生物化学第三章氨基酸.ppt

第三章 氨基酸,Amino acid,第三章 氨基酸,一.氨基酸蛋白质的构件分子 二.氨基酸的分类 三.氨基酸的酸碱化学 四.氨基酸的化学反应 五.氨基酸的光学活性和光谱性质 六.氨基酸的分析分离,一. 氨基酸蛋白质的构件分子,蛋白质的水解蛋白质的水解作用提供了关于蛋白质组成和结构的极有价值的资料,根据水解程度,可分为完全水解和部分水解 酸水解常用H2SO4或HCl进行水解，一般用6mol/LHCl或4mol/L H2SO4；回流煮沸20小时可使蛋白质完全水解。Trp被破坏，AsnGln酰氨基脱落，羟基AA小部分被破坏。 碱水解一般与5mol/LNaOH共煮10-20小时可使蛋白质完全水解。多数氨基酸被破坏并消旋，碱性条件下Trp是稳定的 酶水解不破坏氨基酸，也不消旋，缺点：一种酶往往水解不彻底，需要几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解，且作用时间长，一般用于蛋白质的部分水解。,20种氨基酸除脯氨酸外，其他均具如下结构通式。,氨基酸在中性PH时，羧基以-COO-， 氨基以-NH3+形式存在。氨基酸既含有一个负电荷又含有一个正电荷，称为兼性离子（偶极离子）。20种氨基酸除R基为H外，其-碳原子是一个手性碳，都具有旋光性。,-氨基酸,可变部分,不变部分,-氨基酸的一般结构,地球上天然形成的氨基酸有180种以上,但是 构成蛋白质的氨基酸只有20种,且都是-氨基酸（可能还存在更多的）。 什么是-氨基酸呢？ 答案： -C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸 -C-C-C (NH2)- C - COOH -氨基酸 -C-C (NH2)- C - C - COOH -氨基酸,二. 氨基酸的分类,生物体中发现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质组成的常见氨基酸只有20种，不参与蛋白质组成的称为非蛋白质氨基酸，参与蛋白质组成的称为蛋白质氨基酸。 各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。20种基本氨基酸： 按R的极性可分为非极性R基氨基酸、不带电荷的极性R基氨基酸、带负电荷的R基（酸性）氨基酸和带正电荷的R基（碱性）氨基酸四类。 按R的化学结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸三类。脂肪族氨基酸最多。,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,脂肪族氨基酸,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline,亚氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine,含硫氨基酸,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine,含硫氨基酸,氨基酸的结构,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine,氨基酸的结构,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine,氨基酸的结构,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Tryptophan,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine 组氨酸 Histidine,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartic acid,酸性氨基酸,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartic acid 谷氨酸 Glutamic acid,酸性氨基酸,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine,含羟基氨基酸,氨基酸的结构,丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine,含羟基氨基酸,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine,含酰胺氨基酸,氨基酸的结构,天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine,含酰胺氨基酸,20种氨基酸的单（三）字符号,G Glycine Gly 甘氨酸 P Proline Pro 脯氨酸 A Alanine Ala 丙氨酸 V Valine Val 缬氨酸 L Leucine Leu 亮氨酸 I Isoleucine Ile 异亮氨酸 M Methionine Met 蛋氨酸 C Cysteine Cys 半胱氨酸 Y Tyrosine Tyr 酪氨酸 W Tryptophan Trp 色氨酸 H Histidine His 组氨酸 T Threonine Thr 苏氨酸 K Lysine Lys 赖氨酸 R Arginine Arg 精氨酸 S Serine Ser 丝氨酸 F Phenylalanine Phe 苯丙氨酸 N Asparagine Asn 天冬酰胺 Q Glutamine Gln 谷氨酰胺 D Aspartic Acid Asp 天冬氨酸 E Glutamic Acid Glu 谷氨酸,几种重要的不常见氨基酸,在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。 其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。,非蛋白质氨基酸,除了参与蛋白质组成的2030种氨基酸外，还在各种组织和细胞中找到150多种其他氨基酸。这些氨基酸大多数是蛋白质中存在的L型氨基酸的衍生物。 如： -丙氨酸 -氨基丁酸 高半胱氨酸 高丝氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸等。,三. 氨基酸的酸碱化学,氨基酸的离解性质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,四. 氨基酸的化学反应,1-氨基参与的反应,（2）与亚硝酸反应,用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。,四. 氨基酸的化学反应,1-氨基参与的反应,（3）酰化反应,用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。,A、与2，4二硝基氟苯（DNFB）反应,AA的氨基的一个氢原子可被烃基（环烃及其衍生物）取代 。在弱碱性溶液中，发生亲核芳环取代反应，而生成二硝基苯基AA（DNPAA） （最早Sanger用来鉴定多肽或蛋白质的氨基端的AA ）,（4）烃基化反应,1-氨基参与的反应,用途：用于肽链的氨基端测定等。,四. 氨基酸的化学反应,B、与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应,生成的PTCAA和PTHAA均无色，可用层析法分离 EDMAN用于鉴定多肽或蛋白质的N末端AA 在多肽和蛋白质的AA顺序分析方面占有重要地位,（4）烃基化反应,用途：用于肽链的氨基端测定等。,1-氨基参与的反应,四. 氨基酸的化学反应,四. 氨基酸的化学反应,1-氨基参与的反应,（5）生成西佛碱的反应,用途：是多种酶促反应的中间过程。,四. 氨基酸的化学反应,1-氨基参与的反应,（6）脱氨基和转氨基反应,用途：酶催化的反应。,四. 氨基酸的化学反应,氨基酸与碱作用生成相应的盐，如与NaOH反应得氨基酸钠盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。,2 -羧基参与的反应,（1）成盐反应,用途：,四. 氨基酸的化学反应,催化剂可用干燥氯化氢气体或二氯亚砜,1-氨基参与的反应,（2）形成酯的反应,用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。,2 -羧基参与的反应,四. 氨基酸的化学反应,1,（3）形成酰卤的反应,用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。,2 -羧基参与的反应,四. 氨基酸的化学反应,（4）叠氮化反应,用途：常作为多肽合成活性中间体（羧基活化）。,2 -羧基参与的反应,四. 氨基酸的化学反应,（5）脱羧反应,用途：酶催化的反应（脱羧基反应）。,2 -羧基参与的反应,四. 氨基酸的化学反应,1,(1)与茚三酮反应,用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。,3-氨基和羧基共同参与的反应,茚三酮,水合茚三酮,四. 氨基酸的化学反应,1,（2）成肽反应,用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。,3-氨基和羧基共同参与的反应,4侧链R基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：这些反应可用于巯基的保护。,四. 氨基酸的化学反应,4侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。,四. 氨基酸的化学反应,4侧链基团R的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或 断裂。（过甲酸HCOOOH，巯基化合物如R-SH、DTT等）,胱氨酸,四. 氨基酸的化学反应,4侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。（1分子半胱氨酸生成1分子硫硝基苯甲酸）,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB),四. 氨基酸的化学反应,4侧链基团的化学性质,（2）羟基的性质,作用：可用于修饰蛋白质。,二异丙基氟磷酸酯 DFP,四. 氨基酸的化学反应,4侧链基团的化学性质,（3）咪唑基、苯酚基的性质,组氨酸含有咪唑基，它的pK2值为6.0，在生理条件下具有缓冲作用。 酪氨酸中的苯酚基可以与重氮化合物（例如：对氨基苯磺酸的重氮盐）结合生成橘黄色的化合物。 组氨酸的咪唑基与重氮苯磺酸也能形成相似的化合物，但颜色稍有差异，呈棕红色。,作用：在序列测定和蛋白质化学修饰中使用。,四. 氨基酸的化学反应,五.氨基酸的光学活性和光谱性质,氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-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数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据,氨基酸的光吸收,构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。 在近紫外区(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=2.0x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103; (含苯环氨基酸大键吸收紫外光，故蛋白质也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量),六. 氨基酸的分析分离,分配柱层析：层析柱中的填充物是一些具有亲水性的不溶性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。 滤纸层析：滤纸纤维素 薄层层析：支持剂涂布在玻璃板上 离子交换层析：阴离子交换树脂-N(CH3)3OH，阳离子交换树脂-SO3H 电泳：在电场中带负电荷蛋白质向正极移动；带正电荷蛋白质向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。,（一）分配层析的一般原理,层析法色层分析法（吸附层析法） 系统的组成 固定相（静相） 流动相（动相） 分配系数描述混合物的在这两相中的分配情况 分配定律当一种溶质在两种一定的互不相溶的溶剂中分配时，在一定的温度下达到平衡后，溶质在两相中的浓度比值为一常数。即分配系数（kd）。 CA 在A相（动相）中的浓度 Kd CB 在B相（静相）中的浓度 物质分配 液液 固液 气液,有效分配系数 某一物质在A相中的总量 Keff= 某一物质在B相中的总量 对液液层析系统： CAVA Keff=-=Rd Rv CBVB VAA相的体积 VBB相的体积 RVA、B两相的体积比 所以，Keff是RV的函数，溶质的有效分配系数可以调节两相的体积比而加以改变。 分离的先决条件：各种AA成分的分配系数有差异，差异越大，越容易分开。 原理：逆流分配,分配系数大的物质(kd=3)沿一毓分溶管的“移动”速度，要比分配系数小的物质Y(kd=1)快，每一种物质在一毓分溶管中是相当集中的，分溶曲线呈峰形，只要用足够数目的分溶管，就可使两个峰彼此分开。,（二）分配柱层析,填充剂（支持剂）：具有亲水性的不溶物质 e.g.纤维素、淀粉、硅胶 固定相：支持剂附着一层不会流动的结合水 流动相：沿固定相流过的与它不互溶的溶剂 e.g.酚、正丁醇 原理： 填充剂（分溶管） 洗脱剂（流动相） AA混合样品在两相之间分配 分配系数不同，各成分移动速度不同 分步收集 茚三酮显色定量,（三）滤纸层析-分离、鉴定AA混合物的方法,分配层析 固定相：纤维素上吸附的水 流动相：展层溶剂 层析时，混合AA在两相中不断分配，使它们分布在滤纸的不同位置上。 双向滤纸层析：P151,（四）薄层层析,优点：分辨率高，所需样品量微，层析速度快，可使用的支持剂种类多（纤维素、淀粉、硅胶、M2O3），应用广泛。 步骤：把支持剂涂布在玻璃板上使成一个均匀的薄层，把药分析的样品滴加在薄层的一端，然后用合适的溶剂在密闭的容器中进行展层，使样品中各个成分分离开来，最后进行鉴定和定量测定。P152,（五）离子交换层析-是一种用离子交换树脂做支持剂的层析法,注意： AA与树脂结合牢固程度 （AA与树脂间的亲和力） 1 、静电吸引 2 、AA侧链与苯乙烯间的疏水相互作用 PH=3 时，AA与阳离子交换树脂之间静电引力的大小： 碱性AA（R2+）中性AA（R+）酸性AA 洗脱顺序：酸性AA，中性AA，碱性AA,氨基酸的应用,1，医药工业 氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。,治疗药剂,1，精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果； 2，天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；