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第十五章氨基酸、肽和蛋白质
AminoAcids,PeptidesandProteins
1 前言 蛋白质是一类含氮的高分子化合物，是一类生物高分子。
是生命的基础，是构成细胞的主要物质。
蛋白质的基本结构单元是氨基酸，不论哪一类蛋白质水解都生成α-氨基酸的混合物。
蛋白质 H+、OH-或酶 α-氨基酸（20种） 从化学上看，蛋白质是氨基酸的高聚物；氨基酸是构成蛋白质的基石。
因此要讨论蛋白质的结构和性质，首先要了解氨基酸。
有机化学课件
2 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第一节氨基酸 氨基酸——羧酸分子中烃基上的一个或几个 氢原子被氨基取代生成的化合物。
R-CH-COOHNH2 按氨基与羧基的相对位置分：α-氨基酸，β-氨基酸 βα 如：R-CH-CH2-COOHNH2 β-氨基酸 α R-CH-COOH NH2 α-氨基酸 有机化学课件
3 第15章氨基酸、肽和蛋白质
一、氨基酸的结构、命名和分类
1.根据分子中含有氨基和羧基的数目： α-氨基酸可分为 中性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸 R-CH-COOHNH2
2.根据分子中R取代基的不同： α-氨基酸可分为 脂肪族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸 有机化学课件
4 第15章氨基酸、肽和蛋白质 中性氨基酸 在分子中-NH2与-COOH数目相同 如：CH2-COOHNH2 CH3CHCOOHHONH2 -CH2CHCOOHNH2 俗名：甘氨酸 丙氨酸 酪氨酸 缩写 符号： Gly Ala Tyr 碱性氨基酸——在分子中氨基的数目多于羧基的数目 H2N-CH2CH2CH2CH2CH-COOHNH2 俗名：赖氨酸缩写符号：Lys 有机化学课件
5 第15章氨基酸、肽和蛋白质 酸性氨基酸——在分子中氨基的数目少于羧基的数目 HOOC-CH2CH2CH-COOHNH2 俗名：谷氨酸缩写符号：Glu 在α-氨基酸的命名中，习惯上多数以俗名来命名，而组成蛋白质的α-氨基酸仅二十种。
其中有八种是人体内不能合成的，称为必需氨基酸。
有机化学课件
6 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1 八个必需氨基酸 (CH3)2CHCH(NH2)COOH(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH 缬氨酸 亮氨酸 C2H5CHCH(NH2)COOHCH3异亮氨酸 CH3CHCH(NH2)COOHOH苏氨酸 C6H5CH2CH(NH2)COOH苯丙氨酸 H2N(CH2)4CH(NH2)COOH CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH蛋氨酸 CH2CH(NH2)COOH 赖氨酸 有机化学课件
7 NH 色氨酸 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸的构型 天然α-氨基酸，除甘氨酸外，都是手性的，有旋光性，它们的构型取决于α-碳原子。
氨基酸的构型是与乳酸相比而确定的。
习惯于用D/L标记法。
COOH H2N
H CH3L-丙氨酸 COOH HO
H CH3L-乳酸 COOH H2N
H R L-氨基酸 有机化学课件
8 第15章氨基酸、肽和蛋白质 一般天然氨基酸都为L型的。
如果用R/S法标 记，那么天然氨基酸大多属于S-构型。
但也有R-构型的，如L-半胱氨酸为R-构型。
COOH H2N
H CH3L-丙氨酸S-丙氨酸 COOH HO
H CH2SHL-乳酸L-乳酸 有机化学课件
9 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、氨基酸的化学性质
1.两性电离与等电点
(1)两性电离 α-氨基酸含有一个酸性的羧基（-COOH），也含有一个碱性的氨基（-NH2），故它遇到酸或碱都能生成盐。
R-CH-COOH+HClNH2 R-CH-COOH+NaOHNH2 R-CH-COOH+NH3Cl- -+ R-CH-COONa+H2ONH2 有机化学课件 10 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸分子内这两个基团也可以生成盐（称内盐）。
R-CH-COOHNH2 R-CH-COO+NH3 内盐（亦称为偶极离子） 氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸主要是以内盐的形式存在的。
分子中没有游离的-NH2或-COOH。
例如：氨基酸一般在200℃以下不熔化，具有较高的熔点（实际上是分解点）。
氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶剂。
这些都是由偶极离子结构所导致的特性。
有机化学课件 11 第15章氨基酸、肽和蛋白质
(2)等电点 ¾氨基酸在纯水溶液中可形成如下的平衡： R-CH-COOHNH2 - OH+R-CH-COOH+NH3 正离子（III） -H2O R-CH-COOH2O+NH3 两性离子（I） R-CH-COO-+H3O+NH2 负离子（II） 由于氨基酸的-N+H3给质子能力大于-COO-接受质子的能力。
所以在中性氨基酸的平衡体系中，负离子（II）数 目多于正离子（III），使氨基酸带有一定数量的净负电 荷，其溶液略显酸性（pH值略小于7）。
有机化学课件 12 第15章
氨基酸、肽和蛋白质
2 等电点 R-CH-COOHNH2 - OH+R-CH-COOH+NH3 正离子（III） -H2O R-CH-COOH2O+NH3 两性离子（I） R-CH-COO-+H3O+NH2 负离子（II） 如果在平衡体系中外加酸，则可抑制负离子（II）的生成，而 使正离子（III）数量增加，平衡向左移动，可以使（II）和 （III）的数量相等，氨基酸的净电荷等于零。
将此溶液置 于电场中，氨基酸向阳极移动的速度和向阴极移动的速度相 等。
该溶液的pH值则称为氨基酸的等电点。
（简写为：pI） 有机化学课件 13 第15章
氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸等电点包含两层意思： 说明在等电点时，氨基酸本身处于电中性状态（即溶液中正、负离子浓度相等）。
说明氨基酸是电中性时的pH值。
有机化学课件 14 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸等电点的两点说明： ①不同的氨基酸有不同的等电点。
所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。
中性氨基酸的等电点pH=5.5~6.3之间。
酸性氨基酸的等电点pH=2.8~3.2之间。
碱性氨基酸的等电点pH=7.6~10.6之间。
②等电点是每一种氨基酸的特定常数。
在等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。
有机化学课件 15 第15章氨基酸、肽和蛋白质
2.与茚三酮的显色反应 OO OOH OH
O O 茚 茚三酮 水合茚三酮
O OH
2 OH+R-CH-COOH
O NH2 水合茚三酮 OH
O O蓝紫色 —N=CO +CO2+RCHO 凡是有游离氨基的α-氨基酸均可和茚三酮发生此显色反应。
有机化学课件 16 第15章氨基酸、肽和蛋白质 注：N-取代的α-氨基酸、β-氨基酸、γ氨基酸等均不与茚三酮发生显色反应。
脯氨酸和羟基脯氨酸与茚三酮不生成蓝紫色物质，而是生成黄色的产物 有机化学课件 17 第15章氨基酸、肽和蛋白质 反应历程
O ROHOH+H2N-CH-COOH-2H2O
O -CO2重排
O OHOHO OCHNCHR O氨基茚三酮 H2O-RCHO
O O
N O
O 有机化学课件 18 OR NCHCOOH
O OCHNH2
O OH
O N
O O 蓝紫色 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3 3.与亚硝酸反应 RNH2+HNO2 ROH+N2+H2O R-CH-COOH+HNO2NH2 R-CH-COOH+N2+H2OOH 利用该反应可通过测定放出氮气的量计算氨基酸、蛋 白质及肽分子中的自由伯氨基的含量 VanSlyke氨基测定法 有机化学课件 19 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4.与甲醛反应 R-CH-COOH+HCHONH2 R-CH-COOH+H2ON=CH2 甲醛先与氨基作用，使氨基酸的碱性消失，这样可以 用碱来滴定羧基的含量 有机化学课件 20 第15章氨基酸、肽和蛋白质
5.脱羧反应 R-CH-COOHNH2 Ba(OH)2加热 R-CH2-NH2+CO2 脱羧酶 NH2(CH2)4CHCOOHNH2 赖氨酸 NH2(CH2)4CH2-NH2+CO2戊二胺（尸胺） α-氨基酸在脱羧酶或与氢氧化钡共热可发生脱羧反应，生成少一个碳原子的伯胺 有机化学课件 21 第15章氨基酸、肽和蛋白质
6.失羧和失氨作用 α-氨基酸在酶的作用下同时失羧和失氨，生成少一个碳原子的醇 酶 (CH3)2CHCH2CHCOOHNH2 亮氨酸 (CH3)2CHCH2CH2OH+NH3+CO2异戊醇 有机化学课件 22 第15章氨基酸、肽和蛋白质
7.氨基酸的受热反应——成肽反应 两分子α-氨基酸受强热时，氨基和羧基之间会发生交叉脱水，生成环状的交酰胺（二酮吡嗪）
O R
C CH OH + NH2 NH2 HO CH
C R
O NH2 HO CH
C R
O H
RNO _H2O ONRH 交酰胺（二酮吡嗪） 二酮吡嗪在浓盐酸的作用下，可以水解生成酰胺 氨基和羧基相距四个碳以上时，发生分子间脱水成聚酰胺（肽）。
有机化学课件 23 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第二节肽 ¾肽键是多肽和蛋白质分子中的主要化学键。
¾组成肽分子的氨基酸称为氨基酸残基。
OHCN 肽键 有机化学课件 肽键 24 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4 ¾一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应,形成一个酰氨键,新生成的化合物称为肽,肽分子中的酰氨键叫肽键. 由二个氨基酸组成——称二肽由三个氨基酸组成——称三肽由多个氨基酸组成——称多肽 ¾蛋白质或多肽在H+、OH-或酶作用下，又可以水解为氨基酸。
蛋白质水解多肽水解α-氨基酸 有机化学课件 25 第15章氨基酸、肽和蛋白质 多肽与蛋白质无严格的界限，一般把分子量大（约一万以上）的多肽称蛋白质。
分子量小的叫多肽。
从广义来说，多肽也是蛋白质。
实际上，有些蛋白质本身就是多肽。
如：肌肽——（β-丙氨酰组氨酸）是人体及动物肌肉组织中发现的二肽。
催产素——为8肽。
胰岛素——为51肽。
有机化学课件 26 第15章氨基酸、肽和蛋白质 ……………………………………………… …….......……… …………………
一、多肽的命名和表达方式 ¾书写时规 定：含有游离H2N—一端叫N-端——写在左边； 含有游离—COOH一端叫C-端——写在右边。
肽的命名，是从N-端开始，由左至右依次将每个氨基酸单 位写成“某氨酰”，处在C-端的最后一个氨基酸单位的羧基 是完整的，因此写为“某氨酸”
O aH2NCH2-C-NH-CHCOOH … ….. H2NCH2COOH+H2N-CHCO…OH.. a CH ……………………………
3 …………………………………… b有机化学课件 27 甘氨酰丙氨酸CH3 ObH2NCH-C-NH-CH2COOH CH3丙氨酰甘氨酸 第15章氨基酸、肽和蛋白质 …………
O …………
O H2N—CH—…C…—…N…H———CH——…C…—…NH…—CH2—COOH CH2-CH2-COOHCH2SH 谷氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷—半胱—甘） 有机化学课件 28 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、多肽结构的测定 ¾测定多肽分子中氨基酸顺序的一般步骤： ①彻底水解成α-氨基酸。
②测定各种氨基酸在多肽组成中的相对数目。
③测定C-端、N-端是什么氨基酸。
④测定氨基酸的排列顺序。
有机化学课件 29 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、端基分析法 端基分析——通过一定的化学方法确定肽链的N-端或C-端氨基酸的种类。
如：H2N—A—B—C—D—E—COOHXX—NH—A—B—C—D—E—COOH水解 X—NH—A—COOH+NH2—B—C—D—E—COOH 有机化学课件 30 第15章氨基酸、肽和蛋白质
5
(1)N-端分析法 (a)2，4-二硝基氟苯法（也叫桑格法） NO2
O O NO2--F+H2N-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOHHF
R R， NO2
O O HCl NO2--NH-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOH
R R， NO2 NO2--NH-CH-COOH+H2NCHCOOH+其它各种氨基酸
R R 桑格法的缺点是在水解时，整个肽链都被破坏，所以在肽链上只能进行一次N-端分析。
有机化学课件 31 第15章氨基酸、肽和蛋白质 (b)异硫氰酸苯酯法(爱德曼降解法)
O O C6H5-N=C=S+HNH-CH-C-NH-CH-C-NH—肽链—COOH pH=8~
9 异硫氰酸苯酯
R R/
S O
O C6H5NH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH—肽链—COOH R
S R/苯基硫脲衍生物 HCl(无水)有机溶剂 CC6H5—NNH O+H2N-CH-C-NH—肽链—COOH OCCHR咪唑衍生物 R/肽链其余部分 爱德曼降解法优点是：肽链的其它部分不受影响，因此它可以反复地进行测定第
二，第三,个氨基酸。
有机化学课件 32 第15章氨基酸、肽和蛋白质
(2)C-端分析法 (a)羧肽酶法： 羧肽酶是催化C-端氨基酸水解的特效酶。
在其作用下，只有靠近游离羧基的那个肽键发生水解，而其它肽键不变。
O O …C-NH-CH-C-NH-CH-COOH… OR，OR H2O羧肽酶 ……CNH-CH-C~~-O~~H+NH2-CH-COOH 余肽
R， 新的C-端
R C-端氨基酸 有机化学课件 33 第15章氨基酸、肽和蛋白质 (b)部分水解法 部分水解——将多肽用蛋白水解酶进行部分水解为许多小肽，分离后逐个进行端基测定。
有机化学课件 34 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第三节蛋白质
一、蛋白质的元素组成 天然蛋白质均含有碳(50-55％)、氢（6.7-7.3％）、氧（19-24％）、氮（13-19％），硫（0-4％）等元素。
此外，蛋白质中还含有磷、碘、铁、锰、铜、锌等元素。
有机化学课件 35 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、蛋白质的分类
1、按形状分类 纤维蛋白质球蛋白
2、按化学组成分类 单纯蛋白结合蛋白 分子呈细长形，排列成纤维状，一般不溶于水。
该蛋白是动物组织的主要结构材料。
分子折叠，卷曲成球形，一般能溶于水，该蛋白质主要起着维护和调节的生命过程中的有关功能作用，如酶、激素等。
仅由氨基酸单位组成。
如球蛋白、谷蛋白等。
由单纯蛋白质与非蛋白质部分(称辅基)结合而成。
有机化学课件 36 第15章氨基酸、肽和蛋白质
6 根据辅基的不同结合蛋白质又可分为 脂蛋白糖蛋白磷蛋白色蛋白核蛋白血红蛋白金属蛋白 单纯蛋白质与脂结合单纯蛋白质与糖类结合单纯蛋白质与磷酸结合单纯蛋白质与有色化合物结合单纯蛋白质与核酸结合单纯蛋白质与血红素结合单纯蛋白质与金属离子结合 如血红蛋白是由 球蛋白（单纯） 组成血红素（辅基） 唾液中的粘蛋白，所含的辅基为糖核蛋白所含的辅基为核酸 有机化学课件 37 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、按功能分类 激素抗体酶血红蛋白 收缩蛋白核蛋白 起调节作用起免疫作用（防御细菌入侵）起催化作用起输送作用（在血中把氧输送到各部位）主管机体的运动传递遗传信息作用 有机化学课件 38 第15章氨基酸、肽和蛋白质
三、蛋白质的结构 蛋白质的物理、化学性质和生物功能都依赖于它们的结构。
蛋白质的结构相当复杂，通常分为： 一级结构（初级结构）二级结构 三级结构（高级结构）统称空间结构 四级结构 有机化学课件 39 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 40 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、蛋白质的一级结构 ¾是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。
有机化学课件 胰核糖核酸酶的一级结构 41 第15章氨基酸、肽和蛋白质
2、蛋白质的二级结构 二级结构 是由于肽键之间的氢键造成。
在一个肽键的C=O与另一个肽键的-NH之间存在氢键。
…..H-
N δ- δ+ C=OH-
N 氢键 C=
O 主要的二级结构 α-螺旋型 （由肽链之间的氢键所造成） β-折叠型β–转角 （由两条肽链或一条肽链内两段肽链之间形成氢键） 有机化学课件 无规则卷曲 42 第15章氨基酸、肽和蛋白质
7 α-螺旋型 反平行 β-折叠型 有机化学课件 44 第15章氨基酸、肽和蛋白质 β-折叠型平行 β-转角 有机化学课件 47 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、蛋白质的三级结构 三级结构 实际上蛋白质分子很少以简单的α-螺旋或β折叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构。
维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。
主要包括 二硫键氢键正负离子间的静电引力（离子键）疏水基团间的亲和力（疏水键） 有机化学课件 48 第15章氨基酸、肽和蛋白质
8 有机化学课件 肌红蛋白的三级结构 49 第15章氨基酸、肽和蛋白质 α
1,α2,β
1,β2分别代表血红蛋白四条肽链
4、蛋白质四级结构 四级结构 蛋白质分子中作为一个整体所含有的不止一肽链。
由多条肽链（三级结构）聚合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。
其中每条肽链称为一个亚基。
维护四级结构的主要是静电引力。
有机化学课件 50 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 51 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 52 第15章氨基酸、肽和蛋白质
四、蛋白质的性质 蛋白质是由氨基酸组成的，因此它的化学性质与氨基酸相似，如两性电离、等电点和某些颜色反应等。
但由于蛋白质是生物大分子，具有高分子化合物的特点和复杂的空间结构，因此，它本身又具有一些特殊的性质。
有机化学课件 53 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、两性与等电点 PNH2COOH PNH3+OHCOOHH+ 阳离子 PNH3+OHCOO-H+ 两性离子 等电点 NH2P COO- 阴离子 不同蛋白质，其等电点不相同。
在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因此可以通过调节溶液的pH值，使蛋白质从溶液中析出，达到分离或提纯的目的。
有机化学课件 54 第15章氨基酸、肽和蛋白质
9 2、蛋白质的变性 当蛋白质受到物理或化学因素影响时，可使蛋白质
二、三级结构的结合力遭受破坏，肽链松散，导致蛋白质在理化和生物性质上的改变，这种现象称为蛋白质的变性。
如： 原来结构 变性后 一级结构 有机化学课件 55 第15章氨基酸、肽和蛋白质 可逆变性 不可逆变性 蛋白质在变性初期，分子构象未遭到深度破坏（只破坏了三级结构，而二级结构未变）那么还有可能恢复原来的结构和性质。
如果变性过度，就会成为不可逆性，这时二级结构也遭受破坏，无法恢复。
有机化学课件 56 第15章氨基酸、肽和蛋白质 引起蛋白质变性的主要因素 蛋白质变性后表现为： 加热加压 紫外线 激烈摇荡或搅拌 化学试剂（如酸、碱、丙酮、酒精、单宁酸、重金属盐等） ☆溶解度降低、凝固☆丧失生理活性 有机化学课件 57 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、蛋白质的沉淀 蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒直径在1~100nm内，具有胶体性质，所以蛋白质溶液不能通过半透膜。
在水溶液中是以胶体形式存在的。
……… O…H-OHC…-NH OC-N·H- H-OH NH2H-OH -OHH-OH 蛋白质分子含有肽键，NH2、-COOH、-OH等，可与水分子形成氢键而形 成一种水化膜，故蛋白质 在水溶液中不沉淀。
如果破坏蛋白质在水中溶液中的水化膜，蛋白质就会在水溶液中沉淀。
有机化学课件 58 第15章氨基酸、肽和蛋白质 破坏水化膜的因素有：
（1）盐析加入大量的电解质如：NaCl、（NH4)2SO4、Na2SO4 等，蛋白质将会以沉淀析出，这种作用称为盐析。
盐析反应一般是可逆的，即这种沉淀是不变性的。
（2）脱水剂酒精、丙酮等对水的亲和力很大，可以夺取水化膜中的 H2O，故蛋白质的水化膜被破坏，使蛋白质沉淀出来。
（3）重金属盐 蛋白质可以和Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ag+等重金属离子 结合成不溶性蛋白质。
重金属有杀菌 +
PNH3Ag+ COO- +PNH3 COOAg 的作用，即是由于它能沉淀蛋白质。
有机化学课件 59 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4、显色反应
（1）缩二脲反应 蛋白质与硫酸铜碱性溶液反应，呈现紫色，称为缩二脲反应。
蛋白质 CuSO4NaOH 紫色络合物
（2）蛋白黄反应 蛋白黄反应 如果蛋白质中的氨基酸含有芳香环(如苯丙 氨酸、酪氨酸和色氨酸等)遇到浓HNO3后产生白色沉淀，加盐时沉淀为黄色。
蛋白质浓HNO3黄色（芳环上的硝化反应） 有机化学课件 60 第15章氨基酸、肽和蛋白质 10
（3）水合茚三酮反应 蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈蓝色。
该反应主要用于纸上层析。
SichuanUniversity 有机化学课件 61 第15章氨基酸、肽和蛋白质 62 11
1 前言 蛋白质是一类含氮的高分子化合物，是一类生物高分子。
是生命的基础，是构成细胞的主要物质。
蛋白质的基本结构单元是氨基酸，不论哪一类蛋白质水解都生成α-氨基酸的混合物。
蛋白质 H+、OH-或酶 α-氨基酸（20种） 从化学上看，蛋白质是氨基酸的高聚物；氨基酸是构成蛋白质的基石。
因此要讨论蛋白质的结构和性质，首先要了解氨基酸。
有机化学课件
2 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第一节氨基酸 氨基酸——羧酸分子中烃基上的一个或几个 氢原子被氨基取代生成的化合物。
R-CH-COOHNH2 按氨基与羧基的相对位置分：α-氨基酸，β-氨基酸 βα 如：R-CH-CH2-COOHNH2 β-氨基酸 α R-CH-COOH NH2 α-氨基酸 有机化学课件
3 第15章氨基酸、肽和蛋白质
一、氨基酸的结构、命名和分类
1.根据分子中含有氨基和羧基的数目： α-氨基酸可分为 中性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸 R-CH-COOHNH2
2.根据分子中R取代基的不同： α-氨基酸可分为 脂肪族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸 有机化学课件
4 第15章氨基酸、肽和蛋白质 中性氨基酸 在分子中-NH2与-COOH数目相同 如：CH2-COOHNH2 CH3CHCOOHHONH2 -CH2CHCOOHNH2 俗名：甘氨酸 丙氨酸 酪氨酸 缩写 符号： Gly Ala Tyr 碱性氨基酸——在分子中氨基的数目多于羧基的数目 H2N-CH2CH2CH2CH2CH-COOHNH2 俗名：赖氨酸缩写符号：Lys 有机化学课件
5 第15章氨基酸、肽和蛋白质 酸性氨基酸——在分子中氨基的数目少于羧基的数目 HOOC-CH2CH2CH-COOHNH2 俗名：谷氨酸缩写符号：Glu 在α-氨基酸的命名中，习惯上多数以俗名来命名，而组成蛋白质的α-氨基酸仅二十种。
其中有八种是人体内不能合成的，称为必需氨基酸。
有机化学课件
6 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1 八个必需氨基酸 (CH3)2CHCH(NH2)COOH(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH 缬氨酸 亮氨酸 C2H5CHCH(NH2)COOHCH3异亮氨酸 CH3CHCH(NH2)COOHOH苏氨酸 C6H5CH2CH(NH2)COOH苯丙氨酸 H2N(CH2)4CH(NH2)COOH CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH蛋氨酸 CH2CH(NH2)COOH 赖氨酸 有机化学课件
7 NH 色氨酸 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸的构型 天然α-氨基酸，除甘氨酸外，都是手性的，有旋光性，它们的构型取决于α-碳原子。
氨基酸的构型是与乳酸相比而确定的。
习惯于用D/L标记法。
COOH H2N
H CH3L-丙氨酸 COOH HO
H CH3L-乳酸 COOH H2N
H R L-氨基酸 有机化学课件
8 第15章氨基酸、肽和蛋白质 一般天然氨基酸都为L型的。
如果用R/S法标 记，那么天然氨基酸大多属于S-构型。
但也有R-构型的，如L-半胱氨酸为R-构型。
COOH H2N
H CH3L-丙氨酸S-丙氨酸 COOH HO
H CH2SHL-乳酸L-乳酸 有机化学课件
9 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、氨基酸的化学性质
1.两性电离与等电点
(1)两性电离 α-氨基酸含有一个酸性的羧基（-COOH），也含有一个碱性的氨基（-NH2），故它遇到酸或碱都能生成盐。
R-CH-COOH+HClNH2 R-CH-COOH+NaOHNH2 R-CH-COOH+NH3Cl- -+ R-CH-COONa+H2ONH2 有机化学课件 10 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸分子内这两个基团也可以生成盐（称内盐）。
R-CH-COOHNH2 R-CH-COO+NH3 内盐（亦称为偶极离子） 氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸主要是以内盐的形式存在的。
分子中没有游离的-NH2或-COOH。
例如：氨基酸一般在200℃以下不熔化，具有较高的熔点（实际上是分解点）。
氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶剂。
这些都是由偶极离子结构所导致的特性。
有机化学课件 11 第15章氨基酸、肽和蛋白质
(2)等电点 ¾氨基酸在纯水溶液中可形成如下的平衡： R-CH-COOHNH2 - OH+R-CH-COOH+NH3 正离子（III） -H2O R-CH-COOH2O+NH3 两性离子（I） R-CH-COO-+H3O+NH2 负离子（II） 由于氨基酸的-N+H3给质子能力大于-COO-接受质子的能力。
所以在中性氨基酸的平衡体系中，负离子（II）数 目多于正离子（III），使氨基酸带有一定数量的净负电 荷，其溶液略显酸性（pH值略小于7）。
有机化学课件 12 第15章
氨基酸、肽和蛋白质
2 等电点 R-CH-COOHNH2 - OH+R-CH-COOH+NH3 正离子（III） -H2O R-CH-COOH2O+NH3 两性离子（I） R-CH-COO-+H3O+NH2 负离子（II） 如果在平衡体系中外加酸，则可抑制负离子（II）的生成，而 使正离子（III）数量增加，平衡向左移动，可以使（II）和 （III）的数量相等，氨基酸的净电荷等于零。
将此溶液置 于电场中，氨基酸向阳极移动的速度和向阴极移动的速度相 等。
该溶液的pH值则称为氨基酸的等电点。
（简写为：pI） 有机化学课件 13 第15章
氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸等电点包含两层意思： 说明在等电点时，氨基酸本身处于电中性状态（即溶液中正、负离子浓度相等）。
说明氨基酸是电中性时的pH值。
有机化学课件 14 第15章氨基酸、肽和蛋白质 氨基酸等电点的两点说明： ①不同的氨基酸有不同的等电点。
所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。
中性氨基酸的等电点pH=5.5~6.3之间。
酸性氨基酸的等电点pH=2.8~3.2之间。
碱性氨基酸的等电点pH=7.6~10.6之间。
②等电点是每一种氨基酸的特定常数。
在等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。
有机化学课件 15 第15章氨基酸、肽和蛋白质
2.与茚三酮的显色反应 OO OOH OH
O O 茚 茚三酮 水合茚三酮
O OH
2 OH+R-CH-COOH
O NH2 水合茚三酮 OH
O O蓝紫色 —N=CO +CO2+RCHO 凡是有游离氨基的α-氨基酸均可和茚三酮发生此显色反应。
有机化学课件 16 第15章氨基酸、肽和蛋白质 注：N-取代的α-氨基酸、β-氨基酸、γ氨基酸等均不与茚三酮发生显色反应。
脯氨酸和羟基脯氨酸与茚三酮不生成蓝紫色物质，而是生成黄色的产物 有机化学课件 17 第15章氨基酸、肽和蛋白质 反应历程
O ROHOH+H2N-CH-COOH-2H2O
O -CO2重排
O OHOHO OCHNCHR O氨基茚三酮 H2O-RCHO
O O
N O
O 有机化学课件 18 OR NCHCOOH
O OCHNH2
O OH
O N
O O 蓝紫色 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3 3.与亚硝酸反应 RNH2+HNO2 ROH+N2+H2O R-CH-COOH+HNO2NH2 R-CH-COOH+N2+H2OOH 利用该反应可通过测定放出氮气的量计算氨基酸、蛋 白质及肽分子中的自由伯氨基的含量 VanSlyke氨基测定法 有机化学课件 19 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4.与甲醛反应 R-CH-COOH+HCHONH2 R-CH-COOH+H2ON=CH2 甲醛先与氨基作用，使氨基酸的碱性消失，这样可以 用碱来滴定羧基的含量 有机化学课件 20 第15章氨基酸、肽和蛋白质
5.脱羧反应 R-CH-COOHNH2 Ba(OH)2加热 R-CH2-NH2+CO2 脱羧酶 NH2(CH2)4CHCOOHNH2 赖氨酸 NH2(CH2)4CH2-NH2+CO2戊二胺（尸胺） α-氨基酸在脱羧酶或与氢氧化钡共热可发生脱羧反应，生成少一个碳原子的伯胺 有机化学课件 21 第15章氨基酸、肽和蛋白质
6.失羧和失氨作用 α-氨基酸在酶的作用下同时失羧和失氨，生成少一个碳原子的醇 酶 (CH3)2CHCH2CHCOOHNH2 亮氨酸 (CH3)2CHCH2CH2OH+NH3+CO2异戊醇 有机化学课件 22 第15章氨基酸、肽和蛋白质
7.氨基酸的受热反应——成肽反应 两分子α-氨基酸受强热时，氨基和羧基之间会发生交叉脱水，生成环状的交酰胺（二酮吡嗪）
O R
C CH OH + NH2 NH2 HO CH
C R
O NH2 HO CH
C R
O H
RNO _H2O ONRH 交酰胺（二酮吡嗪） 二酮吡嗪在浓盐酸的作用下，可以水解生成酰胺 氨基和羧基相距四个碳以上时，发生分子间脱水成聚酰胺（肽）。
有机化学课件 23 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第二节肽 ¾肽键是多肽和蛋白质分子中的主要化学键。
¾组成肽分子的氨基酸称为氨基酸残基。
OHCN 肽键 有机化学课件 肽键 24 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4 ¾一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应,形成一个酰氨键,新生成的化合物称为肽,肽分子中的酰氨键叫肽键. 由二个氨基酸组成——称二肽由三个氨基酸组成——称三肽由多个氨基酸组成——称多肽 ¾蛋白质或多肽在H+、OH-或酶作用下，又可以水解为氨基酸。
蛋白质水解多肽水解α-氨基酸 有机化学课件 25 第15章氨基酸、肽和蛋白质 多肽与蛋白质无严格的界限，一般把分子量大（约一万以上）的多肽称蛋白质。
分子量小的叫多肽。
从广义来说，多肽也是蛋白质。
实际上，有些蛋白质本身就是多肽。
如：肌肽——（β-丙氨酰组氨酸）是人体及动物肌肉组织中发现的二肽。
催产素——为8肽。
胰岛素——为51肽。
有机化学课件 26 第15章氨基酸、肽和蛋白质 ……………………………………………… …….......……… …………………
一、多肽的命名和表达方式 ¾书写时规 定：含有游离H2N—一端叫N-端——写在左边； 含有游离—COOH一端叫C-端——写在右边。
肽的命名，是从N-端开始，由左至右依次将每个氨基酸单 位写成“某氨酰”，处在C-端的最后一个氨基酸单位的羧基 是完整的，因此写为“某氨酸”
O aH2NCH2-C-NH-CHCOOH … ….. H2NCH2COOH+H2N-CHCO…OH.. a CH ……………………………
3 …………………………………… b有机化学课件 27 甘氨酰丙氨酸CH3 ObH2NCH-C-NH-CH2COOH CH3丙氨酰甘氨酸 第15章氨基酸、肽和蛋白质 …………
O …………
O H2N—CH—…C…—…N…H———CH——…C…—…NH…—CH2—COOH CH2-CH2-COOHCH2SH 谷氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷—半胱—甘） 有机化学课件 28 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、多肽结构的测定 ¾测定多肽分子中氨基酸顺序的一般步骤： ①彻底水解成α-氨基酸。
②测定各种氨基酸在多肽组成中的相对数目。
③测定C-端、N-端是什么氨基酸。
④测定氨基酸的排列顺序。
有机化学课件 29 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、端基分析法 端基分析——通过一定的化学方法确定肽链的N-端或C-端氨基酸的种类。
如：H2N—A—B—C—D—E—COOHXX—NH—A—B—C—D—E—COOH水解 X—NH—A—COOH+NH2—B—C—D—E—COOH 有机化学课件 30 第15章氨基酸、肽和蛋白质
5
(1)N-端分析法 (a)2，4-二硝基氟苯法（也叫桑格法） NO2
O O NO2--F+H2N-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOHHF
R R， NO2
O O HCl NO2--NH-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOH
R R， NO2 NO2--NH-CH-COOH+H2NCHCOOH+其它各种氨基酸
R R 桑格法的缺点是在水解时，整个肽链都被破坏，所以在肽链上只能进行一次N-端分析。
有机化学课件 31 第15章氨基酸、肽和蛋白质 (b)异硫氰酸苯酯法(爱德曼降解法)
O O C6H5-N=C=S+HNH-CH-C-NH-CH-C-NH—肽链—COOH pH=8~
9 异硫氰酸苯酯
R R/
S O
O C6H5NH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH—肽链—COOH R
S R/苯基硫脲衍生物 HCl(无水)有机溶剂 CC6H5—NNH O+H2N-CH-C-NH—肽链—COOH OCCHR咪唑衍生物 R/肽链其余部分 爱德曼降解法优点是：肽链的其它部分不受影响，因此它可以反复地进行测定第
二，第三,个氨基酸。
有机化学课件 32 第15章氨基酸、肽和蛋白质
(2)C-端分析法 (a)羧肽酶法： 羧肽酶是催化C-端氨基酸水解的特效酶。
在其作用下，只有靠近游离羧基的那个肽键发生水解，而其它肽键不变。
O O …C-NH-CH-C-NH-CH-COOH… OR，OR H2O羧肽酶 ……CNH-CH-C~~-O~~H+NH2-CH-COOH 余肽
R， 新的C-端
R C-端氨基酸 有机化学课件 33 第15章氨基酸、肽和蛋白质 (b)部分水解法 部分水解——将多肽用蛋白水解酶进行部分水解为许多小肽，分离后逐个进行端基测定。
有机化学课件 34 第15章氨基酸、肽和蛋白质 第三节蛋白质
一、蛋白质的元素组成 天然蛋白质均含有碳(50-55％)、氢（6.7-7.3％）、氧（19-24％）、氮（13-19％），硫（0-4％）等元素。
此外，蛋白质中还含有磷、碘、铁、锰、铜、锌等元素。
有机化学课件 35 第15章氨基酸、肽和蛋白质
二、蛋白质的分类
1、按形状分类 纤维蛋白质球蛋白
2、按化学组成分类 单纯蛋白结合蛋白 分子呈细长形，排列成纤维状，一般不溶于水。
该蛋白是动物组织的主要结构材料。
分子折叠，卷曲成球形，一般能溶于水，该蛋白质主要起着维护和调节的生命过程中的有关功能作用，如酶、激素等。
仅由氨基酸单位组成。
如球蛋白、谷蛋白等。
由单纯蛋白质与非蛋白质部分(称辅基)结合而成。
有机化学课件 36 第15章氨基酸、肽和蛋白质
6 根据辅基的不同结合蛋白质又可分为 脂蛋白糖蛋白磷蛋白色蛋白核蛋白血红蛋白金属蛋白 单纯蛋白质与脂结合单纯蛋白质与糖类结合单纯蛋白质与磷酸结合单纯蛋白质与有色化合物结合单纯蛋白质与核酸结合单纯蛋白质与血红素结合单纯蛋白质与金属离子结合 如血红蛋白是由 球蛋白（单纯） 组成血红素（辅基） 唾液中的粘蛋白，所含的辅基为糖核蛋白所含的辅基为核酸 有机化学课件 37 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、按功能分类 激素抗体酶血红蛋白 收缩蛋白核蛋白 起调节作用起免疫作用（防御细菌入侵）起催化作用起输送作用（在血中把氧输送到各部位）主管机体的运动传递遗传信息作用 有机化学课件 38 第15章氨基酸、肽和蛋白质
三、蛋白质的结构 蛋白质的物理、化学性质和生物功能都依赖于它们的结构。
蛋白质的结构相当复杂，通常分为： 一级结构（初级结构）二级结构 三级结构（高级结构）统称空间结构 四级结构 有机化学课件 39 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 40 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、蛋白质的一级结构 ¾是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。
有机化学课件 胰核糖核酸酶的一级结构 41 第15章氨基酸、肽和蛋白质
2、蛋白质的二级结构 二级结构 是由于肽键之间的氢键造成。
在一个肽键的C=O与另一个肽键的-NH之间存在氢键。
…..H-
N δ- δ+ C=OH-
N 氢键 C=
O 主要的二级结构 α-螺旋型 （由肽链之间的氢键所造成） β-折叠型β–转角 （由两条肽链或一条肽链内两段肽链之间形成氢键） 有机化学课件 无规则卷曲 42 第15章氨基酸、肽和蛋白质
7 α-螺旋型 反平行 β-折叠型 有机化学课件 44 第15章氨基酸、肽和蛋白质 β-折叠型平行 β-转角 有机化学课件 47 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、蛋白质的三级结构 三级结构 实际上蛋白质分子很少以简单的α-螺旋或β折叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构。
维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。
主要包括 二硫键氢键正负离子间的静电引力（离子键）疏水基团间的亲和力（疏水键） 有机化学课件 48 第15章氨基酸、肽和蛋白质
8 有机化学课件 肌红蛋白的三级结构 49 第15章氨基酸、肽和蛋白质 α
1,α2,β
1,β2分别代表血红蛋白四条肽链
4、蛋白质四级结构 四级结构 蛋白质分子中作为一个整体所含有的不止一肽链。
由多条肽链（三级结构）聚合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。
其中每条肽链称为一个亚基。
维护四级结构的主要是静电引力。
有机化学课件 50 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 51 第15章氨基酸、肽和蛋白质 有机化学课件 52 第15章氨基酸、肽和蛋白质
四、蛋白质的性质 蛋白质是由氨基酸组成的，因此它的化学性质与氨基酸相似，如两性电离、等电点和某些颜色反应等。
但由于蛋白质是生物大分子，具有高分子化合物的特点和复杂的空间结构，因此，它本身又具有一些特殊的性质。
有机化学课件 53 第15章氨基酸、肽和蛋白质
1、两性与等电点 PNH2COOH PNH3+OHCOOHH+ 阳离子 PNH3+OHCOO-H+ 两性离子 等电点 NH2P COO- 阴离子 不同蛋白质，其等电点不相同。
在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因此可以通过调节溶液的pH值，使蛋白质从溶液中析出，达到分离或提纯的目的。
有机化学课件 54 第15章氨基酸、肽和蛋白质
9 2、蛋白质的变性 当蛋白质受到物理或化学因素影响时，可使蛋白质
二、三级结构的结合力遭受破坏，肽链松散，导致蛋白质在理化和生物性质上的改变，这种现象称为蛋白质的变性。
如： 原来结构 变性后 一级结构 有机化学课件 55 第15章氨基酸、肽和蛋白质 可逆变性 不可逆变性 蛋白质在变性初期，分子构象未遭到深度破坏（只破坏了三级结构，而二级结构未变）那么还有可能恢复原来的结构和性质。
如果变性过度，就会成为不可逆性，这时二级结构也遭受破坏，无法恢复。
有机化学课件 56 第15章氨基酸、肽和蛋白质 引起蛋白质变性的主要因素 蛋白质变性后表现为： 加热加压 紫外线 激烈摇荡或搅拌 化学试剂（如酸、碱、丙酮、酒精、单宁酸、重金属盐等） ☆溶解度降低、凝固☆丧失生理活性 有机化学课件 57 第15章氨基酸、肽和蛋白质
3、蛋白质的沉淀 蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒直径在1~100nm内，具有胶体性质，所以蛋白质溶液不能通过半透膜。
在水溶液中是以胶体形式存在的。
……… O…H-OHC…-NH OC-N·H- H-OH NH2H-OH -OHH-OH 蛋白质分子含有肽键，NH2、-COOH、-OH等，可与水分子形成氢键而形 成一种水化膜，故蛋白质 在水溶液中不沉淀。
如果破坏蛋白质在水中溶液中的水化膜，蛋白质就会在水溶液中沉淀。
有机化学课件 58 第15章氨基酸、肽和蛋白质 破坏水化膜的因素有：
（1）盐析加入大量的电解质如：NaCl、（NH4)2SO4、Na2SO4 等，蛋白质将会以沉淀析出，这种作用称为盐析。
盐析反应一般是可逆的，即这种沉淀是不变性的。
（2）脱水剂酒精、丙酮等对水的亲和力很大，可以夺取水化膜中的 H2O，故蛋白质的水化膜被破坏，使蛋白质沉淀出来。
（3）重金属盐 蛋白质可以和Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ag+等重金属离子 结合成不溶性蛋白质。
重金属有杀菌 +
PNH3Ag+ COO- +PNH3 COOAg 的作用，即是由于它能沉淀蛋白质。
有机化学课件 59 第15章氨基酸、肽和蛋白质
4、显色反应
（1）缩二脲反应 蛋白质与硫酸铜碱性溶液反应，呈现紫色，称为缩二脲反应。
蛋白质 CuSO4NaOH 紫色络合物
（2）蛋白黄反应 蛋白黄反应 如果蛋白质中的氨基酸含有芳香环(如苯丙 氨酸、酪氨酸和色氨酸等)遇到浓HNO3后产生白色沉淀，加盐时沉淀为黄色。
蛋白质浓HNO3黄色（芳环上的硝化反应） 有机化学课件 60 第15章氨基酸、肽和蛋白质 10
（3）水合茚三酮反应 蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈蓝色。
该反应主要用于纸上层析。
SichuanUniversity 有机化学课件 61 第15章氨基酸、肽和蛋白质 62 11
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