蛋白质化学1总论和氨基酸.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,蛋白质化学,Protein Chemistry,Fireflies:luciferin+ATP,Erythrocytes:hemoglobin,Hair,scales,horn:keratin,蛋白质概论,什么是蛋白质,蛋白质（,Protein,）是由多种,(20,种）,氨基酸,，按照一定的顺序，通过,肽键,连接形成的一条或多条,肽链,组成的,生物大分子,。,蛋白质是生命活动的重要物质基础，,没有蛋白质就没有生命,。,蛋白质的形式及功能多样,蛋白质是,最丰富的生物大分子,，存在于,所有的细胞及细胞的所有部分,。一个简单的细胞中，蛋白质的差异极大、,种类,有成千上万种、,分子量,从小肽到数百万的巨大分子。蛋白质的生物,功能,还表现出极大的多样性,，是生物信息最重要的终产物，是遗传信息表达的元件。,Protein,一词来自希腊文“,Proteios”,，指“,first”,或“,foremost”,，意即“头等重要”、“第一位的”、“最重要的”。,从低等的古细菌到复杂的生命体，蛋白质都是由,相同的,20,种氨基酸,共价连接而成的分子。细胞能够通过,不同的组合和顺序,，用,20,种氨基酸合成,性质和功能截然不同的蛋白质,，如酶、激素、抗体、运载体、肌肉、眼睛的晶状体蛋白质、羽毛、蜘蛛网、犀牛角、乳蛋白、抗生素、蘑菇毒素及各种不同的生物活性的蛋白质。,18,世纪中叶,Beccari,首次报道应用稀酸、稀碱可从动植物组织中分离到,含氮类物质,。,1838,年荷兰化学家,Mulder,进行元素分析发现几乎所有的蛋白质都有相同的实验公式。用“蛋白质”这一名词来描述这类分子是由,Mulder,的合作者永斯,贝采利乌斯,于,1838,年提出。,蛋白质,结构复杂、种类繁多、功能各异,，是生物体内,构建生命、行使生命活动,的最主要的功能分子,在,几乎所有的生命活动中起着关键的作用,。如果说基因是生命的指导者和生命蓝图的构建者，蛋白质就是,组成生命的主要材料，是生命的实践者和执行者,。蛋白质将生物体的遗传信息表达成生物的性状，指导生命活动，控制生物的代谢、生长、发育及繁殖。,I.,按理化性质,分,:(,英国,Physiological Society,1907),1.,单纯蛋白,(simple protein),1).Albumin(,白,/,清蛋白,）溶于水、盐、酸、碱溶液,加热凝固,(,血清,),2).Globulin(,球蛋白,）溶于盐、酸、碱溶液,加热凝固,(,血清,),3).Glutelin(,谷蛋白,）溶于酸、碱溶液,(,谷种，不溶于水和稀盐,),4).Prolamine(,醇溶谷蛋白,）溶于,70-90%,酒精、酸、碱溶液,(,谷种,),5).Scleroprotein(,硬蛋白,）不溶,(,毛、发、爪、皮肤,),6).Histone(,组蛋白,）溶于水、酸溶液,(,细胞核,),7).Protamine,（,鱼精蛋白,）溶于水、酸溶液,(,精子,),2.,复合蛋白,(conjugated protein),1).Nucleoprotein(,核蛋白,）含戊糖或脱氧戊糖,(,细胞核,),2).Phosphoprotein(,磷蛋白,）含有磷酸,(,以酯的形式,)(,动物细胞、体液,),3).Lipoprotein(,脂蛋白,),含脂质,(,动植物细胞,),4).Chromoprotein(,色蛋白,）含带,Fe,、,Cu,等的有机色素,(,动植物细胞,),5).Glycoprotein(,糖蛋白,）含糖及其衍生物,(,动植物细胞,),蛋白质的经典分类法,蛋白质的经典分类法（续）,3.,衍生蛋白质,(derived protein),i).,Primary protein derivatives,天然蛋白质经少量变性后的产物,1).Gelatin(,明胶,）胶原蛋白,(collagen),加酸水解产物,2).Protean,水溶性蛋白质经水、酶、稀酸作用而不溶化,3).Metaprotein(,变性蛋白质,）经稀酸、稀碱变性后的蛋白质,4).Coagulated protein(,凝固蛋白质,）机械搅拌,加酒精后形成的不溶物,ii).,Secondary protein derivatives,进一步分解后的变性蛋白质,1).primary proteose(,初生蛋白胅）溶于水,加热不凝固,易盐析,2).secondary proteose,溶于水,加热不凝固,难盐析,3).peptone(,蛋白胨）溶于水,加热不凝固,不能盐析,4).peptide,氨基酸的组成和序列一定的小分子,1.,酶,类,占细胞内蛋白质种类的绝大部分,2.,运输蛋白,如,albumin,hemoglobin,transferrin,等,3.,收缩运动蛋白,如,actin,myosin,tubulin,等,4.,激素蛋白,如,insulin,growth hormone,等,5.,细胞因子,(cytokinin),如,EGF,PDGF,IL-2,等,6.,受体蛋白,如,insulin receptor,rhodopsin,等,7.,毒素蛋白,如,cholera toxin,ricin,pertussis,等,8.,营养贮藏蛋白,如,protamine,glutelin,等,9.,防御蛋白,如,IgG,等,10.,结构蛋白,如,keratin,collagen,等,按功能的蛋白质分类法,对蛋白质化学有突出贡献的,Nobel,奖获得者,1902,年,H.E.Fischer,(,德，化,),肽键理论，多肽合成,1910,年,A.Kossel,(,德，医,),组氨酸、组蛋白的发现，碱基的发现,1915,年,W.H.Bragg/W.L.Bragg,(,德，物）,用,X,射线测定晶体物质结构,1926年,T.Svedberg,(,瑞，化,),用超离心手段决定蛋白质的分子量,1946,年,J.B.Summer,(,美，化,),蛋白质酶的结晶，证明酶的本质为蛋白质,1948,年,A.W.K.Tiselius,(,瑞，化,),电泳装置的开发，血清蛋白的研究,1952,年,A.J.P.Martin/R.L.M.Synge,(,英，化,分配层析发明，氨基酸的分离,1954年,L.Pauling,(,美，化),蛋白质二级结构，抗原抗体反应理论,1958年,F.Sanger,(,英，化),胰岛素一级结构的测定,1962年,M.F.Perutz/J.C.Kendrew,(,英，化),X,射线确定蛋白质的立体结构,1972年,G.M.Edelman/R.R.Porter,(,美，医,抗体的化学构造与功能的解明,1972年,W.H.Stein/S.More,(,美，化),RNase,的一级结构和活性中心的解明,1972年,C.B.Anfinsen,(,美，化),蛋白质的一级结构决定其立体结构,1998年,S.B.Prusiner,(,美，医),Prion:,蛋白立体,结,构的变化导致疾病,蛋白质的化学组成,碳,(C)50%-55%,元素组成,氢,(H)6%-7%,氧,(O)19%-24%,氮,(N)13%-19%,硫,(S)0%-4%,有些含,P,、,I,，,少量的还含有,Fe,、,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Co,、,Mo,等,各种蛋白质的,含氮量很接近,，,平均为,16%,。由于体内组织的主要含氮物是蛋白质，因此，只要测定生物样品中的氮含量，就可以按下式推算出蛋白质大致含量。,每克样品中含氮克数,6.25100=100,克样品中蛋白质含量,(,克,%),N,：平均,16%,蛋白质系数,不同的蛋白质其,氨基酸构成比例及方式不同,，故各种不同的蛋白质其含氮量也不同，一般蛋白质含氮量为16%，即一份氮素相当于6.25份蛋白质，此数值（,6.25,）称为,蛋白质系数,。,蛋白质含量,=N,含量,6.25,.,不同种类食品的蛋白质系数有所不同，如玉米，荞麦，青豆，鸡蛋等为6.25，花生为5.46，大米为5.95，大豆及其制品为5.71，小麦粉为5.70，牛乳及其制品为6.38。,三聚氰胺,（英文名,Melamine,），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。简称三胺，又叫,2,4,6-,三氨基,-1,3,5-,三嗪、蜜胺、氰尿酰胺、三聚氰酰胺，分子式,C,3,N,6,H,6,、,C,3,N,3,(NH,2,),3,，分子量,126.12,，,含氮量,66.7%,。,氨基酸化学,氨基酸是蛋白质的基本组成材料,蛋白质用,强酸、强碱,处理后，可以得到各种各样的氨基酸。在动植物组织中可以分离得到,26,-,30,种,不同的,氨基酸。第一个氨基酸早在两个世纪前就已经被发现，而最后一个氨基酸在,1935,年才发现。直到,1965,年才搞清楚，,只有,20,种氨基酸,才是生命体中,合成蛋白质的原材料,（称为,一级氨基酸,，,Primary amino acid,）。,#,最近的报道又多了“两种”一级氨基酸,天冬酰氨,1806 Robiquet,&,Vauquelin,天门冬属植物液,甘氨酸,1820 Braconnot,明胶水解物,亮氨酸,1820 Braconnot,羊毛、肌肉,酪氨酸,1849,Bopp,奶酪,丝氨酸,1865,Cramer,蚕丝,谷氨酸,1866,Ritthausen,面筋,天冬氨酸,1868,Ritthausen,蚕豆,苯丙氨酸,1881,Schultze,羽扇豆芽,丙氨酸,1881,Weyl,丝心蛋白,赖氨酸,1889,Drechsel,珊瑚,精氨酸,1895,Hedin,牛角,组氨酸,1896,Kossel,Hedin,奶酪,胱氨酸,1899,Morner,牛角,缬氨酸,1901,Fischer,奶酪,脯氨酸,1901,Fischer,奶酪,色氨酸,1901,Hopkins,奶酪,异亮氨酸,1904,Erhlich,纤维蛋白,甲硫氨酸,1922,Mueller,奶酪,苏氨酸,1935,McCoy et al,奶酪,谷氨酰胺,20,种,氨基酸的发现年代表,氨基酸的名称及三字、单字符号,Alanine,丙氨酸,Ala,A,Arginine,精氨酸,Arg,R,Asparagine,天冬酰胺,Asn/Asx,N,Aspartic acid,天冬氨酸,Asp/Asx,D,Cysteine,半胱氨酸,Cys,C,Glutamine,谷氨酰胺,Gln/Glx Q,Glutamic acid,谷氨酸,Glu/Glx,E,Glycine,甘氨酸,Gly,G,Histidine,组氨酸,His,H,Isoleucine,异亮氨酸,Ile,I,Leucine,亮氨酸,Leu,L,Lysine,赖氨酸,LysK,Methionine,甲硫氨酸,Met,M,Phenylalanine,苯丙氨酸,Phe,F,Proline,脯氨酸,Pro,P,Serine,丝氨酸,Ser,S,Threonine,苏氨酸,Thr,T,Tryptophan,色氨酸,TrpW,Tyrosine,酪氨酸,TyrY,Valine,缬氨酸,Val,V,要求：,能熟背,不用的字母,JUZBOX,一级氨基酸的结构及旋光性,L-,氨基酸的基本结构,C,H,H,2,N,COOH,R,碳原子,不对称碳原子,侧链,二十种氨基酸除,Gly,外全是,L-,型。,Pro,呢？,残基,：肽链中，氨基酸之间缩合时都脱去一个水分子，,脱水后的残余部分叫残基,（,residue),因此蛋白质肽链中的氨基酸统统是残基形式。,Chiral carbon,氨基酸可以通过,R,基团,分类,标准氨基酸的化学特性对于理解它们的生物化学是关键的，依据,侧链,R,基团,的特性，可以将氨基酸分成,5,类,以简单化，特别是在,生理,pH,条件,下（,pH 7.0,附近），它们的,极性或与水发生作用的趋势,。氨基酸侧链的极性差异极大，从完全非极性或疏水性（水不溶性）到高极性或亲水性（水溶性）。,二十种一级氨基酸的结构,非极性（脂肪族）,R,侧链,，,Ala,、,Val,、,Leu,及,Ile,的侧链在蛋白质分子中易于聚拢在一起，通过,疏水作用稳定蛋白质的结构,。,Gly,是最简单的氨基酸，虽然疏水，但最小的侧链对于疏水作用没有贡献。,Met,的侧链有硫酯基团。,分支氨基酸,芳香族氨基酸,，具有,芳香环侧链,，,相对非极性，都能参与疏水作用,，,Tyr,的羟基能够形成氢键，是一些酶的重要的功能基团。,Tyr,和,Trp,比,Phe,是明显更加极性的氨基酸（羟基及吲哚环上的,N,）。,芳香氨基酸的,紫外吸收曲线,比较,:pH 6.0,时,Trp,和,Tyr,的紫外吸收光谱，相同条件下，等摩尔数（,10,-3,M,）的,Trp,的光吸收是,Tyr,的,4,倍，两者最大光吸收的波长在,280 nm,附近。第三个紫外光吸收的氨基酸,-Phe,，对蛋白质光吸收的贡献很小（未显示）。,极性不带电,的,R,基团，与非极性氨基酸相比，这些氨基酸的,R,基团在,水中溶解度较大或更加亲水,，它们的侧链基团可以,与水形成氢键,。,Asn,和,Gln,是蛋白质中的两个,酰胺氨基酸,，易于被酸或碱水解。,Cys,的巯基易氧化形成二硫键，对蛋白质高级结构的形成重要。,植物常受到,逆境,条件的危害，其中由,干旱和盐渍,引起的,渗透胁迫,对植物的生长和产量影响最大。但植物通过长期的进化已形成了许多机制,抵抗,外界的逆境条件。在渗透胁迫下，植物可通过,积累一定量的溶质降低水势,，维持植物体内的水分平衡，保证植物的正常生长。这类物质包括,一系列的含氮化合物,(,如,脯氨酸、多胺等,),，分布最广的是脯氨酸,(Pro),。,Pro,主要以,游离状态,广泛存在于植物中，它是,水溶性最大的氨基酸,（,1620 mg/ml,），,具有,较强的水合能力,。在植物细胞生理干旱时，它的增加有助于细胞或组织持水。植物中游离脯氨酸含量,(,干重,),甚微,(0.2-0.69 mg/g),，约占游离氨基酸总量的百分之几，但受到干旱、盐渍等渗透胁迫时，,脯氨酸会大量积累，其含量甚至高达百倍以上,。所有的植物在盐渍条件下会发生游离,Pro,的积累。如以,杆裂丝藻,为材料的研究发现，当培养基盐度从,0,提高到,40%,时，,Pro,以外的其余,15,种氨基酸总量从,95 mM,上升到,120 mM,，而,Pro,则由,2 mM,增加到,278 mM,。,带正电荷,的三个,碱性氨基酸,，,最为亲水的,R,基团,，,pH 7.0,时带正电荷,，,侧链上有第二个氨基,，,Arg,有带正电的,胍基,，,His,有可带电的,咪唑基,（唯一），在许多酶促反应中作为质子供体,/,受体。,-,氨基,胍基,咪唑基,亲水指数,L,型和,D,型的由来,甘油醛的旋光性,左旋甘油醛的构型,右旋甘油醛的构型,按原子排列次序法确定了,L,型和,D,型氨基酸，,L,和,D,不代表氨基酸的旋光性，只代表氨基酸的绝对构型。,现在为了正确表示左旋和右旋，采用（）和（）的符号，（）代表右旋，（）代表左旋。从右旋的,D,型甘油醛出发，可以合成出左旋的,D,型乳酸。从这点我们也可以看出物质的,旋光性与手性原子上的构型没有确定的关系,。,右旋,D,型甘油醛,左旋,D,型乳酸,L,型氨基酸,与,D,型氨基酸,L-amino acid,D-amino acid,判断法,（,看,CAR,的走向,）,将,H,原子靠近自己，观察,CAR,的走向，逆时针（左转）为,L,型，顺时针（右转）为,D,型。,D,：,dextro,(,右,),C,：,carboxyl group,L,：,levo,(,左,),A,：,amino group,R,：,residue,C,C,A,R,R,A,L,型,D,型,拉丁语中,苏氨酸,Thr,有四种异构体,L-,别苏氨酸,其他氨基酸的结构,出现在蛋白质上的氨基酸修饰,4-,Hydroxy,proline,在胶原蛋白上,5-,Hydroxy,lysine,6-N-,methyl,lysine,desmosine,在结缔组织中,Phospho,-Ser,-Thr,-Tyr,信号转导蛋白,-,Carboxy,glutamic acid,凝血酶中,Pyro,glutamic acid,神经肽的,N,端,均为氨基酸参入肽链后,经修饰,而来,!,蛋白质中的氨基酸修饰,-,羟基化,从各种生物分离到的氨基酸已达,250,种以上,大量出现在胶原蛋白,结缔组织,4-,羟脯氨酸,5-,羟赖氨酸,结缔组织,蛋白质中的氨基酸修饰,-,甲基化,锁链素，吡啶环由,4,个,Lys,分子的侧链组成，存在于弹性蛋白（,elastin,）中,蛋白质上的氨基酸修饰,凝血酶,信号传导,-,羧基,谷氨酸,O-,磷酸,丝氨酸,游离型氨基酸衍生物,Pyroglutamic acid(,焦谷氨酸,),神经肽的,N,端多数为焦谷氨酸,能够,增加细胞合成乙酰胆碱、增加乙酰胆碱受体,的数量、加强大脑左右半球之间的信息交流，帮助提高记忆力和头脑敏锐度。,游离型氨基酸衍生物,21,号和,22,号,primary amino acid,？,Ornithine,（鸟氨酸）、,Citrulline,（瓜氨酸）,5-Hydroxytryptamine,（,5-,羟色胺）,Homoamino acids,（同型氨基酸）,3,4-Dihydroxyphenylalanine(DOPA),（多巴）,-Aminobutyric acid(GABA),Mono,di,tri-iodotyrosine;thyroxine,-Alanine,etc,SeC,（,selenocysteine,，,硒半胱氨酸,）,第,21,个一级氨基酸,?,遗传密码字典的破译，,通用性,作为遗传密码的基本特点之一被人们认可。近年来研究发现了一些例外，除线粒体使用一组密码子其含义有别于核基因之外，原先被认为仅用作,终止信号的无义密码子在某些情况下可重新诠释，编码特定的氨基酸,。硒代半胱氨酸就是由,UGA,无义编码,。,第,21,个基本氨基酸（,E.coli,）,-,硒代半胱氨酸密码子为,UGA,，有特殊的,tRNA-Ser,与其识别，,Ser,结合入肽链，则立即修饰为硒代半胱氨酸,是目前已知的,第,22,种,参与蛋白质生物合成的氨基酸，与标准氨基酸不同的是，,由终止密码子,UAG,的有义编码形成,。与之对应的在产甲烷菌中也含有特异的,吡咯赖氨酰,-tRNA,合成酶,(PylRS),和,吡咯赖氨酸,tRNA,(tRNAPyl),，,tRNAPyl,具有不同于经典,tRNA,的特殊结构。,Hao,B.,et al.,A novel UAG encoded residue in the structure of a methanogen methyltransferase.,Science,296:1462-1466,2002.,PyL(,Pyrrolysine,，,吡咯赖氨酸,),-,第,22,个一级氨基酸,?,游离型氨基酸衍生物,-,参与尿素循环,瓜氨酸,(,存在于尿素循环,从西瓜汁分离到,),，与,Asp,作用生成精胺琥珀酸，再转变为,Arg,而裂解生成尿素,鸟氨酸,(,存在于尿素循环，与氨甲酰磷酸合成瓜氨酸,),游离型氨基酸衍生物,-,5-,羟色胺,5,-,hydroxytryptamine,（,5-HT,5-羟色胺,）,HO,“The taste of love”,是松果体素,(,褪黑素,melatonin,，,5-,甲氧基,-N-,乙酰色胺,),和 血清素,(serotonin),的前体。,5-HT,作为,神经递质,，主要分布于松果体和下丘脑，可能参与,痛觉、睡眠和体温,等生理功能的调节。,色氨酸,H,HO,5-,羟色胺,松果体素（褪黑素，,5-,甲氧基,-N-,乙酰色胺）,游离型氨基酸衍生物,-,同型氨基酸,比“通常”的氨基酸多一个亚甲基，如：,Homo,serine,微生物、植物的代谢中间产物,Homo,cysteine,Homo,citrulline,摄取高,Lys,含量的食物时从尿中排出,Homo,methionine*,Met,的分解产物，存在于,S-adenosylhomo-cysteine.,Homocysteine,Methionine,Epinephrine,肾上腺素,tyrosine,norepinephrine,去甲肾上腺素,3,4-dihydroxyphenylalanine,DOPA,多巴,3,4-dihydroxyphenylethylalanine,Dopamine,多巴胺,从,Tyr,衍生出来的重要生理物质，其中多巴是一种氨基酸。,S-,adenosylmethionine,S-adenosylhomocysteine,游离型氨基酸衍生物,-,酪氨酸代谢物,儿茶酚乙胺,游离型氨基酸衍生物,-,谷氨酸衍生物,glutarmic acid,GABA,-aminobutyric acid,carnitine,肉毒碱,（可用来减肥）,味精是神经递质,GABA,的直接前体,S-adenosylmethionine,S-adenosylhomocysteine,过量促进食欲,促肥胖,镇静神经，抗焦虑,降低血压，提高脑活力等,tetraiiodotyrosine(thyroxine),tyrosine,diiodotyrosine,monoiodotyrosine,甲状腺内贮存碘的氨基酸,triiodotyrosine,游离型氨基酸衍生物,-,甲状腺素,氨基酸的理化性质,无色晶体，,熔点较高,（,200,300,），水中,溶解度各不同,，取决于侧链。,在,紫外,有,特征吸收,的仅三个芳香族的氨基酸,Trp,、,Tyr,、,Phe,利用这一特点，可以通过测定,280,nm,处的紫外吸收值的方法对蛋白,质,溶液进行定量。,氨基酸的理化性质,一般物理性质,氨基酸的光吸收,构成蛋白质的,20,种氨基酸在,可见光区都没有光吸收,，但在,远紫外区,(220nm),均有光吸收,。,在,近紫外区(220-300,nm),只有色氨酸,、,酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能力,。,可以通过测定,280 nm,处的紫外吸收值的方法对蛋白溶液进行定量。,Phe,（,F,）,max,257 nm,，,257,=2.0 x10,2,Tyr,（,Y,）,max,275 nm,，,275,=1.4x10,3,Trp,（,W,）,max,280 nm,，,280,=5.6x10,3,Spectroscopy of amino acids,Only the aromatic amino acids absorb light in the UV region,紫外,光,吸收的测定装置,Lambert-Beer law:A=log I,o,/I=,cl,A:absorbance,I,o,:intensity of the incident light,I:intensity of the transmitted light,:molar extinction coefficient,（摩尔消光系数）,(parallel and monochromatic),氨基酸的两性解离、等电点及计算,同一个氨基酸分子上可以同时解离携带正电荷和负电荷，被称为,两性电解质,（,ampholyte,）,。,在水溶液中，,氨基和羧基,在不同的,pH,条件下表现出不同的解离状态；当,氨基酸分子上的,电荷总量为零,时,（净电荷为零），,该溶液的,pH,称为,该物质的,等电点,（,isoelectric point),，,以符号,pI,来表示。,氨基酸的理化性质,-,两性电解质,氨基酸的两性离子,两性离子也称两极离子（,dipolar ion,）,两性电解质（,ampholyte,）,等电点,(isoelectric point,pI,),氨基酸、多肽等两（兼）性电解质,ampholyte,在,溶液中,所携带的,净电荷,net,electric charge,为零,时的,溶液的,pH,值,。,因此也叫,isoelectric pH,.,解离基团的,pK,值受到邻近基团的影响,氨基酸的酸碱滴定曲线,1 mol Gly,溶于水时，溶液的,pH,约为,6,，用标准,NaOH,进行滴定的滴定曲线。,Multiple Titration Curves,氨基酸的碱滴定及解离反应方程,pK,1,pK,2,K,1,=,+,H,3,NCH,2,COO,-,H,+,/,+,H,3,NCH,2,COOH,K,2,=H,2,NCH,2,COO,-,H,+,/,+,H,3,NCH,2,COO,氨基酸等电点及解离百分数的计算,公式：,pH=pK+lg(,质子受体,/,质子供体,),，可定量计算氨基酸在某一,pH,条件下的解离百分数。氨基酸等电点,pI,值是由兼性离子两侧基团的,pK,值所决定的。,eg:Gly K,1,=,+,H,3,NCH,2,COO,-,H,+,/,+,H,3,NCH,2,COOH,K,2,=H,2,NCH,2,COO,-,H,+,/,+,H,3,NCH,2,COO,pH=pI,时，,+,H,3,NCH,2,COOH,H,2,NCH,2,COO,K,1,K,2,=H,+,2,2pH=pK,1,+pK,2,pH=(pK,1,+pK,2,)/2,pI=(pK,1,+pK,2,)/2,同理对含三个可解离基团的氨基酸来说，只要写出它的电离式，然后,取兼性离子两边的,pK,值的平均值，即得其,pI,值。,氨基酸等电点的计算,侧链不含离解基团的中性氨基酸,，其等电点是它的,p,K,1,和,p,K,2,的算术平均值：,p,I,=(p,K,1,+p,K,2,)/2,pHpI,带负电。,同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其,p,I,值也决定于两性离子两边的,p,K,值的算术平均值,。,酸性氨基酸,：,p,I,=(p,K,1,+p,K,R-COO,-,)/2,碱性氨基酸,：,p,I,=(p,K,2,+p,K,R-NH2,)/2,二十种基本氨基酸，除,His,外，在生理,pH,（,pH 7,附近）下都,没有明显的缓冲容量,，因为这些氨基酸的表观解离常数都不在,pH 7,附近，缓冲容量只有在接近表观解离常数值时才表现出来。,His,咪唑基的解离常数为,6.0,，在,pH 7,附近有明显的缓冲作用。血红蛋白含有较多的,His,残基，在,pH 7,左右的血液中具有明显的缓冲能力，对运输氧和二氧化碳重要。,肽及蛋白质的等电点计算,计算,KK,和,KKK,的等电点，已知,pK,a,=2.18,，,pK,b,=8.95,，,pK,=10.53,。,KK(3+)KK(3+,-)KK,（,2+,，,-,）,KK(1-),2.18 8.95 10.53,KKK(4+)KKK,（,4+,，,-,）,KKK(3+,-)KKK,（,1-,）,2.18 8.95 10.53,等电点时，,K,的,的电荷为,+1,pI,kk,=10.53+log1/1=10.53,pI,kkk,=10.53+log2/1=10.83,一长链多肽，侧链上有羧基,30,个（,pK,a,=4.3),，咪唑基有,10,个（,pK,a,=7.0,），,-,氨基,15,个（,pK,a,=1,），设,C,端的,-,羧基的,pK,a,=3.5,，,N,端,-,氨基的,pK,a,=9.5,，计算此多肽 的等电点。,分析电荷状态：此肽最多可带,15+10+1=26,个正电荷，,30+1=31,个负电荷，相差,5,个 电荷，不考虑,N-,端和,C-,端（解离），,30,个 羧基只需解离,25,个，,5,个 不解离，则，,pI=pK,a,+lg25/5=4.3+0.7=5.0,只是参考值，因为许多基团的,pK,受微环境的影响而发生较大变化,氨基酸的主要化学反应,850,左右分解成,？,氨基的化学反应,:,与,茚三酮,(ninhydrin),的反应,定量反应,与,亚硝酸,的反应,Van Slyke,定氮,与,2,4-,二硝基氟苯,(FDNB),的反应,测序,与,甲醛,的反应,氨基滴定,与,酰化基,的反应,氨基保护基,与,二甲基氨基萘磺酰氯,(DNS-Cl),的反应,测序,与,荧光胺,的反应,微量检测,与,Edman,试剂,(,苯异硫氰酸,),和,测序,有色,Edman,试剂,的反应,氨基酸的化学性质（,I,）,-,氨基参与的反应,-,与亚硝酸反应,(Van Slyke,定氮,),用途,：,范斯莱克,法定量测定氨基酸,的基本反应，标准条件下,测定生成氮气的体积,，可计算氨基酸的量，用于,氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定,。,注意,：生成的,N,2,只有,一半,来自氨基酸,。,-,氨基参与的反应,与甲醛发生,羟甲基化,反应,羟甲基氨基酸,二羟甲基氨基酸,用途,：,可以用来直接,测定氨基酸的浓度,。,-,氨基参与的反应,-,烃基化反应（,DNFB,法,）,2,4-,二硝基氟苯（,DNFB,，,FDNB,）法（桑格反应，,Sanger reaction,）,用途,：,是,鉴定多肽,N-,端氨基酸,的重要方法,pH 8-9,-,氨基参与的反应,-,烃基化反应,(,Sanger,法,),Sanger,法,N,端测序,-2,4-,二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链,N-,端的,游离氨基,作用，生成,二硝基苯衍生物（,DNP-,氨基酸）。,在酸性条件下水解，得到,黄色,DNP-,氨基酸,。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的,DNP-,氨基酸可以用,色谱法,进行鉴定。,用途,：,是鉴定多肽,N-,端氨基酸的重要方法,-,氨基参与的反应,-,烃基化反应,(,PITC,法,）,Edman,氨基酸顺序分析法（,异硫氰酸苯酯,PITC,法）,，实际上也是一种,N-,端分析法,。此法的特点是能够,不断重复循环,，将肽链,N-,端氨基酸残基逐一进行标记和解离。,用途,：,是鉴定多肽,N-,端,aa,和,aa,顺序的重要方法,-,氨基参与的反应,-,酰基化反应,(,丹磺酰氯法,）,用途,：是,鉴定多肽,N-,端氨基酸,的重要方法,。,在,碱性条件,下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯,DNS-Cl,）可以与,N-,端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰,-,氨基酸,(DNS-AA),。,此方法的优点是丹磺酰,-,氨基酸有很强的,荧光性质,，检测灵敏度可以达到,1,10,-9,mol,。,-,氨基参与的反应,-,酰基化反应（,氨基保护反应,）,HX,用途,：,用于,保护氨基以及肽链的合成,。,-,氨基参与的反应,-,生成,西佛碱,(Schiff base),用途,：,是多种酶促反应的中间过程,。,-,氨基参与的反应,-,脱氨基,反应,用途,：,氨基酸氧化,酶,催化的反应。,羧基的化学反应,Strecker,降解,:,弱氧化剂,(,次氯酸钠,N-bromosuccin,imide),作用下生成,NH,3,和醛,(RCHO),特殊条件下,还原成氨基醇、氨基醛,与,肼,(hydrazine),的反应,C,端氨基酸分析,侧链的化学反应,羟基,:,酯化,蛋白质磷酸化,巯基,:,氧化还原,-,二硫键形成与还原,氨基酸的化学性质（,II,）,Strecker,降解反应,Strecker,降解反应：,-,氨基酸与,-,二羰基化合物反应时，,-,氨基酸,氧化脱羧,生成比原来氨基酸少一个碳原子的醛,，氨基与二羰基化合物结合并缩合成,吡嗪,；此外，还可降解生成较小分子的双乙酰、乙酸、丙酮醛等。,1862,年,Strecker,发现,四氧嘧啶,能将,Ala,分解为乙醛和,CO,2,，此反应称,Strecker,降解。,不同,-,氨基酸,与还原糖加热,能按,Strecker,降解生成各种特殊醛类，不仅与褐变有关，还与香气的产生有关。,-,羧基参与的反应,-,成盐、成酯反应,a.AA+NaOH,氨基酸钠盐,(,氨基酸的碱金属盐能溶于水，重金属盐不溶于水,),b.HCl,AA+EtOH,氨基酸乙酯的盐酸盐,当,AA,的,-COOH,变成甲酯、乙酯或钠盐后，,-COOH,的化学反应性能被掩蔽或者说,COOH,被保护,，,-NH2,的化学性能得到了加强或活化，易与酰基结合。,为什么,AA,的酰基化和烃基化在碱性溶液中进行？,-,羧基参与的反应,-,形成酰卤的反应,-,羧基参与的反应,-,叠氮化反应,用途,：,常作为多肽合成活性中间体，活化羧基。,-,羧基参与的反应,-,脱羧（基）反应,用途,：脱羧,酶催化的反应,根据氨基酸侧链的结构，历史上曾研究出了,每种氨基酸侧链的特异性反应,，可以用来,定性和定量分析,，但现在已经基本弃用。,氨基酸的化学性质（,III,）,-,氨基和羧基共同参与的反应,-,与茚三酮反应（,氨基酸定性、定量分析,）,茚三酮,水合茚三酮,紫色产物,Pro,、,Hypro?,-,氨基和,-,羧基共同参与的反应,-,成肽反应,用途,：,是多肽和蛋白质合成的基本反应,巯基（,-SH,）的反应,-,侧链基团的反应（,与重金属反应,）,作用：,与金属离子的螯合性质可用于体内解毒,巯基（,-SH,）的反应,-,侧链基团的反应,作用：,氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或断裂,。,巯基的氧化及二硫键的还原,巯基（,-SH,）的反应,-,侧链基团的反应,+6HCOOH,6HCOOOH,作用,：,氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键断裂。二硫苏糖醇,(DTT),也可以用来打开胱氨酸上的二硫键。,DTT,巯基（,-SH,）的反应,-,侧链基团的反应（,与碘乙酸反应,）,羟基的反应,-,侧链基团的化学性质,二异丙基氟磷酸酯,DFP,、,DIPF,、,DIFP,+HF,作用：可用于修饰蛋白质。,氨基酸的应用,氨基酸的应用,-,医药工业,氨基酸输液,必需氨基酸,：甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸,(,假设来写一两本书）,半必需氨基酸,：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。,必需氨基酸,作 用,Leu,促进睡眠、减缓疼痛、缓解酒精中毒,Lys,减低感染、提高注意力、帮助脂肪酸分解,Phe,降低饥饿感、改善记忆、消除抑郁,Ile/Val,Hb,形成所必需、调节糖和能量水平、修复肌肉组织、加快愈合、防治肝衰竭,Thr,协助蛋白质吸收利用、防止肝中脂肪积累、促进抗体生成增强免疫,Met,帮助分解脂肪、可预防脂肪肝,/,心血管及肾脏疾病、消除重金属及抗氧化,Trp,减轻焦燥不安、促进睡眠、控制酒精中毒,氨基酸的应用,-,治疗药剂,Arg,：对治疗,高氨血症,、,肝机能障碍,等疾病颇有效果；,Asp,：钾、镁盐可用于,恢复疲劳,；治疗,低钾症心脏病、肝病、糖尿病,等。,Cys,：能促进,毛发生长,，可用于治疗,秃发,症；甲酯盐酸盐可用于治疗,支气管炎,等；,His,：可,扩张血管，降低血压,，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。,氨基酸的应用,-,食品工业,营养,强化,剂；,谷氨酸单钠盐,味精,；,天冬氨酸钠：可用于清凉,饮料,，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：,甜味素,（,APM,）,氨基酸的应用,-,农业,杀虫剂,：刀豆氨酸、,5-,羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；,杀菌剂,：,N-,月桂酰缬氨酸可,用,作治疗稻瘟病；,-1，4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；,除草剂,：如,N-3,4-,二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等。,氨基酸的应用,-,化妆品,氨基酸能,调节皮肤,pH,的变,化,，对细菌有,抑制,作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。,防止皮肤干燥的,天,然保湿因子,（,NMF,）,的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。,在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可,防止皮肤老化,。,氨基酸的应用,-,化学工业,维生素,B6,:,可采用,丙氨酸,或,天冬氨酸,为原料合成。,叶酸,：需要用,谷氨酸,为原料合成