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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


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*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


(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。


什么是氨基酸?


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


  • 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+


二、氨基酸的分类

(一)常见的蛋白质氨基酸


按R基的化学结构分类:

1、脂肪族aa

(1)中性aa


(2)含羟基或硫aa


(3)酸性aa及其酰胺


(4)碱性aa


2、芳香族aa


3、杂环aa


按R基的极性性质分类:

1、非极性R基aa


2、不带电荷的极性R基aa


3、带正电荷的R基aa


4、带负电荷的R基aa


(二)不常见的蛋白质氨基酸

由常见aa经修饰而来。


(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


鸟氨酸

瓜氨酸


三、氨基酸的酸碱性质

(一)兼性离子


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


(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。


Ka1*Ka2=……

  • 侧链不含离解基团的中性AA

  • pI = (pK’1 + pK’2 )/2


甘氨酸滴定曲线


  • 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


四、氨基酸的化学反应


(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


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。


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


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


R’ COOH R’ COO

C=O + H2N CH C=N CH

H R H R

-H20

+H20

醛 氨基酸 Schiff’s碱


在生物体内经AA氧化酶催化

即脱去α-氨基而转变为酮酸。


(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)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


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


NH2脱羧酶

R—CH-COOH

R-CH2-NH2 +CO2


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


(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


弱酸 加热


(四) 侧链R基参加的反应

1、Tyr

2、碱性AA

2、碱性AA

3、带硫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


Pauly反应


Pauly反应

His侧链咪唑基与重氮苯磺酸生成棕红色化合物


Arg侧链胍基与环己二酮生成缩合物


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


Met侧链上甲硫基:强亲核基团与烃化试剂成锍盐

保护巯基


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


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


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


五、AA的光学活性和光谱性质

(一)AA的光学活性和立体化学


(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-


Trp 280nm

Tyr 275nm

Phe 257nm

蛋白质含量测定

280nm


2、核磁共振波谱


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


{

固体

固定相

{

附着在固相上的液体

层析系统

流动相


按两相所处状态分:


按操作形式分:


按层析原理分:

固定相 各组分对固定相


(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。


(三)纸层析

(四)薄层层析


(五)离子交换层析


(六)气液层析


(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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