蛋白質(zhì)的構(gòu)件氨基酸

關(guān)于蛋白質(zhì)的構(gòu)件氨基酸第2頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)存在于所有的生物細胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動過程。引言第4頁,共72頁，2024年2月25日，星期天本節(jié)學習重點與目標掌握α-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)掌握20種氨基酸的分類掌握氨基酸兩性特點掌握氨基酸所參與的化學反應(yīng)（顯色反應(yīng)）掌握氨基酸分離的方法和原理難點難點第5頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、蛋白質(zhì)的化學組成和分類1.元素組成

蛋白質(zhì)是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、鋅和銅等。碳和氮元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為：碳：50%;氮：16%。2.蛋白質(zhì)的估算平均含氮量約為16%，所以，可以根據(jù)樣品中的含氮量來計算蛋白質(zhì)的大概含量：蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.253.氨基酸組成

蛋白質(zhì)是由20種L-型α氨基酸組成的長鏈分子第6頁,共72頁，2024年2月25日，星期天4.蛋白質(zhì)的分類1）按組成：簡單蛋白質(zhì)（表2－1）：綴合蛋白質(zhì)（表2－1）：（注意輔基的組成）2）按生物學功能分：酶、運輸?shù)鞍?、營養(yǎng)和貯存蛋白、激素、受體蛋白、運動蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白、防御蛋白等。3）按形狀和溶解度：纖維狀蛋白質(zhì)：不溶于水,結(jié)構(gòu)作用。如膠原蛋白，角蛋白等。球狀蛋白質(zhì)：易溶于水，細胞中大多屬可溶性蛋白。如酶、轉(zhuǎn)運蛋白、抗體等。第7頁,共72頁，2024年2月25日，星期天酸水解：H2SO4或HCI能使蛋白質(zhì)完全水解；不引起消旋作用，但色氨酸完全被破壞，天冬酰胺、谷胺酰胺脫酰胺基；堿水解：NaOH能使蛋白質(zhì)完全水解；色氨酸穩(wěn)定，但大多數(shù)氨基酸遭破壞并引起消旋現(xiàn)象；酶水解：部分水解；不產(chǎn)生消旋，不破壞氨基酸；主要用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)分析，如：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶等。二、蛋白質(zhì)的水解

第8頁,共72頁，2024年2月25日，星期天①胰蛋白酶Lys——XArg——X②胰凝乳蛋白酶

Tyr——XTrp——XPhe——X③胃蛋白酶

Phe(Trp、Try、Leu)——Phe(Trp、Try、Leu)④Glu蛋白酶Glu——X（V8蛋白酶）④Arg蛋白酶Arg——X第9頁,共72頁，2024年2月25日，星期天有一個七肽經(jīng)分析其氨基酸組成為Lys,Pro,Arg,Phe,Ala,Tyr和Ser。此肽DNFB不反應(yīng)。用胰凝乳蛋白酶降解得到兩個肽段，其氨基酸組成分別為Ala,Tyr,Ser和Pro,Phe,Lys,Arg，這兩個肽段與DNFB反應(yīng)，分別生成DNP-Ser和DNP-Lys。此肽與胰蛋白酶作用，同樣生成兩個肽段，它們的氨基酸組成分別為Arg,Pro和Phe,Tyr,Lys,Ser,Ala。試推測此多肽的結(jié)構(gòu)和氨基酸的順序并說明推測理由。

習題第10頁,共72頁，2024年2月25日，星期天三、氨基酸的一般結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)通式：與羧基相連的Cα上都有一個氨基，氫原子和可變的R基。如圖aa結(jié)構(gòu)通式：除Gly外

,Cα是不對稱C：1.具有兩種立體異構(gòu)體[D-型和L-型]2.具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]第11頁,共72頁，2024年2月25日，星期天非極性中性疏水氨基酸極性中性氨親水基酸酸性氨基酸堿性氨基酸四、氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:第12頁,共72頁，2024年2月25日，星期天1.

中性非極性氨基酸（7種）：

側(cè)鏈為脂肪族或芳香族，無極性基團或僅極弱極性的基團，高度疏水。第13頁,共72頁，2024年2月25日，星期天2.

中性極性氨基酸（8種）：側(cè)鏈有極性，但不解離（即不帶電荷），或僅極弱的解離，有親水性。 第14頁,共72頁，2024年2月25日，星期天3.酸性氨基酸（2種）：天冬氨酸、谷氨酸側(cè)鏈有能解離的極性基團（-C00H），在中性溶液時顯酸性，親水性強。第15頁,共72頁，2024年2月25日，星期天4.堿性氨基酸（3種）：賴氨酸、精氨酸、組氨酸側(cè)鏈有極性基團，且解離，在中性溶液中顯堿性，親水性強。賴氨酸：側(cè)鏈有-NH2基。精氨酸：側(cè)鏈有胍基。組氨酸：側(cè)鏈有咪唑基。

第16頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

另外，根據(jù)氨基酸的結(jié)構(gòu),氨基酸可分為脂肪族氨基酸,芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸:

脂肪族氨基酸:

一氨基一羧基氨基酸:GlyAlaVal*Leu*Ile*

一氨基二羧基氨基酸:AspGluAsnGln

二氨基一羧基氨基酸:Lys*Arg

含硫氨基酸:CysMet*

含羥基氨基酸:SerThr*芳香氨基酸:TyrPhe*雜環(huán)氨基酸:HisProTrp*

第17頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（二）不常見的蛋白質(zhì)氨基酸也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸，這兩種氨基酸主要存在于結(jié)締組織的纖維狀蛋白中。第18頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（三）非蛋白質(zhì)氨基酸不組成蛋白質(zhì)，但有生理功能。（2）D-型氨基酸D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）（3）β-、γ-、δ-氨基酸β-Ala（泛素的前體）、γ-氨基丁酸（神經(jīng)遞質(zhì)）。第20頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（一）氨基酸的解離氨基酸在晶體和水溶液中主要以兩性離子形式存在，極少數(shù)為中性分子。氨基酸在兩性離子時，氨基是以質(zhì)子化(－NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(－COO-)存在。兩性離子既有酸的作用，又有堿的作用。五、氨基酸的酸堿性質(zhì)第21頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（二）氨基酸的等電點氨基酸分子的整體帶電性質(zhì)與溶液的pH有關(guān)，改變?nèi)芤簆H可以使氨基酸帶上正電荷，負電荷或者正好處于凈電荷為零的兼性離子狀態(tài)。

等電點：當溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)，少數(shù)離解成數(shù)目相等的陰、陽離子。pH=pI時，氨基酸凈電荷為零；pH>pI時，兩性離子釋放質(zhì)子，氨基酸帶負電荷，在電場中向正極移動；pH<pI時，兩性離子質(zhì)子化，氨基酸帶正電荷，在電場中向負極移動。

第22頁,共72頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分步解離陽離子兩性離子陰離子

正電荷負電荷PH>PIPH<PIPH>PI等電點（PI)正電荷負電荷第23頁,共72頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的等電點可依其分子中氨基、羧基和R基的解離常數(shù)（pKa）值求出。第24頁,共72頁，2024年2月25日，星期天氨基酸等電點的計算公式可分為下列情況：1.非極性R基氨基酸和不帶電荷的極性R基氨基酸（半胱氨酸除外）：pI=(pKa1+pKa2)/2

2.帶負電荷的極性R基的氨基酸（酸性氨基酸）：pI=(pKa1+pKR-COO-

)/2半胱氨酸（Cys)不屬酸性氨基酸，但其—SH具有弱酸性，在PH7.0時，Cys的—SH部分解離，故其PI按酸性氨基酸計算。

3.帶正電荷的極性R基的氨基酸（堿性氨基酸）：pI=(pKa2+pKR-NH2)/2第25頁,共72頁，2024年2月25日，星期天例如：Glu的pKa1＝2.19，pKa2＝9.67，pKR＝4.25，計算其等電點?解：根據(jù)等電點的定義，近似求出pI=（pKa1+pKR)/2=(2.19+4.25)/2=3.22第26頁,共72頁，2024年2月25日，星期天六、氨基酸的化學性質(zhì)1、ɑ-氨基參與的反應(yīng)（1）與甲醛發(fā)生羥甲基反應(yīng)氨基酸的氨基被羥甲基化后，堿性下降，可用酚酞作為滴定的指示劑，來測定氨基酸的濃度。第27頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（2）與亞硝酸反應(yīng)RCHCOOHNH3+HNO2RCHCOOHOH+N2+H2O產(chǎn)生的氮氣一半來自氨基酸，另一半來自亞硝酸，可測定氮氣的體積計算氨基酸的量（VanSlyke法）第28頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（3）酰化反應(yīng)R1-C-X+H2N-CHCOO-OR2OH-R1-C-HN-CH-COO-OR2X=Cl,OCOR氨基酸?；a(chǎn)物R1-C-OH+H2N-CH-COO-OR2DCCR1-C-HN-CH-COO-OR2第29頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（4）烴基化反應(yīng)親核第30頁,共72頁，2024年2月25日，星期天②與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)第31頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（5）生成西佛堿的反應(yīng)E-NH2+O=CCH2OPO32-CH2OH+H+E-N=C+HCH2OPO32-CH2OH+H2O酶活性中心磷酸二羥丙酮質(zhì)子化西佛堿第33頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（6）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)R-CH-COO-NH3+R-C-COO-O+NH4+-OOCCH2CH2-CH-COO-+CH3-C-COO-NH3+O-OOCCH2CH2-C-COO-O+CH3-CH-COO-NH3+氧化酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶α-酮酸谷氨酸丙酮酸第34頁,共72頁，2024年2月25日，星期天2、α-羧基參與的反應(yīng)（1）成鹽反應(yīng)R—CH—COOH+NaOHNH2R—CH—COONa+H2ONH2（2）成酯反應(yīng)R—CH—COOH+C2H5OHNH2HCl氣R—CH—COOC2H5NH2.HCl當羧基變成乙酯后，羧基的化學性質(zhì)就被掩蔽了，而氨基的化學性質(zhì)就突出地顯示出來。第35頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（3）形成酰鹵的反應(yīng)Y—NH—CRH—COOH+PCl5Y—NH—CRH—COCl酰化氨基酸?；被Ｂ仁拱被岬聂然罨子诹硪话被岬陌被Y(jié)合，在合成肽的工作上常用。Y:保護基，可為酰基

（4）疊氮反應(yīng)H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOHYHN-CHR-COOCH3?；被狨；被峒柞H2NH2（-CH3OHYHN—CHR—CO—NH—NH2酰化氨基酸的肼衍生物氨基酸的疊氮衍生物常作為多肽合成的活性中間體第36頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（5）脫羧反應(yīng)

H2N—CHR—COOH脫羧酶CO2+RCH2NH2胺GABA是一種抑制性神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì),缺乏容易導(dǎo)致緊張焦慮,易發(fā)于高壓人群中!第37頁,共72頁，2024年2月25日，星期天3、α-氨基和羧基共同參與的反應(yīng)（1）茚三酮反應(yīng):氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生藍紫色化合物，最大吸收峰在570nm。該反應(yīng)可作為蛋白質(zhì)定性、定量分析的基礎(chǔ)。第38頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（2）成肽反應(yīng)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵第39頁,共72頁，2024年2月25日，星期天4、側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)（1）巰基的性質(zhì)A、弱酸性B、與鹵代烴發(fā)生反應(yīng)，生成烴基衍生物C、絡(luò)合反應(yīng)D、形成二硫鍵E、與DTNB反應(yīng)F、被氧化成磺基丙氨酸第40頁,共72頁，2024年2月25日，星期天-OOC-CH-CH2-SH-NH3+C6H5CH2OCOClC6H5CH2ClICH2CONH2-OOC-CH-CH2-S-COOCH2C6H5NH3+-OOC-CH-CH2-S-CH2C6H5+HClNH3+-OOC-CH-CH2-S-CH2CONH2NH3+與鹵代烴反應(yīng),生成穩(wěn)定的烴基衍生物第41頁,共72頁，2024年2月25日，星期天氧化還原反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)COO-Hg+HO-CysCH2SHCysCH2SCOO-Hg+第42頁,共72頁，2024年2月25日，星期天與DTNB(硝基苯甲酸二硫化合物)反應(yīng)H3+NCHCH2S-+COO-SSCO2HNO2CO2HNO2H3+NCHCH2S-SCOO-CO2HNO2+NO2COO-HS其反應(yīng)物在412nm波長處有強烈吸收,應(yīng)用該反應(yīng)可以用比色法測定半胱氨酸的含量.第43頁,共72頁，2024年2月25日，星期天被過氧甲酸氧化成磺基丙氨酸H3+NCHCH2SHCOO-HCO3HH3+NCHCH2SO3HCOO-磺基丙氨酸-OOC-CHCH2-S-S-CH2CHCOO-Cys

半胱氨酸二硫鍵HCO3HH3+NCHCH2SO3HCOO-磺基丙氨酸2第44頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（2）羥基的性質(zhì)---N-CH-C--------HOCH2OPO32-絲氨酸磷酸酯第45頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（3）咪唑基的性質(zhì)鎳離子NHN咪唑環(huán)第46頁,共72頁，2024年2月25日，星期天NN咪唑環(huán)CH2-CH-COO-PO32-NH3+磷酸組氨酸HNNECH2+O2NSOOOCH3HN咪唑環(huán)N+ECH2CH3+O2NSO3-對硝基苯磺酸甲酯組氨酸殘基(酶活性中心)第47頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（4）甲硫基的性質(zhì)H2NCH(CH2)2SCH3+COO-14CH3I弱堿H2NCH(CH2)2SCOO-14CH3巰基試劑CH3H2NCH(CH2)2SCH3+COO-H2NCH(CH2)2S14CH3COO-第48頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（5）芳香環(huán)的性質(zhì)本部分主要做了解掌握.明確三種氨基酸,苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸三種氨基酸中含有芳香環(huán)。第49頁,共72頁，2024年2月25日，星期天七、氨基酸的旋光性和光譜性質(zhì)（一）氨基酸的旋光性和立體化學1.氨基酸的構(gòu)型氨基酸構(gòu)型：L型、D型。第50頁,共72頁，2024年2月25日，星期天除了蘇、異亮有四種光學異構(gòu)體,甘氨酸只為L型外，其余17種氨基酸有兩種光學異構(gòu)體：L型、D型。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均屬L-型。第51頁,共72頁，2024年2月25日，星期天外消旋物：D-型和L-型的等摩爾混合物。L-蘇和D-蘇組成消旋物；L-別-蘇和D-別-蘇組成消旋物。第52頁,共72頁，2024年2月25日，星期天2.氨基酸的旋光性氨基酸的旋光性（符號和大小）取決于它的R基的性質(zhì)，并與溶液的pH值有關(guān)。比旋是α－氨基酸的物理常數(shù)之一，蛋白質(zhì)中L型氨基酸的比旋光度見表2-3。Gly無手性C，無旋光性;

H2N—Cα—HCOOHH第53頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（二)氨基酸的光譜性質(zhì)氨基酸的光吸收性20種基本氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，在紅外區(qū)和遠紫外區(qū)有光吸收。在近紫外區(qū)（200-400nm）只有芳香族氨基酸（Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵）有光吸收。λ（nm）εTyr2751.4×103Phe2572.0×102Trp2805.6×103

蛋白質(zhì)在280nm有最大紫外吸收光吸收，分光光度法鑒定。核磁共振（NMR）：在aa和Pro化學表征方面起重要作用。第54頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)因含有這些氨基酸，所以也有紫外吸收能力，一般在280nm波長處有最大光吸收，因此能利用紫外吸收法鑒定并測定樣品中蛋白質(zhì)的含量。第55頁,共72頁，2024年2月25日，星期天紫外分光光度計的原理及應(yīng)用分光光度計的構(gòu)造

無論哪一類分光光度計都配有下列組成部分：光源、單色光器、比色皿、檢測器系統(tǒng)以及各部分電源，其組成順序如下:第56頁,共72頁，2024年2月25日，星期天7220型分光光度計外觀及各部分名稱及功能：

（正視圖）（背視圖）1.樣品室門2.顯示窗3.波長顯示窗4.波長調(diào)節(jié)旋鈕5.儀器電源開關(guān)

6.儀器操作鍵盤7.樣品池拉手8.打印機輸出接口9.電源插座7220型分光光度計示意圖第57頁,共72頁，2024年2月25日，星期天儀器使用方法:1.使用前，應(yīng)檢查儀器各部件是否正常。

2.轉(zhuǎn)動波長選擇器（在波長顯示窗上觀察），選取所需波長。

3.打開儀器電源開關(guān)，方式選擇指示燈應(yīng)在透光率位置，選標樣點應(yīng)在第一點，預(yù)熱10分種。

4.在樣品池中，第一格放置空白杯，第二格放置擋光塊，第三、四格放置待測樣品杯。隨手關(guān)好樣品室門。

5.拉動樣品室拉手，使空白杯處于光路中，按調(diào)100選擇鍵，待顯示100.0時，即表示已調(diào)好T=100％。

6.再拉動樣品室拉手，使擋光塊處于光路中，觀察顯示是否為零，如不為0.0，則按調(diào)零選擇鍵使顯示為0.0。

7.打開樣品室門，取出擋光塊，換入標準杯，關(guān)好樣品窗口。

8.拉動樣品室拉手，再使空白杯處于光路，按工作方式選擇鍵為“測光密度”，此時顯示應(yīng)為0.000（如不為零再按一次調(diào)100選擇鍵）。然后將其它比色杯送入光路，從顯示窗口中讀取相應(yīng)的光密度值。

9.使用完畢，關(guān)好電源，關(guān)好樣品室門，洗凈比色杯并空干。第58頁,共72頁，2024年2月25日，星期天八、氨基酸混合物的分離和分析層析法也稱色譜法，是1903年俄國植物學家MichaelTswett發(fā)現(xiàn)并命名的。他將植物葉子的色素通過裝填有吸附劑的柱子，各種色素以不同的速率流動后形成不同的色帶而被分開，由此得名為“色譜法”（Chromatography)。后來無色物質(zhì)也可利用吸附柱層析分離。1944年出現(xiàn)紙層析。以后層析法不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)氣相層析、高壓液相層析、薄層層析、親和層析、凝膠層析等。第59頁,共72頁，2024年2月25日，星期天層析法的基本原理層析法是利用混合物中各組分物理化學性質(zhì)的差異（如吸附力、分子形狀及大小、分子親和力、分配系數(shù)等），使各組分在兩相（一相為固定的，稱為固定相；另一相流過固定相，稱為流動相）中的分布程度不同，從而使各組分以不同的速度移動而達到分離的目的。第60頁,共72頁，2024年2月25日，星期天（一）基于分配系數(shù)差異的分離方法—分配層析法

分配系數(shù)Kd=CACBCA：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）中的濃度原理：主要根據(jù)被分析的樣品（如aa混合物）在兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)的不同而達到分離的目的。固定相和流動相

混合物在層析系統(tǒng)中的分離決定于該混合物的組分在兩相中的分配情況。第61頁,共72頁，2024年2月25日，星期天1、柱層析

層析柱中的填充劑或支持劑表面附著一層結(jié)合水作為固定相，沿固定相流過的與它互不相溶的溶劑是流動相。當用洗脫劑洗脫時，柱上端的氨基酸混合物在兩相之間會按不同的分配系數(shù)以不同的速度向下移動。分部收集層析柱下端的洗脫液，然后分別用茚三酮顯色定量，以氨基酸量對洗脫液體積作圖得洗脫曲線，曲線中的每個峰相當于某一種氨基酸。加洗脫劑氨基酸樣品支持劑層析柱分部收集1.00.50.1光吸收值

20406080100120流出液（毫升）第62頁,共72頁，2024年2月25日，星期天2、紙層析

固定相：濾紙纖維素上吸附的水流動相：展層用的溶劑層析時，混合氨基酸在這兩相中不斷分配，使它們分布在濾紙的不同位置上?；静襟E：點樣、展層、顯色、定性（定量）層析時，將樣品點在濾紙的一個角上，稱為原點。然后將其放入一個密閉的容器中，用一種溶劑系統(tǒng)進行展層，當溶劑展層至距濾紙上沿1～２cm時（約要40分鐘），取出濾紙，作好前沿位置標記后，烘干濾紙（1分鐘）。向濾紙上噴茚三酮顯色液至顯色，就會在濾紙上出現(xiàn)各種氨基酸的斑點。丁醇-醋酸氨基酸的濾紙層析圖譜第63頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

由于各種氨基酸具有不同的遷移率（Rf），因此它們就會彼此分開。將各顯色斑點的Rf值與標準氨基酸的Rf值比較，可得知該斑點的成分。溶劑前沿氨基酸顯色點濾紙原點XY濾紙層析中的