蛋白质的构件—氨基酸

1、第二章 蛋白质的构件氨基酸一、一、 蛋白质的化学组成和分类蛋白质的化学组成和分类 化学组成：化学组成： 碳 50% 氢 7% 氧 23% 氮16% 硫 0-3% 其他 微量 w凯氏定氮法的基础：w 蛋白质含量蛋白质含量 = = 蛋白氮蛋白氮 6.256.25w 蛋白质的分类蛋白质的分类： 单纯蛋白质： 仅由氨基酸组成，如核糖核酸 酶，肌动蛋白。 缀合蛋白质： 除氨基酸外还其他化学成分作 为结构的一部分。称为( (辅基或配体辅基或配体) ) 酶、 调节蛋白、 转运蛋白、 贮存蛋白、 结构蛋白、等。 按生物功能生物功能分类：二、 蛋白质的水解蛋白质水解最后成为氨基酸混合物酸水解酸水解 不产生消旋作

2、用，得19种 L-AA，色氨酸破坏。碱水解碱水解 多数氨基酸破坏（精氨酸脱氨、产 生尿素和鸟氨酸），产消旋现象。酶水解酶水解 不消旋、不破坏，但水解不彻底。 三、 -氨基酸的一般结构 19种氨基酸具有一级氨基（-NH3+）和羧基（-COOH）结合到碳原子（C），同时结合到（C）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro具有二级氨基（-亚氨基酸）-氨基酸的结构通式：不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称C（除Gly），则：1. 具有两种立体异构体 D-型和L-型2. 具有旋光性 左旋（-）或右旋（+）四氨基酸的分类1. 根据根据R的化学结构的化学结构（1）脂肪

3、族氨基酸：1）中性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile；2）含羟基或硫氨基酸： Met、Cys、 Ser、Thr；3）酸性氨基酸及其酰胺： Asp、Glu、Asn、Gln；4）碱性氨基酸： Lys 、Arg、（His）。（一）常见的蛋白质氨基酸（一）常见的蛋白质氨基酸（2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp（3）杂环氨基酸：Trp、His（4）杂环亚氨基酸：Pro2. 根据R基团的极性分（1）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro、Trp、Met；（2）极性氨基酸：1）不带电：Ser、Gly、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、

4、Arg；3）带负电：Asp、Glu；（二）不常见的蛋白质氨基酸（二）不常见的蛋白质氨基酸构成蛋白质的编码氨基酸为20种。编码氨基酸经过化学修饰产生的非编码氨基酸，如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸、磷酸丝氨酸和磷酸精氨酸等。（三）（三） 非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸五、五、 氨基酸的酸碱性质氨基酸的酸碱性质无色晶体，熔点极高（200以上），有不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。（一） 氨基酸的解离+H3NCRCOO -HH+H2NCRCOO -HH+H3NCRCOO -H+H3NCRCOOHHH2NCRCO O -H+H3NCRCO O -H+H3NCRCO O HHK a

5、1K a2+ H + H +兼 性 离 子 （ Ao）阳 离 子 （ A+）阴 离 子 （ A-）+ O H -+ O H -A0H+A+Ka1A0A -Ka2H+Henderson-Hasselbalch Henderson-Hasselbalch 方程方程 HA A- + H+ Ka=H+A-/ HAH+（A-/ HA) 两边取负对数pKapHlg（A-/ HA） pHpKa+ lg（A-/ HA）pKa+ lg(碱/酸) 在这里能接受H+（质子受体）的A-被看作广义的碱，而能释放H+（质子供体）的HA被看作广义的酸。 Gly Gly 的的 解解 离离 甘氨酸解离曲线等电点（等电pH，pI

6、）两性电解质净电荷为零时溶液的pH值。等电点时，电解质在电场中不运动侧链不解离的中性氨基酸pIpK1pK2/2作 业1. 0.1mo1/L的谷氨酸溶液处于它的等电点，(1)计算主要等电形式的的谷氨酸的近似浓度。(2)计算完全质子化形式的谷氨酸的近似浓度。(3)在溶液中甚至浓度小到几乎没有的，共有多少种形式?2. P29： 1、2.六、氨基酸的化学反应（一）-羧基反应 -羧基具有该官能团的全部简单反应，如成酯、成酰氯和成酰胺反应。NH2CHCOOHRNH2CHCOOC2H5R+C2H5OH干燥，HCl回流+ H2OHNCHCOOHRHNCHCOOCIR+PCl5+ POCl3 + HCl保护基保

7、护基（二）-氨基反应氨基酸游离的-氨基可被酰氯和酸酐酰化发生酰化反应。CH2OCOClH2NCHCOONaR在弱碱中（后酸化）苄氧酰氯苄氧酰氨基酸CH2OCONHCHCOONaR+ Na+ + Cl-+这 些 酰 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。NCSH2NCHCOOHR在 弱 碱 中+NHCNHCCHOOHRSNCOCCNHSHRH+(CH3NO2)苯 异 硫 氰 酸 酯苯 氨 基 硫 甲 酰 衍 生 物 （ PTC-氨 基 酸 ）苯 乙 内 酰 硫 脲 衍 生 物 （ PTH-氨 基 酸 ）与苯异硫氰酸酯（PITC，Edman试剂）

8、反应，Edman用来鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸。FO2NNHCHO2NDNP-氨 基 酸 （ 黄 色 ）H2NCHCOOHRNO2NO2COOHR+在 弱 碱 中+ F-DNFB2，4-二硝基氟苯与氨基酸生成二硝基苯基氨基酸。被英国的Sanger用来鉴定多肽蛋白质的N末端氨基酸。称Sanger试剂。（三）茚三酮反应紫色复合物：570 nm亮黄色化合物：脯氨酸、羟脯氨酸 440 nm（四）侧链官能团的特异性反应其中有些反应是蛋白质化学修饰的基础。-OOCCHCH2NH3+S-OOCCHCH2NH3+SCH2COO-+ I-+ ICH2COO-半胱氨酸碘乙酸羧甲基半胱氨酸胱氨酸中的二硫键在稳定蛋

9、白质的构象上起很大的作用。氧化剂和还原剂都可打开二硫键。如过甲酸和巯基化合物H2NHCCOOHCH2SSCH2CHH2NCOOHH2NHCCOOHCH2SO3HH2NHCCOOHH2CSH6HCOOOH2R-SH22+ 6HCOOHRSSR磺基丙氨酸磺基丙氨酸胱氨酸胱氨酸七、 氨基酸的旋光性和光谱性质（一）氨基酸的旋光性和立体化学-氨基酸的-碳是一个不对称碳（手性碳），不对称碳原子上的4个取代基在空间的取向可以有两种构型，D型和L型。氨基酸的构型以D性甘油醛为参考物。除Gly外，19种氨基酸的-碳原子都是不对称碳原子，因此至少有两种光学异构体。 COO-CCH3+H3NHCHOCCH2OHHO

10、HCOO-CCH3H+H3NCHOCCH2OHHHOCOO-CCH3HNH3+COO-CCH3+H3NH=D-甘 油 醛D-丙 氨 酸L-甘 油 醛L-丙 氨 酸Thr、Leu、P r o 和 羟Pro还有第二个不对称碳原子。（二）（二）氨基酸氨基酸的光谱的光谱性质性质分光光度法的原理是Lamber-Beer定律： A = log I0 /I = - log T = cl T= I/I0 A： 吸光值（absorbance） （光密度, optical density,OD）： 摩尔吸收系数（摩尔消光系数） c： 摩尔浓度 l： 比色杯的内径或光程厚度 I0： 入射光强 I： 透射光强 T：

11、透光率八、氨基酸混合物的分离和分析（一）分配层析层析层析 即色层分析也称色谱(chromatography)。层析的种类有很多种如吸附层析，离子交换层析等。分配层析依据的是分配定律。分配定律(partitionlaw)：当一种物质在两种给定的互不相容的溶剂中分配时，在一定温度下达到平衡时，溶质在两相中的浓度比值为一常数，即分配系数(Kd)。 Kd= CA/CBCA和CB分别是A相（流动相）、B相（固定相）中的浓度某一物质在层析系统中的行为取决于有效分配系数 Keff = 某一物质在A相中的总量/某一物质在B相中的总量 溶质的有效分配系数可以调整两项的体积比而加以改变。 分配柱层析纸层析将支持剂

12、（硅胶、纤维素粉等）涂布在玻璃板上制成均匀的薄层。分辨率高，所需样品极微，层析速度快。（一）离子交换层析（一）离子交换层析离子交换树脂离子交换树脂是具有酸性酸性或碱性碱性基团的人工合成聚苯乙烯苯二乙烯(polystyrenedivinylbenzene)等不溶性高分子化合物。聚苯乙烯苯二乙烯是离子交换树脂的基质基质(matrix)。阳离子交换树脂，如SO3H（强酸型）强酸型）或COOH（弱酸弱酸型）型），对于在酸性环境中的氨基酸阳离子，它们可以和H+发生交换而“结合”在树脂上。同样的阴离子交换树脂含有的碱性基团如N(CH3)3OH（强强碱型）碱型）或）NH3OH（弱碱型）弱碱型）可解离出OH能

13、与溶液里的阴离子交换而结合在树脂上。 分离氨基酸混合物经常使用强酸性离子交换树脂。 氨基酸在树脂上的牢固程度，主要取决于他们之间的静电吸引，其次是氨基酸侧链与树脂基质聚苯乙烯之间的疏水作用。 在pH3左右，氨基酸与阳离子交换树脂之间的静电吸引力的大小次序是： 碱性氨基酸（A2+）中性氨基酸(A+)酸性氨基酸（A-）。 洗脱氨基酸的有效方法是 逐步提高洗脱剂的pH和盐浓度（离子强度）。 w 蛋白质的分类蛋白质的分类： 单纯蛋白质： 仅由氨基酸组成，如核糖核酸 酶，肌动蛋白。 缀合蛋白质： 除氨基酸外还其他化学成分作 为结构的一部分。称为( (辅基或配体辅基或配体) )三、 -氨基酸的一般结构 1

14、9种氨基酸具有一级氨基（-NH3+）和羧基（-COOH）结合到碳原子（C），同时结合到（C）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro具有二级氨基（-亚氨基酸）-氨基酸的结构通式：四氨基酸的分类Henderson-Hasselbalch Henderson-Hasselbalch 方程方程 HA A- + H+ Ka=H+A-/ HAH+（A-/ HA) 两边取负对数pKapHlg（A-/ HA） pHpKa+ lg（A-/ HA）pKa+ lg(碱/酸) 在这里能接受H+（质子受体）的A-被看作广义的碱，而能释放H+（质子供体）的HA被看作广义的酸。 NCSH2NCHCOOHR在 弱 碱 中+NHCNHCCHOOHRSNCOCCNHSHRH+(CH3NO2)苯 异 硫 氰 酸 酯苯 氨 基 硫 甲 酰 衍 生 物 （ PTC-氨 基 酸 ）苯 乙 内 酰 硫 脲 衍 生 物 （