高中生物競賽輔導(dǎo)生化氨基酸肽

關(guān)于高中生物競賽輔導(dǎo)生化氨基酸肽第一節(jié)

蛋白質(zhì)概論（summary)

一、蛋白質(zhì)的重要性二、蛋白質(zhì)的組成三、蛋白質(zhì)的分類第2頁,共71頁，星期六，2024年，5月1、蛋白質(zhì)是生物體的重要組成部分(Proteinsareimportantbiomolecules)一、蛋白質(zhì)的重要性(Theimportanceofproteins)蛋白含量：在人體中占干重的50%左右；細(xì)菌、病毒、酵母>50%；植物體內(nèi)、莖、葉中的含量不高，植物種子含有豐富的蛋白質(zhì)。分布：細(xì)胞各個部分都有蛋白質(zhì)的存在。種類：種類多，每一種都具有不同生物學(xué)活性，生物信息的遺傳是由蛋白質(zhì)活動下實現(xiàn)的。第3頁,共71頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的生物功能

Proteinshavemanydifferentbiologicalfunctions1).酶的催化功能(Enzymaticcatalysis)Firefliesemitlightcatalyzedbyluciferase（熒光素酶）withATP第4頁,共71頁，星期六，2024年，5月2).運(yùn)輸和儲存功能(Transportandstorage)Erythrocytes（紅細(xì)胞）containalargeamountofhemoglobins（血紅蛋白）,theoxygen-transportingprotein.第5頁,共71頁，星期六，2024年，5月3).機(jī)械功能(Mechanicalfunctions)Theproteinkeratin（角蛋白）isthechiefstructuralcomponentsofhair,scales,horn,wool,nailsandfeathers.第6頁,共71頁，星期六，2024年，5月4).運(yùn)動功能(Movement)striatedskeletalmusclecell

第7頁,共71頁，星期六，2024年，5月5).保護(hù)功能(Protection)第8頁,共71頁，星期六，2024年，5月6).信息傳遞功能(Informationprocessing)SimpleAnatomyoftheRetina第9頁,共71頁，星期六，2024年，5月二、蛋白質(zhì)的組成(Compositionofproteins)

1、化學(xué)組成(元素組成)(Protein’selementcomposing)

元素

百分含量

平均(%)C

H

O

N

S

P

50-556.9-7.721-24

15.0-17.60.3-2.30.4-0.9527231620.6微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬凱氏定氮：粗蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.25第10頁,共71頁，星期六，2024年，5月2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成(Protein’sbuilding-blockunits)蛋白質(zhì)(Pr)分子量很大，可水解成簡單有機(jī)化合物——氨基酸（aminoacids)，Pr含有數(shù)以百計的氨基酸(aa)，氨基酸按固定的排列順序以共價鍵的形式連接形成長的不分支的鏈。蛋白質(zhì)是由多肽組成的。蛋白質(zhì)：分子量>6000時，有完整的生物學(xué)功能，至少40個aa。多肽：分子量<6000時，不完全有生物學(xué)功能。第11頁,共71頁，星期六，2024年，5月3、蛋白質(zhì)的水解(Hydrolysisofproteins)

蛋白質(zhì)可以被酸、堿和酶水解，可以產(chǎn)生aa。根據(jù)水解程度分：完全水解產(chǎn)物為aa,不完全水解產(chǎn)物不同的片斷混合物，無確定組成成分。根據(jù)片斷的大小，可以分為：

第12頁,共71頁，星期六，2024年，5月1).酸水解方法:6NHCl,煮沸回流20小時左右,或加壓于120°C水解12小時.優(yōu)點(diǎn):

水解徹底,水解的最終產(chǎn)物是L-氨基酸,沒有旋光異構(gòu)體生成.缺點(diǎn):

色氨酸全部破壞,絲,蘇,酪氨酸部分破壞.有腐黑質(zhì)生成,水解液呈黑色.第13頁,共71頁，星期六，2024年，5月2).堿水解方法:6MNaOH或4MBa(OH)2煮沸6小時.優(yōu)點(diǎn):

色氨酸不被破壞,水解液清亮透明.缺點(diǎn):

水解產(chǎn)生的氨基酸發(fā)生旋光異構(gòu)作用,產(chǎn)物中有L-,D-型兩類氨基酸.第14頁,共71頁，星期六，2024年，5月3).酶水解方法：蛋白質(zhì)可以由蛋白酶水解，不同的蛋白酶專一性不同。優(yōu)點(diǎn):

條件溫和,常溫常壓(36-60°C)

及pH2-8時,氨基酸不受破壞,無旋光異構(gòu)體產(chǎn)生.缺點(diǎn):

各蛋白酶有不同的專一性,用單一的酶作用水解不徹底.第15頁,共71頁，星期六，2024年，5月三、蛋白質(zhì)的分類(Classificationofproteins)(一).依分子形狀分類(Classifiedaccordingtoshape)

球狀蛋白

纖維狀蛋白

外型

球型或橢圓型

纖維狀

溶解性

易溶于水

難溶于水

功能

功能多樣性

一般具保護(hù)支持作用

結(jié)構(gòu)

一級結(jié)構(gòu)無規(guī)律一級結(jié)構(gòu)有規(guī)律,某段氨基酸有順序性第16頁,共71頁，星期六，2024年，5月四、蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)都有自己特有的天然空間結(jié)構(gòu)，稱為構(gòu)象。

第17頁,共71頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元——氨基酸

(Aminoacids)一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類二、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的分離分析第18頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，這一點(diǎn)已由蛋白質(zhì)的水解可以得到證明。所有生物中最常的是20種氨基酸，在生物界中是通用的。氨基酸通式為：氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類(Structureandclassificationofaminoacids)第19頁,共71頁，星期六，2024年，5月(一).基本結(jié)構(gòu)

(Aminoacidshavecommonstructuralfeatures)COO-Rgroup氨基酸基aH=GlycineCH3=AlanineHN3+HJuangRH(2004)BCbasics第20頁,共71頁，星期六，2024年，5月GlyAlaValLeuIlePheTyrTrpCysMetSSStryer(1995)Biochemistry(4e)p.20氨基酸不同，它的R基團(tuán)就不同第21頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸的通式及a-碳第22頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸存在對映異構(gòu)體aa鏡像化性相同、物性(旋光度)不同立體結(jié)構(gòu)不同JuangRH(2004)BCbasics20種氨基酸中，除甘氨酸外，其α-碳原子都是手征性碳原子，第23頁,共71頁，星期六，2024年，5月和糖類一樣，氨基酸的D-L-構(gòu)型，并不代表其旋光方向。氨基酸的名稱一般使用它的英文的前三個字母作為縮寫附號表示，有時有單字母表示第24頁,共71頁，星期六，2024年，5月(二).氨基酸的分類(Classificationofaminoacids)1、參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸

(Aminoacidsfoundinproteins)1).有遺傳密碼的氨基酸

(“Standard”aminoacids)2).無遺傳密碼,但在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的

(Aminoacidsderivativesinproteins)2、不參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸

(Nonproteinaminoacids)第25頁,共71頁，星期六，2024年，5月1、參加Pr組成的氨基酸1）有遺傳密碼的aa，共有20種，可根據(jù)側(cè)鏈的極性不同，將這些氨基酸分成四類（有的是按照R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)來分）。①非極性R基氨基酸，側(cè)鏈無極性②不帶電荷的極性R基的aa③帶正電荷的極性R基aa——堿性aa④帶負(fù)電荷的極性R基aa——酸性aa第26頁,共71頁，星期六，2024年，5月①非極性R氨基酸，側(cè)鏈無極性Gly甘氨酸GAla丙氨酸AVal纈氨酸VPro脯氨酸PLeu亮氨酸LILe異亮氨酸IMet甲硫氨酸M第27頁,共71頁，星期六，2024年，5月①非極性R氨基酸，側(cè)鏈無極性（芳香族氨基酸）Phe，F(xiàn)苯丙氨酸；Tyr，Y

酪氨酸；Trp，W色氨酸第28頁,共71頁，星期六，2024年，5月②不帶電荷的極性R基的aaSer絲氨酸SThr蘇氨酸TCys半胱氨酸CAsn天冬酰胺NGln谷氨酰胺Q第29頁,共71頁，星期六，2024年，5月③帶正電荷的極性R基aa——堿性aaLys賴氨酸KArg精氨酸RHis組氨酸H第30頁,共71頁，星期六，2024年，5月④帶負(fù)電荷的極性R基aa——酸性aaAsp天冬氨酸DGlu谷氨酸E第31頁,共71頁，星期六，2024年，5月POLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutralBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpPro氨基酸的極性分類『極性或非極性，是蛋白質(zhì)性質(zhì)之所系?！籎uangRH(2003)Biochemistry第32頁,共71頁，星期六，2024年，5月按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分：

（1）必需氨基酸：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：Lys,賴氨酸、Trp,色氨酸、Met甲硫氨酸、Met苯丙氨酸、Val纈氨酸、Leu亮氨酸、Ile異亮氨酸、Thr蘇氨酸。（2）非必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。（3）半必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成但合成量不能滿足人體需要（特別是嬰幼兒時期）的氨基酸，有兩種：組氨酸(His)、精氨酸(Arg)。第33頁,共71頁，星期六，2024年，5月二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含ε-氨基的氨基酸：賴氨酸第34頁,共71頁，星期六，2024年，5月2).無遺傳密碼,但在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的(Aminoacidsderivativesinproteins)①胱氨酸（Cystine)半胱是Cysteine，廣泛地存在于蛋白質(zhì)中。它由兩個半胱氨酸的巰基氧化之后形成的，形成二硫鍵。第35頁,共71頁，星期六，2024年，5月不組成蛋白質(zhì)，但有生理功能。2.不參加蛋白質(zhì)組成的氨基酸(Nonproteinaminoacids)還有D型氨基酸（很少）第36頁,共71頁，星期六，2024年，5月二、氨基酸的性質(zhì)(Propertyofaminoacids)(一).氨基酸的物理性質(zhì)

(Physicalpropertyofaminoacids)(二).氨基酸的化學(xué)性質(zhì)

(Chemicalpropertyofaminoacids)第37頁,共71頁，星期六，2024年，5月(一).氨基酸的物理性質(zhì)

(Physicalpropertyofaminoacids)一般性質(zhì)

(Generalphysicalproperty)氨基酸的旋光性

(Opticalactivityofaminoacids)氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第38頁,共71頁，星期六，2024年，5月1、一般性質(zhì)(Generalphysicalproperty)1).形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。2).溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。3).熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)一般都比較高，一般都大于200℃，超過熔點(diǎn)以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。Alanine

Valine

第39頁,共71頁，星期六，2024年，5月Gly一種構(gòu)型,無旋光性Thr和Ile有四種光學(xué)異構(gòu)體。其余17種氨基酸有兩種光學(xué)異構(gòu)體：L型、D型。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均屬L-型。2.氨基酸的旋光性(Opticalactivityofaminoacids)第40頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸的旋光性受溶液的pH影響很大，這是因為在不同條件下氨基和羧基的解離狀態(tài)不同。構(gòu)型（DL）是指的化學(xué)結(jié)構(gòu)而不是旋光方向。pH對L-亮氨基（a)和L-組氨酸（b)的比旋光度的影響第41頁,共71頁，星期六，2024年，5月Lambert-Beer：3.氨基酸的光吸收

(Thearomaticaminoacidsabsorblightstronglyintheultravioletregion)第42頁,共71頁，星期六，2024年，5月aa在280nm有最大光吸收Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。

λ（nm）εTrp2805.6×103Tyr2751.4×103Phe2572.0×102

第43頁,共71頁，星期六，2024年，5月1、氨基酸的酸堿性質(zhì)與兩性解離1).氨基酸以偶極離子

(zwitterions

ordipolarions)存在①晶體溶點(diǎn)高→離子晶格，不是分子晶格。②不溶于非極性溶劑→極性分子。③介電常數(shù)高→水溶液中的氨基酸是極性分子。(二).氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第44頁,共71頁，星期六，2024年，5月COOHNH2

H+COO-R

-

C

-

HNH2

H+R

-

C

-

HCOO-NH2R

-

C

-

H酸性環(huán)境中性環(huán)境堿性環(huán)境+1-10pK1~2pK2~9等電點(diǎn)5.5JuangRH(2004)BCbasics2).氨基酸在溶液中的帶電狀態(tài)第45頁,共71頁，星期六，2024年，5月

環(huán)境酸堿度對氨基酸的凈電荷的影響

+NetChargeofaAminoAcidBufferpHIsoelectricpoint,pI-3456789100-+pH>pI時，氨基酸帶負(fù)電荷pH=pI時，氨基酸凈電荷為零pH<pI時，氨基酸帶正電荷第46頁,共71頁，星期六，2024年，5月129630[OH]→★★pK1pK2pHpIH-C-RCOO-NH2H+等電點(diǎn)

=pK1+pK224).氨基酸的滴定曲線JuangRH(2004)BCbasicsH-C-RCOOHNH2

H+H-C-RCOO-NH2第47頁,共71頁，星期六，2024年，5月5）二羧基、一氨基aa的解離及pI值對于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸

pI=(pK1+pKR-COO-)/2堿性氨基酸

pI=(pK1+pKR-NH2)/2谷氨基的兩性離子兩邊的pK值的平均值：pI=(2.19+4.25)/2=3.22第48頁,共71頁，星期六，2024年，5月組氨酸在不同pH值下帶電狀態(tài)585.7217.90.6=+=pI第49頁,共71頁，星期六，2024年，5月1).由a-氨基與羧基共同參與的反應(yīng)(1).茚三酮的顏色反應(yīng)(2).成肽反應(yīng)2).a-NH2參與的反應(yīng)(1).與亞硝酸反應(yīng)(2).與甲醛反應(yīng)(3).?；磻?yīng)(4).烷化反應(yīng)(5).希夫反應(yīng)3).a-COOH參與的反應(yīng)(1).成鹽反應(yīng)(2).成酯反應(yīng)(3).酰鹵化反應(yīng)(4).脫羧反應(yīng)(5).疊氮反應(yīng)4).氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)的反應(yīng)

2. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng)第50頁,共71頁，星期六，2024年，5月4).氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)的反應(yīng)R基名稱化學(xué)反應(yīng)用途及重要性

苯環(huán)黃色反應(yīng)：與硝酸作用產(chǎn)生黃色物質(zhì)。定性分析Phe,Tyr.

酚基Millon反應(yīng)：與HNO3,Hg(NO3)2和HNO3反應(yīng)成紅色。Folin反應(yīng)：酚基可還原磷鉬酸，磷鎢酸成蘭色物質(zhì)。定性分析Tyr

吲哚基乙醛酸反應(yīng)：與乙醛酸或二甲基氨甲醛反應(yīng)，產(chǎn)生紫紅色化合物。還原磷鉬酸，磷鎢酸成鉬藍(lán)，鎢藍(lán)鑒定Trp第51頁,共71頁，星期六，2024年，5月續(xù)表

胍基坂口反應(yīng)：在堿性溶液中胍基與含有a-萘酚及次氯酸鈉的物質(zhì)反應(yīng)成紅色物質(zhì)。鑒定Arg

咪唑基Pauly反應(yīng)：與重氮鹽化合物結(jié)合生成棕紅色物質(zhì)。測定His,Tyr

巰基亞硝基亞鐵氰酸鈉反應(yīng)：在稀氨溶液中與亞硝基亞鐵氰酸鈉反應(yīng)成紅色。Cys的測定

羥基與乙酸或磷酸作用成酯。保護(hù)Ser,Thr第52頁,共71頁，星期六，2024年，5月用一種帶有固定電荷基團(tuán)的合成樹脂即離子交換樹脂作為支持物，通過溶質(zhì)分子的酸堿性質(zhì)的不同，而將其分離的方法。離子交換層析法陽離子樹脂第53頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸的洗脫氨基酸與樹脂上解離基團(tuán)之間的靜電引力氨基酸與樹脂基質(zhì)聚苯乙烯之間的疏水作用第54頁,共71頁，星期六，2024年，5月(二).電泳(Electophy)電泳的基本原理

第55頁,共71頁，星期六，2024年，5月第三節(jié)肽(peptides)

一、肽的定義與肽鍵二、肽的書寫三、自然界中存在的小肽四、肽的理化性質(zhì)第56頁,共71頁，星期六，2024年，5月NH2COOH1NH2COOH2NH2C

NCOOHOH21兩個氨基酸分子頭尾連接起來蛋白質(zhì)中氨基酸之間的連接鍵是主要的是肽鍵脫水CarbodiimideJuangRH(2004)BCbasics肽鍵是一個酰胺鍵第57頁,共71頁，星期六，2024年，5月肽的結(jié)構(gòu)與肽鍵第58頁,共71頁，星期六，2024年，5月氨基酸借肽鍵連接的分子叫肽，肽是一大類物質(zhì)，即：

1）兩個氨基酸組成的肽叫二肽；

2）三個氨基酸組成的肽叫三肽；3）多個氨基酸組成的肽叫多肽；4）氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈，肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；

5）構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；

6）肽鏈中的氨基酸的排列順序，一般-NH2端開始，由N指向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。二、肽的定義與結(jié)構(gòu)

第59頁,共71頁，星期六，2024年，5月單位小分子

N-C-C-N-C-C-N-C-C

-碳為中心

N-C-C-N-C-C-N-C-C

兩端氨基酸

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽鍵的定位

N-C-C-N-C-C-N-C-C肽的結(jié)構(gòu)分析JuangRH(2004)BCbasics第60頁,共71頁，星期六，2024年，5月NCC

HNC●肽鍵

雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)O●肽鍵

周圍六個原子在同一平面（酰氨平面）上●

相鄰兩個氨基酸的

-carbon在對角

(trans)，反式C肽鍵的特點(diǎn)sp2sp2●

肽鍵亞氨基在pH0-14內(nèi)不解離。第61頁,共71頁，星期六，2024年，5月多肽鏈可以看成由Ca串聯(lián)起來的數(shù)個肽平面組成氨基酸殘基氨基酸殘基以肽鍵平面連接成多肽長鏈第62頁,共71頁，星期六，2024年，5月1、

旋光性一般短肽的旋光度等于其各個氨基酸的旋光度的總和。2、

肽的酸堿性質(zhì)短肽在晶體和水溶液中是以偶極離子形式存在。肽的酸堿性質(zhì)主要取決于N端a-NH２和C端a-COOH以及側(cè)鏈R上可解離的基團(tuán)。在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團(tuán)主要是側(cè)鏈基團(tuán)。三、肽的物理化學(xué)性質(zhì)第63頁,共71頁，星期六，2024年，5月pH優(yōu)勢離子的凈電荷：

<3.5+23.