝ 257 nm 色氨酸 max＝ 280 nm
弱 强
20 种氨基酸营养学分类
必需氨基酸
精氨酸 组氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 色氨酸 缬氨酸
非必需氨基酸
8 种人体必需氨基酸
一
异 亮 氨 酸
家
甲 硫 氨 酸
写
缬 氨 酸
两
亮 氨 酸
三
色 氨 酸
本
苯 丙 氨 酸
书
苏 氨 酸
来
赖 氨 酸
氨基酸的性质
----氨基酸的解离性质
蛋白质简介

氨基酸
Amino Acid
多肽
Polypeptide
蛋白质
Protein
凯式定氮法:

蛋白质的含量 = 样品中含氮量 X 6.25
氨基酸
蛋白质的基本结构单元：
氨基
羧基
侧链 H R — C — COONH3+
H R — C — COOH

NH2
R --- 侧链
非解离状态
两性离子状态 （实际存在形式）
非极性氨基酸(9)
Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Phe、Trp
氨基酸侧链的疏水性
高度疏水性：Ile Phe Val Leu Met 强 弱
低度疏水性：Trp Ala Gly Cys Tyr Pro Thr Ser
强 弱
高度亲水性：His Glu Asn Gln Asp Lys Arg
氨基酸的化学反应


-氨基参与的反应
-羧基参与的反应
-氨基和羧基共同参与的反应
侧链R基团的化学性质
氨基酸的化学反应
----与亚硝酸反应（范斯来克法）
Van Slyke method for determination of amino acid content: nitrous acid reacts with a-amide group N2
第2章 生命执行者——蛋白质
恩格斯说：“蛋白质是生命的物质基础，生命是蛋白质存在的一种形式” 。
Chapter 2
Questions:

蛋白质（Protein）
为什么每一种生物的外观形态都有差异？


为什么动物可以运动？
为什么食物能在较低的温度（体温）下被很快消化？ 为什么人的体温超过40C就难以忍受？ 为什么说AIDS病是一种可怕的病症？
等点电 ：pI pK1 : α—C上COOH解离常数负对数 pK2 : α—C上NH3+解离常数负对数 pKRCOO- : 酸性侧链的解离常数负对数 pKRNH2 : 碱性侧链的解离常数负对数
pH 与 pI
pH > pI 带负电，电场中移向正极
pH < pI 带正电，电场中移向负极 pH = pI 不带电，电场中不移动