氨基酸与肽s课件

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-onviewofthetriple-strandedcollagensuperhelix氨基酸与肽15-1ThelightproducedbyfirefliesistheresultofareactioninvolvingtheproteinluciferinandATP,catalyzedby

theenzymeluciferase.蛋白质功能的多样性Erythrocytescontainlargeamountsoftheoxygen-transportingproteinhemoglobin.Thechemicalpropertiesofblackrhinoceroshornarenodifferentfromthoseofbovinehoovesorhumanfingernails,whicharemainlyproteinkeratin.219differentR-groups:-Structure-Size-Polarity-Ionization-Hydropathygeneralstructure2marking-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pKa1.8~2.5pKa8.7~10.7§1.氨基酸结构与分类

(AminoAcid,AA)3t5-120种标准氨基酸可以按其侧链分类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

(Trp>Tyr,Phetoa

lesserextent)，是为大多数蛋白质在~280nm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7Ser,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)glycosidicbond9二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(apyrrole)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-CAsnorGln:servesasH-acceptor

ONserveasH-donor

H

H

P3-13极性不带电荷AA(2)脯氨酸天冬酰胺谷氨酰胺11-CH2-CProtonatedformofAsporGlu:canserveasH-acceptor

OO-CH2-COOcanserveasH-donor

H

IonizedformofAsporGlu:canserveasH-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13CH+NH3

RCOO–

CHNH2

RCOO–

CH+NH3

RCOOH+H+

+H+

Aminoaciddissolvedinwaterexistsasdipolarion=zwitterion即可作为H+供体(酸)也可作为H+受体(碱)

AA的两性解离质子(proton)AA兼性离子(MP~300℃)§2.

氨基酸的酸碱特性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+

Netcharge:+10-1diproticacid不存在这样一种pH，此时–COOH和–NH2都占优势pKa1.8~2.5pKa8.7~10.7×15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175-11化学环境对pKa的影响(cf.p21)类似的互作很可能也存在于临近分子的化学基团之间，例如在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，负电性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19-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0.5~50µg)=-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pH5100℃4-10(Garrett)(cf.Fig.2-14)22DNP-AADNFB/FDNBDNS-ClDNS-AAPITCPTH-AAPTC-AA-NH2的烃基化反应对酸水解稳定(vs.肽键)(cf.Fig.2-28)23②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③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25④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⑤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Arg⑥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26IonizationofpeptidesPeptideshaveonlyonefreeaminogroup

andonefreecarboxylgroupateither

endofthechain.R-groupscanionize,andcontributetotheacid-basebehaviorofthepeptide.But,interactionswithotherR-groupsandlossofthechargesfromtheAA’sa-aminoanda-carboxylgroupscanaffectR-grouppKa.P4-10R侧链的离子特性对蛋白质3D构象影响很大：非末端AA的氨基和羧基均因形成肽键而失去

肽的离子化行为取决于其侧链组成

(~abiggerAA)pKa~3.2,but~2.18forfreeLyspKa~8.5,but~9.69forfreeAla29Asourceforthedeterminationoftheisoelectricpointwhentheprimarysequenceofapeptideisprovided.自学30t5-6肽/蛋白质具有特定的等电点胃蛋白酶脲酶血红蛋白(Hb)肌红蛋白(Mb)细胞色素c(cytc)溶菌酶31t5-3多肽/蛋白质具有特定的氨基酸组成(byhydrolysis)-酸水解将使Asn/Gln转化为Asp/Glu，而Trp的吲哚环则会被氧化破坏-碱水解会不同程度地破坏多数AA并产生消旋混合物-酶水解不破坏AA或产生消旋，但因专一性所限而需要多种酶协同作用32t5-4有些蛋白质具有非氨基酸化学基团结合蛋白可依据其辅基分类335-16蛋白质具有高级层次结构-纤维蛋白的特性一般在二级结构上即可表现出来-球蛋白的生物学功能往往需要以三级结构形式来实现-酶等特殊球蛋白大多要在四级结构层次上才能表达其活性(covalentbond)(hydrogenbond)(3Dforapeptide)(3Dformorepeptides)(cf.Fig.2-27)34自学35生物活性肽具有重要的生理功能谷胱甘肽Glutathione

(oxidative)胰岛素Insulin

(hexomer)阿斯巴甜Aspartame(cf.p30~)36要点提示⑴蛋白质由20种标准-AA组成，不同AA的性质差异取决于其R侧链的不同，并可依据其极性以及在生理pH条件下的荷电状态而分为中性脂肪族、芳香族、极性不带电荷、带正电荷(碱性)和负电荷(酸性)AA等类别⑵除Gly外，所有标准-AA的C都是不对称的，故至少具有两种不同的立体构型，但在天然蛋白中都是L-型异构体；非标准AA则往往是游离的代谢中间物或是标准AA的衍生物⑶单氨基单羧基的简单AA在低pH条件下为二元酸型阳离子，其羧基随着pH的增加失去质子而形成电中性的兼性离子(是为等电点pI)，进一步加大pH将导致其氨基失去质子而形成负离子；带有可解离R侧链的AA的荷电状态则取决于溶液pH及其pK值37要点提示(续1)⑷AA的氨基、羧基和R侧链的某些基团可进行特征性化学反应；茚三酮反应可用于AA的定性定量测试，DNFB、DNS-Cl和PITC等则常用于测定肽链的N-端残基⑸AA可以经由肽键共价连接形成肽链/蛋白质；细胞通常含有数以千计的功能及生物学活性均不相同的蛋白质；蛋白质可以是由成百上千个残基组成的多肽链，也可以是仅由少量残基构建的寡肽链；简单蛋白质的水解只生成AA，复合蛋白质则含有其它非AA组分⑹蛋白质结构可分为四个层次；初级结构为AA序列以及二硫键连接；二级结构是相邻残基形成的局部空间分布；三级结构为整条多肽链呈现的3D构象；四级结构则涉及到稳定连接的多条多肽链/亚基所形成的特定空间联系38一、选择3,5,7,8,16,17二、填空1,7,8,15三、判断1~4,9四、判断2,5,6,8,11,15五、问答与论述3,12复习题(考研精解p16~20)39作业1)组成蛋白质的20种AA中，哪些是极性的？哪些是非极性的？哪一种不能参与形成真正的肽键？为什么？2)将固体AA溶解于pH7的水中所得的溶液，有的pH>7，有的pH<7，这种现象说明了什么？3)根据Asp的解离常数(p20，表2-1)：

a)图示其随溶液pH由酸至碱变化过程中的解离状态；

b)在pI时它处于哪种解离态？

c)计算其pI值4)Gly是由乙酸甲基上的H被一个氨基取代而成的，但其羧基的pKa要比乙酸羧基的pKa更低，为什么？5)与乳腺释放乳汁有关的催产素是一种九肽激素：

Cys-Phe-Ile-Glu-Asn-Cys-Pro-His-Gly-NH2，两个Cys之间以二硫键相连。试计算当pH为2.0,8.5和10.7时，该九肽的净电荷分别是多少？(已知N-末端Cys的游离氨基pKa为10.7，Glu侧连羧基的pKa为4.07，His侧连咪唑基的pKa为6.0；二硫键在上述pH条件下均稳定，而且C-末端羧基已被酰胺化。)40Therearethreeotheraminoacidsthatareincorporateddirectlyintoproteinsattheribosome.Eachusesacodonotherwiseusedbyanotheraminoacid,orwhichnormallyactsasastopcodon.The21stproteinogenicaminoacidisN-formyl