生物化学第一章蛋白质

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一、肽（peptide）的结构与功能
（一）肽的分类和命名 （二）肽键（peptide bond）的结构和性质 （三）寡肽的性质 （四）天然活性肽
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一、 肽的结构与功能
• （一）肽的分类和命名 • 1. 表示方法 • 2. 命名 • 3. 分类
• 多肽的氨基酸顺序。 • 极性：多肽链左有氨基端或N-端；右有羧基端或C-端。 • 主链、侧链、氨基酸残基 • 多肽的命名取从N-端的氨基酸残基开始，称：某氨酰某氨酰
• 许多分子量比较小的肽以游离状态存在。这类肽通常都具有特 殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗 生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。
人体分泌的许多种激素属于多肽类，其中包括：促性腺激素、 促甲状腺素释放激素、生长激素、黑素细胞抑制激素、缩胆囊 素、胸腺素等等。
以生物活性肽为先导，对其结构进行改造是新药研发的捷径之一 。
（一）物理性质
2.熔点：氨基酸多是无色晶体，熔点一般在200～300℃， 比相应的羧酸和胺高。 一些氨基酸具有鲜味，谷氨酸钠盐。
P25
3. 旋光性
除甘氨酸(Gly)外，都 具有旋光性。左旋用 （-）表示，右旋用 （+）表示。
4. 光谱性质
可见光区：都没有光吸收 红外和远紫外光驱：都有
在近紫外区(220400nm)只有Tyr、Phe 和Trp（芳香族AA，含共 轭体系 ）有光吸收峰。
二、氨基酸的分类
已发现的氨基酸多达300种
(一) 常见的蛋白质氨基酸 (二) 不常见的蛋白质氨基酸 (三) 非蛋白质氨基酸
（一）常见蛋白质氨基酸的分类
P17
按照极性和生理状态下（pH=7.0）的带电状态
极性氨基酸
极性带负电荷 极性带正电荷
非极性氨基酸
极性不带电荷
极性与非极性与蛋白质空间结构形成密切相关。
（三）化学性质
P23
1.茚三酮反应 2.成肽反应 3.Sanger反应 4.Edman反应 5.与亚硝酸的反应
1.与茚三酮反应
H2O
Pro是亚氨基酸，不能释放氨， 直接生成黄色化合物 用于α-氨基酸的定性、定量测 定和显色
P23、24 3H2O
互变异构
2.成肽反应
3.Sanger反应（FDNB反应）
第一章 蛋白质（protein）
第一节 概论 第二节 氨基酸 第三节 蛋白质的结构 第四节 蛋白质结构与功能的关系 第五节 蛋白质的性质及研究方法
第一章 蛋白质（protein）
第一节 概论
Primary
一、 Pr的组成 二、 Pr的分类 三、 Pr的功能
一、 Pr的组成
P15
• （一）化学元素组成 大量：C H O N S 微量：P Fe Cu I Zn 特点： 含N量相对稳定
5.与亚硝酸的反应
N来源
HNO2
R CH COOH
R CH COOH + N2 + H2O
NH2
OH
aa定量测定；Lys的ε-氨基反应速度较慢
氨基酸的分离、分析方法有那些？
• 分离鉴定： • 定性： • 定量：
依据其结构、 性质
看氨基酸的纸层析和离子交换柱层析 P26
第三节 蛋白质的结构
一、肽的结构与功能 二、蛋白质的结构层次 三、蛋白质结构的维持力
蛋白质的280nm紫外吸收
峰在主要来其Tyr、Trp残 基
P25
280nm 265nm
（二）两性解离
P20
过去认为氨基酸的晶体或在水溶液中是以不解离的中性分子存在的。 水溶液或结晶状态氨基酸是以两性离子形式存在的。 氨基酸所带电荷取决于溶液的pH值
H3N+
COOHH
CH R
pH=1
净电荷为正 正离子AA+
三、Pr的功能
• （一）Pr的共同功能
构成和修复组织的N源（3%）； 能量来源（14%）； 提供缓冲系统和体液的渗透压；
• （二）专一功能
催化（酶）；调节（激素）；转运（血红蛋白）； 贮存（种子蛋白）；运动（肌动蛋白）； 结构（胶原蛋白）；防御和进攻（免疫）；
萤火虫（荧光蛋白） 蜘蛛网（蚕丝蛋白）原生动物（动力蛋白） 篦麻（篦麻蛋白）
P58
两个肽平面以一个Cα为中心发生旋转
ψ φ
理论上可以取-180～+180℃间的任一值
5.多肽主链折叠的空间限制
P58
（1）主链只能以Cα为中心旋转 （2）侧链R基团的空间位阻
因此蛋白质的构象不能无限多种。
（三）寡肽的性质
P46
1. 氨基酸类似的化学反应：如两性解离 2. 双缩脲反应
（四）天然活性肽
β-丙氨酸 甲基甘氨酸 γ-氨基丁酸
高丝氨酸 高半胱氨酸
鸟氨酸
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三、 氨基酸的性质
两个官能团都有极性，离子型化合物
（一）物理性质 （二）两性解离 （三）化学性质
（一）物理性质
1.溶解性 2.熔点 3.旋光性 4.光谱性质（紫外吸收）
（一）物理性质
1.溶解性：在水中溶解度各不相同，易溶于酸或碱，多 数难溶于有机溶剂。 除Cys、Tyr外，均溶于水； 除Pro和羟Pro外，均难溶于 乙醇和乙醚。
• （二）分子组成
16%
简单蛋白：仅由氨基酸 组成 结合（缀合）蛋白 ：
Pr+非蛋白成分（辅基或配体）
二、 Pr的分类
• （一）分子大小 • （二）形状 • （三）组成 • （四）功能
P15
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（一）分子大小
单体蛋白、寡聚蛋白
(二)形状
按蛋白质的形状和溶解度可将蛋白质分为： 纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质。
1.肽键的结构：酰胺键
P45
2.肽键的性质：
sp2
sp3
sp2
sp2
肽键是共振杂化体
（二）肽键（peptide bond）的结构和性质
• 1.肽键： • 2.肽键的性质：
氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作 用。因此肽键中的C-N键具有部分双键性质， 不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构 存在。 • 3.肽平面：组成肽键的6个原子处于同一平面。 • 4.二面角ψ和φ
谷氨酰胺Gln
O H2N CH C OH
CH2 CO NH2
H2N
O CH C CH2 CH2 CO NH2
OH
酰胺
3.极性不带电荷
丝氨酸Ser
苏氨酸Thr
酪氨酸Tyr
O H2N CH C OH
CH2 OH
O H2N CH C OH
CH OH CH3
O H2N CH C OH
CH2
羟基
OH
3 .极性不带电荷
红血球（血红蛋白） 癌细胞（异常蛋白） 牛奶（酪蛋白）
第二节 氨基酸
一、 常见Pr－氨基酸的基本结构 二、 氨基酸的分类 三、 氨基酸的性质
一、常见Pr -氨基酸的基本结构
氨基酸是指含有氨基的羧酸。在天然蛋白 质中常见的有 20 种（22），又称基本氨 基酸或标准氨基酸。
含硒半胱氨酸，吡咯赖氨酸（少数真菌和古细菌）
色氨酸 Trp
苯丙氨酸 Phe
O H2N CH C OH
CH2
酪氨酸Tyr
O H2N CH C OH
CH2
OH
亚氨基酸
脯氨酸 Pro
H N
CO OH
（二）不常见的蛋白质氨基酸
P19
常见蛋白质氨基酸修饰而来
5-羟赖氨酸 4-羟脯氨酸 胶原蛋白
焦谷氨酸
磷酸丝氨酸
细胞生长 和调节
（三）非蛋白质氨基酸 200多种，生物学意义不甚清楚
2,4-二硝基氟苯（DNFB）＋aa 弱碱 二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸）
FH
DNP-aa经层析后分离、鉴定
Sanger等人应用它测定胰岛素一级结构两条链 的N-端氨基酸。
4. Edman反应（PITC反应）
PTC-aa
PTH-aa无色，易用层 析法分离后显色鉴定
PTH-aa
（1）定性 （2）定量 （3）鉴定肽链N端 （4）Pr顺序自动分 析仪测序原理
构象不同，溶解性能有差别
肌红蛋白和肌球蛋白
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（三）组成
• 简单蛋白： 按其溶解性可分为7类： 清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组 蛋白和硬蛋白
• 结合蛋白：单纯蛋白质+其他化合物（辅基）。 蛋白质为其主体成分，各种辅基为其次要组成。
按其非蛋白部分的不同而分为： 核蛋白(含核酸)、糖蛋白(含多糖)、脂蛋白(含脂类)、磷 蛋白(含磷酸)、金属蛋白(含金属)及色蛋白(含色素)等
2
酸性 pI = pKa -COOH + pKR
2
COO碱H性- Hp+I
C H pK1'
= pK a - NCHO2 O+-pK-RH + H3N+ C2 H p K 2 '
H2N
R
+ H+
R
+ H+
COOCH R
pI
pI值决定于兼性离子两边的pK值的算术平均值。
酸性氨基酸的解离(Asp)
pK1
它们都有共同的基本结构
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α-碳原子
α-羧基
结 构 通 式
α-氨基 侧链基团
20种常见Pr-氨基酸的结构特点
1. α- 氨基。（除Pro） 2. α- 羧基。 3. 不对称C原子，有旋光性，L-型。 （除Gly）
4. 20种氨基酸的不同在于侧链基团R-的 不同。
L- α- 氨基酸
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H2N
O CH C OH CH2 CH2 CH2 NH C NH NH2
胍基
O H2N CH C OH
CH2 CH2 CH2 CH2 NH2
ε-氨基
O H2N CH C OH
CH2
N NH
咪唑基
3.极性不带电荷
• （1酰胺 2 • （2羟基 3 • （3巯基 1 • Gly
3.极性不带电荷
天冬酰胺Asn
半胱氨酸Cys
O H2N CH C OH
CH2 SH
巯基
-OOC-CH-CH2-SH +
+NH3
半胱氨酸 HH
半胱氨酸
二硫键 胱氨酸
3. 极性不带电荷
甘氨酸 (Gly)
O
是极性最弱的极性氨基酸
极性最强的非极性氨基酸
H2N CH C OH
源自文库
H
4.非极性氨基酸
R- 为脂肪族，芳香族等非极性侧链基团，共8种。
pK2
pK3
净电荷为正 正离子AA+
净电荷为0 正离子AA0
净电荷为负 净电荷为负 兼性离子AA- 负离子AA2-
酸性 pI 碱性 pI
= pKa -COOH + pKR
=
pK a
2
- NH2
+
pKR
2
20种氨基酸只有His的咪唑基的pK值 为6，因此在pH7左右有明显的缓冲容 量。
血红蛋白含有较多的His，对于其运输 功能是很重要的。
谷胱甘肽（GSH）
γ肽键 含有一个活泼的SH 氧化型的谷胱甘肽 （GSSG）。
GSH是一种抗氧化剂，是某些酶的辅酶，可保护蛋白质分子中的SH免遭氧化，保护巯基蛋白和酶的活性。激活多种含巯基酶等， 从而促进糖、脂肪及蛋白质代谢；保护正常组织和器官。 可用作 保肝药物，用于美容、抗衰老等。白荻多肽美白胶囊
┅ ┅某氨基酸。
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一、 肽（peptide）的结构与功能
（一）肽的分类和命名
1. 表示方法
2. 命名
3. 分类
形状：开链状、环状、 氨基酸残基的数目： 寡肽、多肽
• 有的开链肽的N端或C端的游离的α氨基或α羧基被别的 基团结合（如烷基化、酰化等）或N端残基自身环化。
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（二）肽键（peptide bond）的结构和性质
1. 极性带负电荷（酸性氨基酸）
R- 含有-COOH，可解离H＋，带负电荷。
天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu共2种。
O H2N CH C OH
CH2 CO OH
O H2N CH C OH
CH2 CH2 CO OH
2. 极性带正电荷（碱性氨基酸）
R- 含有－NH2等，可接受H＋，带正电荷。
包括精氨酸Arg、赖氨酸Lys 、组氨酸His共3种。
-H+
p K 1 ' H3N+
+ H+
COOCH R
-H+ pK2' + H+
pH=7
净电荷为0 兼性离子AA0 两性解离方程式
COO-
H2N C H R
pH=10 净电荷为负 负离子AA-
曲线中从左向右第一个拐点 是aa羧基解离50%的状态，
第二个拐点是氨基酸的等电 点，第三个拐点是氨基酸氨 基解离50%的状态。
丙氨酸 (Ala)
O
亮氨酸 （Leu）
O
H2N CH C OH
H2N CH C OH
CH2
CH3
缬氨酸 (Vla)
O
CH CH3
CH3
异亮氨酸 (Ile)
O
H2N
CH C OH CH CH3 CH3
H2N
CH C OH CH CH3 CH2 CH3
4.非极性氨基酸
甲硫氨酸Met 色氨酸Trp
脯氨酸Pro
H N
CO
OH
苯丙氨酸Phe
O H2N CH C OH
CH2
吲哚基
• 一些比较难分类的氨基酸 (如 Tyr, Gly, His，Met)， 其性质比较模糊
特殊氨基酸
➢芳香族氨基酸：
色氨酸Trp、酪氨酸Tyr、苯丙氨酸Phe
➢亚氨基酸：
脯氨酸Pro
➢含硫氨基酸：
半胱氨酸Cys、甲硫氨酸Met
芳香族氨基酸
pK值是酸50% 解离时溶液的 pH值。
1.氨基酸的等电点（pI）及其应用意义
氨基酸分子所带静电荷为0时溶液的pH值即为该 氨基酸的等电点，简写为pI。
pH<pI 正电荷 负极移动（电场中）
pH=pI 兼性离子 不移动
pH > pI 负电荷 正极移动
2. 等电点计算
中性氨基酸
H3N+
中性 pI = pKa -COOH + pKa -NH2