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1、(Amino Acid, AA, Aa, aa),第3章 氨基酸,蛋白质的构件分子,Protein Architecture,一、氨基酸,(一) 蛋白质水解,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,蛋白质月示胨多肽肽AA 1*104 5*103 2*103 1000 200 100 -500,(二) 氨基酸的结构,地球上天然形成的AA 有300种以上。 构成蛋白质的AA只有20余种,且都是-氨基酸。,什么是氨基酸?,-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH2)-COO
2、H -氨基酸 -C-C-C(NH2)-C-COOH -氨基酸 -C-C(NH2)-C-C-COOH -氨基酸,什么是-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,按基的化学结构分类:,、脂肪族aa,()中性aa,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,(2)含羟基或硫aa,丝氨酸,苏氨酸,半胱氨酸,甲硫氨酸,()酸性aa及其酰胺,天冬氨酸,谷氨酸,门冬酰胺,谷氨酰胺,()碱性aa,赖氨酸,精氨酸,、芳香族aa,苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸,、杂环a
3、a,组氨酸,脯氨酸,按基的极性性质分类:,、非极性基aa,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,甲硫氨酸,脯氨酸,、不带电荷的极性基aa,天冬氨酸,谷氨酰胺,半胱氨酸,甘氨酸,丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸,3、带正电荷的基aa,赖氨酸,精氨酸,组氨酸,4、带负电荷的基aa,天冬氨酸,谷氨酸,(二)不常见的蛋白质氨基酸,由常见aa经修饰而来。,脯氨酸,4-羟脯氨酸,5-羟赖氨酸,赖氨酸,-羧基谷氨酸,6-N-甲基赖氨酸,(三)非蛋白质氨基酸,150多种 多是蛋白质中L型-AA衍生物 有一些是-,-,-AA 有些是D-型AA,鸟氨酸 瓜氨酸,(1)必需氨基酸包括:缬氨酸,亮氨酸、异 亮氨酸
4、,苏氨酸,蛋氨酸,色氨酸,苯丙氨酸、 赖氨酸 人体必需氨基酸有八种: Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr Arg His 假 设 来 写 一 两 本 书 精 组 组氨酸和精氨酸虽然人体能自己合成,但效率较低,尤其在婴幼儿时期,需要由外界供给也称为半必需氨基酸。 (2)非必需氨基酸。,按人体是否能自我合成分类,三、氨基酸的酸碱性质,(一)兼性离子,非离子型,两性离子型,(二)氨基酸的解离,PI:等电点,使蛋白质沉淀时的PH值,(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(
5、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 = (pK1 + pK2 )/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 = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性AA:pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,谷氨酸滴定曲线,组氨酸滴定曲线,四、氨基酸的化学反应,(一)-氨基参加的反应,(二)-羧基参加的反应,(三)-羧基和-氨基都参加的反应,(四) 侧链R基参加的反应,(一)-氨基参加的反应,1.与亚硝酸反应,2.与酰化试剂反应,3
6、.烃基化反应,4.形成Schiffs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。,弱碱性,DNP-氨基酸 (黄色),DNFB,Sanger 法测定N末端氨基酸基础,pH8.3,无水HF,苯异硫氰酸酯PITC,苯氨基硫甲酰衍生物,苯乙内硫脲衍生物,Edman降解法基础,R COOH R COO C=O + H2N CH C=N CH H R H R,醛 氨基酸 Schiffs碱 (西佛碱),-H20,+H20,在生物体内经AA氧
7、化酶催化 即脱去-氨基而转变为酮酸。,(二) -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,NH3Cl,保护羧基,(1)与NaOH等形成盐,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 RCH-COOH R-CH2-NH2 +CO2,YNH O NH2NH2 RCHCOCH3 YNH O HNO2 RCHCNHNH2 YNH O RCHCN
8、-N+ N + 2H2O,酰化氨基酸甲酯,肼,酰化氨基酰肼,酰化氨基酰叠氮,肽的人工合成,(三)-羧基和-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(酪氨酸),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,His侧链咪唑基与重氮苯磺酸生成橘黄色化合物,Pauly反应,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
9、-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,L-甘油醛,D-甘油醛,L-丙氨酸,D-丙氨酸,L-丙氨酸,D-丙氨酸,(二)氨基酸的光谱性质,可见光区:无吸收 远紫外和红外区:都吸收 近紫外区(200400nm):Tyr/Trp/Phe 原因:-C=C-C=C-C=C-C=C-,1、紫外吸收光谱,Trp 280nm Tyr 275nm Phe 257nm,蛋白质含量测定,280nm,、核磁共振波谱,六、氨基酸混合物的分析分离,利用AA成分分配系数的差异,(一)分配层析法的一般原理,层析系统,固定相,流动相,附着在固相上的液体,固体,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,固定相支持剂颗粒细,表面积大; 采取高压,洗脱速度快。,(七)高效液相层析,Thank you!,
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