化學(xué)生物學(xué)導(dǎo)論-蛋白質(zhì)化學(xué)

1、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院Chapter 1 Protein chemistry第一章第一章 蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析化學(xué)學(xué)部化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析化學(xué)學(xué)部王驪麗王驪麗化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的組成 (Protein composition)第二節(jié)第二節(jié) 多肽多肽 (Polypeptide)第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) (Protein structure)第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類 (Protein classification)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn) 熟練掌握構(gòu)成蛋白質(zhì)的熟練掌握構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基

2、酸的基本結(jié)構(gòu)、分類和簡(jiǎn)種氨基酸的基本結(jié)構(gòu)、分類和簡(jiǎn)寫方式；寫方式； 熟練掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理化學(xué)性質(zhì)熟練掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理化學(xué)性質(zhì)（光學(xué)性質(zhì)、（光學(xué)性質(zhì)、兩性電解質(zhì)性質(zhì)）；兩性電解質(zhì)性質(zhì)）； 掌握蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本測(cè)定方法和高級(jí)結(jié)構(gòu)的定義；掌握蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本測(cè)定方法和高級(jí)結(jié)構(gòu)的定義； 掌握二級(jí)結(jié)構(gòu)類型和特征，三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的特性和掌握二級(jí)結(jié)構(gòu)類型和特征，三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的特性和區(qū)別。區(qū)別。 熟練掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其應(yīng)用；熟練掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其應(yīng)用； 了解多肽的合成方法。了解多肽的合成方法。：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)組成一、蛋白質(zhì)的元

3、素組成一、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的基本單位二、蛋白質(zhì)的基本單位-氨基酸氨基酸三、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的性質(zhì)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院一、蛋白質(zhì)元素組成一、蛋白質(zhì)元素組成( (按干重計(jì)算按干重計(jì)算) )在任何生物樣品中，每克氮的存在，大約表示該樣品含在任何生物樣品中，每克氮的存在，大約表示該樣品含100/16=6.25g蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。凱氏定氮法以生物樣品中的含氮量計(jì)算凱氏定氮法以生物樣品中的含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，）蛋白質(zhì)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，）每克樣品中氮含量每克樣品中氮含量g 6.25 100%主要元素：主要元素： C、O 、N、H 、微量元素：微量元素：S、P、Fe、Zn、Cu、Mo、I

4、 元素含量元素含量碳碳50%55%氮氮15.017.6氫氫6.97.7硫硫0.32.3氧氧21%24磷磷0.4 % 0.9%各種蛋白質(zhì)的氮元各種蛋白質(zhì)的氮元素含量均接近于素含量均接近于16%1克氮相當(dāng)于克氮相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)為測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)含量的依據(jù)克蛋白質(zhì)為測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)含量的依據(jù)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院二、蛋白質(zhì)基本單位二、蛋白質(zhì)基本單位- -氨基酸氨基酸n 除甘氨酸外，組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元氨基酸均屬于除甘氨酸外，組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元氨基酸均屬于 L-氨基酸氨基酸，具有旋光性，具有旋光性 左旋（左旋（-）或右旋（）或右旋（+） n 天然蛋白質(zhì)由天然蛋白質(zhì)由20種氨基酸種氨基酸組成組成;n 天

5、然蛋白質(zhì)含有若干種不常見(jiàn)的氨基酸衍生物天然蛋白質(zhì)含有若干種不常見(jiàn)的氨基酸衍生物;n 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。位?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H1 1、氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類、氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類氨基酸均具有如下結(jié)構(gòu)通式氨基酸均具有如下結(jié)構(gòu)通式L-氨基酸（甘氨酸除外），氨基酸（甘氨酸除外），R為側(cè)鏈為側(cè)鏈化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸種氨基酸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院L-構(gòu)型與構(gòu)型與D-構(gòu)型構(gòu)型L-甘油醛甘油醛D-甘油醛甘油醛L-丙胺

6、酸丙胺酸D-丙氨酸丙氨酸-氨基酸有兩種構(gòu)型氨基酸有兩種構(gòu)型:D構(gòu)型和構(gòu)型和L構(gòu)型構(gòu)型 它們是與甘油醛或乳它們是與甘油醛或乳酸相比較而決定的。凡酸相比較而決定的。凡是與是與L甘油醛（或甘油醛（或L乳酸）構(gòu)型相同的，就乳酸）構(gòu)型相同的，就定義為定義為L(zhǎng)氨基酸，反氨基酸，反之為之為D氨基酸。氨基酸?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院20種氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及極性迥然不同種氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及極性迥然不同氨基酸分類氨基酸分類 按按R基和氨基酸性質(zhì)的不同可分為基和氨基酸性質(zhì)的不同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堿性氨基酸堿性氨基酸含羥基或含硫氨基酸含羥基或含硫氨基酸環(huán)氨基酸以及酸性氨基酸及其酰胺環(huán)氨基

7、酸以及酸性氨基酸及其酰胺化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 此類氨基酸由此類氨基酸由丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸硫氨酸和脯氨酸六個(gè)六個(gè)或稱為疏水性氨基酸或稱為疏水性氨基酸 此類氨基酸此類氨基酸在水溶液中溶解度小在水溶液中溶解度小。氨基酸分類氨基酸分類（一）側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于（一）側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院(二二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸極性中性氨基酸 此類氨基酸有此類氨基酸有甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬

8、氨酸和谷氨酰胺；氨酸和谷氨酰胺； 半胱氨酸半胱氨酸側(cè)鏈的巰基失去質(zhì)子的傾向較此類其他氨基酸為側(cè)鏈的巰基失去質(zhì)子的傾向較此類其他氨基酸為大，其極性最強(qiáng)。大，其極性最強(qiáng)。氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（三）側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是（三）側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸芳香族氨基酸 此類氨基酸有此類氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸； 其側(cè)鏈分別由其側(cè)鏈分別由苯基、酚基和吲哚基；苯基、酚基和吲哚基； 苯基的疏水較強(qiáng)；苯基的疏水較強(qiáng)；酚基和吲哚基酚基和吲哚基在一定的條件下可解離。在一定的條件下可解離。氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（四）側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基

9、酸是（四）側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸酸性氨基酸 此類氨基酸有此類氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸； 其側(cè)鏈都含有羧基，均可解離而帶負(fù)電荷；其側(cè)鏈都含有羧基，均可解離而帶負(fù)電荷；氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（五）側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于（五）側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸堿性氨基酸 此類氨基酸有此類氨基酸有賴氨酸、精氨酸和組氨酸；賴氨酸、精氨酸和組氨酸； 其側(cè)鏈分別含有其側(cè)鏈分別含有氨基、胍基、和咪唑基，氨基、胍基、和咪唑基，均可發(fā)生質(zhì)子化，均可發(fā)生質(zhì)子化，使之帶正電荷。使之帶正電荷。氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院1）按）按R基化學(xué)結(jié)構(gòu)分為基

10、化學(xué)結(jié)構(gòu)分為四大類四大類 2）按）按R基極性分兩類基極性分兩類 極性極性AA：11種種 非極性非極性AA：9種種 中性中性AA(15種種): 有極性與非極性有極性與非極性 3）按）按R基的性質(zhì)分三類基的性質(zhì)分三類 酸性酸性AA( 2種種): 天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸 堿性堿性AA(3種種): 組、賴、精組、賴、精 脂肪脂肪AA（15種）種）芳香族芳香族AA（2種）種）:苯丙氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、酪氨酸雜環(huán)族雜環(huán)族AA（2種）種）: 組氨酸、色氨酸組氨酸、色氨酸雜環(huán)亞雜環(huán)亞AA（1種）種）: 脯氨酸脯氨酸側(cè)鏈側(cè)鏈R基分類后排布基分類后排布化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院按營(yíng)養(yǎng)狀況分按營(yíng)養(yǎng)狀況分必需氨基

11、酸必需氨基酸 ：人和動(dòng)物體內(nèi)需要而又不能自身合成，人和動(dòng)物體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供應(yīng)的氨基酸。必須由食物供應(yīng)的氨基酸。 半必需氨基酸半必需氨基酸 ：盡管自身可以合成，但合成量不能滿：盡管自身可以合成，但合成量不能滿足需要，尤其是嬰幼兒，不能自身合成的氨基酸。足需要，尤其是嬰幼兒，不能自身合成的氨基酸。 非必需氨基酸非必需氨基酸 ：其他可已在體內(nèi)合成以滿足需要的：其他可已在體內(nèi)合成以滿足需要的氨基酸。氨基酸。氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 必須氨基酸共八種必須氨基酸共八種： 蛋氨酸蛋氨酸(Met)，蘇氨酸，蘇氨酸(Thr)，色氨酸，色氨酸(Trp)，纈氨酸，纈氨酸(Val)

12、，賴氨酸，賴氨酸(Lys) ，苯丙氨酸，苯丙氨酸(Phe),異亮氨酸異亮氨酸(Ile)，亮，亮氨酸氨酸(Leu) 。 非必須氨基酸共兩種非必須氨基酸共兩種： 組氨酸（組氨酸（His），精氨酸（），精氨酸（Arg），體內(nèi)合成效率較），體內(nèi)合成效率較低，尤其嬰幼兒時(shí)期可體外補(bǔ)充低，尤其嬰幼兒時(shí)期可體外補(bǔ)充。氨基酸分類氨基酸分類化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 脯氨酸脯氨酸-含有環(huán)狀二級(jí)氨基含有環(huán)狀二級(jí)氨基（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2特殊氨基酸特殊氨基酸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-O

13、OC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3特殊氨基酸特殊氨基酸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院2 2、幾種不常見(jiàn)的重要氨基酸、幾種不常見(jiàn)的重要氨基酸蛋白質(zhì)肽鏈在合成過(guò)程中或合成后，某些氨基酸殘基經(jīng)酶蛋白質(zhì)肽鏈在合成過(guò)程中或合成后，某些氨基酸殘基經(jīng)酶催化修飾，改變其側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)生成一些催化修飾，改變其側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)生成一些修飾修飾(modified)氨基酸，具有新的結(jié)構(gòu)和功能氨基酸，具有新的結(jié)構(gòu)

14、和功能NHHOCOOH4-羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羥基賴氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基賴氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 膠原中出現(xiàn)的羥基氨基酸殘基是形成堅(jiān)韌的膠原纖維的必要條件；膠原中出現(xiàn)的羥基氨基酸殘基是形成堅(jiān)韌的膠原纖維的必要條件；甲狀腺球蛋白中帶有甲狀腺素等碘化酪氨酸殘基。甲狀腺球蛋白中帶有甲狀腺素等碘化酪氨酸殘基。化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院3、非蛋白氨基酸、非蛋白氨基酸u自然界中還存在一些并不是蛋白質(zhì)組分的非蛋白自然界中還存在一些并不是蛋白質(zhì)組分的非蛋白氨基酸，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有氨基酸，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有200

15、余種，具有不同的功能；余種，具有不同的功能；（見(jiàn)教科書（見(jiàn)教科書p9中表中表1-2）u細(xì)菌中含有多種細(xì)菌中含有多種-氨基酸：細(xì)菌細(xì)胞壁氨基酸：細(xì)菌細(xì)胞壁丙氨酸、短桿菌肽丙氨酸、短桿菌肽D和多粘菌肽中和多粘菌肽中D-亮氨酸亮氨酸下頁(yè)下頁(yè)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院三三、氨基酸的性質(zhì)、氨基酸的性質(zhì) 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。基本單位。 從蛋白質(zhì)水解物中分離出來(lái)的氨基酸有二十種，除從蛋白質(zhì)水解物中分離出來(lái)的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸具有共同或脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸具有共同或特

16、異的理化性質(zhì)。特異的理化性質(zhì)。 氨基酸為無(wú)色晶體，不同氨基酸晶體形狀不相同氨基酸為無(wú)色晶體，不同氨基酸晶體形狀不相同化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院構(gòu)成蛋白質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)20種氨基酸中，除甘氨酸外，均含種氨基酸中，除甘氨酸外，均含有一個(gè)有一個(gè)手性手性-碳原子，碳原子，都具有旋光性都具有旋光性，能使偏振光，能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右）表示，右旋者用（旋者用（+）表示；）表示；各種氨基酸都有特定的比旋光度，可作為各種各種氨基酸都有特定的比旋光度，可作為各種氨基酸的定性、定量測(cè)定氨基酸的定性、定量測(cè)定的依據(jù)；的依據(jù)；比旋光度比旋光度是氨基酸重要物理常數(shù)

17、。參見(jiàn)表是氨基酸重要物理常數(shù)。參見(jiàn)表1-31、氨基酸的光學(xué)活性、氨基酸的光學(xué)活性化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院2、氨基酸的光吸收性質(zhì)氨基酸的光吸收性質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，遠(yuǎn)紫外區(qū)（收，遠(yuǎn)紫外區(qū)（220 nm）均有紫外吸收；）均有紫外吸收；在近紫外區(qū)在近紫外區(qū)220-300nm只有酪氨酸，苯丙氨酸、只有酪氨酸，苯丙氨酸、色氨酸有吸收光能力。色氨酸有吸收光能力。重要知識(shí)點(diǎn)！重要知識(shí)點(diǎn)！大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這三種氨基酸殘基，所以測(cè)大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這三種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液定蛋白質(zhì)溶液280 nm的光吸收值是分析溶液中的光吸收

18、值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 酪氨酸的酪氨酸的 max275nm 色氨酸的色氨酸的 max280nm 苯丙氨酸的苯丙氨酸的 max257nm酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有紫外光吸收能力，有紫外光吸收能力，前者二個(gè)前者二個(gè)最大吸收峰在最大吸收峰在280nm 附近；附近；化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 考馬斯亮蘭法（考馬斯亮蘭法（Bradford法）法）n folin酚試劑法（酚試劑法（Lowry法）法）n 紫外吸收法紫外吸收法蛋白質(zhì)含量測(cè)定方法蛋白質(zhì)含量測(cè)定方法知識(shí)延伸知識(shí)延伸作業(yè)：查

19、閱這三種方法測(cè)定原理？作業(yè)：查閱這三種方法測(cè)定原理？化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院3. 兩性解離和等電點(diǎn)兩性解離和等電點(diǎn)n 從結(jié)構(gòu)上看，氨基酸分子中含有從結(jié)構(gòu)上看，氨基酸分子中含有羧基（羧基（-COOH)和和氨基（氨基（-NH2）n 從物理化學(xué)性質(zhì)上看，氨基酸具有鹽的某些屬性：白色晶從物理化學(xué)性質(zhì)上看，氨基酸具有鹽的某些屬性：白色晶體、熔點(diǎn)很高（體、熔點(diǎn)很高（200以上分解），不同程度溶于水，水以上分解），不同程度溶于水，水溶液具有較高的介電常數(shù)；不同一般的羧酸和胺；溶液具有較高的介電常數(shù)；不同一般的羧酸和胺；n 氨基酸在氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或水溶液中結(jié)晶形態(tài)或水溶液中，并不是以游離的羧基或氨，并不是以游離的

20、羧基或氨基形式存在；基形式存在；n 氨基酸以氨基酸以解離成兩性離子，氨基以質(zhì)子化（解離成兩性離子，氨基以質(zhì)子化（-NH3+)形式存形式存在，羧基以離解狀態(tài)（在，羧基以離解狀態(tài)（-COO-）存在。）存在?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院氨基酸的酸堿性質(zhì)氨基酸的酸堿性質(zhì) 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)主氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)主要時(shí)以要時(shí)以兩性離子兩性離子的形式存在的形式存在。氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子（凈電荷（凈電荷0） 陽(yáng)離子陽(yáng)離子（凈電荷（凈電荷+1+1）質(zhì)子受體質(zhì)子受體陰離子陰離子（凈電荷（凈電荷-1）質(zhì)子供體質(zhì)子供體CHNH2COO-R C

21、HNH2COO-RpH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpICHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+水溶液中形式水溶液中形式氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì) 氨基酸的可解離基團(tuán)的氨基酸的可解離基團(tuán)的pK值：氨基酸的每一功能基因可被酸值：氨基酸的每一功能基因可被酸堿所滴定，可根據(jù)氨基酸的堿所滴定，可根據(jù)氨基酸的滴定曲線滴定曲線來(lái)推算來(lái)推算pK值。值。氨基酸的酸堿性質(zhì)兩個(gè)重要概念氨基酸的酸堿性質(zhì)兩個(gè)重要概念氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn) pI化學(xué)

22、與材料科學(xué)學(xué)院v等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) :在某一在某一pH的溶液中，的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值值稱為該氨稱為該氨基酸的基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。等電點(diǎn)的定義等電點(diǎn)的定義重要知識(shí)點(diǎn)！重要知識(shí)點(diǎn)！n在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)；酸處于兩性離子狀態(tài)；n氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所

23、處溶液的酸堿度，在不同的度，在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院由甘氨酸（由甘氨酸（Gly）的兩性解離和滴定曲線）的兩性解離和滴定曲線可以看出，在可以看出，在pH2.34和和pH9.60處，處，Gly具具有緩沖能力。有緩沖能力。pK1和和pK2分別代表分別代表碳上碳上COOH和和NH3+的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)。的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)。曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)pK1=2.34，在此在此pH條件條件下，有一半發(fā)生電離?？梢詫⑾?，有一半發(fā)生電離?？梢詫?mol/甘氨甘氨酸溶于水時(shí)，溶液的酸溶于水時(shí)，溶液的pH約為約為6 ，用標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶

24、液進(jìn)行滴定，得到滴定曲線鹽酸溶液進(jìn)行滴定，得到滴定曲線A。曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)pK2=9.6，另一半電離。，另一半電離。用標(biāo)準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定溶液滴定,得到曲線得到曲線B。等電點(diǎn)的確定等電點(diǎn)的確定 pI=1/2（pK1+pK2）=(2.34+9.6)/2=5.97圖圖1-3 甘氨酸的酸堿滴定曲線甘氨酸的酸堿滴定曲線化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 pI=1/2（pK1+pKR）1/2 (2.19+4.25)=3.22pK1、pKR代表分別代表代表分別代表兩性離子兩邊的解離常數(shù)兩性離子兩邊的解離常數(shù)pK值；值；谷氨酸的等電點(diǎn)計(jì)算谷氨酸的等電點(diǎn)計(jì)算谷氨酸的滴定曲線谷氨酸的滴定曲線化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院Ti

25、tration curve for histidine組氨酸的滴定曲線組氨酸的滴定曲線化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院pI= （pK1+pK2）1 12n側(cè)鏈沒(méi)有可解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的側(cè)鏈沒(méi)有可解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK1和和pK2的算術(shù)平均值：的算術(shù)平均值：堿性氨基酸：堿性氨基酸：pI= （pK2+pKR）12酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI= （pK1+pKR）12天冬氨酸天冬氨酸Asp和和谷氨酸谷氨酸Glu組氨酸組氨酸His、精、精氨酸氨酸Arg、賴氨、賴氨酸酸lys 等電點(diǎn)計(jì)算公式等電點(diǎn)計(jì)算公式(pK1 、 pK2和和pKR分別代表分別代表a-C上上COOH、NH3+以及側(cè)

26、鏈基團(tuán)以及側(cè)鏈基團(tuán)的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)，通過(guò)測(cè)定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得。的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)，通過(guò)測(cè)定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得。n對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于值也決定于兩性離子兩邊的兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。值的算術(shù)平均值?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的pK和和pI值值化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院n 所帶凈電荷為零，氨基酸主要是兩性離子形式所帶凈電荷為零，氨基酸主要是兩性離子形式; 氨基酸的電解（或解離）處于動(dòng)態(tài)平衡；氨基酸的電解（或解離）處于動(dòng)態(tài)平衡； 易沉淀（失去靜電斥力）。易沉淀（失去靜電斥力）。等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的特性等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的特性化學(xué)與

27、材料科學(xué)學(xué)院 混合氨基酸的分離或制備；混合氨基酸的分離或制備； 判斷在某一判斷在某一pH值下氨基酸的帶電性。值下氨基酸的帶電性。 pH pI時(shí)，氨基酸帶凈負(fù)電荷，在電場(chǎng)中將向正極移動(dòng)；時(shí)，氨基酸帶凈負(fù)電荷，在電場(chǎng)中將向正極移動(dòng)；pH pI時(shí)，氨基酸帶凈正電荷，在電場(chǎng)中將向負(fù)極移動(dòng)；時(shí)，氨基酸帶凈正電荷，在電場(chǎng)中將向負(fù)極移動(dòng)；pH = pI時(shí)，氨基酸所帶凈電荷為零，在電場(chǎng)中在原點(diǎn)不動(dòng)。時(shí)，氨基酸所帶凈電荷為零，在電場(chǎng)中在原點(diǎn)不動(dòng)。當(dāng)當(dāng)pH = pH pI, 則則|pH |越大，氨基酸所帶電量越高。越大，氨基酸所帶電量越高。氨基酸等電點(diǎn)特征的應(yīng)用氨基酸等電點(diǎn)特征的應(yīng)用知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)

28、學(xué)院 ( (一一) )氨基酸的制備氨基酸的制備 制備氨基酸有4 4種途徑種途徑：從蛋白質(zhì)水解液中分離提??；從蛋白質(zhì)水解液中分離提??； 應(yīng)用發(fā)酵法生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)酵法生產(chǎn)；應(yīng)用酶的催化反應(yīng)生成氨基酸應(yīng)用酶的催化反應(yīng)生成氨基酸；有機(jī)合成法有機(jī)合成法。適宜于中適宜于中小規(guī)模的生產(chǎn)小規(guī)模的生產(chǎn)可大規(guī)?？纱笠?guī)模生產(chǎn)生產(chǎn)氨基酸的制備和應(yīng)用狀況氨基酸的制備和應(yīng)用狀況知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（二）氨基酸的用途（二）氨基酸的用途p蛋白質(zhì)的基本組成蛋白質(zhì)的基本組成p對(duì)生物體具有其他特殊的生理作用；對(duì)生物體具有其他特殊的生理作用；p參與許多代謝作用，不少已用來(lái)治療疾病；參與許多代謝作用，不少已用來(lái)治療疾病；p用

29、于食品強(qiáng)化劑、調(diào)味劑、著色劑、甜味劑和增味劑用于食品強(qiáng)化劑、調(diào)味劑、著色劑、甜味劑和增味劑p用于飼料添加劑；用于飼料添加劑；p調(diào)節(jié)皮膚調(diào)節(jié)皮膚pH值和保護(hù)皮膚的功能值和保護(hù)皮膚的功能氨基酸的制備和應(yīng)用狀況氨基酸的制備和應(yīng)用狀況知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院-氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng) 氨基酸既含有氨基，又含有羧基，其性質(zhì)集中地表氨基酸既含有氨基，又含有羧基，其性質(zhì)集中地表現(xiàn)在這兩個(gè)官能團(tuán)上現(xiàn)在這兩個(gè)官能團(tuán)上 。RCHCOOH NH2酯化酯化?；；擊让擊券B氮化疊氮化與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)與醛酮反應(yīng)與醛酮反應(yīng)烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)成鹽成鹽知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院n

30、氨基酸分子的氨基、羧基和一些側(cè)鏈活性氨基酸分子的氨基、羧基和一些側(cè)鏈活性官能團(tuán)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)：官能團(tuán)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)： -氨基氨基參與的反應(yīng)參與的反應(yīng) -羧基羧基參與的反應(yīng)參與的反應(yīng) -氨基和羧基氨基和羧基共同參與的反應(yīng)共同參與的反應(yīng) 不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)決定的化學(xué)反應(yīng)決定的化學(xué)反應(yīng)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院1） -氨基參與的反應(yīng)氨基參與的反應(yīng) 與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng) 與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng) ?；磻?yīng)酰化反應(yīng) 烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng) 生成西佛堿的反應(yīng)生成西佛堿的反應(yīng) 脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例1.與亞硝

31、酸反應(yīng)（與亞硝酸反應(yīng)（nitrous acid reaction)n在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的氮?dú)怏w積，可對(duì)氨基酸進(jìn)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的氮?dú)怏w積，可對(duì)氨基酸進(jìn)行定量分析（范斯來(lái)克行定量分析（范斯來(lái)克-Van Slyke氨基氮測(cè)定法）氨基氮測(cè)定法）;HNO2+H2N-CH-COOHHO-CH-COOH+N2+H2ORRn蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。重氮化反應(yīng)，得到重氮化反應(yīng)，得到 - -羥基酸，羥基酸，定量地放出定量地放出N2N2氣氣知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例2.與與2，4二硝基氟苯反應(yīng)（二硝基氟苯反應(yīng)（Sanger反應(yīng)）反應(yīng)）應(yīng)用：應(yīng)用： DNFB用于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈用

32、于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈N-末端氨基酸。末端氨基酸。知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 成鹽成鹽反應(yīng)反應(yīng) 形成酯形成酯的反應(yīng)的反應(yīng) 形成酰鹵形成酰鹵的反應(yīng)的反應(yīng) 疊氮化疊氮化反應(yīng)反應(yīng) 脫羧脫羧反應(yīng)反應(yīng) -羧基參與的反應(yīng)羧基參與的反應(yīng)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例1.與與Ba(OH)2共熱失去羧基形成相應(yīng)的胺共熱失去羧基形成相應(yīng)的胺知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例2.人體內(nèi)通過(guò)脫羧酶發(fā)生脫羧反應(yīng)人體內(nèi)通過(guò)脫羧酶發(fā)生脫羧反應(yīng)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 與茚三酮反應(yīng)與茚三酮反應(yīng): :氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大的吸收峰在成藍(lán)紫色化合

33、物，其最大的吸收峰在570 nm570 nm處。處。由于最大吸收峰值與氨基酸的含量存在正比例關(guān)由于最大吸收峰值與氨基酸的含量存在正比例關(guān)系，因此，可作為系，因此，可作為氨基酸的含量定量分析氨基酸的含量定量分析； 成肽反應(yīng)：成肽反應(yīng)：一個(gè)氨基酸的羧基可與另一個(gè)氨基酸一個(gè)氨基酸的羧基可與另一個(gè)氨基酸的氨基反應(yīng)成肽。的氨基反應(yīng)成肽。3）-氨基和羧基共同參與的反應(yīng)氨基和羧基共同參與的反應(yīng)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例1.與茚三酮反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)（無(wú)色）（無(wú)色）藍(lán)紫色藍(lán)紫色化合物化合物加熱加熱（1）利用生成的藍(lán)紫）利用生成的藍(lán)紫色（比色法），此反應(yīng)色（比色

34、法），此反應(yīng)用于氨基酸的定性和定用于氨基酸的定性和定量分析。量分析。（2)通過(guò)測(cè)定反應(yīng)中釋通過(guò)測(cè)定反應(yīng)中釋放出的二氧化碳的量可放出的二氧化碳的量可以計(jì)算氨基酸的量以計(jì)算氨基酸的量（3）脯氨酸和羥脯氨）脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)不釋放酸與茚三酮反應(yīng)不釋放氨，直接生成黃色化合氨，直接生成黃色化合物物。知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院-HOH例例2 成肽反應(yīng)成肽反應(yīng)(peptide reaction)肽鍵知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院肽鏈的異構(gòu)體肽鏈的異構(gòu)體 由兩種氨基酸組成的如由兩種氨基酸組成的如A和和B形成的二肽，有形成的二肽，有兩種兩種異構(gòu)體異構(gòu)體； 有三種氨基酸組成的三肽，有有三種氨

35、基酸組成的三肽，有六種異構(gòu)體六種異構(gòu)體； 四肽有四肽有24個(gè)異構(gòu)體個(gè)異構(gòu)體； 五肽有五肽有120種種異構(gòu)體，以此類推，異構(gòu)體，以此類推， n個(gè)氨基酸的異構(gòu)體，從理論上就有個(gè)氨基酸的異構(gòu)體，從理論上就有 1234n個(gè)異構(gòu)體。個(gè)異構(gòu)體。 即它們的結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)相似，但卻也不盡相同。即它們的結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)相似，但卻也不盡相同。知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院4）不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)決定的化學(xué)反應(yīng)）不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)決定的化學(xué)反應(yīng) 巰基巰基的性質(zhì)的性質(zhì) 羥基羥基的性質(zhì)的性質(zhì) 咪唑基咪唑基的性質(zhì)的性質(zhì) 甲硫基甲硫基的性質(zhì)的性質(zhì) 芳香環(huán)芳香環(huán)的性質(zhì)的性質(zhì)知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例1.1.與異硫氰酸

36、苯脂反應(yīng)（與異硫氰酸苯脂反應(yīng)（Edman degradation）應(yīng)用：用于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈應(yīng)用：用于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈N-末端氨基酸排列順序；末端氨基酸排列順序； 蛋白質(zhì)氨基酸自動(dòng)測(cè)序儀。蛋白質(zhì)氨基酸自動(dòng)測(cè)序儀。知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院例例2.與熒光胺的反應(yīng)與熒光胺的反應(yīng)應(yīng)用：應(yīng)用：采用熒光光度法測(cè)定氨基酸含量采用熒光光度法測(cè)定氨基酸含量產(chǎn)物的激發(fā)波長(zhǎng)為：產(chǎn)物的激發(fā)波長(zhǎng)為： x390nm，發(fā)射波長(zhǎng)為：，發(fā)射波長(zhǎng)為：M475nm讀取發(fā)射光的讀取發(fā)射光的M（熒光強(qiáng)度）即可測(cè)定（熒光強(qiáng)度）即可測(cè)定氨基酸含量。氨基酸含量。知識(shí)延伸知識(shí)延伸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 多肽多肽(peptide)

37、一、多肽的結(jié)構(gòu)一、多肽的結(jié)構(gòu)二、肽鍵二、肽鍵三、多肽的性質(zhì)三、多肽的性質(zhì)四、天然存在的重要多肽四、天然存在的重要多肽五、多肽的合成五、多肽的合成化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院赫爾曼赫爾曼埃米爾埃米爾費(fèi)歇爾費(fèi)歇爾Hermann Emil Fischer (1852 - 1919) 1902年年,Hermann Emil Fischer 提出了蛋白質(zhì)提出了蛋白質(zhì)的多肽結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。認(rèn)為蛋白質(zhì)分子是由許多的多肽結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。認(rèn)為蛋白質(zhì)分子是由許多氨基酸以肽鍵（酰胺鍵）結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈高氨基酸以肽鍵（酰胺鍵）結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈高分子化合物。分子化合物。多肽結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)多肽結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 一分子氨基酸的一分子氨基酸的-羧

38、基與另一分子氨基酸羧基與另一分子氨基酸-氨氨基脫去一分子水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，形成的基脫去一分子水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，形成的化合物稱為肽?；衔锓Q為肽。 由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成的肽則稱為多肽。多肽的結(jié)構(gòu)多肽的結(jié)構(gòu)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 習(xí)慣上，含有習(xí)慣上，含有1010個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽稱為個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽稱為寡肽寡肽； 由由1010個(gè)以上氨基酸組成的肽稱為個(gè)以上氨基酸組成的肽稱為多肽多肽；寡肽與多肽寡肽與多肽 多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的

39、一種結(jié)構(gòu)；以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)； 多肽鏈的方向多肽鏈的方向是從氨基末端（是從氨基末端（N-末端）走向羧基末端）走向羧基末端（末端（C-末端）。末端）。 參見(jiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO二肽形成二肽形成化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序；順序稱為

40、氨基酸順序； 氨基酸的順序是從氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開(kāi)始，以端的氨基酸殘基開(kāi)始，以C-端氨基端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。五肽形成五肽形成絲氨酰絲氨酰-纈氨酰纈氨酰-酪氨酰酪氨酰-天冬氨酰天冬氨酰-谷酰胺或谷酰胺或Ser-Val-Tyr-Asp-Gln化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶124個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院多肽是一個(gè)線性鏈狀分子多肽是一個(gè)線性鏈狀分子 肽鏈中的氨基酸不是原來(lái)完整的分子，多肽鏈肽鏈中的氨基酸不是原來(lái)完整的分子，多肽鏈中的氨基酸單位稱為中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基氨基酸殘基。肽鍵肽鍵鏈狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)化

41、學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院多肽命名多肽命名氨基末端氨基末端羧基末端羧基末端下列五肽命名為下列五肽命名為丙氨酰谷氨酰亮氨酰纈氨酰組氨酸丙氨酰谷氨酰亮氨酰纈氨酰組氨酸：返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 由一個(gè)氨基酸的由一個(gè)氨基酸的 -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 -氨基氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。二、肽鍵二、肽鍵(peptide bond)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院在蛋白質(zhì)或多肽的肽鍵中，氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有在蛋白質(zhì)或多肽的肽鍵中，氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用；組成肽鍵的原子處于同一平面；明顯的共軛作用；組成肽鍵的原子處于同一平面；-C=O與與-N-H之間呈反式面

42、相互平行，很少扭曲。之間呈反式面相互平行，很少扭曲。肽鍵的特點(diǎn)肽鍵的特點(diǎn) 0.127nm鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)=0.132nm 0.148nm肽鍵的部分雙鍵性質(zhì)肽鍵的部分雙鍵性質(zhì)肽鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角肽鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角1925年年Linus Pauling等對(duì)肽結(jié)晶中肽鍵等對(duì)肽結(jié)晶中肽鍵各原子之間鍵長(zhǎng)和鍵角的分析各原子之間鍵長(zhǎng)和鍵角的分析化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院n肽鍵中的肽鍵中的C-N鍵具有鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。自由旋轉(zhuǎn)。n在大多數(shù)情況下，在大多數(shù)情況下，以以反式結(jié)構(gòu)反式結(jié)構(gòu)存在。存在。甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸肽鍵的反式結(jié)構(gòu)肽鍵的反式結(jié)構(gòu)返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 多肽的兩性解離多肽的兩性解

43、離 多肽的水解多肽的水解三、多肽的性質(zhì)三、多肽的性質(zhì)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 多肽的兩性解離：在多肽的兩性解離：在pH0-14范圍內(nèi)，多肽分子中含有游離范圍內(nèi)，多肽分子中含有游離 -NH 2和游離和游離 -COOH末端末端及側(cè)鏈上可解離的基團(tuán)及側(cè)鏈上可解離的基團(tuán) ； 多肽可以看成是一個(gè)多肽可以看成是一個(gè)“大氨基酸大氨基酸”，離解性質(zhì)和氨基酸相似；，離解性質(zhì)和氨基酸相似； 在水溶液中以兩性離子形式存在，在水溶液中以兩性離子形式存在，每一種肽都有其相應(yīng)的等每一種肽都有其相應(yīng)的等電點(diǎn)，計(jì)算方法與氨基酸一致且復(fù)雜；電點(diǎn)，計(jì)算方法與氨基酸一致且復(fù)雜；pI=（pK2+ pK3）/2/21、多肽的兩性離解、多肽的

44、兩性離解 在等電點(diǎn)時(shí)，正離子數(shù)目與負(fù)離子數(shù)目相等，凈電荷為零；在等電點(diǎn)時(shí)，正離子數(shù)目與負(fù)離子數(shù)目相等，凈電荷為零； 等電點(diǎn)的高低，主要取決于側(cè)鏈上堿性和酸性基團(tuán)的相對(duì)數(shù)目等電點(diǎn)的高低，主要取決于側(cè)鏈上堿性和酸性基團(tuán)的相對(duì)數(shù)目化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院多肽的水溶液存在形式多肽的水溶液存在形式 多肽與溶液多肽與溶液pH 值相關(guān)值相關(guān) 當(dāng)溶液當(dāng)溶液pH值小于等電點(diǎn)時(shí)，多肽以正離子形式存在；值小于等電點(diǎn)時(shí)，多肽以正離子形式存在； 當(dāng)溶液當(dāng)溶液pH值大于等電點(diǎn)時(shí)，多肽以負(fù)離子形式存在；值大于等電點(diǎn)時(shí)，多肽以負(fù)離子形式存在； 當(dāng)溶液當(dāng)溶液pH值等于等電點(diǎn)時(shí)，多肽的溶解性最小，電泳時(shí)也值等于等電點(diǎn)時(shí)，多肽的溶解性最

45、小，電泳時(shí)也不移動(dòng)；不移動(dòng)；化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院2、多肽鏈的水解、多肽鏈的水解 酸水解：常用酸水解：常用6mol/L的鹽酸或的鹽酸或4mol/L硫酸在硫酸在105-110條件條件下進(jìn)行水解，反應(yīng)時(shí)間約下進(jìn)行水解，反應(yīng)時(shí)間約20h； 優(yōu)點(diǎn)：不容易引起水解產(chǎn)物的消旋化；缺點(diǎn)：色氨酸被沸優(yōu)點(diǎn)：不容易引起水解產(chǎn)物的消旋化；缺點(diǎn)：色氨酸被沸算完全破壞；算完全破壞； 堿水解：一般用堿水解：一般用5mol/L的氫氧化鈉煮沸的氫氧化鈉煮沸10-20h；此法水解；此法水解過(guò)程許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)量太低。過(guò)程許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)量太低。 酶水解：主要使用蛋白酶進(jìn)行部分水解，如胰蛋白酶、胰

46、酶水解：主要使用蛋白酶進(jìn)行部分水解，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及其羧肽酶氨肽酶。此法不會(huì)破壞氨基酸，也凝乳蛋白酶及其羧肽酶氨肽酶。此法不會(huì)破壞氨基酸，也不會(huì)發(fā)生消旋化，水解產(chǎn)物為部分較小肽段。不會(huì)發(fā)生消旋化，水解產(chǎn)物為部分較小肽段。返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院活性肽活性肽 生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、細(xì)胞分化、大腦活動(dòng)、腫瘤生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、細(xì)胞分化、大腦活動(dòng)、腫瘤病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物鐘規(guī)病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物鐘規(guī)律及分子進(jìn)化等均涉及到活性肽。律及分子進(jìn)化等均涉及到活性肽。 生物活性肽是機(jī)體內(nèi)傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和協(xié)調(diào)生物活性肽是機(jī)體內(nèi)傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和協(xié)調(diào)器官活動(dòng)的重要化

47、學(xué)信使。器官活動(dòng)的重要化學(xué)信使。天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 高等動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的一類小活性肽。如高等動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的一類小活性肽。如 Met-腦啡肽和腦啡肽和Leu-腦啡肽等。腦啡肽等。+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-1、腦啡肽是一類重要的肽、腦啡肽是一類重要的肽天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院2. 多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素釋放激素的的N端殘基是谷氨酸，此殘基易于自身環(huán)端殘基是谷氨酸，此殘基易于自身環(huán)化成焦谷氨

48、酰基（化成焦谷氨?；ò被c谷氨酸的氨基與谷氨酸的羧基脫水縮和而成）。羧基脫水縮和而成）。天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院3、抗生素、抗生素抗革蘭陰性桿菌抗生素，抗革蘭陰性桿菌抗生素，具殺菌作用具殺菌作用 具有表面活性劑的作用具有表面活性劑的作用,能降低細(xì)能降低細(xì)菌細(xì)胞膜的表面張力菌細(xì)胞膜的表面張力,改變膜的通改變膜的通透性透性,甚至破壞膜甚至破壞膜 天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院4、激素、激素天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽 5、谷胱甘肽、谷胱甘肽(glutathione, GSH)是體內(nèi)

49、重要的還原肽是體內(nèi)重要的還原肽谷胱甘肽谷胱甘肽的分子中有一個(gè)特殊的的分子中有一個(gè)特殊的肽鍵，是由谷氨酸的肽鍵，是由谷氨酸的羧基與半胱氨羧基與半胱氨酸的酸的氨基縮合而成。由于氨基縮合而成。由于GSH中含有一個(gè)活潑的巰基很容易氧化，二中含有一個(gè)活潑的巰基很容易氧化，二分子分子GSH脫氫以二硫鍵相連成氧化型的谷胱甘肽（脫氫以二硫鍵相連成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）。）。返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院五、多肽的化學(xué)合成五、多肽的化學(xué)合成 多肽的化學(xué)合成，是按照設(shè)計(jì)的氨基酸順序，通過(guò)定向形成多肽的化學(xué)合成，是按照設(shè)計(jì)的氨基酸順序，通過(guò)定向形成酰胺鍵方法得到目標(biāo)多肽分子；酰胺鍵方法得到目標(biāo)多肽分子； 氨基酸之

50、間形成酰胺鍵的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜；氨基酸之間形成酰胺鍵的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜； 要成功的合成具有特定氨基酸順序的多肽，必須采用定向形要成功的合成具有特定氨基酸順序的多肽，必須采用定向形成酰胺鍵方法，即對(duì)暫時(shí)不參予形成酰胺鍵的氨基和羧基，成酰胺鍵方法，即對(duì)暫時(shí)不參予形成酰胺鍵的氨基和羧基，以及側(cè)鏈活性基團(tuán)進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)還要對(duì)羧基進(jìn)行活化。以及側(cè)鏈活性基團(tuán)進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)還要對(duì)羧基進(jìn)行活化。化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（一）氨基酸常用的保護(hù)方法（一）氨基酸常用的保護(hù)方法化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院保護(hù)基必須具備的條件保護(hù)基必須具備的條件p易在預(yù)定的部位引入，在接肽時(shí)能起保護(hù)作用；易在預(yù)定的部位引入，在接肽時(shí)能起保護(hù)

51、作用；p在某特定的條件下，保護(hù)基很易除去；在某特定的條件下，保護(hù)基很易除去；p引入和除去保護(hù)基時(shí)，分子中的其它部位引入和除去保護(hù)基時(shí)，分子中的其它部位 不會(huì)受到影響，特別是已接好的肽鍵。不會(huì)受到影響，特別是已接好的肽鍵。1.氨基保護(hù)氨基保護(hù) 2. 羧基保護(hù)羧基保護(hù) 3. 側(cè)鏈保護(hù)側(cè)鏈保護(hù) 4. 接肽方法接肽方法多肽合成必須解決下面四個(gè)問(wèn)題多肽合成必須解決下面四個(gè)問(wèn)題化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院1、氨基的保護(hù)、氨基的保護(hù)u常用氨基保護(hù)基的方法：常用氨基保護(hù)基的方法：?；；痷最廣泛應(yīng)用的氨基保護(hù)基最廣泛應(yīng)用的氨基保護(hù)基(PG)是叔丁氧甲?；鞘宥⊙跫柞；?t-Boc)u三苯甲基、對(duì)甲苯磺酰基、芴甲氧羰基（

52、三苯甲基、對(duì)甲苯磺?；?、芴甲氧羰基（Fmoc)，可用，可用HBr/CH3COOH在室溫下除去；在室溫下除去；u芐氧?；ㄆS氧?；–Bz），通過(guò)催化加氫或用金屬鈉在液氨中處理），通過(guò)催化加氫或用金屬鈉在液氨中處理除去；除去；化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（1）用芴甲氧羰基保護(hù)）用芴甲氧羰基保護(hù)n芴甲氧羰基（芴甲氧羰基（Fmoc）基團(tuán)作為保護(hù)基的優(yōu)點(diǎn)：）基團(tuán)作為保護(hù)基的優(yōu)點(diǎn)：Fmoc基團(tuán)可被堿脫除基團(tuán)可被堿脫除對(duì)酸穩(wěn)定，用三氯乙酸較強(qiáng)酸處理不受影響；對(duì)酸穩(wěn)定，用三氯乙酸較強(qiáng)酸處理不受影響；僅用溫和的堿處理，通過(guò)僅用溫和的堿處理，通過(guò)-消除反應(yīng)即可脫去，不需要三級(jí)胺消除反應(yīng)即可脫去，不需要三級(jí)胺中和；中和；n

53、Fmoc基團(tuán)有特征性的紫外吸收，易于監(jiān)測(cè)反應(yīng)的進(jìn)行，給使基團(tuán)有特征性的紫外吸收，易于監(jiān)測(cè)反應(yīng)的進(jìn)行，給使用儀器自動(dòng)化合成多肽帶來(lái)許多方便。用儀器自動(dòng)化合成多肽帶來(lái)許多方便。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（2）用叔丁氧羰基保護(hù)）用叔丁氧羰基保護(hù)t-Butoxycarbonyl 簡(jiǎn)寫簡(jiǎn)寫B(tài)OCO(CH3)3COC-n t-Boc是常用的氨基保護(hù)基。是常用的氨基保護(hù)基。n二叔丁基二碳酸酯與氨基酸作用，形成二叔丁基二碳酸酯與氨基酸作用，形成t-Boc-氨基酸，可氨基酸，可以有效地保護(hù)氨基；以有效地保護(hù)氨基；n t-Boc基可以在溫和的酸性條件下，以氣態(tài)形式被除去。基可以在溫和的酸性條件下，以氣態(tài)形式被除去?；瘜W(xué)

54、與材料科學(xué)學(xué)院在多肽中的應(yīng)用在多肽中的應(yīng)用(CH3)3COCClOH3N+-CH-COO-RHN-CH-COO-RO(CH3)3COC-CH3CHCOOHNH2CH3ORO(CH3)3COC-NH-CH-CNHCHCOO HCF3COOHCH3OR(CH3)3C+ + CO2 + +NH3CHCNHCHCOO-OH, 25oC上保護(hù)基上保護(hù)基接肽（過(guò)程略）接肽（過(guò)程略）去保護(hù)基去保護(hù)基化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院C6H5CH2OH+COCl2（光氣（光氣)（）用芐氧酰基（或稱苯甲氧基甲酰氯）保護(hù)（）用芐氧?；ɑ蚍Q苯甲氧基甲酰氯）保護(hù)Benzoxycarbonyl（簡(jiǎn)寫（簡(jiǎn)寫Z）CH2O CClOZ在弱

55、酸性條件下比較穩(wěn)定，但在催化氫解條件在弱酸性條件下比較穩(wěn)定，但在催化氫解條件下容易被除去。產(chǎn)物也容易分離。下容易被除去。產(chǎn)物也容易分離。化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院H2 Pd/C +NH3CH2CO2-C6H5CH2OCClOOH-OC6H5CH2OC-NHCH2COO-H+SOCl2OC6H5CH2OC-NHCH2CClO+NH3CH2CO2-, OH-H+OC6H5CH2OC-NHCH2C-NHCH2COOHOH+OC6H5CH3 + CO2 + H3N+CH2C-NHCH2COO-C6H5CH2OCOOH + 2 H3N+CH2COO-（1mol）上保護(hù)基上保護(hù)基接肽接肽去保護(hù)基去保護(hù)基反應(yīng)過(guò)程反

56、應(yīng)過(guò)程返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 與氨基保護(hù)基比較，羧基保護(hù)基種類較少；與氨基保護(hù)基比較，羧基保護(hù)基種類較少； 一般以鹽或酯的形式加以保護(hù)；一般以鹽或酯的形式加以保護(hù)； 常用的有鉀鹽、鈉鹽、三乙胺鹽等；常用的有鉀鹽、鈉鹽、三乙胺鹽等； 常用的酯類有：甲酯和乙酯、芐酯常用的酯類有：甲酯和乙酯、芐酯 、叔丁酯；、叔丁酯； 叔丁酯是近年來(lái)最常用的羧基保護(hù)基。叔丁酯是近年來(lái)最常用的羧基保護(hù)基。2、羧基的保護(hù)、羧基的保護(hù)返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院3、側(cè)鏈的保護(hù)、側(cè)鏈的保護(hù)氨基酸氨基酸保護(hù)基團(tuán)保護(hù)基團(tuán)功能性基團(tuán)功能性基團(tuán)Ala(A)NoneArg(R)Pbf, Mtr, Pmc胍基Guanidine NA

57、sn(N)Trt, Mebh, Tmob酰胺酰胺amideAsp(D)OtBu, OAI羧基羧基carboxylCys(C)Trt, Acm,tBu,Stbu疏基疏基sulfhydrylGln(Q)Trt, Mbh, Tmob酰胺酰胺amideGlu(E)OtBu, OAI羧基羧基carboxylGly(G)NoneHis(H)Trt, Boc咪唑咪唑imidazoleIle(I)NoneLeu(L)NoneLys(K)Boc, Aloco,Fmoc氨基氨基aminoMet(M)NoneOrn(O)Boc氨基氨基aminoPhe(F)NonePro(P)NoneSer(S)tBu羥基羥基hyd

58、roxylThr(T)tBu羥基羥基hydroxylTrp(W)Boc吲哚吲哚indoleTyr(Y)tBu苯基苯基phenolVal(V)none羥基羥基hydroxyl返回返回化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院u 巰基經(jīng)常用芐基和對(duì)甲氧芐基，如下式苯甲基保護(hù)巰基經(jīng)常用芐基和對(duì)甲氧芐基，如下式苯甲基保護(hù)C6H5CH2Cl + ZNHCHCOORHSCH2 ZNHCHCOORCH2SCH2C6H5 ZNHCHCOORCH2SH ZNHCHCOORCH2S ZNHCHCOORSCH2上保護(hù)基上保護(hù)基去保護(hù)基去保護(hù)基空氣中氧化空氣中氧化Na, NH3(l)實(shí)例：巰基的保護(hù)實(shí)例：巰基的保護(hù)n 保護(hù)基可以在鈉、液氨作

59、用下除去。保護(hù)基可以在鈉、液氨作用下除去?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 具有游離氨基的組分稱為氨基組分，具有游離羧基的組具有游離氨基的組分稱為氨基組分，具有游離羧基的組分稱為羧基組分。分稱為羧基組分。 肽鍵生成的原理肽鍵生成的原理是：將是：將N- -保護(hù)氨基酸或肽的羧基轉(zhuǎn)化保護(hù)氨基酸或肽的羧基轉(zhuǎn)化成活化型的成活化型的RCOX，使得羰基碳原子帶有較強(qiáng)的正電性而有，使得羰基碳原子帶有較強(qiáng)的正電性而有利于氨基組分對(duì)它進(jìn)行親核反應(yīng)生成肽鍵。利于氨基組分對(duì)它進(jìn)行親核反應(yīng)生成肽鍵。RCOOH RCOX RCONHRHXR-NH2（二）肽鍵的形成方法（二）肽鍵的形成方法化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 羧基的羥基不是一個(gè)好離去的基

60、團(tuán)；羧基的羥基不是一個(gè)好離去的基團(tuán)； 羧基本身不是一個(gè)最好的?；瘎?；羧基本身不是一個(gè)最好的?；瘎?； 羧基的活化是將羧基轉(zhuǎn)變成一個(gè)活潑的羧基衍生物，提羧基的活化是將羧基轉(zhuǎn)變成一個(gè)活潑的羧基衍生物，提高羧基的?；芰Α８唪然孽；芰?。 疊氮法、混合酸酐法和活化脂法疊氮法、混合酸酐法和活化脂法均是溫和的方法，已經(jīng)均是溫和的方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于肽的合成被廣泛應(yīng)用于肽的合成1、羧基活化法、羧基活化法化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 最早使用的方法；最早使用的方法； 氨基酸的酰氯容易與氨基作用形成肽鍵；氨基酸的酰氯容易與氨基作用形成肽鍵； 由于反應(yīng)過(guò)程中容易引起氨基酸消旋化，實(shí)際由于反應(yīng)過(guò)程中容易引起氨基酸消旋