第2章氨基酸.ppt

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1、主要内容主要内容n蛋白质：蛋白质：化学组成和分类、水解化学组成和分类、水解n氨基酸：氨基酸：分类、酸碱性质、化学反应、分类、酸碱性质、化学反应、旋光性和光谱性质旋光性和光谱性质n氨基酸混合物的分离和分析氨基酸混合物的分离和分析一、蛋白质的化学组成和分类一、蛋白质的化学组成和分类n化学组成：化学组成：所有蛋白质都含有所有蛋白质都含有 C C、H H、O O、N N 四种元四种元素，大多数蛋白质还含有少量的素，大多数蛋白质还含有少量的 S S，有些蛋白质还含有些蛋白质还含有一些其它元素，如有一些其它元素，如 P P、FeFe、CuCu、MoMo、I I等。等。n蛋白质的平均含氮量为蛋白质的平均含氮

2、量为16%16%n凯氏定氮法：蛋白质含量凯氏定氮法：蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮*6.256.25简单蛋白质：简单蛋白质：缀合蛋白质：缀合蛋白质：仅由氨基酸组成，不含其他化学成分仅由氨基酸组成，不含其他化学成分（如清蛋白、球蛋白、组蛋白等如清蛋白、球蛋白、组蛋白等）除氨基酸外，还含有其他化学成分除氨基酸外，还含有其他化学成分(如糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白等如糖蛋白、脂蛋白、金属蛋白等)辅基（辅基（Prosthetic group）,也称作配体（也称作配体（Ligand）：）：蛋白质中的非蛋白部分，与蛋白质共价或非共蛋白质中的非蛋白部分，与蛋白质共价或非共价结合，对蛋白质的功能起重要作用；通常为糖、脂

3、、价结合，对蛋白质的功能起重要作用；通常为糖、脂、核酸、磷酸、色素和金属离子等。核酸、磷酸、色素和金属离子等。蛋白质的分类蛋白质的分类根据分子形状和溶解度分类：根据分子形状和溶解度分类：纤维状蛋白：纤维状蛋白：球状蛋白：球状蛋白：膜蛋白：膜蛋白：细棒或纤维状，大都是结构蛋白，如胶原细棒或纤维状，大都是结构蛋白，如胶原蛋白，弹性蛋白等，不溶于水；有些是可蛋白，弹性蛋白等，不溶于水；有些是可溶性的，如肌球蛋白和血纤蛋白原溶性的，如肌球蛋白和血纤蛋白原外形近似球体，多溶于水，大都具有活性，外形近似球体，多溶于水，大都具有活性，如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等为与膜内的

4、非极性相相互作用，疏水氨基酸侧为与膜内的非极性相相互作用，疏水氨基酸侧链伸向外部。不溶于水，能溶于去污剂溶液链伸向外部。不溶于水，能溶于去污剂溶液单体蛋白质：单体蛋白质：寡聚蛋白质：寡聚蛋白质：仅由一条多肽链构成仅由一条多肽链构成如如溶菌酶溶菌酶和和肌红蛋白肌红蛋白由两条或多条多肽链构成由两条或多条多肽链构成如如血红蛋白血红蛋白和和己糖激酶己糖激酶其中每条多肽链称其中每条多肽链称亚基亚基二、蛋白质的水解二、蛋白质的水解 酸水解酸水解：6mol/L HCL,4mol/L H2SO4,煮沸煮沸20h左右左右可使蛋白质完全水解可使蛋白质完全水解优点优点：不引起消旋作用：不引起消旋作用缺点缺点：色氨酸

5、完全被破坏色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸一小部分被分解，羟基氨基酸一小部分被分解，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来碱水解碱水解：5mol/L NaOH共煮共煮10-20h 可使蛋白质完全水解可使蛋白质完全水解 优点优点：色氨酸不被破坏色氨酸不被破坏 缺点缺点：多数氨基酸被破坏，并产生消旋现象：多数氨基酸被破坏，并产生消旋现象 精氨酸脱氨精氨酸脱氨酶水解酶水解：优点优点：不产生消旋作用，不破坏氨基酸：不产生消旋作用，不破坏氨基酸 缺点缺点：一种酶往往水解不彻底：一种酶往往水解不彻底 从蛋白质水解产物中分离出来的氨基酸只有从蛋白质水解产物中分离出来的氨基酸只有

6、20种种。-氨基酸氨基酸（除脯氨酸）除脯氨酸）:-碳原子上有一个氨基碳原子上有一个氨基 三、三、-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构3+R在稳定蛋白质构象和决定蛋白质功能中起重要作用。在稳定蛋白质构象和决定蛋白质功能中起重要作用。四、氨基酸的分类四、氨基酸的分类根据根据氨基酸侧链结构氨基酸侧链结构，分为三类：，分为三类：n脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸n杂环族氨基酸杂环族氨基酸n芳香族氨基酸芳香族氨基酸脂肪族：脂肪族：（1515种）种）中性氨基酸中性氨基酸：甘（：甘（Gly）、丙（）、丙（Ala）、）、缬（缬（Val）、亮（）、亮（Leu）、异亮（）、异亮（Ile）含羟基或硫的氨基酸含羟基或硫的氨基酸

7、：丝（：丝（Ser）、）、苏（苏（Thr）、）、半胱（半胱（Cys）、）、甲硫（甲硫（Met）酸性氨基酸及其酰胺酸性氨基酸及其酰胺：天冬氨酸：天冬氨酸(Asp)、谷氨酸谷氨酸(Glu)、天冬酰胺天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺谷氨酰胺(Gln)碱性氨基酸碱性氨基酸：赖：赖(Lys)、精精(Arg)杂环族杂环族：组：组(His)、脯、脯(Pro)芳香族芳香族：苯丙：苯丙(Phe)、酪酪(Tyr)、色色(Trp)1 1 脂肪族氨基酸（脂肪族氨基酸（1515种）种）（1 1）侧链是烃链）侧链是烃链-中性中性后三种后三种人体不能合成，是人体不能合成，是必需氨基酸必需氨基酸Gly是是唯一不唯一不含手性碳原子

8、含手性碳原子的氨基酸的氨基酸（2 2）侧链含有羟基）侧链含有羟基 许多许多蛋白酶的活性中心蛋白酶的活性中心含有含有Ser，它还在它还在蛋白质蛋白质与糖类及磷酸的结合与糖类及磷酸的结合中起重要作用。中起重要作用。（3 3）侧链含硫原子）侧链含硫原子胱氨酸胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸n两个两个Cys可通过可通过二硫键二硫键结合成一个结合成一个胱氨酸胱氨酸。二硫键对。二硫键对维持蛋白质的高级结构有重要意义。维持蛋白质的高级结构有重要意义。n半胱氨酸半胱氨酸也经常出现在也经常出现在蛋白质的活性中心里蛋白质的活性中心里。Met的硫原子有时参与形成的硫原子有时参与形成配位键配位键。Met可作为通用可作为通用甲基

9、供体甲基供体，参与甲基化反应。，参与甲基化反应。（4 4）酸性氨基酸及其酰胺）酸性氨基酸及其酰胺不带电荷不带电荷，但，但极性很强极性很强，经，经常出现在常出现在蛋白质表面蛋白质表面在蛋白质中带在蛋白质中带负电荷负电荷，经常，经常出现在出现在蛋白质表面蛋白质表面（5 5）碱性氨基酸）碱性氨基酸胍基胍基碱碱性性最最强强的的氨氨基基酸酸2.2 2.2 杂环氨基酸（杂环氨基酸（2 2种种）咪唑环咪唑环亚氨基酸亚氨基酸HisHis是是碱性碱性氨基酸，碱性较弱，氨基酸，碱性较弱，是否带电与环境有关。是否带电与环境有关。2.3 2.3 芳香族氨基酸（芳香族氨基酸（3 3种）种）吲哚基吲哚基都有都有紫外吸收紫

10、外吸收，可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质含量，可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质含量氨基酸可按氨基酸可按侧链极性侧链极性分类：分类：n非极性氨基酸非极性氨基酸：Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Phe,Trp,Met 共八种共八种n极性不带电荷极性不带电荷：Gly,Ser,Thr,Cys,Tyr,Asn,Gln共七种共七种n带正电荷带正电荷：Lys,Arg,Hisn带负电荷带负电荷：Asp,Glu从从营养学角度营养学角度分类：分类：n必需氨基酸必需氨基酸（Essential amino acids）(10种种)：人不能合成或合成很少。人不能合成或合成很少。Lys,Phe,Met

11、,Leu,Ile,Val,Thr,Trp,His,Argn非必需氨基酸非必需氨基酸（Nonessential amino acids）(10种种):人自己可以合成，不需要有食物供给。人自己可以合成，不需要有食物供给。Brnsted-Lowry酸碱质子理论，即广义酸碱理论：酸碱质子理论，即广义酸碱理论：HA A-+H+酸酸碱碱质子质子酸是质子供体，碱是质子受体。酸是质子供体，碱是质子受体。五、氨基酸的酸碱性质五、氨基酸的酸碱性质 氨基酸既能放出质子，也能接受质子，具有氨基酸既能放出质子，也能接受质子，具有酸碱性质酸碱性质，是一类，是一类两性电解质两性电解质。氨基酸可作为酸（质子供体）：氨基酸可作

12、为酸（质子供体）：氨基酸可作为碱（质子受体）：氨基酸可作为碱（质子受体）：不同不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在：时氨基酸以不同的离子化形式存在：正离子（正离子（PHpI）pH=pI时，主要以时，主要以兼性离子兼性离子形式存在。形式存在。pHpI时，主要以时，主要以负离子负离子形式存在形式存在,在电场中向在电场中向正极正极移动。移动。等电点（等电点（pI，isoelectric point）:氨基酸所带的氨基酸所带的净电荷为零净电荷为零时的时的pH 值值P22正离子正离子兼性离子兼性离子兼性离子兼性离子负离子负离子等电点的计算等电点的计算中性氨基酸中性氨基酸：以：以Gly为例为例 侧链不解

13、离的中性氨基酸侧链不解离的中性氨基酸pI：pI=（pK1+pK2）/2pI=(pK1+pK2)/2 单氨基单羧基单氨基单羧基:两阶段曲线两阶段曲线甘氨酸甘氨酸两氨基或两羧基两氨基或两羧基:三阶段曲线三阶段曲线带负电荷带负电荷:天冬氨酸天冬氨酸;谷氨酸谷氨酸带正电荷带正电荷:赖氨酸赖氨酸;精氨酸精氨酸;组氨酸组氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸，以，以AspAsp为例：为例：pI=(pK1+pKR)/2谷氨酸谷氨酸碱性氨基酸碱性氨基酸，以，以Lys为例：为例：pI=(pKR+pK2)/2组氨酸组氨酸1.-氨基参加的反应氨基参加的反应 六、氨基酸的化学反应六、氨基酸的化学反应(1)与与HNO2的反应的反应(

14、2)酰基化反应酰基化反应苄氧酰氯（苄氧酰氯（Cbz-ClCbz-Cl）:对甲苯磺酰氯对甲苯磺酰氯(Tos-Cl):叔丁氧酰氯叔丁氧酰氯(Boc-ClBoc-Cl):):Cbz-Cl（苄氧酰氯）（苄氧酰氯）Cbz-氨基酸氨基酸（苄氧酰氨基酸）（苄氧酰氨基酸）氨基酸与氨基酸与丹磺酰氯丹磺酰氯（DNS-Cl）的反应的反应 强荧光强荧光常用于鉴定蛋白质的常用于鉴定蛋白质的N-末端氨基酸残基末端氨基酸残基（3）烃基化反应）烃基化反应 （R烃基）烃基）与与2 2、4 4一二硝基氟苯一二硝基氟苯的反应的反应 2，4一二硝基氟苯一二硝基氟苯DNFBDNP-氨基酸氨基酸（黄色）（黄色）被被Sanger用来鉴定蛋

15、白质的用来鉴定蛋白质的N-末端氨基酸残基末端氨基酸残基 与苯异硫氰酸酯（与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应）的反应 PITCPTC-氨基酸氨基酸PTH-氨基酸氨基酸被被Edman用于鉴定蛋白质的用于鉴定蛋白质的N-末端氨基酸残基末端氨基酸残基2.-羧基参加的反应羧基参加的反应（1）成盐和成酯反应）成盐和成酯反应（2）成酰氯反应）成酰氯反应 使使aa的羧基活化，常用于肽的人工合成的羧基活化，常用于肽的人工合成（3）叠氮反应）叠氮反应 使使aa的羧基活化，常用于肽的人工合成的羧基活化，常用于肽的人工合成肼肼3.-氨基和氨基和-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应 （1）茚三酮反应）茚三酮反应紫色紫色

16、复合物的复合物的两个共振形式两个共振形式茚三酮茚三酮还原茚三酮还原茚三酮（2）成肽反应）成肽反应 肽健肽健肽键肽键:一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩水形成的共价键一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩水形成的共价键七、氨基酸的旋光性和光谱性质七、氨基酸的旋光性和光谱性质1.旋光性和立体化学旋光性和立体化学组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸除除Gly外外都有都有手性碳原子手性碳原子，有，有两种构型称为两种构型称为D-型和型和L-型。型。除除Gly外，外，蛋白质中的氨基酸都是蛋白质中的氨基酸都是L-型型。以丙氨酸为例：以丙氨酸为例：-氨基氨基位于位于C左边左边的为的为L-型，右边的型，右边

17、的为为D-型型.如含如含2 2个手性碳原子，则有种立体异构体，分个手性碳原子，则有种立体异构体，分别称为别称为-,-,-，别，别-和和别别-氨基酸氨基酸。L-苏氨酸苏氨酸(L-threonine)D-苏氨酸苏氨酸(D-threonine)L-别别-苏氨酸苏氨酸(L-allo-threonine)D-别别-苏氨酸苏氨酸(D-allo-threonine)n组成蛋白质的氨基酸除组成蛋白质的氨基酸除Gly外，都有手性外，都有手性碳原子，碳原子，所以都有所以都有旋光性旋光性。消旋消旋外消旋外消旋内消旋内消旋2.光谱性质光谱性质n近紫外区（近紫外区（200-400nm）有光吸收）有光吸收 280nmnTrp、Tyr和和 Phe对紫外光有一定的吸收对紫外光有一定的吸收n这是因为分子中含有这是因为分子中含有苯环苯环，是苯环的共轭，是苯环的共轭双键造成的，双键造成的，色色280酪酪275苯丙苯丙257分光光度法分光光度法名词解释名词解释n等电点（等电点（pI，isoelectric point）作业题nP29:4