氨基酸、多肽与蛋白质7年制
第17章氨基酸和蛋白质-新(4)
（一）两性电离和等电点
分子内部酸性基团和碱性基团所形成的盐称 为内盐。内盐分子中包含正、负离子两部分， 所以又称为两性离子（zwitter-ion）或偶极 离子。偶极离子即可与较强的酸反应，又可 与较强的碱反应，表现出两性化合物的特性。
（二）蛋白质的高级结构
蛋白质分子的多肽链并不是以完全伸展的线 状形式存在，而是通过分子中Cα —H、Cα — N单键的旋转而盘曲、折叠形成特定的三维 空间结构，这种空间结构称为蛋白质的高级 结构。
1．蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构主要指的是多肽链中 原子的空间排布。
N原子上的孤电子对与羰基之间形成共 轭体系，使得C—N单键具有部分双键性质， 限制了肽键的自由旋转。实际上，肽键具有 平面结构，称为肽键平面。其中Cα 1、羰基 碳和氧、氮和氢以及Cα 2共六个原子在同一 平面上，氧原子和氢原子呈反式。
中性氨基酸的pI在5.1～6.5之间
（二）显色反应
α -氨基酸与水合茚三酮在水溶液中加热时， 能放出二氧化碳，并生成紫色的化合物，称 为罗曼氏紫。
O OH
-
R-CH-COO
2
+ OH
N+ H3
O
ONH4 O
N=
O
O
+ RCHO + CO2
水合茚三酮
罗曼氏紫
此反应灵敏度高，是鉴定α -氨基酸简 便而迅速的方法，常用于层析时显色。还可 根据颜色的深浅程度及放出的二氧化碳的量 测定α -氨基酸的含量。
a- 螺旋(b)
（2）β—折叠 又称为β—片层结构。β—折 叠指多肽链呈一种铺开的折扇形状，相邻两 个氨基酸残基的距离约700pm。若干条多肽 链或一条多肽链的若干片段平行排列，维系 和固定β—折叠的作用力仍然是氢键。 β-折叠有两种类型，一种是多肽链从N-末端 到C-末端的排列是同方向的，称为平行β-折 叠，另一种是从N-末端到C-末端的排列是反 方向的叫反平行β-折叠。
蛋白质的构件-氨基酸及多肽
氮、碳的运输
氨基酸可作为氮、碳的运输工具，将 氮、碳从细胞质运至线粒体、叶绿体 等细胞器。
多肽在生物体内的功能
激素和生长因子
多肽可以作为激素和生长因子的 活性分子，调节机体的生长发育
、代谢和免疫等生理过程。
细胞间通讯
多肽可以作为神经递质、激素 等细胞间通讯的分子，影响细 胞间的信息交流。
酶抑制剂和激活剂
多肽可以作为酶抑制剂或激活 剂，调节酶的活性，进而影响 代谢过程。
抗病原体和肿瘤
多肽可以作为免疫调节剂，具 有抗病原体和肿瘤的作用。
氨基酸与多肽相互影响在生物体内的功能
合成与分解
蛋白质的构件-氨基 酸及多肽
目 录
• 氨基酸 • 多肽 • 氨基酸与多肽的关系 • 氨基酸与多肽在生物体内的作用
01
CATALOGUE
氨基酸
氨基酸的种类
二十种氨基酸
在生物体内，存在二十种不同种 类的氨基酸，它们是蛋白质的基
本组成单位。
非标准氨基酸
除了二十种标准氨基酸外，还有一 些非标准氨基酸在某些生物体中存 在，如鸟氨酸、同型半胱氨酸等。
不同种类的氨基酸在多肽中的排列顺序和空间构象，决定了多肽的生物活性和功能 。
氨基酸与多肽的功能关系
氨基酸是构成人体组织和器官的 基本物质，参与生命活动的调节
和代谢。
多肽具有多种生物活性，可以作 为信号分子、生长因子、激素等 ，参与细胞生长、分化、代谢等
过程。
某些多肽具有抑制或促进酶活性 、调节免疫反应、抗肿瘤等作用 ，在医药、保健品等领域具有广
THANKS
氨基酸、多肽与蛋白质
形成一级结构的化学键：
•肽键（主要化学键） •二硫键
目录
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。
目 目录 录
三、多肽链中的局部特殊构象是 蛋白质的二级结构
Genome Project) 。
21世纪，蛋白质组学 (Proteomic) 。
目录
一、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％。
目录
O NH2-CH-C H
甘氨酸
+
OH
O NH-CH-C H
甘氨酸
H
OH
-HOH
O O NH2-CH-C-N-CH-C H HH OH
甘氨酰甘氨酸
目录
肽键
* 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
目录
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(Post-Human
下公式推算出蛋白质的大致含量： 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%
第十六章 氨基酸、多肽和蛋白质
OH R CH COOH +N2
+ H2O
若定量测定反应中所释放的N2的体积，即可计算出 氨基酸的含量，此方法称为van Slyke氨基氮测定法，常
用于氨基酸和多肽的定量分析。
第二节 肽
一、肽的结构和命名
肽是氨基酸残基之间彼此通过酰胺键相连而成的一 类化合物。 肽分子中的酰胺键又称为肽键（peptide bond）。 二肽可视为一分子氨基酸中的-COO―与另一分子氨基 酸中的NH3+脱水二成的。肽也是以两性离子的形式存在。
OH
H+
等电点 脱水
OH
H+
- - 带负电荷 脱水
OH
H
+
- - - -
（五）蛋白质的颜色反应 蛋白质分子内含有许多肽键和某些带有特殊基团的 氨基酸残基，可以与不同试剂产生特有的颜色反应，利 用此性质可鉴别蛋白质。
反应名称 试剂 颜色 作用基团 缩二脲反应 强碱、稀硫酸铜溶液 紫色或紫红色 肽键 茚三酮反应 稀茚三酮溶液 蓝紫色 氨基 蛋白黄反应 浓硝酸、再加碱 深黄色或橙红色 苯环 亚硝酰铁氢化钠 亚硝酰铁氢化钠溶液 红色 巯基
（五）氧化脱氨反应 氨基酸中的氨基能被 H2O2 或 KMnO4 等强氧化剂所氧 化，脱氨而生成α―酮酸。
[O]
R CH COOH NH2
R CH COOH + H2O NH
R C COOH + NH3 O
（六）氨基酸与亚硝酸的反应 氨基酸与亚硝酸作用，可定量释放氮气
+ NH3 R CH COO
+ H2NO2
使蛋白质发生沉淀的现象称为盐析（saltingout）。常用
的盐析剂有(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl和MgSO4等。
有机化学氨基酸
氨基酸、多肽与蛋白质
Ⅰ、氨基酸
一、结构、分类和命名
1、结构：分子中含有氨基和羧基
R
H C NH2 COOH
2、分类：
（1）根据氨基与羧基的位置分类
H R C NH2 COOH
R
CH NH2
CH2 COOH
CH2 NH2
CH2
CH2 COOH
α-氨基酸
β-氨基酸
γ-氨基酸
中性氨基酸
（2） 碱性氨基酸
水蛭素多肽——抗血栓分子药理 1884年Haycraft首先发现新鲜医用水蛭Hirud medicinalis提取物含抗凝血物质,但直至1955年Mark wardt等从医用水蛭中才分离出水蛭素(hirudin,HV),共有 7种异构体。1984年Dodt首先测出其一级结构,确认HV是 一条含65个左右氨基酸的多肽。HV酶是血液凝固、止血过程 和血栓形成的中心酶之一。它专一性地水解纤维蛋白原上的 Agr-Gly键,使之转变成纤维蛋白;纤维蛋白相互作用会进一 步形成血栓。HV的2个结构域通过不同的机制分别和凝血酶 相互作用,抑制其活性。其C端长链通过和凝血酶的纤维蛋白 原识别部位结合,拮抗凝血酶对纤维蛋白原的识别。而HV的N 末端核心结构域通过和凝血酶的活性部位结合而抑制它的催 化活性。临床实验结果也表明,HV的抗栓作用不需要其它因 子的作用;又不会引起出血等副作用。其效果超过小分子肝 素。因此被认为是2010年前最强的可逆性凝血酶直接抑制剂。 全球约有20亿美元市场销售量。
+
O
C O
内盐（偶极离子或两性离子）
-
+
HC l
RCH
+
COOH
+
Cl
NH3
蛋白质制备多肽的研究概况
蛋白质制备多肽的研究概况摘要：近几年来,众多学者致力于此方面的研究,开发出了多种动植物蛋白资源多肽食品。
多肽具有多种重要的生理功能:营养平衡作用、抗溃疡、抗风湿、类胰岛素作用、降血脂、调节血压、提高免疫、抗菌、抗病毒、抗衰老等作用。
目前利用天然蛋白水解法生产活性肽应用广泛。
本文论述了不同来源的蛋白质水解制备肽的研究应用进展。
关键词：蛋白质；多肽；应用；功能蛋白质是人体必需的营养成分之一,FAO/WHO规定每人每天应摄入蛋白质70~75 g,而我国人民实际摄入量只有65 g,在我国人民的膳食结构中,碳水化合物所占比重较大,而蛋白质所占比重较小,因此开发食品蛋白资源,改善人民膳食结构,提高我国人民蛋白质摄入数量和质量是一项十分紧迫的任务。
将难于被人体吸收的食品蛋白质水解成易于被吸收的多肽是完成上述任务的关键。
多肽具有以下特点。
首先,多肽是信息的使者,可引起多种生理活动和调节生化反应。
其次,生物活性高, 1×l0-7mol/L就可发挥活性。
其三,分子小,结构易于改造,较易人工化学合成。
其四,透过多肽的片断可以深入研究蛋白质的性质,并且为改变和合成新的蛋白质提供基础材料。
多肽功能是多方面的:营养平衡作用、抗溃疡、抗风湿、类胰岛素作用、降血脂、调节血压、提高免疫、抗菌、抗病毒、抗衰老等作用。
由于多肽具有多种重要的生理功能,因此人们一直热衷于多肽的结构和功能研究,研究方法也是层出不穷。
1 蛋白质水解肽的制备蛋白水解方式主要有化学水解和酶水解。
化学水解是利用强酸强碱水解蛋白,虽然简单价廉,但由于反应条件剧烈,生产过程中氨基酸受损严重,L-氨基酸易转化成D-氨基酸,形成氯丙醇等有毒物质,且难以按规定的水解程度控制水解过程,故较少采用;而生物酶水解是在较温和的条件下进行的,能在一定条件下定位水解分裂蛋白质产生特定的肽,且易于控制水解进程,能够较好的满足肽生产的需要。
反应产物与原料蛋白具有相同的氨基酸组成,并具有特殊的理化性能与生理功能,成为蛋白制品的发展方向[1-2]。
多肽到蛋白质发生的变化
多肽到蛋白质发生的变化
多肽到蛋白质发生的变化可以概括为以下几个步骤：
1. 氨基酸连接：多肽和蛋白质都由氨基酸组成，多肽是由少量氨基酸连接而成，而蛋白质则由较长的氨基酸序列连接而成。
在转化过程中，多肽的氨基酸序列会经过蛋白质合成机制中的翻译过程，氨基酸通过肽键连接起来，形成较长的氨基酸序列。
2. 折叠与构象变化：在蛋白质的转化过程中，氨基酸序列会逐渐折叠成特定的三维结构。
这种折叠是由非共价相互作用力（如氢键、离子键、疏水相互作用）和共价连接（如二硫键）共同作用形成的。
折叠后的蛋白质具有特定的构象，这决定了其功能和活性。
3. 翻译后修饰：除了氨基酸连接和折叠外，蛋白质转化过程中还可能发生其他修饰。
这包括翻译后修饰，如磷酸化、醋酸化、甲基化等，以及修饰后的切割，如蛋白质酶的切割。
4. 蛋白质功能：蛋白质的转化不仅仅是指其从多肽到蛋白质的过程，还包括其功能的发挥。
蛋白质的多样性功能基于其特定的氨基酸序列和结构。
蛋白质可以发挥催化酶、抗体、结构支持、传导信号等多种功能。
总之，多肽到蛋白质的转化过程是一个复杂且精确的过程，它涉及多个步骤，包括氨基酸连接、折叠与构象变化、修饰及蛋白质功能的发挥。
这些步骤都对蛋白质的最终结构和功能产生重要影响。
7.2 蛋白质与多肽类药物的制备
（3）生物状态：动物饱食后宰杀，胰脏中的胰岛素 含量增加，对提取胰岛素有利，但胆囊收缩素的分 泌使胆汁排空，对胆汁的收集不利。严重再生障碍 性贫血症患者尿中的EPO含量增加。
（4）原料来源：血管舒缓素可分别从猪胰脏和猪 颚下腺中提取，而稳定性以颚下腺来源为好，因其 不含蛋白水解酶。 （5）原料解剖学部位：猪胰脏中，胰尾部分含激 素较多，而胰头部分含消化酶较多。如分别摘取则 可提高各产品的收率。 胃膜素以采取全胃粘膜为好，胃蛋白酶则以采取 胃底部粘膜为好，因胃底部粘膜富含消化腺。
目前试图合成大的蛋白质以及建立快速简便的合 成方法是多肽合成化学的特征。
在多肽合成中，一般需要以下几个主要步骤： ①氨基保护和羧基活化；
②羧基保护和氨基活化；
③接肽和除去保护基团。
三、 多肽类药物
（一）概述 活性多肽是生化药物中非常活跃的一个领域，生 物体内已知的活性多肽主要是从内分泌腺、组织器 官、分泌细胞和体液中产生或获得的。
（二）主要多肽类药物的制备
1、胸腺素（Thymocln） 胸腺激素制剂总的说来都与调节免疫功能有关。
（1）结构和性质 胸腺素组分5是由在80℃热稳定的 40~50种多肽组成的混合物，分子量在1000～15000之 间，等电点在3.5～9.5之间。 为了便于不同实验室对这些多肽的鉴别和比较，根 据它们的等电点以及在等电聚焦分离时的顺序而命名。 共分三个区域：α区包括等电点低于5.0的组分，β区包 括等电点在5.0～7.0之间的组分，γ区则指其等电点在 7.0以上者（此区内组分很少）。对分离的多肽进行免 疫活性测定，有活性的称为胸腺素。
等电聚焦电泳除了用于分离蛋白质外，也可用于 测定蛋白质的等电点。
2、根据蛋白质分子形状和大小的不同来纯化蛋白质
中国药典2010年版生化药物简介
食品与药品 Food and Drug 2011年第13卷第05期 219中国药典2010年版生化药物简介黄思玲1，边 玲2（1. 山东福瑞达生物医药有限公司，山东 济南 250101；2. 山东福瑞达医药集团公司，山东 济南 250101）摘 要：通过学习中国药典2010年版及相关资料，简要介绍中国药典2010年版生化药物情况。
关键词：生化药物；中国药典·药学教育与药典·中国药典2010年版[1]于2010年10月起执行，生化药物包括氨基酸类、多肽与蛋白质类、酶与辅酶类、核酸类、多糖类、脂质类等。
本文在参考其他相关资料[2]的基础上，汇总了各类生化药物中国药典2010年版新增和2005年版收载的原有并保留品种和标准，对2010年版药典新增的品种进行了基本性质、临床用途等方面的说明。
1 氨基酸类氨基酸是组成蛋白质结构的基本单位。
在医药工业中，氨基酸可用于肽及蛋白质的人工合成；多种氨基酸按适当比例配成人体营养液，可用于低蛋白血症等；氨基酸还可用于治疗疾病、维持人体正常发育等[3]。
1.1 品种和标准中国药典2010年版收载氨基酸类药物29个品种，51个标准。
见表1。
1.2 新增品种和标准氨基酸类药物新增品种和标准包括：乙酰谷酰胺（原料、注射液）、谷丙甘氨酸胶囊、胱氨酸片、甲硫氨酸片、乙酰半胱氨酸颗粒。
1.2.1 乙酰谷酰胺 乙酰谷酰胺为谷氨酰胺的乙酰化合物，是一种精神振奋药，有改善神经细胞代谢，维持神经应激能力及降低血氨的作用。
用于脑外伤昏迷、肝昏迷、偏瘫、高位截瘫、小儿麻痹后遗症、神经性头痛等[4]。
收稿日期：2011-04-15作者简介：黄思玲（1981-），女，山东临沂人，工程师，从事生化药物研究 E-mail:huangsl@Introduction to Biochemical Drugs in Chinese Pharmacopoeia 2010 EditionHUANG Si-ling 1, BIAN Ling 2(1. Shandong Freda Biopharm Co., Ltd., Jinan 250101, China; 2. Shandong Freda Pharmaceutical Group Co., Jinan250101, China )Abstract: Make a brief introduction to the biochemical drugs in Chinese Pharmacopoeia (2010 Edition) by studying the pharmacopoeia and pertinent literature.Key Words: biochemical drug; Chinese Pharmacopoeia编号品种名称标 准1牛磺酸原料、片、散剂、颗粒、胶囊、滴眼液2精氨酸原料3盐酸精氨酸原料、片、注射液4色氨酸原料5谷氨酸原料、片、谷氨酸钠注射液、谷氨酸钾注射液6谷氨酸钠原料、谷氨酸钠注射液（与上项谷氨酸钠注射液为同一标准）7组氨酸原料8盐酸组氨酸原料9脯氨酸原料10酪氨酸原料11丝氨酸原料12异亮氨酸原料13亮氨酸原料14盐酸赖氨酸原料15醋酸赖氨酸原料16苄达赖氨酸原料、滴眼液17缬氨酸原料18门冬酰胺原料、片19门冬氨酸原料20甘氨酸原料、冲洗液21胱氨酸原料、片*22盐酸半胱氨酸原料23丙氨酸原料24甲硫氨酸原料、片*25苏氨酸原料26苯丙氨酸原料27乙酰半胱氨酸原料、喷雾用、颗粒*28羧甲司坦原料、口服溶液、片、颗粒29乙酰谷酰胺#原料*、注射液*30谷丙甘氨酸胶囊*表1 氨基酸品种和标准#新增品种，*新增标准。
有机化学第15章氨基酸多肽与蛋白质
H+ 水解 105oC
NHCH 2 CN H C H C NHCHCOH CH 3 CH 2 C 6 H 5 NO 2
DNFB-Gly-Ala-Phe
O O 2N NH CH 2 COH NO 2 O O + H 2 N CHC O H + H 2 NC HCOH CH 3 CH 2 C 6 H 5
甜菜碱
存在于多种蛋白性的动物保护组织（如毛发、角、指甲）中，通过氧化还 NH 2 原而相互转化。
-2 H 2 H SC H 2C H C O O H 2H NH2 SC H 2C H C O O H NH 2 SC H 2C H C H 2O O H
半胱氨酸
胱氨酸
3. 色氨酸
N H
C H 2C H C O O H NH2
R CH NH2 CH2 COOH R CH CH COOH
β-氨基酸受热失氨形成α， β-不饱和酸
R CH NH2 CH 2 C H 2CO O H R HC HN
H2 C CH2 + H O 2 C O
γ -氨基酸受热分子内氨基与羧基失水形成内酰胺（五元环内酰胺）
H2 C R CH NH2 CH2 CH2 C H 2C O O H HN C O CH 2 R HC CH 2
一 氨基的保护
1. 用氯代甲酸苯甲酯（或称苯甲氧基甲酰氯）保护
O
C6H5CH2OH+COCl2（光气)
C 6 H 5 CH 2 OCCl
Benzoxycarbonyl（简写Cbz）
反应过程：
+NH 3CH2CO2 -
O
C 6 H 5 CH 2 OCCl
O C 6 H 5 CH 2 OC-N H C H 2 C O O
生物化学 第3章 氨基酸、多肽与蛋白质
氨基酸、多肽第三章氨基酸多肽与蛋白质第一节蛋白质概论Proteins are polymers(多聚体) of amino acids.(氨酸)p-20 amino acids (氨基酸) millions of proteins with different properties and activities.Protein structures are studied at primary, secondary, tertiary and quaternary levels.-αhelix, βsheets, globular, complexes, denaturation and folding. Proteins have widely diverse forms and functions.-enzymes(酶), hormones(激素,荷尔蒙), antibodies(抗体),transporters(转运蛋白),muscle(肌肉),lens protein of eyes(眼睛晶状体),spider webs(蜘蛛网),rhinoceros horn(犀牛角),antibiotics(抗生素),mushroom poisons(蘑菇毒素).)antibiotics()mushroom poisons()一、蛋白质的化学组成与分类1、元素组成碳50%氢7%氧23%氮16%硫0-3%微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼。
氮平均含16％。
凯氏定氮：粗蛋白质含量=蛋白氮×6.252、氨基酸组成蛋白质是由20种L-型α氨基酸组成的长链分子The earliest studies of proteins focused on the free amino acids derived from these proteins.•The 1st amino acid (asparagine) was discovered in 1806 from asparagus (芦笋) (a green vegetable).•The last (threonine) was not identified until 1938!•All the amino acids were given a trivial (common) name. Glutamate from wheat gluten (面筋) (sticky). Tyrosine from cheese (“tyros” in Greek).3、分类（1）按组成：简单蛋白：结合蛋白：核蛋白，糖蛋白，脂蛋白，色蛋白，磷蛋白，黄素蛋白，金属蛋白（2）、按分子外形的对称程度：球状蛋白质纤维状蛋白质、膜蛋白质）按功能分（3）、按功能分：酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。
氨基酸多肽及蛋白质
O
N H 2
O O+R C H 2C H C O O H
荧 光 胺
C O O H
RC H
N
+H 2 O
O O
*
食品化学 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白质类物质
生物活性肽也称作功能肽，是近年来非常活泼的研究领域，其应用涉及 到生物学、医药学、化学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发中 也显示出美好的前景。
去除正电荷
琥珀酸酐
O R NHCCH3
在Lys上引入正电荷
硫代仲康酸**
O C O O H 在Lys残基引入巯基
R N H C C H 2C H C H 2SH
*
食品化学 第六章 食品中的氨基酸、多肽及蛋白质类物质
官能团及反应
试剂及条件
产物
评价
6.芳基化
FDNB***
NO2
R NH
NO2
氨基酸序列测定
官能团及反应
氨基酸和蛋白质中官能团的化学反响性
试剂和条件
产物
评论
A.非α氨基 1.还原甲基化 2.胍基化 3.乙酰化 4.琥珀酰化 5.巯基化
甲醛、NaBH4 邻甲基异脲*，pH10.6,4℃,4d
+
R NHCH 32
+
NH2
R NHCNH2 O
蛋白放射性标记 Lys转换成Arg
乙酸酐
R NHCCH3
感染性疾病曾一度是人类生存所面临的最大威胁。随着抗生素的创造 和广泛使用，感染性疾病得到了一定程度的控制，但仍然是人类死亡的 一个重要原因。据WHO报告，2000年全球死亡人数5570万，其中 1440万由感染性疾病引起，占总死亡人数的15.9%。过去的几十年里， 耐药性微生物的不断产生和生物耐药性问题的日益恶化，开发新的抗感 染药物已成为治疗感染疾病的必由之路。昆虫抗菌肽因其独特的抗菌、 杀菌效果和良好的应用前景近来成为抗感染新药开发的热点。*目前国外
氨基酸、多肽和蛋白质
氨基酸、多肽和蛋白质1氨基酸1.1结构特征标准氨基酸：至少有一羧基（carboxyl ）和一氨基连接在同一个碳原子上（该碳原子称为α-碳原子）。
注意，脯氨酸含亚氨基。
构成蛋白质的氨基酸是 20 种标准氨基酸（可能含有非标准氨基酸，标准氨基酸经修饰而形成的）。
最近又发现了两种标准氨基酸。
标准氨基酸中， 1806 年发现第一种氨基酸——天冬酰胺，1938年发现最后一种——苏氨酸。
3α-碳是手性中心（大多数情况下，只有α-碳是手性中心；甘氨酸无手性，因R 基为 H）。
其绝对构型采用 D,L 系统，建立在L- 甘油醛（ L-glyceraldehydes）和 D- 甘油醛的结构之上。
D 、 L 构型与其实际的旋光性无关。
到目前为止在蛋白质中发现的氨基酸都是L 的（酶的活性位点是不对称的，即酶促反应是在手性环境下进行的）， D 仅存在于细菌细胞壁上的短肽和抗生素小肽。
1.2分类非标准氨基酸是标准氨基酸的衍生物（derivative ）。
根据 R 基的不同性质将氨基酸进行分类，按其极性或在生理pH （近 7.0 ）下与水相互作用的趋势分为 5 类：非极性脂肪族、芳香族、极性不带电、带正电（碱性）、带负电（酸性）。
非极性脂肪族：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸。
（衣架凉鞋饼干＝异亮、甲硫、亮、缬、丙、甘）芳香族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。
（食老本（粤语）＝色、酪、苯丙）极性不带电：丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷胺酰胺。
（诗书伴琴谱＝丝、书、半胱、脯；天冻先安谷＝天冬、酰胺、谷）带正电：赖氨酸、精氨酸、组氨酸。
（组队来京晋见＝组、赖、精、碱性）带负电：天冬氨酸、谷氨酸。
（天上的谷子很酸＝天、谷、酸性、都是氨酸）酪氨酸苯环上有羟基；丝氨酸和苏氨酸有羟基；半胱氨酸有巯基可成对形成二硫键；组氨酸是唯一一个具接近的 pK a值电离侧链的氨基酸，常作为质子供体和受体；天冬氨酸和谷氨酸都有两个羧基。
氨基酸和多肽
一、概述 蛋白质的组成与结构
• 元素组成：碳50% 、氢7% 、氧23% 、氮16% 、硫 0~3% 、 其它元素 • 平均含氮量：16% (凯氏定氮) – 蛋白质含量 = 蛋白氮6.25
蛋白质的元素组成
二、氨基酸
氨基酸的理化性质
氨 基 酸 的 酸 碱 性 质
氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以 两性离子的形式存在
氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一 样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质
两个重要概念： 氨 基 酸 的 酸 碱 性 质 • 氨基酸可解离基团的pK值 • 氨基酸的等电点 pI
Lys Arg His
氨基酸的结构与分类
根据生物体的需要 可将氨基酸分为
Lys、Val、 Ile Leu 、Phe 、Met 、 Trp、Thr
必需氨基酸
半必需氨基酸 非必需氨基酸
其余氨基酸
Arg、 His
非编码氨基酸
构成蛋白质的编码氨基酸为20种
编码氨基酸经过化学修饰产生的非编码氨基酸，例如5羟赖氨酸、磷酸丝氨酸、磷酸精氨酸
COO H3N
K2
+ H
COO H2N CH2
-
+
CH2 Gly
+
+
CH2 Gly
+ -
Gly
-
K1= K2=
[Gly±] [H+]
[Gly+] [Gly- ] [H+]
[Gly±]
[H+]2 = K1K2 pH =（pK1+pK2）/ 2 pI=（pK1+pK2）/ 2 pI Gly =（2.34+9.60）/2=5.97
蛋白质的表现形式：小分子肽、多肽与氨基酸
蛋白质的表现形式：小分子肽、多肽与氨基酸小分子肽与多肽都是蛋白质的一种表现形式,肽,就是小分子的蛋白质,无论小分子肽还是多肽,只是是分子量和肽键的组合方式不同.多肽的一种分类.分子量段一般在180--1000之间,也称作小肽,寡肽,低聚肽,或称为活性小分子肽,一般由2--6个氨基酸组成，超过的就称为多肽，氨基酸为50多个以上的多肽称为蛋白质。
与其他肽的区别是，在人体不需消化，即可直接吸收。
氨基酸是蛋白质最小组成单位，由二个氨基酸组成的肽称为二肽，以次类推。
10肽以下称为寡肽，11肽以上称为多肽。
小分子活性肽是介于氨基酸与蛋白质之间一种生化物质，它比蛋白质分子量小，又比氨基酸分子量大，是一个蛋白质的片段。
1、两个以上的氨基酸之间以肽键相连，形成的“氨基酸链”或“氨基酸串”就叫做肽。
其中，10个以上氨基酸组成的肽被称为多肽，而由2至9个氨基酸组成的就叫做寡肽，由2至4个氨基酸组成的就叫做小分子肽或小肽。
多肽与氨基酸的区别与联系结构:氨基酸是组成多肽和蛋白质的基本单位，两个或则两个以上氨基酸组成一个肽链，因此多肽的分子比氨基酸分子大。
什么是多肽多肽是氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，它也是蛋白质水解的中间产物。
由两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做二肽，同理类推还有三肽、四肽、五肽等。
通常由三个或三个以上氨基酸分子脱水缩合而成的化合物都可以成为叫多肽。
一般人们将多于100个肽键相联接的氨基酸称作蛋白质，3个以上100个以下肽键相联接的氨基酸称作多肽。
由此可见，多肽的本质仍是氨基酸，仍具有氨基酸的一系列作用。
普通的蛋白质材料，如大豆蛋白，如动物蛋白以及类似的有机肥料，在施用后仍要降解为小分子如多肽和氨基酸才能被植物吸收利用。
多肽的分子结构大于氨基酸，这就决定了多肽在吸收时，每次吸收的不仅仅是一个而是多个氨基酸，其吸收利用率大大提高，二是分子结构小于蛋白质，可以不降解而直接吸收。
多肽有什么特点1、多肽的吸收速度很快有人说，多肽的吸收速度像火箭一样快，这是由于其本身的结构所决定的。
生物化学氨基酸和多肽
氨基酸的酸碱性质
氨基酸的酸碱性质
结论：
❖净电荷为0时的pH值即为氨基酸的等电点，对 侧链不含解离基团的中性氨基酸： pI = (pK1’+pK2’)/2
氨基酸的酸碱性质
酸性氨基酸：谷氨酸的滴定曲线pI=(pK1’+pKR’ )/2
pK1’
pKR’
pK2’
氨基酸的酸碱性质
碱性氨基酸: 组氨酸的滴定曲线 pI=(pKR’+pK2’)/2
❖ 作为蛋白质结构单元的氨基酸均为L--氨基酸 (以D-甘油醛为参考物)，某些蛋白质还含有若 干种不常见的氨基酸,它们都有是基本氨基酸的 衍生物。
氨基酸的结构和分类
3.2.1 氨基酸的结构和分类
除脯氨酸外，蛋白质氨基酸在结构上的共 同点是与羧基相邻的-碳上都有一个氨基，因 此称为 -氨基酸, 结构通式：
➢ 氨基酸 ➢ 多肽 ➢ 蛋白质 ➢ 蛋白质的结构 ➢ 多肽的化学合成
蛋白质功能的多样性
蛋白质是最重要的一类生物大分子, 存在于所有 的生物细胞中,是构成生物体最基本的结构物质和功 能物质, 参与了几乎所有的生命过程：催化作用、 生物调节、物质转运、免疫作用、运动、结构成分、 贮存等。
（1）催化 作为生物体新陈代谢的催化剂—酶，酶 是蛋白质中最大的一类，酶的催化效率远大于合成 的催化剂。酶催化的反应速率为非催化速率的1016 倍。
氨基酸的化学性质
(1) 与甲醛发生羟甲基化反应
COO-
COO-
CH2 pK2' CH2 + H+
NH3+
NH2
HCHO
COO- HCHO COO-
CH2
CH2
NHCH2OH
N(CH2OH)2
（完整版）生物技术制药复习资料
（完整版）生物技术制药复习资料《生物技术制药》复习资料（Biotechnological Pharmaceutics）第一章绪论一、概述1.概念：生物药物（生物制药）是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。
|采用现代生物技术人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医药品，叫做生物技术制药。
2.技术范畴：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程以及后来衍生出来的第二代、第三代的蛋白质工程、抗体工程、糖链工程和海洋生物技术等。
3.相关学科：有生物学（含微生物学、分子生物学、遗传学等）、化学、工程学（化学工程、电子工程等）、医学、药学、农学等。
但从基础学科来讲，生物学、化学和工程学是其主要的学科。
4.应用范围：（1）医药；（2）农业；（3）食品；（4）工业；（5）环境净化；（6）能源。
二、生物技术的发展简史1.传统生物技术阶段主要产品：乳酸、酒精、丙酮、丁酸、柠檬酸、淀粉酶。
生产的特点：过程简单，大多属兼气发酵或表面培养，生产设备要求不高，产品化学结构简单，属初级代谢产物。
2.近代生物技术阶段主要产品：抗生素、维生素、甾体、氨基酸；食品工业的工业酶制剂、食用氨基酸、酵母、啤酒；化工业的酒精、丙酮、丁醇、沼气；农林业的农药；环境保护业的生物治理污染。
生物技术的特点：（1）产品类型多，初级（氨基酸、酶、有机酸）、次级（抗生素）、生物转化（甾体）；（2）生物技术要求高，纯种、无菌、通气，产品质量要求也高；（3）生产设备规模大；（4）技术发展速度快。
3.现代生物技术主要产品：胰岛素、干扰素、生长激素等。
生物技术的内容包括：（1）重组DNA技术及其它转基因技术（基因工程）；（2）细胞和原生质体融合技术（细胞工程）；（3）酶或细胞的固定化技术（酶工程）；（4）植物脱毒和快速繁殖技术；（5）动物细胞大量培养技术；（6）动物胚胎工程技术；（7）现代发酵技术；（8）现代生物反应工程和分离工程技术；（9）蛋白质工程技术；（10）海洋生物技术。
本科生(5年制)内分泌：前半段
二、腺垂体激素
七种激素： 七种激素： TSH、ACTH、FSH和LH有靶腺 、 、 和 有靶腺 GH、PRL、MSH 直接发挥效应 、 、
19
（一）生长激素（GH） 生长激素（GH）
• 腺垂体中含量最多，分泌 腺垂体中含量最多， 量最大(500~800μg/d) 量最大 • hGH : 191个氨基酸，种 属特异性，与PRL作用有交 叉 • 血清浓度 血清浓度:女性略高于男性 • 脉冲性释放 脉冲性释放：1～4h • 血中运输 血中运输： 游离型 结合型
21Βιβλιοθήκη 2223（2）促进代谢作用
蛋白质代谢：促进氨基酸进入细胞，加强DNA、RNA的合成， 蛋白质代谢：促进氨基酸进入细胞，加强DNA、RNA的合成， DNA 的合成 促进蛋白质合成，机体呈正氮平衡。 促进蛋白质合成，机体呈正氮平衡。 脂肪代谢：促进脂肪分解，减少组织脂肪量、尤其是肢体的 脂肪代谢：促进脂肪分解，减少组织脂肪量、 脂肪。 脂肪。 糖代谢：抑制糖的消耗，升高血糖。 糖代谢：抑制糖的消耗，升高血糖。 分泌过多：血糖升高，可出现糖尿 分泌过多：血糖升高，可出现糖尿——垂体性糖尿 垂体性糖尿
1． 信息传递作用 ． 2． 相对特异性 ． 3． 高效能生物放大作用（图） ． 高效能生物放大作用（ 4． 激素间的相互作用 ． action） ①协同作用（synergistic action） 协同作用（ ②拮抗作用( antagonistic action) 拮抗作用 ③允许作用(permissive action)：一种激素本身不能直接对某些 允许作用 ： 器官组织或细胞发挥作用，但在该激素存在的条件下， 器官组织或细胞发挥作用，但在该激素存在的条件下，可使另一 种激素作用增强，即对另一种激素的效应起支持作用。 种激素作用增强，即对另一种激素的效应起支持作用。 糖皮质激素本身对心肌和血管平滑肌并无直接增强收缩的作 如: 糖皮质激素本身对心肌和血管平滑肌并无直接增强收缩的作 用，但只有它存在时，儿茶酚胺类激素才能充分发挥调节缩血管 但只有它存在时， 作用。 作用。糖皮质激素和儿茶酚胺类激素之间是允许作用
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二、蛋白质的分子组成和结构 (一）分子组成： 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 。
32 目 录
蛋白质元素组成的特点：
蛋白质的含氮量平均为16％。 体内含氮物质以蛋白质为主，测定生物样品 含氮量，可根据以下公式推算蛋白质大致含量：
蛋白质的二级结构主要以α螺旋和 -折叠为主， 许多蛋白质既有α螺旋又有 -折叠。
分类 相同蛋白
亚家族 家族
超家族
序列相似程度
95 % 80～95 % 50～80% 25～50%
37 目 录
（二）蛋白质的分子结构
蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，分 子量大，能折叠成一定的形状，形成具有空 间结构的大分子。
蛋白质的分子结构：蛋白质分子各原子的 空间排布和相互关系。
38 目 录
O
因为氨基酸脱水缩合使基团不全。
26 目 录
多肽链 (polypeptide chain)： 许多氨基酸通过肽键连接而成的一种链状结构。
主链结构: 氨基酸残基通过肽键连接而成的结构。
侧链结构：氨基酸残基 R基团结构。
OO O
‖‖‖
NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH
2 目录
蛋白质的生物学重要性 Protein derives from Greek protos， meaning “first” or “foremost”.
1. 蛋白质是生物 体重要组成成分(结构蛋白)
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：占人体干重的45％， 某些组织,例如脾、肺及横纹肌等高达80％。
∣∣∣
∣
R1 R2 R3
Rn
氨基末端（N 末端）：多肽链中有自由氨基的一端 羧基末端（C 末端）：多肽链中有自由羧基的一端 多肽链方向性：从氨基末端走向羧基末端
27 目 录
N末端
C末端
牛核糖核酸酶
28 目 录
（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)
∣
∣
∣
∣
R
R
R
R
43 目 录
（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平面）
O
O–
‖
∣
Cα–C –N–Cα → Cα–C = N+–Cα
∣
∣
H
H
键长： C–N：0.149 C=N：0.127 肽键：0.132
肽键具有部分双键性质
44 目 录
肽键平面：参与肽键的 6个原子C1、C、O、N、 H、C2位于同一平面， 此一平面称之。
一条多肽链所有原子的空间排布。
四级结构：多条肽链之间原子的空间排布。
39 目 录
三、蛋白质的一级结构 由氨基酸残基的排列顺序决定
蛋白质一级结构 ：(primary structure) 指蛋白质分子，从N端到C端的氨基酸残基排 列顺序。
形成一级结构的化学键： 肽键（主要化学键）、二硫键
40 目 录
34 目 录
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）
18 目 录
（二） 氨基酸具有特征性的滴定曲线
甘 氨 酸 滴 定 曲 线
19 目 录
（三）紫外吸收性质 含共轭双键的氨基酸
色氨酸、酪氨酸的 最大吸收峰在 280nm 附近。
测定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
20 目 录
（四）氨基酸参与多种化学反应 1、氨基酸分解生成氨气： 氨基酸定量和蛋白质定量 2、生成萤光氨基酸： 二硝基氟苯（DNFB） N-末端氨基酸测定
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。
细胞的环境因素影响蛋白质分子的空间构象。
41 目 录
蛋白质数据库
Genebank：ห้องสมุดไป่ตู้NCBI网站：
National Center for Biotechnology Information /
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
25 目 录
肽：氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
OO O
‖‖‖
NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH
∣∣∣
∣
R1 R2 R3
Rn
二肽：两分子氨基酸残基缩合形成 三肽：三分子氨基酸残基缩合形成，…… 寡肽：十个以内氨基酸相连，(oligopeptide) 多肽：由更多的氨基酸相连，(polypeptide) 蛋白质：51个氨基酸 氨基酸残基 (residue): 肽链中的氨基酸分子;
CHRH3
C OO-
C
+NH3
H
L-氨基酸的丙甘通氨氨式酸酸
8 目录
二、20种氨基酸的分类： 根据侧链结构和性质不同
（一）非极性疏水性氨基酸 （二）极性中性氨基酸 （三）芳香族氨基酸 （四）酸性氨基酸 （五）碱性氨基酸
9 目录
（一）非极性疏水性氨基酸： 侧链是非极性（疏水）的氨基酸 订正P53
O
O
O
‖
‖
‖
‖
NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-C-
∣
∣
∣
∣
R
R
R
R
1951年Linus Pauling等提出蛋白质α螺旋结构
1952年丹麦科学家(Linderstrom-Lang)建议：
一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。
二级结构：主链原子的空间排布。
三级结构：主链和侧链原子的空间排布。
铁
铁蛋白
锌
乙醇脱氢酶
钙
钙调蛋白
锰
丙酮酸羧化酶
铜
细胞色素氧化酶
35 目 录
•根据蛋白质形状，可分为： 纤维状蛋白质：1：10 球状蛋白质
36 目 录
根据蛋白质结构与功能的关系：
功能相似、结构相似（结构域、模体）、序列相似
根据同源蛋白质序列相似程度分类 同源蛋白：来自同一祖先（功能相似）的蛋白
质，氨基酸序列相似程度>25%。
5 目录
第一节 氨基酸
Amino Acids
6目 录
一、组成人体蛋白质的20种氨基酸 均属于L-α-氨基酸
COOH ∣
H2N－Cα－H ∣
R
L-α-氨基酸
COOH ∣
H－Cα－NH2 ∣
R
D-α-氨基酸
自然界中氨基酸300余种， 人体蛋白质氨基酸20种，均属 L-氨基酸（甘氨 酸除外）。
7 目录
10 目 录
(二)极性中性氨基酸: 侧链是极性、不带电荷的氨基酸
-OH、-SH、-CO-N2H
11 目 录
(三)芳香族氨基酸： 侧链含芳香基团的氨基酸 （苯基、酚基和吲哚基）
12 目 录
(四)酸性氨基酸： 侧链含负性解离基团的氨基酸（羧基）
13 目 录
(五)碱性氨基酸 侧链含正性解离基团氨基酸 氨基、胍基和咪唑基
3 目录
2. 蛋白质具有重要的生物学功能(功能蛋白)
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
4 目录
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） 相连形成的高分子含氮化合物。
21 目 录
3、生成Schiff碱：氨基酸代谢重要反应过程
醛 氨基酸
Schiff碱
4、茚三酮反应
氨基酸与茚三酮共热，生成蓝紫色化合 物，最大吸收峰为570nm，吸收峰值与氨基 酸含量成正比，氨基酸定量分析方法。
5、2个氨基酸成肽反应
22 目 录
第二节
多肽和蛋白质
Polypeptides and Proteins
29 目 录
GSH功能： GSH的巯基具有还原性：保护蛋白质或酶分子 的巯基免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。 GSH还原H2O2 GSH与致癌剂或药物结合
H2O2
2GSH
GSH过氧 化物酶
NADP+
GSH还原酶
2H2O
GSSG
NADPH+H+
30 目 录
2.体内有许多激素属寡肽或多肽
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。
第四章
氨基酸、多肽与蛋白质
Amino Acids，Peptides and Proteins
1目 录
病例：老年痴呆症 蛋白质结构变化引起疾病
记忆力明显减退，经常 忘记刚刚说过的话或做 过的事，对于熟悉的人 或物品，不能回忆其名 称。语言不流畅，经常 间断，与人交流困难， 睡眠欠佳，表情淡漠， 反应迟钝。
46 目 录
（二）蛋白质二级结构的主要形式： 肽键平面通过C旋转或折叠形成的主链结构。
• -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