河南工業(yè)大學(xué)生物化學(xué)考研 第01章 緒論第02章蛋白質(zhì)構(gòu)件-氨基酸

第二章

蛋白質(zhì)的構(gòu)件----氨基酸

蛋白質(zhì)-英文為“Protein”——第一重要第一節(jié).蛋白質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)1.1蛋白質(zhì)的元素組成主要由C、H、O、N四種元素組成。大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有S，有些結(jié)合蛋白質(zhì)含有p、Fe、Cu、Mg、Zn等樣品中蛋白質(zhì)含量/含氮量稱作蛋白質(zhì)系數(shù)。蛋白質(zhì)的平均含氮量接近16%蛋白質(zhì)含量=蛋白氮x6.25動物蛋白質(zhì)系數(shù)為6.25，植物在5.7左右1.2蛋白質(zhì)的分類一、依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類球狀蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白質(zhì)。球狀蛋白質(zhì)：globularprotein外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。纖維狀蛋白質(zhì)：fibrousprotein分子類似纖維或細(xì)棒。又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)。二、依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類按照蛋白質(zhì)的組成，可以分為簡單蛋白(simpleprotein)和結(jié)(綴)合蛋白(conjugatedprotein)。簡單蛋白又稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。1，清蛋白和球蛋白：albuminandglobulin廣泛存在于動物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2，谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70－80％乙醇中。3，魚精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。4，硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。結(jié)合蛋白由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成，糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成如血清脂蛋白核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。磷蛋白：與磷酸基結(jié)合金屬蛋白：與此同時FeCuZnMn等結(jié)合血紅素蛋白：亞鐵原卟啉黃素蛋白：黃素核苷酸（FMN、FAD）三、按功能分類p721.

酶類2.調(diào)節(jié)蛋白3.轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4.貯存蛋白5.收縮和游動蛋白6.結(jié)構(gòu)蛋白7.支架蛋白(SH2組件)8.保護(hù)和開發(fā)蛋白第二節(jié).氨基酸2.1氨基酸的種類與結(jié)構(gòu)含有氨基的羧酸(一)、化學(xué)結(jié)構(gòu)R-CH(NH2)-COOHR代表氨基酸之間相異的部分，叫R基(Rgroup)，又稱為側(cè)鏈

(sidechain)。無色晶體、溶于水

酪氨酸分子地球上天然形成的氨基酸有300

種以上，但是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸只有20

種,且都是α-氨基酸（可能還存在更多的）。提問：什么是α-氨基酸？答案：----C-C-C-C-COOH

γβα----C-C-C-C(NH2)-COOHα-氨基酸----C-C-C(NH2)-C-COOHβ-氨基酸----C-C(NH2)-C-C-COOHγ-氨基酸旋光性：可使偏振光平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

不對稱碳原子：碳原子所連的4個碳原子不相同構(gòu)型：不對稱碳原子周圍的取代基在空間上的排列20種氨基酸除甘氨酸外都具有旋光性除甘氨酸(Gly)外，-C都是不對稱碳原子，且都為L-構(gòu)型構(gòu)型的改變需要共價鍵的的破壞與重新形成，與氫鍵無關(guān)，氨基酸的L-、D-型都是以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)確定的。2.1.1.氨基酸的旋光性與構(gòu)型甘油醛投影式和透視式L-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式α碳原子,不對稱碳原子側(cè)鏈二十種氨基酸除Gly外全是L-構(gòu)型-碳原子的四面體結(jié)構(gòu)L-絲氨酸D-絲氨酸L－構(gòu)型與D－構(gòu)型脯氨酸(Pro)不含游離的氨基，為亞氨基酸半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)含有S元素2.1.2.常見的蛋白質(zhì)氨基酸alanine 丙氨酸 Ala Aarginine 精氨酸 Arg Rasparagine 天冬酰氨 AsnAsx Nasparticacid 天冬氨酸 AspAsx Dcystine 半胱氨酸 Cys Cglutamine 谷氨酰胺 GlnGlx Qglutamicacid 谷氨酸 GluGlx Eglycine 甘氨酸 Gly GHistidine 組氨酸 His Hisoleucine 異亮氨酸 Ile

Ileucine 亮氨酸 Leu Llysine 賴氨酸 Lys Kmethionine 甲硫氨酸 Met Mphenylalanine 苯丙氨酸 Phe Fproline 脯氨酸 Pro Pserine 絲氨酸 Ser Sthreonine 蘇氨酸 Thr Ttryptophan 色氨酸 Trp

Wtyrosine 酪氨酸 Tyr Yvaline 纈氨酸 Val V氨基酸的名稱與符號二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)2.1.3.不常見的蛋白質(zhì)氨基酸由常見的蛋白質(zhì)氨基酸經(jīng)化學(xué)修飾而成常見的是羥基氨基酸和甲基氨基酸鎖鏈素R-羥基谷氨酸存在于凝血酶原中存在于彈性蛋白中4-羥脯氨酸存在于膠原蛋白中存在于肌球蛋白中不常見的蛋白質(zhì)氨基酸2.1.4.非蛋白質(zhì)氨基酸各種生物分離到的氨基酸已達(dá)250種以上激素、代謝中間產(chǎn)物、毒素、抗菌素等鳥氨酸瓜氨酸2.1.5、蛋白質(zhì)氨基酸的分類按側(cè)鏈(-R)的性質(zhì)，常見的蛋白質(zhì)氨基酸被分為四類：

1.非極性R基氨基酸（共8種）：丙氨酸(Ala)纈氨酸(Val)

亮氨酸(Leu)異亮氨酸(Ile)脯氨酸(Pro)

色氨酸(Trp)甲硫氨酸(Met)苯丙氨酸(Phe)2.無電荷的極性R基氨基酸（共7種）：絲氨酸(Ser),蘇氨酸(Thr),酪氨酸(Tyr),半胱氨酸(Cys),天冬酰胺(Asn),谷氨酰胺(Gln)

甘氨酸(Gly)3.帶正電荷的極性R基氨基酸（共3種）：賴氨酸(Lys),精氨酸(Arg),組氨酸(His)

4.帶負(fù)電荷的極性R基氨基酸（共2種）：天冬氨酸(Asp)谷氨酸(Glu)非極性側(cè)鏈氨基酸甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸蛋氨酸(甲硫氨酸)苯丙氨酸色氨酸脯氨酸極性不帶電側(cè)鏈氨基酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸脯氨酸天冬酰胺谷氨酰胺酪氨酸帶正電荷側(cè)鏈氨基酸賴氨酸精氨酸組氨酸帶負(fù)電荷側(cè)鏈氨基酸天冬氨酸谷氨酸上節(jié)課總結(jié)蛋白質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)（三種分類方法）氨基酸的種類與結(jié)構(gòu)2.1.6.必需氨基酸人和動物維持正常生理功能所必需，而又不能自身合成的氨基酸稱為必需氨基酸（essentialaminoacids）。必需氨基酸包括賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、色氨酸、組氨酸和精氨酸，其中組氨酸和精氨酸，人雖然能合成，但效率低，尤其在嬰幼兒時期，需要由外界供給。2.2氨基酸的性質(zhì)2.2.1.氨基酸的溶解性和光吸收無色晶體，熔點較高（200～300℃）溶于水而不溶于非極性的有機(jī)溶劑，但不同的氨基酸在水中的溶解度差別很大如亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸是疏水性的，其他氨基酸如賴氨酸、組氨酸、精氨酸是親水性的。除Gly外，都具有旋光性在可見光區(qū)沒有光吸收，三種芳香族氨基酸(色氨酸Trp,酪氨酸Tyr,苯丙氨酸Phe)在紫外光區(qū)有光吸收，最大吸收峰在280nm處。苯丙氨酸酪氨酸色氨酸2.2.2.氨基酸的兩性解離氨基酸分子中既含有酸性的-COOH，又含有堿性的-NH2。屬兩性離子(帶相反電荷的極性分子叫做兩性離子或偶極離子)-COOH的

pK=2左右；

-NH2的pKa=9左右（pK解離常數(shù)的負(fù)對數(shù)）Arg:pKa=12.5；Lys:pKa=10.5；His:pKa=6.0；Asp:pKa=3.9；Glu:pKa=4.3；Cys:pKa=8.3；Tyr:pKa=10.1；Ser:pKa=13；Thr:pKa=13H2N純晶體狀態(tài)COO-H3N+水溶后等電荷狀態(tài)總電荷0加酸H總電荷“+”加堿H2NCOO-H3N+OH-H2OH2N--總電荷“-”氨基酸的兩性解離氨基酸的等電點當(dāng)氨基酸所帶正電荷與所帶負(fù)電荷相等時，溶液的PH值為這一種氨基酸的等電點（PI）在酸性溶液中在晶體狀態(tài)或水溶液中在堿性溶液中即等電點（pI）“+”“不帶電”“—”pI——等電點時的pH+_K1和K2分別代表α碳原子上的-COOH和-NH3

的表觀解離常數(shù)。共軛酸共軛堿共軛酸共軛堿Handerson-Hasselbalch公式pH=pKa+lg（[A-]/[HA]）=pKa+lg（[堿]/[酸]）可計算出在任一pH條件下一種氨基酸的各種離子的比例。氨基酸的帶電狀況與溶液的pH值有關(guān)。表：氨基酸的酸堿化學(xué)pH=pKa+lg[質(zhì)子供體］[質(zhì)子受體］

［共軛堿］pH＝pKa

＋log

［共軛酸］

等電點時，即=甘氨酸的滴定曲線

PK1＋PK2PI＝----------------2谷氨酸的滴定曲線

PK1＋PK2PI＝----------------2賴氨酸的滴定曲線PK2＋PK3PI＝——————2組氨酸的滴定（解離）曲線p21

組氨酸氨基酸的PK值和等電點p21等電點的計算p221.側(cè)鏈不含解離基團(tuán)的中性氨基酸

pI=(pK1+pK2)/2

2.側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸酸性氨基酸：pI=(pK1+pKR)/2

堿性氨基酸：pI=(pK2+pKR)/2

半胱氨酸：pI=(pK1+pKR)/2-R有電性區(qū)別。中性氨基酸pI一般為6.0提問：為什么偏酸性？答案：-COOH解離程度略大于-NH2的得電子能力提問：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏堿）？更酸（3.0左右）堿性氨基酸pI更堿（7.6~10.7)(

只有三種）提問：

大多數(shù)氨基酸在中性水溶液（pH=7）時，帶

電？不同氨基酸等電點（pI）不同提問：為什么？2.2.3.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1）氨基參加的反應(yīng)p48-50?；療N基化反應(yīng)酰基化反應(yīng)p48丹磺酰氯(DNS-CL)與氨基酸反應(yīng)生成熒光性質(zhì)強(qiáng)和穩(wěn)定的磺胺衍生物用途：可以用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)NH2末端氨基酸.烴基化反應(yīng)2,4-二硝基氟苯（FDNB，Sanger試劑）在弱堿性溶液中與氨基酸發(fā)生取代反應(yīng)，生成黃色化合物二硝基苯基氨基酸。p48苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿性條件下，與氨基酸反應(yīng)生成苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物，此反應(yīng)又稱之Edman反應(yīng)，氨基酸序列測定常用的反應(yīng)p502）羧基參加的反應(yīng)p23成酯與成鹽反應(yīng)酰氯化與酰胺化反應(yīng)3）氨基和羧基共同參加的反應(yīng)p23茚三酮在弱酸性溶液中與氨基酸共熱，具有游離氨基的氨基酸都生成紫色化合物。脯氨酸是一個亞氨基酸，生成黃色化合物。紫色與茚三酮的反應(yīng)形成肽鍵肽鍵4）側(cè)鏈具有的反應(yīng)p24形成二硫鍵-成酯反應(yīng)第三節(jié).氨基酸的分離與分析p253.1.分配層析

分配層析是利用混合物中各組分在兩種不同溶劑中的分配系數(shù)不同而使物質(zhì)分離的方法。利用被分離樣品混合物中各組分的化學(xué)性質(zhì)的差異，使各組分以不同程度分布在兩個相中，這兩個相一個為固定相，另一個為流動相。當(dāng)流動相流進(jìn)固定相時，由于各組分在兩相中的分配情況不同或電荷分布不同或離子親和力不同等，而以不同的速度前進(jìn)，從而達(dá)到分離的目的。CA：一種物質(zhì)在A相（流動相）中的濃度CB：一種物質(zhì)在B相（固定相）中的濃度分配系數(shù)是指一種溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的溶解達(dá)到平衡時，該溶質(zhì)在兩種溶劑中所具有濃度之比。不同的物質(zhì)因其在各種溶劑中的溶解度不同，因而也就有不同的分配系數(shù)。分配層析中應(yīng)用最廣泛的多孔支持物是濾紙，其次是硅膠、硅藻土、纖維素粉、淀粉和微孔聚乙烯粉等。

一般分為：柱層析、紙層析、薄層層析柱層析分離就是常說的過柱子，也叫柱色譜。將固定相裝于柱內(nèi)，使樣品沿一個方向移動而達(dá)到分離。常用于溶液中蛋白質(zhì)混合物的分級分離柱層析p27填充物：親水性的不溶物質(zhì)，如纖維素、淀粉、硅膠等。洗脫劑：與水不互溶的溶劑，如苯酚、正丁醇等。層析柱紙層析

紙層析是以濾紙為隋性支持物。濾紙纖維和水有較強(qiáng)的親和力，在一般條件下較難脫去，而濾紙纖維與有機(jī)溶劑的親和力甚弱，所以一般的紙層析實際上是以濾紙纖維的結(jié)合水為固定相，以有機(jī)溶劑為流動相原理1.是分配層析的一種。在紙上水被吸附在纖維素的纖維之間形成固定相。當(dāng)有機(jī)相沿紙流動經(jīng)過層析點時，層析點上溶質(zhì)就在水相和有機(jī)相之間進(jìn)行分配，溶質(zhì)中各組分的分配系數(shù)不同，移動速率也不同，因而可以彼此分開。2.氨基酸與茚三酮的顯色反應(yīng)。3.物質(zhì)被分離后在紙層析圖譜上的位置是用Rf值來表示的。在一定的條件下某種物質(zhì)的Rf值是常數(shù)。

Rf＝

原點到溶劑前沿的距離原點到層析點中心的距離4.Rf值的大小與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、溶劑系統(tǒng)、PH層析濾紙的質(zhì)量和層析溫度等因素有關(guān)。5.上層層析、下層層析、單向?qū)游觥㈦p向?qū)游?。溶劑前沿層析點原點溶劑前沿亮苯丙纈脯賴1．將盛有擴(kuò)展劑10ml的小燒杯和培養(yǎng)皿置于密閉的層析缸中。2．戴手套取層析濾紙一張作標(biāo)記。3。點樣：干后重復(fù)點一次，直徑最大不超過3mm?？p成筒狀，兩邊不能接觸。點樣面朝外，點樣端朝下，蓋上層析缸蓋，平衡約20~