生物化学04氨基酸与肽

氨基酸结构与分类 氨基酸的酸碱特性 氨基酸特征反应 肽 -蛋白质一级结构胶原蛋白 的强度分别由三股相同肽链的紧密螺旋结构所提供，肽链之间的绞合则是通过各股中每隔 3个残基的Gly连接形成的 End-on view of the triple-stranded collagen superhelix氨基酸与肽15-1The light produced by fireflies is the result of a reaction involving the protein luciferin and ATP, catalyzed by the enzyme luciferase. 蛋白质功能的多样性Erythrocytes contain large amounts of the oxygen-transporting protein hemoglobin.The chemical properties of black rhinoceros horn are no different from those of bovine hooves or human fingernails, which are mainly protein keratin. 219 differentR-groups:- Structure- Size- Polarity- Ionization- Hydropathygeneral structure2 marking-methods5-2g- 含有氨基与羧基 - -AA (Pro例外 )- 20种 有遗传密码 - 常见 /标准 AA- 可依据侧链 (R-)结构分类pKa 1.82.5pKa 8.710.71. 氨基酸 结构与分类(Amino Acid, AA)35-3 AA大多具有两种异构体(except for Gly, Ile & Thr)Where R H, the C is a chiral center(optical activity & configuration)(cf. 甘油醛 -OHin Fig. 2-6)- 蛋白质中的 AA均为 L-构型(大多右旋，少数左旋 )mainly in germs& antibiotics(cf. Fig. 2-5)4t5-120种标准氨基酸可以按其 侧链 分类 (cf. Tab. 2-1)EAA5Ala, Val, Leu, Ile非 极性侧链，不带电荷，疏水 性，多在蛋白质内部Gly非 极性， R=H， 适应多种构象，多见于肽链转折处Met侧链 含有非极性的甲硫醚P3-9 非极性脂肪族 AA (cf. Fig. 2-1)甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸亮氨酸 蛋氨酸 异亮氨酸亦为 C*，故有别构异构体之分侧链的高度疏水性互作对建立及维持蛋白质 3D结构非常重要6Phe疏水 侧链Tyr-OH可以形成 H键，是 某些酶的功能基团，磷 酰基可转移到 -OH上Trp吲哚 N可作为 H键 供体Trp & Tyr 能 吸收 UV (TrpTyr, Phe to a lesser extent)，是为大多数蛋白质在 280 nm具有很强光吸收的主要原因P3-10 芳香族 AA苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸75-6Tyr和 Trp的紫外吸收(Phe的最大吸收在 260 nm)pH 6.0浓度 10-3 M(cf. Fig. 2-7)8Ser, Thr (C*)极性 -OH 可 与水形成 H键，磷 酰基和糖链亦可转移到-OH上Cys极性 来自其 -SH，其 氧化可形成 S-S连接的胱氨酸二聚体二硫键 /桥 在确定蛋白质结构中具有重要作用P3-11半胱氨酸苏氨酸丝氨酸 极性不带电荷 AA (1)glycosidic bond(cf. Fig. 2-2)9二硫键 的可逆形成与裂解胰岛素多肽链链内及链间的二硫键交连P3-12insulinA链： 猪、狗、兔和抹香鲸的均与人的相同B链： 牛、猪、狗、羊和马的均相同胱氨酸(meso-)10Pro (a pyrrole)环绕 2胺和 C连键 的旋转受到一定限制，使肽链中含有 Pro区段的结构柔曲性受到相应的影响多见于肽链转折处Asn, Gln分别为 Asp和 Glu的 酰胺酰胺 的 -NH2可 作为 H键 供体 ，-C=O则可 作为 H键 受体多 在蛋白分子表面与水互作-CH2-CAsn or Gln: serves as H-acceptor ONserve as H-donor H H P3-13 极性不带电荷 AA (2)脯氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺(cf. Fig. 2-2)11Lys侧链 位 的第二个 1胺 在中性pH条件下带正电荷dgb Arg胍基 在中性 pH条件下带正电荷；具有很强的氢键供体作用His唯一的一个 侧链 pKa值 接近于中性pH的标准 AA多见 于酶的活性部位，其 咪唑环 可在质子化与去质子化之间转换，以催化反应键的形成和断裂P3-14 带正电荷 AA (碱性 )赖氨酸 组氨酸精氨酸H-donor groups of ArgCNH NHHNHHguanidino (cf. Fig. 2-3)12-CH2-CProtonatedform of Asp or Glu: can serve as H-acceptor OO-CH2-COOcan serve as H-donor H Ionizedform of Asp or Glu: can serve as H-acceptor Asp, Glu侧链的第二个羧基在中性 pH条件下可解离而带负电荷，具有 H键受体作用P3-15 带负电荷 AA (酸性 )天冬氨酸 谷氨酸(cf. Fig. 2-2)13CH+NH3 R COO CHNH2 R COO CH+NH3 R COOH+ H+ + H+ Amino acid dissolved in water exists as dipolar ion = zwitterion即可作为H+供体(酸 )也可作为H+受体 (碱) AA的两性解离 (cf. p20)质子(proton)AA兼性离子(MP300 )2. 氨基酸的酸碱特性(cf. Fig. 2-8)14Z-p9只有单氨基和单羧基的 简单 -AA在完全质子化时可视为 二元酸：可逐步给出 2H+- H+ - H+ Net charge: + 1 0 - 1diprotic acid不存在这样一种 pH，此时 COOH和 NH2都占优势pKa 1.82.5pKa 8.710.7(cf. Fig. 2-8)155-10 氨基酸滴定(二元酸型 )各阶段优势离子最大缓冲区等电点isoelectric point(充分离子化但不带净电荷 )pI = (pKn + pKn+1)+H3N-CH2-COOH+H3N-CH2-COO= 1H+ donorH+ acceptorH+ donorH+ acceptor+H3N-CH2-COOH2N-CH2-COO= 1A+ A0 A 加入碱的物质量 /mol (cf. Fig. 2-9) 16由二元酸型简单 AA滴定可得如下推论：- AA通常具有两个缓冲区 (三元酸型例外 )- AA的 (平均 )净电荷与溶液的 pH有关- 在生理 pH时 AA大多为兼性离子- 在 pI时因净电荷为零， AA溶解度最小而容易沉淀析出 (eg. pIGlu = 3.22)- 各 功能基团的 pKa在很大程度上受其所处化学环境的影响 (cf. next slide)175-11 化学环境对 pKa的影响(cf. p22)类似的互作亦广泛存在于临近分子的化学基团之间(例如酶的活性中心 ) 相斥 相吸羧基解离 H+后两基团相吸 而使兼性离子更加稳定H+继续降低时，电负性 O对 e的吸引将使质子化氨基更容易释出 H+185-12a (Ref.)A+ A0 A A2 pI = 3.22 谷氨酸滴定(三元酸型 )pI 等于兼性离子两侧的 pKa平均值(cf. Fig. 2-10)195-12b (Ref.)A+ A2+ A0 A 组氨酸滴定(三元酸型 )pI = 7.59pI 等于兼性离子两侧的 pKa平均值Hb中 His含量较高：本身即具有较大的缓冲能力(cf. Fig. 2-10)20- 茚三酮反应 Ninhydrin在弱酸溶液中与 AA共热可使所有带伯氨基的 AA氧化脱氨脱羧 并生成蓝紫色化合物 (Pro生成亮黄色 )- 2,4-二硝基氟苯反应 DNFB在弱碱性溶液中可与 AA发生亲核芳环取代反应，生成黄色二硝基苯基氨基酸 DNP-AA- 丹磺酰氯反应 DNS-Cl在弱碱性溶液中可使 AA酰基化生成强荧光性的丹磺酰衍生物 DNS-AA- 苯异硫氰酸酯反应 PITC在弱碱性条件下能与 AA反应生成无色的苯乙内酰硫脲衍生物PTH-AA均为-NH2烃基化(Sanger)(Edman)3. 氨基酸特征反应21 茚三酮反应(检测精度可达 0.550g)= -氨基与羧基共同参与的氧化脱氨和脱羧反应- Pro与之反应时不释出NH3而直接生成 亮黄色化合物pH 51004-10 (Garrett)(cf. Fig. 2-13) 22DNP-AADNFB/FDNBDNS-Cl DNS-AAPITC PTH-AAPTC-AA -NH2的烃基化反应 对酸水解稳定 (vs.肽键 )(cf. Fig. 2-27)23urea biuretZp122Cu2+ OH紫红 /蓝紫色化合物- 双缩脲由两分子尿素加热至 180 时缩合而成，在碱性溶液中能与 CuSO4反应生成 紫色络合物- 蛋白质中的肽键与之类似，也能经由该反应变为 红紫色- 双缩脲反应既可用于蛋白质的定性鉴定，也可经 540nm比色定量测定 (revising with Kjeldahl method) 双缩脲反应(含 2个及更多肽键的化合物 ) 蛋白质颜色反应蛋白质中的一些基团能与某些特定的试剂反应而生成有色物质，可用作定性及定量检测依据自学cyanuramide24 黄色反应(苯环可被硝化生成硝基苯衍生物 )- 含有芳香族 AA (esp. Tyr & Trp)的蛋白质在溶液中遇到硝酸时可产生白色沉淀，加热后变黄，再加碱则颜色加深为 橙黄色- 皮肤、毛发、指甲遇浓硝酸都会变黄 米伦反应(酚类化合物 )- 米伦试剂是硝酸汞、亚硝酸汞硝酸和亚硝酸的混合物- 蛋白质加入米伦试剂可产生白色沉淀，加热后 变红- Tyr及含该 AA的化合物都有此反应自学25 乙醛酸反应(含吲哚基的化合物 )在含 Trp的蛋白溶液中加入乙醛酸后再沿试管壁慢慢注入浓硫酸，两液层之间会出现 紫色环 坂口反应(含胍基的化合物 )Arg的胍基能与次氯酸钠 /次溴酸钠及 萘酚在NaOH溶液中产生 红色物质 ，可用于鉴定含Arg的蛋白质及定量测定 Arg 福林反应(Folin-酚法 )- Tyr的酚基能还原福林试剂中的磷钼酸及磷钨酸而生成 蓝色化合物- 为双缩脲反应的发展，灵敏度更高自学265-13g 肽 是经由 肽键 连接的氨基酸聚合链反应本质为脱水缩合( acylation of :NH2)peptide bondt1/2 usu. 7yr (higher G0)Unfavorable:OH being poor leaving group4. 肽 - 蛋白质一级结构as a nucleophile (cf. p27)27A peptide of 5 AA residues“N-terminus” “C-terminus”Ser-Gly-Tyr-Ala-LeuP4-8Whats the peptide without both free N- & C-terminus?(cf. Fig. 2-14)28Ionization of peptidesPeptides have only one free amino group and one free carboxyl group at either end of the chain.R-groups can ionize, and contributeto the acid-base behavior of thepeptide.But, interactions with other R-groupsand loss of the charges from the AAs-amino and -carboxyl groups canaffect R-group