生物化學(xué)第三章氨基酸.ppt

第三章 氨基酸,Amino acid,第三章 氨基酸,一.氨基酸蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子 二.氨基酸的分類 三.氨基酸的酸堿化學(xué) 四.氨基酸的化學(xué)反應(yīng) 五.氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì) 六.氨基酸的分析分離,一. 氨基酸蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子,蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)的水解作用提供了關(guān)于蛋白質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的極有價(jià)值的資料,根據(jù)水解程度,可分為完全水解和部分水解 酸水解常用H2SO4或HCl進(jìn)行水解，一般用6mol/LHCl或4mol/L H2SO4；回流煮沸20小時(shí)可使蛋白質(zhì)完全水解。Trp被破壞，AsnGln酰氨基脫落，羥基AA小部分被破壞。 堿水解一般與5mol/LNaOH共煮10-20小時(shí)可使蛋白質(zhì)完全水解。多數(shù)氨基酸被破壞并消旋，堿性條件下Trp是穩(wěn)定的 酶水解不破壞氨基酸，也不消旋，缺點(diǎn)：一種酶往往水解不徹底，需要幾種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解，且作用時(shí)間長(zhǎng)，一般用于蛋白質(zhì)的部分水解。,20種氨基酸除脯氨酸外，其他均具如下結(jié)構(gòu)通式。,氨基酸在中性PH時(shí)，羧基以-COO-， 氨基以-NH3+形式存在。氨基酸既含有一個(gè)負(fù)電荷又含有一個(gè)正電荷，稱為兼性離子（偶極離子）。20種氨基酸除R基為H外，其-碳原子是一個(gè)手性碳，都具有旋光性。,-氨基酸,可變部分,不變部分,-氨基酸的一般結(jié)構(gòu),地球上天然形成的氨基酸有180種以上,但是 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種,且都是-氨基酸（可能還存在更多的）。 什么是-氨基酸呢？ 答案： -C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COOH -氨基酸 -C-C-C (NH2)- C - COOH -氨基酸 -C-C (NH2)- C - C - COOH -氨基酸,二. 氨基酸的分類,生物體中發(fā)現(xiàn)的氨基酸已有180多種，但參與蛋白質(zhì)組成的常見氨基酸只有20種，不參與蛋白質(zhì)組成的稱為非蛋白質(zhì)氨基酸，參與蛋白質(zhì)組成的稱為蛋白質(zhì)氨基酸。 各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基的不同。20種基本氨基酸： 按R的極性可分為非極性R基氨基酸、不帶電荷的極性R基氨基酸、帶負(fù)電荷的R基（酸性）氨基酸和帶正電荷的R基（堿性）氨基酸四類。 按R的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)族氨基酸三類。脂肪族氨基酸最多。,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine,脂肪族氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),脂肪族氨基酸,甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine,脂肪族氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 異亮氨酸 Ileucine,脂肪族氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 異亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline,亞氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 異亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine,含硫氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 纈氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 異亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline 甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine,含硫氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine,氨基酸的結(jié)構(gòu),芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine,氨基酸的結(jié)構(gòu),芳香族氨基酸,苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Tryptophan,氨基酸的結(jié)構(gòu),堿性氨基酸,精氨酸 Arginine,氨基酸的結(jié)構(gòu),堿性氨基酸,精氨酸 Arginine 賴氨酸 Lysine,氨基酸的結(jié)構(gòu),堿性氨基酸,精氨酸 Arginine 賴氨酸 Lysine 組氨酸 Histidine,氨基酸的結(jié)構(gòu),天冬氨酸 Aspartic acid,酸性氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),天冬氨酸 Aspartic acid 谷氨酸 Glutamic acid,酸性氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),絲氨酸 Serine,含羥基氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),絲氨酸 Serine 蘇氨酸 Threonine,含羥基氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),天冬酰胺 Asparagine,含酰胺氨基酸,氨基酸的結(jié)構(gòu),天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺 Glutamine,含酰胺氨基酸,20種氨基酸的單（三）字符號(hào),G Glycine Gly 甘氨酸 P Proline Pro 脯氨酸 A Alanine Ala 丙氨酸 V Valine Val 纈氨酸 L Leucine Leu 亮氨酸 I Isoleucine Ile 異亮氨酸 M Methionine Met 蛋氨酸 C Cysteine Cys 半胱氨酸 Y Tyrosine Tyr 酪氨酸 W Tryptophan Trp 色氨酸 H Histidine His 組氨酸 T Threonine Thr 蘇氨酸 K Lysine Lys 賴氨酸 R Arginine Arg 精氨酸 S Serine Ser 絲氨酸 F Phenylalanine Phe 苯丙氨酸 N Asparagine Asn 天冬酰胺 Q Glutamine Gln 谷氨酰胺 D Aspartic Acid Asp 天冬氨酸 E Glutamic Acid Glu 谷氨酸,幾種重要的不常見氨基酸,在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。 這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。 其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。,非蛋白質(zhì)氨基酸,除了參與蛋白質(zhì)組成的2030種氨基酸外，還在各種組織和細(xì)胞中找到150多種其他氨基酸。這些氨基酸大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的L型氨基酸的衍生物。 如： -丙氨酸 -氨基丁酸 高半胱氨酸 高絲氨酸 鳥氨酸 瓜氨酸等。,三. 氨基酸的酸堿化學(xué),氨基酸的離解性質(zhì) 氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。 在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。,PH 1 7 10 凈電荷 +1 0 -1 正離子 兩性離子 負(fù)離子 等電點(diǎn)PI,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1-氨基參與的反應(yīng),（2）與亞硝酸反應(yīng),用途：范斯來克法定量測(cè)定氨基酸的基本反應(yīng)。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1-氨基參與的反應(yīng),（3）?；磻?yīng),用途：用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測(cè)定等。,A、與2，4二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng),AA的氨基的一個(gè)氫原子可被烴基（環(huán)烴及其衍生物）取代 。在弱堿性溶液中，發(fā)生親核芳環(huán)取代反應(yīng)，而生成二硝基苯基AA（DNPAA） （最早Sanger用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基端的AA ）,（4）烴基化反應(yīng),1-氨基參與的反應(yīng),用途：用于肽鏈的氨基端測(cè)定等。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),B、與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應(yīng),生成的PTCAA和PTHAA均無色，可用層析法分離 EDMAN用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N末端AA 在多肽和蛋白質(zhì)的AA順序分析方面占有重要地位,（4）烴基化反應(yīng),用途：用于肽鏈的氨基端測(cè)定等。,1-氨基參與的反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1-氨基參與的反應(yīng),（5）生成西佛堿的反應(yīng),用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過程。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1-氨基參與的反應(yīng),（6）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng),用途：酶催化的反應(yīng)。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽，如與NaOH反應(yīng)得氨基酸鈉鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,而重金屬鹽則不溶于水。,2 -羧基參與的反應(yīng),（1）成鹽反應(yīng),用途：,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),催化劑可用干燥氯化氫氣體或二氯亞砜,1-氨基參與的反應(yīng),（2）形成酯的反應(yīng),用途：是合成氨基酸?；苌锏闹匾虚g體。,2 -羧基參與的反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1,（3）形成酰鹵的反應(yīng),用途：這是使氨基酸羧基活化的一個(gè)重要反應(yīng)。,2 -羧基參與的反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),（4）疊氮化反應(yīng),用途：常作為多肽合成活性中間體（羧基活化）。,2 -羧基參與的反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),（5）脫羧反應(yīng),用途：酶催化的反應(yīng)（脫羧基反應(yīng)）。,2 -羧基參與的反應(yīng),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1,(1)與茚三酮反應(yīng),用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。,3-氨基和羧基共同參與的反應(yīng),茚三酮,水合茚三酮,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),1,（2）成肽反應(yīng),用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。,3-氨基和羧基共同參與的反應(yīng),4側(cè)鏈R基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì),(1) 巰基（-SH）的性質(zhì),作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),4側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì),(1) 巰基（-SH）的性質(zhì),作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),4側(cè)鏈基團(tuán)R的化學(xué)性質(zhì),(1) 巰基（-SH）的性質(zhì),作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或 斷裂。（過甲酸HCOOOH，巰基化合物如R-SH、DTT等）,胱氨酸,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),4側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì),(1) 巰基（-SH）的性質(zhì),作用：可用于比色法定量測(cè)定半胱氨酸的含量。（1分子半胱氨酸生成1分子硫硝基苯甲酸）,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB),四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),4側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì),（2）羥基的性質(zhì),作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。,二異丙基氟磷酸酯 DFP,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),4側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì),（3）咪唑基、苯酚基的性質(zhì),組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在生理?xiàng)l件下具有緩沖作用。 酪氨酸中的苯酚基可以與重氮化合物（例如：對(duì)氨基苯磺酸的重氮鹽）結(jié)合生成橘黃色的化合物。 組氨酸的咪唑基與重氮苯磺酸也能形成相似的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。,作用：在序列測(cè)定和蛋白質(zhì)化學(xué)修飾中使用。,四. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),五.氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì),氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，氨基酸均含有一個(gè)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數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù),氨基酸的光吸收,構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(220nm)均有光吸收。 在近紫外區(qū)(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=2.0x102; 色氨酸的max280nm，280=5.6x103; (含苯環(huán)氨基酸大鍵吸收紫外光，故蛋白質(zhì)也具有紫外吸光性，實(shí)驗(yàn)室利用紫外分光光度儀在280nm處測(cè)定蛋白質(zhì)含量),六. 氨基酸的分析分離,分配柱層析：層析柱中的填充物是一些具有親水性的不溶性物質(zhì)，如纖維素、淀粉、硅膠等。 濾紙層析：濾紙纖維素 薄層層析：支持劑涂布在玻璃板上 離子交換層析：陰離子交換樹脂-N(CH3)3OH，陽離子交換樹脂-SO3H 電泳：在電場(chǎng)中帶負(fù)電荷蛋白質(zhì)向正極移動(dòng)；帶正電荷蛋白質(zhì)向負(fù)極移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。,（一）分配層析的一般原理,層析法色層分析法（吸附層析法） 系統(tǒng)的組成 固定相（靜相） 流動(dòng)相（動(dòng)相） 分配系數(shù)描述混合物的在這兩相中的分配情況 分配定律當(dāng)一種溶質(zhì)在兩種一定的互不相溶的溶劑中分配時(shí)，在一定的溫度下達(dá)到平衡后，溶質(zhì)在兩相中的濃度比值為一常數(shù)。即分配系數(shù)（kd）。 CA 在A相（動(dòng)相）中的濃度 Kd CB 在B相（靜相）中的濃度 物質(zhì)分配 液液 固液 氣液,有效分配系數(shù) 某一物質(zhì)在A相中的總量 Keff= 某一物質(zhì)在B相中的總量 對(duì)液液層析系統(tǒng)： CAVA Keff=-=Rd Rv CBVB VAA相的體積 VBB相的體積 RVA、B兩相的體積比 所以，Keff是RV的函數(shù)，溶質(zhì)的有效分配系數(shù)可以調(diào)節(jié)兩相的體積比而加以改變。 分離的先決條件：各種AA成分的分配系數(shù)有差異，差異越大，越容易分開。 原理：逆流分配,分配系數(shù)大的物質(zhì)(kd=3)沿一毓分溶管的“移動(dòng)”速度，要比分配系數(shù)小的物質(zhì)Y(kd=1)快，每一種物質(zhì)在一毓分溶管中是相當(dāng)集中的，分溶曲線呈峰形，只要用足夠數(shù)目的分溶管，就可使兩個(gè)峰彼此分開。,（二）分配柱層析,填充劑（支持劑）：具有親水性的不溶物質(zhì) e.g.纖維素、淀粉、硅膠 固定相：支持劑附著一層不會(huì)流動(dòng)的結(jié)合水 流動(dòng)相：沿固定相流過的與它不互溶的溶劑 e.g.酚、正丁醇 原理： 填充劑（分溶管） 洗脫劑（流動(dòng)相） AA混合樣品在兩相之間分配 分配系數(shù)不同，各成分移動(dòng)速度不同 分步收集 茚三酮顯色定量,（三）濾紙層析-分離、鑒定AA混合物的方法,分配層析 固定相：纖維素上吸附的水 流動(dòng)相：展層溶劑 層析時(shí)，混合AA在兩相中不斷分配，使它們分布在濾紙的不同位置上。 雙向?yàn)V紙層析：P151,（四）薄層層析,優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，所需樣品量微，層析速度快，可使用的支持劑種類多（纖維素、淀粉、硅膠、M2O3），應(yīng)用廣泛。 步驟：把支持劑涂布在玻璃板上使成一個(gè)均勻的薄層，把藥分析的樣品滴加在薄層的一端，然后用合適的溶劑在密閉的容器中進(jìn)行展層，使樣品中各個(gè)成分分離開來，最后進(jìn)行鑒定和定量測(cè)定。P152,（五）離子交換層析-是一種用離子交換樹脂做支持劑的層析法,注意： AA與樹脂結(jié)合牢固程度 （AA與樹脂間的親和力） 1 、靜電吸引 2 、AA側(cè)鏈與苯乙烯間的疏水相互作用 PH=3 時(shí)，AA與陽離子交換樹脂之間靜電引力的大小： 堿性AA（R2+）中性AA（R+）酸性AA 洗脫順序：酸性AA，中性AA，堿性AA,氨基酸的應(yīng)用,1，醫(yī)藥工業(yè) 氨基酸輸液 必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。,治療藥劑,1，精氨酸：對(duì)治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果； 2，天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；