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1、第3章氨基酸本讲稿第一页，共七十七页1.1氨基酸氨基酸-蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子n1.1.1 蛋白质的水解蛋白质的水解n 蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。水解可分为完全水解和部分水解两种情况。本讲稿第二页，共七十七页1.1.1.1酸水解酸水解n一般用6mol/L HCl 或4 mol/L H2SO4回流20hr左右，蛋白质完全水解，不引起消旋，得到的是L-型型氨氨基基酸酸。但色色氨氨酸酸完全被破坏，羟羟基基氨氨基基酸酸部分被分解，天天冬酰胺和谷氨酰胺的冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基酰胺基被水解下来。本讲稿第三页，共七十七页1.1.1.2碱水解碱水解n 与5mol/L NaOH共煮10-2
2、0hr,完全水解，多数氨基酸不同程度的被破坏，得到的是L型和D型的混合物；精氨酸脱氨，但色氨酸色氨酸稳定。本讲稿第四页，共七十七页1.1.1.3酶水解酶水解n不产生消旋，不破坏氨基酸。部分水解。n胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin,糜蛋白酶)、胃蛋白酶(pepsin)。本讲稿第五页，共七十七页1.1.2-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构-氨基酸除R基为氢（甘氨酸）之外，其-碳原子是一个手性碳手性碳原子原子，因此都具有旋光性旋光性。并且蛋白质中发现的氨基酸都是是L型型的。本讲稿第六页，共七十七页1.2氨基酸的分类氨基酸的分类n1.2.1 常见的蛋白质氨基酸常见的蛋
3、白质氨基酸n 按R基的化学结构20种常见氨基酸可分为3类：n1.脂肪族氨基酸n2.芳香族氨基酸n3.杂环族氨基酸n 本讲稿第七页，共七十七页1.脂肪组氨基酸na 中性氨基酸本讲稿第八页，共七十七页甘氨酸甘氨酸（氨基乙酸）是唯一不含手性碳原子的氨基酸，（氨基乙酸）是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此因此不具旋光性不具旋光性。本讲稿第九页，共七十七页n b 含羟基或硫氨基酸本讲稿第十页，共七十七页nc 酸性氨基酸及其酰胺本讲稿第十一页，共七十七页nd 碱性氨基酸本讲稿第十二页，共七十七页n2 芳香族氨基酸本讲稿第十三页，共七十七页n3 杂环族氨基酸本讲稿第十四页，共七十七页按R基的极性极性性质，20
4、种常见氨基酸可分为以下4组：n 非极性非极性R基氨基酸基氨基酸n丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸n苯丙氨酸、色氨酸n甲硫氨酸甲硫氨酸n脯氨酸脯氨酸本讲稿第十五页，共七十七页n不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸n丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸n天冬酰胺、谷氨酰胺n半胱氨酸半胱氨酸n甘氨酸甘氨酸 本讲稿第十六页，共七十七页n 带正电荷的带正电荷的R基氨基酸基氨基酸n赖氨酸、精氨酸n组氨酸（组氨酸（唯一一个R基的pKa值在7附近的氨基酸）本讲稿第十七页，共七十七页n 带负电荷的带负电荷的R基氨基酸基氨基酸n天冬氨酸、谷氨酸 本讲稿第十八页，共七十七页氨基酸的简写符号氨基酸的简写符号(一一)名称名
5、称 三字母符号三字母符号 单字母符号单字母符号丙氨酸（丙氨酸（alanine）Ala A精氨酸（精氨酸（arginine）Arg R天冬酰胺（天冬酰胺（asparagine）Asn N天冬氨酸（天冬氨酸（aspartic acid）Asp DAsn和和/或或Asp Asx B半胱氨酸（半胱氨酸（cysteine）Cys C谷氨酰胺（谷氨酰胺（glutamine）Gln Q谷氨酸（谷氨酸（glutamic acid）Glu EGln和和/或或Glu Glx Z甘氨酸（甘氨酸（glycine）Gly G组氨酸（组氨酸（histidine）His H异亮氨酸（异亮氨酸（isoleucine）Ile
6、I本讲稿第十九页，共七十七页氨基酸的简写符号（二）氨基酸的简写符号（二）名称名称 三字母符号三字母符号 单字母符号单字母符号亮氨酸（亮氨酸（leucine）Leu L赖氨酸（赖氨酸（lysine）Lys K甲硫氨酸甲硫氨酸(蛋氨酸蛋氨酸methionine）Met M苯丙氨酸（苯丙氨酸（phenylalanine）Phe F 脯氨酸（脯氨酸（proline）Pro P丝氨酸（丝氨酸（serine）Ser S苏氨酸（苏氨酸（threonine）Thr T色氨酸（色氨酸（tryptophan）Trp W酪氨酸（酪氨酸（tyrosine）Tyr Y缬氨酸（缬氨酸（valine）Val V本讲稿第二十
7、页，共七十七页1.2.2不常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸本讲稿第二十一页，共七十七页1.2.3非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸除了参与蛋白质组成的20-30种氨基酸外，还有150多种其他氨基酸。L型-氨基酸的衍生物，也有些是-、-或-氨基酸，或D型氨基酸。本讲稿第二十二页，共七十七页1.3氨基酸的酸碱化学氨基酸的酸碱化学1.3.1氨基酸的兼性离子形式氨基酸的兼性离子形式氨基酸晶体、水溶液 中性分子形式：本讲稿第二十三页，共七十七页晶体熔点很高，200以上；使水的介电常数升高。本讲稿第二十四页，共七十七页1.3.2氨基酸的解离氨基酸的解离本讲稿第二十五页，共七十七页本讲稿第二十六页，共七十七
8、页本讲稿第二十七页，共七十七页本讲稿第二十八页，共七十七页本讲稿第二十九页，共七十七页n20种基本氨基酸，除组氨酸外，在生理pH下都没有明显的缓冲作用，因为其pKa都不在pH7附近。n组氨酸组氨酸咪唑基的咪唑基的pKa值为值为6.0，在，在pH7附附近，有明显的缓冲作用近，有明显的缓冲作用。本讲稿第三十页，共七十七页n利用Handerson-Hasselalch公式，可算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例：n 质子受体npH=pKa+log-n 质子供体本讲稿第三十一页，共七十七页几种氨基酸的解离常数和等电点几种氨基酸的解离常数和等电点氨基酸氨基酸-COOHpKa-N+H3pKaR基
9、基pKapI甘氨酸甘氨酸2.349.605.97丙氨酸丙氨酸2.349.696.02天冬氨酸天冬氨酸2.099.823.86(COOH)2.97天冬酰胺天冬酰胺2.028.85.41精氨酸精氨酸2.179.0412.48(胍基胍基)10.76组氨酸组氨酸1.829.16.00（咪唑基（咪唑基7.59本讲稿第三十二页，共七十七页1.3.2氨基酸的等电点（isoelectricpoint,pI）n对R侧链基不解离的氨基酸：npI =(pKa1+pKa2)n对R侧链解离的氨基酸n1.计算酸性氨基酸如天门冬氨酸。n2.计算碱性氨基酸如精氨酸。本讲稿第三十三页，共七十七页1.3.4氨基酸的甲醛滴定氨基酸
10、的甲醛滴定滴定是定量分析的常用方法，甲醛滴定法原理：本讲稿第三十四页，共七十七页本讲稿第三十五页，共七十七页n3.4 氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应本讲稿第三十六页，共七十七页3.4.1-氨基参加的反应氨基参加的反应3.4.1.1与亚硝酸反应与亚硝酸反应这是VanSlyke法测定氨基酸的基础。本讲稿第三十七页，共七十七页3.4.1.2与酰化试剂反应与酰化试剂反应这些酰化试剂在多肽和蛋白质的人工合成中被用作氨基的保护试剂氨基的保护试剂。本讲稿第三十八页，共七十七页3.4.1.3烃基化反应烃基化反应2，4-二二硝硝基基氟氟苯苯与氨基酸生成二硝基苯基氨基酸。被英国的Sanger用来鉴定多肽蛋白质的
11、N末端氨基酸。称Sanger试剂试剂。本讲稿第三十九页，共七十七页与苯苯异异硫硫氰氰酸酸酯酯（PITC，Edman试试剂剂）反应，Edman用来鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸。本讲稿第四十页，共七十七页3.4.1.4形成西佛碱反应形成西佛碱反应3.4.1.5脱氨基反应脱氨基反应本讲稿第四十一页，共七十七页3.4.2-羧基参加的反应羧基参加的反应3.4.2.1成盐和成酯反应成盐和成酯反应本讲稿第四十二页，共七十七页3.4.2.2成酰氯反应成酰氯反应这个反应可使氨基酸的羧基活化本讲稿第四十三页，共七十七页3.4.2.3脱羧基反应脱羧基反应本讲稿第四十四页，共七十七页n3.4.3-氨基和氨基和-羧基共
12、同参加的反应羧基共同参加的反应n3.4.3.1 与茚三酮反应与茚三酮反应本讲稿第四十五页，共七十七页本讲稿第四十六页，共七十七页3.4.4侧链侧链R基参加的反应基参加的反应其中有些反应是蛋白质化学修饰的基础。Pauly反应，可用于检测酪氨酸。本讲稿第四十七页，共七十七页半胱氨酸侧链上的巯基（-SH），反应性能很高，在微碱性pH下，-SH基发生解离形成硫醇阴离子（-CH2S-）。并可进一步与烷化剂反应生成稳定的烷基衍生物：本讲稿第四十八页，共七十七页与乙撑亚胺乙撑亚胺反应可用于序列测定(为胰蛋白酶提供了一个新位点)。也可用来保护肽链上的SH基，以防止被重新氧化为二硫基。本讲稿第四十九页，共七十七
13、页胱胱氨氨酸酸中中的的二二硫硫键键在在稳稳定定蛋蛋白白质质的的构构象象上上起起很很大大的的作作用用。氧氧化剂和还原剂都可打开二硫键。如化剂和还原剂都可打开二硫键。如过甲酸过甲酸和和巯基化合物巯基化合物本讲稿第五十页，共七十七页3.5氨基酸的光学活性和光谱性质氨基酸的光学活性和光谱性质n3.5.1氨基酸的光学活性和立体化学氨基酸的光学活性和立体化学n-氨基酸的-碳是一个不对称碳（手性碳），不对称碳原子上的4个取代基在空间的取向可以有两种构型，D型和L型。氨基酸的构型以D性甘油醛为参考物。本讲稿第五十一页，共七十七页Thr、Leu、Pro和羟Pro还有第二个不对称碳原子。本讲稿第五十二页，共七十七
14、页n3.5.2氨基酸的光谱性质氨基酸的光谱性质n3.5.2.1 紫外吸收光谱紫外吸收光谱n常见的20种氨基酸在可见光区域都没有光 吸 收，在 红 外 和 远 紫 外 区（200nm）都有光吸收.本讲稿第五十三页，共七十七页n芳香族氨基酸因为其R基含有苯环共共轭轭键键系统，故在近紫外区（200-400nm）有光吸收的能力.nn蛋白质一般在280nm有最大光吸收，可用来测定蛋白质浓度。本讲稿第五十四页，共七十七页本讲稿第五十五页，共七十七页分光光度法分光光度法的原理是的原理是Lamber-Beer定律定律：A=logI0/I=-logT=cl T=I/I0A：吸光值（absorbance）（光密度
15、,opticaldensity,OD）：摩尔吸收系数（摩尔消光系数）c：摩尔浓度 l：比色杯的内径或光程厚度 I0：入射光强 I：透射光强 T：透光率本讲稿第五十六页，共七十七页3.6氨基酸混合物的分析分离氨基酸混合物的分析分离n要测定蛋白质的氨基酸组成或从蛋白质水解液中制取氨基酸，须对氨基酸进行分析分离。本讲稿第五十七页，共七十七页n3.6.1 分配层析法的一般原理分配层析法的一般原理n层析层析即色层分析也称色谱(chromatography)。n层析的种类有很多种如吸附层析，离子交换层析等。n分配层析依据的是分配定律。本讲稿第五十八页，共七十七页分分配配定定律律(partition law
16、)：当一种物质在两种给定的互不相容的溶剂中分配时，在一定温度下达到平衡时，溶质在两相中的浓度比值为一常数，即分配系数分配系数(Kd)。Kd=CA/CB某一物质在层析系统中的行为取决于有效分配系数有效分配系数Keff=某一物质在A相中的总量/某一物质在B相中的总量溶质的有效分配系数可以调整两项的体积比而加以改变。本讲稿第五十九页，共七十七页n分配层析的原理n（逆流分溶或逆流分配）：本讲稿第六十页，共七十七页本讲稿第六十一页，共七十七页3.6.2分配柱层析分配柱层析本讲稿第六十二页，共七十七页3.6.3纸层析纸层析本讲稿第六十三页，共七十七页n3.6.4 薄层层析薄层层析n将支持剂（硅胶、纤维素粉
17、等）涂布在玻璃板上制成均匀的薄层。n分辨率高，所需样品极微，层析速度快。本讲稿第六十四页，共七十七页3.6.5离子交换层析n离子交换树脂离子交换树脂是具有酸性酸性或碱性碱性基团的人工合成聚苯乙烯苯二乙烯(polystyrenedivinylbenzene)等不溶性高分子化合物。聚苯乙烯苯二乙烯是离子交换树脂的基质基质(matrix)。n阳离子交换树脂，如SO3H（强酸型）强酸型）或COOH（弱酸型）弱酸型），对于在酸性环境中的氨基酸阳离子，它们可以和H+发生交换而“结合”在树脂上。n同样的阴离子交换树脂含有的碱性基团如N(CH3)3OH（强碱型）强碱型）或）NH3OH（弱碱型）弱碱型）可解离出
18、OH能与溶液里的阴离子交换而结合在树脂上。本讲稿第六十五页，共七十七页n分离氨基酸混合物经常使用强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂。n氨基酸在树脂上的牢固程度，主要取决于他们之间的静静电电吸吸引引，其次是氨基酸侧链与树脂基质聚苯乙烯之间的疏水疏水作用。n在pH3左右，氨基酸与阳离子交换树脂之间的静电吸引力的大小次序是：n碱性氨基酸（A2+）中性氨基酸(A+)酸性氨基酸（A-）。n洗脱氨基酸的有效方法是n逐步提高洗脱剂的pH和盐浓度（离子强度）。本讲稿第六十六页，共七十七页氨基酸自动分析仪本讲稿第六十七页，共七十七页n3.6.6 气液层析气液层析n当层析系统的流动相为气体如氢，氦、氮，固定相为
19、涂渍在固体颗粒表面的液体时，称为气液层析或气液色谱(gasliquid chromatography)，简称气相层析气相层析或气相色谱气相色谱。n待分析的样品被气化，气化了的样品将在流动的气相和固定的液体之间发生分配而被分离。被分开的组分和载气直接进入检测器。n气相层析法具有微量快速的优点，限制是要求样品能气化和热稳定性高。本讲稿第六十八页，共七十七页本讲稿第六十九页，共七十七页n3.6.7 高效液相层析高效液相层析n高高 效效 液液 相相 层层 析析(high performance liquid chromatography，简称简称HPLC)n曾 称 高 压 液 相 层 析(high p
20、ressure liquid chromatography)。特点是：n使用的固定相支持剂颗粒很细，因而表面积很大；溶剂系统采取高压，因此洗脱速度增大。n多多种种类类型型的的柱柱层层析析都可用HPLC来代替，例如分配层析、离子交换层析、吸附层析以及凝胶过滤。本讲稿第七十页，共七十七页作业（作业（目的是复习，所以应认真自己做，并尽量做得全面仔细不应该应付目的是复习，所以应认真自己做，并尽量做得全面仔细不应该应付）n1.什么是蛋白质的酸水解、碱水解和酶水解，各有何特点？n2.写出20种基本氨基酸的结构、三字母缩写和单字母缩写。n3.甘氨酸、组氨酸和脯氨酸各有何特点？n4.什么是氨基酸的等电点？写出
21、下例氨基酸的结构、解n离过程，并计算等电点：缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。n5.在多肽的人工合成中，氨基酸的氨基需要保护，有哪些反n应可以保护氨基？n6.Sanger试剂、Edman试剂分别是什么？与氨基酸如何反n应，此反应有何意义？n7.试写出半胱氨酸与乙撑亚胺的反应，此反应有何意义？n8.写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的反应。n9.蛋白质有紫外吸收的原因是什么，最大吸收峰是多少？n10.什么是分配定律、分配系数？分配层析的原理是什么？n11.什么是HPLC?n12.书上P156,15题。本讲稿第七十一页，共七十七页第3章检测题n1.写出下了列氨基酸的结构、解离过程，并计写出下了列氨基酸的结构
22、、解离过程，并计n算等电点：缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。算等电点：缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。n2.Sanger试剂、试剂、Edman试剂分别是什么？试剂分别是什么？n3.写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的n反应。反应。n4.什么是分配定律、分配系数？分配层析的原什么是分配定律、分配系数？分配层析的原n理是什么？理是什么？本讲稿第七十二页，共七十七页n2mmol/L 酸性缓冲液中含1mmol/L HA和1mmol/L A-,pH=pK=5(K=10-5),若向一升缓冲液中加入0.5mmol/L 量的H+(假定缓冲液的体积仍是一升)，n(a)求A-和 HA的标准浓度
23、和溶液的pH；n(b)假设HA的增加（A的减少）刚好 等 n 于加入的H+的量，计算A和 HA的浓n 度和溶液的pH.本讲稿第七十三页，共七十七页n解：（a）设加入H+后有y量的 H+被 A-结合成HA,则n HA A-+H+n加H+前 10-3 10-3 10-5n加H+后 10-3+y 10-3-y 10-5+0.510-3-ynnK=10-5=H+A-/HA n =10-5+0.510-3-y 10-3-y/10-3+y 本讲稿第七十四页，共七十七页ny1=10.3910-4=1.04mmol/L(舍去),n y2=4.81510-4=0.4815mmol/Ln代入“加H+后”，可求出 A-，HAn pH=pK+lg A-/HA=4.545n 本讲稿第七十五页，共七十七页n（b）npH=pK+lg A-/HA=4.523n 本讲稿第七十六页，共七十七页氨基酸章完氨基酸章完本讲稿第七十七页，共七十七页