生化2蛋白质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.,掌握蛋白质化学组成和,分类,；,2.掌握氨基酸分类、结构、和分离分析方法，氨基酸的两性性质，,pI,和,Pk,，重要化学反应；,3.弄清楚蛋白质的一级结构及其序列分析方法；了解二、三和四级结构基本概念；,4.了解蛋白质的生物功能,、,重要理化性质；,5.了解蛋白质分离、纯化方法及其理论依据；,6.了解结合蛋白的分布、特性和生物功能。,第二章 蛋白质,蛋白质是各种氨基酸通过肽键连接而成的具有特定结构的含氮的生物大分子，是生命存在的形式。,蛋白质存在于所有的生物细胞中，,是动植物和微生物细胞中最重要的有机物质之一，,是生活细胞中数量、种类最丰富的生物大分子，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,2.1,蛋白质的分类,2/1/2025,一、蛋白质的重要作用,1.,生物催化作用（酶）,2.,结构物质,(,生物膜、结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白）,3.,物质运输（血红蛋白、,Na,+,-K,+,-ATPase,、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体）,4.,运动功能,(,肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白,),5.,贮存功能（卵清蛋白、种子蛋白、铁蛋白等）,6.,防御、免疫作用,(,抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白,),2/1/2025,7.,接受和传递信息（受体蛋白，味觉蛋白、支架蛋白,),8.,调节代谢、控制生长和分化功能,(,组蛋白、阻遏蛋白；,调节新陈代谢的生理活性物质，如胰岛素。）,9.,感染和毒性作用,(,能引起机体中毒症状和死亡的异体蛋白，如细菌毒素、蛇毒、蝎毒、蓖麻蛋白等）,二、蛋白质组成与分类,1.,化学组成,(1),元素组成,:,主要组成元素为,碳、氢、氧、氮,;,有的还含有少量的,硫、磷、碘,或,金属元素,（如铁、铜、锌等）。其中，,C,占,50,55%,，,H 6,8%,，,O 20,23%,，,N 15,18%,，,S 0,4%,。,大多数蛋白质的,N,含量约为,16%,。,凯氏定氮：粗蛋白质含量,=,蛋白含氮量,6.25,(2),氨基酸组成,蛋白质是由,20,种基本氨基酸组成的长链分子，这些,氨基酸中，大部分属于,L-,-,氨基酸；脯氨酸,属于,L-,-,亚氨基酸，而,甘氨酸,则属于,-氨基酸。,2/1/2025,2.,蛋白质的常见分类方法,(1),根据蛋白质的分子组成,简单蛋白质,和,结合蛋白质,清蛋白,球蛋白,谷蛋白,醇溶谷蛋白,组蛋白,鱼精蛋白,硬蛋白,简单,蛋白,结合,蛋白,核蛋白,脂蛋白,糖蛋白,和粘蛋白,磷蛋白,色蛋白,:,血红蛋白,黄素蛋白,金属蛋白,根据溶解度的不同,根据非蛋白质即辅基的不同,2/1/2025,乳糜微粒 极低密度脂蛋白 低密度脂蛋白 高密度脂蛋白,CM,VLDL LDL HDL,形成部位,：小肠粘膜 肝细胞 血浆、肝 肝细胞,功能：,转运外源 转运内源 转运内源,逆向转运,甘油三,酯,甘油三,酯,胆固醇 胆固醇,血浆脂蛋白功能,：,(2),根据蛋白质分子形状,球状蛋白质和纤维状蛋白质,(3),根据蛋白质生物功能,活性蛋白质和非活性蛋白质,活性蛋白质,包括生命活动过程中一切有活性的蛋白质以及它们的前体分子。绝大多数蛋白质属于活性蛋白质，包括酶、激素蛋白、运输蛋白（转运蛋白）、贮存蛋白、运动蛋白、保护或防御蛋白、受体蛋白、控制生长和分化蛋白、毒蛋白等。,非活性蛋白质,对生物体起支持和保护作用，主要指硬蛋白包括胶原蛋白、角蛋白、丝蛋白、弹性蛋白等。,2.2,蛋白质的组成单位,氨基酸,(,Amino acid,),一、氨基酸的结构,二、氨基酸的分类,三、氨基酸的理化性质,四、氨基酸的分离与分析,五、氨基酸的制备和应用状况,一,、氨基酸的结构,生物体内的氨基酸包括三大类：,基本氨基酸,：,编码蛋白质的氨基酸，组成蛋白质，,20,种,；,稀有氨基酸,：是多肽合成后由基本,AA,经酶促修饰产生的，出现在一些蛋,白质的水解液中含有的少量氨基酸，如：胱氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸、,L-,甲状腺素等；含稀有氨基酸的蛋白质多具有较强的活性。,非蛋白质氨基酸,：,氨基酸的衍生物，以游离或结合的形式存在于生物体,内。有些是重要的代谢前体或中间产物如,-,丙氨酸,（维生素泛酸的前,体），,瓜氨酸、鸟氨酸（,精氨酸的前体）；,-,氨基丁酸,（神经递质）等，,还有些是,-,-,-,和,D-,型氨基酸；植物的非蛋白质氨基酸是其次生代谢,产物（中草药的药效成分），如：刀豆氨酸、黎豆氨酸和,-,氰丙氨酸。,蛋白质是由,20,种基本氨基酸,组成的,。,1.,氨基酸的结构,通式,:,2.-,氨基酸的构型:,构型：指在立体异构体中的原子或取代基团的空间排列关系,。,不同的空间排列称为不同的构型。（构型的改变涉及到共价键的形成和破坏，但与氢键无关。）,构象,:,一个分子结构中原子沿共价键转动而产生的不同空间排列,。,(,构象的改变会牵涉到氢键的形成和破坏，但不涉及共价键的破坏。）,氨基酸的构型分为,D,型和,L,型两种。即,都有手性碳原子，在三维空间上两种不同的排列方式，它们互为镜影。它们是与,甘油醛或乳酸,相比较而决定的。凡是与,L,甘油醛（或,L,乳酸）构型相同的，就定义为,L,氨基酸,，反之为,D,氨基酸,。,生物体内组成蛋白质的,AA,都是,L-,型,(,除甘,氨酸,以外,),。只在少数细菌细胞壁上发现,D-,型。,1.,按照,R,基的化学结构,分类,(1),脂肪族,氨基酸,:,R,为,脂肪烃,基的氨基酸（,5,种）,a-,氨基异戊酸,a-,氨基异己酸,a-,氨基,-,甲基,-,戊酸,二、,氨基酸的分类,Glycine,Alanine,Valine,Leucine,Isoleucine,脂肪烃,基的氨基酸,R,基均为中性烷基，对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点（,6.00.03,）,Gly,是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。,从,Gly,至,Ile,，,R,基团疏水性增加。,蛋白质多肽中,Gly,残基的存在将增加其结构区域的柔性。,R,中含有,羟基和硫,的氨基酸（共,4,种）,a-,氨基,-,硫甲基,-,丁酸,a-,氨基,-,巯基,-,丙酸,a-,氨基,-,羟基,-,丁酸,Serine,Threonine,Cysteine,Methionine,Ser,的,-CH,2,OH,基（,pK,a,=15,）在生理条件下不解离，在大多数酶的活性中心都发现有,Ser,残基存在。,Ser,和,Thr,的,-OH,往往与糖链相连，形成糖蛋白。,Cys,的,R,中含巯基（,-SH,），具有两个重要性质：,（,1,）在较高,pH,值条件，巯基解离。,（,2,）两个,Cys,的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。,Cys,与结石：半胱氨酸的强碱溶液是有效的溶石药物,Met,在生物合成中是一种重要的甲基供体。,R,中含有,酰胺,基团（,2,种）,酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应,Asparagine,Glutamine,R,中含有,酸性,基团（,2,种）,Asp,、,Glu,Asp,侧链羧基,pKa,为,3.86,，,Glu,侧链羧基,pKa,为,4.25,它们是唯一在生理条件下带有,负电荷,的的两种氨基酸。,a-,氨基,-,丁二酸,a-,氨基,-,戊二酸,Aspartic acid,Glutamic acid,R,中含,碱性,基团（,3,种）,a,，,-,二氨基己酸,a-,氨基,-,胍基,-,戊酸,a-,氨基,-,咪唑基,-,丙酸,Lys,侧链氨基的,pKa,为,10.53,，生理条件下，,Lys,侧链带有一个正电荷（,NH,3,+,），侧链的氨基反应活性增大。,Arg,是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，,pKa,值为,12.48,，生理条件下完全质子化。,His,是,pKa,值最接近生理,pH,值的一种（游离氨基酸中为,6.00,，在多肽链中为,7.35,），是在生理,pH,条件下唯一,具有缓冲能力,的氨基酸。,His,在酶的酸碱催化机制中起重要作用,(2),芳香族,氨基酸（,3,种）,a-,氨基,-,苯基,-,丙酸,a-,氨基,-,对羟苯基,-,丙酸,a-,氨基,-,吲哚基,-,丙酸,(3),杂环,族氨基酸,(1,种,),(4),杂环亚氨基酸（,1,种）,四氢吡咯,-2-,羧酸,Pro,残基的存在将会增加蛋白质结构区域的刚性。,Proline,Histidine,2.,根据氨基酸,R,基侧链的,极性,，,可将氨基酸分为：,疏水性氨基酸（非极性氨基酸,）,亲水性氨基酸（极性氨基酸）,不带电荷的极性氨基酸,带正电荷的碱性氨基酸,带负电荷的酸性氨基酸,Asp Glu,Lys Arg,His,Ser Thr Tyr,Asn Gln Cys,Ala Val Ile,Leu Pro Met,Phe Trp,Gly,3.,根据生物体的,需要,，,可将氨基酸分为：,必需氨基酸,半必需氨基酸,非必需氨基酸,其余氨基酸,Arg His,Lys,Val Ile,Leu phe Met Trp,Thr,近年来的研究发现，原先被认为仅用作,终止信号的无义密码子,在某些情况下可重新诠释，编码特定的氨基酸，在揭示了,硒代半胱氨酸由,UGA,编码,后，最近的研究还表明，在某些古细菌和真细菌中，,无义密码子,UAG,可重新诠释，编码组成蛋白质的,第,22,种天然氨基酸吡咯赖氨酸,。,哺乳动物体内的硒主要以硒代半胱氨酸的形式参与蛋白组成，,硒代半胱氨酸,也因其重要性被称作第,21,个氨基酸,。,第,21,、,22,种蛋白质氨基酸,硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸,胱氨酸,非编码氨基酸,羟脯氨酸与羟赖氨酸,存于纤维蛋白、胶原蛋白及植物细胞壁的糖蛋白中,胶原蛋白,三、氨基酸的理化性质,(,一,),氨基酸的一般物理性质,a-,氨基酸为无色晶体，不同氨基酸其晶体形状不相同。,1.,熔点,:,氨基酸 熔点较高，一般在200,300,C。,2.,溶解度,:,氨基酸的溶解度差别很大，溶于稀酸稀碱，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。,3.,味感,:,各种氨基酸有不同的味感,:,甜、鲜、苦、无味。,谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分,4.,旋光性：,除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+)表示。,5.,光吸收：,芳香族氨基酸,在,pH8,时紫外吸收光谱（,280nm,）,20种基本氨基酸在可见光区没有光吸收，但在远紫外区(220,nm),均有光吸收。在近紫外区(220-300,nm),只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,在,280nm,处，,Trp,吸收最强，,Tyr,次之，,Phe,最弱。,280,nm,处光吸收,的测定，是定量蛋白质浓度最常用的方法。,紫外吸收性受溶液,pH,的影响,氨基酸在水溶液和结晶都是以,两性离子,形式存在。,(,二,),氨基酸的酸碱性质（两性解离）,正离子,两性离子,负离子,氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有,酸碱性质,，,是一类两性电解质,。,（,1,）氨基酸的,等电点,pI,：,1.,等电点：,pI,(,等电点,),：指两性电解质所带正负电荷相等时溶液的,pH,值。,pI,是pK1,和,pK2,的算术平均数，,即,两性离子两侧的基团的,pK,值之和的一半,：,pI,=,（,pK1+pK2,）,/2,例,:,加入酸或碱使,Ala,净电荷等于,0,时的,pH,值就是丙,氨酸,等电点。,pI,Ala,=(2.34+9.69)/2=6.02,k1,k2,Ala+,Ala+,Ala+/Ala,Ala,Ala-,Ala,/Ala-,2,氨基酸的每一功能基团都能被酸碱所滴定，可根据氨基酸的,滴定曲线,来推算,pK,值：,滴定中点时的,pH,。,（,2,）氨基酸的可解离基团的,pK,值。,pK,值为某个可解离基团、,侧链基团,的解离常数的负对数。,两性离子两侧的,pK,之和的一半,中性的,AA,：,pI,=(pK,1,+pK,2,)/2,酸性,AA:,Glu,、,Asp,pI=(pK,1,+pK,R,)/2,碱性,AA:Arg,、,Lys,、,His,pI=(pK,2,+pK,R,)/2,2.AA,等电点的计算,中性氨基酸：以,Gly,为例,H,+,2,=K,1,K,2,pH=,（,pK,1,+pK,2,）,/2,pI=,（,pK,1,+pK,2,）,/2,pI =,（,2.34+9.60,）,/2=5.97,Gly,K,1,=,Gly,H,+,Gly,+,K,2,=,Gly,-,H,+,Gly,pI,时，,Gly,+,=Gly,-,Gly,H,+,K,1,=,Gly,K,2,H,+,酸性氨基酸，以,Asp,为例：,Asp,+,Asp,-,Asp,=,Asp,+,碱性氨基酸，以,Lys,为例：,Lys,+,结论：,在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在，,但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。,pH=pI,时,等电点时的,pH,，氨基酸净电荷为,零,；,pH,pI,时,，,等电点以上的任何,pH,，,氨基酸带净,负,电荷，在电场中将向正极移动；,pH,pI,时,，,低于等电点的任何,pH,，,氨基酸带净,正,电荷，在电场中将向负极移动。,在一定,pH,范围内，氨基酸溶液的,pH,离等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈多。,1,、与茚三酮反应,-,氨基酸与茚三酮试剂共热，可发生反应生成,蓝紫色化合物,(570nm,处测定,AA,的含量,),。,蓝紫色化合物,(,三,),氨基酸的化学性质,氨基酸的化学反应,茚三酮反应与,脯氨酸和羟脯氨酸反应则生成,黄色化合物,，其结构如下所示：,反应生成的化合物的,颜色深浅程度,以及,CO,2,生成量,，均可作为氨基酸定量分析依据,(440nm,处测定脯氨酸和羟脯氨酸含量,),。,2,、与亚硝酸反应,含,游离,-,氨基,的氨基酸能与亚硝酸起反应，定量地放出,氮气,，氨基酸被氧化成,羟酸,。在标准条件下测定生成的,N2,的体积，即可计算,氨基酸的量,。,Van Slyke,氨基氮测定法,就是根据此反应原理。,蛋白质被水解时，,a,氨基不断增多，与亚硝酸反应放出的氮气量也随之增加。而蛋白质所含的总氮量是不变的。因此通过水解过程中的,a,氨基氮量的变化以及总氮量的比例关系可以判断蛋白质的水解程度。,含,亚氨基,的脯氨酸则不能与亚硝酸反应。,3,、,Sanger,反应（,酰基化）,与,DNFB,的反应,2,4-,二硝基氟苯,(DNFB),在弱碱溶液中发生亲核芳香环取代反应生成,黄色,的,2,4-,二硝基苯基氨基酸（,DNP,氨基酸），,英国的,Sanger,用这个反应来鉴定多肽,N-,未端的氨基酸，从而测定多肽或蛋白质的,AA,排序,。,-NH2,上的,N,是一个亲核中心,能发生亲核取代反应。,H,原子可被酰基、羟基取代。,多肽的人工合成中被用作氨基保护。,DNFB,DNP,-,氨基酸（黄色）,2,4-,二硝基苯基氨基酸,-,氨基酸,与异硫氰酸苯酯,(PITC),（苯异硫氰酸）在弱碱条件下形成相应的苯氨基硫甲酰氨基酸,(PTC-,氨基酸,),（苯异硫氰氨基酸），与,酸,发生环化生成苯硫乙内酰脲（,PTH,）。,这是著名的,Edman,降解，进行多肽链,N-,未端氨基酸的测定。,现在根据此原理设计出了“,蛋白质顺序测定仪,”。,4,、,Edman,反应,与苯异硫氰酸（酯）的反应,与苯异硫氰酸（酯）的反应,PITC,PTC,-,氨基酸,PTH,-,氨基酸,异硫氰酸苯酯,苯异硫氰氨基酸,苯氨基硫甲酰,(PTC),衍生物,层析法分离后,显色,，多,肽链,N-,未端氨基酸的测定,氨基乙内酰苯硫脲,5,、,与丹黄酰氯的反应,:,氨基酸与 5一二甲氨基萘磺酰氯（简称丹黄酰氯，,dansyl chloride,或用,DNS-Cl,表示）反应，生成丹黄酰氯的衍生物。,具有很强的荧光，可用于微量分析或肽链氨基末端氨基酸顺序分析。,6,、,与甲醛反应：,氨基酸在溶液中有如下平衡,：,甲醛滴定法：,NH,3+,是一个弱酸，完全电离是的,pH,约在,12,13,，用一般的指示剂很难准确判断其滴定的终点，一般不能直接用酸碱滴定法来定量测定氨基酸。在中性,pH,和常温下甲醛能很快与氨基酸的,a-,氨基结合，产生羟化物。羟基诱导电子使氮上的电子密度降低，氮不再吸引质子，质子游离出来，使平衡向右移动，促使,NH,3+,释放出质子，使溶液酸性增加，滴定的终点移动到,pH9,左右，这时可用酚酞作指示剂，用氢氧化钠滴定。每放出一个质子就相当于一个氨基酸。,二羟,甲醛滴定法,不仅用于,测定氨基酸含量,，也常用来测定,蛋白质水解程度,。,7,、与荧光胺反应,氨基酸可与荧光胺反应，产生,荧光产物,，,可用,荧光分光光度计测定氨基酸含量,。,AA,的,-,羧基：,成盐和成酯反应,：,在,HCl,（干燥）存在下与无水甲醇（乙醇）作用即生成氨基甲酯（乙酯）,（保护羧基，突出氨基）。,氨基酸与,NaOH,反应即得到氨基钠盐。,脱羧基反应,:,AA,在生物体内经,AA,脱羧酶作用，放出二氧化碳并生成相应的一级胺。,成酰胺反应,:,AA,与氨作用可形成氨基酸的酰胺，为生物体储,NH,3,的主要反应。,动、植物体内的,Gln,、,Asn,可以由这种反应形成。,成肽反应,:,-,羧基、,-,氨基,侧链,R,基参加的主要反应,:,-,SH,的氧化还原,;,酚基的,Millon,反应,(,Tyr,+,米伦试剂产生红色,);,Folin,一酚反应,(Tyr,或,Trp+,磷钼酸,蓝色,),等,1,.,纸层析法：分配系数,2.,薄层层析法：定性。,原理因所用薄层的原料而不同。用氧化铝等吸附剂则是吸附层析；若用纤维素或硅藻土则属分配层析,3,.,离子交换柱层析法：电荷,5,.,纸电泳,四、氨基酸的分离与分析,在蛋白质组成分析、氨基酸顺序分析，水解制备氨基酸或微生物发酵生产氨基酸时要进行氨基酸的分离、分析和纯化。主要根据被分析样品的（如,aa,混合物）,分配系数、所带电荷、分子大小等,不同而达到分离的目的,：,4,.,高效液相层析法：电荷、分配系数,柱,固定相装于柱内,纸,固定相是液体，吸附在滤纸上，将样品点在纸上，用流动相展开,薄层,将有适当粘度的固定相涂在薄板上,薄膜,与纸层析相似，,纸用其它高分子有机吸附剂代替,层析按支持物分：,吸附,固体 吸附能力不同,分配,液体 分配系数不同,离子交换,离子交换剂 亲和性不同,凝胶,多孔凝胶 通过速度不同,亲和,固定相只能与一种组分结合，,分开其它无亲和力的组分,固定相 各组分对固定相,按层析原理分,：,分配柱层析,填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、,淀粉、硅胶等，收集的组分用茚三酮,显色定量。,纸层析：,固定相是液体，吸附在滤纸上，将样品点在纸上，,用流动相展开。,单向纸层析图,Rf,值,薄层层析：,将有适当粘度的固定相涂在薄板上,离子交换层析,原理,：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，利用,离子交换树脂上的活性基团,与,溶液中的离子,进行,交换反应,，由于各种离子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过程中，各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。,pH,值增高时，抑制蛋白质阳离子化，随之对阳离子交换剂的吸附力减弱。,pH,值降低时，抑制蛋白质阴离子化，随之降低了蛋白质对阴离子交换剂的吸附。当使用阴离子交换剂时，增加盐离子，则降低,pH,值。当使用阳离子交换剂时，增加盐离子浓度，则升高溶液,pH,值。,阳离子交换树脂：活性基团是酸性的,，如磺酸基-,SO,3,H,强酸型），羧基-,COOH（,弱酸型）,阴离子交换树脂：,活性基团是碱性的,，如季胺基-,N,+,(CH,3,),3,OH,-,离子交换层析,高效液相层析（,high performance(pressure)liguid,chromatography,HPLC）,HPLC,的特点:,HPLC,分离氨基酸的灵敏度高，可达到10,-12,mol,水平,固相支持物颗粒小，比表面积大,溶剂系统采用高压，,洗脱速度快,适于各种类型的支持物的柱层析,HPLC,常用的层析柱：反相柱和正向柱两种,五、氨基酸的制备,氨基酸在生物体内具有重要的生理功能：,组成蛋白质；充当化学信号分子：,5-,羟色胺、褪黑激素，都是神经递质；甲状腺素（,Tyr,衍生物），吲哚乙酸（,Trp,衍生物）都是激素；,许多含,N,分子的前体物：,含氮碱基、血红素、叶绿素的合成都需要,AA,；,是重要的代谢中间物：,精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸是尿素循环的中间物；,特殊的生理作用,，参与代谢作用，治疗疾病；用于,食品加工：,强化剂、调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂；,饲料添加剂；,调节,皮肤,pH,和,保护皮肤,的功能,。,制备氨基酸有4种途径：,从蛋白质水解液中分离提取；,应用发酵法生产,；,应用酶的催化反应生成氨基酸,；,有机合成法,。,适宜于中,小规模的生产,可大规模,生产,2.3,肽,肽的基本概念,肽命名,动植物体内重要的肽,谷胱甘肽,（简称,GSH）,肽类的应用和发展前景,一、肽的基本概念,1.,肽,:,一分子氨基酸的,-,羧基与另一氨基酸的,-,氨基脱水缩合而成的化合物叫做肽。,蛋白质是多个氨基酸分子通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键）连接而成的生物大分子。,肽键,-,CO-NH-,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。,在细胞内环境条件下，肽键相对稳定,2.,几个相关的概念,氨基酸残基,(amino acid residue),：,多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基。肽链中的氨基酸不是原来完整的分子。,二肽，寡肽与多肽：,二肽(,dipeptide),：,由两个氨基酸残基组成的肽。,寡肽(,oligopeptide),：由十二个以上二十个以下氨基酸残基组成的肽,多肽(,polipeptide),：,由多个氨基酸组成的肽，,亦称多肽链,。,多肽链,肽键,链状结构,肽键,链状结构,N,端,氨基酸残基,氨基酸残基,C,端,肽链书写方式：,N,端,C,端,注,：肽链可以是链状、环状或分支状。,N-,端与,C-,端：,多肽链中含有游离,-氨基的一端，称为氨基酸的,氨基端或,N-,端,；含游离,-羧基的一端，称为氨基酸的,羧基端或,C-,端,。,氨基酸顺序：,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，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。,上述五肽可简写表示为：,Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,肽链的表示法(简写),多肽与蛋白质,蛋白质是由一条或多条多肽(,polypeptide),链以特殊方式结合而成的生物大分子。,蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。,蛋白质分子量变化范围很大,从大约6000到1000000道尔顿甚至更大。,二、肽命名,多肽化合物的名称，通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序，,以残基名称（如某某氨酰）从,N,端依次阅读到,C,端，并以,C,端残基全名结束肽的名称。,下列五肽命名为,丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸,：,氨基末端,羧基末端,注意,：,在开链肽的,N,端,和,C,端,可以有游离的,氨基和,羧基，而有的开链肽的,N,端或,C,端的游离的,氨基或,羧基被别的基团结合（如,烷基化,、,酰化等,）或,N,端残基自身环化。,例如促甲状腺素释放激素的,N,端残基是谷氨酸，此残基易于自身环化成,焦谷氨酰基,（,-,氨基与谷氨酸的,-,羧基脱水缩合而成）。,举 例,1.,谷胱甘肽,由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成,它的分子中有一个特殊的,肽键,，是由谷氨酸的,羧基与半胱氨酸的,氨基缩合而成。由于,GSH,中含有一个活泼的,巯基,很容易氧化，二分子,GSH,脱氢以二硫键,(disulfide bond,disulfide,bridge),相连成,氧化型的谷胱甘肽（,GSSG）。,（,glutathione,）,三、生物活性肽（,BAP,）,氧化型谷胱甘肽用代号,G-S-S-G,表示,2 G-SH=G-S-S-G,谷胱甘肽重要的生物功能,谷胱甘肽的主要生理功能是抗自由基，抗衰老，抗氧化。,谷胱甘肽不仅能消除人体自由基，还可以提高人体免疫力。它不但能增进血球，制造保护物质的功能（能保护身体免受感染的物质），也能降低体内由细胞发炎物质的总含量。谷胱甘肽在老人迟缓化的细胞上所发挥的功效比年轻人大。美国著名营养保健专家艾尔,敏德尔博士称谷胱甘肽为三倍效能的抗衰老氨基酸。,维护蛋白质活性中心的巯基。,谷胱甘肽可阻止氧化血红蛋白，保护酶分子中,-SH,基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被破坏的酶分子中,-SH,基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。,中和解毒作用。,谷胱甘肽能与进入人体的有毒化合物、重金属离子或致癌物质等相结合，并促进其排出体外。谷胱甘肽对于放射线、放射性药物所引起的白细胞减少等症状，有强有力的保护作用。,谷胱甘肽在人体内的生化防御体系起重要作用。,谷胱甘肽可作为治疗白内障药剂的主要成分。近年来，西方科学家，尤其是日本学者发现谷胱甘肽也具有抑制艾滋病毒的功能。谷胱甘肽是孕妇的必需营养补充剂，它关系到婴儿的体内发育生长。研究表明，有些孕妇身体虚弱缺乏蛋白质，主要是缺乏谷胱甘肽。,可作食品添加剂。,加入到面制品中，可起到还原作用。不仅使制造面包的时间缩短至原来的二分之一或三分之一，劳动条件大幅度改善，并起到食品营养的强化作用及其他功能；将其加入到酸奶和婴幼儿食品中，相当于维生素,C,，可起到稳定剂的作用；将其拌到鱼糕中，可防止色泽加深；加到肉制品和干酪等食品中，具有强化风味的效果。,2.,肌肽和鹅肌肽,：新型抗氧化剂,肌肽（,carnosine）:,-,丙氨酰,-L-,组氨酸，是一种天然的水溶性二肽,，以较高浓度存在于有氧代谢最活跃的部门,肌肉和脑中。在脊椎动物骨骼肌中，肌肽的含量约为,1.6,20.6mol/g,且白肌纤维中的含量比红肌纤维中的高。肌肽在猪肉、牛肉和鸡肉中的含量分别为,4.8,，,2.0,，和,15.0mM,，在人体肌肉中的含量为,2,20mM,。,肌肽类生物活性肽是一类重要的神经递质，具有调节酶的活性以及螯合重金属等重要生物学功能,对老年性白内障的治疗以及受伤肌肤的康复都有独特作用。研究还发现肌肽可以抑制体内由铁、血红素蛋白、脂肪氧化酶等催化的氧化反应，还能阻碍蛋白质羰基化及糖化反应。在医药与化妆品行业将有很好的发展前景,疲劳和产后喝鸡汤，鸡汤中也可以走出药物来。,3.,多肽激素,种类较多，生理功能各异。,多肽类激素主要见于,垂体,及,下丘脑,分泌,的激素，如催产素（9肽）、加压素（9肽）、促肾上腺皮质激素（39肽）、促甲状腺素释放激素（3肽）。,神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽（5肽）、,-内啡肽（31肽）、强啡肽（17肽）等。,使乳腺和子宫的平滑肌收缩,促进血管平滑肌收缩,1986,年的,诺贝尔生理学奖,颁给了发现,多肽生长因子（,NGF,）,的,Stanley Cohen,，表彰他为基础科学研究开辟了一个具有广泛重要性的新领域。,多肽是体现信息的使者，是引起各种各样的生理活动和生化反应的调节者。,多肽生物活性高，,110,7,mol,L,就可以发挥活性，,就是说,1mL,的多肽用一火车皮的水来溶解都仍然具有活性。如,1928,年发现的胆囊收缩素，在千万分之一含量时仍然对胆总管有明显的收缩作用。,分子小，易于结构改造，相对于蛋白质而言较易人工化学合成。,被称之为中国生化第一技术的人工合成胰岛素就是一种,51,肽。,存在于,生物体的多肽已有数万种,，并且发现,所有的细胞都能合成多肽,。同时，,几乎所有细胞也都受多肽调节，,它涉及激素、神经、细胞生长和生殖等各个领域。,21,世纪是一个多肽的世界,。,四、肽的应用及发展,多肽有多种功能，可以制成多种成品补充人体，具体如下：,1,、现代免疫新品：,生物活性多肽（小肽），如“非典”中发挥重要作用的“三九蛋白肽”，具有,强化人体免疫功能,，起到过去肽类药品对付现代病毒所取不到的功能。它可抗菌、抗现代病毒，阻止,SARS,细胞进入人体后，可模仿病毒表面的蛋白质论断，与病毒进行“竞争”，从而阻断病毒感染细胞的途径。因此，这种多肽是现代病毒的克星，是现代免疫的上品。这种多肽还具有刺激巨噬细胞的吞噬能力，抑制肿瘤细胞生长的作用。,已获广泛应用的,白蛋白多肽、胸腺肽、血清胸腺因子（,FTS,）,等均可以,引起免疫,T,细胞的分化,。近年来在日本以及中国已开始使用糖肽辅助治疗肿瘤，其作用机理就是使淋巴系统活化。,用于抵抗微生物的环孢菌肽，具有杀真菌和抗炎性质。未来的,抗菌肽,将不同于传统的抗菌素，其,作用专一，能从核酸和基因的角度去发挥作用。,2,、神经肽可起到,镇痛及调节,人体情绪、呼吸、脉搏、体温的作用，与普通镇痛剂不同的是，它经过消化器官进入人体后无任何副作用。,神经系统中，神经肽是人和动物生长和激素调节的重要物质。例如：,神经紧张肽（,NT,）,能降低血压，对肠和子宫还具有收缩作用，它能在不影响生长激素或促甲状腺素释放的情况下增加黄体生成素（,LH,）和促卵泡激素（,FSH,）的分泌；,内啡肽,与,脑啡肽,的衍生物有着很强的镇痛作用；,1975,年,Monnier,发现的,催眠肽（,DSIP,）,是唯一没有副作用的多肽，在高节律、高度紧张的社会中，睡眠不正常人群正在扩大，,DSIP,将是最好的选择。,3,、,在人体其他系统，多肽同样发挥着巨大的作用：,降血压,肽，实现降压功能，治疗高血压。,1983,年,Bolel,等从鼠心肌的血浆中分离到,心房肽,ANP,，在抗人类高血压疾病、抗水肿中，,ANP,可以改变人们传统的治疗思想。,降钙肽,通过刺激骨形成细胞引起磷酸钙在骨架上的沉降，可以有效治疗骨萎缩。,促甲状腺素释放激素（,TRH,）,是一种能促进产妇乳汁分泌的多肽。,促性腺激素（,LHRH,）,是一种能刺激女性的黄体分泌，引起排卵并促进雌性激素合成。,环状的,14,肽（,SST,）,能治疗糖尿病、胃溃疡、胰腺炎。,生长激素（,STH,）或人体生长激素（,HGH,）,是一种线型多肽，能治疗侏儒症。发现于,70,年代的,促肾上腺皮质激素,（,ACTH,）,是,24,肽，在治疗风湿关节病、支气管哮喘和肾病中都有相当的价值。临床上常用的,催产素,也是一种多肽。对于从事商业和科技工作的人来说，,DBI,衍生肽,是一种最好的,精神舒缓肽,。,多肽与健康,WHO,在新千年之前呼吁：“,21,世纪人类最大的疾病是生活方式的疾病”，多肽在改善和调整人们的生活方式方面将发挥极大的作用。也许将来有一天，,早上,我们服用添加了,维生素的多肽,，为我们一天的工作提供旺盛的精力；,中午,伴着简单的工作餐服用,全面营养多肽,，均衡我们的营养；面对高脂肪、高蛋白、高热量的丰盛,晚餐,，我们服用,降脂肽、胃肠满足肽,，既解决对美味的渴望，又不会使我们不知节制；,入睡前,就着牛奶把,睡眠肽,送下，好梦连连。假日当你和朋友一起运动后，服下少许,轻松肽,让你迅速消除疲劳；面对备考紧张的学子，母亲会送给他一盒甜甜的巧克力,肽糖,；在电脑前留连的网虫，口里嚼着能抵抗荧屏幅射的,多肽香口胶,，畅游在因特网上；爱美的女孩，,多肽营养霜和面膜,可以帮你留住青春；风采动人的少妇，,抗衰肽,可以使你魅力永驻；秋高气爽的重阳节，乐龄人（国内称老龄人）口含,多肽人参片,登高远行气不喘；商场激战的巨子、政坛高论的政客，需要激情和理智，,神怡多肽,让你上九天揽月，下商海捞金；美美的一杯,激情肽,定让幸福的夫妻更美满,这一切并不是科学家的幻想，而是正在走进你我的多肽世界。,2.4,蛋白质的结构,每种蛋白质分子在其天然状态都有一定的三维结构称为,构象,。,纤维蛋白,：,球蛋白,：,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,据构象,据结构水平,是动物结缔组织的基本结构成分，坚韧，,不溶于水和稀盐溶液,。,多肽链折叠成紧密球状，大多溶于水，具有多种功能。如，酶、激素、血红血清蛋白（运转）,据结构水平,介于二者之间，如，肌球蛋白,一、蛋白质分子的一级结构,是指氨基酸在肽链中的排列顺序及,二硫键的位置，是多肽链具有共价键的主链结构。,二硫键,蛋白质的种类和生物活性都与肽链的氨基酸种类和排列顺序有关，蛋白质的一级结构决定了其二级和三级结构，其三维结构所需的全部信息也都储存于氨基酸序列之中。肽键(,peptide bond),和二硫键(,disulfide bond),均属于蛋白质一级结构,二、蛋白质的二级结构,天然的蛋白质分子并不是一条走向随机的松散肽链，每一种都具有自己特定的空间结构。线性的多肽链在空间中折叠成特定的三维空间结构通常称为蛋白质的高级结构或分子构象。,蛋白质的二级结构：是指蛋白质分子中的多肽链中相邻氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的有规则、重复排列的空间关系,。,是蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，包括,螺旋、,折叠,和,转角,等。,肽键不能自由转动，具有部分,双键,性质。,酰胺平面，也叫,肽平面,(,六个原子处于同一个平面,),，多为反式。,X,射线衍射法,测定蛋白质化学结构,的键长、键角,肽键的键长和键角,肽键的键长,0.133nm,，介于,C=N,（,0.127,）和,C-N(0.143),之间。,1.,多肽主链的基本结构,在肽链中每6个原子,C,-C(=O)-N(-H)-C,构成一个,肽单元，,两个肽平面以一个,C,为中心发生旋转,（,1,）肽单元(酰胺平面或肽键平面,),（,2,）,二面角的定义,角,绕,C,-N,键,旋转的角度,角,绕,C,-C,键,旋转的角度,连接在同一个,C,原子上的两个肽键平面处在同一平面时,定义,和,均为零度),二面角可以在0,0,+,180,0,范围内变动。通过二面角的旋转，多肽链可以形成,各种各样的折叠方式。从,N,端看去，以顺时针相,180,0,方向旋转的角度用“,+”,表示；逆时针时则为“,-”,。,肽链的所有的可,能构象都能用,角和,角这两个,构象角,（二面角）,来描述,2,C,N,C,（,3,）二面角决定肽链的构象,肽链中,和,这一对,二面角决定了相邻的,两个酰胺平面所有原,子在空间上的相对位,置，就决定了肽链的,构象。,注意,二面角（,、）,所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中,非键合原子,之间的接近有无障碍。,（,1,）,-,螺旋结构,（,-helical Structure,）,左,右,手螺旋结构,螺旋结构表示法,S,N,-,螺旋,是多肽链主链的螺旋结构中最为常见的结构，,也是最稳定的螺旋式结构,。,是指多肽链主链环绕螺旋中心轴每隔,3.6,个氨基酸残基上升一圈而形成的螺旋式结构。,其中，,S,螺旋每上升一圈的氨基酸残基数；,N,氢键封闭的环本身的原子数，如，3.6,13,螺旋。,2.,二级结构的基本构象,螺旋主要的结构特点,右手型,螺旋结构模型,多肽链主链环绕螺旋中心轴螺旋式地上升，每,3.6,氨基酸残基上升一圈,(0.54,nm,),；,螺旋上升时,每个氨基酸残基沿轴旋转,100,向上平移,0.15nm,；,每个,角为,-57,，每个,角为,-47,；,每个基酸残基上的亚氨基和位于它前面的第,4,个基酸残基上的羰基形成氢键；,氨基酸残基的,R,基团从,螺旋伸出，不在圈内。,俯视图,Pauling,于,1951,年提出，多肽主链构象，一种周期性的肽结构；,若干条肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列；,相邻肽链之间或同一肽链内平行肽段之间依靠,C=O,和,NH,的氢键维持；,折叠的片层结构避免了,R,基团的空间障碍，与,C,相连的,R,基团交替位于上、下方，并与片层垂直。,折叠的多肽