第十五章氨基酸、多肽與蛋白質(zhì)2005

1、第十五章 氨基酸、多肽與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是天然高分子化合物，是生命物質(zhì)的基礎(chǔ)。我們知道，生命活動的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新。蛋白質(zhì)是一切活細胞的組織物質(zhì)，也是酶、抗體和許多激素中的主要物質(zhì)。所有蛋白質(zhì)都是-由氨基酸構(gòu)成的，因此，-由氨基酸是建筑蛋白質(zhì)的磚石。要討論蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先要研究-由氨基酸的化學。 第一節(jié)氨基酸氨基酸 一、分類、命名和構(gòu)型一、分類、命名和構(gòu)型 組成蛋白質(zhì)的氨基酸（天然產(chǎn)氨基酸）都是-氨基酸，即在-碳原子上有一個氨基，可用下式表示：R CNH2HCOOH 天然產(chǎn)的各種不同的-由氨基酸只R不同而已。 氨基酸目前已知的已超過100種以上，但在生物體內(nèi)作為合成蛋白質(zhì)的

2、原料只有二十種（見P244表14-1）。1分類分類： 按烴基類型可分為脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸芳香族氨基酸，含雜環(huán)氨基酸含雜環(huán)氨基酸。 按分子中氨基和羧基的數(shù)目分為中性氨基酸中性氨基酸，酸性氨酸性氨基酸基酸，堿性氨基酸堿性氨基酸。必需氨基酸必需氨基酸共有種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸。如果飲食中經(jīng)常缺少上述氨基酸，可影響健康。 2命名命名： 多按其來源或性質(zhì)而命名。國際上有通用的符號（見P244表14-1）。3構(gòu)型： 用D/ L體系表示在費歇爾投影式中氨基位于橫鍵右邊的為D型，位于左邊的為L型。例如：天然氨基酸（除甘氨酸外）其他所有-碳原子

3、都是手性的，都有旋光性，而且發(fā)現(xiàn)主要是L型的（也有D型的，但很少）。 二、氨基酸的性質(zhì)二、氨基酸的性質(zhì) 氨基酸分子中的氨基顯堿性，而羧基顯酸性，因而氨基酸氨基酸分子中的氨基顯堿性，而羧基顯酸性，因而氨基酸既能與酸反應，也能與堿反應，是一個兩性化合物。既能與酸反應，也能與堿反應，是一個兩性化合物。RCH COOHNH2R CH COONH2R CH COOHNH3OHH1氨基酸的酸氨基酸的酸-堿性堿性兩性與等電點兩性與等電點 （1）兩性）兩性 氨基酸在一般情況下不是以游離的羧基或氨基存在的，氨基酸在一般情況下不是以游離的羧基或氨基存在的，而是兩性電離，在固態(tài)或水溶液中形成內(nèi)鹽。而是兩性電離，在固

4、態(tài)或水溶液中形成內(nèi)鹽。R CH COOHNH2R CH COONH3（2）等電點）等電點RCH COOHNH3RCH COONH3RCH COONH2RCH COOHNH2OHHOHH在氨基酸水溶液中加入酸或堿，至使羧基和氨基的離子在氨基酸水溶液中加入酸或堿，至使羧基和氨基的離子化程度相等（即氨基酸分子所帶電荷呈中性化程度相等（即氨基酸分子所帶電荷呈中性處于等處于等電狀態(tài)）時溶液的電狀態(tài)）時溶液的pH值稱為氨基酸的等電點。常以值稱為氨基酸的等電點。常以pI表表示。示。 溶液溶液pHpI注：注：a.等電點為電中性而不是中性，在溶液中加入電極時其電荷等電點為電中性而不是中性，在溶液中加入電極時其電

5、荷遷移為零。遷移為零。 中性氨基酸中性氨基酸 pI = 4.86.3 酸性氨基酸酸性氨基酸 pI = 2.73.2 堿性氨基酸堿性氨基酸 pI = 7.610.8 b.等電點時，偶極離子在水中的溶解度最小，易結(jié)晶析出。等電點時，偶極離子在水中的溶解度最小，易結(jié)晶析出。 等電點等電點(pI)溶液溶液pHpI2氨基酸的反應氨基酸的反應 R COClNH2CHRCOOHR C NHOCHRCOOH+ HCl(1).氨基的酰基化氨基的?；?氨基酸分子中的氨基能?；甚０?。氨基酸分子中的氨基能?；甚０?。乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯鄰苯二甲酸酐等都可用作酰化乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯鄰苯二甲酸酐等都可用

6、作?；瘎Ｔ诘鞍踪|(zhì)的合成過程中為了保護氨基則用劑。在蛋白質(zhì)的合成過程中為了保護氨基則用芐氧甲酰氯芐氧甲酰氯作為酰化劑。作為酰化劑。NH2CHRCOOHC NHOCHRCOOH+CH2O C ClOCH2O選用選用芐氧甲酰氯芐氧甲酰氯這一特殊試劑，是因為這樣的?；滓@一特殊試劑，是因為這樣的?；滓耄瑢σ院髴玫姆N種試劑較穩(wěn)定，同時還能用多種方入，對以后應用的種種試劑較穩(wěn)定，同時還能用多種方法把它脫下來。法把它脫下來。（2）氨基的烴基化）氨基的烴基化 氨基酸與氨基酸與RX作用則烴基化成作用則烴基化成N-烴基氨基酸烴基氨基酸：NH2CHRCOOHNH CHRCOOH+NO2NO2FNO2NO2

7、氟代二硝基苯在多肽結(jié)構(gòu)分析中用作測定N端的試劑。（3）與亞硝酸反應）與亞硝酸反應CHRCOOH + HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O+反應是定量完成的，定量放出反應是定量完成的，定量放出N2，測定，測定N2的體積便可計算的體積便可計算出氨基酸只氨基的含量。出氨基酸只氨基的含量。(4).與甲醛反應與甲醛反應RCHCOOHNH2+ HCHORCHCOOHNCH2+ H2O(5).絡(luò)合作用絡(luò)合作用CuNH2OH2NORROO藍色結(jié)晶藍色結(jié)晶 (6).與茚三酮反應與茚三酮反應 -氨基酸在堿性溶液中與茚三酮作用，生成顯藍色或紫氨基酸在堿性溶液中與茚三酮作用，生成顯藍色或紫紅色的有色物質(zhì)，是鑒別

8、紅色的有色物質(zhì)，是鑒別-氨基酸的靈敏的方法。氨基酸的靈敏的方法。CCCOOOCCCOOOHOHH2OCCCOOOHOHRCHCOOHNH2+茚三酮茚三酮水合茚三酮水合茚三酮CCCOON CHCOOHR- CO2CCHCOON CHRH2O- RCHOCCHCOONH2水合茚三酮CCHCOONCCCOOCCCONCCCOOOH藍色藍色或紫色或紫色(7).受熱反應受熱反應 -氨基酸氨基酸OHNH2HOH2NORRO+NHHNOORR+ 2H2O交酰胺交酰胺 -氨基酸分子內(nèi)脫氨生成氨基酸分子內(nèi)脫氨生成 , -不飽和酸不飽和酸RCHCH2COOHNH2RCH=CHCOOH + NH3 , , -氨基酸

9、氨基酸同樣條件下生成內(nèi)酰胺同樣條件下生成內(nèi)酰胺HNROHNRO -丁內(nèi)酰胺丁內(nèi)酰胺 -戊內(nèi)酰胺戊內(nèi)酰胺(8).脫氨和脫羧脫氨和脫羧RCHCOOHNH2RCCOOH+ NH3OOor酶H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2+ CO2(CH3)2CHCH2CH2OH + CO2 + NH3(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2+ H2O酶賴氨酸賴氨酸戊二胺戊二胺異戊醇異戊醇第二節(jié)第二節(jié) 多多 肽肽 一、多肽的組成和命名一、多肽的組成和命名 1 肽和肽鍵肽和肽鍵 一分子氨基酸中的羧基與另一分子氨基酸分子的氨基脫水一分子氨基酸中的羧基與另一分子氨基

10、酸分子的氨基脫水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺鍵稱為肽鍵。而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺鍵稱為肽鍵。 NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+- H2ONH2CHRCONHCHRCOOH肽鍵NH2CHRCONHCHRCONH CHRCOOHnCN端端由多個由多個-氨基酸縮合而成的肽稱為多肽。一般把含氨基酸縮合而成的肽稱為多肽。一般把含100個以上氨基酸個以上氨基酸的多肽（有時是含的多肽（有時是含50個以上）稱為蛋白質(zhì)。個以上）稱為蛋白質(zhì)。 無論肽鏈有多長，在鏈的兩端一端有游離的氨基（無論肽鏈有多長，在鏈的兩端一端有游離的氨基（-NH2），稱），稱為為N端；鏈的另一端有游離的羧基（端；鏈的

11、另一端有游離的羧基（-COOH），稱為），稱為C端。端。 2 2肽的命名肽的命名 根據(jù)組成肽的氨基酸的順序稱為某氨酰某氨酰根據(jù)組成肽的氨基酸的順序稱為某氨酰某氨酰某氨酸（簡寫為某、某、某）。某氨酸（簡寫為某、某、某）。 例如：例如：NH2CHCH3CONHCONH CHCH2C6H5COOHCHCH2OH丙氨酰絲氨酰苯丙氨酸 （丙 絲 苯丙）很多多肽都采用俗名，如催產(chǎn)素、胰島素等很多多肽都采用俗名，如催產(chǎn)素、胰島素等。Glu-Cys-Gly二、多肽結(jié)構(gòu)的測定二、多肽結(jié)構(gòu)的測定 了解某一多肽是由哪些氨基酸組成的。了解某一多肽是由哪些氨基酸組成的。 各種氨基酸的相對比例。各種氨基酸的相對比例。 確

12、定各氨基酸的排列順序。確定各氨基酸的排列順序。HClH2O多肽氨基酸層析法分離各種氨基酸各種氨基酸的含量多肽結(jié)構(gòu)測定工作步驟如下：多肽結(jié)構(gòu)測定工作步驟如下：1測定分子量測定分子量2氨基酸的定量分析氨基酸的定量分析現(xiàn)代方法是將水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析儀進行分離和測定?，F(xiàn)代方法是將水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析儀進行分離和測定。3端基分析（測定端基分析（測定N端和端和C端）端）（1）測定）測定N端（有兩種方法）端（有兩種方法）a 2,4- = 硝基氟苯法硝基氟苯法桑格爾桑格爾(Sanger-英國人英國人)法法 2,4- = 硝基氟苯與氨基酸的硝基氟苯與氨基酸的N端氨基反應后，再水解，分離

13、除端氨基反應后，再水解，分離除N-二硝基二硝基苯基氨基酸，用色譜法分析，即可知道苯基氨基酸，用色譜法分析，即可知道N端為何氨基酸。端為何氨基酸。 O2NFH2N CHRCONH CHRCONH+O2NHN CHRCONH CHRCONHNO2NO2Na2CO3HClO2NHN CHRCOOHNO2CHRCOOH+ H2N+b 異硫氰酸苯酯異硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法法艾德曼艾德曼(Edman)降解法。降解法。C6H5N=C=SNH2CHCONHR多肽+C6H5NHC多肽SNHCHRCONHpH7pH7CNCCHHNC6H5ORS+多肽測定咪唑衍生物的測定咪唑衍生物的R，即可知是哪種氨基酸

14、。，即可知是哪種氨基酸。異硫氰酸苯酯法的特點是，除多肽異硫氰酸苯酯法的特點是，除多肽N端的氨基酸外，其余多端的氨基酸外，其余多肽鏈會保留下來。這樣就可以繼續(xù)不斷的測定其肽鏈會保留下來。這樣就可以繼續(xù)不斷的測定其N端。端。（2）測定）測定C端端a 多肽與肼反應所有的肽鍵（酰胺）都與肼反應而斷裂成酰肼，只有C端的氨基酸有游離的羧基，不會與肼反應成酰肼。這就是說與肼反應后仍具有游離羧基的氨基酸就是多肽C端的氨基酸。 4肽鏈的選擇性斷裂及鑒定肽鏈的選擇性斷裂及鑒定 上述測定多肽結(jié)構(gòu)順序的方法，對于分子量大的多肽是不上述測定多肽結(jié)構(gòu)順序的方法，對于分子量大的多肽是不適用的。對于大分子量多肽順序的測定，是

15、將其多肽用不適用的。對于大分子量多肽順序的測定，是將其多肽用不同的蛋白酶進行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片，同的蛋白酶進行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片，再用端基分析法分析個碎片的結(jié)構(gòu)，最后將各碎片在排列再用端基分析法分析個碎片的結(jié)構(gòu)，最后將各碎片在排列順序上比較并合并，即可推出多肽中氨基酸的順序。順序上比較并合并，即可推出多肽中氨基酸的順序。 部分水解法常用的蛋白酶有：部分水解法常用的蛋白酶有： 胰蛋白酶胰蛋白酶只水解羰基屬于賴氨酸、精氨酸的肽鍵。只水解羰基屬于賴氨酸、精氨酸的肽鍵。 糜蛋白酶糜蛋白酶水解羰基屬于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的水解羰基屬于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽鍵。肽

16、鍵。 溴化氰溴化氰只能斷裂羰基屬于蛋氨酸的肽鍵。只能斷裂羰基屬于蛋氨酸的肽鍵。b 羧肽酶水解法羧肽酶水解法在羧肽酶催化下，多肽鏈中只有在羧肽酶催化下，多肽鏈中只有C端的氨基酸能逐個斷裂下來。端的氨基酸能逐個斷裂下來。 例：某八肽完全水解后，經(jīng)分析氨基酸的組成為：丙、亮、賴、苯例：某八肽完全水解后，經(jīng)分析氨基酸的組成為：丙、亮、賴、苯丙、脯、絲、酪、纈。丙、脯、絲、酪、纈。 端基分析：端基分析：N-端端 丙丙亮亮 C-端。端。 糜蛋白酶催化水解：分離得到酪氨酸，一種三肽和一種四肽。糜蛋白酶催化水解：分離得到酪氨酸，一種三肽和一種四肽。 用用Edman降解分別測定三肽、四肽的順序，結(jié)果為：丙降解分

17、別測定三肽、四肽的順序，結(jié)果為：丙-脯脯-苯丙；苯丙；賴賴-絲絲-纈纈-亮。亮。由上述信息得知，八肽的順序為由上述信息得知，八肽的順序為：丙 脯 苯丙 酪 賴 絲 纈 亮三肽四肽糜蛋白酶三、多肽的合成三、多肽的合成 1保護保護-NH2 (氯甲酸芐酯法氯甲酸芐酯法,氯甲酸叔丁酯法氯甲酸叔丁酯法) 氨基酸是多官能團化合物，在按要求形成肽鍵時，必須將氨基酸是多官能團化合物，在按要求形成肽鍵時，必須將兩個官能團中的一個保護起來，留下一個去進行指定的反兩個官能團中的一個保護起來，留下一個去進行指定的反應，才能達到合成的目的。對保護基的要求是：易引入，應，才能達到合成的目的。對保護基的要求是：易引入，之后

18、又易除去。之后又易除去。NH2CHRCOOHC NHOCHRCOOH+CH2O C ClOCH2O2活化反應基團（活化活化反應基團（活化-COOH）H2NCHCOOHC NHOCHRCOClCH2OC NHOCHRCOOHCH2ORC NHOCHRCCH2ONHCHCOOHROH2/PtH2N CHRCCH3NHCHCOR O+ CO2 +SOCl2多肽第三節(jié) 蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 分子量在分子量在1000以上，構(gòu)型復雜的多肽稱為蛋白質(zhì)以上，構(gòu)型復雜的多肽稱為蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的分類一、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀分為：根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀分為：（1）纖維蛋白質(zhì)）纖維蛋白質(zhì) 如絲蛋白、角蛋白等；如絲蛋白

19、、角蛋白等；（2）球狀蛋白質(zhì)）球狀蛋白質(zhì) 如蛋清蛋白、酪蛋白、血紅蛋白、如蛋清蛋白、酪蛋白、血紅蛋白、-球代表蛋白球代表蛋白（感冒抗體）等。（感冒抗體）等。2根據(jù)組成分：根據(jù)組成分：單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)其水解最終產(chǎn)物是其水解最終產(chǎn)物是- 氨基酸。氨基酸。（2） 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)- 氨基酸氨基酸 + 非蛋白質(zhì)（輔基）非蛋白質(zhì)（輔基）輔基為糖時稱為糖蛋白；輔基為核酸時稱為核蛋白；輔基為血紅素時輔基為糖時稱為糖蛋白；輔基為核酸時稱為核蛋白；輔基為血紅素時稱為血紅素蛋白等。稱為血紅素蛋白等。根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分；根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分；（1） 活性蛋白活性蛋白 按生理作用不同又可分為；酶、激素、抗體、收

20、縮按生理作用不同又可分為；酶、激素、抗體、收縮蛋白、運輸?shù)鞍椎取５鞍?、運輸?shù)鞍椎?。?）非活性蛋白）非活性蛋白 擔任生物的保護或支持作用的蛋白，但本身不具有擔任生物的保護或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物質(zhì)。例如：貯存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），結(jié)構(gòu)蛋白生物活性的物質(zhì)。例如：貯存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），結(jié)構(gòu)蛋白（角蛋白、彈性蛋白膠原等）等等。（角蛋白、彈性蛋白膠原等）等等。二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素是有牛胰島素是有A和和B兩條多肽鏈共兩條多肽鏈共51個氨基酸組成。個氨基酸組成。A鏈含有鏈含有11種共種共2

21、1個氨基酸殘基，個氨基酸殘基，N-端為甘端為甘氨酸，氨酸，C-端為天冬酰胺；端為天冬酰胺；B-鏈含有鏈含有16種共種共30個氨基酸殘基，個氨基酸殘基，N-端為苯丙氨酸，端為苯丙氨酸，C-端為丙氨酸。端為丙氨酸。A鏈和鏈和B鏈通過兩條二硫鍵互相連接成胰島素分子，其分子量大約為鏈通過兩條二硫鍵互相連接成胰島素分子，其分子量大約為6000。三、蛋白質(zhì)分子中維持構(gòu)象的次級鍵三、蛋白質(zhì)分子中維持構(gòu)象的次級鍵a.氫鍵；氫鍵； b.離子鍵；離子鍵； c.疏水鍵；疏水鍵； d.二硫鍵二硫鍵四、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)多肽鏈借助氫鍵排列自己特有的a螺旋和b折疊片斷，多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象-螺旋(-heli

22、x)蛋白質(zhì)中常見的一種二級結(jié)構(gòu)，肽鏈主鏈繞假想的中心軸盤繞成螺旋狀，一般都是右手螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的。每個氨基酸殘基（第n個）的羰基氧與多肽鏈C端方向的第4個殘基（第n+4個）的酰胺氮形成氫鍵。在典型的右手-螺旋結(jié)構(gòu)中，螺距為0.54nm，每一圈含有3.6個氨基酸殘基，每個殘基沿著螺旋的長軸上升0.15nm。 螺旋的半徑為0.23nm。-折疊(-sheet)是蛋白質(zhì)中的常見的二級結(jié)構(gòu)，是由伸展的多肽鏈組成的。折疊片的構(gòu)象是通過一個肽鍵的羰基氧和位于同一個肽鏈或相鄰肽鏈的另一個酰胺氫之間形成的氫鍵維持的。氫鍵幾乎都垂直伸展的肽鏈，這些肽鏈可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是

23、反平行排列（肽鏈反向排列）。-轉(zhuǎn)角(-turn)多肽鏈中常見的二級結(jié)構(gòu)，連接蛋白質(zhì)分子中的二級結(jié)構(gòu)（-螺旋和-折疊），使肽鏈走向改變的一種非重復多肽區(qū)，一般含有216個氨基酸殘基。含有5個氨基酸殘基以上的轉(zhuǎn)角又常稱之環(huán)（loops）。常見的轉(zhuǎn)角含有4個氨基酸殘基，有兩種類型。轉(zhuǎn)角I的特點是：第1個氨基酸殘基羰基氧與第4個殘基的酰胺氮之間形成氫鍵；轉(zhuǎn)角II的第3個殘基往往是甘氨酸。這兩種轉(zhuǎn)角中的第2個殘基大都是脯氨酸。(b)螺旋間隔 -螺旋 五、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進一步盤曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）。蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力（Van der Wasls力）等。這些次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔很遠的氨基酸殘基的R基團之間，因此蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。次級鍵都是非共價鍵，易受環(huán)境中pH、溫度、離