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第 3 章 氨基酸. (Amino Acid, AA, Aa, aa). —— 蛋白质的构件分子. 一、氨基酸. Protein Architecture. (一) 蛋白质水解. 蛋白质 —— 月示 —— 胨 —— 多肽 —— 肽 —— AA 1*10 4 5*10 3 2*10 3 1000 200 100 -500.

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(Amino Acid, AA, Aa, aa)

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Presentation Transcript


Amino acid aa aa aa

第3章 氨基酸

(Amino Acid, AA, Aa, aa)


Amino acid aa aa aa

——蛋白质的构件分子

一、氨基酸

Protein Architecture


Amino acid aa aa aa

(一) 蛋白质水解

蛋白质——月示——胨——多肽——肽——AA

1*104 5*103 2*103 1000 200 100

-500

  • 蛋白质和多肽的肽键可被催化水解

  • 酸/碱能将蛋白完全水解

  • 酶水解一般是部分水解

得到各种AA的混合物

得到多肽片段和AA的混合物

氨基酸是蛋白质的基本结构单元


Amino acid aa aa aa

(二) 氨基酸的结构

地球上天然形成的AA300种以上。

构成蛋白质的AA只有20余种,且都是α-氨基酸。


Amino acid aa aa aa

什么是氨基酸?


Amino acid aa aa aa

什么是α-氨基酸?

  • ----C-C-C-C-COOH

    γ β α

  • ----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸

  • ----C-C-C(NH2)-C-COOH β-氨基酸

  • ----C-C(NH2)-C-C-COOH γ-氨基酸


Amino acid aa aa aa

  • 大多数AA在中性pH时呈兼性离子状态:

  • 除甘氨酸外,19种AA都具有旋光性。

  • 除胱氨酸和酪氨酸外,其余AA都能溶于水。

COO-

NH3+


Amino acid aa aa aa

二、氨基酸的分类

(一)常见的蛋白质氨基酸


Amino acid aa aa aa

按R基的化学结构分类:

1、脂肪族aa

(1)中性aa


Amino acid aa aa aa

(2)含羟基或硫aa


Amino acid aa aa aa

(3)酸性aa及其酰胺


Amino acid aa aa aa

(4)碱性aa


Amino acid aa aa aa

2、芳香族aa


Amino acid aa aa aa

3、杂环aa


Amino acid aa aa aa

按R基的极性性质分类:

1、非极性R基aa


Amino acid aa aa aa

2、不带电荷的极性R基aa


Amino acid aa aa aa

3、带正电荷的R基aa


Amino acid aa aa aa

4、带负电荷的R基aa


Amino acid aa aa aa

(二)不常见的蛋白质氨基酸

由常见aa经修饰而来。


Amino acid aa aa aa

(三)非蛋白质氨基酸

  • 150多种

  • 多是蛋白质中L型α-AA衍生物

  • 有一些是β-,γ-,δ-AA

  • 有些是D-型AA


Amino acid aa aa aa

鸟氨酸

瓜氨酸


Amino acid aa aa aa

三、氨基酸的酸碱性质

(一)兼性离子


Amino acid aa aa aa

R

R

R

+

+

H3N—CH—COOH

H3N—CH—COO-

H2N—CH—COO-

(pH<pI)

(pH=pI)

(pH>pI)

(二)氨基酸的解离


Amino acid aa aa aa

(三)氨基酸的等电点

  • 当溶液为某一pH值时,AA主要以兼性离子的形式存在,分子中所含的正负电荷数目相等,净电荷为0。这一pH值即为AA的等电点(pI)。

  • 在pI时,AA在电场中既不向正极也不向负极移动,即处于两性离子状态。


Amino acid aa aa aa

Ka1*Ka2=……

  • 侧链不含离解基团的中性AA

  • pI = (pK’1 + pK’2 )/2


Amino acid aa aa aa

甘氨酸滴定曲线


Amino acid aa aa aa

  • 对于侧链含有可解离基团的AA

  • pI取决于两性离子两边pK’值的算术平均值

  • 酸性AA:pI = (pK’1 + pK’R-COO-)/2

  • 碱性AA:pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2


Amino acid aa aa aa

四、氨基酸的化学反应


Amino acid aa aa aa

(一)α-氨基参加的反应

1.与亚硝酸反应

2.与酰化试剂反应

3.烃基化反应

4.形成Schiff’s碱反应

5.脱氨基反应


Amino acid aa aa aa

NH2 OH

  • R CH COOH + HNO2 R CH COOH+H2O+N2

  • Van Slyke法测氨基氮(体积)的基础。

  • N2中的1/2为氨基氮。

氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。


Amino acid aa aa aa

R

O2N

O2N

F

+ H2N—CH—COOH

NO2

NO2

R

HN—CH—COOH

+ HF

DNFB

弱碱性

DNP-氨基酸 (黄色)

Sanger 法测定N末端氨基酸基础


Amino acid aa aa aa

H

R

—N=C=S + N—CH—COOH

H

PITC

H

H

R

—N—C—N—CH—COOH

S

PTC-氨基酸

S

—N—C

C

N

O

PTH-氨基酸

C

H

R

苯异硫氰酸酯PITC

Edman降解法基础

pH8.3

无水HF

苯氨基硫甲酰衍生物

苯乙内硫脲衍生物


Amino acid aa aa aa

R’ COOH R’ COO

C=O + H2N CH C=N CH

H R H R

-H20

+H20

醛 氨基酸 Schiff’s碱


Amino acid aa aa aa

在生物体内经AA氧化酶催化

即脱去α-氨基而转变为酮酸。


Amino acid aa aa aa

(二) α-羧基参加的反应

1.成盐或成酯反应

2.成酰氯反应

3.脱羧基反应

4.叠氮反应


2 nh 2 hcl r ch cooh c 2 h 5 oh r ch cooc 2 h 5 h 2 o

(2)成酯 NH2干燥,HCl R CH COOH + C2H5OH 回流 R CH COOC2H5 + H2O

(1)与NaOH等形成盐

保护羧基

NH3·Cl


Amino acid aa aa aa

HN-保护基

R— CH-COOH + PCl5

HN-保护基

R — CH-COOCl + POCl3 + HCl

保护氨基 活化羧基


Amino acid aa aa aa

NH2脱羧酶

R—CH-COOH

R-CH2-NH2 +CO2


Amino acid aa aa aa

酰化氨基酸甲酯

YNH O NH2NH2

R—CH—C—OCH3

YNH O HNO2

R—CH—C—NHNH2

YNH O R—CH—C—N -—N+ N + 2H2O

酰化氨基酰肼

酰化氨基酰叠氮

肽的人工合成


Amino acid aa aa aa

(三)α-羧基和α-氨基都参加的反应

1、 与茚三酮反应

2、 成肽反应


Amino acid aa aa aa

弱酸 加热


Amino acid aa aa aa

(四) 侧链R基参加的反应

1、Tyr

2、碱性AA

2、碱性AA

3、带硫AA


Amino acid aa aa aa

Tyr酚基在3和5位上易发生亲电取代反应,

如碘化和硝化

黄色反应


Amino acid aa aa aa

Pauly反应


Amino acid aa aa aa

Pauly反应

His侧链咪唑基与重氮苯磺酸生成棕红色化合物


Amino acid aa aa aa

Arg侧链胍基与环己二酮生成缩合物


Amino acid aa aa aa

Trp侧链吲哚基能被

N-溴代琥珀酰亚胺氧化

——分光光度法测定Trp含量


Amino acid aa aa aa

Met侧链上甲硫基:强亲核基团与烃化试剂成锍盐

保护巯基


Amino acid aa aa aa

与二硫硝基苯甲酸发生硫醇-二硫化物交换

pH8.0时412nm最大光吸收

—分光光度法测定-SH


Amino acid aa aa aa

Cys的巯基不稳定,易被氧化成二硫键

巯基在有痕量的金属离子如:

Cu2+,Fe2+,Co2+或Mn2+时,易被氧化


Amino acid aa aa aa

Cys中的二硫键可被氧化剂(过甲酸)以及还原剂(巯基化合物)打开。

磺基丙氨酸


Amino acid aa aa aa

五、AA的光学活性和光谱性质

(一)AA的光学活性和立体化学


Amino acid aa aa aa

(二)氨基酸的光谱性质

1、紫外吸收光谱

可见光区:无吸收

远紫外和红外区:都吸收

近紫外区(200—400nm):Tyr/Trp/Phe

原因:-C=C-C=C-C=C-C=C-


Amino acid aa aa aa

Trp 280nm

Tyr 275nm

Phe 257nm

蛋白质含量测定

280nm


Amino acid aa aa aa

2、核磁共振波谱


Amino acid aa aa aa

六、氨基酸混合物的分析分离

(一)分配层析法的一般原理

——利用AA成分分配系数的差异


Amino acid aa aa aa

{

固体

固定相

{

附着在固相上的液体

层析系统

流动相


Amino acid aa aa aa

按两相所处状态分:


Amino acid aa aa aa

按操作形式分:


Amino acid aa aa aa

按层析原理分:

固定相 各组分对固定相


Amino acid aa aa aa

(二)分配柱层析

填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、

淀粉、硅胶等,收集的组分用茚三酮

显色定量。


Amino acid aa aa aa

(三)纸层析

(四)薄层层析


Amino acid aa aa aa

(五)离子交换层析


Amino acid aa aa aa

(六)气液层析


Amino acid aa aa aa

(七)高效液相层析

固定相支持剂颗粒细,表面积大;

采取高压,洗脱速度快。


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