羟基的性质作用.ppt

1、第二章 氨基酸,1、氨基酸蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法,1、氨基酸蛋白质的构件分子,Protein,蛋白质是由是由许多不同的-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,Amino acid,蛋白质的化学组成,蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元

2、素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50 氢 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量,蛋白质的含氮量,氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： 蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮的克数 6.25 三聚氰胺？,凯氏（Kjedahl）定氮法的理论基础,氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。,蛋白质经水解得到得到各种氨基酸混合物 酸水解 碱水解 酶水

3、解,酸水解,常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105-110条件下进行水解，反应时间约20小时。 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏； 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。,碱水解,一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。 部分的水解产物发生消旋化。 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。,酶水解蛋白质一级结构的分析,目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase）已

4、有十多种。 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。 最常见的蛋白水解酶有以下几种： 胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶），胃蛋白酶等,第二章、氨基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法,除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。,2、氨基酸的结构和分类,各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。20种基本氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、极性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。,-氨基酸,可变部分,不变部分,氨基酸的分类,根据R的化学结构 （1）脂肪族氨基酸：1）疏水性

5、：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr （2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp （3）杂环氨基酸：His 、Pro,根据R的极性 （1）极性氨基酸：1）不带电： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu （2）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine,1.脂肪族氨基酸（中性）,旋光性？,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine,

6、1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的结构,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine,1.脂肪族氨基酸（中性）,氨基酸的结构,甲硫氨酸 Methionine,（含羟基或硫氨基酸）,蛋氨酸，甲基供体,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cyst

7、eine,（含羟基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,二硫桥,氨基酸的结构,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine 丝氨酸 Serine,（含羟基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,O-连接,氨基酸的结构,甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine 丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine,（含羟基或硫氨基酸）,1.脂肪族氨基酸,O-连接,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine,胍基，正电荷，尿素形成的中间物,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,碱性氨基酸,精氨酸 Arginine 赖氨酸 Lysine,1.脂肪族氨基酸,正电荷,氨基酸的结构,天冬氨

8、酸 Aspartate,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,负电荷,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate,酸性氨基酸及酰胺,负电荷,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 天冬酰胺 Asparagine,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine,酸性氨基酸及酰胺,1.脂肪族氨基酸,氨基酸的结构,2. 芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine,氨基酸的结构,苯丙氨酸 Phenyl

9、alanine 酪氨酸 Tyrosine,2. 芳香族氨基酸,氨基酸的结构,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Trytophan，Trp,吲哚环,2. 芳香族氨基酸,氨基酸的结构,脯氨酸 Proline,3.杂环亚氨基酸,吡咯烷基，唯一的非氨基酸,氨基酸的结构,组氨酸 Histidine,咪唑基,正电荷,4.杂环氨基酸,根据R的极性 （1）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp，溶解性小 （2）极性氨基酸： A）不带电： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys； B）带正电：His、Lys、Arg；

10、C）带负电：Asp、Glu,几种重要的不常见氨基酸,在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。 其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。,必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。,由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。,一两色素本来淡些,第二章、氨

11、基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法,氨基酸的重要性质,一般物理性质 无色晶体，熔点极高（200以上），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。,两性解离和等电点 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子，为两性电解质。,兼性离子=偶极离子 离子晶格 熔点高，使水的介电常数降低,PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,二元酸,在不同的pH条件下

12、，两性离子的状态也随之发生变化。,碱 酸,调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的-氨基，-羧基是可以离子化的。,氨基酸的等电点,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负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。,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 +

13、 pK2 )/2,对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,注意： 1、Handerson公式 pH = pK + log（质子受体/质子供体） 计算溶液中各种离子的比例 2、若 pH pI , 则氨基酸带_电荷 若 pH pI , 则氨基酸带+电荷,氨基酸的甲醛滴定法,OH-,中和滴定,氨基酸在滴定时测K1、K2时，2或12 无合适的指示剂 甲醛滴定使氨基的解离常数减少2个单位 降低了-NH2的碱性 增加了NH3+的酸性解离 使PK

14、2移到7附近，酚酞的显色区，而PK1不变,第二章、氨基酸,Amino acid,1、氨基酸蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法,氨基酸的化学性质,1-氨基参与的反应,（1）与甲醛发生羟甲基化反应,用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。,4、氨基酸的化学性质,1-氨基参与的反应,（2）与亚硝酸反应,用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应 注意：N2的量只有一半来自于氨基酸,4、氨基酸的化学性质,1-氨基参与的反应,（3）酰化反应,用途：在合成蛋白质时用于保护氨基以及肽链的氨基端，如苄氧酰氯。条件：弱碱下,4、氨基酸的化学性质,1-

15、氨基参与的反应,（4）烃基化反应,用途：弱碱下氨基酸的氢原子可被烃基取代，是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。,与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应,弱碱性,DNP-氨基酸,Sanger 鉴定N端氨基酸,与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应,pH8.3,无水HF,重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”，Edman分析法,取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高 Sanger分析法,4、氨基酸的化学性质,1-氨基参与的反应,（5）生成西佛碱的反应,用途：是多种酶促反应的中间过程，如转氨、糖肽连接。,或者醛,4、氨基酸的化学性质,1-氨基参与的反应,（6）脱氨基和转氨基反应,

16、用途：形成新的氨基酸及有利于氨的转运。,4、氨基酸的化学性质,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,而重金属盐则不溶于水。,2 -羧基参与的反应,（1）成盐反应,用途：保护羧基，羧基钝化，氨基活化,4、氨基酸的化学性质,1,1-氨基参与的反应,（2）形成酯的反应,用途：羧基钝化，氨基活化 是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。,2 -羧基参与的反应,4、氨基酸的化学性质,（3）形成酰卤的反应,用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。,2 -羧基参与的反应,PG是氨基的保护剂,4、氨基酸的化学性质,（4）叠氮化反应,用途：羧基活化，常作为多肽合成活性中间体。,2 -羧基参与的反应

17、,迭氮反应,H2N-CHR-COOH,NH2NH2,（-CH3OH）,HNO2,4、氨基酸的化学性质,1,（5）脱羧反应,用途：生成各种具生物活性的衍生物。,2 -羧基参与的反应,4、氨基酸的化学性质,1,(1)与茚三酮反应,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应,茚三酮,水合茚三酮,与茚三酮的反应： Pro产生黄色物质，在440nm（黄色）定量测定（几g） 一般氨基酸为蓝紫色，在570nm（蓝紫色） 释放的二氧化碳可计算氨基酸的量,4、氨基酸的化学性质,1,（2）成肽反应,用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。,3-氨基和羧基共同参与的反应,4侧链基团的化学性质

18、,(1) 巯基（-SH）的性质,1,作用：这些反应可用于巯基的保护，避免重新氧化成二硫键。,4侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒,PbAc。,4侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂 如过甲酸、巯基乙醇，加碘乙酸防重新氧化,胱氨酸,4侧链基团的化学性质,(1) 巯基（-SH）的性质,作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)，Ellman试剂,412nm,4侧链基团的化学性质,（2）羟基的性质,作用：可用于修饰蛋白质。,二异丙基氟磷酸酯,4侧链

19、基团的化学性质,（3）咪唑基的性质,组氨酸含有咪唑基，它的pK2值为6.0，在生理条件下具有缓冲作用。 组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。 组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失,作用：酶活性调节,4侧链基团的化学性质,（4）甲硫基的性质,1,作用：确定Met的含量,硫盐,所获得的甲基一半来自于甲基碘,Pauly反应：检测Tyr的酚羟基 Tyr + 重氮化合物橘黄色 坂口反应：检测Arg的胍基 Arg 与-萘芬呈红色 乙醛酸反应：Trp与乙醛酸成紫色 黄色反应：苯环氨基酸+硝酸,第二章、氨基酸

20、,Amino acid,1、氨基酸蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法,C如是不对称C（除Gly），则： 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（+）,5、氨基酸的光学与光谱性质,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。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据,氨基酸的旋光性,Thr，Ile有两个手性碳原子 称为L-Thr；L-别Thr 胱氨酸可能是内消旋体,Thr,胱氨酸,氨基酸的光吸收,构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(22

21、0nm)均有光吸收。 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。 酪氨酸的max275nm，275=1.4x103; 苯丙氨酸的max257nm，257=2.0 x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103;,氨基酸的应用,1，医药工业 氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。,治疗药剂,1，精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果； 2，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。 3，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炎等； 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。,2，化学工业,维生素