第2章氨基酸.ppt

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1、第2章 蛋白质,2.1蛋白质的分类,蛋白质占生物体干重最多的有机质，一般为45%50%。 蛋白质是由C50%、H7%、O23%、N16%及少量的S03%,有些蛋白质还含有Fe、Cu、P等。 蛋白质的平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏定氮（kjeldah method ）法测定蛋白质含量的计算基础。 蛋白质的含量（总氮量无机氮含量）6.25,蛋白质是生物体内种类最多，结构最复杂，功能多样化的大分子。 1、根据分子形状分类 球状蛋白 肌纤维状蛋白 膜蛋白 2、根据分子组成分类,蛋白质的分类：,简单蛋白（清蛋白、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白等） 结合蛋白（核蛋白、糖蛋白、脂

2、蛋白、色蛋白、磷蛋白） 3、根据功能分 酶 调节蛋白（如激素） 贮存蛋白 转动蛋白 运动蛋白,2.2 蛋白质的组成单位氨基酸,蛋白质的水解成氨基酸 酸水解：5N或10NHCl，煮沸回流16-24hr。水解彻底，得L氨基酸。但色氨酸几乎全部被破坏 碱水解：6NNaOH,煮沸6hr。色氨酸不被破坏，但产生的氨基酸发生旋光异构作用， 得D型和L型两类氨基酸（ D型不被人体利 用），营养价值减半 蛋白酶水解：条件温和，氨基酸完全不被破坏， 不发生旋光异构现象，但水解不彻底，中间产物 较多,氨基酸是蛋白质的基本结构单元,一、氨基酸（amino acids）简写AA 蛋白质的构件分子,Protein Ar

3、chitecture,2.2.1 氨基酸的结构通式,（二） 氨基酸的结构通式,地球上天然形成的AA300种以上。 构成蛋白质的AA只有20余种，且都是-氨基酸。,氨基酸的结构通式,-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,什么是-氨基酸？,脯氨酸是-亚氨基酸,2.2.2 氨基酸的分类,（一）常见的蛋白质氨基酸,构成蛋白质的20种氨基酸出现频率高，直接作为合成蛋白质的构件分子，有自己的密码子，这类氨基酸称为标准氨基酸，为方便分析，一般按照氨基酸侧链的极性和电荷情况将2

4、0种氨基酸分为5类；,按基性质分类：,、非极性脂肪族基aa,甲硫氨酸,甘氨酸,缬氨酸,异亮氨酸,亮氨酸,丙氨酸,2、非极性芳香族族基aa,苯丙氨酸,色氨酸,脯氨酸,3、不带电荷的极性基aa,丝氨酸,苏氨酸,天冬酰胺,谷氨酰氨,半胱氨酸,酪氨酸,4、带正电荷的基aa,组氨酸,精氨酸,赖氨酸,5、带负电荷的基aa,天冬氨酸,谷氨酸,按基的化学结构分类：,、脂肪径侧链aa,（）中性aa,（2）含羟基或硫aa,丝氨酸,半胱氨酸,苏氨酸,甲硫氨酸,（）酸性aa及其酰胺,天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰氨 谷酰氨,（）碱性aa,赖氨酸 精氨酸,、芳香族aa,苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,、杂环aa,组氨酸 脯氨酸,（

5、二）不常见的蛋白质氨基酸,由常见aa经修饰而来。,脯氨酸,4-羟脯氨酸,赖氨酸,5羟赖氨酸,以上二种氨基酸存在于结缔组织的胶原蛋白中，能为纤维蛋白起保护和支撑作用,N甲基赖氨酸是肌球蛋白的成分,羧基谷氨酸，最先在凝血酶原中发现,（三）非蛋白质氨基酸,多是蛋白质中L型-AA衍生物 有一些是-，-，-AA 有些是D-型AA,除了参与蛋白质组成的氨基酸以外，还在各种组织和细胞中找到200多种其他氨基酸。,这些氨基酸中有一些是重要的中间代谢中间物，,鸟氨酸 瓜氨酸,它们尿素循环的中间物,2.2.3 氨基酸的理化性质,2.2.3.1 两性解离和等电点,氨基酸分子是一种两性电解质。 氨基酸在结晶形态或在水

6、溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,（一）氨基酸的解离,氨基酸在水中的兼性离子既起酸（质子供体）的作用，也起到碱（质子受体的作用）； 氨基酸完全质子化时，可以看作多元酸； 侧链不解离的中性氨基酸可看作二元酸； 酸性氨基酸和碱性氨基酸可视为三元酸。,（二）氨基酸的等电点,当溶液为某一pH值时，AA主要以兼性离子的形式存在，分子中所含的正负电荷数目相等，净电荷为0。这一pH值即为AA的等电点（pI）。 在pI时，AA在电场中既不向正

7、极也不向负极移动，即处于两性离子状态。,根据氨基酸PI值和溶液PH值，很容易判断氨基酸分子的带电情况： 当PH=PI时，在电场中不移动 当PHPI时，氨基酸分子带负电荷，在电场中向正极移动。 当PHPI，氨基酸分子带正电荷，在电场中向负极移动。 PI的利用,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐酸盐（A+）,等电点甘氨酸（A）,甘氨酸钠（A-）,对于侧链含有可解离基团的AA pI取决于两性离子两边pK值的算术平均值 酸性AA：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性AA：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,2.2.3.2 氨基酸的化学,（一）-氨基参加的反应,1.与亚硝酸反应,2.

8、与酰化试剂反应,3.烃基化反应,4.形成Schiffs碱反应,5.脱氨基反应,NH2 OH R CH COOH + HNO2 R CH COOH+H2O+N2 范斯莱克法测氨基氮（体积）的基础。 N2中的1/2为氨基氮。,氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。,pH8.3,无水HF,3、烃基化反应：异硫氰酸苯酯PITC,苯氨基硫甲酰衍生物,苯乙内硫脲衍生物,Edman降解法基础,弱碱性,DNP-氨基酸 （黄色）,DNFB,Sanger 法测定N末端氨基酸基础,与2，4二硝基氟苯反应,4、形成Schiffs（希夫）碱 R COOH R COO C=O + H2N CH C=N CH H R H R,

9、醛 氨基酸 Schiffs（希夫）碱,-H20,+H20,5.脱氨基反应 在生物体内经AA氧化酶催化 即脱去-氨基而转变为酮酸。,（二） -羧基参加的反应,1.成盐或成酯反应,3.脱羧基反应,2.成酰氯反应,（2）成酯 NH2 干燥，HCl R CH COOH + C2H5OH 回流 R CH COOC2H5 + H2O,NH3Cl,保护羧基,（1）与NaOH等形成盐,保护氨基 活化羧基,3.脱羧基反应 NH2 脱羧酶 RCH-COOH R-CH2-NH2 +CO2,（三）-羧基和-氨基都参加的反应,1、 与茚三酮反应,2、 成肽反应,弱酸 加热,脯氨酸为黄色,（四） 侧链R基参加的反应,1、

10、Tyr,2、碱性AA,2、碱性AA,3、带硫AA,Tyr酚基在3和5位上易发生亲电取代反应， 如碘化和硝化,黄色反应,Arg侧链胍基与环己二酮生成缩合物,与二硫硝基苯甲酸发生硫醇-二硫化物交换,pH8.0时412nm最大光吸收 分光光度法测定-SH,Cys的巯基不稳定，易被氧化成二硫键 巯基在有痕量的金属离子如： Cu2+，Fe2+，Co2+或Mn2+时，易被氧化,五、AA的光学活性和光谱性质,（一）AA的光学活性和立体化学,-氨基酸的立体结构,立体异构体：指分子式相同，但分子中的原子在空间排列(或称为构型)不同的化合物。（包括几何异构体和旋光异构体） 如果要改变构型，需要破坏一个或更多的 化

11、学键。 20种氨基酸中，除甘氨酸外，19种标准氨基酸存在着旋光异构体或光学异构体。,D-甘油醛 L-甘油醛 平面偏振光的偏振面发生旋转,氨基酸的光学活性和光谱性质：,（二）氨基酸的光谱性质,可见光区：无吸收 远紫外和红外区：都吸收 近紫外区（200400nm）：Tyr/Trp/Phe 原因：-C=C-C=C-C=C-C=C-,1、紫外吸收光谱,Trp 280nm Tyr 275nm Phe 257nm,蛋白质含量测定,280nm,溶液的吸光度定义为：A=lg(I0 /I) c 其中A：吸光度； I0：入射光强度；I：透射光强度。 ：摩尔吸收系数（消光系数) （L/(cmmol)）； c：溶液浓

12、度 (mol/L)； L：测试杯的光程(cm),六、氨基酸混合物的分析分离,利用AA成分分配系数的差异,（一）分配层析法的一般原理,层析系统,固定相,流动相,附着在固相上的液体,固体,按两相所处状态分：,按操作形式分：,按层析原理分：,固定相 各组分对固定相,（二）分配柱层析,填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、 淀粉、硅胶等，收集的组分用茚三酮 显色定量。,（三）纸层析,（四）薄层层析,（五）离子交换层析,本章重点： 氨基酸的基本知识,知识点： 1、常见的20种氨基酸的分类及等电点 2、氨基酸的旋光性，酸碱性，化学反应 3、氨基酸的分析、分离方法,2. 3 肽,2.3.1 肽及肽键,AA-NH2与另一AA-COOH间失水形成的酰胺键 称肽键，所形成的化合物称肽。,由两个AA组成的肽称为二肽。 由多个AA组成的肽则称为多肽。 组成多肽的AA单元称为氨基酸残基。,多肽链中AA残基按一定顺序排列：氨基酸顺序 含游离-氨基的一端：氨基端或N-端 含游离-羧基的一端：羧基端或C-端 AA顺序是从N-端开始以C-端氨基酸残基为终点 如上述五肽：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,肽键的结构,肽键中C-N键有部分 双键性质 不能自由旋转 组成肽键原子处于 同一平面（肽平面） 键长及键角一定 大多数情况以反式 结构存在,共价主链,2.3.2、 生物活性肽的功能,