生物化学 第3章 氨基酸.ppt

第3章氨基酸,氨基酸蛋白质的构件分子,（一）蛋白质的水解,氨基酸是蛋白质的基本组成单位,蛋白质的基本结构单位氨基酸,一、氨基酸的结构通式二、二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及三字符号三、氨基酸的性质四、氨基酸混合物的分析分离,一、氨基酸的一般结构,与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，所以称为-氨基酸（脯氨酸除外）。只有连在-碳原子上的R基团是可变的，即各种氨基酸的区别就在于R基的不同。除R为H(即Gly)外，其余氨基酸的-碳原子都为不对称碳原子（具有旋光性）。-碳原子上带有酸性的羧基和一个碱性的氨基，在一定条件下都可解离，是两性电离。,氨基酸结构通式,二、氨基酸的分类,蛋白质氨基酸：蛋白质中常见的20种氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质组成，在生物体内呈游离或结合态的氨基酸。,二、氨基酸的分类,根据侧链基团的结构将20中常见氨基酸分为3大类,中性氨基酸,异亮氨酸含有两个手性碳,丝氨酸（Ser,S）苏氨酸（Thr,T）,含有羟基的两个氨基酸，苏氨酸含有2个手性碳原子,含羟基氨基酸,半胱氨酸（Cys,C）甲硫氨酸（Met,M）,含硫氨基酸,体内代谢甲基的供体,酸性氨基酸及其酰胺,碱性氨基酸,芳香族氨基酸,His经常参与酶的活性中心的构成,它是唯一一个R基(咪唑基)的pKa值在7附近的AA.,杂环族氨基酸,吡咯环,咪唑基,根据R-基团的极性，将氨基酸分为两类：,人的必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThrArg、His,非极性氨基酸,极性不带电荷,按理说应是极性氨基酸,带正电荷的R基氨基酸,带负电荷的R基氨基酸,三、氨基酸的性质,两性解离和等电点重要化学反应光学性质,氨基酸的兼性离子形式,兼性离子：是指在同一个氨基酸分子上同时带有能解离出质子的-NH3+正离子和能接受质子的-COO-负离子，使同一氨基酸分子带有正、负两种电荷的离子形式。,氨基酸的解离,依照Bronsted-Lowry的酸碱质子理论，氨基酸在水中的两性离子既起酸（质子供体）的作用，又起碱（质子受体）的作用。,在适当的酸碱度时，氨基酸的氨基和羧基的解离度完全相等。此时，正离子=负离子，净电荷为零，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，成为两性离子。这时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点，以pI符号表示。,氨基酸的等电点求法：,1.先写出解离方程式；2.找出中性分子状态；3.中性状态分子两边的解离常数的平均值即为pI。,氨基酸的解离常数可用测定滴定曲线的实验方法求得,以甘氨酸（Gly）为例,氨基酸各基团的表观解离常数见表3-3.,根据平衡常数公式可得：pH=pKa+lg质子受体/质子供体氨基酸的带电状况与溶液的pH有关。改变pH可以使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可使处于兼性离子状态。,知道了氨基酸的解离常数，pI怎么求？,当氨基酸完全质子化时（即处于酸性溶液时），再用碱滴定,k3,k4,Ka1,Ka2,Gly+,Gly,Gly-,a1,结论：氨基酸的等电点相当于该氨基酸的两性离子状态两侧基团pK值之和的一半。即pI1/2（pKa1+pKa2）侧链上有解离基团的氨基酸的pI如何计算？,（1）首先氨基酸完全质子化；（2）写出其解离方程式：先解离-COOH,再解离侧链基团上的COOH;再解离-NH3+,最后解离侧链基团上的NH3+。（3）标出各解离步骤的pK值，最后以两性离子状态两侧基团pK值之和的一半计算其等电点。,例如：（1）Glu的pK1(-COOH)=2.19，pK2(-COOH)=4.25，pK3(-NH3+)=9.67,计算其pI值。（2）Lys的pK1(-COOH)=2.18,pK2(-NH3+)=8.95，pK3(-NH3+)=10.53，计算其pI值。,氨基酸等电点的计算,可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK值之和的二分之一。,等电点的应用：1.氨基酸在等电点时溶解度最小。2.利用不同氨基酸等电点不同，可利用电泳的方式分离氨基酸。,氨基酸的化学反应,（一）由氨基参加的反应（二）由羧基参加的反应(自学)（三）由氨基和羧基共同参加的反应（四）由侧链R基团产生的反应,(一)由氨基参加的反应,1.与HNO2的反应2.酰基化和羟基化反应3.形成西佛碱反应(自学)4.脱氨基反应(自学),1.与HNO2的反应,这是VanSlyke氏氨基氮测定法的原理,2.酰基化和羟基化反应,氨基酸氨基的一个H可被酰基或烃基（包括环烃及其衍生物）取代，这些取代基对氨基酸的氨基有保护作用。,R=酰基或烃基X=卤素（Cl,F）,（1）酰基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。酰化试剂：苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、对-甲苯磺酰氯、邻苯二甲酸酐,丹磺酰氯（DNS-cl，5二甲基氨基萘-1-磺酰氯）常用于多肽链NH2末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。,NGlyAlaSerLeuPheCDNSGlyAlaSerLeuPheC水解DNSGly、Ala、Ser、Leu、PheDNS-AA在紫外光激发后发黄色荧光。,（2）烃基化反应常用于蛋白质的N端氨基酸分析A.与二硝基氟苯的反应B.氨基酸与苯异硫氰酸（PITH）的反应,Sanger反应,2.4一二硝基氟苯（DNFB）DNP-氨基酸，黄色，层析法鉴定，被Sanger用来测定多肽的NH2末端氨基酸,Edman反应,苯异硫氰酸酯，PITC,苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸），无色，可以用层析法分离鉴定。,被Edman用来鉴定多肽的NH2末端氨基酸,（三）由氨基和羧基共同参加的反应,1.两性解离2.与茚三酮的反应3.形成肽键4.离子交换反应,茚三酮在弱酸中与-氨基酸共热，引起氨基酸的氧化脱氨、脱羧反应，最后，茚三酮与反应产物氨和还原茚三酮反应，生成紫色物质（max=570nm）。,Pro、Hy-Pro与茚三酮直接形成黄色化合物（max=440nm）,茚三酮,3、成肽反应,4.离子交换反应,分离氨基酸的柱层析法就是根据这个原理设计的。,（四）侧链R基参加的反应(自学),用于蛋白质的化学修饰1.苯环（Phe和Tyr）2.酚基（Tyr）3.OH基（Ser,Thr）4.SH基及-S-S-键（Cys,Cys-CYs）5.吲哚基（Trp）6.胍基（Arg）7.咪唑基（His）,光学性质,1、旋光性：除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。2、紫外吸收光谱：参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（max）分别为280、275、和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。,蛋白质在280nm有最大光吸收，可用分光光度法测定样品中蛋白质含量。,四、氨基酸混合物的分析分离,（一）基于电荷性质差异的分离方法。（二）基于分配系数（极性）差异的分离方法分配层析。（三）气液层析（气相层析、气相色谱）。（四）高效液相层析（HPLC）。,（一）基于电荷性质差异的分离方法,1、电泳分离Glu、Leu、His、Lys，4种混合样，在pH6.0时，泳动方向及相对速度：GluLeuHisLyspI3.225.987.599.74,2、离子交换柱层析P152