蛋白质的构件-氨基酸及多肽.ppt

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1、第2章 蛋白质,掌握蛋白质的基本构成单体氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。掌握氨基酸的理化性质，重点掌握两性电离与等电点含义。掌握蛋白质一级结构的概念。重点掌握蛋白质二级结构的概念，二级结构的基本类型：-螺旋及-折叠的结构特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特性；了解超二级结构及结构域的概念。了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。理解蛋白质结构与功能的关系。掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些性质的生理意义及实践意义。,2.1 氨基酸,2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。,-

2、氨基酸,2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类,氨基酸分类的方法有多种，目前常以氨基酸的R基团的结构和性质作为氨基酸分类的基础。根据R基团的结构可将20种氨基酸分为七类：R为脂肪族基团的氨基酸；R为芳香族基团的氨基酸；R为含硫基团的氨基酸；R为含羟基基团的氨基酸；R为碱性基团的氨基酸；R为酸性基团的氨基酸；R为含酰胺基团的氨基酸。,2.1.1蛋白质氨基酸的一般结构及其分类,根据R基团的极性可将氨基酸分为四类：非极性R基团氨基酸；极性不带电荷R基团氨基酸；R基团带负电荷的氨基酸；R基团带正电荷的氨基酸。这种分类方法更有利于说明不同氨基酸在蛋白质结构和功能上的作用。氨基酸的名称常使用三字母的简写

3、符号表示，有时也使用单个字母简写符号表示。,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,脂肪族氨基酸,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 V

4、aline亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline,亚氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline甲硫氨酸 Methionine,含硫氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸 Cysteine,含硫氨基酸,氨基酸的结构,芳香族氨基酸,苯丙氨酸Phenylalanine,氨基酸的结构,芳香族氨基酸,苯

5、丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine组氨酸 Histidine,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate,酸性氨基酸,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate,酸性氨基酸,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine,含羟基氨基酸,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine,含羟基氨基酸,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine,含酰胺氨基酸,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine谷酰胺 Glutamine,含酰胺氨基酸,1、氨基酸的光吸收及旋光性,除甘

6、氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。偏振光透过1dm旋光管及1g/mL旋光物质的溶液，在一定温度下测得的旋光度，称为比旋光度。a=100a/lc，a为比旋度、a为旋度值、l为旋光管长（单位为dm）、c为每100ml溶液中的样品重量（单位为g）,2.1.2 氨基酸的理化性质,氨基酸的光吸收,构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的max275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的ma

7、x257nm，257=2.0 x102;色氨酸的max280nm，280=5.6x103;A=-lgT=cl,2、氨基酸的离解性质及等电点,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,pH 1 7 10净电荷+1 0-1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,氨基酸的等电点,在一定的pH条件下，氨基酸分子中所带的正电荷和负电荷数相同，即净电荷为零，此时溶液的pH称为该种氨基酸的等电点（isoelectric poin

8、t），用符号pI表示。当溶液的pH等于等电点即pH=pI时，溶液中的氨基酸净电荷为零，在电场中既不向正极移动，也不向负极移动，主要以两性离子存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子，还有极少量的中性分子；并且，由于静电作用，此时氨基酸的溶解度最小。当溶液的pH小于等电点即pHpI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动。,氨基酸的等电点,氨基酸的等电点,侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI=(pK1+pK2)/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1+pKR-COO-)/2 碱

9、性氨基酸：pI=(pK2+pKR-NH2)/2 计算氨基酸的pI 和氨基酸溶液的pH,3.氨基酸的化学性质,氨基酸的化学反应主要是指氨基酸分子中的-氨基和-羧基以及R基团所参与的反应。下面着重介绍几种在蛋白质化学及结构测定中具有重要意义的化学反应。1）茚三酮反应（Ninhydrin reaction）,茚三酮,2）桑格反应（Sanger reaction）Sanger反应由弗雷德里克桑格（Frederick Sanger）首先发现，是氨基酸与2,4-二硝基氟苯的反应。在弱碱性（pH 89）、暗处、室温或40条件下，氨基酸的-氨基很容易与2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobe

10、nzene，FDNB）反应，生成黄色的2,4-二硝基氨基酸（dinitrophenyl amino acid，DNP-氨基酸）。,4.氨基酸的溶解性质,氨基酸多为无色晶型固体。在有机化合物中，氨基酸属于熔点高的化合物，其熔点约为200300。氨基酸不溶于石油醚、苯等非极性溶剂，有一定的水溶性。不同的氨基酸在水中的溶解度相差较大，常见氨基酸溶解度见表2-7。,2.1.3 氨基酸混合物的分离和分析,为了测定蛋白质中氨基酸的含量、组成或从蛋白质水解液中制取氨基酸，都需要对氨基酸混合物进行分析和分离工作。其方法较多，而目前使用较多的是层析法。,氨基酸的分离分析,层析法：也称色谱法（chromatogr

11、aphy），是一种物理的分离方法。它是利用混合物中各组分的物理化学性质的差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中一个相为固定的（称为固定相），另一个相则流过此固定相（称为流动相）并使各组分以不同速度移动，从而达到分离。,按层析原理分类,1、肽的基本问题一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,2.2 肽,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游

12、离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,2.肽键的结构,肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。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。,顺反构型体,定义立体异构的一种，由于双键不能自由旋转引起的，一般指烯烃的双键，也有C=N双键，N=N双键及环状等化合物的顺反异构。顺式异构体：两个相同原子或基团在双键同一侧的为顺式异构体，也用 cis-来表示。反式异构体：两个相同原子或基团分别在双键

13、两侧的为反式异构体，也用 trans-来表示。,3、多肽的理化性质,（1）多肽的两性离解:主要决定于游离末端-NH2、游离末端-COOH 以及侧链R基上可解离功能基团。在长肽或蛋白质中，可解离功能基团主要是侧链上的。多肽的等电点，随着肽链内酸性氨基酸残基数的增加而下降，随着肽链内碱性氨基酸残基数的增加而上升。（2）旋光性：一般短肽的旋光度等于其各个氨基酸的旋光度的总和。蛋白质水解得到的各种短肽，只要不发生消旋作用，也具有旋光性。,（3）.多肽链的反应：A.多肽链的水解；B.氨基酸的邻基反应C.颜色反应,茚三酮反应的原理,在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色（与脯氨酸反应生成红色）化合物

14、的反应。,双缩脲反应的原理,在碱性溶液中，双缩脲（NH2-CO-NH-CO-NH2）与Cu2+结合，生成紫红色的络合物，这一呈色反应成为双缩脲反应。蛋白质分子中含有两个以上的肽键，具有类似于双缩脲的结构，因此能发生双缩脲反应。生成的紫红色络合物，其颜色深浅与蛋白质的浓度成正比，而与蛋白质的分子质量及氨基酸成分无关。,4、天然存在的重要多肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多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。,谷胱甘肽(glutathione,GSH),GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,