生物化學(xué)復(fù)習(xí)-蛋白質(zhì)1-1-2-11

1、蛋白質(zhì)是許多不同的蛋白質(zhì)是許多不同的-氨基酸氨基酸按一按一定的定的序列序列通過通過酰胺鍵酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學(xué)（蛋白質(zhì)化學(xué)中專稱為中專稱為肽鍵肽鍵）縮合而成的，具有）縮合而成的，具有較穩(wěn)定的較穩(wěn)定的構(gòu)象構(gòu)象并具有一定并具有一定生物功能生物功能的生物大分子的生物大分子 N N含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近 15%18% ，平均為，平均為16%16%。 每每1g 氮相當(dāng)于氮相當(dāng)于 6.25g 的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)平均含蛋白質(zhì)平均含N N量為量為1616, ,這是凱氏定氮法這是凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：測定蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)： 粗蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含粗蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)

2、含N N量量6.256.25l方法：方法：常用常用6 mol/L的鹽酸或的鹽酸或4 mol/L的硫的硫 l 酸，回流煮沸時(shí)間約酸，回流煮沸時(shí)間約 20 h。l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不引起消旋作用，得到的是不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。氨基酸。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：色氨酸色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨被沸酸完全破壞；含有羥基的氨l 基酸（絲氨酸、蘇氨酸）有一小部分基酸（絲氨酸、蘇氨酸）有一小部分l 被分解；被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基的酰胺基l 被水解成了羧基。被水解成了羧基。l方法：方法：一般用一般用5 mol/L氫氧化鈉煮沸氫氧化鈉煮沸1020 h。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：色氨酸色氨酸

3、在水解中不受破壞。在水解中不受破壞。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：多數(shù)氨基酸受到不同程度的破壞，多數(shù)氨基酸受到不同程度的破壞，產(chǎn)生產(chǎn)生 消旋現(xiàn)象消旋現(xiàn)象，得到的是，得到的是D-和和L-氨基酸的混氨基酸的混 合物。此外，引起精氨酸脫氨（生成鳥合物。此外，引起精氨酸脫氨（生成鳥 氨酸和尿素）。氨酸和尿素）。方法：方法：用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶或稱用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶或稱 蛋白酶（蛋白酶（proteinase）已有十多種，常用）已有十多種，常用 的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或稱糜的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或稱糜 蛋白酶）及胃蛋白酶等。蛋白酶）及胃蛋白酶等。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸

4、。不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸。水解水解 位點(diǎn)特異，用于一級結(jié)構(gòu)分析，肽譜位點(diǎn)特異，用于一級結(jié)構(gòu)分析，肽譜 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：使用一種酶往往水解不徹底，需幾種酶協(xié)使用一種酶往往水解不徹底，需幾種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解。該法主要用于同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解。該法主要用于部分水解。部分水解。1. 組成蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)2. 一些一些aa及其衍生物充當(dāng)化學(xué)信號分子及其衍生物充當(dāng)化學(xué)信號分子l -amino butyric acid ( -氨基丁酸氨基丁酸)、Serotonic(5-羥羥色胺，血清緊張素色胺，血清緊張素)、melatonin(褪黑激素，褪黑激素，N-乙酰乙酰-甲氧基色胺甲氧基色胺)

5、，都是，都是神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)，后二者是色氨酸衍，后二者是色氨酸衍生物生物(神經(jīng)遞質(zhì)是一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的影響第二個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)是一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的影響第二個(gè)神經(jīng)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞功能的物質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞功能的物質(zhì))。lThyroxine(甲狀腺素，動物甲狀腺甲狀腺素，動物甲狀腺thyroid gland產(chǎn)產(chǎn)生的生的Tyr衍生物衍生物)和和吲哚乙酸吲哚乙酸(植物中的植物中的Trp衍生物衍生物)都是激素都是激素(激素就是一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)其它細(xì)胞激素就是一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)其它細(xì)胞的功能的化學(xué)信號分子的功能的化學(xué)信號分子)。三、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類三、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1809年發(fā)現(xiàn)Asp，1938年發(fā)Th

6、r，目前已發(fā)現(xiàn)180多種。但是組成蛋白質(zhì)的aa常見的有20種，稱為基本氨基酸（編碼的蛋白質(zhì)氨基酸），還有一些稱為稀有氨基酸，是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。此外還有存在于生物體內(nèi)但不組成蛋白質(zhì)的非蛋白質(zhì)氨基酸(約150種)。（一）編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（一）編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（20種）種）也稱基本氨基酸或標(biāo)準(zhǔn)氨基酸，有對應(yīng)的遺傳密碼。 -氨基酸的一般結(jié)構(gòu)氨基在-位，為L-構(gòu)型.除除脯氨酸脯氨酸外，均為外，均為-氨基酸氨基酸除除甘氨酸甘氨酸外，均為手性氨基酸外，均為手性氨基酸1. 按按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類 可以分為三類：脂肪族、芳香族和雜環(huán)族可以分為三類：脂肪族、芳香族和雜環(huán)族

7、脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 含一氨基一羧基的中性氨基酸甘氨酸甘氨酸 Gly, G丙氨酸丙氨酸 Ala, A纈氨酸纈氨酸 Val, V亮氨酸亮氨酸 Leu, L異亮氨異亮氨酸酸 Ile, I R基均為中性烷基（Gly為H），R基對分子酸堿性影響很小，它們幾乎有相同的等電點(diǎn)。（6 .00.03） Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。 從Gly至Ile，R基團(tuán)疏水性增加，Ile 是這20 種a.a 中脂溶性最強(qiáng)的之一（除Phe 2.5、Trp3.4 、Tyr 2.3以外）。 絲氨酸絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸蘇氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Me

8、t,M）含羥基或硫脂肪族氨基酸含羥基或硫脂肪族氨基酸含羥基的有兩種：Ser和Thr Ser的-CH2 OH基（pKa=15），在生理?xiàng)l件下不解離，但它是一個(gè)極性基團(tuán)，能與其它基團(tuán)形成氫鍵，具有重要的生理意義。在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基存在。 Thr 中的-OH是仲醇，具有親水性，但此-OH形成氫鍵的能力較弱，因此，在蛋白質(zhì)活性中心中很少出現(xiàn)。Ser和Thr的-OH往往與糖鏈相連，形成糖蛋白。含硫的兩種：Cys、Met Cys中R含巰基（-SH），Cys 具有兩個(gè)重要性質(zhì)： （1）在較高pH值條件，巰基離解。 （2）兩個(gè)Cys的巰基氧化生成二硫鍵，生成胱氨酸 ( CysssCys)

9、二硫鍵在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中具有重要意義。 Cys還常常出現(xiàn)在酶的活性中心。Met的R中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有親核性，易發(fā)生極化，因此，Met是一種重要的甲基供體。Cys與結(jié)石在細(xì)胞外液如血液中，Cys以胱氨酸(Cystine)氧化形式存在，胱氨酸的溶解性最差。胱氨酸尿(Cystinuria)是一種遺傳病，由于胱氨酸的跨膜運(yùn)輸缺陷導(dǎo)致大量的胱氨酸排泄到尿中。胱氨酸在腎(Kidney)、輸尿管(ureter)、膀胱(urinary bladder)中結(jié)晶形成結(jié)石(Calculus, calculi)，結(jié)石會導(dǎo)致疼痛、發(fā)炎甚至尿血。大量服用青霉胺(Penicillcemine)能降低腎中胱氨

10、的含量，因?yàn)榍嗝拱放c半胱氨酸形成的化合物比胱氨酸易溶解。天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）Asp、Glu，一般稱酸性氨基酸Asp側(cè)鏈羧基pKa（-COOH）為3.86，Glu側(cè)鏈羧基pKa（-COOH）為4.25它們是在生理?xiàng)l件下帶有負(fù)電荷的僅有的兩個(gè) 氨基酸。Asn、Gln 酰胺基中氨基易發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)在生物合成和代謝中有重要意義賴氨酸賴氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）組氨酸組氨酸 （His,H）雜環(huán)雜環(huán)LysLys的R側(cè)鏈上含有一個(gè)氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為10.53。生理

11、條件下，Lys側(cè)鏈帶有一個(gè)正電荷（NH3+），同時(shí)它的側(cè)鏈有4個(gè)C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。（如肽聚糖的短肽間的連接）ArgArg是堿性最強(qiáng)的氨基酸，側(cè)鏈上的胍基是已知堿性最強(qiáng)的有機(jī)堿，pKa值為12.48，生理?xiàng)l件下完全質(zhì)子化。lHis含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為6.00，后者為7.35，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡。它是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。 lHis含咪唑環(huán)，一側(cè)去質(zhì)子化和另一側(cè)質(zhì)子化同步進(jìn)行，因而在酶的酸堿催化機(jī)制中起重要作用。 苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe

12、,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）都具有共軛電子體系,易與其它缺電子體系或電子體系形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物( charge-transfer complex)或電子重疊復(fù)合物。在受體底物、或分子相互識別過程中具有重要作用。這三種氨基酸在近紫外區(qū)有特殊吸收峰，蛋白質(zhì)的紫外吸收主要來自這三種氨基酸，在280nm處，TrpTyrPhe。Phe疏水性最強(qiáng).。酪氨酸的-OH磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Tyr在較高pH值時(shí)，酚羥基離解。Trp有復(fù)雜的共軛休系，比Phe和Tyr更易形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物。 組氨酸組氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）Pro，有時(shí)也把His、

13、Trp歸入此類。Pro是唯一的一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氨基酸，它的-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段-螺旋之間的轉(zhuǎn)角處，Pro殘基所在的位置必然發(fā)生骨架方向的變化 20種基本氨基酸可以分成以下四組：種基本氨基酸可以分成以下四組： 1、非極性氨基酸（、非極性氨基酸（八種八種） Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Met、 Pro 這類氨基酸的這類氨基酸的R基都是疏水性的，在維持蛋白質(zhì)的三基都是疏水性的，在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用。維結(jié)構(gòu)中起著重要作用。2、極性不帶電荷的氨基酸（七種）極性不帶電荷的氨基酸（七種） 6種，絲

14、氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬種，絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。這類氨基酸的側(cè)鏈都能與水形成酰胺、谷氨酰胺。這類氨基酸的側(cè)鏈都能與水形成氫鍵，因此很容易溶于水。氫鍵，因此很容易溶于水。酪氨酸的酪氨酸的-OH磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Ser和和Thr的的-OH往往與糖鏈相連，往往與糖鏈相連，Asn和和Gln的的-NH2很容易形成氫鍵，因此能增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。很容易形成氫鍵，因此能增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。 三種堿性氨基酸：三種堿性氨基酸：LysLys、ArgArg、His His 在在 pH7 pH7 時(shí)帶正電荷。時(shí)帶正電荷。當(dāng)膠原

15、蛋白中的當(dāng)膠原蛋白中的LysLys側(cè)鏈側(cè)鏈氧化時(shí)能形成很強(qiáng)的分子間氧化時(shí)能形成很強(qiáng)的分子間( (內(nèi)內(nèi)) )交聯(lián)。交聯(lián)。ArgArg的胍基堿性很強(qiáng)，與的胍基堿性很強(qiáng)，與NaOHNaOH相當(dāng)。相當(dāng)。HisHis是一個(gè)弱堿，在是一個(gè)弱堿，在 pH6.0 pH6.0 時(shí)，時(shí)，His His 的的 R R 基基 50% 50% 以以上質(zhì)子化，但上質(zhì)子化，但 pH7.0 pH7.0 時(shí)，質(zhì)子化的分子不到時(shí)，質(zhì)子化的分子不到10% 10% His His 是是 R R 基的基的pKpK值在值在7 7附近的唯一的氨基酸附近的唯一的氨基酸。 是天是天然的緩沖劑，它往往存在于許多然的緩沖劑，它往往存在于許多酶的活

16、性中心酶的活性中心。 4、極性帶負(fù)電荷的氨基酸極性帶負(fù)電荷的氨基酸 兩種酸性氨基酸：兩種酸性氨基酸：Asp、Glu。在在pH67時(shí)，時(shí)，谷氨酸和天冬氨酸的第二個(gè)羧基解離，因此，谷氨酸和天冬氨酸的第二個(gè)羧基解離，因此，帶負(fù)電帶負(fù)電荷荷。酶的活性中心：酶的活性中心：His、Ser、Cys非極性非極性aa一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷的的aa和極性和極性aa位于表面。位于表面。 l一是一是脯氨酸（脯氨酸（Pro），因?yàn)樗且粋€(gè)環(huán)狀的亞，因?yàn)樗且粋€(gè)環(huán)狀的亞 氨基酸。它的氨基和其它氨基酸的羧基形成的氨基酸。它的氨基和其它氨基酸的羧基形成的 肽鍵有明顯的特點(diǎn)，較易變成肽

17、鍵有明顯的特點(diǎn)，較易變成順式肽鍵順式肽鍵。l二是二是甘氨酸（甘氨酸（Gly），它是唯一的在，它是唯一的在碳原子碳原子上只有兩個(gè)氫原子，沒有側(cè)鏈的氨基酸。為此上只有兩個(gè)氫原子，沒有側(cè)鏈的氨基酸。為此它既不能和其它殘基的側(cè)鏈相互作用，也不產(chǎn)它既不能和其它殘基的側(cè)鏈相互作用，也不產(chǎn)生任何位阻現(xiàn)象，進(jìn)而在蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)形生任何位阻現(xiàn)象，進(jìn)而在蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)形成中有其特定的作用。成中有其特定的作用。l第三個(gè)是第三個(gè)是半胱氨酸半胱氨酸(Cys)。它的個(gè)性不僅表現(xiàn)在。它的個(gè)性不僅表現(xiàn)在其側(cè)鏈有一定的大小和具有高度的化學(xué)反應(yīng)活其側(cè)鏈有一定的大小和具有高度的化學(xué)反應(yīng)活性，還在于兩個(gè)性，還在于兩個(gè) Cys 能

18、形成穩(wěn)定的帶有二硫能形成穩(wěn)定的帶有二硫（橋）鍵的胱氨酸。二硫鍵不僅可以在肽鏈內(nèi)，（橋）鍵的胱氨酸。二硫鍵不僅可以在肽鏈內(nèi)，也可以在肽鏈間存在。更有甚者，同樣的一對也可以在肽鏈間存在。更有甚者，同樣的一對二硫鍵能具有不同的空間取向。二硫鍵能具有不同的空間取向。 （浙江大學(xué)（浙江大學(xué)2006年題）按氨基酸年題）按氨基酸R基的極性性質(zhì)基的極性性質(zhì)將其分為哪幾類？請寫出各類的性質(zhì)，氨基酸的將其分為哪幾類？請寫出各類的性質(zhì)，氨基酸的名稱以及三字符號和單子符號名稱以及三字符號和單子符號解析：主要考察編碼蛋白質(zhì)的20種氨基酸的結(jié)構(gòu)和極性及單字和三字符號二、非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸二、非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸也稱修飾

19、氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。Prothrombin(凝血酶原)中含有-羧基谷氨酸，能結(jié)合Ca2+。結(jié)締組織中最豐富的蛋白質(zhì)膠原蛋白含有大量4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸。 （1）4-羥脯氨酸 （2）5-羥賴氨酸這兩種氨基酸主要存在于結(jié)締組織的纖維狀蛋白（如膠原蛋白）中。（3）6-N-甲基賴氨酸（存在于肌球蛋白中） (4)-羧基谷氨酸 存在于凝血酶原及某些具有結(jié)合Ca2+離子功能的蛋白質(zhì)中。（5）Tyr的衍生物： 3.5 -二碘酪氨酸、甲狀腺素 （甲狀腺蛋白中）（6）鎖鏈素由4個(gè)Lys組成（彈性蛋白中）。（三）非蛋白質(zhì)氨基酸（三）非蛋白質(zhì)氨基酸除參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸外，

20、生物體內(nèi)存在大量的氨基酸中間代謝產(chǎn)物，它們不是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，但在生物體內(nèi)具有很多生物學(xué)功能，如尿素循環(huán)中的L-瓜氨酸和L-鳥氨酸。（1）L-型 氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸 L-鳥氨酸（2）D-型氨基酸 D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）（3）-、-、-氨基酸-Ala（泛素的前體）、-氨基丁酸（神經(jīng)遞質(zhì)）。 -丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一種維生素）的前體成分丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一種維生素）的前體成分 氨基丁酸氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動的化學(xué)介質(zhì)是傳遞神經(jīng)沖動的化學(xué)介質(zhì) L-瓜氨酸、瓜氨酸、L-鳥氨酸是尿素循環(huán)的中間體鳥氨酸是尿素循環(huán)的中間體甜菜堿肌氨酸鳥氨酸鳥氨酸胍氨

21、酸胍氨酸（一）一般物理性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì) -氨基酸為氨基酸為無色晶體，熔點(diǎn)極高無色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在，一般在200以上。有的無味、有的味甜、有的味以上。有的無味、有的味甜、有的味苦、苦、谷氨酸的單鈉鹽有谷氨酸的單鈉鹽有鮮味鮮味，是味精的主要，是味精的主要成分成分。 各種氨基酸在水中的各種氨基酸在水中的溶解度溶解度差別很大，除差別很大，除胱胱氨酸和酪氨酸氨酸和酪氨酸外一般都能溶于水，并能溶解外一般都能溶于水，并能溶解于稀酸或稀堿中，于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機(jī)溶劑。但不能溶解于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。 l脯氨酸和羥脯氨酸能溶

22、于乙醇或乙醚中脯氨酸和羥脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中。l構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸在可見種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)區(qū)(220nm)(3.5，-羧基以-COO-形式存在。-氨基pK2在9.4左右，當(dāng)pH8.0時(shí)，-氨基以-NH3+形式存在。在pH3.5-8.0時(shí)，帶有相反電荷，因此氨基酸在水溶液中是以兩性離子離子形式存在。Gly熔點(diǎn)232比相應(yīng)的乙酸（16.5）、乙胺（80.5）高，可推測氨基酸在晶體狀態(tài)也是以兩性離子形式存在。pH = pI 凈電荷凈電荷=0 pH pI凈電荷為負(fù)凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCO

23、ONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2)在一定的在一定的pH條件下，氨基酸分子中所帶的正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)相條件下，氨基酸分子中所帶的正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時(shí)溶等，即凈電荷為零，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時(shí)溶液的液的pH值稱為該種氨基酸的值稱為該種氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point，pI)。即氨基酸的等電點(diǎn)是它呈現(xiàn)電中性時(shí)所處環(huán)境的即氨基酸的等電點(diǎn)是它呈現(xiàn)電中性時(shí)所處環(huán)境的pH值。值。1、概念、概念氨基酸的解離常數(shù)可用測定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得在pH2.34和pH9.60處，Gly具

24、有緩沖能力。滴定開始時(shí)，溶液中主要是Gly+。起點(diǎn)：100% Gly+ 凈電荷：+1第一拐點(diǎn)： 50%Gly+ ，50%Gly 平均凈電荷：+0.5第二拐點(diǎn)： 100%Gly 凈電荷：0 等電點(diǎn)pI第三拐點(diǎn)： 50%Gly ， 50%Gly- 平均凈電荷：-0.5終點(diǎn)： 100% Gly- 凈電荷：-1第一拐點(diǎn)：pH=pK+lgGly/Gly+，pH=pK1=2.34第二拐點(diǎn)：100%Gly，凈電荷為0，此時(shí)的pH值稱氨基酸的等電點(diǎn)pI。第三拐點(diǎn)：pH=pK2+lgGly-/Gly=pK2=9.6Handerson-Hasselbalch方程:pH=pKa+log 質(zhì)子受體/質(zhì)子供體計(jì)算緩沖溶

25、液pH的主要公式 緩沖容量與緩沖對的濃度有關(guān), 越濃緩沖能力越大 與pH及pK有關(guān), pH=pK時(shí)緩沖能力最大 2. 計(jì)算緩沖對的濃度比值計(jì)算在任一pH條件下一種酸或堿(或氨基酸)1. 離子化的百分?jǐn)?shù) 可見，氨基酸的可見，氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子值等于該氨基酸的兩性離子兩側(cè)的基團(tuán)兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK 1+pK 2一氨基一羧基一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 2+pK 3二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK 1+pK 2一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：的等電點(diǎn)計(jì)算：A. 等電點(diǎn)

26、時(shí)，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。 利用利用該性質(zhì)可分離制備某些氨基酸。例如谷氨該性質(zhì)可分離制備某些氨基酸。例如谷氨酸的生產(chǎn)，即將微生物發(fā)酵液的酸的生產(chǎn)，即將微生物發(fā)酵液的pH值調(diào)至值調(diào)至3.22（谷氨酸的等電點(diǎn)）而使谷氨酸沉淀析出。（谷氨酸的等電點(diǎn)）而使谷氨酸沉淀析出。B. 利用各種氨基酸的等電點(diǎn)不同，可通過利用各種氨基酸的等電點(diǎn)不同，可通過電泳法電泳法、離子交換法離子交換法等在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行混合等在實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行混合氨基酸的分離或制備。氨基酸的分離或制備。 氨基酸的等電點(diǎn)可由其分子上解離基團(tuán)的氨基酸的等電點(diǎn)可由其分子上解離基團(tuán)的解離常

27、數(shù)解離常數(shù)來確定來確定 3、應(yīng)用、應(yīng)用1. 某氨基酸溶于某氨基酸溶于pH7的水中，所得氨基酸溶液的的水中，所得氨基酸溶液的pH為為8，問此氨基酸的，問此氨基酸的pI是大于是大于8、等于、等于8還是小還是小于于8？解析：解析：主要從氨基酸的解離特點(diǎn)考慮，先確定其兩性離子狀態(tài)（即等電點(diǎn)狀態(tài)），然后分析氨基酸溶液變?yōu)?時(shí)是從水中吸收了質(zhì)子還是釋放了質(zhì)子。解答：氨基酸晶體主要以兩性離子形式存在，溶于pH7的水中，溶液的pH從7升為8，說明氨基酸在溶解的過程中從水中吸收了質(zhì)子。溶液中有如下平衡：AA + H2O AA+ + OH-要使AA+ 所帶電荷為零，必須加堿，這會使pH8， 故氨基酸的pI 8。2

28、. 計(jì)算下列溶液的pH值：（1）0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L NaOH的等體積混合液 (2) 0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L HCl的等體積混合液解答： （1）Gly 和 NaOH的反應(yīng)為：+H3N-CH2-COO- + NaOH H2N-CH2-COO-Na+ + H2OGlyGly-0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L NaOH的等體積混合后Gly - = OH-=0.05/2=0.025 (mol/L)Gly = (0.1-0.05)/2 = 0.025 (mol/L)此時(shí)溶液存在如下平衡：+H3N-CH2-COO-H2N-CH2-COO

29、- + H+Ka2根據(jù)公式pH= pKa + lg 質(zhì)子受體/質(zhì)子供體混合后溶液的pH值為pH=pKa2 +lg(Gly- /Gly )=9.6+lg(0.025/0.025)=9.6（2）Gly 和HCl的反應(yīng)為：+H3N-CH2-COO- + HCl Cl- +H3N-CH2-COOHGlyGly+0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L HCl的等體積混合后Gly+ = H+ = 0.05/2=0.025 (mol/L)Gly = (0.1-0.05)/2 = 0.025 (mol/L)此時(shí)溶液存在如下平衡：+H3N-CH2-COO- +H3N-CH2-COOHKa1根據(jù)公式pH

30、= pKa + lg 質(zhì)子受體/質(zhì)子供體混合后溶液的pH值為pH=pKa1 +lg (Gly / Gly+ ) = 2.34 + lg(0.025/0.025)=2.343. 制備1L pH 3.2, 0.1 mol/L 甘氨酸緩沖液， 需0.1 mol/L 甘氨酸鹽酸鹽(Cl- +H3N-CH2-COOH)和0.1 mol/L 甘氨酸(+H3N-CH2-COO-) 各多少？解答：甘氨酸鹽酸鹽(Cl- +H3N-CH2-COOH) 實(shí)際上為二元酸，它的解離式為+H3N-CH2-COO- + H+ +H3N-CH2-COOHKa1GlyGly+pH=pKa1 + lg (Gly / Gly+ )

31、, 3.2=2.34 + lg (Gly / Gly+ )lg (Gly / Gly+ ) = 3.2 - 2.34 = 0.86, Gly / Gly+ =7.24因?yàn)榕渲聘拾彼峋彌_溶液所用的甘氨酸鹽酸鹽和甘氨酸的原始濃度相同，所以它們的濃度之比就是它們所用的體積之比，V Gly / V Gly+ = 7.24已知緩沖溶液的總體積為1 L,V Gly / (1-V Gly ）= 7.24， V Gly = 0.879 (L), V Gly+ = 0.121 (L)氨基酸是離子化合物，但在溶液狀態(tài)時(shí)，存在氨基酸是離子化合物，但在溶液狀態(tài)時(shí)，存在 下列平衡：下列平衡：化學(xué)反應(yīng)中可用化學(xué)反應(yīng)中可用

32、左邊左邊的結(jié)構(gòu)式表示氨基酸。的結(jié)構(gòu)式表示氨基酸。氨基酸分子的氨基酸分子的-氨基、氨基、-羧基能參加反應(yīng)，有的羧基能參加反應(yīng)，有的側(cè)鏈側(cè)鏈R基團(tuán)也能參加反應(yīng)基團(tuán)也能參加反應(yīng) 1. -NH2參加的反應(yīng)參加的反應(yīng)A. ?；磻?yīng)?；磻?yīng)?；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、對-甲苯磺酰氯。這些?；瘎┰诙嚯暮偷鞍踪|(zhì)的人工合成中被用作氨基保護(hù)劑。丹磺酰氯（DNS-Cl，5二甲基氨基萘-1-磺酰氯）DNSCl可用于多肽鏈NH2末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量測定。N GlyAlaSerLeuPhe C N DNSGlyAlaSerLeuPhe C水解 DNSGly、 Ala、 Ser、 Leu、

33、PheDNS-氨基酸在紫外光激發(fā)后發(fā)黃色熒光。（生物體內(nèi)）在酶和ATP存在條件下，羧酸也可與氨基酸的氨基作用，形成?；a(chǎn)物。苯甲酸與Gly的氨基的酰基化反應(yīng)是生物體內(nèi)解毒作用的一個(gè)典型的例子。苯甲酸是食品防腐劑，在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)變成N-苯甲酰-Gly后，可經(jīng)尿排出。 B. 烷基化反應(yīng)烷基化反應(yīng)-氨基中的氮是一個(gè)親核中心，能發(fā)生親核取代反應(yīng)。Sanger反應(yīng)反應(yīng)（2,4一二硝基氟苯，DNFB或FDNB）二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），黃色，層析法鑒定，被Sanger用來測定多肽的NH2末端氨基酸。Edman反應(yīng)反應(yīng)（苯異硫氰酸酯，PITC）苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸） 苯乙內(nèi)酰硫脲衍生

34、物（PTH-氨基酸）PTH-氨基酸，無色，可以用層析法分離鑒定。被Edman用來鑒定多肽的NH2末端氨基酸 含硫氨基酸的烷基化反應(yīng)含硫氨基酸的烷基化反應(yīng)硫原子也是親核中心，可發(fā)生親核取代反應(yīng)。生物體內(nèi)，最重要的甲基化試劑是S-腺苷甲硫氨酸（SAM），是由Met與ATP作用得到的S-烷基化產(chǎn)物。在酶催化下，SAM可以使多種生物分子的氨基甲基化，如磷脂酰膽堿的生物合成。S-腺嘌呤核苷-高半胱氨酸（比Cys多一個(gè)-CH2）C. 形成西佛堿反應(yīng)形成西佛堿反應(yīng)西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應(yīng)如轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應(yīng)如轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的中間物。的中間物。氨基酸的氨基酸的-氨基能與醛類

35、化合物反應(yīng)生成弱堿，即所謂氨基能與醛類化合物反應(yīng)生成弱堿，即所謂西佛堿（西佛堿（Schiffs base）。）。pK2 H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3+COO-CH2NHCH2OHHCHOHCHOCOO-CH2NH(CH2OH)2 用NaOH滴定氨基酸甲醛滴定法氨基酸甲醛滴定法 l判斷蛋白質(zhì)水解或合成的進(jìn)度判斷蛋白質(zhì)水解或合成的進(jìn)度E. 與亞硝酸的反應(yīng)與亞硝酸的反應(yīng)NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O在標(biāo)準(zhǔn)條件下測定生成的在標(biāo)準(zhǔn)條件下測定生成的N2體積，即可計(jì)算出氨基酸的體積，即可計(jì)算出氨基酸的量。量。用途用途：范斯萊克（范斯萊克（

36、Van SlykeVan Slyke）法測定氨基氮的基礎(chǔ)）法測定氨基氮的基礎(chǔ)。可用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定?？捎糜诎被岫亢偷鞍踪|(zhì)水解程度的測定。F. 與熒光胺反應(yīng)與熒光胺反應(yīng)熒光胺熒光胺熒光產(chǎn)物熒光產(chǎn)物熒光產(chǎn)物激發(fā)波長熒光產(chǎn)物激發(fā)波長 x = 390 nm , 發(fā)射波長發(fā)射波長 M = 475 nm ,該反應(yīng)非常靈敏（該反應(yīng)非常靈敏（1ng），），可根可根據(jù)熒光強(qiáng)度據(jù)熒光強(qiáng)度M測定氨基酸含量測定氨基酸含量G. 脫氨基反應(yīng)脫氨基反應(yīng)經(jīng)相應(yīng)的氨基酸氧化酶、轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)。經(jīng)相應(yīng)的氨基酸氧化酶、轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)。2、-羧基參加的反應(yīng)羧基參加的反應(yīng)是生成胺類的重要反應(yīng)成鹽、成酯成鹽、成

37、酯分別與堿、醇作用, 可用于羧基的保護(hù)成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）氨基被保護(hù)后，羧基可與二氯亞砜或五氯化磷反應(yīng)，生成酰氯。此反應(yīng)使氨基酸的羧基活化，易與另一個(gè)氨基酸的氨基結(jié)合，在多肽的人工合成中常用。3、 -氨基和氨基和-羧基參加的反應(yīng)羧基參加的反應(yīng)（1）與茚三酮的反應(yīng)）與茚三酮的反應(yīng) 常用于氨基酸的定性或定量檢測l脯氨酸和羥脯氨酸脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色黃色物質(zhì)物質(zhì)，其余所有的，其余所有的-氨基酸與茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮反應(yīng)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)。 （2）成肽反應(yīng)）成肽反應(yīng)這是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。這是多肽和蛋白質(zhì)生物

38、合成的基本反應(yīng)。H2N CR1HC OHOH NHC COOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2N CR1HCO-肽鍵Tyr的酚基 在3和5 位上可發(fā)生親電取代反應(yīng)，如碘化、硝化。 lTyr的酚基的酚基可以與可以與重氮化合物重氮化合物，如重氮苯磺，如重氮苯磺酸，結(jié)合生成橘黃色化合物酸，結(jié)合生成橘黃色化合物橘黃色橘黃色4. 側(cè)鏈側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)基參加的反應(yīng)（2）His的咪唑基與重氮鹽（的咪唑基與重氮鹽（重氮苯磺酸重氮苯磺酸）的反應(yīng)）的反應(yīng)棕紅色棕紅色附：咪唑基的性質(zhì)附：咪唑基的性質(zhì) 組氨酸含有咪唑基，它的組氨酸含有咪唑基，它的p pK K2 2值為值為6.06.0，在生理?xiàng)l件下具有緩沖，在

39、生理?xiàng)l件下具有緩沖作用。作用。l組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。可以與組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)?？梢耘cATPATP發(fā)生磷發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。l組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失并引起酶活性的降低或喪失簡述組氨酸的作用簡述組氨酸的作用解答：（1）His的咪唑基pK值在氨基酸和多肽鏈中分別為6.00和7.35，后者接近生理?xiàng)l件。故在生理?xiàng)l件下，咪唑基既可以作為質(zhì)子受體，又可以作為質(zhì)子供體，在pH7 附近具有明顯的緩沖能

40、力。血紅蛋白由于含有較多的His 殘基，使其在pH7附近有明顯的緩沖能力。（2） His的咪唑基供出質(zhì)子或接受質(zhì)子的速度十分迅速，因而在很多酶的活性中心均有His殘基參與（3）組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)?？梢耘cATP發(fā)生磷酰化反應(yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。（4）組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失 (3) Cys(3) Cys巰基（巰基（-SH-SH）參加的反應(yīng)）參加的反應(yīng)性質(zhì)很活潑性質(zhì)很活潑作用：作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2

41、OCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+C6H5CH2ClA. 在弱堿性條件下，與鹵代烴（如芐氯、碘乙酰胺等）在弱堿性條件下，與鹵代烴（如芐氯、碘乙酰胺等）反應(yīng)，生成穩(wěn)定的烴基衍生物。反應(yīng)，生成穩(wěn)定的烴基衍生物。作用：作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-B. 與各種金屬離子，如對羥基汞苯甲酸，形成穩(wěn)與各種金屬離子，如對羥基汞苯甲酸，形成穩(wěn)定程度不同的絡(luò)合物定程度不同的絡(luò)合物作用：作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)

42、分子中二硫鍵形成或氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或 斷裂斷裂。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸+2H- 2HC. 很容易被氧化形成二硫鍵（很容易被氧化形成二硫鍵（SS）次磺酸sulfenic 亞磺酸sulfinic磺酸sulfonicS-nitrosothiolS-nitrothiol（4）羥基參加的反應(yīng)羥基參加的反應(yīng)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)（酶）。作用：可用于修飾蛋白質(zhì)（酶）。-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(CH3)2FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+二異

43、丙基氟磷酸二異丙基氟磷酸 Ser 和和 Thr 的羥基能夠與酸作用形成酯。的羥基能夠與酸作用形成酯。在蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)分子中，分子中，Ser 常與磷酸結(jié)合。常與磷酸結(jié)合。 SersSer 是大多數(shù)蛋白水解酶活性中心的主要組分，是大多數(shù)蛋白水解酶活性中心的主要組分，多多種?；噭┠芘c酶活性中心的種?；噭┠芘c酶活性中心的 Ser 羥基作用羥基作用，導(dǎo)致酶，導(dǎo)致酶的失活。的失活。-OOCCHCH2OHNH3+Ser（一）電泳分離（一）電泳分離舉例：Glu、Leu 、His 、Lys，4種混合樣，在pH6.0時(shí)，泳動方向及相對速度。 Glu Leu His LyspI 3.22 5.98 7.59 9.74（二）分配層析一般原