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1、第二节生物技术第1页，本讲稿共30页第二节 蛋白质类药物的结构特点与理化性质第2页，本讲稿共30页1.氨基酸的结构与分类氨基酸的结构与分类 氨基酸是组氨基酸是组成蛋白质的基本成蛋白质的基本单元。单元。除少数氨基除少数氨基酸为二氨基一羧酸为二氨基一羧基结构外，大多基结构外，大多数氨基酸含一个数氨基酸含一个氨基和一个羧基。氨基和一个羧基。构成构成蛋白质的蛋白质的氨基氨基酸均为酸均为L型型-氨基酸：氨基酸：H R-C-COOH NH2第3页，本讲稿共30页根据侧链根据侧链R结构和性质，氨基酸可分为：结构和性质，氨基酸可分为：脂肪族脂肪族 极极 性性 正电性正电性 芳香族芳香族 杂环族杂环族 非极性非
2、极性 负电性负电性 根据侧链结构的不同，氨基酸可分为脂肪根据侧链结构的不同，氨基酸可分为脂肪族、芳香族和杂环氨基酸。族、芳香族和杂环氨基酸。根据侧链的亲水性不同，可分为极性（含根据侧链的亲水性不同，可分为极性（含 -H，-OH，-SH，或或-CONH2）和非极性氨基酸。）和非极性氨基酸。根据电荷不同分为正电性与负电性氨基酸。根据电荷不同分为正电性与负电性氨基酸。第4页，本讲稿共30页2.肽的结构肽的结构一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基脱去一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基脱去1 1分子水而生成肽。分子水而生成肽。H H -H2O H O H H2N-C-COOH+H2N-C-COOH H2N
3、-C-C-N-C-COOH R1 R2 R1 H R2 肽键肽键(共价键、酰胺键）共价键、酰胺键）两个氨基酸组成的肽称为二肽，两个氨基酸组成的肽称为二肽，1010个以上氨个以上氨基酸组成的肽称为多肽。基酸组成的肽称为多肽。第5页，本讲稿共30页3.蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质是由蛋白质是由20多种多种L型型-氨基酸通过肽键相氨基酸通过肽键相连而组成。连而组成。蛋白质的分子量一般在蛋白质的分子量一般在51035106。蛋白质结构中的化学键包括蛋白质结构中的化学键包括:肽键肽键二硫键二硫键(-S-S-键键)氢键氢键疏水键疏水键 离子键离子键 范德华力范德华力 配位键配位键共共价价键键非非共共价价
4、键键第6页，本讲稿共30页一、氨基酸一、氨基酸蛋白质蛋白质多聚氨基酸多聚氨基酸 如图如图什么是氨基酸呢？什么是氨基酸呢？第7页，本讲稿共30页 牛胰脏核糖核酸酶蛋白分子氨基酸组成第8页，本讲稿共30页蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位氨基酸氨基酸含有氨基的羧酸 1.化学结构R-CH(NH2)-COOHR 代 表 氨 基 酸 之 间 相 异 的 部 分，叫 R 基(R group)，又 称 为 侧 链(sidechain)。无色晶体、溶于水 酪氨酸分子 第9页，本讲稿共30页地 球 上 天 然 形 成 的 氨 基 酸 有 300300 种 以 上，但 是 构 成人体 蛋 白 质 的 氨 基 酸 只
5、 有 20 种,且都是-氨基酸（可能还存在更多的）氨基酸（可能还存在更多的）。提问：什么是什么是-氨基酸？氨基酸？答案：-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸-C-C-C(NH2)-C-COOH -氨基酸-C-C(NH2)-C-C-COOH -氨基酸第10页，本讲稿共30页构构 成成 蛋蛋 白白 质质 的的 前二前二 十十 种种 氨氨 基基 酸酸 的的 名名 称称、符符 号号、化化 学学 结结 构构 和和 疏疏 水水 性性 指指 数数。指指 数数 愈愈 正正 表表 示示 疏疏 水水 性性 愈愈 强强。第11页，本讲稿共30页天冬氨酸天冬氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸
6、精氨酸组氨酸组氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸谷氨酸谷氨酸第12页，本讲稿共30页苯丙氨酸苯丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺第13页，本讲稿共30页甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸第14页，本讲稿共30页一一级级结结构构是是指指蛋蛋白白质质多多肽肽链链中中氨氨基基酸酸的的组组成成与与排排列列顺顺序序，是是由由共共价价键键相相连连的的。一一级级结结构构是是区区别别不不同同蛋蛋白白质质最基本、最重要的标志。最基本、最重要的标志。二二级级结结构构为为多多肽肽链链的的有有规规律律或或无无规规律律的的折折叠
7、叠方方式式，包包括括螺旋与螺旋与折叠结构等。折叠结构等。三三级级结结构构是是指指螺螺旋旋或或折折叠叠的的肽肽链链的的空空间间排排列列组组合合方方式式；每条多肽链都具备固有的三级结构，称为蛋白质的亚基。每条多肽链都具备固有的三级结构，称为蛋白质的亚基。四四级级结结构构则则是是指指两两个个以以上上的的亚亚基基通通过过非非共共价价键键连连接接而形成的空间排列组合方式。而形成的空间排列组合方式。蛋白质的四级结构第15页，本讲稿共30页胰岛素一级结构，1953年，英国生物化学家Fred Sanger报道了胰岛素(insulin)的一级结构，这是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质第16页，本讲稿共30页蛋
8、白质二级结构第17页，本讲稿共30页蛋白质高级结构第18页，本讲稿共30页4.蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质A.一般性质一般性质 旋光性旋光性l 紫外吸收紫外吸收l 两性电解质两性电解质l 胶体性质胶体性质第19页，本讲稿共30页旋光性旋光性 蛋白质分子总体旋光性由构成氨基酸各蛋白质分子总体旋光性由构成氨基酸各个旋光度的总合决定个旋光度的总合决定,通常是右旋，它由通常是右旋，它由螺旋结构引起。蛋白质变性，螺旋结构螺旋结构引起。蛋白质变性，螺旋结构松开，则其左旋性增大。松开，则其左旋性增大。第20页，本讲稿共30页紫外吸收紫外吸收大部分蛋白质均含有带苯丙氨酸、酪氨大部分蛋白质均含有带苯丙氨酸、
9、酪氨酸、与色氨酸，苯核在紫外酸、与色氨酸，苯核在紫外280nm有最有最大吸收。氨基酸在紫外大吸收。氨基酸在紫外230nm显示强吸显示强吸收。收。第21页，本讲稿共30页蛋白质两性本质与电学性质蛋白质两性本质与电学性质蛋白质除了肽键蛋白质除了肽键N-末端有自由的氨基和末端有自由的氨基和C-末端有自由的羧基等，这些基团在一末端有自由的羧基等，这些基团在一定的定的pH条件下都能发生解离而带电。因条件下都能发生解离而带电。因此，蛋白质是两性电解质，在不同此，蛋白质是两性电解质，在不同pH条条件下蛋白质会成为阳离子、阴离子或二件下蛋白质会成为阳离子、阴离子或二性离子。性离子。第22页，本讲稿共30页纯晶
10、体状态COO-H4N+水溶后等电荷状态总电荷 0加 酸H+H+H+H总电荷“”第23页，本讲稿共30页COO-H4N+水溶后等电荷状态总电荷 0加 碱OHOHOH总电荷“-”H3NH2O第24页，本讲稿共30页在酸性溶液中 在晶体状态或水溶液中 在碱性溶液中 即等电点（pI）“+”“不带电不带电”“”pIpI等电点时的等电点时的pHpH不同氨基酸等电点（不同氨基酸等电点（pIpI）不同不同提问：提问：为什么？为什么？+_ _第25页，本讲稿共30页 B.B.等等 电电 点点 时时 的的 氨氨 基基 酸酸 溶 解 度 最 小，易 于 沉 淀 提 问：为 什 么？较小的同性排斥 C.C.吸光性吸光
11、性含苯环氨基酸大键吸收紫外光，蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？成 肽 反 应第26页，本讲稿共30页答案：答案：-R 有电性区别。中性氨基酸pH一般为6.0提问：为什么偏酸性？答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？更酸（3.0 左 右）碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.610.7)(只 有 三 种）提 问：大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7）时，带 电？-第27页，本讲稿共30页B.蛋白质的不稳定性蛋白质的不稳定性1、蛋白质中的蛋白质中的共价键破坏共价
12、键破坏引起不稳定性引起不稳定性蛋蛋白白质质的的水水解解：蛋蛋白白质质在在酸酸、碱碱、酶酶的的催催化化下下可可发发生生肽肽键键的的水水解解与与脱脱酰酰氨氨基基作作用用，产产生生多多肽肽片片段段、氨氨基基酸酸或氨基酸残基等；或氨基酸残基等；蛋蛋白白质质的的氧氧化化：在在氧氧化化剂剂存存在在下下，蛋蛋白白质质中中的的某某些些氨氨基基酸酸侧侧链链（如如-SH和和-SCH3）很很容容易易被被氧氧化化，结结果果使蛋白质失活，或引起聚集等；使蛋白质失活，或引起聚集等；消消旋旋化化作作用用：蛋蛋白白质质在在碱碱水水解解中中常常伴伴有有某某些些氨氨基基酸酸的的消旋化作用，使氨基酸成为非代谢形式；消旋化作用，使氨
13、基酸成为非代谢形式；二二硫硫键键断断裂裂及及交交换换：加加热热可可引引起起二二硫硫键键的的断断裂裂或或交交换换，而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物活性。而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物活性。第28页，本讲稿共30页B.蛋白质的不稳定性蛋白质的不稳定性1、蛋白质中的蛋白质中的共价键破坏共价键破坏引起不稳定性引起不稳定性蛋蛋白白质质的的水水解解：蛋蛋白白质质在在酸酸、碱碱、酶酶的的催催化化下下可可发发生生肽肽键键的的水水解解与与脱脱酰酰氨氨基基作作用用，产产生生多多肽肽片片段段、氨氨基基酸酸或或氨氨基基酸残基等；酸残基等；蛋蛋白白质质的的氧氧化化：在在氧氧化化剂剂存存在在下下，蛋蛋白白质质中
14、中的的某某些些氨氨基基酸酸侧侧链链（如如-SH和和-SCH3）很很容容易易被被氧氧化化，结结果果使使蛋蛋白质失活，或引起聚集等；白质失活，或引起聚集等；消消旋旋化化作作用用：蛋蛋白白质质在在碱碱水水解解中中常常伴伴有有某某些些氨氨基基酸酸的的消消旋化作用，使氨基酸成为非代谢形式；旋化作用，使氨基酸成为非代谢形式；二二硫硫键键断断裂裂及及交交换换：加加热热可可引引起起二二硫硫键键的的断断裂裂或或交交换换，而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物活性。而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物活性。第29页，本讲稿共30页 2、蛋蛋白白质质中中非非共共价价键键的的破破坏坏可可导导致致蛋蛋白质变性。白质变性。在在某某些些物物理理、化化学学的的条条件件下下，蛋蛋白白质质分分子子的的高高级级结结构构受受到到破破坏坏（但但一一级级结结构构未未被被破破坏坏），结结果果引引起起蛋蛋白白质质生生物物活活性性的的损损失失和和理理化化性性能能的的改改变变，这这就就是是蛋蛋白白质质的的变变性。性。蛋蛋白白质质变变性性因因素素：温温度度、pH值值、盐盐类类、有有机机溶溶剂剂、表表面面活活性性剂剂、机机械械应应力力、超超声声波、光照等。波、光照等。第30页，本讲稿共30页