蛋白質(zhì)化學(xué)總論和氨基酸

蛋白質(zhì)化學(xué)總論和氨基酸第1頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)概論第2頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二什么是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（Protein）是由多種(20種）氨基酸，按照一定的順序，通過肽鍵連接形成的一條或多條肽鏈組成的生物大分子。蛋白質(zhì)是生命活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。第3頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)的形式及功能多樣

蛋白質(zhì)是最豐富的生物大分子，存在于所有的細胞及細胞的所有部分。一個簡單的細胞中，蛋白質(zhì)的差異極大、種類有成千上萬種、分子量從小肽到數(shù)百萬的巨大分子。蛋白質(zhì)的生物功能還表現(xiàn)出極大的多樣性，是生物信息最重要的終產(chǎn)物，是遺傳信息表達的元件。 Protein一詞來自希臘文“Proteios”，指“first”或“foremost”，意即“頭等重要”、“第一位的”、“最重要的”。第4頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

從低等的古細菌到復(fù)雜的生命體，蛋白質(zhì)都是由相同的20種氨基酸共價連接而成的分子。細胞能夠通過不同的組合和順序，用20種氨基酸合成性質(zhì)和功能截然不同的蛋白質(zhì)，如酶、激素、抗體、運載體、肌肉、眼睛的晶狀體蛋白質(zhì)、羽毛、蜘蛛網(wǎng)、犀牛角、乳蛋白、抗生素、蘑菇毒素及各種不同的生物活性的蛋白質(zhì)。第5頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

18世紀中葉Beccari首次報道應(yīng)用稀酸、稀堿可從動植物組織中分離到含氮類物質(zhì)。1838年荷蘭化學(xué)家Mulder進行元素分析發(fā)現(xiàn)幾乎所有的蛋白質(zhì)都有相同的實驗公式。用“蛋白質(zhì)”這一名詞來描述這類分子是由Mulder的合作者永斯·貝采利烏斯于1838年提出。 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多、功能各異，是生物體內(nèi)構(gòu)建生命、行使生命活動的最主要的功能分子,在幾乎所有的生命活動中起著關(guān)鍵的作用。如果說基因是生命的指導(dǎo)者和生命藍圖的構(gòu)建者，蛋白質(zhì)就是組成生命的主要材料，是生命的實踐者和執(zhí)行者。蛋白質(zhì)將生物體的遺傳信息表達成生物的性狀，指導(dǎo)生命活動，控制生物的代謝、生長、發(fā)育及繁殖。第6頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)化學(xué)研究史I1838年

Mulder研究了血清、蛋清、蠶絲等物質(zhì)的元素組成后,發(fā)現(xiàn)了組成生物體的復(fù)雜含氮物。19世紀末

從蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物分離得到了13種氨基酸。1902年

Fischer,Hofmeister同時提出肽鍵理論。1924年

Svedberg發(fā)明超速離心機（100000rpm,700000g）1930年代

Bergmann合成出只含L型氨基酸的多肽。1950年

Pauling提出蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的基本單位：α-螺旋和β-折疊。1953年

Sanger確定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)。第7頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)化學(xué)研究史II1958年

Perutz&Kendrew用X光衍射法確定了肌紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)。1961年

Anfinsen證明蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(jié)構(gòu)。1980年代

蛋白質(zhì)工程的興起。1994年

Williams和Wilkins首次提出Proteome(Protein+genome)1997年

第一屆國際蛋白質(zhì)組學(xué)會議，確定蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics)的興起。1999年

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)出現(xiàn)。第8頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二I.按理化性質(zhì)分:(英國PhysiologicalSociety,1907)1.單純蛋白(simpleprotein)1).Albumin(白/清蛋白）溶于水、鹽、酸、堿溶液,加熱凝固(血清)2).Globulin(球蛋白）溶于鹽、酸、堿溶液,加熱凝固(血清)3).Glutelin(谷蛋白）溶于酸、堿溶液(谷種，不溶于水和稀鹽)4).Prolamine(醇溶谷蛋白）溶于70-90%酒精、酸、堿溶液(谷種)5).Scleroprotein(硬蛋白）不溶(毛、發(fā)、爪、皮膚)6).Histone(組蛋白）溶于水、酸溶液(細胞核)7).Protamine（魚精蛋白）溶于水、酸溶液(精子)2.復(fù)合蛋白(conjugatedprotein)1).Nucleoprotein(核蛋白）含戊糖或脫氧戊糖(細胞核)2).Phosphoprotein(磷蛋白）含有磷酸(以酯的形式)(動物細胞、體液)3).Lipoprotein(脂蛋白)含脂質(zhì)(動植物細胞)4).Chromoprotein(色蛋白）含帶Fe、Cu等的有機色素(動植物細胞)5).Glycoprotein(糖蛋白）含糖及其衍生物(動植物細胞)

蛋白質(zhì)的經(jīng)典分類法第9頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)的經(jīng)典分類法（續(xù)）3.

衍生蛋白質(zhì)(derivedprotein)i).Primaryproteinderivatives

天然蛋白質(zhì)經(jīng)少量變性后的產(chǎn)物1).Gelatin(明膠）膠原蛋白(collagen)加酸水解產(chǎn)物2).Protean水溶性蛋白質(zhì)經(jīng)水、酶、稀酸作用而不溶化3).Metaprotein(變性蛋白質(zhì)）經(jīng)稀酸、稀堿變性后的蛋白質(zhì)4).Coagulatedprotein(凝固蛋白質(zhì)）機械攪拌,加酒精后形成的不溶物ii).Secondaryproteinderivatives

進一步分解后的變性蛋白質(zhì)1).primaryproteose(初生蛋白胅）溶于水,加熱不凝固,易鹽析2).secondaryproteose溶于水,加熱不凝固,難鹽析3).peptone(蛋白胨）溶于水,加熱不凝固,不能鹽析4).peptide氨基酸的組成和序列一定的小分子第10頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二1.酶類,占細胞內(nèi)蛋白質(zhì)種類的絕大部分2.運輸?shù)鞍?如albumin,hemoglobin,transferrin等3.收縮運動蛋白,如actin,myosin,tubulin等4.激素蛋白,如insulin,growthhormone等5.細胞因子(cytokinin),如EGF,PDGF,IL-2等6.受體蛋白,如insulinreceptor,rhodopsin等7.毒素蛋白,如choleratoxin,ricin,pertussis等8.營養(yǎng)貯藏蛋白,如protamine,glutelin等9.防御蛋白,如IgG等10.結(jié)構(gòu)蛋白,如keratin,collagen等按功能的蛋白質(zhì)分類法第11頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二對蛋白質(zhì)化學(xué)有突出貢獻的Nobel獎獲得者1902年H.E.Fischer

(德，化)

肽鍵理論，多肽合成1910年

A.Kossel

(德，醫(yī))

組氨酸、組蛋白的發(fā)現(xiàn)，堿基的發(fā)現(xiàn)1915年

W.H.Bragg/W.L.Bragg

(德，物）

用X射線測定晶體物質(zhì)結(jié)構(gòu)1926年

T.Svedberg

(瑞，化)

用超離心手段決定蛋白質(zhì)的分子量1946年

J.B.Summer(美，化)

蛋白質(zhì)酶的結(jié)晶，證明酶的本質(zhì)為蛋白質(zhì)1948年A.W.K.Tiselius(瑞，化)

電泳裝置的開發(fā)，血清蛋白的研究1952年

A.J.P.Martin/R.L.M.Synge

(英，化〕分配層析發(fā)明，氨基酸的分離1954年

L.Pauling

(美，化)

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，抗原抗體反應(yīng)理論1958年

F.Sanger

(英，化)

胰島素一級結(jié)構(gòu)的測定1962年

M.F.Perutz/J.C.Kendrew(英，化)

X射線確定蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)1972年

G.M.Edelman/R.R.Porter

(美，醫(yī)〕抗體的化學(xué)構(gòu)造與功能的解明1972年

W.H.Stein/S.More(美，化)

RNase的一級結(jié)構(gòu)和活性中心的解明1972年

C.B.Anfinsen

(美，化)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其立體結(jié)構(gòu)1998年

S.B.Prusiner

(美，醫(yī))

Prion:蛋白立體結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致疾病第12頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)的化學(xué)組成

碳(C)50%-55%元素組成氫(H)6%-7%氧(O)19%-24%氮(N)13%-19%硫(S)0%-4%有些含P、I，少量的還含有Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo等各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%。由于體內(nèi)組織的主要含氮物是蛋白質(zhì)，因此，只要測定生物樣品中的氮含量，就可以按下式推算出蛋白質(zhì)大致含量。

每克樣品中含氮克數(shù)×6.25×100=100克樣品中蛋白質(zhì)含量(克%)N：平均16%第13頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)系數(shù)不同的蛋白質(zhì)其氨基酸構(gòu)成比例及方式不同，故各種不同的蛋白質(zhì)其含氮量也不同，一般蛋白質(zhì)含氮量為16%，即一份氮素相當于6.25份蛋白質(zhì)，此數(shù)值（6.25）稱為蛋白質(zhì)系數(shù)。蛋白質(zhì)含量=N含量6.25.不同種類食品的蛋白質(zhì)系數(shù)有所不同，如玉米，蕎麥，青豆，雞蛋等為6.25，花生為5.46，大米為5.95，大豆及其制品為5.71，小麥粉為5.70，牛乳及其制品為6.38。第14頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二三聚氰胺（英文名Melamine），是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，重要的氮雜環(huán)有機化工原料。簡稱三胺，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C3N6H6、C3N3(NH2)3，分子量126.12，含氮量66.7%。第15頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸化學(xué)第16頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成材料

蛋白質(zhì)用強酸、強堿處理后，可以得到各種各樣的氨基酸。在動植物組織中可以分離得到26-30種不同的氨基酸。第一個氨基酸早在兩個世紀前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，而最后一個氨基酸在1935年才發(fā)現(xiàn)。直到1965年才搞清楚，只有20種氨基酸才是生命體中合成蛋白質(zhì)的原材料（稱為一級氨基酸，Primaryaminoacid）。

#最近的報道又多了“兩種”一級氨基酸第17頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二天冬酰氨1806Robiquet&Vauquelin天門冬屬植物液甘氨酸1820Braconnot明膠水解物亮氨酸1820Braconnot羊毛、肌肉酪氨酸1849Bopp奶酪絲氨酸1865Cramer蠶絲谷氨酸1866Ritthausen面筋天冬氨酸1868Ritthausen

蠶豆苯丙氨酸1881Schultze羽扇豆芽丙氨酸1881Weyl絲心蛋白賴氨酸1889Drechsel珊瑚精氨酸1895Hedin牛角組氨酸1896Kossel,Hedin奶酪胱氨酸1899Morner牛角纈氨酸1901Fischer奶酪脯氨酸1901Fischer奶酪色氨酸1901Hopkins奶酪異亮氨酸1904Erhlich纖維蛋白甲硫氨酸1922Mueller奶酪蘇氨酸1935McCoyetal奶酪谷氨酰胺20種氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表第18頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的名稱及三字、單字符號Alanine

丙氨酸

Ala

AArginine

精氨酸

Arg

RAsparagine

天冬酰胺

Asn/Asx

NAsparticacid

天冬氨酸

Asp/Asx

DCysteine

半胱氨酸

Cys

CGlutamine

谷氨酰胺

Gln/Glx QGlutamicacid

谷氨酸

Glu/Glx

EGlycine

甘氨酸

Gly

GHistidine

組氨酸

His

HIsoleucine

異亮氨酸

Ile

ILeucine

亮氨酸

Leu

LLysine

賴氨酸

Lys KMethionine

甲硫氨酸

Met

MPhenylalanine

苯丙氨酸

Phe

FProline

脯氨酸

Pro

PSerine

絲氨酸

Ser

SThreonine

蘇氨酸

Thr

TTryptophan

色氨酸

Trp WTyrosine

酪氨酸

Tyr YValine

纈氨酸

Val

V要求：能熟背不用的字母JUZBOX第19頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二一級氨基酸的結(jié)構(gòu)及旋光性第20頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二L-氨基酸的基本結(jié)構(gòu)CHH2NCOOHRα碳原子,不對稱碳原子側(cè)鏈二十種氨基酸除Gly外全是L-型。Pro呢？殘基：肽鏈中，氨基酸之間縮合時都脫去一個水分子，脫水后的殘余部分叫殘基（residue),因此蛋白質(zhì)肽鏈中的氨基酸統(tǒng)統(tǒng)是殘基形式。Chiralcarbon第21頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸可以通過R基團分類

標準氨基酸的化學(xué)特性對于理解它們的生物化學(xué)是關(guān)鍵的，依據(jù)側(cè)鏈R基團的特性，可以將氨基酸分成5類以簡單化，特別是在生理pH條件下（pH7.0附近），它們的極性或與水發(fā)生作用的趨勢。氨基酸側(cè)鏈的極性差異極大，從完全非極性或疏水性（水不溶性）到高極性或親水性（水溶性）。第22頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二二十種一級氨基酸的結(jié)構(gòu)第23頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二非極性（脂肪族）R側(cè)鏈，Ala、Val、Leu及Ile的側(cè)鏈在蛋白質(zhì)分子中易于聚攏在一起，通過疏水作用穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Gly是最簡單的氨基酸，雖然疏水，但最小的側(cè)鏈對于疏水作用沒有貢獻。Met的側(cè)鏈有硫酯基團?！种О被岬?4頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二芳香族氨基酸，具有芳香環(huán)側(cè)鏈，相對非極性，都能參與疏水作用，Tyr的羥基能夠形成氫鍵，是一些酶的重要的功能基團。Tyr和Trp比Phe是明顯更加極性的氨基酸（羥基及吲哚環(huán)上的N）。第25頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二芳香氨基酸的紫外吸收曲線比較:pH6.0時Trp和Tyr的紫外吸收光譜，相同條件下，等摩爾數(shù)（10-3M）的Trp的光吸收是Tyr的4倍，兩者最大光吸收的波長在280nm附近。第三個紫外光吸收的氨基酸-Phe，對蛋白質(zhì)光吸收的貢獻很?。ㄎ达@示）。第26頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二極性不帶電的R基團，與非極性氨基酸相比，這些氨基酸的R基團在水中溶解度較大或更加親水，它們的側(cè)鏈基團可以與水形成氫鍵。Asn和Gln是蛋白質(zhì)中的兩個酰胺氨基酸，易于被酸或堿水解。Cys的巰基易氧化形成二硫鍵，對蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成重要。第27頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

植物常受到逆境條件的危害，其中由干旱和鹽漬引起的滲透脅迫對植物的生長和產(chǎn)量影響最大。但植物通過長期的進化已形成了許多機制抵抗外界的逆境條件。在滲透脅迫下，植物可通過積累一定量的溶質(zhì)降低水勢，維持植物體內(nèi)的水分平衡，保證植物的正常生長。這類物質(zhì)包括一系列的含氮化合物(如脯氨酸、多胺等)，分布最廣的是脯氨酸(Pro)。Pro主要以游離狀態(tài)廣泛存在于植物中，它是水溶性最大的氨基酸（1620mg/ml），具有較強的水合能力。在植物細胞生理干旱時，它的增加有助于細胞或組織持水。植物中游離脯氨酸含量(干重)甚微(0.2-0.69mg/g)，約占游離氨基酸總量的百分之幾，但受到干旱、鹽漬等滲透脅迫時，脯氨酸會大量積累，其含量甚至高達百倍以上。所有的植物在鹽漬條件下會發(fā)生游離Pro的積累。如以桿裂絲藻為材料的研究發(fā)現(xiàn)，當培養(yǎng)基鹽度從0提高到40%時，Pro以外的其余15種氨基酸總量從95mM上升到120mM，而Pro則由2mM增加到278mM。第28頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二帶正電荷的三個堿性氨基酸，最為親水的R基團，pH7.0時帶正電荷，側(cè)鏈上有第二個氨基，Arg有帶正電的胍基，His有可帶電的咪唑基（唯一），在許多酶促反應(yīng)中作為質(zhì)子供體/受體。-氨基胍基咪唑基第29頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二第30頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二親水指數(shù)第31頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二L型和D型的由來

甘油醛的旋光性左旋甘油醛的構(gòu)型右旋甘油醛的構(gòu)型按原子排列次序法確定了L型和D型氨基酸，L和D不代表氨基酸的旋光性，只代表氨基酸的絕對構(gòu)型。第32頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二現(xiàn)在為了正確表示左旋和右旋，采用（＋）和（－）的符號，（＋）代表右旋，（－）代表左旋。從右旋的D型甘油醛出發(fā)，可以合成出左旋的D型乳酸。從這點我們也可以看出物質(zhì)的旋光性與手性原子上的構(gòu)型沒有確定的關(guān)系。右旋D型甘油醛左旋D型乳酸第33頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二L型氨基酸

與D型氨基酸L-aminoacidD-aminoacid第34頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二判斷法

（看CAR的走向）

將H原子靠近自己，觀察CAR的走向，逆時針（左轉(zhuǎn)）為L型，順時針（右轉(zhuǎn)）為D型。

D：dextro

(右)

C：carboxylgroup

L：

levo

(左)

A：aminogroup

R：residueCCARRAL型D型拉丁語中第35頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蘇氨酸Thr有四種異構(gòu)體L-別蘇氨酸第36頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二其他氨基酸的結(jié)構(gòu)第37頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二出現(xiàn)在蛋白質(zhì)上的氨基酸修飾4-Hydroxyproline

在膠原蛋白上5-Hydroxylysine,6-N-methyllysine,

desmosine在結(jié)締組織中Phospho-Ser,-Thr,-Tyr

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白

γ-Carboxyglutamicacid

凝血酶中Pyroglutamicacid

神經(jīng)肽的N端均為氨基酸參入肽鏈后經(jīng)修飾而來!第38頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)中的氨基酸修飾-羥基化從各種生物分離到的氨基酸已達250種以上大量出現(xiàn)在膠原蛋白結(jié)締組織4-羥脯氨酸5-羥賴氨酸第39頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)締組織蛋白質(zhì)中的氨基酸修飾-甲基化鎖鏈素，吡啶環(huán)由4個Lys分子的側(cè)鏈組成，存在于彈性蛋白（elastin）中第40頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)上的氨基酸修飾凝血酶信號傳導(dǎo)γ-羧基谷氨酸O-磷酸絲氨酸第41頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物Pyroglutamicacid(焦谷氨酸),神經(jīng)肽的N端多數(shù)為焦谷氨酸能夠增加細胞合成乙酰膽堿、增加乙酰膽堿受體的數(shù)量、加強大腦左右半球之間的信息交流，幫助提高記憶力和頭腦敏銳度。第42頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物21號和22號primaryaminoacid？？？

Ornithine（鳥氨酸）、Citrulline（瓜氨酸）

5’-Hydroxytryptamine（5-羥色胺）

Homoaminoacids（同型氨基酸）

3,4-Dihydroxyphenylalanine(DOPA)（多巴）γ-Aminobutyricacid(GABA)Mono,di,tri-iodotyrosine;thyroxineβ-Alanine,……etc第43頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二SeC（selenocysteine，硒半胱氨酸）

第21個一級氨基酸?遺傳密碼字典的破譯，通用性作為遺傳密碼的基本特點之一被人們認可。近年來研究發(fā)現(xiàn)了一些例外，除線粒體使用一組密碼子其含義有別于核基因之外，原先被認為僅用作終止信號的無義密碼子在某些情況下可重新詮釋，編碼特定的氨基酸。硒代半胱氨酸就是由UGA無義編碼。第21個基本氨基酸（E.coli）--硒代半胱氨酸密碼子為UGA，有特殊的tRNA-Ser與其識別，Ser結(jié)合入肽鏈，則立即修飾為硒代半胱氨酸第44頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二是目前已知的第22種參與蛋白質(zhì)生物合成的氨基酸，與標準氨基酸不同的是，由終止密碼子UAG的有義編碼形成。與之對應(yīng)的在產(chǎn)甲烷菌中也含有特異的吡咯賴氨酰-tRNA合成酶(PylRS)和吡咯賴氨酸t(yī)RNA(tRNAPyl)，tRNAPyl具有不同于經(jīng)典tRNA的特殊結(jié)構(gòu)。Hao,B.,etal.AnovelUAGencodedresidueinthestructureofamethanogenmethyltransferase.Science296:1462-1466,2002.PyL(Pyrrolysine，吡咯賴氨酸)-第22個一級氨基酸?第45頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物-參與尿素循環(huán)

瓜氨酸(存在于尿素循環(huán),從西瓜汁分離到)，與Asp作用生成精胺琥珀酸，再轉(zhuǎn)變?yōu)锳rg而裂解生成尿素

鳥氨酸(存在于尿素循環(huán)，與氨甲酰磷酸合成瓜氨酸)第46頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物-5-羥色胺5-hydroxytryptamine

（5-HT,5-羥色胺

）HO“Thetasteoflove”是松果體素(褪黑素,

melatonin，5-甲氧基-N-乙酰色胺

)和血清素(serotonin)的前體。5-HT作為神經(jīng)遞質(zhì)，主要分布于松果體和下丘腦，可能參與痛覺、睡眠和體溫等生理功能的調(diào)節(jié)。第47頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二色氨酸HHO5-羥色胺松果體素（褪黑素，5-甲氧基-N-乙酰色胺）第48頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物-同型氨基酸

比“通?！钡陌被岫嘁粋€亞甲基，如：Homoserine

微生物、植物的代謝中間產(chǎn)物

HomocysteineHomocitrulline攝取高Lys含量的食物時從尿中排出Homomethionine*

Met的分解產(chǎn)物，存在于S-adenosylhomo-cysteine.HomocysteineMethionine第49頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二Epinephrine,腎上腺素tyrosinenorepinephrine去甲腎上腺素3,4-dihydroxyphenylalanineDOPA,多巴3,4-dihydroxyphenylethylalanineDopamine,多巴胺從Tyr衍生出來的重要生理物質(zhì)，其中多巴是一種氨基酸。S-adenosylmethionineS-adenosylhomocysteine游離型氨基酸衍生物-酪氨酸代謝物兒茶酚乙胺第50頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二游離型氨基酸衍生物-谷氨酸衍生物glutarmicacidGABA,γ-aminobutyricacidcarnitine,肉毒堿（可用來減肥）味精是神經(jīng)遞質(zhì)GABA的直接前體S-adenosylmethionineS-adenosylhomocysteine過量促進食欲,促肥胖鎮(zhèn)靜神經(jīng)，抗焦慮降低血壓，提高腦活力等第51頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二tetraiiodotyrosine(thyroxine)tyrosinediiodotyrosinemonoiodotyrosine甲狀腺內(nèi)貯存碘的氨基酸t(yī)riiodotyrosine游離型氨基酸衍生物-甲狀腺素第52頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的理化性質(zhì)第53頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二無色晶體，熔點較高（200～300℃），水中溶解度各不同，取決于側(cè)鏈。在紫外有特征吸收的僅三個芳香族的氨基酸Trp、Tyr、Phe,利用這一特點，可以通過測定280nm處的紫外吸收值的方法對蛋白質(zhì)溶液進行定量。氨基酸的理化性質(zhì)

一般物理性質(zhì)第54頁，共128頁，2023年，2月20日，星期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，但在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能力。可以通過測定280nm

處的紫外吸收值的方法對蛋白溶液進行定量。

Phe（F）max＝257nm，257=2.0x102Tyr（Y）max＝275nm，275=1.4x103Trp（W）max＝280nm，280=5.6x103第55頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二SpectroscopyofaminoacidsOnlythearomaticaminoacidsabsorblightintheUVregion第56頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二紫外光吸收的測定裝置Lambert-Beerlaw:A=logIo/I=clA:absorbanceIo:intensityoftheincidentlightI:intensityofthetransmittedlight:molarextinctioncoefficient（摩爾消光系數(shù)）(parallelandmonochromatic)第57頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的兩性解離、等電點及計算第58頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二同一個氨基酸分子上可以同時解離攜帶正電荷和負電荷，被稱為兩性電解質(zhì)（ampholyte）。在水溶液中，氨基和羧基在不同的pH條件下表現(xiàn)出不同的解離狀態(tài)；當氨基酸分子上的電荷總量為零時（凈電荷為零），該溶液的pH稱為該物質(zhì)的等電點（isoelectricpoint)，以符號pI

來表示。氨基酸的理化性質(zhì)-兩性電解質(zhì)第59頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的兩性離子兩性離子也稱兩極離子（dipolarion）兩性電解質(zhì)（ampholyte）第60頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二等電點

(isoelectricpoint,pI)氨基酸、多肽等兩（兼）性電解質(zhì)[ampholyte]在溶液中所攜帶的凈電荷[net

electriccharge]為零時的溶液的pH值。因此也叫isoelectricpH.第61頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二解離基團的pK值受到鄰近基團的影響第62頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的酸堿滴定曲線1molGly溶于水時，溶液的pH約為6，用標準NaOH進行滴定的滴定曲線。第63頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二MultipleTitrationCurves第64頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的堿滴定及解離反應(yīng)方程pK1pK2K1=[+H3NCH2COO-][H+]/[+H3NCH2COOH]K2=[H2NCH2COO-][H+]/[+H3NCH2COO－]第65頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸等電點及解離百分數(shù)的計算

公式：pH=pK+lg([質(zhì)子受體]/[質(zhì)子供體])，可定量計算氨基酸在某一pH條件下的解離百分數(shù)。氨基酸等電點pI值是由兼性離子兩側(cè)基團的pK值所決定的。

eg:GlyK1=[+H3NCH2COO-][H+]/ [+H3NCH2COOH]K2=[H2NCH2COO-][H+]/ [+H3NCH2COO－] pH=pI時，+H3NCH2COOH＝H2NCH2COO－

K1K2=[H+]22pH=pK1+pK2

pH=(pK1+pK2)/2pI=(pK1+pK2)/2

同理對含三個可解離基團的氨基酸來說，只要寫出它的電離式，然后取兼性離子兩邊的pK值的平均值，即得其pI值。

第66頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸等電點的計算

側(cè)鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：

pI=(pK1+pK2)/2

pH<pI,帶正電；pH=pI,不帶凈電；pH>pI,帶負電。第67頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

同樣，對于側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。

酸性氨基酸：

pI=(pK1+pKR-COO-

)/2第68頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

堿性氨基酸：

pI=(pK2+pKR-NH2)/2

二十種基本氨基酸，除His外，在生理pH（pH7附近）下都沒有明顯的緩沖容量，因為這些氨基酸的表觀解離常數(shù)都不在pH7附近，緩沖容量只有在接近表觀解離常數(shù)值時才表現(xiàn)出來。His咪唑基的解離常數(shù)為6.0，在pH7附近有明顯的緩沖作用。血紅蛋白含有較多的His殘基，在pH7左右的血液中具有明顯的緩沖能力，對運輸氧和二氧化碳重要。第69頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二肽及蛋白質(zhì)的等電點計算第70頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二計算KK和KKK的等電點，已知pKa=2.18，pKb=8.95，pKλε=10.53。KK(3+)→KK(3+,-)→KK（2+，-）→KK(1-)2.188.9510.53KKK(4+)→KKK（4+，-）→KKK(3+,-)→KKK（1-）2.188.9510.53等電點時，

K的ε的電荷為+1, pIkk=10.53+log1/1=10.53pIkkk=10.53+log2/1=10.83第71頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二一長鏈多肽，側(cè)鏈上有羧基30個（pKa=4.3)，咪唑基有10個（pKa=7.0），ε-氨基15個（pKa=1），設(shè)C端的α-羧基的pKa=3.5，N端α-氨基的pKa=9.5，計算此多肽的等電點。分析電荷狀態(tài)：此肽最多可帶15+10+1=26個正電荷，30+1=31個負電荷，相差5個電荷，不考慮N-端和C-端（解離），30個羧基只需解離25個，5個不解離，則， pI=pKa+lg25/5=4.3+0.7=5.0第72頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二只是參考值，因為許多基團的pK受微環(huán)境的影響而發(fā)生較大變化第73頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的主要化學(xué)反應(yīng)第74頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二●850℃左右分解成

？

●氨基的化學(xué)反應(yīng):◆與茚三酮

(ninhydrin)的反應(yīng)

定量反應(yīng)

◆與亞硝酸的反應(yīng)

VanSlyke定氮◆與2,4-二硝基氟苯

(FDNB)的反應(yīng)

測序

◆與甲醛的反應(yīng)

氨基滴定◆與?；姆磻?yīng)

氨基保護基◆與二甲基氨基萘磺酰氯

(DNS-Cl)的反應(yīng)

測序◆與熒光胺的反應(yīng)

微量檢測

■與Edman試劑

(苯異硫氰酸)和

測序

有色Edman試劑的反應(yīng)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（I）第75頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-與亞硝酸反應(yīng)(VanSlyke定氮)用途：范斯萊克法定量測定氨基酸的基本反應(yīng)，標準條件下測定生成氮氣的體積，可計算氨基酸的量，用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定。注意：生成的N2只有一半來自氨基酸。第76頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸用途：可以用來直接測定氨基酸的濃度。第77頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-烴基化反應(yīng)（DNFB法）2,4-二硝基氟苯（DNFB，F(xiàn)DNB）法（桑格反應(yīng)，Sangerreaction）用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法pH8-9第78頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-烴基化反應(yīng)(Sanger法)Sanger法N端測序--2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP-氨基酸）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產(chǎn)物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法第79頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-烴基化反應(yīng)(PITC法）Edman氨基酸順序分析法（異硫氰酸苯酯PITC法），實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復(fù)循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。用途：是鑒定多肽N-端aa和aa順序的重要方法第80頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-?；磻?yīng)(丹磺酰氯法）用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法。第81頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯DNS-Cl）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸(DNS-AA)。此方法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達到110-9mol。第82頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-?；磻?yīng)（氨基保護反應(yīng)）＋HX用途：用于保護氨基以及肽鏈的合成。第83頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-生成西佛堿(Schiffbase)用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過程。第84頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基參與的反應(yīng)

-脫氨基反應(yīng)用途：氨基酸氧化酶催化的反應(yīng)。第85頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二●羧基的化學(xué)反應(yīng)

▲Strecker降解:

弱氧化劑

(次氯酸鈉,N-bromosuccinimide)作用下生成NH3和醛(RCHO)▲特殊條件下,還原成氨基醇、氨基醛▲與肼

(hydrazine)的反應(yīng)

C端氨基酸分析●側(cè)鏈的化學(xué)反應(yīng)▲羥基:酯化–蛋白質(zhì)磷酸化▲巰基:氧化還原-二硫鍵形成與還原氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（II）第86頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二Strecker降解反應(yīng)Strecker降解反應(yīng)：α-氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)時，α-氨基酸氧化脫羧生成比原來氨基酸少一個碳原子的醛，氨基與二羰基化合物結(jié)合并縮合成吡嗪；此外，還可降解生成較小分子的雙乙酰、乙酸、丙酮醛等。1862年Strecker發(fā)現(xiàn)四氧嘧啶能將Ala分解為乙醛和CO2，此反應(yīng)稱Strecker降解。不同α-氨基酸與還原糖加熱能按Strecker降解生成各種特殊醛類，不僅與褐變有關(guān)，還與香氣的產(chǎn)生有關(guān)。第87頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-羧基參與的反應(yīng)

-成鹽、成酯反應(yīng)a.AA+NaOH－→氨基酸鈉鹽(氨基酸的堿金屬鹽能溶于水，重金屬鹽不溶于水)b.HCl

AA+EtOH－→氨基酸乙酯的鹽酸鹽當AA的-COOH變成甲酯、乙酯或鈉鹽后，-COOH的化學(xué)反應(yīng)性能被掩蔽或者說COOH被保護，-NH2的化學(xué)性能得到了加強或活化，易與酰基結(jié)合。為什么AA的酰基化和烴基化在堿性溶液中進行？第88頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-羧基參與的反應(yīng)

-形成酰鹵的反應(yīng)第89頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-羧基參與的反應(yīng)

-疊氮化反應(yīng)用途：常作為多肽合成活性中間體，活化羧基。第90頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-羧基參與的反應(yīng)

-脫羧（基）反應(yīng)用途：脫羧酶催化的反應(yīng)第91頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二根據(jù)氨基酸側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)，歷史上曾研究出了每種氨基酸側(cè)鏈的特異性反應(yīng)，可以用來定性和定量分析，但現(xiàn)在已經(jīng)基本棄用。氨基酸的化學(xué)性質(zhì)（III）第92頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基和羧基共同參與的反應(yīng)

-與茚三酮反應(yīng)（氨基酸定性、定量分析）茚三酮水合茚三酮紫色產(chǎn)物Pro、Hypro?第93頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二-氨基和-羧基共同參與的反應(yīng)

-成肽反應(yīng)用途：是多肽和蛋白質(zhì)合成的基本反應(yīng)第94頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二巰基（-SH）的反應(yīng)

-側(cè)鏈基團的反應(yīng)（與重金屬反應(yīng)）作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒第95頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二巰基（-SH）的反應(yīng)

-側(cè)鏈基團的反應(yīng)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。巰基的氧化及二硫鍵的還原第96頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二巰基（-SH）的反應(yīng)

-側(cè)鏈基團的反應(yīng)+6HCOOH6HCOOOH作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵斷裂。二硫蘇糖醇(DTT)也可以用來打開胱氨酸上的二硫鍵。DTT第97頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二巰基（-SH）的反應(yīng)

-側(cè)鏈基團的反應(yīng)（與碘乙酸反應(yīng)）第98頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二羥基的反應(yīng)

-側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)二異丙基氟磷酸酯,DFP、DIPF、DIFP+HF作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。第99頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用第100頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-醫(yī)藥工業(yè)

氨基酸輸液必需氨基酸：甲硫氨酸、色氨酸、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸(假設(shè)來寫一兩本書）半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。第101頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二必需氨基酸作用Leu促進睡眠、減緩疼痛、緩解酒精中毒Lys減低感染、提高注意力、幫助脂肪酸分解Phe降低饑餓感、改善記憶、消除抑郁Ile/ValHb形成所必需、調(diào)節(jié)糖和能量水平、修復(fù)肌肉組織、加快愈合、防治肝衰竭Thr協(xié)助蛋白質(zhì)吸收利用、防止肝中脂肪積累、促進抗體生成增強免疫Met幫助分解脂肪、可預(yù)防脂肪肝/心血管及腎臟疾病、消除重金屬及抗氧化Trp減輕焦燥不安、促進睡眠、控制酒精中毒第102頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-治療藥劑Arg：對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果；Asp：鉀、鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。Cys：能促進毛發(fā)生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；His：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。第103頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-食品工業(yè)營養(yǎng)強化劑；谷氨酸單鈉鹽—味精；天冬氨酸鈉：可用于清涼飲料，能增加清涼感并使香味濃厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素（APM）第104頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-農(nóng)業(yè)殺蟲劑：刀豆氨酸、5-羥色氨酸可使南方毛蟲拒食而死；半胱氨酸可殺死黃瓜蠅；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸鹽具有較強的殺蚜蟲和殺螨效果；殺菌劑：N-月桂酰纈氨酸可用作治療稻瘟??；-1，4環(huán)己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；除草劑：如N-3,4-二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等。第105頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-化妝品氨基酸能調(diào)節(jié)皮膚pH的變化，對細菌有抑制作用，也可作為皮膚、毛發(fā)的營養(yǎng)成分，增加皮膚、毛發(fā)的光澤。防止皮膚干燥的天然保濕因子（NMF）的主要成分是甘氨酸、羥基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等游離氨基酸。在化妝品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些維生素，可防止皮膚老化。第106頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的應(yīng)用-化學(xué)工業(yè)維生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸為原料合成。葉酸：需要用谷氨酸為原料合成。氨基酸表面活性劑：?；劝彼徕c、十六烷基-L-賴氨酰-L-賴氨酸甲酯二鹽酸、月桂酰-L-精氨酸乙酯鹽酸等具有較強的抗菌殺菌活性，且無刺激性。聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作為合成皮革的表面處理劑；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯與磷酸高級烷基酯結(jié)合得到的化合物可作為可塑劑，穩(wěn)定劑等。第107頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的鑒定、分離純化第108頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的鑒定凡是具有游離氨基的氨基酸（α-氨基酸）能與茚三酮試劑反應(yīng)，生成紫色化合物。這種反應(yīng)非常靈敏，是鑒定α-氨基酸（除脯氨酸為淡黃色外）的最簡便、最迅速的方法，可用于-氨基酸的比色測定和紙層析的顯色。茚三酮試劑：0.2%的茚三酮酒精（95%酒精）溶液。第109頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸的分離分析分配柱層析：支持劑是一些具有親水性的不溶性物質(zhì)，如纖維素、淀粉、硅膠等。濾紙層析（分配層析）薄層層析（吸附層析、分配層析）離子交換層析：陰離子交換樹脂-N(CH3)3OH，陽離子交換樹脂-SO3H電泳（紙電泳）第110頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二色譜法(Chromatography):一種分離技術(shù)1.由俄國植物學(xué)家Tsweett創(chuàng)立2.原理使混合物中各組分在兩相間進行分配，其中一相是不動的(固定相)，另一相(流動相)攜帶混合物流過此固定相，與固定相發(fā)生作用，在同一推動力下，不同組分在固定相中滯留的時間不同，依次從固定相中流出，又稱色層法，層析法。3.分類(1)根據(jù)流動相分：氣相色譜和液相色譜(流動相)(2)根據(jù)固定相分：柱色譜、紙(PC)色譜、薄層色譜(TLC)(固定相)(3)根據(jù)層析性質(zhì)分：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、排阻色譜(物理化學(xué)原理)第111頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二分配層析的一般原理1941年Martin與Synge（英）提出分配層析。所有的層析系統(tǒng)都有兩個相組成，一個為固定相或靜相(stationaryphase)，一個為流動相或動相(mobilephase)，混合物在層析系統(tǒng)中的分離決定于混合物在兩相中的分配情況。分配定律：當一種溶質(zhì)在兩種一定的互不相溶的溶劑中分配時，在一定的溫度下達到平衡后，溶質(zhì)在兩相中的濃度比值為一常數(shù)。即分配系數(shù)(partitionordistributioncoefficient)（kd）。

Kd＝CA/CB

(1891,Nernst)CA

：在A相（動相）中的濃度

CB

：在B相（靜相）中的濃度物質(zhì)分配：液－液固－液氣－液，層析系統(tǒng)的靜相可以是固相、液相或固液混合相，動相可以是液相或氣相，它們充滿于靜相的空隙中并能流過靜相。第112頁，共128頁，2023年，2月20日，星期二

有效分配系數(shù)：Keff=某一物質(zhì)在A相中的總量/某一物質(zhì)在B相中的總量。對液-液層析系統(tǒng)：

Keff=CA×VA/CB×VB

=Kd×Rv

VA：A相的體積VB：B相的體積

RV＝A、B兩相的體積比

Keff是RV的函數(shù)，溶質(zhì)的有效分配系數(shù)可以調(diào)節(jié)兩相的體積比而加以改變。分離的先決條件：各種氨基酸成分的分配系數(shù)有差異，差異越大，越容易分開。第113頁，