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河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸第 5 次课 2 学时上次课复习：1.必需多不饱和脂肪酸？双亲分子？2.卵磷脂和脑磷脂的分子组成？3.血浆脂蛋白分为哪几类？ 4.生物膜的主要组成引入新课本次课题（或教材章节题目）：第三章蛋白质（教材中3,4，5,6，7章）第一节 氨基酸（1）教学要求：1.掌握组成蛋白质的20种氨基酸的结构通式、三字符；各氨基酸结构特点；氨基酸分类2.掌握氨基酸的酸碱化学：等电点、两性解离；3.了解氨基酸的甲醛滴定；重 点：氨基酸的结构通式;氨基酸的分类；三字符；氨基酸酸碱化学、pK值、pI；难 点：20种氨基酸的结构特点；氨基酸的酸碱化学教学手段及教具：课堂讲授与PowerPoint演示相结合。讲授内容及时间分配：导入新课：5分第一章 蛋白质第二章 第一节氨基酸（1）一、氨基酸-蛋白质的构件分子（15分）二、氨基酸的分类（30分）三、氨基酸的酸碱化学（35分）小结：5分课后作业1.蛋白质的20种氨基酸的结构特征？是否都有旋光性？是否都是L- -氨基酸？2.必需氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸各是哪些氨基酸？3. 兼性离子？pK值？pI？电泳？氨基酸处在大于自身pI的pH溶液中净电荷为正还是负？4.哪种氨基酸在生理pH范围内具有缓冲能力？为什么？5. 把一个氨基酸结晶加入到pH7.0的纯水中，得到了pH6.0的溶液，问此氨基酸的pI值是大于6.0？小于6.0？等于6.0？6.写出组氨酸在pH1、4、8、12时组氨酸的净电茶是怎样的？对每个pH来说，当电泳时，组氨酸是向阳极还是向阴极迁移？书后155页习题：2，3, 5,6参考资料生物化学与分子生物学科学出版社王联结第二版普通生物化学高等教育出版社郑集第三版生物化学解题指导与测验高等教育出版社张楚富 第 6 次课 2 学时上次课复习： 1. 蛋白质的20种氨基酸是否都是L- -氨基酸？2. 酸性氨基酸和碱性氨基酸各是哪些氨基酸？3. 哪种氨基酸在生理pH范围内具有缓冲能力？4. 氨基酸处在大于自身pI的pH溶液中净电荷为正还是负？本次课题（或教材章节题目）：第三章蛋白质第一节氨基酸（2）教学要求：1.掌握 Sanger试剂和Edman反应；侧链巯基的化学反应； 了解其它的化学反应；2.掌握氨基酸的光学活性和光谱性质；3.掌握氨基酸混合物的分离原理及方法：纸层析、柱层析、离子交换层析重 点： Sanger试剂和Edman反应；侧链巯基的化学反应；氨基酸紫外吸收；纸层析和离子交换层析分离分离氨基酸的原理； 难 点： 纸层析和离子交换层析分离分离氨基酸的原理教学手段及教具：课堂讲授与PowerPoint演示相结合。讲授内容及时间分配：复习：5分第一节氨基酸四、氨基酸的化学反应（30分）五、氨基酸的光学活性和光谱性质（20分）六、氨基酸混合物的分析分离（30分）小结：5分课后作业1.-氨基酸的烃基化反应常用的二种试剂是？氨基酸自动分析仪依据哪种反应原理设计？2.-氨基酸的茚三酮反应呈现的颜色是否都一样？3.米伦反应、坂口反应和 Pauly反应是哪些氨基酸侧链的反应？4.半胱氨酸的巯基都有哪些反应？常用的打开二硫键的氧化剂和还原剂是什么？5.哪三种氨基酸在280nm紫外光下有吸收峰？原因是？紫外吸收法测定蛋白质浓度的理论依据是？6.氨基酸纸层析、离子交换层析的原理？155页：11,14,15参考资料蛋白质分子基础高教出版社第二版陶慰孙等生物化学与分子生物学科学出版社王联结第二版普通生物化学高等教育出版社郑集第三版生物化学解题指导与测验高等教育出版社张楚富第三章 蛋白质(protein) (123页 第3，4，5，6，7章)第一节 蛋白质概述第二节 氨基酸第三节 蛋白质的共价结构第四节 蛋白质的三维结构第五节 蛋白质结构与功能的关系第六节 蛋白质的性质、分离与纯化第一节蛋白质概述157页l 蛋白质的化学组成与分类l 蛋白质的构象和结构l 蛋白质生物学功能蛋白质的概念 存在于所有的生物细胞中，是由20种氨基酸按一定的序列通过酰胺键（蛋白质化学中称为肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。相对分子质量由数千到数千万。 有些蛋白质尚含有非蛋白成分。 一、蛋白质化学组成与分类 化学组成特点 蛋白质的分类1.元素组成特点 蛋白质的含氮量接近于16%l 蛋白质系数：1克氮所代表的蛋白质质量(克数，6.25)l 蛋白质系数是凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础 粗蛋白含量 样品含氮量 6.25蛋白质含量 = 样品蛋白氮 6.25 有些还含有e/Cu/Zn/Mn等.三聚氰胺 是一种重要的氮杂环有机化工原料，主要用于生产三聚氰胺-甲醛树脂，广泛用于木材加工、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电气、医药等行业，目前是重要的尿素后加工产品。此外三聚氰胺还可以作阻燃剂、减水剂、甲醛清洁剂等。 动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。2.蛋白质的分类 分类依据 生物来源、理化性质、分子形状、化学组成、化学结构与功能等。 常用的分类方法l 根据组成l 按分子形状(1)根据组成不同（158 页，表41,42） 单纯蛋白质：根据溶解度进行分 结合蛋白质（亦称缀合蛋白质，辅基与多肽共价或非共价结合）(2)蛋白质的形状和大小 纤维状蛋白质：轴比大于10，多不溶于水和稀盐溶液。 球状蛋白质：轴比小于10，易溶于水蛋白质的相对分子质量 159页，表44 残基数目/链：单一链、两种链、三种链等。l 单体蛋白质（monomeric protein）l 寡聚（多聚）蛋白质（亚基之间非共价键结合） 简单蛋白质的相对分子质量110氨基酸残基数(3)根据营养价值分类 缺价蛋白质（不完全蛋白质） 蛋白质中缺乏某个或某些必需氨基酸。 完全蛋白质 含有8种必需氨基酸的蛋白质。蛋白质互补作用：二、蛋白质的生物学功能160页1.是生物体内重要的组成成分和结构成分2.功能的多样性和复杂性 催化功能：酶 调节功能：激素、受体、毒蛋白等。 结构功能：细胞和组织的主要组成成分。 运输功能：血红蛋白、铁蛋白、载脂蛋白。 免疫功能：抗体 运动功能：肌动蛋白、肌球蛋白、纤毛、鞭毛。 储藏功能：乳液中的酪蛋白、蛋类中的卵清蛋白、植物种子中的醇溶蛋白等。 生物膜的功能：通透性、信号传递、遗传控制、生理识别、动物记忆、思维等。三、蛋白质构象和蛋白质结构层次图41 构象（conformation）分子在空间采取的特定形态。（以X射线衍射法研究为主） 蛋白质结构的不同组织层次l 结构组织层次：一、二、三、四级结构。l 介于二和三级结构之间：超二级结构和结构域第一节 氨基酸（amino acid）123页一、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、氨基酸混合物的分析分离一、氨基酸蛋白质的构件分子 蛋白质水解 氨基酸的一般结构1.蛋白质的水解 20种基本氨基酸 不常见的氨基酸2.氨基酸的一般结构 结构通式 结构特点 其它特性(1)结构通式 构型 氨基酸的构型指碳的构型（D与L型）。 组成蛋白质的氨基酸是L-型(2) 结构特点 除脯氨酸为-亚氨基酸外，均为-氨基酸。 除甘氨酸外, -碳原子都为不对称碳原子.其它特性每种氨基酸都有特殊的白色结晶形状，可用来鉴别氨基酸。溶点很高。氨基酸在中性pH时兼性离子。氨基酸除甘氨酸外都具有旋光性。二、氨基酸的分类 常见的蛋白质氨基酸 (20种) 不常见的蛋白质氨基酸(少数几种） 非蛋白质氨基酸(150多种)1.常见的蛋白质氨基酸（20种，124页） 按R基团的化学结构 根据侧链R基团的极性 根据人体能否自身合成按R基团的化学结构脂肪族氨基酸：15种中性、酸性、碱性、含羟、含硫、含酰胺芳香族氨基酸：3种，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸杂环氨基酸：2种，组氨酸、脯氨酸根据侧链R基团的极性 ( 127页表32)非极性 R 基氨基酸：8种不带电荷的极性 R 基氨基酸： 7种带正电荷的 R 基氨基酸：3种 带负电荷的 R 基氨基酸：2种根据人体能否自身合成必需氨基酸：8种，赖氨酸(Lys)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Try)、亮氨酸(Leu)、 异亮氨酸(Ile)、苏氨酸(Thr)、苯丙氨酸(Phe)半必需氨基酸：2种，Arg、His婴儿期供给不足非必需氨基酸：其余R为C、H基团的氨基酸6种甘氨酸：丙氨酸： （a- 氨基丙酸）缬氨酸：（a-氨基异戊酸）亮氨酸：（a-氨基异己酸）异亮氨酸：（a-氨基-甲基戊酸）脯氨酸:（-吡咯烷基-a-羧酸）是一个亚氨基酸。注：含有支链的3个氨基酸均是必需氨基酸。R为芳香族基团的氨基酸3种苯丙氨酸：（a-氨基-苯丙酸）酪氨酸：（a-氨基-对羟基苯丙酸）色氨酸：（-吲哚-a-氨基丙酸）注：三个分子中含有苯环共轭体系的氨基酸，在280nm处有吸收峰，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱。R为含硫基团的氨基酸2种半胱氨酸：（a-氨基-巯基丙酸）侧链上含有一 巯基（-SH），SH 也是一个高反应性的基团。蛋氨酸：（a-氨基-甲硫基丁酸）是个疏水氨基酸。R为含醇基基团的氨基酸2种丝氨酸：（a-氨基-羟基丁酸）苏氨酸：（a-氨基-羟基丁酸）R为碱性基团的氨基酸3种组氨酸：（a-氨基-咪唑基丙酸）赖氨酸：（a,e-二氨基己酸）一个双氨基酸，含有a-和e-氨基。精氨酸：（a-氨基-胍基戊酸）是20种氨基酸中碱性最强的氨基酸。R为酸性基团的氨基酸2种天冬氨酸：（a-氨基丁二酸）谷氨酸：（a-氨基戊二酸）R为含酰胺基团的氨基酸2种天冬酰胺：（ a-氨基-羧基丙酰胺）谷氨酰胺：（ a-氨基-羧基丁酰胺）2.不常见的蛋白质氨基酸128页 是在蛋白质合成后由常见的氨基酸经修饰而来的.3.非蛋白质氨基酸 129页 大多是L-氨基酸衍生物 细菌中含有多种D-型氨基酸 有一些是重要的代谢物前体或代谢中间物（丙氨酸，鸟氨酸，瓜氨酸等）.三、氨基酸的酸碱化学 129页l 氨基酸的兼性离子形式l 氨基酸的解离l 氨基酸的等电点l 氨基酸的甲醛滴定1.氨基酸的兼性离子形式 两个事实l 溶点高；l 能使水的介电常数增高；2.氨基酸的解离 依照Bronsted-Lowry的酸碱质子理论（丹麦化学家布朗斯特和英国化学家劳里于1923年提出 HAB A- + B H 氨基酸是一类两性电解质，完全质子化时多元酸甘氨酸的解离 分步解离；解离情况受环境中pH值的影响。解离常数133页表33 解离常数pKa：表示解离基团有一半解离时的pH。AA0 H A H 解离常数按酸性递减顺序编号为：pKa1， pKa2、 pKa3等。 氨基酸的解离常数用测定滴定曲线方法求（自学）氨基酸的解离常数用测定滴定曲线方法求 甘氨酸的滴定曲线谷氨酸的滴定（解离）曲线组氨酸的滴定（解离）曲线赖氨酸的滴定（解离）曲线Handerson-Hasselbalch公式 可计算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例 氨基酸的带电状况与溶液的pH值有关。例：计算在pH5.0时，甘氨酸的阳离子、两性离子及阴离子所占的比例？ ？生理条件下有明显的冲缓作用的氨基酸 缓冲剂：能阻止由于酸或碱的加入而引起的H的变化。 组氨酸侧链咪唑基的pK为6.03. 氨基酸的等电点（isoelectric point,pI,133页） 等电点： 当溶液pH低于该氨基酸等电点时，氨基酸净电荷为正，反之为负。 氨基酸在等电点时溶解度最低不同氨基酸等电点不同 应用l 根据氨基酸的电荷不同（电泳法,离子交换层析）分离混合物。l 根据氨基酸的等电点不同（调节溶液pH ）分离混合物。 电泳 在外电场的作用下，带电颗粒，如不处于等电点状态的分子，将向着与电性相反的电极移动，这种现象称为。等电点的计算 133页表33 （1）侧链不解离的中性氨基酸 pI = (pK1 + pK2)/2 （2）侧链含有可解离基团的氨基酸 酸性氨基酸 pI = (pK1 + pKR2)/2 硷性氨基酸 pI = (pK2 + pKR3)/2 半胱氨酸 pI = (pK1 + pKR2)/2 酪氨酸 pI = (pK1 + pKR2)/24. 氨基酸的甲醛滴定 氨基酸不能直接用酸、碱滴定来进行定量测定 -氨基中的氮原子是亲核中心，可发生亲核加成和取代反应。 与甲醛发生羟甲基化反应思考题 蛋白质系数；单纯蛋白质；结合蛋白质；单体蛋白质；寡聚蛋白质； 蛋白质的20种氨基酸的结构？是否都有旋光性？是否都是L- -氨基酸？ 必需氨基酸有哪些？ 兼性离子？pK值？pI？电泳？氨基酸处在大于自身pI的pH溶液中净电荷为正还是负？与电泳方向的关系 哪种氨基酸在生理pH范围内具有缓冲能力？为什么？ 把一个氨基酸结晶加入到pH7.0的纯水中，得到了pH6.0的溶液，问此氨基酸的pI值是大于6.0？小于6.0？等于6.0？ 写出某氨基酸在pH1、4、8、12时组氨酸的净电荷是怎样的？对每个pH来说，当电泳时，某氨基酸是向阳极还是向阴极迁移？ 书后155页习题：2，3, 5,6四、氨基酸的化学反应135页l -氨基参加的反应l -羧基参加的反应l -氨基和-羧基共同参加的反应l 侧链R基参加的反应1.- 氨基参加的反应l 与亚硝酸反应l 与酰化试剂反应l 烃基化反应l 生成西佛碱的反应（Schiff）l 脱氨基反应与转氨基反应(见下册)（1）与亚硝酸反应 是范斯莱克氨基氮测定法(van Slyke amino nitrogen method)的原理（2）与酰化试剂反应（3）烃基化反应 首先被Sanger用来鉴定多肽或蛋白质的N末端氨基酸。 2,4二硝基氟苯缩写为DNFB或FDNB，亦称Sanger试剂Frederick Sanger (桑格)英国化学家，在生物化学领域的贡献很大，他两次获诺贝尔奖1958和1980年；1953年确定了牛胰岛素一级结构；1975年和1977年确定了DNA的两种用酶测序的方法加减法和终止法。 首先被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸。 苯异硫氰酸酯缩写为PITC（4）生成西佛碱的反应 西佛碱是以氨基酸为底物的某些酶促反应的中间物。2.-羧基参加的反应第138页 成盐和成酯 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应3.-氨基和-羧基共同参加的反应 与茚三酮反应 成肽反应（1）与茚三酮反应 茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热，所有具有游离氨基的氨基酸都生成紫色化合物（l570）。 脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应直接生成的是黄色化合物（l440）。（2）成肽反应3.侧链R基参加的反应 140页 蛋白质的化学修饰：就是在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质与某些试剂起特异反应，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价化学改变。l 酪氨酸的酚基l 精氨酸的胍基l Cys侧链上的巯基（SH）(1)酪氨酸的酚基140页 米伦反应（Millon) 与HgNO3、Hg（NO3)2、HNO3作用呈红色；与浓硝酸作用生成黄色。 Pauly反应与重氮化合物反应生成橘黄色化合物。注： His的咪唑基与重氮化合物反应生成棕红色 在酪氨酸3,5位上碘化、硝化、重氮化反应。（2）精氨酸的胍基 坂口反应（Sagakuchi）与次氯酸钠(或次溴酸钠)及-萘酚在氢氧化钠溶液中产生红色产物。 （3）Cys侧链上的巯基（SH） CH2S此阴离子是巯基的反应形式。l 与卤化烷生成稳定的烷基衍生物 可保护 -SH 以防被氧化。l Cys巯基打开氮丙啶的环l 巯基能和各种金属离子形成络合物 -SH 酶遇到重金属离子而生成硫醇盐时，将导致酶失活。l 与二硫硝基苯甲酸（DTNB）反应 pH8.0时，在412nm波长处有强烈吸收。可用比色法定量测定半胱氨酸的含量。巯基易受空气或其他氧化剂氧化两种氧化衍生物 形成二硫化物：胱氨酸的形成。 形成磺酸基：对游离的巯基具有保护作用，保护Cly巯基之间的氧化。二硫键的还原（打开） SH与SS是一对氧化还原体系。 常用的打开二硫键的试剂主要有 氧化剂：过甲酸（HCOOOH） 还原剂：巯基乙醇、巯基乙酸、二硫苏糖醇等。（HSCH2CH2OH） 游离的巯基极易被氧化，需与卤化烷试剂作用将其保护。五、氨基酸的光学活性和光谱性质143页 氨基酸的旋光性 氨基酸的光谱性质 消旋作用（外消旋物与内消旋物）氨基酸的光谱性质 145页 可见光区都没有光吸收 红外区和远红外区都有吸收（200nm) 近紫外区（200nm400nm)l 色氨酸280nml 酪氨酸275nml 苯丙氨酸257nm练习题 所有氨基酸都是构成蛋白质的组分。 在下列氨基酸中碱性氨基酸是：A. SerB. LyeC. CluD. Tyr 必需氨基酸有： 氨基酸在等电点时，主要以_离子形式存在，在pHpI的溶液 中，大部分以_离子形式存在。 一个蛋白质样品经酸水解后，能用氨基酸自动分析仪准确测定它的所有氨基酸。 下列氨基酸溶液除哪个外都能使偏振光发生旋转? A. Aal B. Gly C. Leu D. Ser 在生理pH条件下。具有缓冲作用的氨基酸残基是 A. Tyr B. Trp C. His D. Lys 在生理条件下(pH6.0-7.0左右)，_氨酸侧链和_氨酸侧链几乎完全带正电荷。 在近紫外区（200nm400nm)具有吸收能力的氨基酸有： 实验室中常用打开二硫键的试剂有：六、氨基酸混合物的分析分离 分配层析法的一般原理 纸层析 柱层析 离子交换层析 气液层析 薄层层析 高效(压)液相层析HPLC1