2017全国生物奥赛辅导课件氨基酸

第四节 蛋白质,一、蛋白质的一般特性,细胞干重的50% 生物膜约占60-70%,（一）蛋白质的含量,分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,（二）蛋白质的生物学功能,1.结构成分,机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等,纤维蛋白: 胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝心蛋白等。,一、蛋白质的一般特性,2.调控功能,参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等 参与代谢调控：如激素或生长因子等,（二）蛋白质的生物学功能,一、蛋白质的一般特性,（二）蛋白质的生物学功能,3.酶的催化功能,一、蛋白质的一般特性,（二）蛋白质的生物学功能,4.防御和进攻功能,抗原抗体反应 凝血机制,一、蛋白质的一般特性,肌肉的收缩：肌动蛋白、肌球蛋白等 鞭毛、纤毛摆动：微管蛋白 胞内细胞器运动：动力蛋白、驱动蛋白等,5.运动功能,（二）蛋白质的生物学功能,一、蛋白质的一般特性,血红蛋白 运输氧 铜蓝蛋白 运输铜,6.转运功能,（二）蛋白质的生物学功能,一、蛋白质的一般特性,信号传导中的受体、信息分子等,7.信息传递,（二）蛋白质的生物学功能,8.细胞识别,9.氧化供能,一、蛋白质的一般特性,（四）蛋白质的元素组成,60006000000或更大,（三）蛋白质的相对分子质量,有些蛋白质还含有少量的P、Fe、Zn、Cu、Mn、Mo、I等。,C 50 55 % H 6 8 % O 20 23 % N 15 18 % S 0 4 %,主要元素组成,一、蛋白质的一般特性,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：,每克样品中蛋白质的含量 (g) = 每克样品含氮克数6.25,1/16%, 蛋白质元素组成特点：,凯氏定氮法：,（四）蛋白质的元素组成,一、蛋白质的一般特性,1克氮相当于6.25克蛋白质，为测定样品中蛋白质含量的依据,二、氨基酸,（一）氨基酸的结构和类型,1.结构及旋光性,-氨基酸有两种构型: D构型和L构型 它们是与甘油醛相比较而决定的。凡是与L甘油醛构型相同的，就定义为L氨基酸，反之为D氨基酸。,二、氨基酸,（一）氨基酸的结构和类型,1.结构及旋光性,1.基本氨基酸中，除脯氨酸外其余均属于L-氨基酸。 2.除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。左旋（-）或右旋（+）,Pro 亚氨基酸,Gly 没有手性,二、氨基酸,（一）氨基酸的结构和类型,1.结构及旋光性,二、氨基酸,（一）氨基酸的结构和类型,2.分类,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的基本氨基酸仅有20种。,非极性R基氨基酸（疏水性） 不带电荷的极性R基氨基酸 带正电荷的R基氨基酸（碱性） 带负电荷的R基氨基酸（酸性）,分类依据 ：R基团的结构不同,分类依据 ：R基团的极性不同,脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环族氨基酸,甘氨酸 glycine Gly G 5.97,丙氨酸 alanine Ala A 6.00,缬氨酸 valine Val V 5.96,亮氨酸 leucine Leu L 5.98,异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02,苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48,脯氨酸 proline Pro P 6.30,非极性疏水性氨基酸,目 录,色氨酸 tryptophan Try W 5.89,丝氨酸 serine Ser S 5.68,酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66,半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07,蛋氨酸 methionine Met M 5.74,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸 threonine Thr T 5.60,2. 极性中性氨基酸,目 录,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,赖氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine Arg R 10.76,组氨酸 histidine His H 7.59,3. 酸性氨基酸,4. 碱性氨基酸,目 录,1.必需氨基酸 ：人和动物体内需要而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸。,2.半必需氨基酸 ：尽管自身可以合成，但合成量不能满足需要，尤其是婴幼儿，不能自身合成的氨基酸。,3.非必需氨基酸 ：其他可已在体内合成以满足需要的氨基酸。,二、氨基酸,（一）氨基酸的结构和类型,2.分类,分类依据 ：按营养状况分,甲硫氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)、 缬氨酸(Val)、赖氨酸(Lys) 、苯丙氨酸(Phe)、 异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu),甲缬赖异苯亮色苏,组氨酸（His），精氨酸（Arg）,二、氨基酸,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,1.酸碱性质,中性分子形式,两性离子形式,氨基酸分子在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，而且是以两性离子的形式存在。 在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子，为两性电解质。很少会以不解离的中性分子形式存在。,二、氨基酸,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,1.酸碱性质,由于氨基酸同时有氨基和羧基，在水溶液中它既是酸，能提供质子，又是碱，能接受质子，因此氨基酸是两性电解质。,作为酸：,+H+,作为碱：,+H+,质子供体,质子供体,质子受体,质子受体,pH=pI,pHpI,pHpI,兼性离子,阳离子,阴离子,等电点（pI）： 在某一特定pH的溶液中，氨基酸分子上的-NH3+基和-COO-基的解离程度完全相等，以两性离子形式存在，即氨基酸所带净电荷为零（即正负电荷数相等），在电场中既不向阳极也不向阴极移动，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,二、氨基酸,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,2.等电点（pI）,等电点时氨基酸的特点： 1.净电荷数等于零，在电场中不移动； 2.此时氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。 3.由于羧基解离度大于氨基的解离度，所以含一个氨基和一个羧基的中性氨基酸的等电点都在pH6.0左右。碱性氨基酸（二氨基一羧基）的等电点较大，酸性氨基酸（一氨基二羧基）的等电点较小。,等电点的测定：,二、氨基酸,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,2.等电点（pI）,1.用酸碱滴定方法测定； 2.按氨基酸分子上可解离基团的pK值计算 pK值：解离常数(K)的负对数，数值等于该解离基团有一半被解离时的pH值。 pK的编号通常以酸性最强的基团的解离开始。 等电点相当于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK值之和的一半。,中性氨基酸的等电点,酸性氨基酸的等电点,碱性氨基酸的等电点,中性氨基酸：pK1为-羧基的解离常数，pK2为-氨基的解离常数。 pI=（pK1+pK2）/2 酸性氨基酸：pK1为-羧基的解离常数，pK2为侧链羧基的解离常数。 pI=（pK1+pK2）/2 碱性氨基酸： pK2为-氨基的解离常数，pK3为侧链氨基的解离常数。 pI=（pK2+pK3）/2,等电点的计算,1.混合氨基酸的分离或制备；,2.判断在某一pH值下氨基酸的带电性。,氨基酸等电点特征的应用,二、氨基酸,（二）氨基酸的酸碱性质和等电点,2.等电点（pI）,pH pI，带净负电荷，向阳极移动。 pH = pI，不带电荷，不移动。,紫外吸收光谱： 在远紫外光区有光吸收，在近紫外光区有色氨酸最大吸收波长为279nm，酪氨酸最大吸收波长278nm，苯丙氨酸最大吸收波长为259nm。,氨基酸的理化性质,重要的化学反应： a-氨基能与茚三酮反应产生蓝紫色沉淀（脯氨酸和羟脯氨酸则产生黄色沉淀）； a-氨基可与亚硝酸反应产生氮气，计算出氨基酸的量； 一些氨基酸的R基团能与特殊的试剂发生呈色反应。,氨基酸的理化性质,是分离鉴定蛋白质的氨基酸组成的重要方法。 纸纤维上的 OH 基具有亲水性，所以能吸附一层水作为固定相，而通常把有机溶剂作为流动相。流动相流经支持物时与固定相间连续抽提，使物质在两相间不断地分配而得到分离。,二、氨基酸,（二）氨基酸的分离和分析鉴定,1.根据氨基酸溶解度不同为原理,（1）纸层析法,1、层析滤纸准备：取层析滤纸一张。在纸的一端距边缘23 cm处用铅笔划一条直线。 2、点样：用毛细管将氨基酸样品点在此直线位置上。 3、扩展 ：将点有样品的滤纸直立于培养皿中（点样的一端在下，扩展剂的液面需低于点样线1 cm），待溶剂上升约15 cm时即取出滤纸，自然干燥或用吹风机热风吹干。 4、显色：用喷雾器均匀喷上0.1茚三酮正丁醇溶液，用热风吹干即可显出各层析斑点，加以鉴定。,具体操作：,纸色谱小实验动画演示,18,37,用专门的涂布器把浆状的支持剂（纤维素、硅胶、氧化铝、聚酰胺等）均匀地涂在薄层板（玻璃板、金属板或弹性塑料板）上，干燥（110活化）后即可使用。,（2）薄层层析法,展开方式,(1)近水平展开：将点样后的薄层板下端浸入展开剂0.5cm，薄层上端垫高使薄层与水平成5-10的角。 (2)上行展开：将点样后的薄层放在盛有展开剂的直立型的展开槽中，展开剂由薄层下端借毛细管作用上升至前沿。 (3)下行展开 (4)双向展开,层析缸,二、氨基酸,（二）氨基酸的分离和分析鉴定,2.根据氨基酸等电点不同为原理,指用离子交换剂（具有离子交换性能的物质）作固定相，利用它与流动相中的离子能进行可逆的交换性质来分离离子型化合物的层析方法。 是以离子间相互作用为基础的氨基酸分离方法。其基本原理是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行的分离。可以实现对氨基酸分组或实现单一的成分分离。,（1）离子交换柱层析法,基质：具有网状结构的高分子聚合物。稳定，不溶于水，不溶于酸、碱和一般有机溶剂。如：聚苯乙烯、纤维素、葡聚糖、琼脂糖。 电荷基团（活性基团）：与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的活性基团。 平衡离子（反离子）：是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。,离子交换剂（固定相）,二、氨基酸,（二）氨基酸的分离和分析鉴定,2.根据氨基酸等电点不同为原理,（1）离子交换柱层析法,阳离子交换剂 平衡离子：阳离子 与正电荷混合物发生交换,阴离子交换剂 平衡离子：阴离子 与负电荷混合物发生交换,基质,平衡离子,电荷基团,离子交换剂（固定相）,调节相应氨基酸溶液的pH值，使相应氨基酸呈阳离子或阴离子。 选用阳离子交换树脂或阴离子交换树脂进行离子交换层析而分离得到相应的氨基酸。 如：pH值为3时，交换能力大小： 碱性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸,二、氨基酸,（二）氨基酸的分离和分析鉴定,2.根据氨基酸等电点不同为原理,（1）离子交换柱层析法,平衡离子带正电 样品中可能