蛋白質(zhì)的構(gòu)件氨基酸

1、第2章 蛋白質(zhì)的構(gòu)件氨基酸教學(xué)目的：掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和分析分離的方法教學(xué)重點(diǎn)：氨基酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)教學(xué)難點(diǎn)：氨基酸的分析分離教學(xué)手段：多媒體教學(xué)內(nèi)容：蛋白質(zhì)：主要由20種-氨基酸按一定的序列通過(guò)酰胺鍵（肽鍵）縮合而成多肽鏈，再由一條或以上多肽鏈按照各自的方式組合成具有較穩(wěn)定構(gòu)象和一定生物功能的大分子。一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類(lèi)1、化學(xué)組成碳 50氫 7氧 23氮 16%硫 03其他 微 量蛋白質(zhì)系數(shù)，蛋白質(zhì)特征元素。2、蛋白質(zhì)的分類(lèi)(1) 按照蛋白質(zhì)的形狀和溶解度可分為球狀蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白質(zhì)和膜蛋白。球狀蛋白質(zhì)：globular protein外形接近球形或橢圓形，疏水的氨基酸側(cè)鏈位于分子

2、內(nèi)部，親水的側(cè)鏈在表面，所以球狀蛋白溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)可溶性蛋白屬于這一類(lèi)。纖維狀蛋白質(zhì)：fibrous protein分子類(lèi)似纖維或細(xì)棒。是生物體的主要結(jié)構(gòu)蛋白，又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)（如肌球蛋白和血纖維蛋白原）和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)（如膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白和絲蛋白等）。膜蛋白：與細(xì)胞的各種膜系統(tǒng)結(jié)合存在，有些膜蛋白鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中，為了與脂質(zhì)的疏水部位結(jié)合，膜蛋白的疏水氨基酸側(cè)鏈位于外側(cè)。（2）依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類(lèi)：可以分為單純蛋白和綴合蛋白。單純蛋白質(zhì)或簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)(只有aa），簡(jiǎn)單蛋白又根據(jù)溶解度分為：清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、組蛋白、硬蛋白。綴合

3、蛋白質(zhì)或結(jié)合蛋白質(zhì)（除含aa以外還含其他物質(zhì)），這些非蛋白部分叫輔基或配體。 結(jié)合蛋白又根據(jù)非蛋白組分為：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白。（3）按功能分類(lèi)可分為： 酶蛋白、 激素蛋白、 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、儲(chǔ)存蛋白、收縮蛋白、防御蛋白、受體蛋白、毒蛋白、膜蛋白等。二、蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)完全水解（徹底水解)：產(chǎn)物為各種氨基酸混合物，蛋白質(zhì)不完全水解(部分水解):產(chǎn)物為各種大小不等的肽段和氨基酸。酸、堿、蛋白酶和肽酶水解蛋白質(zhì)比較酸水解 堿水解 酶水解常用試劑 6 mol/L HCI或 5mol/L NaOH 蛋白酶，肽酶 4mol/L H2SO4處理方法 回流煮沸20h 共煮1020h 常溫，常壓

4、近中性 優(yōu)點(diǎn) 可使Pr完全水解 可使Pr完全水解 不產(chǎn)生消旋 不引起消旋 不破壞氨基酸缺點(diǎn) 色氨酸被完全破壞 多數(shù)氨基酸不同程 時(shí)間長(zhǎng)，一種酶 羥基aa小部分被水解 度破壞，產(chǎn)生消旋 往往水解不徹底 Asn,Gln酰胺基水解下來(lái) 產(chǎn)物為D,L氨基酸 混合物。精氨酸脫 氨生成鳥(niǎo)氨酸和尿素三、-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)1、氨基酸：所有蛋白質(zhì)都主要由20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸（或稱(chēng)基本氨基酸或常見(jiàn)氨基酸或天然氨基酸）（ standard amino acids)組成。組成蛋白質(zhì)的不常見(jiàn)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸2、基本氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（除脯氨酸外） ，各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基的不同。3、基本氨基酸在結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)（1）

5、都是-氨基酸（2）不同的氨基酸R不同，其它部分是相同的（3）除甘氨酸外，-碳原子都是手性碳原子，都具有D、L-異構(gòu)體，組成天然蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-型；具旋光性，有的氨基酸是左旋，有的是右旋。（4）兩性離子：氨基酸在結(jié)晶狀態(tài)或在水溶液中，主要離解成兩（兼）性離子的形式（又叫偶極離子），中性分子數(shù)極少。4、蛋白質(zhì)中幾種重要的不常見(jiàn)氨基酸其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴(lài)氨酸、N-甲基賴(lài)氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。5、非蛋白質(zhì)氨基酸在組織細(xì)胞中還存在200多種非蛋白質(zhì)氨基酸，這些氨基酸是天然氨基酸的衍生物，也有一些是-，-或-氨基酸，有的是D-型氨基酸四、 氨基酸的分類(lèi)1、根據(jù)R的化學(xué)結(jié)構(gòu)（

6、1）脂肪族氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr。（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、 Trp（3）雜環(huán)氨基酸：His（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro2、根據(jù)R的極性（1）極性氨基酸： 1）不帶電：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys； 2）帶正電：His、Lys、Arg； 3）帶負(fù)電：Asp、Glu（2）非極性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp3、依據(jù)人體或動(dòng)物體是否能合成，可分為必需氨基酸和非必需氨基酸，人體或動(dòng)物體不能合成只能由食物提供的氨基酸，成年人8

7、種，嬰幼兒能合成組氨酸和精氨酸，但合成量不能滿(mǎn)足需要，仍需從食物中供給。動(dòng)物10種（精、組氨酸）。包括： 蘇纈亮異亮，苯丙屬芳香。 還有色賴(lài)蛋，缺一人遭殃。 動(dòng)物需十種，精氨組莫忘。五、氨基酸的一般性質(zhì)氨基酸為無(wú)色結(jié)晶或粉末，每種氨基酸都有自己的特有結(jié)晶形狀，與相應(yīng)的有機(jī)酸相比，氨基酸的熔點(diǎn)較高，一般都大于200以上，如甘氨酸為233，而乙酸為16.5 ；不同氨基酸味道不同，有的味鮮美，有的甘苦，有的無(wú)味；組成蛋白質(zhì)的氨基酸，除甘氨酸外均含有不對(duì)稱(chēng)碳原子，具有旋光性，在一定的溫度和溶劑系統(tǒng)中，不同的氨基酸都有自己的比旋光值，可通過(guò)測(cè)定比旋光值進(jìn)行定性鑒定；除胱氨酸、半胱氨酸、酪氨酸外，氨基酸一

8、般不溶于水，但在稀堿或稀酸溶液中溶解最好，除了脯氨酸溶于乙醇、乙醚外，決大多數(shù)氨基酸不溶于有機(jī)溶劑，所以可用有機(jī)溶劑沉淀氨基酸，六、氨基酸酸堿性質(zhì)（一）氨基酸的解離1、氨基酸在晶體狀態(tài)和水溶液中主要以兼性離子（也叫偶極離子）的形式存在，兼性狀態(tài)的氨基酸既可作為質(zhì)子供體，也可作為質(zhì)子受體為兩性電解質(zhì)，具有緩沖作用。2、氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)，可看成為多元酸，側(cè)鏈不解離的中性氨基酸可看為二元酸，酸性和堿性氨基酸可看為是三元酸3、以一氨基一羧基的氨基酸為例來(lái)介紹氨基酸的解離情況,這類(lèi)氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)，具有2個(gè)可解離的H，是二元弱酸。利用Handerson-hasselbalch 公式和pK1,pK2計(jì)

9、算出在任意pH條件下一種氨基酸的各種離子的比例，這是計(jì)算弱酸和其共軛堿組成的緩沖溶液pH的最簡(jiǎn)式。但該公式不能用來(lái)計(jì)算強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液的pH。pH=pKa+ lg質(zhì)子受體質(zhì)子供體4、R基不解離的氨基酸pKa1的范圍為2.03.0，pKa2為9.010.0.（二）氨基酸等電點(diǎn)： 1、概念：當(dāng)調(diào)節(jié)氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3+和-COO-的解離度完全相等時(shí)，氨基酸所帶的凈電荷為0，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)氨基酸所處溶液的pH值即為該氨基酸的等電點(diǎn)，以符號(hào)pI表示。在等電點(diǎn)時(shí)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。2、pI測(cè)定和計(jì)算（1）可在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定（2）依據(jù)氨基酸可解離基團(tuán)的pK

10、值計(jì)算側(cè)鏈不含解離基團(tuán)的中性aa，其等電點(diǎn)是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2。對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于等電離子狀態(tài)兩邊的pK值的算術(shù)平均值。（3）計(jì)算在任一pH條件下一種氨基酸的各種離子比例利用Handerson-Hasselbalch公式及解離常數(shù)來(lái)計(jì)算在任一pH條件下一種氨基酸的各種離子比例。pH=pK+質(zhì)子受體/質(zhì)子供體七、 氨基酸的化學(xué)性質(zhì)1、-氨基參加的反應(yīng)（1）氨基酸與亞硝酸反應(yīng)（2）氨基酸與甲醛的反應(yīng)（3）酰化劑反應(yīng) 與丹酰氯反 氨基酸與熒光胺反應(yīng)氨基酸與5,5-雙硫基-雙（2-硝基苯甲酸）反應(yīng)(4)烴基化反應(yīng) 2,4

11、-二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng) 異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)2、-羧基參加的反應(yīng)（1）成酯反應(yīng)（2）成酰胺反應(yīng)（3）成酰氯反應(yīng)3、-氨基和-羧基參加的反應(yīng)：氨基酸與茚三酮的反應(yīng)八、氨基酸的旋光性和光譜性質(zhì)（一） 氨基酸的光學(xué)活性（二）氨基酸的光譜性質(zhì)紫外吸收光譜構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)（200nm）都有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有芳香氨基酸（酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸）有吸收光的能力,因它們的R基具有苯環(huán)共軛雙鍵。· 酪氨酸的最大吸收波長(zhǎng)(lmax)275nm，e275=1.4x103;· 苯丙氨酸的lmax257n

12、m，e257=2.0x102;· 色氨酸的lmax280nm，e280=5.6x103;蛋白質(zhì)因含這些氨基酸而有紫外吸收能力,一般最大吸收波長(zhǎng)在280nm處，因蛋白質(zhì)中含有Tyr（酪），苯丙氨酸和色氨酸,所以有紫外吸收能力，一般最大吸收峰在280nm波長(zhǎng)處，因此可利用分光光度計(jì)根據(jù)280nm的光吸收強(qiáng)度來(lái)計(jì)算樣品中Pr的含量。九、 氨基酸的分析分離（一）分配層析的一般原理分配層析的原理:當(dāng)一種溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解,在一定溫度下達(dá)到平衡后,溶質(zhì)在這兩相中的濃度比值是一常數(shù),叫分配系數(shù)(Kd)Kd=溶質(zhì)在溶劑!（有機(jī)溶劑）/濃度/溶質(zhì)在溶劑II（水）濃度物質(zhì)分配可以在互不溶的兩個(gè)溶劑即液相-液相中進(jìn)行，也可以在固相-液相或氣相-液相間進(jìn)行兩種溶劑往往一種結(jié)合在固定支持物上,不易流動(dòng)形成固定相,另一種可從固定相上流過(guò),構(gòu)成流動(dòng)相不同的氨基酸分配系數(shù)不同，利用