氨基酸蛋白质构件分子ppt课件

1、Chapter 3一、氨基酸一、氨基酸蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子 氨基酸氨基酸(amino acid) (amino acid) ：-氨基酸是一切蛋白质氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是羧酸分子中的组成单位。氨基酸是羧酸分子中-碳原子上的一个碳原子上的一个氢原子被氨基替代而成的化合物，故称氢原子被氨基替代而成的化合物，故称-氨基酸。氨基酸。 蛋白质水解产物即为氨基酸的混合物，不同水解方法各有蛋白质水解产物即为氨基酸的混合物，不同水解方法各有其优缺陷其优缺陷123123页。页。1 1、酸水解：不引起消旋作用，得到、酸水解：不引起消旋作用，得到 L- L-氨基酸，但氨基酸，但 Trp T

2、rp 完全完全被破坏。被破坏。2 2、碱水解：引起消旋景象，得到、碱水解：引起消旋景象，得到 D- D-和和L-L-氨基酸的混合物，氨基酸的混合物，Trp Trp 稳定稳定 。3 3、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻底。底。l除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下构造通式。除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下构造通式。 1 1、氨基酸的分类、氨基酸的分类 各种氨基酸的区别在于侧链各种氨基酸的区别在于侧链R R基的不同。基的不同。2020种蛋白质氨基酸种蛋白质氨基酸按按R R的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸的极性可

3、分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸；按和碱性氨基酸；按R R基的构造可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基的构造可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸基酸及杂环氨基酸3 3大类。大类。 氨基酸的三字母简写符号必背熟，单字母符号要求认识。氨基酸的三字母简写符号必背熟，单字母符号要求认识。 COOHCHH2NR -氨基酸的通式氨基酸的通式可变部分可变部分不变部分不变部分 氨基酸有氨基酸有D-D-及及L-L-型型 ，除甘氨酸无不对称碳原子因此无，除甘氨酸无不对称碳原子因此无D-D-及及L-L-型之分外，一切型之分外，一切-氨基酸的氨基酸的-碳原子皆为不对称，故都有碳原子皆为不对称，

4、故都有D-D-及及L-L-两种异构体。两种异构体。 在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及能否含在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及能否含硫或羟基，又可分为一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一硫或羟基，又可分为一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。 一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨酸和羟

5、脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨基酸。氨基酸。 蛋白质中存在的氨基酸皆为蛋白质中存在的氨基酸皆为L-L-型，但在微生物体内及抗菌型，但在微生物体内及抗菌素中亦有素中亦有D-D-型氨基酸存在型氨基酸存在( (自在或肽结合方式自在或肽结合方式) )。 甘氨酸甘氨酸 Glycine 中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO 中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine 中性脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3

6、CH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine 中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亚氨

7、基酸HNCOHO 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH 芳香族氨基酸苯丙氨

8、酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO 芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH 芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN 碱性氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH 碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2 碱性氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine组氨酸

9、组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸H2NCH CCH2OHOOH 丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷酰胺谷酰胺 Glut

10、amine 含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2Ol 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性- -碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要根据酸的重要根据 l 构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见光区都没有光吸种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区收，但在远紫外区(220nm)(220nm)均有光吸收。均有光吸收。l 在近紫外区在近紫外区(220-300nm)(220-300nm)只需酪氨酸、苯丙氨酸只需酪氨酸、苯丙氨酸

11、和色氨酸有吸收光的才干。和色氨酸有吸收光的才干。l酪氨酸的酪氨酸的l lmaxmax275nm275nm，275=1.4x103;275=1.4x103;l苯丙氨酸的苯丙氨酸的l lmaxmax257nm257nm，257=2.0 x102;257=2.0 x102;l色氨酸的色氨酸的l lmaxmax280nm280nm，280=5.6x103;280=5.6x103;l氨基酸在结晶形状或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨氨基酸在结晶形状或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基方式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是基方式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化以质子化

12、(-NH3+)(-NH3+)方式存在，羧基是以离解形状方式存在，羧基是以离解形状(-COO-)(-COO-)存在。存在。l在不同的在不同的pHpH条件下，两性离子的形状也随之发生变化。条件下，两性离子的形状也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NRPH 1 7 10净电荷净电荷 +1 0 -1 正离子正离子 兼性离子兼性离子 负离子负离子 等电点等电点PIl 当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向

13、负极挪动，即氨基酸处于两性离子形状。l 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 l 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决议于两性离子两边的pK值的算术平均值。l 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 l 硷性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2 在少数蛋白质中分别出一些不常见的氨基酸，通常称为在少数蛋白质中分别出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。不常见蛋白质氨基酸。 这些氨基酸都是由相应的根本氨基酸衍生而来的。这些氨基酸都是由相应的根本氨基酸衍生而来的。

14、 其中重要的有其中重要的有4-4-羟基脯氨酸、羟基脯氨酸、5-5-羟基赖氨酸、羟基赖氨酸、N-N-甲基赖氨甲基赖氨酸、和酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的构造二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的构造如下。如下。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 1-氨基参与的反响1 1与甲醛发生羟甲基化反响与甲醛发生羟甲基化反响pK2 H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3+COO-CH2NHCH2O

15、HHCHOHCHOCOO-CH2NH(CH2OH)2用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。即氨基酸的甲醛滴定即氨基酸的甲醛滴定P页页1-氨基参与的反响用途：范斯来克法定量测定氨基酸的根本反响。用途：范斯来克法定量测定氨基酸的根本反响。NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O1-氨基参与的反响3 3酰化反响酰化反响用途：用于维护氨基以及肽链的氨基端测定等。用途：用于维护氨基以及肽链的氨基端测定等。R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO1-氨基参与的反响4 4

16、烃基化反响烃基化反响用途：是鉴定多肽用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。端氨基酸的重要方法。CH2CH2ClS:R1S+R1CH2CH2ClH2NCHCOO-R2R1SCH2NHCH(R2)COO-1-氨基参与的反响5 5生成西佛碱的反响生成西佛碱的反响用途：是多种酶促反响的中间过程。用途：是多种酶促反响的中间过程。HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+ H2O1-氨基参与的反响6 6脱氨基和转氨基反响脱氨基和转氨基反响用途：酶催化的反响。用途：酶催化的反响。RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH

17、4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3COCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2COO-O 氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水酸的碱金属盐能溶于水, ,而重金属盐那么而重金属盐那么不溶于水。不溶于水。1 1成盐反响成盐反响用途：用途：1 11-氨基参与的反响2 2构成酯的反响构成酯的反响用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。R2OH+RCHCOO-NH3+ H2ORCHCOOR2NH2.HCl1 13 3构成酰卤的反响构成酰卤的反响用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反

18、响。用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反响。PCl3, PCl5 or SOCl2R CHCOO-NHPGRCHCOClNHPG用途：常作为多肽合成活性中间体。用途：常作为多肽合成活性中间体。RCHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON3NHPGHNO3H2O,N21 15 5脱羧反响脱羧反响用途：酶催化的反响。用途：酶催化的反响。CO2+H+RCH2NH2RCHCOO-NH3+1 1(1)(1)与茚三酮反响与茚三酮反响用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。3-氨基和羧基共同参与的反响氨基和羧基共同参与的反响CC

19、COOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO1 1用途：是多肽和蛋白质生物合成的根本反响。用途：是多肽和蛋白质生物合成的根本反响。3-氨基和羧基共同参与的反响氨基和羧基共同参与的反响H2NCR1HCOHOHNHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽键(1) (1) 巯基巯基-SH-SH的性质的性质1作用：这些反响可用于巯基的维护。作用：这些反响可用于巯基的维护。-OOCCHCH2SHNH

20、3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+(1) (1) 巯基巯基-SH-SH的性质的性质作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-(1) (1) 巯基巯基-SH-SH的性质的性质作用：氧化复原反响可使蛋白质分子中二硫键构作用：氧化复原反响可使蛋白质分子中二硫键构成或端裂。成或端裂。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3

21、+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸(1) (1) 巯基巯基-SH-SH的性质的性质作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。H3NCHCH2S-COO-+SSNO2NO2CO2HCO2H+COO-H3NCHCH2SCO2HNO2-S-NO2COO-HS-+硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)(DTNB)2羟基的性质羟基的性质1作用：可用于修饰蛋白质。作用：可用于修饰蛋白质。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH

22、(CH3)2二异丙基氟磷酸酯二异丙基氟磷酸酯3咪唑基的性质咪唑基的性质组氨酸含有咪唑基，它的组氨酸含有咪唑基，它的pK2pK2值为值为6.06.0，在，在生理条件下具有缓冲作用。生理条件下具有缓冲作用。组氨酸中的咪唑基可以发生多种化学反响。组氨酸中的咪唑基可以发生多种化学反响。可以与可以与ATPATP发生磷酰化反响，构成磷酸组氨发生磷酰化反响，构成磷酸组氨酸，从而使酶活化。酸，从而使酶活化。组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反响。生组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反响。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失丧失作用：。作用：。4 4甲硫基的性质甲硫基的性质1作

23、用：。作用：。H2NCH(CH2)SCH3COO-+ CH3I弱碱H2NCH(CH2)SCH3COO-CH3l分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。质，如纤维素、淀粉、硅胶等。l滤纸层析：滤纸层析：l薄层层析：薄层层析：l离子交换层析：阴离子交换树脂离子交换层析：阴离子交换树脂-N(CH3)3OH-N(CH3)3OH，阳离，阳离子交换树脂子交换树脂-SO3H-SO3Hl电泳：电泳：l目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5 5种：种：l1 1直接发酵法；直接发酵法；l2 2添加前体发酵法；添加前体发酵法；l3

24、3酶法；酶法；l4 4化学合成法；化学合成法；l5 5蛋白质水解提取法。蛋白质水解提取法。l通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称为发酵法。为发酵法。1 1、医药工业、医药工业1 1氨基酸输液氨基酸输液2 2必需氨基酸：苏氨酸、缬氨必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸3 3半必需氨基酸：精氨酸、组半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。氨酸是幼儿所必需的。l1 1精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能妨碍精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能妨碍等疾病颇有效果；等疾病颇有效果；

25、l2 2天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。l3 3半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；炎等；l4 4组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。l1 1维生素维生素B6:B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。l2 2叶酸：需求用谷氨酸为原料合成。叶酸：需求用谷氨酸为原料合成。l3 3氨基酸外表活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基氨基酸外表活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-L-赖氨酰赖氨酰-L-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-L-精氨酸乙酯盐精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀