氨基酸2013

氨基酸(amino acids),一、蛋白质的水解,碱水解会降低蛋白质的营养价值,A. 胰蛋白酶( trypsin ) 专一裂解Lys、Arg的羧基参与形成的肽键（后为Pro时抑制）。为了减少的作用位点，可用化学修饰将多肽链侧链保护起来，1.2-环己酮封闭Arg，马来酸酐封闭Lys。氮丙啶形成带正电荷点，增加位点。B. 糜蛋白酶(Chymotrypsin) 断裂Phe,Trp,Tyr等疏水AA的羧基所形成的肽键。后为Pro时抑制C.胃蛋白酶(Pepsin)（在Leu,Phe,Trp,Tyr后） 断裂键两侧的殘基都是疏水性或芳香氨基酸残基。其后和前为Pro时抑制。,酶解法（内切酶）,（Pro不能测）,(1).羧肽酶(carboxypeptidase)法，（Pro不能测）,Carboxypeptidase A recognizes all aas except Arg/Lys/Pro; Rn-1 cannot be ProCarboxypeptidase B recognizes Arg/Lys; Rn-1 cannot be Pro,酶解法（外切酶）,1、不同氨基酸的R基不同，R基决定了氨基酸的性质2、兼性离子晶体溶点高离子晶格，不是分子晶格。3、溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇4、介电常数高水溶液中的氨基酸是极性分子。,二、 氨基酸的一般结构,蛋白质氨基酸,非蛋白质氨基酸,基本氨基酸：具有密码子,不常见的蛋白质氨基酸,氨基酸,三、氨基酸的分类,1、基本氨基酸（编码的蛋白质氨基酸）：组成蛋白质， 20种，又称为天然氨基酸、常见的蛋白质氨基酸） 2、稀有氨基酸：是多肽合成后由基本aa经酶促修饰而来。 3、非蛋白质氨基酸：存在于生物体内但不组成蛋白质 (约150种)。,基本氨基酸的分类-方式1,按R基结构分类,Aliphatic Amino Acids,Aromatic Amino Acids,一氨基一羧基的氨基酸 Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Ser.Thr,Cys,Met一氨基二羧基的氨基酸（酸性氨基 酸）及酰胺:Asp,Glu.Asn,Gln二氨基一羧基的氨基酸（碱性氨 基酸）:Arg,Lys,(1) 脂肪族氨基酸,(2) 芳香族氨基酸: Phe,Tyr,Trp,(3) 杂环族氨基酸：His,Pro,（1）侧链为烃链的氨基酸,丙氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 甘氨酸,R基均为中性烷基，R基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点。从Gly至Ile，R基团疏水性增加 Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，不具旋光性，Gly的侧链介于极性与非极性之间，也把它归为非极性类。,（2）. 侧链含有羟基的氨基酸 （2种）,丝氨酸 苏氨酸,Ser的-CH2 OH基（pKa=15）在生理条件下不解离，但在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。 Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。,（3）.侧链含硫原子的氨基酸,Cys的R中含巯基（-SH） 两个Cys的巯基氧化可以生成二硫键，生成胱氨酸。 Met在生物合成中是一种重要的甲基供体，蛋白质合成的第一个氨基酸。,蛋氨酸 半胱氨酸,Sulfur Containing Amino Acids,两个半胱氨酸氧化可以形成胱氨酸,（4） 侧链含有羧基或酰胺基的氨基酸（4种）,天冬氨酸侧链为-羧基,谷氨酸侧链为-羧基,天冬酰胺,谷氨酰胺,Asp 和Glu它们是唯一在生理条件下带有负电荷的的两个氨基酸,（5）. 侧链含有碱性基团的氨基酸（3种）,组氨酸 赖氨酸 精氨酸侧链有咪唑环 侧链有-氨基 侧链有胍基,它们是唯一在生理条件下带有正电荷的的三个氨基酸,碱性氨基酸,Lys侧链氨基的pKa为10.53，生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（NH3+），侧链的氨基反应活性增大。胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成很强的分子间(内)交联。 Arg是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。与NaOH相当 His是pKa值最接近生理pH值的一种（游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35 ） ，是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。His在酶的酸碱催化机制中起重要作用。它往往存在于许多酶的活性中心。,Basic Amino Acids,组蛋白中较多,乙酰-CoA羧化酶的组成,上面的生物素辅基象一个摆臂,(6)、R为芳香族基团的氨基酸（3种）,Aromatic Amino Acids,R为芳香族基团的氨基酸,三种芳香族氨基酸在紫外光区都吸收紫外光，在中性pH条件下，色氨酸和酪氨酸的紫外吸收峰在280nm，而苯丙氨酸的在260nm，大多数蛋白质中都含有色氨酸和酪氨酸或其中的一种，所以溶液中280nm吸收的测量常用来估算蛋白质的浓度。也与蛋白质发荧光有关,(7) 杂环氨基酸：脯氨酸,一种亚氨酸，具有固定的构型,Pro的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。一般出现在两段-螺旋之间的转角处，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，,甘、丙、缬、亮、异亮丝、苏、半胱、蛋、天冬、谷、赖、精苯丙、酪、色、组、脯,基本氨基酸结构特点小结,支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：组氨酸亚氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含-氨基的氨基酸：赖氨酸,按侧链R基极性分类,基本氨基酸的分类-方式2,（1）不带电荷的极性R基的aa：丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸， 半胱氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺（2）带正电荷的极性R基aa（碱性aa）：赖氨酸， 精氨酸， 组氨酸（3）带负电荷的极性R基aa（酸性aa）：天冬氨酸，谷氨酸,1. 非极性R基氨基酸，侧链无极性,甘氨酸，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，甲硫氨酸，苯丙氨酸，色氨酸、脯氨酸，,2. 极性R基氨基酸,1. nonpolar (hydrophobic) amino acids.,2. Polar Uncharged Amino Acids,组氨酸 赖氨酸 精氨酸侧链有咪唑环 侧链有-氨基 侧链有胍基,3. Positively charged at physiological pH,Positively charged at physiological pH,R groups have one -NH2. Amino Acids with “Basic” Side ChainsR groups are positively charged at neutral pH (=7.0). AAs are highly hydrophilic.,4. Amino acids with acidic side chains,The acidic amino acids,R groups have COOH. Amino Acids with Acidic Side ChainsR groups are negatively charged at physiological pH (=7.4). AAs are soluble in H2O.,天冬氨酸侧链为-羧基,谷氨酸侧链为-羧基,Aspartic acid glutamic acid (Asp or D) (Glu or E),R-Groups,氨基酸的亲疏水性指数,极性与非极性与蛋白质空间结构形成密切相关,非极性aa一般形成蛋白质的疏水核心，带电荷的aa和极性aa位于表面。,Protein structure,Non-polar groups do not interact with waterPolar groups readily interact with water,氨基酸的疏水性和蛋白质三维结构,思考：假设该序列只是大的球蛋白的一部分，下面氨基酸残基中哪些可能分布在蛋白的外表面，哪些分布在内部？ 天冬氨酸；异亮氨酸；苏氨酸；缬氨酸；谷氨酰胺；赖氨酸,分析：分布在外表面的为极性和带电荷的残基：Asp、Gln和Lys；分布在内部的是非极性的氨基酸残基：Try、Leu和Val；Thr尽管有极性，但疏水性也很强，因此，它出现在外表面和内部的可能性都有。,氨基酸的疏水性和蛋白质三维结构,思考： 有一个蛋白质分子在pH7的水溶液中可以折叠成球状，通常是带极性侧链的氨基酸位于分子外部，带非极性侧链的氨基酸位于分子内部。请回答：（1）在Val、Pro、Phe、Asp、Lys、Ile和His中，哪些位于分子内部，哪些位于分子外部？（2）为什么在球蛋白内部和外部都能发现Gly和Ala？（3）Ser、Thr、Asn和Gln都是极性氨基酸，为什么会在分子内部发现？（4）在球蛋白的分子内部和外部都能找到Gys，为什么？,氨基酸的疏水性和蛋白质三维结构,分析：（1）Val、Pro、Phe、Ile是带有非极性测链的氨基酸，这些氨基酸残基位于分子内部 ；Asp、Lys、His是带有极性侧键的氨基酸，这些氨基酸残基位于分子的外部。（2）因为Ala和Gly两者的侧链都比较小，疏水性和极性都小；Gly只有一个H与碳原子相连，Ala只有CH3与碳原子相连，故它们既可以出现在分子内部，也可以出现在分子外部。（3）Ser、Thr、Asn、Gln在 pH 7.0时含有不带电荷的极性侧链，参与分子内部的氢键形成，从而减少了它们的极性，故会在分子内部发现。（4）因为Cys属于不带电荷的极性氨基酸，可位于分子外部，但又由于Cys常常参与链内和链间的二硫键形成，使其极性减弱（少），,Folding proceeds via intermediate steps, forming molten globule which is refined to minimum energy (native) stateFree energy difference between folded and unfolded structure is 42 kJ/mole (about the same as 1.5 ATP)Because folding is cooperative, once a protein begins to fold or unfold, the entire process is completed quickly.维持蛋白质三维结构或DNA双螺旋最稳定的因素是（？）,疏水作用与蛋白质折叠,基本氨基酸的分类-方式3,Essential/Non-Essential Amino Acids,按氨基酸是否能在人体内合成分：（1）必需氨基酸：指人体内不能合成的氨基酸，必须从食物中摄取，有八种：Lys,赖氨酸、Trp,色氨酸、Met甲硫氨酸、Met 苯丙氨酸、Val 缬氨酸、Leu亮氨酸、Ile异亮氨酸、Thr苏氨酸。（携一两本淡色书来）（2）非必需氨基酸：指人体内可以合成的氨基酸。有十种。（3）半必需氨基酸：指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸(His)、精氨酸(Arg)。,Other amino acid derivative I,21st & 22nd AAs,含硒半胱氨酸只存在于含硒蛋白之中，而吡咯赖氨酸仅存在于一些真细菌和古细菌体内，作为与产甲烷代谢有关的某些酶的组分。,基本氨基酸其他分类方式,1、参与尿素合成的基本氨基酸： 精氨酸、天冬氨酸,基本氨基酸其他分类方式,3、 产生一碳单位： 甘氨酸、丝氨酸、组氨酸、色氨酸，蛋氨酸,2. 转变成糖或脂肪 生糖氨基酸 生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸： 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、异亮氨酸,4、糖代谢产物直接转氨基产生的氨基酸： 丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸（也可还原产生）,基本氨基酸其他分类方式,5、血液中转运氨的氨基酸:谷氨酰胺和丙氨酸6、不能直接转氨基的氨基酸：Gly、Lys、Thr、Pro7、蛋白质中的荧光主要来自： 酪氨酸和色氨酸8、参与核苷酸合成的氨基酸,基本氨基酸其他分类方式,9、蛋白质中参与结合金属离子的氨基酸： 半胱氨酸、组氨酸、天冬氨酸、谷氨酸,羧肽酶A,2、不常见蛋白质氨基酸,也称修饰氨基酸，是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来, 胱氨酸（Cystine) 广泛地存在于蛋白质中。它由两个半胱氨酸的巯基氧化之后形成的，形成二硫键。,不常见蛋白质氨基酸及非蛋白质氨基酸,：存在于生物体内，但不组成蛋白质的呈游离或结合态的氨基酸，约150种，具有多种生理功能。（1） L-氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物。（2）D-氨基酸 D-Ala存在于肽聚糖中，D-Phe是短杆菌肽S的组分（3）、-氨基酸 -Ala是泛酸的前体，-氨基丁酸是传递神经冲动 的化学介质。,3、非蛋白质氨基酸,真核生物中的D型氨基酸,1990年以后陆续发现哺乳动物体内大量存在D-Ser, D-Asn。D-Ser在大脑前叶中与谷氨酸受体 (NMDA受体) 的分布一致，能激活NMDA受体，与学习记忆有关。而D-Asn则在大鼠的所有组织中都有分布，可能与成熟有关。,四、氨基酸的酸碱性质,（一）、氨基酸的兼性离子形式 兼性(两性)离子：指在同一分子上带有能释放质子的正离子基团和能接受质子的负离子基团。兼性离子本身既是酸又是碱。因此它既可以和酸反应，也可以和碱反应。,晶体溶点高 离子晶格，不是分子晶格。不溶于非极性溶剂极性分子。介电常数高 水溶液中的氨基酸是极性分子,triprotic,triprotic,diprotic,at low pH, Amino acids can be diprotic acids, or even triprotic acids if their R groups are ionizable. (have one dissociable H+).,（二）氨基酸的解离,每个氨基酸所带电荷 ？,完全质子化的氨基酸可以看成二元酸或三元酸,氨基酸的解离,零电荷,氨基后解离,羧基先解离,酸性环境 中性环境 碱性环境,氨基酸解离集团的解离有顺序，不同解离集团解离过程中的电荷变化？,甘氨酸的解离曲线,pKa值,pKa值,正电荷越？,负电荷越？,氨基酸的解离- pKa值,(1)、-COOH(羧基) pK值在2.0左右，当pH3.5， -COOH以-COO- 形式存在。 (2) -2（氨基）pK值在9.4左右，当pH AMP UMP GMP,电荷之间作用力相似，嘌呤疏水引力大（难洗脱）,UMPGMPAMPCMP,电荷,小大大小,阴离子交换树脂,疏水作用,（三）、电泳,电泳（electrophoresis）：带电粒子在电场的作用下，向它所带的电荷相反方向泳动的现象称为电泳。氨基酸在pH高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。,电泳 Separation of Amino Acids,分离氨基酸混合物常用纸电泳。,有一种蛋白质水解物,在pH=6时,用电泳分离,怎样控制PH值使氨基酸有效分离？点样应该点在什么位置？（1）A. Lys (pI9.74) B. Asp(pI2.77) C. Tyr (pI5.66),（2）A. Val (pI5.96) B. Arg(pI10.76) C. Lys (pI9.74),氨基酸电泳分离时电荷一样为什么移动距离不同？,思 考 题,1、 三种氨基酸Thr、Lys和Glu在PH=6进行电泳分离，茚三酮染色，画出分离结果图和正负极. -2011厦门大学生物化学试题,2. 从赖氨酸中分离出谷氨酸的可能性最小的方法是( ) A、纸层析 B、阳离子交换层析 C、阴离子交换层析 D、葡萄糖凝胶过滤 E、电泳 上海交通大学生物化学试题,3. 所有的氨基酸共有的显色反应是( ) A、茚三酮反应 B、双缩膫反应 C、坂口反应 D、福林酚试剂反应 湖南大学 2006 年生物化学,2005年江南大学生物化学,4. 可用于测定蛋白质分子量的方法是（ ） A、SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳 B、离子交换层析 C、凯氏定氮法 D、亲和层析,湖南大学 2006 年生物化学,5、下列哪种方法可得到蛋白质的“指纹”图谱？ A、酸水解，然后凝胶过滤 B、用胰蛋白酶水解，然后纸层析或纸电泳 C、