氨基酸的分类、命名、结构、性质和制备氨基酸的分类、命名、结构、性质和制备； 肽的结构和肽键，多肽结构的测定肽的结构和肽键，多肽结构的测定； 蛋白质的分类、结构和性质蛋白质的分类、结构和性质； 酶的组成、分类及催化反应的特性。酶的组成、分类及催化反应的特性。 氨基酸的结构、构型、性质和制备；氨基酸的结构、构型、性质和制备； 肽的结构和肽键，蛋白质的结构和性质。肽的结构和肽键，蛋白质的结构和性质。第十六章第十六章 氨基酸、多肽、蛋白质氨基酸、多肽、蛋白质 氨基酸的结构、分类和命名氨基酸的结构、分类和命名 v结构：组成蛋白质的氨基酸有结构：组成蛋白质的氨基酸有20种，都是种，都是-氨基酸。氨基酸。v除甘氨酸外，都有旋光性，且除甘氨酸外，都有旋光性，且都都是是L型的。型的。 L-乳酸乳酸 L-丙氨酸丙氨酸 L-苏氨酸苏氨酸 16-1 氨基酸氨基酸v命名：天然氨基酸常采用习惯名称。命名：天然氨基酸常采用习惯名称。 构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸，有一套通用的符号，这种氨基酸，有一套通用的符号，这些符号象元素符号一样，是国际通用的。些符号象元素符号一样，是国际通用的。 v分类：分类： 氨基酸可按分子中氨基和羧基的相对数目，分为中氨基酸可按分子中氨基和羧基的相对数目，分为中性氨基酸性氨基酸( (含含1个氨基个氨基1个羧基个羧基) )、酸性氨基酸、酸性氨基酸( (含含1个氨个氨基基2个羧基个羧基) )和碱性氨基酸和碱性氨基酸( (含含2个氨基个氨基1个羧基个羧基) )。 也可按烃基的结构分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基也可按烃基的结构分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。酸和杂环氨基酸。 氨基酸的性质氨基酸的性质 (1) -氨基酸的物理性质氨基酸的物理性质 v-氨基酸都是高熔点固体，多数在熔化时分解。氨基酸都是高熔点固体，多数在熔化时分解。 甘氨酸：甘氨酸：262(分解分解) ) 酪氨酸：酪氨酸：310(分解分解) )v但但-氨基酸的氨基酸的N-酰基化合物和酰胺的熔点却较低。酰基化合物和酰胺的熔点却较低。 C6H5CONHCH2COOH：190； H2NCH2CONH2：6768。 v-氨基酸不溶于乙醚等非极性溶剂，在水里的溶解度氨基酸不溶于乙醚等非极性溶剂，在水里的溶解度大小不一，但都比在乙醚中的大。大小不一，但都比在乙醚中的大。 丙氨酸丙氨酸 谷氨酸谷氨酸 v- -氨基酸的偶极矩比分子量相近的羧酸或胺都大得多。氨基酸的偶极矩比分子量相近的羧酸或胺都大得多。 v是以偶极离子形式存在的。是以偶极离子形式存在的。 (2) 酸碱性酸碱性 v氨基酸既能和酸反应生成铵盐，也能和碱反应生成羧酸氨基酸既能和酸反应生成铵盐，也能和碱反应生成羧酸盐，是两性化合物。盐，是两性化合物。 v氨基酸在溶液中存在下列平衡：氨基酸在溶液中存在下列平衡： K1K2低低pH 高高pH (3) 等电点等电点 vpI： 氨基酸所带的正电荷数目与负电荷数目正好相等氨基酸所带的正电荷数目与负电荷数目正好相等时的时的pH值。值。 v关系式：关系式：pI = (pK1 + pK2)2 pK1=2.34pK2=9.69丙氨酸丙氨酸v在等电点时，氨基酸几乎全部以两性离子形式存在。在等电点时，氨基酸几乎全部以两性离子形式存在。溶液的溶液的pHpI时，时，氨基酸以负离子形式存在。氨基酸以负离子形式存在。 v处于等电点的氨基酸溶解度最小。处于等电点的氨基酸溶解度最小。可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。 中性氨基酸：中性氨基酸：pI=6.26.8；v分子结构不同的氨基酸，等电点各不相同。分子结构不同的氨基酸，等电点各不相同。酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=2.83.2；碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=7.610.8。 (4) 氨基的反应氨基的反应 v和亚硝酸反应和亚硝酸反应 反应是定量完成的，根据放出氮气的量，算出样反应是定量完成的，根据放出氮气的量，算出样品中氨基的含量。品中氨基的含量。称为称为Van slyke氨基测定法。氨基测定法。 v脱羧反应脱羧反应 - -氨基酸在氨基酸在Ba(OH)Ba(OH)2 2存在下加热或在酶作用下，可发存在下加热或在酶作用下，可发生脱羧反应，生成胺类化合物生脱羧反应，生成胺类化合物v与茚三酮的显色反应与茚三酮的显色反应水合茚三酮水合茚三酮 紫色紫色 可以用于氨基酸的比色测定和纸上层析的显色。可以用于氨基酸的比色测定和纸上层析的显色。 氨基酸的制法氨基酸的制法 v氨基酸的生产：氨基酸的生产： 蛋白质水解法，从蛋白质水解液中利用等电点沉淀分蛋白质水解法，从蛋白质水解液中利用等电点沉淀分离氨基酸；离氨基酸； 化学合成法，得到的氨基酸都是外消旋产物。化学合成法，得到的氨基酸都是外消旋产物。 发酵法，如味精发酵法，如味精( (谷氨酸钠谷氨酸钠) )的生产等；的生产等； v用用Gabriel法代替，可得较纯的氨基酸。法代替，可得较纯的氨基酸。 卤代酸氨解卤代酸氨解丙二酸酯法丙二酸酯法 蛋氨酸蛋氨酸 肽和肽键肽和肽键 v一分子一分子-氨基酸中的羧基和另一分子氨基酸中的羧基和另一分子-氨基酸的氨基，氨基酸的氨基，通过失水形成酰胺键而连结成的化合物叫做肽。通过失水形成酰胺键而连结成的化合物叫做肽。v肽分子中的酰胺键称为肽键。肽分子中的酰胺键称为肽键。 v根据肽分子中氨基酸的数目，称作二肽、三肽根据肽分子中氨基酸的数目，称作二肽、三肽 青霉素青霉素G 半胱氨酸半胱氨酸缬氨酸缬氨酸16-2 多肽多肽氨基酸残基氨基酸残基 肽键肽键 (1) 肽的结构特征肽的结构特征 v酰胺平面和肽单元：酰胺平面和肽单元： sp2杂化杂化 v肽键：一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨肽键：一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨基失去一分子水形成的酰胺键。基失去一分子水形成的酰胺键。 肽单元肽单元 酰胺平面酰胺平面 肽单元肽单元 1肽单元肽单元 2肽链中的酰胺平面肽链中的酰胺平面(2) 肽链的氨基酸顺序与命名肽链的氨基酸顺序与命名 氮端氮端 碳端碳端 丙氨酰甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酰丙氨酸 AlaGlyAla丙丙甘甘丙丙 多肽结构的测定多肽结构的测定 v测定多肽的结构，是走向合成蛋白质的第一步，要弄测定多肽的结构，是走向合成蛋白质的第一步，要弄清一个多肽的结构，必须要知道：清一个多肽的结构，必须要知道： 它是由哪些氨基酸组成的，它是由哪些氨基酸组成的，这些氨基酸是按什么次序结合的。这些氨基酸是按什么次序结合的。 v多肽分子中氨基酸的排列情况非常复杂，例如由多肽分子中氨基酸的排列情况非常复杂，例如由8 8种氨种氨基酸组成定的八肽就有基酸组成定的八肽就有8! = 40320种排列方式。种排列方式。 (1) 氨基酸组分分析氨基酸组分分析 v目的是确定组成多肽的氨基酸的种类和数目。目的是确定组成多肽的氨基酸的种类和数目。 v将多肽在将多肽在6moll-1的的HCl中，加热至中，加热至100，维持，维持24小小时，使多肽完全水解，然后使水解后获得的氨基酸混合时，使多肽完全水解，然后使水解后获得的氨基酸混合液通过离子交换柱，不同的氨基酸因通过离子交换柱的液通过离子交换柱，不同的氨基酸因通过离子交换柱的速度不同而分离，用自动检测仪器鉴定和记录。速度不同而分离，用自动检测仪器鉴定和记录。 氨基酸分析仪氨基酸分析仪(2) 氨基酸的顺序分析氨基酸的顺序分析 v氮端分析：氮端分析：Edman降解法降解法 v碳端分析：羧肽酶法碳端分析：羧肽酶法 羧肽酶羧肽酶A能水解不是精氨酸能水解不是精氨酸( (Arg) )和赖氨酸和赖氨酸( (Lys) )的的碳端氨基酸，羧肽酶碳端氨基酸，羧肽酶B则只能水解碳端为精氨酸和赖则只能水解碳端为精氨酸和赖氨酸的多肽。氨酸的多肽。 v肽链的选择性水解肽链的选择性水解 部分水解法常用的蛋白酶：部分水解法常用的蛋白酶： 胰蛋白酶，只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键；胰蛋白酶，只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键； 糜蛋白酶，水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨糜蛋白酶，水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨 酸的肽键。酸的肽键。 溴化氰，只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。溴化氰，只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。 最后，把选择性水解得到的各个肽段的分析结果，用最后，把选择性水解得到的各个肽段的分析结果，用重叠法得出整条肽链的氨基酸顺序。重叠法得出整条肽链的氨基酸顺序。 胃蛋白酶，只水解苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸氨基上胃蛋白酶，只水解苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸氨基上的肽键；的肽键； 3 3 几种重要的多肽几种重要的多肽 v谷胱甘肽谷胱甘肽-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 v作为还原剂，保护蛋白质或酶的巯基免遭氧化；清除作为还原剂，保护蛋白质或酶的巯基免遭氧化；清除体内的体内的H2O2；保护核酸和蛋白质免遭毒物损害。；保护核酸和蛋白质免遭毒物损害。 v肽类激素肽类激素 促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素 焦谷氨酸焦谷氨酸 组氨酸组氨酸 脯氨酰胺脯氨酰胺 催产素催产素 v肽链中的二硫键肽链中的二硫键v胰岛素胰岛素1965年年9月，中国在世界上月，中国在世界上首次合成牛胰岛素。首次合成牛胰岛素。 蛋白质的分类蛋白质的分类 v按蛋白质的结构按蛋白质的结构：单纯蛋白质和结合蛋白质单纯蛋白质和结合蛋白质。 辅基辅基：脂肪、糖、核酸等。：脂肪、糖、核酸等。 v按蛋白质的形状：纤维蛋白和球蛋白。按蛋白质的形状：纤维蛋白和球蛋白。 v按蛋白质的功能按蛋白质的功能：活性蛋白质和非活性蛋白质活性蛋白质和非活性蛋白质。 活性蛋白质，如酶、激素、抗体等；活性蛋白质，如酶、激素、抗体等； 非活性蛋白质非活性蛋白质，如胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白等。如胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白等。 16-3 蛋白质蛋白质 蛋白质的结构蛋白质的结构 (1) 一级结构一级结构 v蛋白质分子中以共价键相连的氨基酸的排列次序。蛋白质分子中以共价键相连的氨基酸的排列次序。 v由几条肽链组成的蛋白质，每条肽链称为亚基，在肽由几条肽链组成的蛋白质，每条肽链称为亚基，在肽链中每个氨基酸单位称为氨基酸残基，如牛胰岛素有两链中每个氨基酸单位称为氨基酸残基，如牛胰岛素有两条亚基，共条亚基，共51个氨基酸残基。个氨基酸残基。 v蛋白质一级结构的研究方法：研究多肽结构的端基分蛋白质一级结构的研究方法：研究多肽结构的端基分析、部分水解等方法。析、部分水解等方法。 (2) 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 是多肽链主链的局部空间结构，不涉及氨基酸残基侧是多肽链主链的局部空间结构，不涉及氨基酸残基侧链的构象。链的构象。 稳定蛋白质二级结构的因素是氢键。稳定蛋白质二级结构的因素是氢键。 多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。则的构象，这称为二级结构。 螺旋：蛋白质的一条肽链中有规律的螺旋结构，每一螺旋：蛋白质的一条肽链中有规律的螺旋结构，每一圈含圈含3.6个氨基酸残基。个氨基酸残基。折叠：两条肽链或一条肽链的两段平行排列折叠：两条肽链或一条肽链的两段平行排列。 转角：肽链的转角：肽链的180回折的角回折的角。无规则卷曲无规则卷曲：没有规律性的肽链构象。没有规律性的肽链构象。 v三级结构：是指整条肽链中全部氨基酸残基的空间位三级结构：是指整条肽链中全部氨基酸残基的空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。 v依靠疏水作用、氢键、盐键、范得华力维持。依靠疏水作用、氢键、盐键、范得华力维持。 肌红蛋白肌红蛋白v四级结构：四级结构：v蛋白质的生理活性是由三级、四级结构来决定的。蛋白质的生理活性是由三级、四级结构来决定的。 蛋白质分子中每一个具有独立三级结构的多肽链称为蛋白质分子中每一个具有独立三级结构的多肽链称为亚基，不少蛋白质是由两个以上的多肽链组成的；亚基，不少蛋白质是由两个以上的多肽链组成的； 蛋白质的四级结构是指各条亚基的空间排布，及亚基蛋白质的四级结构是指各条亚基的空间排布，及亚基接触部位的布局和相互作用。接触部位的布局和相互作用。 亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。 蛋白质的性质蛋白质的性质 (1) 等电点和胶体性质等电点和胶体性质 v蛋白质分子颗粒的直径在蛋白质分子颗粒的直径在0.10.001m，形成胶体，形成胶体溶液，具有一定稳定性。溶液，具有一定稳定性。蛋白质分子中含有许多亲水基，如羧基、氨基、羟蛋白质分子中含有许多亲水基，如羧基、氨基、羟基等。基等。 蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷。蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷。v原因：原因： (2) 蛋白质的变性蛋白质的变性 v破坏三级结构、打开二硫键，引起可逆变性。破坏三级结构、打开二硫键，引起可逆变性。v破坏二级结构，导致不可逆变性。破坏二级结构，导致不可逆变性。 v蛋白质在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结蛋白质在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结构发生变化，导致性质改变，称为蛋白质的变性。构发生变化，导致性质改变，称为蛋白质的变性。 v研究蛋白质变性的意义：研究蛋白质变性的意义：掌握变性条件，防止蛋白质变性；掌握变性条件，防止蛋白质变性；利用变性，把蛋白质拆成亚基，进行研究；利用变性，把蛋白质拆成亚基，进行研究；研究维持蛋白质二、三级结构的作用力。研究维持蛋白质二、三级结构的作用力。 酶的组成酶的组成 v单纯酶：催化活性仅由蛋白质的结构决定；单纯酶：催化活性仅由蛋白质的结构决定；v结合酶：催化活性除蛋白质部分外，还需要非蛋白质结合酶：催化活性除蛋白质部分外，还需要非蛋白质物质，称为辅酶。物质，称为辅酶。v辅酶主要有两类：辅酶主要有两类：金属离子如金属离子如Cu2+、Zn2+、Mn2+等；等；低分子量的有机化合物如叶绿素、血红素、维生素等。低分子量的有机化合物如叶绿素、血红素、维生素等。 16-4 酶酶 酶的特性酶的特性 (1) 酶的催化反应酶的催化反应 酶酶 底物底物 复合物复合物 酶酶产物的复合物产物的复合物 产物产物(2) 酶和一般催化剂的共性酶和一般催化剂的共性 v能加快反应速度，在反应前后它本身没有质和量的变化；能加快反应速度，在反应前后它本身没有质和量的变化； v能够改变反应速度，但不能改变化学平衡；能够改变反应速度，但不能改变化学平衡； v能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能。能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能。 (3) 酶催化作用特性酶催化作用特性 v高效性：比一般催化剂高高效性：比一般催化剂高1071013倍。倍。 v专一性：专一性：v条件温和：条件温和：pH=58、2040。 麦芽糖酶只能使麦芽糖酶只能使-葡萄糖苷键水解，对葡萄糖苷键水解，对-葡葡萄糖苷键无效；萄糖苷键无效； 酵母中的乳酸脱氢酶，只催化酵母中的乳酸脱氢酶，只催化L-乳酸脱氢生成丙酮酸，乳酸脱氢生成丙酮酸，而不影响而不影响D-乳酸。乳酸。 (4) 酶作用专一性的原因酶作用专一性的原因 酶的活性中心示意图酶的活性中心示意图 酶的分类和命名酶的分类和命名 (1) 分类分类 v六大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异六大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶。构酶、合成酶。 (2) 命名命名 v习惯命名法：根据两个原则习惯命名法：根据两个原则 根据催化的底物根据催化的底物；根据催化反应的性质。根据催化反应的性质。 常结合上述两个原则来命名，如乳酸脱氢酶，是催化常结合上述两个原则来命名，如乳酸脱氢酶，是催化乳酸脱氢反应的。乳酸脱氢反应的。 v系统命名法：以酶的催化反应为基础，要写出作用物系统命名法：以酶的催化反应为基础，要写出作用物及催化反应的性质。及催化反应的性质。 丙氨酸丙氨酸酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸谷氨酸谷氨酸 习惯名：谷丙转氨酶习惯名：谷丙转氨酶 系统名：丙氨酸系统名：丙氨酸: :酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 谷丙转氨酶谷丙转氨酶 酶在有机化学中的应用酶在有机化学中的应用 v天冬氨酸的生产天冬氨酸的生产 v消旋化氨基酸酯的酶法拆分消旋化氨基酸酯的酶法拆分 D,L-氨基酸酯氨基酸酯 L-氨基酸氨基酸 D-氨基酸酯氨基酸酯