Peptide(多肽)是指通过酰胺键或肽键相连的氨基酸(AAs)链。共价肽链是氨基酸通过缩合反应形成的,一个氨基酸的α-羧基基团与另一个氨基酸的α-氨基基团缩合产生水形成肽键。肽键中的一个氨基酸单位称为“残基”。最短的肽可以只有两个残基,以一个肽键相连(称为“二肽”),也可以是由几个残基形成连续的不含支链的肽链(AAs少于20个称为“寡肽”,AAs大于20个则称为“长肽”)。蛋白质包含多个肽链,“多肽”和“蛋白质”有时可以相互替换使用。两者可以根据一些不同的惯例进行区分,单一般分子量(MWs)小于10000道尔顿或少于50个aa的分子称为多肽,超过该数值则称为蛋白质(Lehninger et al)
在肽链中,末端为游离α-氨基的氨基酸算称为“氨基末端”(N端),而末端为游离羧基的氨基酸称为“羧基末端”(C端)。
由于中心碳原子周围可形成两种不同的对映异构体,因此除了甘氨酸的所有氨基酸均存在D(右旋;右手)和L(左旋;左手)两种异构构型。由真核细胞合成的大部分氨基酸均为L-异构体,而D-异构体主要存在于细菌细胞壁蛋白质中或者通过化学合成。不过,借助灵敏分析方法领域取得的最新进展,研究人员发现游离的D-氨基酸也存在于神经系统和动物毒液中。
1、多肽的两性离解和等电点:多肽在水溶液中是以兼性离子存在的,在PH值0~14范围内,肽键中的亚氨基不能解离,因此其酸碱性主要取决于肽链N端和C端的自由氨基、自由羧基以及R基上课解离的官能团。肽链中游离α-氨基和游离α-羧基的间隔比氨基酸中的大,因此它们之间的静电引力较弱,多肽中的C端羧基的PK值比游离氨基酸中的大,而N端氨基的PK值比氨基酸中的小一些,R基的解离与氨基酸相似。
作为带电物质,多肽可以在电场中移动,移动方向和速度取决于起所带电荷的种类和电荷量。多肽在溶液中所带的电荷既取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量,也受溶液的PH值影响。当多肽溶液处于某一PH值时,多肽游离成正、负离子的趋势相等,即称为兼性离子(净电荷为0),此时溶液的PH值称为多肽的等电点(pI)。由于各种多肽分子所含的碱性氨基酸和酸性氨基酸的数目不同,因而其各自的等电点也不相同;碱性氨基酸含量较多的多肽,其等电点偏碱性;反之,酸性氨基酸含量较多的多肽,其等电点偏酸性。
2、旋光性:除Gly外的氨基酸均具有旋光性。一般短肽的旋光度约等于组成该多肽的各个氨基酸的旋光度之和,长链多肽的旋光度一般大于组成该多肽的各个氨基酸的旋光度之和。
3、颜色反应:氨基酸中的α-氨基、α-羧基及侧链取代基可与多种化合物作用,产生颜色反应,用于多肽的定性或定量分析。
3.1茚三酮反应:多肽与过量的水合茚三酮混合在水溶液中加热,其末端α-氨基酸残基(Tyr除外)会氧化脱氨,形成游离的氨,并将茚三酮还原成还原型茚三酮,氨与还原型茚三酮发生作用,生成紫色化合物,该过程中Tyr的氨基氧化形成亚氨基结构,反应产物是黄色;在适当条件下,颜色的深浅与氨基酸的浓度成正比。通过与标准溶液相比较,可进行氨基酸浓度的测定。它可以定性和定量测定微克数量级的氨基酸,是一种简单、精确和灵敏的氨基酸测定方法。常用的氨基酸自动分析仪的显色剂也是茚三酮。
3.2黄色反应:硝酸可与氨基酸的苯基(如Phe、Trp和Tyr)反应生成硝基苯衍生物而显黄色。
3.3双缩脲反应:两分子的尿素经加热失去一分子NH3而得到双缩脲,能够与碱性硫酸铜作用产生蓝色的铜-双缩脲络合物,称为双缩脲反应。肽键具有与双缩脲相似的结构特点,也可以发生双缩脲反应,生成紫红色或紫色络合物。双缩脲反应是多肽特有的颜色反应,游离的氨基酸不存在此反应。多肽水解加强时,氨基酸浓度升高,双缩脲呈色深度下降,借助分光光度计可测定多肽含量,检测多肽水解程度。
4、水溶性:除了少数疏水多肽以外,多数多肽分子具有许多极性侧链基团,如-OH、-NH2、-COOH等。它们可与水分子形成氢键缔和或与正、负离子形成极性区,所以很多多肽具有水溶性。但是多肽合成过程中作为中间体的有关多肽片段的侧链基团及端基(氨基或羧基)处于被保护状态,一般不溶于水,而溶于有机溶剂;只有合成结束,各种保护基团被脱除,相应的极性基团游离以后,得到的游离多肽才具有水溶性,但这往往导致分离纯化的困难。研究表明,构成多肽的20种天然氨基酸的水溶性相对系数按照以下顺序递增:Trp<Phe<Tyr<(Ile、Leu)<(Val、Cys、Met)<(Ala、His、Thr)<Gly<Pro<(Asn、Gln)<Ser<(Lys、Asp、Glu、Arg)。因此分子中含Lys、Glu、Asp、Arg和Ser等残基越多的多肽,水溶性越强。
5、酸碱性:根据氨基酸残基的侧链结构,可将氨基酸残基分为三类:不含极性侧链的中性氨基酸、含侧链羧基的酸性氨基酸及含氨基、胍基或咪唑环的碱性氨基酸。其酸碱性与各自的等电点有关。
当肽链中含有的Asp及Glu残基数多于Lys、Arg及His的残基数时,该多肽为酸性多肽,反之为碱性多肽。分子量大的多肽,酸碱性的存在不但直接影响其水溶性及分离纯化条件(如等电点沉淀法和电泳法等),而且存在由离子键介导的三级结构,因而对其生物活性也产生影响。
6、酶解性:多肽的基本单元——氨基酸残基及其共价键结合方式均与蛋白质相同,因此多肽是许多蛋白水解酶的必然底物。从药物研发角度看,多肽的易酶解性是其致命的弱电。首先,多肽药物不能口服,否则就会被消化道的各种蛋白水解酶消化、破坏,失去活性;其次,即使是经注射进入体内,多肽化合物在到达作用靶点之前也会被血液及组织中的蛋白酶降解,使其生物力度用大大降低。因此多肽用于临床治疗受到一定限制。
各种蛋白水解酶对多肽的水解往往具有一定的特异性,仅选择性作用于某些氨基酸位点,因此利用多肽得到酶解性可得到小分子多肽片段;也可利用酶解的专一性,对多肽主链进行改造,使其避免某些酶的酶解;还可将多肽用于前体药物,在特定酶的作用下使多肽酶解,释放出活性成分,在一定程度上提高药物靶向性。