氨基酸的结构及性质

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半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+Nห้องสมุดไป่ตู้3
+NH3
二硫键
胱氨酸
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人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys) 缬氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Trp ) 亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(Ile) 苏氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe)
用阳离子交换树脂,将样品中的氨基酸分离,自 动定性定量,记录结果。
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1、脂肪族氨基酸
● 含一氨基一羧基的中性氨基酸
甘氨酸 GPlayg2e,0G27 1/3/6
丙氨酸 Ala, A
缬氨酸 Val, V
亮氨酸 Lue, L
异亮氨 酸 Ile, I
● ● 含羟基或硫氨基酸 (一氨基一羧基)
丝氨酸 (Ser, S)
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苏氨酸 (Thr, T)
半胱氨酸 (Cys, C)
高级生物化学及实验
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主要内容
氨基酸的分析 蛋白质的分析 核酸的分析 两个实验
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第一章、氨基酸的结构及性质 —— 组成蛋白质的基本单位
存在自然界中的氨基酸有300余种,但 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种,且均 属 L-氨基酸(甘氨酸除外)。
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第一节 氨基酸的分类
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一、氨基酸的结构通式
氨基酸是蛋白质水解的最终产物,是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中 分离出来的氨基酸有二十种,除脯氨酸和羟脯氨酸外,这些天然氨基酸在结构上 的共同特点为:
(1). 与羧基相邻的α-碳原子上 都有一个氨基,因而称为α-氨 基酸 (2). 除甘氨酸外,其它所有氨基 酸分子中的α-碳原子都为不对 称碳原子,所以:A.氨基酸都具 有旋光性。B.每一种氨基酸都 具有D-型和L-型两种立体异构 体。目前已知的天然蛋白质中 Pag2e 0氨25 1基/3/酸6 都为L-型。
大多数蛋白质含有这三种氨基酸 残基,所以测定蛋白质溶液280nm的光 吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速 简便的方法。
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芳香族氨基酸的紫外吸收
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的, 全身性疾病,而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下:
芳香族氨基酸
组氨酸 ( His, H)
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杂环氨基酸
脯氨酸 ( Pro, P)
杂环亚氨基酸
(二)按R基的极性性质的分类
1. 非极性氨基酸 2. 极性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
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D-丙氨酸
蛋白质中发现的氨基酸都是L-型的(故习惯上书写氨基酸都 不注明构型和旋光方向)。
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3、紫外吸收
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(220300nm)只有酪氨酸、苯丙氨 酸和色氨酸有吸收光的能力。
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鸟氨酸 胍氨酸
L-鸟氨酸、 L-瓜氨酸是尿素循环的中间体
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第二节 氨基酸的重要理化性质和功能
一、一般物理性质 α-氨基酸为无色晶体,熔点极高(一般在200℃以上)。有的无味、有的味甜、
有的味苦、谷氨酸的单钠盐有鲜味(味精的主要成分)。
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二、氨基酸的化学性质 1、两性解离和等电点
两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有能 放出质子的 -NH3+正离子和能接受质子的 -COO负离子。
氨基酸是两性电解质。
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(1)等电点的概念
R CH NH3+ COOH
pH< pI
净电荷为正
+ OH-
2)甘氨酸(Gly) 是唯一的在α-碳原子上 只有2个氢原子, 没有侧链的氨基酸. 为 此它既不能和其它残基的侧链相互作用, 也不产生任何位阻现象, 进而在蛋白质 的立体结构形成中有其特定的作用.
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3)半胱氨酸(Cys) 它的个性不仅表现在其侧链有 一定的大小和具有高度的化学反应活性,还在 于两个 Cys 能形成稳定的带有二硫(桥)键的 胱氨酸。二硫键不仅可以在肽链内,也可以在 肽链间存在。更有甚者,同样的一对二硫键能 具有不同的空间取向。
1、溶解性 氨基酸在水中的溶解度差别很大, 除胱氨酸、 半胱氨酸和酪氨酸外, 一般都能溶于水, 并能溶 解于稀酸或稀碱中, 但不能溶解于有机溶剂 ( 通 常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出 )。
脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中, 且 二者极易溶于水而潮解。
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2. 氨基酸的旋光性
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反应要点 A.该反应由NH2与COOH共同参与 B.茚三酮是强氧化剂 C.该反应非常灵敏,可在570nm测定吸光值 D. 测定范围:0.5~50µg/ml E.脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质(不释放NH3) 应用: A.氨基酸定量分析(先用层析法分离) B.氨基酸自动分析仪:
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(四)非蛋白质氨基酸
大多是蛋白质中存在的L型α-氨基酸的衍生 物。但有一些是β、γ 或δ-氨基酸,且有些是D型氨基酸。
细菌细胞壁组成中的肽聚糖中的D-氨基酸: D-谷氨酸、D-丙氨酸
一种抗生素短杆菌肽S中含有D-苯丙氨酸。
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β -丙氨酸是遍多酸(泛酸,一种维生素)的前体成分 γ –氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质
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分光光度计定量分析依据
Lambert-Beer定律:A=Log 1/T=Log Io/I =εC L
入射光 强度 Io
透射光 强度 I
光源
单色器
样品池 (溶液浓度mol / L)
检测器
L-B 定律 可表述为:当一束平行的单色光通过溶液 时,溶液的吸光度 (A) 与溶液的浓度 (C) 和厚度 (L) 的乘积成正比。它是分光光度法定量分析的依据。
精氨酸 (Arg, R)
杂环
组氨酸 (His, H)
2、芳香族氨基酸
苯丙氨酸 (Phe,F)
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酪氨酸 (Tyr,Y)
色氨酸 (Trp,W)
3、杂环氨基酸
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组氨酸 (His, H)
脯氨酸 (Pro, P)
说明:关于杂环氨基酸和杂环亚氨基酸
色氨酸 (Trg,W)
●除甘氨酸外,氨基酸均含有一个手性-碳原子, 都具有旋光性。 ●比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一,是鉴别各种氨基酸的重要依据。
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氨基酸的构型-都有 D-型和 L-型 2 种立体异构体
L-(-)甘油醛
D-(+)甘油醛
L-丙氨酸 Pag2e 02301/3/6
D-丙氨酸
L-丙氨酸
+ H+ (pK´1)
R CH NH3+ COO
pH = pI
净电荷=0
+ OH+ H+ (pK´2)
R CH NH2 COO
pH > pI
净电荷为负
在一定pH条件下, 氨基酸分子中所带的正电荷数和负 电荷数相等, 即净电荷为零, 在电场中既不向阳极也不向阴 极 移 动 , 此 时 溶 液 的 pH 值 称 为 该 种 氨 基 酸 的 等 电 点 (isoelectric point,pI )。 --氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的pH值.
1、早期皮肌炎患者,还往往伴 有全身不适症状,如-全身肌肉酸 痛,软弱无力,上楼梯时感觉两 腿费力;举手梳理头发时,举高 手臂很吃力;抬头转头缓慢而费
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Phe:max = 257nm,257 = 2.0×102 mol-1•L•cm-1 Tyr:max = 275nm,275 = 1.4×103 mol-1•L•cm-1 Trp:max = 280nm,280 = 5.6×103 mol-1•L•cm-1
甲硫氨酸 (Met, M)
● ● ● 酸性氨基酸(一氨基二羧基)及其酰胺
天冬氨酸 (Asp, D)
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谷氨酸 (Glu, E)
天冬酰胺 (Asn, N)
谷氨酰胺 (Gln, Q)
● ● ● ● 碱性氨基酸(二氨基一羧基)
赖氨酸
(Lys, K)
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2. 氨基酸参与的化学反应
( 1) 与茚三酮反应
氨基酸与水合茚三酮共热,发生氧化脱氨反应,生成NH3与酮酸。 水合茚三酮变为还原型茚三酮。 加热过程中酮酸裂解,放出CO2,自身变为少一个碳的醛。水合 茚三酮变为还原型茚三酮。 NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合,生成蓝紫色化合物。
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脯氨酸
饼干写亮一本谱 proline Pro P
6.30
4. 极性中性氨基酸 Pag2e 02171/3/6
色氨酸 tryptophan Trp W 5.89
丝氨酸 serine
Ser S 5.68
酪氨酸 tyrosine Tyr Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07
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(2)等电点理论的应用
A. 等电点时,氨基酸的溶解度最小,易沉淀。 利用该性质可分离制备某些氨基酸。例如谷氨酸的生产,即将微生物发酵液 的pH值调至3.22(谷氨酸的等电点)而使谷氨酸沉淀析出。
B. 利用各种氨基酸的等电点不同,可通过电泳法、离子交换法等在实验室或工 业生产上进行混合氨基酸的分离或制备。 氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数来确定。
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41
谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65
苏氨酸 threonine Thr T 5.60
3个有个性的氨基酸
1)脯氨酸(Pro) 因为是一个环状 的亚氨基酸, 它的氨基和其它氨基 酸的羧基形成的肽键有明显的特 点, 较易变成顺式肽键.
二、常见氨基酸的分类
(1)按R基团的酸碱性分
中性AA 酸性AA 碱性AA
(2)按R基团的电性质分
疏水性R基团AA 电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA
(3)按R基团的化学结构分 芳香族AA 杂环族AA
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(一)按R基的化学结构分类 可分为三类:脂肪族、芳香族和杂环族
婴儿时期所需: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 早产儿所需:色氨酸(Trp)、半胱氨酸(Cys)
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(三)不常见的蛋白质氨基酸
存在于少数蛋白质中特殊的氨基酸,是在蛋白 质生物合成后由相应的基本氨基酸衍生而来。
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γ-羧基谷氨酸存在于凝血酶原中;
羟脯氨酸存在于胶原蛋白中; N-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中。
1. 酸性氨基酸
2. 碱性氨基酸
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3. 非极性疏水性氨基酸
甘氨酸 glycine Gly G 5.97 丙氨酸 alanine Ala A 6.00 缬氨酸 valine Val V 5.96 亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48
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(3)氨基酸等电点的计算
一氨基一羧基AA的 等电点计算:
pI =
pK´1 + pK´2
2
一氨基二羧基AA的 等电点计算:
pI =
pK´1 + pK´2
2
二氨基一羧基AA 的等电点计算:
pK´2 + pK´3
pI =
2
可见,氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子两侧的基团pK′值之 和的二分之一。
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一氨基一羧基AA的等电点计算,以丙氨酸为例:
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一氨基二羧基氨基酸等电点的计算, 以Asp为例:
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二氨基一羧氨基酸的等电点的计算, 以Lys为例:
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