第三章氨基酸.ppt

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1、2021年11月1日星期一,1,第三章 氨基酸（amino acid，AA）,2021年11月1日星期一,2,1.掌握氨基酸的一般结构和氨基酸的分类； 2.掌握氨基酸的酸碱性质和等电点的计算方法； 3.熟悉氨基酸的常见化学反应的应用价值； 4.熟悉分离和分析氨基酸的常用方法,基本要求,2021年11月1日星期一,3,存在于所有生物细胞 最基本的结构、功能物质 生命活动的物质基础 参与几乎所有的生命活动过程,蛋白质,2021年11月1日星期一,4,蛋白质(protein)： 由氨基酸为单位组成的一类重要的生物大分子，生命的物质基础,一、氨基酸蛋白质的构件分子,2021年11月1日星期一,5,（1

2、）组成蛋白质 （2）化学信号分子 -氨基丁酸，色氨酸衍生物：5-羟色胺、褪黑激素（神经递质） 甲状腺素（Tyr衍生物），吲哚乙酸（Trp衍生物）（激素） （3）含N分子的前体物 碱基、血红素、叶绿素 （4）代谢中间物 精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸：尿素循环的中间物,AA的功能：,2021年11月1日星期一,6,水解不完全，不消旋，色氨酸不破坏 蛋白质的部分水解。,（一）蛋白质的水解,1.酸水解：,2.碱水解：,3.酶水解：,6mol/L HCl，20h 水解完全，不消旋，色氨酸破坏 羟基AA部分水解，酰胺键水解,水解完全，消旋，色氨酸不破坏,蛋白质水解的最终产物 组成蛋白质的基本单位 水解物：氨基酸

3、有20种,2021年11月1日星期一,7,20种氨基酸的发现年代表 天冬酰氨 1806 Vauquelin 天门冬芽 甘氨酸 1820 Braconnot 明胶 亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉 酪氨酸 1849 Bopp 奶酪 丝氨酸 1865 Cramer 蚕丝 谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋 天冬氨酸 1868 Ritthausen 蚕豆 苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽 丙氨酸 1881 Weyl 丝心蛋白 赖氨酸 1889 Drechsel 珊瑚 精氨酸 1895 Hedin 牛角 组氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪 胱氨酸

4、1899 Morner 牛角 缬氨酸 1901 Fischer 奶酪 脯氨酸 1901 Fischer 奶酪 色氨酸 1901 Hopkins 奶酪 异亮氨酸 1904 Erhlich 纤维蛋白 甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪 苏氨酸 1935 McCoy et al 奶酪,2021年11月1日星期一,8,（二）-AA的一般结构,氨基在-位，L-构型,2021年11月1日星期一,9,-氨基酸的分子构型,2021年11月1日星期一,10,2021年11月1日星期一,11,2021年11月1日星期一,12,2021年11月1日星期一,13,2021年11月1日星期一,14,二、AA的分类

5、,(一)常见的蛋白质AA,1.常见的蛋白质AA共二十种,2.按化学结构：脂肪族、芳香族和杂环族 研究AA的合成与分解有重要意义,3.按R-基的极性：非极性R-基AA 不带电荷的极性R-基AA 带正电荷的极性R-基AA 带负电荷的极性R-基AA 研究AA在蛋白质空间结构中的作用，AAA的分离纯化A,2021年11月1日星期一,15,4. 非极性脂肪族R-基AA 非极性芳香族R-基AA 不带电荷的极性R-基AA 带正电荷的极性R-基AA 带负电荷的极性R-基AA,氨基酸的结构特点、分类和符号,2021年11月1日星期一,16,2021年11月1日星期一,17,4.常见AA的分类,（1）R为脂肪烃基

6、的氨基酸（5种）,异亮氨酸 （Ile, I ）,）按的化学结构分类,甘氨酸 （Gly, G）,丙氨酸 （Ala, A）,缬氨酸 （Val, V）,亮氨酸 （Leu, L）,2021年11月1日星期一,18,R：中性烷基，对酸碱性影响很小，相同的等电点（6 .00.03） Gly：唯一不含手性碳原子的AA，无旋光性 GlyIle，R基团疏水性增加,2021年11月1日星期一,19,（2）R中含有羟基和硫的氨基酸（4种）,2021年11月1日星期一,20,Ser的-CH2 OH基（pKa=15）：生理条件不解离 酶活性中心大多存在Ser Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。 Cys含

7、巯基（-SH）： （1）在较高pH值条件，巯基离解 （2）两个Cys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸 Cys与结石 Met：生物合成中重要的甲基供体,2021年11月1日星期一,21,（3）R中含有酰胺基团（2种）,酰胺基氨基易发生氨基转移反应,2021年11月1日星期一,22,（4） R中含有酸性基团（2种）,生理条件下带有负电荷,2021年11月1日星期一,23,（5）R中含碱性基团（3种）,组氨酸 （His, H）,2021年11月1日星期一,24,Lys：侧链氨基pKa：10.53，生理条件带有一个正电荷（NH3+），侧链的氨基反应活性增大。 Arg：碱性最强的AA，胍基碱性最强的有机

8、碱，pKa12.48，生理条件下完全质子化。 His：pKa值最接近生理pH值的AA （游离AA中6.00，多肽链中7.35 ） 生理pH条件下唯一具有缓冲能力的AA His：酶的酸碱催化中起重要作用,2021年11月1日星期一,25,（6）芳香族氨基酸,280nm，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱,2021年11月1日星期一,26,（7）杂环族氨基酸（1种）,脯氨酸 （Pro, P）,组氨酸 （His, H）,Pro：-亚氨基是环的一部分特殊的刚性结构。,2021年11月1日星期一,27,2)按照R基的极性,4类,（1）非极性R基团氨基酸：8个 Ala Val Leu Ile Pro

9、Phe Trp Met （2）极性R基团不带电荷氨基酸：7个 Gly Ser Thr Cys Tyr Asn Gln （3）极性R基团带负电荷氨基酸：2个 Asp Glu （4）极性R基团带正电荷氨基酸：3个 His Lys Arg,2021年11月1日星期一,28,（1）非极性氨基酸 9种,维持蛋白质的三维结构中起着重要作用 （蛋白质的疏水核心）,2021年11月1日星期一,29,2021年11月1日星期一,30,（2）不带电荷的极性氨基酸 6种,侧链能与水形成氢键，易溶于水,2021年11月1日星期一,31,（3）带负电荷的aa(酸性aa),2021年11月1日星期一,32,（4）带正电荷

10、的aa(碱性aa),2021年11月1日星期一,33,胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成很强的分子间(内)交联 Arg：强碱，与NaOH相当。 His：弱碱，天然缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中心。 非极性aa一般形成蛋白质的疏水核心，带电荷的aa和极性aa位于表面。 酶的活性中心：His、Ser、Cys,2021年11月1日星期一,34,3）营养学的角度,（1）非必需AA（12种）：机体自身合成 （2）必需AA（8种）：不能在生物体（动物、人体）内转化 合成，必需由食物供给的氨基酸 Val Ile Leu Phe Met Trp Thr Lys,婴儿: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His)

11、早产儿：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys),2021年11月1日星期一,35,4）修饰氨基酸,蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。 作用：1. 保护蛋白质 2. 使蛋白质出现新的结构和功能,2021年11月1日星期一,36,4-羟脯氨酸（胶原蛋白）,5-羟赖氨酸（结缔组织）,2021年11月1日星期一,37,-羧基谷氨酸（凝血酶）,6-N-甲基赖氨酸,2021年11月1日星期一,38,3，5-二碘酪氨酸(甲状腺),锁链（赖氨）素（弹性蛋白）,2021年11月1日星期一,39,硒代半胱氨酸,翻译过程中，识别终止密码子UGA 的特殊丝氨酸tRNA 与丝氨酸结合后，酶促催化丝氨酸而形成硒代半胱氨酸

12、，再进入核糖体参与某些蛋白质合成,2021年11月1日星期一,40,(二)非蛋白质氨基酸,2021年11月1日星期一,41,三、AA的酸碱化学,（一）AA的兼性离子形式,AA在晶体状态和水溶液中均以兼性离子形式存在 因此,AA有很高的熔点,2021年11月1日星期一,42,晶体熔点高 离子晶格 不溶于非极性溶剂 极性分子 介电常数高 水溶液中的氨基酸是极性分子,证据,2021年11月1日星期一,43,（二）氨基酸的解离,2021年11月1日星期一,44,2021年11月1日星期一,45,2021年11月1日星期一,46,2021年11月1日星期一,47,(三)氨基酸的等电点,当溶液为某一pH值

13、时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。 在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。,低于等电点的pH溶液，AA带正电荷 高于等电点的pH溶液，AA带负电荷,2021年11月1日星期一,48,2021年11月1日星期一,49,等电点的计算,R基无解离基团,pI = (pK1 + pK2 )/2,2021年11月1日星期一,50,2021年11月1日星期一,51,R基有解离基团,I等于等电形式两侧的pK值之和的一半,2021年11月1日星期一,52,2021年11月1日星期一,53,(四)氨基酸的甲醛滴

14、定,2021年11月1日星期一,54,滴定终点由12左右降到9左右，可以用酚酞为指示剂，用标准氢氧化钠滴定。,2021年11月1日星期一,55,四、AA的化学反应,(一)-氨基参加的反应,1.与亚硝酸的反应,测量氮气的体积可计算AA的含量,2021年11月1日星期一,56,2.与酰化试剂的反应,用于氨基的保护、肽链的氨基端测定等,2021年11月1日星期一,57,3.烃基化反应,鉴定多肽链N-端AA的重要方法,2021年11月1日星期一,58,4.形成西佛碱的反应,多种酶促反应的中间过程 （转氨基反应的中间步骤）,2021年11月1日星期一,59,5.脱氨基反应,AA分解反应的重要中间步骤,2

15、021年11月1日星期一,60,(二)-羧基参加的反应,1.成盐和成酯反应,羧基的保护,2021年11月1日星期一,61,2.成酰氯反应,多肽人工合成中羧基的活化,3.脱羧基反应,生成胺类的重要反应,2021年11月1日星期一,62,4.叠氮反应,多肽人工合成中羧基的活化,2021年11月1日星期一,63,2021年11月1日星期一,64,(三)-氨基和-羧基共同参加的反应,1.与茚三酮的反应,AA的定性或定量测定,灵敏 570nm测定OD 显色剂 纸层析 离子交换层析 电泳,Pro：黄色,多肽、蛋白质灵敏度差,2021年11月1日星期一,65,2.成肽反应,AA形成多肽,2021年11月1日

16、星期一,66,(四)侧链R基参加的反应,1.Tyr：碘化、硝化、重氮反应（检测酪氨酸） 2.His：重氮反应。 3.Arg：与环己二酮缩合，曾被用于AA序列分析 4.Trp：被N-溴代琥珀酰亚胺氧化（有色），Trp定量测定 5.Cys：可生成烷基衍生物（巯基保护）； 巯基可与重金属生成盐，使蛋白质失活 巯基在空气中可被氧化，金属离子起催化作用 6.胱氨酸：二硫键可还原为两个巯基 被过甲酸氧化成两个磺酸基,2021年11月1日星期一,67,2021年11月1日星期一,68,五、AA的光学活性和光谱性质,1.AA的光学活性和立体化学,2021年11月1日星期一,69,2021年11月1日星期一,7

17、0,2.氨基酸的光谱性质：,芳香族氨基酸的紫外吸收光谱,蛋白质的定量测定,2021年11月1日星期一,71,2021年11月1日星期一,72,3.氨基酸的核磁共振（NMR）,在外加磁场的作用下，原子核的自旋方向达到一致，可 以和一定频率的外加磁场共振而形成吸收峰，同一种原子核 在分子中的位置不同，因其外围的电子云对核的屏蔽作用引 起的吸收峰位置移动（化学位移）也不同，由吸收峰的位置 可以推断原子处于哪一个基团，在1H NMR谱中，当相邻基团 上有n个质子时，该基团的质子吸收峰将分裂成n+1个峰,2021年11月1日星期一,73,(一)分配层析法的一般原理,分配系数 = 物质在流动相中的总量/物

18、质在固定相中的总量,逆流分溶符合二项式的展开式，但对于纸层析和柱层析来说，有关的计算无实际意义。,六、氨基酸混合物的分析分离,2021年11月1日星期一,74,(二)分配柱层析,可以同检测器、记录仪、馏分收集器、输液泵构成层析系统,2021年11月1日星期一,75,(三)纸层析,Rf主要与R基的极性有关，溶剂的pH可影响R基的极性，AA与滤纸的吸附作用也影响Rf。,2021年11月1日星期一,76,(四) 薄层层析,速度快，硅胶等支持物可以使用较强烈的显色方法。,2021年11月1日星期一,77,（五）离子交换层析,离子交换树脂的结构，功能基团种类较多。,2021年11月1日星期一,78,氨基

19、酸的离子交换分离原理,若pIpH 0，两性离子带净正电荷 若pIpH 0，两性离子带净负电荷 差值越大，所带的净电荷越多。,2021年11月1日星期一,79,2021年11月1日星期一,80,氨基酸的分离过程,2021年11月1日星期一,81,2021年11月1日星期一,82,用氨基酸自动分析仪分析氨基酸混合物的洗脱曲线（阳离子交换剂）。,2021年11月1日星期一,83,2021年11月1日星期一,84,2021年11月1日星期一,85,（六）气液层析,2021年11月1日星期一,86,(七)高效液相层析,2021年11月1日星期一,87,HPLC分析氨基酸混合物的洗脱曲线,2021年11月1日星期一,88,作业题 第155页第2题； 第155页第3题； 第155页第5题； 第155页第6题； 第155页第7题； 第155页第8题； 第155页第9题； 第156页第14题； 第156页第15题。,