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(Amino Acid, AA, Aa, aa) 第3第 第第第

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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. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: (Amino Acid, AA, Aa, aa)

(Amino Acid, AA, Aa, aa)

第 3 章 氨基酸

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——蛋白质的构件分子Protein Architecture

一、氨基酸

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(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

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(二) 氨基酸的结构(二) 氨基酸的结构

地球上天然形成的地球上天然形成的 AA300AA300 种以上。种以上。

构成蛋白质的构成蛋白质的 AAAA 只有只有 2020 余种余种,,且且都是都是 α-α- 氨基酸氨基酸。。

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什么是氨基酸?

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• ----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

什么是 α- 氨基酸?

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• 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+

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二、氨基酸的分类

(一)常见的蛋白质氨基酸

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按R基的化学结构分类:1、脂肪族 aa

(1)中性 aa

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( 2)含羟基或硫 aa

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(3)酸性 aa及其酰胺

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(4)碱性 aa

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2、芳香族 aa

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3、杂环 aa

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按R基的极性性质分类:1、非极性R基 aa

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2、不带电荷的极性R基 aa

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3 、带正电荷的R基 aa

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4 、带负电荷的R基 aa

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(二)不常见的蛋白质氨基酸 由常见 aa 经修饰而来。

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(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

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鸟氨酸

瓜氨酸

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三、氨基酸的酸碱性质

(一)兼性离子

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H3N—CH—COOH

R+

( pH < pI )

H3N—CH—COO-

R+

( pH=pI )H2N—CH—COO-

R

( pH > pI )

(二)氨基酸的解离

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(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。

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Ka1*Ka2=……

侧链不含离解基团的中性 AApI = (pK’1 + pK’2 )/2

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甘氨酸滴定曲线

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•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

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四、氨基酸的化学反应

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(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

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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。

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NO2

FO2N + H2N—CH—COOHR

NO2

O2N HN—CH—COOHR

+ HF

弱碱性

DNP- 氨基酸 (黄色)

DNFB

Sanger 法测定 N末端氨基酸基础

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—N=C=S + N—CH—COOH

H

H R

PITC

—N—C—N—CH—COOHH H R

S PTC- 氨基酸

—N—C

H R

S

NC

CO PTH- 氨基酸

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

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R’ COOH R’ COOR’ COOH R’ COO C=O + HC=O + H22N CH C=N CH N CH C=N CH H R H RH R H R

醛 氨基酸 Schiff’s 碱

-H20

+H20

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在生物体内经 AA 氧化酶催化即脱去 α- 氨基而转变为酮酸。

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(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

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( 2 )成酯

NH2 干燥, HCl R CH COOH + C2H5OH 回流

R CH COOC2H5 + H2O

NH3·Cl保护羧基

( 1 )与 NaOH 等形成盐

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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

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NH2 脱羧酶 R—CH-COOH

R-CH2-NH2 +CO2

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YNH O NH2NH2 R—CH—C—OCH3

YNH O HNO2 R—CH—C—NHNH2

YNH O R—CH—C—N -—N+ N + 2H2O

酰化氨基酸甲酯 肼

酰化氨基酰肼

酰化氨基酰叠氮

肽的人工合成

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(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

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弱酸 加热

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(四) 侧链 R基参加的反应

1 、 Tyr

2 、碱性 AA2 、碱性 AA

3 、带硫 AA

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O

NH2

OH

OH

I I

O

NH2

OH

OH

I

O

NH2

OH

OH

O2NNO2

O

NH2

OH

OH

NO2

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

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N N

N N

O

NH2

OH

OH

HO 3S

HO 3S

PaulyPauly 反应

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N N

NHN

N N

CH 2 CH CO O H

NH2HO 3S

HO 3S

His 侧链咪唑基与重氮苯磺酸生成棕红色化合物

PaulyPauly 反应

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Arg 侧链胍基与环己二酮生成缩合物

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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

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Met 侧链上甲硫基:强亲核基团与烃化试剂成锍盐

保护巯基

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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

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2R-SH + 1/2O 2 R-S-S-R + H 2O

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

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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。

H2N-CH-COOH

CH2

S

S

CH2

H2N-CH-COOH

6HCO O O H

H2N-CH-COOH

CH2

SO3H

H2N-CH-COOH

CH2

SH

2R-SH

+

+

6HCO O H

R-S-S-R

磺基丙氨酸

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CH2SH

HOCH

HCOH

CH2SH

+ R-S-S-ROH

OH

S

S+ 2R-SH

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五、 AA的光学活性和光谱性质

(一) AA 的光学活性和立体化学

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(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( 200—400nm): Tyr/Trp/Phe 原因: -C=C-C=C-C=C-C=C-

1 、紫外吸收光谱

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Trp 280nmTyr 275nmPhe 257nm

蛋白质含量测定

280nm

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2、核磁共振波谱

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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

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{层析系统固定相 {流动相

附着在固相上的液体

固体

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按两相所处状态分:

流动相

液体 气体

固定相

液体 液液层析 气液层析

固体 液固层析 气固层析

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柱 固定相 装于柱内纸 固定相是液体, 吸附在滤纸上,将样品

点在纸上,用流动相展开薄层 将有适当粘度的固定相 涂在薄板上薄膜 与纸层析相似,

纸用其它高分子有机吸附剂代替

按操作形式分:

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吸附 固体 吸附能力不同分配 液体 分配系数不同

离子交换 离子交换剂 亲和性不同凝胶 多孔凝胶, 通过速度不同

亲和 固定相只能与一种 组分结合,——分开其它无亲和力的组分

按层析原理分: 固定相 各组分对固定相

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(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。

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(三)纸层析(四)薄层层析

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(五)离子交换层析

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(六)气液层析

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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