氨基酸、多肽与蛋白质

目录目录绪论Biochemistry:Neuberg,1903Chemistryoflife运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化学原理来研究生命现象的学科。生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动的本质，以及致病机制和治疗原理。目录一、生物化学的内容1.叙述生化：组成与结构2.动态生化：代谢与调控3.功能生化：结构与功能目录1.叙述生化：组成与结构生物体组成分（%）：水蛋白质脂类无机盐糖类核酸55-6715-1810-153-41-2微量三大营养素：蛋白质脂类糖类目录2.动态生化：代谢与调控代谢：生物体与环境的物质交换体现生命维持生命调控：为适应环境的变化而改变代谢的机制糖，蛋白质，脂肪：氧化产生ATP核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构和功能目录3.功能生化：结构与功能细胞水平和分子水平各异的生命决定于各异的结构不同的功能具有不同的结构分子生物学蛋白质的结构与功能核酸的结构与功能目录二、生物化学的重要性重要性在于生物化学的应用性三多:每年发表论文诺贝尔奖获得者生化科学家生物学的普通语言──世界语言基础医学的关键学科目录三、生物化学的学习方法1.代谢通路与酶相联系2.前后内容对照学3.整体内容贯穿起来再复习三难：体内参与反应的物质多，记忆难代谢反应途径多，功能各异，入门难大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难目录课程学习安排本学期：生物化学（一）内容：大分子结构与功能三大代谢肝胆生化下学年第一学期：生物化学（二）内容：遗传信息的流动、生物信息的传导双语教学*课程进度表网址：目录参考书Harper’sBiochemistry26thed.Murrayetal,2003LehningerPrinciplesofBiochemistry,4thed.Dalidetal,2005Biochemistry，3rded.DonaldVoetetal,2003王镜岩主编：《生物化学》3版，2002，高等教育出版社目录氨基酸、多肽与蛋白质第四章AminoAcids，PeptidesandProteins目录1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。19世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，并用氨基酸合成了多种短肽。1938年，德国化学家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一词来描述蛋白质。目录1951年,Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。1953年，FrederickSanger完成胰岛素一级序列测定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz确定了血红蛋白的四级结构。20世纪90年代以后，后基因组计划。目录w什么是蛋白质?蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的大分子含氮化合物。目录分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。w蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分目录1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能目录氨基酸第一节AminoAcids目录一、组成人体的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。目录L--氨基酸的通式（R为侧链）RC+NH3COO-HH目录氨基酸分类疏水性氨基酸极性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸目录(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸二、20种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。此类氨基酸在水溶液中溶解度小。目录氨基酸分类（一）目录中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。氨基酸分类（二）目录(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。氨基酸分类（三）目录(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。氨基酸分类（四）目录(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。氨基酸分类（五）目录几种特殊氨基酸•脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2目录-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目录修饰性氨基酸羟赖氨酸HO-Lys羟脯氨酸HO-Pro苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化丝氨酸糖基化天冬酰胺糖基化目录三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质（一）氨基酸具有两性解离性质氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。目录pH=pI+OH-pHpI+H++OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+目录等电点(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。目录（二）氨基酸具有特征性的滴定曲线甘氨酸滴定曲线目录（三）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收目录（四）α-氨基参与多种化学反应Schiff碱醛氨基酸目录（五）氨基酸的α-氨基与α-羧基共同参与茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。目录（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。目录多肽和蛋白质PolypeptidesandProteins第二节目录一、多肽和蛋白质是氨基酸的多聚体（一）氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸通过肽键(peptidebond)相互连接而形成多肽和蛋白质。肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。目录NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH-CH-CHOHOOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO目录*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。目录氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽链中有自由氨基的一端羧基末端（carboxylterminal）或C末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有方向性：*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。多肽链从氨基末端走向羧基末端。目录N末端C末端牛核糖核酸酶目录（二）体内存在多种重要的生物活性肽1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽(glutathione,GSH)目录GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+目录2.体内有许多激素属寡肽或多肽目录3.神经肽是脑内一类重要的肽在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽(neuropeptide)。目录组成蛋白质的元素：主要有C、H、O、N和S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂目录各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点：目录(一)蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类•根据蛋白质组成成分，可分为：单纯蛋白质（simpleprotein）结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分（conjugatedprotein）辅基（prostheticgroup）目录分类辅基举例脂蛋白脂类血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核酸核糖体磷蛋白磷酸基团酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶金属蛋白铁铁蛋白锌乙醇脱氢酶钙钙调蛋白锰丙酮酸羧化酶铜细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基目录•根据蛋白质形状，可分为：纤维状蛋白质球状蛋白质•根据蛋白质结构与功能的关系，可分为：超家族（superfamily）家族（family）亚家族（subfamily）形状决定性质目录(二)蛋白质分子结构可区分为4个层次高级结构或空间构象(conformation)一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)目录三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构•肽键（主要化学键）•二硫键蛋白质一级结构(primarystructure)是指蛋白质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。目录胰岛素空间结构目录四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构蛋白质二级结构(secondarystructure)是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。目录•-螺旋(-helix)•-折叠(-pleatedsheet)•-转角(-turn)•无规卷曲(randomcoil)蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：氢键目录（一）肽键是一个刚性的平面参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)。目录（二）-螺旋是常见的蛋白质二级结构目录α-螺旋连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋右手螺旋酰胺平面与螺旋的长轴平行一个AA0.15nm,每3.6个为一圈(0.54nm)螺旋借助相邻两圈之-NH---CO-稳定AA的侧链伸向螺旋外侧AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成目录（三）-折叠使多肽链形成片层结构目录β-折叠较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列两个片段可以是平行或反平行AA间距平行0.65nm反平行0.67nm只有片段间氢键