羥基的性質作用.ppt

1、第二章 氨基酸,1、氨基酸蛋白質的構件分子 2、氨基酸的結構和分類 3、酸堿化學 4、化學性質 5、光學與光譜性質 6、分析方法,1、氨基酸蛋白質的構件分子,Protein,蛋白質是由是由許多不同的-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的構象并具有一定生物功能的大分子 蛋白質存在于所有的生物細胞中，是構成生物體最基本的結構物質和功能物質。 蛋白質是生命活動的物質基礎，它參與了幾乎所有的生命活動過程。,Amino acid,蛋白質的化學組成,蛋白質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。某些蛋白質還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。這些元

2、素在蛋白質中的組成百分比約為： 碳 50 氫 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,蛋白質的含氮量,氮占生物組織中所有含氮物質的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質的含氮量。由于大多數(shù)蛋白質的含氮量接近于16%，所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質的大概含量： 蛋白質含量（克%）=每克生物樣品中含氮的克數(shù) 6.25 三聚氰胺？,凱氏（Kjedahl）定氮法的理論基礎,氨基酸 是蛋白質的基本組成單位。從細菌到人類，所有蛋白質都由20種標準氨基酸（20 standard amino acids)組成。,蛋白質經(jīng)水解得到得到各種氨基酸混合物 酸水解 堿水解 酶水

3、解,酸水解,常用6 mol/L的鹽酸或4 mol/L的硫酸在105-110條件下進行水解，反應時間約20小時。 此法的優(yōu)點是不容易引起水解產(chǎn)物的消旋化。缺點是色氨酸被沸酸完全破壞； 含有羥基的氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺側鏈的酰胺基被水解成了羧基。,堿水解,一般用5 mol/L氫氧化鈉煮沸10-20小時。 由于水解過程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率不高。 部分的水解產(chǎn)物發(fā)生消旋化。 該法的優(yōu)點是色氨酸在水解中不受破壞。,酶水解蛋白質一級結構的分析,目前用于蛋白質肽鏈斷裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）或稱蛋白酶（proteinase）已

4、有十多種。 應用酶水解多肽不會破壞氨基酸，也不會發(fā)生消旋化。水解的產(chǎn)物為較小的肽段。 最常見的蛋白水解酶有以下幾種： 胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶），胃蛋白酶等,第二章、氨基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白質的構件分子 2、氨基酸的結構和分類 3、酸堿化學 4、化學性質 5、光學與光譜性質 6、分析方法,除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下結構通式。,2、氨基酸的結構和分類,各種氨基酸的區(qū)別在于側鏈R基的不同。20種基本氨基酸按R的極性可分為非極性氨基酸、極性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸。,-氨基酸,可變部分,不變部分,氨基酸的分類,根據(jù)R的化學結構 （1）脂肪族氨基酸：1）疏水性

5、：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）極性：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 、Pro,根據(jù)R的極性 （1）極性氨基酸：1）不帶電： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）帶正電：His、Lys、Arg；3）帶負電：Asp、Glu （2）非極性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp,氨基酸的結構,甘氨酸 Glycine,1.脂肪族氨基酸（中性）,旋光性？,氨基酸的結構,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine,

6、1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的結構,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的結構,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的結構,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 異亮氨酸 Ileucine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的結構,甲硫氨酸 Methionine,（含羥基或硫氨基酸）,蛋氨酸，甲基供體,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的結構,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cyst

7、eine,（含羥基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,二硫橋,氨基酸的結構,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine 絲氨酸 Serine,（含羥基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,O-連接,氨基酸的結構,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine 絲氨酸 Serine 蘇氨酸 Threonine,（含羥基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,O-連接,氨基酸的結構,堿性氨基酸,精氨酸 Arginine,胍基，正電荷，尿素形成的中間物,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的結構,堿性氨基酸,精氨酸 Arginine 賴氨酸 Lysine,1.脂肪族氨基酸,正電荷,氨基酸的結構,天冬氨

8、酸 Aspartate,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,負電荷,氨基酸的結構,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate,酸性氨基酸及酰胺,負電荷,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的結構,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 天冬酰胺 Asparagine,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的結構,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的結構,2. 芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine,氨基酸的結構,苯丙氨酸 Phenyl

9、alanine 酪氨酸 Tyrosine,2. 芳香族氨基酸,氨基酸的結構,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Trytophan，Trp,吲哚環(huán),2. 芳香族氨基酸,氨基酸的結構,脯氨酸 Proline,3.雜環(huán)亞氨基酸,吡咯烷基，唯一的非氨基酸,氨基酸的結構,組氨酸 Histidine,咪唑基,正電荷,4.雜環(huán)氨基酸,根據(jù)R的極性 （1）非極性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp，溶解性小 （2）極性氨基酸： A）不帶電： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys； B）帶正電：His、Lys、Arg；

10、C）帶負電：Asp、Glu,幾種重要的不常見氨基酸,在少數(shù)蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。 這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生而來的。 其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質氨基酸的結構如下。,必需氨基酸一共有八種：賴氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、蘇氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）、纈氨酸（Val）。,由于酪氨酸在體內需由苯丙氨酸為原料來合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸為原料來合成，故這兩種氨基酸被稱為半必需氨基酸。,一兩色素本來淡些,第二章、氨

11、基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白質的構件分子 2、氨基酸的結構和分類 3、酸堿化學 4、化學性質 5、光學與光譜性質 6、分析方法,氨基酸的重要性質,一般物理性質 無色晶體，熔點極高（200以上），不同味道；水中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機溶劑。,兩性解離和等電點 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，在同一個氨基酸分子上帶有能放出質子的NH3+正離子和能接受質子的COO-負離子，為兩性電解質。,兼性離子=偶極離子 離子晶格 熔點高，使水的介電常數(shù)降低,PH 1 7 10 凈電荷 +1 0 -1 正離子 兩性離子 負離子 等電點PI,二元酸,在不同的pH條件下

12、，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。,堿 酸,調節(jié)氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解離程度完全相等時，即所帶凈電荷為零，此時氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點（pI）。,當氨基酸相互連接成蛋白質時，只有其側鏈基團和末端的-氨基，-羧基是可以離子化的。,氨基酸的等電點,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)。,側鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK1和pK2的算術平均值： pI = (pK1 +

13、 pK2 )/2,對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術平均值 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 堿性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,注意： 1、Handerson公式 pH = pK + log（質子受體/質子供體） 計算溶液中各種離子的比例 2、若 pH pI , 則氨基酸帶_電荷 若 pH pI , 則氨基酸帶+電荷,氨基酸的甲醛滴定法,OH-,中和滴定,氨基酸在滴定時測K1、K2時，2或12 無合適的指示劑 甲醛滴定使氨基的解離常數(shù)減少2個單位 降低了-NH2的堿性 增加了NH3+的酸性解離 使PK

14、2移到7附近，酚酞的顯色區(qū)，而PK1不變,第二章、氨基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白質的構件分子 2、氨基酸的結構和分類 3、酸堿化學 4、化學性質 5、光學與光譜性質 6、分析方法,氨基酸的化學性質,1-氨基參與的反應,（1）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應,用途：可以用來直接測定氨基酸的濃度。,4、氨基酸的化學性質,1-氨基參與的反應,（2）與亞硝酸反應,用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應 注意：N2的量只有一半來自于氨基酸,4、氨基酸的化學性質,1-氨基參與的反應,（3）?；磻?用途：在合成蛋白質時用于保護氨基以及肽鏈的氨基端，如芐氧酰氯。條件：弱堿下,4、氨基酸的化學性質,1-

15、氨基參與的反應,（4）烴基化反應,用途：弱堿下氨基酸的氫原子可被烴基取代，是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法。,與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應,弱堿性,DNP-氨基酸,Sanger 鑒定N端氨基酸,與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應,pH8.3,無水HF,重復測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設計出“多肽順序自動分析儀”，Edman分析法,取代DNFB測定蛋白質N端氨基酸，靈敏度高 Sanger分析法,4、氨基酸的化學性質,1-氨基參與的反應,（5）生成西佛堿的反應,用途：是多種酶促反應的中間過程，如轉氨、糖肽連接。,或者醛,4、氨基酸的化學性質,1-氨基參與的反應,（6）脫氨基和轉氨基反應,

16、用途：形成新的氨基酸及有利于氨的轉運。,4、氨基酸的化學性質,氨基酸與堿作用生成相應的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,而重金屬鹽則不溶于水。,2 -羧基參與的反應,（1）成鹽反應,用途：保護羧基，羧基鈍化，氨基活化,4、氨基酸的化學性質,1,1-氨基參與的反應,（2）形成酯的反應,用途：羧基鈍化，氨基活化 是合成氨基酸酰基衍生物的重要中間體。,2 -羧基參與的反應,4、氨基酸的化學性質,（3）形成酰鹵的反應,用途：這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應。,2 -羧基參與的反應,PG是氨基的保護劑,4、氨基酸的化學性質,（4）疊氮化反應,用途：羧基活化，常作為多肽合成活性中間體。,2 -羧基參與的反應

17、,迭氮反應,H2N-CHR-COOH,NH2NH2,（-CH3OH）,HNO2,4、氨基酸的化學性質,1,（5）脫羧反應,用途：生成各種具生物活性的衍生物。,2 -羧基參與的反應,4、氨基酸的化學性質,1,(1)與茚三酮反應,用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。,3-氨基和羧基共同參與的反應,茚三酮,水合茚三酮,與茚三酮的反應： Pro產(chǎn)生黃色物質，在440nm（黃色）定量測定（幾g） 一般氨基酸為藍紫色，在570nm（藍紫色） 釋放的二氧化碳可計算氨基酸的量,4、氨基酸的化學性質,1,（2）成肽反應,用途：是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。,3-氨基和羧基共同參與的反應,4側鏈基團的化學性質

18、,(1) 巰基（-SH）的性質,1,作用：這些反應可用于巰基的保護，避免重新氧化成二硫鍵。,4側鏈基團的化學性質,(1) 巰基（-SH）的性質,作用：與金屬離子的螯合性質可用于體內解毒,PbAc。,4側鏈基團的化學性質,(1) 巰基（-SH）的性質,作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵形成或端裂 如過甲酸、巰基乙醇，加碘乙酸防重新氧化,胱氨酸,4側鏈基團的化學性質,(1) 巰基（-SH）的性質,作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)，Ellman試劑,412nm,4側鏈基團的化學性質,（2）羥基的性質,作用：可用于修飾蛋白質。,二異丙基氟磷酸酯,4側鏈

19、基團的化學性質,（3）咪唑基的性質,組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在生理條件下具有緩沖作用。 組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學反應?？梢耘cATP發(fā)生磷?；磻?，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。 組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失,作用：酶活性調節(jié),4側鏈基團的化學性質,（4）甲硫基的性質,1,作用：確定Met的含量,硫鹽,所獲得的甲基一半來自于甲基碘,Pauly反應：檢測Tyr的酚羥基 Tyr + 重氮化合物橘黃色 坂口反應：檢測Arg的胍基 Arg 與-萘芬呈紅色 乙醛酸反應：Trp與乙醛酸成紫色 黃色反應：苯環(huán)氨基酸+硝酸,第二章、氨基酸

20、,Amino acid,1、氨基酸蛋白質的構件分子 2、氨基酸的結構和分類 3、酸堿化學 4、化學性質 5、光學與光譜性質 6、分析方法,C如是不對稱C（除Gly），則： 具有兩種立體異構體 D-型和L-型 2. 具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）,5、氨基酸的光學與光譜性質,除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù),氨基酸的旋光性,Thr，Ile有兩個手性碳原子 稱為L-Thr；L-別Thr 胱氨酸可能是內消旋體,Thr,胱氨酸,氨基酸的光吸收,構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(22

21、0nm)均有光吸收。 在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。 酪氨酸的max275nm，275=1.4x103; 苯丙氨酸的max257nm，257=2.0 x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103;,氨基酸的應用,1，醫(yī)藥工業(yè) 氨基酸輸液 必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。,治療藥劑,1，精氨酸：對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果； 2，天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。 3，半胱氨酸：能促進毛發(fā)的生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等； 組氨酸：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。,2，化學工業(yè),維生素