蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座培訓(xùn)課件

1、蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的元素組成 N含量在各種蛋白質(zhì)中比較接近 15%18% ，平均為16%。 每1g 氮相當(dāng)于 6.25g 的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)平均含N量為16,這是凱氏定氮法測(cè)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N量6.252蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的元素組成 N含量在各方法：常用6 mol/L的鹽酸或4 mol/L的硫 酸，回流煮沸時(shí)間約 20 h。優(yōu)點(diǎn)：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。缺點(diǎn)：色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨 基酸（絲氨酸、蘇氨酸）有一小部分 被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基 被水解成了羧基。第二節(jié) 蛋白質(zhì)的氨基酸組成

2、 1. 酸水解一、蛋白質(zhì)的水解3蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座方法：常用6 mol/L的鹽酸或4 mol/L的硫 第二節(jié)2. 堿水解方法：一般用5 mol/L氫氧化鈉煮沸1020 h。 優(yōu)點(diǎn)：色氨酸在水解中不受破壞。 缺點(diǎn)：多數(shù)氨基酸受到不同程度的破壞，產(chǎn)生 消旋現(xiàn)象，得到的是D-和L-氨基酸的混 合物。此外，引起精氨酸脫氨（生成鳥 氨酸和尿素）。4蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2. 堿水解方法：一般用5 mol/L氫氧化鈉煮沸10203. 酶水解方法：用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶或稱 蛋白酶（proteinase）已有十多種，常用 的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或稱糜 蛋白酶）及胃蛋白酶等。優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生消旋作用，也

3、不破壞氨基酸。水解 位點(diǎn)特異，用于一級(jí)結(jié)構(gòu)分析，肽譜 缺點(diǎn)：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。該法主要用于部分水解。5蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3. 酶水解方法：用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶或稱5蛋白質(zhì)二、氨基酸的功能：1. 組成蛋白質(zhì)2. 一些aa及其衍生物充當(dāng)化學(xué)信號(hào)分子-amino butyric acid (-氨基丁酸)、Serotonic(5-羥色胺，血清緊張素)、melatonin(褪黑激素，N-乙酰-甲氧基色胺)，都是神經(jīng)遞質(zhì)，后二者是色氨酸衍生物(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)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞功能的物質(zhì))。Thyroxine(甲狀腺素，動(dòng)物甲狀

4、腺thyroid gland產(chǎn)生的Tyr衍生物)和吲哚乙酸(植物中的Trp衍生物)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)胞的功能的化學(xué)信號(hào)分子)。6蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座二、氨基酸的功能：1. 組成蛋白質(zhì)6蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3. 氨基酸是許多含N分子的前體物 核苷酸和核酸的含氮堿基、血紅素、葉綠素的合成都需要aa4. 一些基本氨基酸和非基本aa是代謝中間物 精氨酸、Citrulline(瓜氨酸)、Ornithine(鳥氨酸)是尿素循不(Urea cycle)的中間物，含氮廢物在脊椎動(dòng)物肝臟中合成尿素是排除它們的一種重要機(jī)制。7蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3. 氨基酸是許多含N分子的前體物7蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)

5、講座三、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1809年發(fā)現(xiàn)Asp，1938年發(fā)Thr，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（20種）也稱基本氨基酸或標(biāo)準(zhǔn)氨基酸，有對(duì)應(yīng)的遺傳密碼。 8蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座三、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類8蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)氨基在-位，為L(zhǎng)-構(gòu)型.除脯氨酸外，均為-氨基酸除甘氨酸外，均為手性氨基酸9蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)除脯氨酸外，均為-氨基酸9蛋白質(zhì)

6、化學(xué)醫(yī)氨基酸的分類1. 按R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 脂肪族氨基酸 含一氨基一羧基的中性氨基酸甘氨酸 Gly, G丙氨酸 Ala, A纈氨酸 Val, V亮氨酸 Lue, L異亮氨酸 Ile, I10蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座氨基酸的分類1. 按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類甘氨酸 Gly R基均為中性烷基（Gly為H），R基對(duì)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）。

7、 11蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 R基均為中性烷基（Gly為H），R基對(duì)分子酸堿絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸 （Thr,T）半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸 （Met,M）含羥基或硫脂肪族氨基酸12蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座絲氨酸 （Ser,S）蘇氨酸 （Thr,T）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

8、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) 13蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座含羥基的有兩種：Ser和Thr13蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 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

9、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(huì)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。14蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 二硫鍵在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中具有重要意義。14蛋白質(zhì)化學(xué)酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺 （Gln,Q）15蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸 Asp、Glu

10、，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16蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座Asp、Glu，一般稱酸性氨基酸16蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座堿性氨基酸賴氨酸 （Lys,K）精氨酸 （Arg,R）組氨酸 （His,H）雜環(huán)17蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座堿性氨基酸賴氨酸 （Lys,K）精氨酸 （Lys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?xiàng)l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，

11、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）Arg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。His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。 His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。 18蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座Lys的R側(cè)鏈上含有一個(gè)氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為10.53。2、芳香族氨基酸苯丙氨酸 （

12、Phe,F）酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸 （Trg,W）19蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2、芳香族氨基酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸 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(shí)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。 20蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)

13、學(xué)講座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3、雜環(huán)氨基酸組氨酸 （His,H）脯氨酸 （Pro,P）21蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3、雜環(huán)氨基酸組氨酸 （His,H）脯氨酸 Pro，有時(shí)也把His、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22蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座Pro，有時(shí)也把His、Trp歸入此類。22蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講2. 按R基的極性分類(能否與水形成氫鍵) 20種基本氨基酸可以分成以下四組： 1、非極性氨

14、基酸（八種） Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Met、 Pro 這類氨基酸的R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。2、極性不帶電荷的氨基酸（七種） 6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)鏈都能與水形成氫鍵，因此很容易溶于水。酪氨酸的-OH磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Ser和Thr的-OH往往與糖鏈相連，Asn和Gln的-NH2很容易形成氫鍵，因此能增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。23蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2. 按R基的極性分類(能否與水形成氫鍵) 3、極性帶正電荷的氨基酸 三種堿性氨基酸：Lys、Arg、His 在 pH7 時(shí)帶正電荷。

15、當(dāng)膠原蛋白中的Lys側(cè)鏈氧化時(shí)能形成很強(qiáng)的分子間(內(nèi))交聯(lián)。Arg的胍基堿性很強(qiáng)，與NaOH相當(dāng)。His是一個(gè)弱堿，在 pH6.0 時(shí)，His 的 R 基 50% 以上質(zhì)子化，但 pH7.0 時(shí)，質(zhì)子化的分子不到10% His 是 R 基的pK值在7附近的唯一的氨基酸。 是天然的緩沖劑，它往往存在于許多酶的活性中心。 24蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3、極性帶正電荷的氨基酸 三種堿性氨基酸：Lys、Arg、H 4、極性帶負(fù)電荷的氨基酸 兩種酸性氨基酸：Asp、Glu。在pH67時(shí)，谷氨酸和天冬氨酸的第二個(gè)羧基解離，因此，帶負(fù)電荷。酶的活性中心：His、Ser、Cys非極性aa一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶

16、電荷的aa和極性aa位于表面。 25蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 4、極性帶負(fù)電荷的氨基酸25蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座三個(gè)有特性的氨基酸 一是脯氨酸（Pro），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 肽鍵有明顯的特點(diǎn)，較易變成順式肽鍵。26蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座三個(gè)有特性的氨基酸 一是脯氨酸（Pro），因?yàn)樗且粋€(gè)環(huán)狀的二是甘氨酸（Gly），它是唯一的在碳原子上只有兩個(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)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。第三個(gè)是半胱氨酸(Cys)。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)活性，還在

17、于兩個(gè) Cys 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)，也可以在肽鏈間存在。更有甚者，同樣的一對(duì)二硫鍵能具有不同的空間取向。 27蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座二是甘氨酸（Gly），它是唯一的在碳原子上只有兩個(gè)氫原子（浙江大學(xué)2006年題）按氨基酸R基的極性性質(zhì)將其分為哪幾類？請(qǐng)寫出各類的性質(zhì)，氨基酸的名稱以及三字符號(hào)和單子符號(hào)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(hào)28蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（浙江大學(xué)2006年題）按氨基酸R基的極性性質(zhì)將其分為哪幾類二、非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。Prothrombin(凝血酶原

18、)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）。29蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座二、非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸29蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（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，生物體內(nèi)存在大量的氨基酸中間代謝

19、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)）。30蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（三）非蛋白質(zhì)氨基酸30蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 -丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一種維生素）的前體成分 氨基丁酸是傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)介質(zhì) L-瓜氨酸、L-鳥氨酸是尿素循環(huán)的中間體31蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 -丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一種維生素）的前體成分31蛋白甜菜堿肌氨酸鳥氨酸胍氨酸3

20、2蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座甜菜堿肌氨酸鳥氨酸胍氨酸32蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座四、氨基酸的重要理化性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì) -氨基酸為無色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在200以上。有的無味、有的味甜、有的味苦、谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。 各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，除胱氨酸和酪氨酸外一般都能溶于水，并能溶解于稀酸或稀堿中，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。 脯氨酸和羥脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中。33蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座四、氨基酸的重要理化性質(zhì)（一）一般物理性質(zhì)33蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)（二）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)(3.5，-羧基以

21、-COO-形式存在。-氨基pK2在9.4左右，當(dāng)pH3.5，-羧基以氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn) pH = pI 凈電荷=0 pH pI凈電荷為負(fù)CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK1)(pK2)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)相等，即凈電荷為零，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值稱為該種氨基酸的等電點(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pH值。1、概念39蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座氨基酸的兩性解離性質(zhì)及等電點(diǎn) 氨基酸的解離常數(shù)可用測(cè)定滴定曲線的

22、實(shí)驗(yàn)方法求得40蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座氨基酸的解離常數(shù)可用測(cè)定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得40蛋白質(zhì)化學(xué)在pH2.34和pH9.60處，Gly具有緩沖能力。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+

23、lgGly-/Gly=pK2=9.641蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座在pH2.34和pH9.60處，Gly具有緩沖能力。41蛋白Handerson-Hasselbalch方程:pH=pKa+log 質(zhì)子受體/質(zhì)子供體計(jì)算緩沖溶液pH的主要公式 緩沖容量與緩沖對(duì)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(duì)的濃度比值計(jì)算在任一pH條件下一種酸或堿(或氨基酸) 離子化的百分?jǐn)?shù)42蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座Handerson-Hasselbalch方程:42蛋白質(zhì)化2、氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算 可見，氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的二分之一。pI=2

24、pK1+pK2一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK2+pK3二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK1+pK2一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：43蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2、氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算 可見，氨基酸的pI值A(chǔ). 等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。 利用該性質(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pH值調(diào)至3.22（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，可通過電泳法、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)的解離常數(shù)來確定 3、應(yīng)用44蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座A. 等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸

25、的溶解度最小，容易沉淀。3、應(yīng)用44蛋1. 某氨基酸溶于pH7的水中，所得氨基酸溶液的pH為8，問此氨基酸的pI是大于8、等于8還是小于8？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(huì)使pH8， 故氨基酸的pI 8。45蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座1. 某氨基酸溶于pH7的水中，所得氨基酸溶液的pH為8，

26、問2. 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-C

27、OO- + 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)=9.646蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2. 計(jì)算下列溶液的pH值：+H3N-CH2-COO- + （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

28、存在如下平衡：+H3N-CH2-COO- +H3N-CH2-COOHKa1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=pKa1 +lg (Gly / Gly+ ) = 2.34 + lg(0.025/0.025)=2.3447蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（2）Gly 和HCl的反應(yīng)為：+H3N-CH2-COO- 3. 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

29、) 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+ ), 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),

30、 V Gly+ = 0.121 (L)48蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3. 制備1L pH 3.2, 0.1 mol/L 甘氨酸緩（四）氨基酸的化學(xué)性質(zhì) 氨基酸是離子化合物，但在溶液狀態(tài)時(shí)，存在 下列平衡：化學(xué)反應(yīng)中可用左邊的結(jié)構(gòu)式表示氨基酸。氨基酸分子的-氨基、-羧基能參加反應(yīng)，有的側(cè)鏈R基團(tuán)也能參加反應(yīng) 49蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（四）氨基酸的化學(xué)性質(zhì) 氨基酸是離子化合物，但在溶液狀態(tài)時(shí)，1. -NH2參加的反應(yīng)A. 酰化反應(yīng)?；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、對(duì)-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

31、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(cè)定。N GlyAlaSerLeuPhe C N DNSGlyAlaSerLeuPhe C水解 DNSGly、 Ala、 Ser、 Leu、 PheDNS-氨基酸在紫外光激發(fā)后發(fā)黃色熒光。50蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座1. -NH2參加的反應(yīng)50蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（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，形成酰基化產(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。 51蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（生物體內(nèi)）在酶和ATP存在條件下，羧酸也可與氨基酸

32、的氨基B. 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)（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(cè)定多肽的NH2末端氨基酸。Edman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 52蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座B. 烷基化反應(yīng)52蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 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

33、（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）53蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座 53蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座C. 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)的中間物。氨基酸的-氨基能與醛類化合物反應(yīng)生成弱堿，即所謂西佛堿（Schiffs base）。54蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座C. 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)D.與甲醛的反應(yīng) 用NaOH滴定氨基酸甲醛滴定法 判斷蛋白質(zhì)水解或合成的進(jìn)度55蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座D.與甲醛的反應(yīng) 用NaOH滴

34、定氨基酸甲醛滴定法 判斷蛋E. 與亞硝酸的反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的N2體積，即可計(jì)算出氨基酸的量。用途：范斯萊克（Van Slyke）法測(cè)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(cè)定。56蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座E. 與亞硝酸的反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的N2體積，即可計(jì)算F. 與熒光胺反應(yīng)熒光胺熒光產(chǎn)物熒光產(chǎn)物激發(fā)波長(zhǎng) x = 390 nm , 發(fā)射波長(zhǎng) M = 475 nm ,該反應(yīng)非常靈敏（1ng），可根據(jù)熒光強(qiáng)度M測(cè)定氨基酸含量57蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座F. 與熒光胺反應(yīng)熒光胺熒光產(chǎn)物熒光產(chǎn)物激發(fā)波長(zhǎng) x = G. 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)。58蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講

35、座G. 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)。582、-羧基參加的反應(yīng)脫羧基反應(yīng): 是生成胺類的重要反應(yīng)成鹽、成酯分別與堿、醇作用, 可用于羧基的保護(hù)成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）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。59蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座2、-羧基參加的反應(yīng)成鹽、成酯59蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3、 -氨基和-羧基參加的反應(yīng)（1）與茚三酮的反應(yīng) 常用于氨基酸的定性或定量檢測(cè)脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其余所有的-氨基酸與茚三酮反應(yīng)均產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)。 60蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座3、 -氨

36、基和-羧基參加的反應(yīng)（1）與茚三酮的反應(yīng)脯氨酸（2）成肽反應(yīng)這是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。61蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（2）成肽反應(yīng)這是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。61蛋白質(zhì)（1）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。 Pauly反應(yīng)可用于檢測(cè)TyrTyr的酚基可以與重氮化合物，如重氮苯磺酸，結(jié)合生成橘黃色化合物橘黃色4. 側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)62蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（1）Tyr的酚基Tyr的酚基可以與重氮化合物，如重氮苯磺酸（2）His的咪唑基與重氮鹽（重氮苯磺酸）的反應(yīng)棕紅色附：咪唑基的性質(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。組氨酸中

37、的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。可以與ATP發(fā)生磷酰化反應(yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。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63蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（2）His的咪唑基與重氮鹽（重氮苯磺酸）的反應(yīng)棕紅色附：咪簡(jiǎn)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

38、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 64蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座簡(jiǎn)述組氨酸的作用64蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座(3) Cys巰基（-SH）參加的反應(yīng)性質(zhì)很活潑作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)。C6H5CH2ClA. 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。65蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座(3) Cys巰基（-SH）參加的反應(yīng)性質(zhì)很活潑作用：這作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。B. 與各種金屬離子，如對(duì)羥基汞苯

39、甲酸，形成穩(wěn)定程度不同的絡(luò)合物66蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。B. 與各種金屬離作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或 斷裂。胱氨酸+2H- 2HC. 很容易被氧化形成二硫鍵（SS）67蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或 次磺酸sulfenic 亞磺酸sulfinic磺酸sulfonicS-nitrosothiolS-nitrothiol68蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座次磺酸sulfenic 亞磺酸sulfinic磺酸sulf（4）羥基參加的反應(yīng)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)（酶）。二異丙基氟磷酸 Ser 和 Thr 的羥基能夠與酸作用形成酯

40、。在蛋白質(zhì)分子中，Ser 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，多種?；噭┠芘c酶活性中心的 Ser 羥基作用，導(dǎo)致酶的失活。Ser69蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（4）羥基參加的反應(yīng)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)（酶）。二異丙基氟（一）電泳分離舉例：Glu、Leu 、His 、Lys，4種混合樣，在pH6.0時(shí)，泳動(dòng)方向及相對(duì)速度。 Glu Leu His LyspI 3.22 5.98 7.59 9.74五、 氨基酸的分析分離 70蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座（一）電泳分離五、 氨基酸的分析分離 70蛋白質(zhì)化學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座培訓(xùn)課件有效分配系數(shù)KeffKeff =某一物質(zhì)在動(dòng)相中

41、的總量某一物質(zhì)在靜相中的總量72蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座有效分配系數(shù)KeffKeff =某一物質(zhì)在動(dòng)相中的總量某一物上述逆流分溶的結(jié)果可用曲線表示逆流分溶曲線管號(hào)各管中溶質(zhì)的總含量73蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座上述逆流分溶的結(jié)果可用曲線表示逆流分溶曲線管號(hào)各管中溶質(zhì)的總分溶曲線與轉(zhuǎn)移次數(shù)的關(guān)系溶劑系統(tǒng)體積相對(duì)濃度74蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座分溶曲線與轉(zhuǎn)移次數(shù)的關(guān)系溶劑系統(tǒng)體積相對(duì)濃度74蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)(二）分配柱層析可以同檢測(cè)器、記錄儀、餾分收集器、輸液泵構(gòu)成層析系統(tǒng)。75蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座(二）分配柱層析可以同檢測(cè)器、記錄儀、餾分收集器、輸液泵構(gòu)成(三)紙層析Rf主要與R基的極性有關(guān)，溶劑的pH可影響R基的極性，氨基酸與濾紙的吸附作用也影響Rf。76蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座(三)紙層析Rf主要與R基的極性有關(guān)，溶劑的pH可影響R基的紙層析中的Rf值Rf=XY溶劑前沿氨基酸顯色點(diǎn)濾紙?jiān)c(diǎn)77蛋白質(zhì)化學(xué)醫(yī)學(xué)講座紙層析中的Rf值Rf=XY溶劑前沿氨基酸顯色點(diǎn)濾紙?jiān)c(diǎn)77蛋2. 以正丁醇：乙酸：水體系為溶劑（pH4.5) ，對(duì)下列氨基酸進(jìn)行紙層析分離，指出下列各組中氨基酸的相對(duì)移動(dòng)