生物化学 王镜岩 第三章 氨基酸课件

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但它是一个极性基团,能与其它基团形成
氢键,具有重要的生理意义,常出现在
大多数酶的活性中心。
★ Thr 中的-OH是仲醇,具有亲水性。
★ Ser和Thr的-OH往往与糖链相连,通过O-
糖苷键形成糖蛋白。
★Cys的R中含巯基-SH,具有两个重要性质:
(1)在较高pH值条件,巯基离解。 (2)两个Cys的巯基氧化生成二硫键,生 成胱氨酸。Cys—s—s—Cys
氨基酸在水溶液中既能起质子供体的作用
COO H3N
+ -
C H R
-H pK1 ' +H
+
+
COO R
-
H2N C H +
H+
又能起质子受体的作用,因此是两性电解质。
COO H3N
+ -
C H R
+
H+
-H pK2 ' +H
+
+
COOH H3N
+
C H R
Gly的两性解离和酸碱滴定曲线
终点:100% Gly+, 净电荷:+1 第一拐点:50%Gly +, 50%Gly± 平均净电荷 +0.5 pH=pK1+lg[Gly±]/[Gly+]=pK1=2.34 第二拐点:100%Gly± 净电荷为0 , 第三拐点:50%Gly±,50%Gly- 净电荷:-0.5
(一).基本20种氨基酸按照 R基的化学结构分类
1.脂肪族氨基酸
(1).中性氨基酸:含一氨基一羧基
Gly Ala Val Leu Ile Ser、Thr
Cys、Met
含有羟基和硫的氨基酸
含羟基:Ser、Thr
含硫:Cys、Met
含羟基的氨基酸:Ser、Thr
★ Ser的-OH(PKa=15),在生理条件下不解离,

(3).杂环族氨基酸: Pro(His)
Pro的α-亚氨基是环的一部分, 因此具有特殊的刚性结构,一般
出现在两段α-螺旋之间的转角处,
Pro残基所在的位置必然发生骨架
方向的变化.
(二)按照R基的极性性质(疏水性程度)分为:
1.非极性氨基酸
在维持蛋白质的三维结构中起着重要 作用(蛋白质的疏水核心)
构体。
B. 除胱氨酸和酪氨酸外,其余AA都能
溶于水。
三. 氨基酸的分类
AA and classification
基本氨基酸:编码的蛋白质氨基酸 20种
修饰(稀有)氨基酸:多肽合成后由基 本aa经酶促修饰而来。 存在于生物体内但不
蛋白质AA Pr-AA
非蛋白质AA Non-Pr AA
组成蛋白质 (约150种)。
蛋白质含量测定
280nm
2、核磁共振波谱
二.氨基酸的酸碱性质(P130)
1.氨基酸的兼性离子形式
1>三种现象:
(1)晶体熔点高
(2)不溶于非极性溶剂
(3)介电常数高
2>原因:
(1)α-羧基的 pK1=2.0,
当pH>3.5,-COO-存在。 α-氨基的 pK2=9.4, 当pH<8.0时,α-NH+3存在。3.5<pH<8.0 时,带有相反电荷,氨基酸在水溶液中 是以两性离子离子形式存在。
它往往存在于许多酶的活性中心。
*非极性AA一般形成蛋白质的疏水核心,
带电荷的AA和极性AA位于表面。
酶的活性中心:His、Ser、Cys
(三).根据人体能否自身合成 必需氨基酸(定义):
成年人:Thr、 Val、 Leu、Ile、
Phe 、Trp、Lys、 Met
半必须氨基酸:婴儿期Arg和His
第二章 氨基酸
Chapter2 Amino acid
教学目标:
掌握氨基酸的结构特点与理化性质。
1.从氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分 类和生物学特性。 2.掌握氨基酸的理化性质,重点掌握两性 解离与等电点的含义、氨基酸参加的 化学反应,特别是侧链的反应。了解 氨基酸的光谱学特征。
第一节 氨基酸
(Amino acid,AA)
胱氨酸
共价键
★二硫键在蛋白质的结构中具有重要意义。
Cys还常出现在酶的活性中心。
★Met的R基中含有甲硫基(-S-CH3),硫原
子有亲核性,易发生极化,因此,在生物 合成中是一种重要的甲基供体。
(2)酸性氨基酸及其酰胺: Asp、Glu、Gln、Asn
酸性氨基酸及其酰胺: Asp、Glu、Gln、Asn
COO H3N
+ -
C R
H
(2)氨基酸晶体以离子晶格组 成,维持晶格中质点的作用
力是强的静电吸引力。
(3)水溶液中以兼性离子形式存
在,是强极性分子,自然介
电常数高。
2.氨基酸的两性解离和酸碱滴定曲线
HA Ka A - + H+
Ka=[H+][A-]/[HA] pH=pKa +Lg([A-]/[HA] ) = pKa + lg([碱]/[酸]) (1)pH > pKa 时,[碱]>[酸] 平衡右移 pH = pKa 时,[碱]=[酸] 平衡 pH < pKa 时, [酸]>[碱] 平衡左移 (2)pKa 就是HA50%解离[碱] = [酸]时溶液的 pH值,Ka 就是此时溶液的[H+]。 (3)当[碱] = [酸]时溶液的pH值等于pKa
式和结构式,但原子在空间的分布排 列不同。 ★ 构象(conformation):在化学结构 和构型同的分子中,其原子由于单键
的内旋转而在空间形成的不同的构象
体可以相互转化。
★ Thr和Ile有四种光学异构体分别是D-、L-、D别-、L- 别-氨基酸。
COOH H2N H C C CH3
L-苏氨酸 (L-threonine)
—蛋白质的构件分子
Protein Architecture
P123

蛋白质的水解
回流煮沸20h。 缺点:Trp破坏,Asn、Gln脱酰胺基,
酸水解: 6mol/L HCL,4mol/L H2SO4
羟基氨基酸(Ser Thr)部分破坏。
优点:不消旋
碱水解:5mol/LNaOH共煮10-20小时 缺点: 消旋
优点:色氨酸稳定
酶水解:水解位点特异,得到多肽片段和AA的
混合物,用于一级结构分析。
二. 氨基酸的结构 (Structure of Pr-AA) 1. 20种氨基酸的结构通式:
COOH H 2N C R
α
H
不变部分 可变部分
COOH H 2N C R
非解离形式 解离形式
α
H
2.结构特点
(1)除脯氨酸(亚氨基酸)外,这些天然 氨基酸在结构上 的共同特点为: 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. COOH 什么是α-氨基酸?
(2)D-型氨基酸
(3)β-、γ-、δ-氨基酸
第二节.氨基酸的重要理化性质
一. 一般物理性质
溶解性:在水中的溶解度差别很 大,溶解于稀酸或稀碱,
不溶解于有机溶剂。
熔点: 一般在200℃以上。 味感: 其味随不同氨基酸有所 不同。
(一) AA的光学活性和立体化学
1、氨基酸的构型
★构型(configuration) :具有相同的分子
(2)等电点的计算 中性氨基酸:以Gly为例
COOH H3N
+ H K1
COO H3N
K2
+ H
COO H2N CH2
-
+
CH2 Gly
+
+
CH2 Gly
+ -
Gly
-
K 1= K 2=
[Gly±] [H+] [Gly+] [Gly- ] [H+] [H+]2=K1K2 pH=(pK1+pK2)/2 pI=(pK1+pK2)/2 pIGly =(2.34+9.60)/2=5.97
pH=pK2+lg[Gly ]/[Gly±]=pK2=9.6
终点:100% Gly- , 净电荷:-1
在pH2.34和pH9.60处,Gly具有缓冲能力。
3.氨基酸的等电点
(1)氨基酸的等电点:
当溶液浓度为某一pH值时,氨基酸分 子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等, 即净电荷为0。在电场中的氨基酸既不向 正极也不向负极移动,此时溶液的pH值 即为氨基酸的等电点,简称pI。 等电点时,氨基酸处于两性离子状态。 在某一试验条件下,等电点是氨基酸的 特征常数。
★外消旋物:D-型和L-型的等摩尔混合物
★内消旋物:分子内消旋
胱氨酸有三种立体异构体:
L-胱氨酸
D-胱氨酸
内消旋胱氨酸
(二)氨基酸的光谱性质
1、紫外吸收光谱
可见光区:无吸收 远紫外和红外区:都吸收
近紫外区(200—400nm):Tyr/Trp/Phe 原因:-C=C-C=C-C=C-C=C-
★酪氨酸的max= 275nm, ε275=1.4×103 ★苯丙氨酸的max =257nm, 257=2.0×102 ★色氨酸的max= 280nm, 280=5.6×103
[Gly±]
pI时, [Gly+ ] = [Gly ]
[Gly±] [H+] [Gly±] K2 = K1 [H+]
对多氨基和多羧基氨基酸的解离
解离原则:
先解离a-COOH,随后其他-COOH; 然后解离a-NH3+ ,随后其他a-NH3+
pI等于两性离子两侧的pK值得算术平均 值。
酸性氨基酸,以Asp为例:
H 2N
----C-C-C-C-COOH γβα ----C-C-C-C(NH2)-COOH ----C-C-C(NH2)-C-COOH ----C-C(NH2)-C-C-COOH α-氨基酸 β-氨基酸 γ-氨基酸
C R
α
H
(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.除甘氨酸外都具有旋光性.除甘氨酸 外,都具有D-型 和L-型两种立体异
(3).含碱性基团: His 、Lys 、Arg
Lys侧链氨基的pKa为10.53,生理条件下,Lys
侧链带有一个正电荷(NH3+).
Arg是碱性最强的氨基酸,侧链上的胍基是已 知碱性最强的有机碱,pKa值为12.48,生 理条件下完全质子化。 His含咪唑环,它是20种氨基酸中侧链pK值最 接近生理pH值的一种,在接近中性pH时, 可离解平衡。它是在生理pH条件下唯一具
P143
★旋光性:除甘氨酸外,α-氨基酸都 具有旋光性,能使偏振光平面向左或 向右旋转,左旋者通常用(-)表示, 右旋者用(+)表示。
★光学异构体:α-氨基酸中α-碳原子 是一个不对称碳原子,在空间的排列 方式有两种方式:D型和L型。
★光学异构体的化学性质和物理性质
都是一样。并且,构型与旋光方向
没有直接对应关系。
COOH H HO C C CH3
D-苏氨酸 (D-threonine)
COOH H2 N HO C C CH3
L-别-苏氨酸 (L-allo-threonine)
COOH H H C C CH3 NH 2 OH
H OH
NH 2 H
H H
D-别-苏氨酸 (D-allo-threonine
2、氨基酸的旋光性
碱性氨基酸,以Lys为例:
谷氨酸(A)和赖氨酸(B)滴定曲线和等电点计算
A
pK3 pH pK3 pH pK2 pK1 pK1 pK2
pI
pI
加入的OH-mL数
加入的OH-mL数
一氨基二羧基AA的等电 点计算:
二氨基一羧基AA的等电 点计算:
pK´1+pK´2 pI= 2
pK´2+pK´3 pI= 2
非极性氨基酸
2. 极性氨基酸:
这类氨基酸的侧链都能与水形 成氢键,因此很容易溶于水。
(1)不带电荷的极性氨基酸
(2).带负电荷的AA(酸性AA)
(3).带正电何的AA(碱性AA)
* 胶原蛋白中的Lys侧链氧化时能形成
很强的分子间(内)交联。
*
Arg的胍基碱性很强,与NaOH相当。
* His是一个弱碱,是天然的缓冲剂,
非必需氨基酸:其余
(二)非编码的蛋白质氨基酸:
______修饰氨基酸 蛋白质合成后,由基本氨基酸修饰而来。
(1)4-羟脯氨酸
(2)5-羟赖氨酸
(3)6-N-甲基赖氨酸
(4)г-羧基谷氨酸 (5)Tyr的衍生物
(四)
非蛋白质氨基酸:
150多种,不组成蛋白质,但有生理功能. (1)L-型α –氨基酸的衍生物
有缓冲能力的氨基酸。
(2).芳香族氨基酸:Phe、Tyr 、Trp
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
这三种氨基酸在紫外区280nm处有特殊吸
收峰,蛋白质的紫外吸收主要来自这三种
氨基酸,在280nm处,三种氨基酸的紫外吸
收值 Trp>Tyr>Phe Phe疏水性最强。 Tyr的-OH磷酸化是一个十分普遍的调控
机制,Tyr在较高pH值时,酚羟基离解。
★氨基酸的旋光性(符号和大小)取 决于它的R基的性质,并与溶液的 PH值有关。P144 图3-16
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
★比旋光度 :单位浓度和单位长度下
的旋光度。是旋光物质的特征物理常数。
P3表3-4蛋白质中L型氨基酸的比旋光度
★ 消旋作用 :旋光性物质在化学反应 中,只要其不对称碳原子经过对称状态 的中间阶段,即发生消旋作用,并转变 为D-型和L-型的等当量混合物,称消旋 物。
中性氨基酸:pK1 , 为α—羧基的解离常数, pK2,为α—氨基的解离常数。
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