1、蛋白质化学医学讲座蛋白质化学医学讲座 N N含量在各种蛋白质中比较接近含量在各种蛋白质中比较接近 15%18%，平均为，平均为16%16%。每每1g 氮相当于氮相当于 6.25g 的蛋白质的蛋白质 蛋白质平均含蛋白质平均含N N量为量为1616,这是凯氏定氮法这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的理论依据：测定蛋白质含量的理论依据：粗蛋白质含量蛋白质含粗蛋白质含量蛋白质含N N量量6.256.252蛋白质化学医学讲座l方法：方法：常用常用6 mol/L的盐酸或的盐酸或4 mol/L的硫的硫 l 酸，回流煮沸时间约酸，回流煮沸时间约 20 h。l优点：优点：不引起消旋作用，得到的是不引起消旋作用，得到的
2、是L-氨基酸。氨基酸。l缺点：缺点：色氨酸色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨被沸酸完全破坏；含有羟基的氨l 基酸（丝氨酸、苏氨酸）有一小部分基酸（丝氨酸、苏氨酸）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。3蛋白质化学医学讲座l方法：方法：一般用一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸氢氧化钠煮沸1020 h。优点：优点：色氨酸色氨酸在水解中不受破坏。在水解中不受破坏。缺点：缺点：多数氨基酸受到不同程度的破坏，多数氨基酸受到不同程度的破坏，产生产生 消旋现象消旋现象，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
3、，引起精氨酸脱氨（生成鸟合物。此外，引起精氨酸脱氨（生成鸟 氨酸和尿素）。氨酸和尿素）。4蛋白质化学医学讲座方法：方法：用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶或称用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶或称 蛋白酶（蛋白酶（proteinase）已有十多种，常用）已有十多种，常用 的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或称糜的有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或称糜 蛋白酶）及胃蛋白酶等。蛋白酶）及胃蛋白酶等。优点：优点：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。水解水解 位点特异，用于一级结构分析，肽谱位点特异，用于一级结构分析，肽谱 缺点：缺点：使用一种酶往往水解不彻底，需几种酶协使用一种酶往往水解不彻
4、底，需几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解。该法主要用于同作用才能使蛋白质完全水解。该法主要用于部分水解。部分水解。5蛋白质化学医学讲座1.组成蛋白质组成蛋白质2.一些一些aa及其衍生物充当化学信号分子及其衍生物充当化学信号分子l-amino butyric acid(-氨基丁酸氨基丁酸)、Serotonic(5-羟羟色胺，血清紧张素色胺，血清紧张素)、melatonin(褪黑激素，褪黑激素，N-乙酰乙酰-甲氧基色胺甲氧基色胺)，都是，都是神经递质神经递质，后二者是色氨酸衍，后二者是色氨酸衍生物生物(神经递质是一个神经细胞产生的影响第二个神经递质是一个神经细胞产生的影响第二个神经细胞或肌肉细胞功
5、能的物质神经细胞或肌肉细胞功能的物质)。lThyroxine(甲状腺素，动物甲状腺甲状腺素，动物甲状腺thyroid gland产产生的生的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(激素就是一个细胞产生的调节其它细胞激素就是一个细胞产生的调节其它细胞的功能的化学信号分子的功能的化学信号分子)。6蛋白质化学医学讲座7蛋白质化学医学讲座三、氨基酸的结构与分类三、氨基酸的结构与分类1809年发现Asp，1938年发Thr，目前已发现180多种。但是组成蛋白质的aa常见的有20种，称为基本氨基酸（编码的蛋白质氨基酸），还有一些称为稀有氨基酸，是多肽
6、合成后由基本aa经酶促修饰而来。此外还有存在于生物体内但不组成蛋白质的非蛋白质氨基酸(约150种)。（一）编码的蛋白质氨基酸（一）编码的蛋白质氨基酸（20种）种）也称基本氨基酸或标准氨基酸，有对应的遗传密码。8蛋白质化学医学讲座-氨基酸的一般结构氨基在-位，为L-构型.除除脯氨酸脯氨酸外，均为外，均为-氨基酸氨基酸除除甘氨酸甘氨酸外，均为手性氨基酸外，均为手性氨基酸9蛋白质化学医学讲座1.按按R基的化学结构分类基的化学结构分类 可以分为三类：脂肪族、芳香族和杂环族可以分为三类：脂肪族、芳香族和杂环族 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 Al
7、a,A缬氨酸缬氨酸 Val,V亮氨酸亮氨酸 Lue,L异亮氨异亮氨酸酸 Ile,I10蛋白质化学医学讲座 R基均为中性烷基（Gly为H），R基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点。（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。从Gly至Ile，R基团疏水性增加，Ile 是这20 种a.a 中脂溶性最强的之一（除Phe 2.5、Trp3.4、Tyr 2.3以外）。11蛋白质化学医学讲座丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸12蛋白质化学医学
8、讲座含羟基的有两种：Ser和Thr Ser的-CH2 OH基（pKa=15），在生理条件下不解离，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。在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。Thr 中的-OH是仲醇，具有亲水性，但此-OH形成氢键的能力较弱，因此，在蛋白质活性中心中很少出现。Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。含硫的两种：Cys、Met Cys中R含巯基（-SH），Cys 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 (CysssCys)13蛋白质化学医学讲座 二硫键在蛋白质的结构中具有重要意义
9、。Cys还常常出现在酶的活性中心。Met的R中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有亲核性，易发生极化，因此，Met是一种重要的甲基供体。Cys与结石在细胞外液如血液中，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)是一种遗传病，由于胱氨酸的跨膜运输缺陷导致大量的胱氨酸排泄到尿中。胱氨酸在肾(Kidney)、输尿管(ureter)、膀胱(urinary bladder)中结晶形成结石(Calculus,calculi)，结石会导致疼痛、发炎甚至尿血。大量服用青霉胺(Penicillcemine)能降低肾中胱氨的含量，因为青霉胺与半胱氨酸形成的化合
10、物比胱氨酸易溶解。14蛋白质化学医学讲座天冬氨酸天冬氨酸 （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）15蛋白质化学医学讲座Asp、Glu，一般称酸性氨基酸Asp侧链羧基pKa（-COOH）为3.86，Glu侧链羧基pKa（-COOH）为4.25它们是在生理条件下带有负电荷的仅有的两个 氨基酸。Asn、Gln 酰胺基中氨基易发生氨基转移反应，转氨基反应在生物合成和代谢中有重要意义16蛋白质化学医学讲座赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）杂环杂环17蛋白质化学医学讲座LysLys的R侧链
11、上含有一个氨基，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+），同时它的侧链有4个C的直链，柔性较大，使侧链的氨基反应活性增大。（如肽聚糖的短肽间的连接）ArgArg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。HisHis含咪唑环，咪唑环的pKa在游离氨基酸中和在多肽链中不同，前者pKa为6.00，后者为7.35，它是20种氨基酸中侧链pKa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条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。His含咪唑环，一侧去质子化和另一侧质子化同步进行，因而在酶的酸碱
12、催化机制中起重要作用。18蛋白质化学医学讲座苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trg,W）19蛋白质化学医学讲座都具有共轭电子体系,易与其它缺电子体系或电子体系形成电荷转移复合物(charge-transfer complex)或电子重叠复合物。在受体底物、或分子相互识别过程中具有重要作用。这三种氨基酸在近紫外区有特殊吸收峰，蛋白质的紫外吸收主要来自这三种氨基酸，在280nm处，TrpTyrPhe。Phe疏水性最强.。酪氨酸的-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。Trp有复杂的共轭休系，比Phe和Tyr更易形成电荷转移
13、络合物。20蛋白质化学医学讲座组氨酸组氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）21蛋白质化学医学讲座Pro，有时也把His、Trp归入此类。Pro是唯一的一种环状结构的氨基酸，它的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用，一般出现在两段-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22蛋白质化学医学讲座 20种基本氨基酸可以分成以下四组：种基本氨基酸可以分成以下四组：1、非极性氨基酸（、非极性氨基酸（八种八种）Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Met、Pro 这类氨基酸的这类氨基酸的R基都是疏水性的，在维持蛋白质的
14、三基都是疏水性的，在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用。维结构中起着重要作用。2、极性不带电荷的氨基酸（七种）、极性不带电荷的氨基酸（七种）6种，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬种，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。这类氨基酸的侧链都能与水形成酰胺、谷氨酰胺。这类氨基酸的侧链都能与水形成氢键，因此很容易溶于水。氢键，因此很容易溶于水。酪氨酸的酪氨酸的-OH磷酸化是一个十分普遍的调控机制，磷酸化是一个十分普遍的调控机制，Ser和和Thr的的-OH往往与糖链相连，往往与糖链相连，Asn和和Gln的的-NH2很容易形成氢键，因此能增加蛋白质的稳定性。很容易形成氢键，因此能增
15、加蛋白质的稳定性。23蛋白质化学医学讲座 三种碱性氨基酸：三种碱性氨基酸：LysLys、ArgArg、His His 在在 pH7 pH7 时带正电荷。时带正电荷。当胶原蛋白中的当胶原蛋白中的LysLys侧链侧链氧化时能形成很强的分子间氧化时能形成很强的分子间(内内)交联。交联。ArgArg的胍基碱性很强，与的胍基碱性很强，与NaOHNaOH相当。相当。HisHis是一个弱碱，在是一个弱碱，在 pH6.0 pH6.0 时，时，His His 的的 R R 基基 50%50%以以上质子化，但上质子化，但 pH7.0 pH7.0 时，质子化的分子不到时，质子化的分子不到10%10%His His
16、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。是天是天然的缓冲剂，它往往存在于许多然的缓冲剂，它往往存在于许多酶的活性中心酶的活性中心。24蛋白质化学医学讲座 4、极性带负电荷的氨基酸、极性带负电荷的氨基酸 两种酸性氨基酸：两种酸性氨基酸：Asp、Glu。在在pH67时，时，谷氨酸和天冬氨酸的第二个羧基解离，因此，谷氨酸和天冬氨酸的第二个羧基解离，因此，带负电带负电荷荷。酶的活性中心：酶的活性中心：His、Ser、Cys非极性非极性aa一般位于蛋白质的疏水核心，带电荷一般位于蛋白质的疏水核心，带电荷的的aa和极性和极性aa位于表面。位于表面。25蛋白质化学医
17、学讲座l一是一是脯氨酸（脯氨酸（Pro），因为它是一个环状的亚，因为它是一个环状的亚 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，较易变成肽键有明显的特点，较易变成顺式肽键顺式肽键。26蛋白质化学医学讲座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两个氢原子，没有侧链的氨基酸。为此上只有两个氢原子，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。成中有
18、其特定的作用。l第三个是第三个是半胱氨酸半胱氨酸(Cys)。它的个性不仅表现在。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，还在于两个性，还在于两个 Cys 能形成稳定的带有二硫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，（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。二硫键能具有不同的空间取向。27蛋白质化学医学讲座（浙江大学（浙江大学2006年题）按氨基酸年题）按氨基酸R基的极性性质基的极性性质将其分为哪几类？请写
19、出各类的性质，氨基酸的将其分为哪几类？请写出各类的性质，氨基酸的名称以及三字符号和单子符号名称以及三字符号和单子符号解析：主要考察编码蛋白质的20种氨基酸的结构和极性及单字和三字符号28蛋白质化学医学讲座二、非编码的蛋白质氨基酸二、非编码的蛋白质氨基酸也称修饰氨基酸，是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。Prothrombin(凝血酶原)中含有-羧基谷氨酸，能结合Ca2+。结缔组织中最丰富的蛋白质胶原蛋白含有大量4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸。（1）4-羟脯氨酸（2）5-羟赖氨酸这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白（如胶原蛋白）中。（3）6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中）(4)-羧基谷
20、氨酸 存在于凝血酶原及某些具有结合Ca2+离子功能的蛋白质中。（5）Tyr的衍生物：3.5-二碘酪氨酸、甲状腺素（甲状腺蛋白中）（6）锁链素由4个Lys组成（弹性蛋白中）。29蛋白质化学医学讲座（三）非蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸除参与蛋白质组成的20多种氨基酸外，生物体内存在大量的氨基酸中间代谢产物，它们不是蛋白质的结构单元，但在生物体内具有很多生物学功能，如尿素循环中的L-瓜氨酸和L-鸟氨酸。（1）L-型 氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸 L-鸟氨酸（2）D-型氨基酸 D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短杆菌肽S）（3）-、-、-氨基酸-Ala（泛素的前体）、-氨基丁酸（神经递
21、质）。30蛋白质化学医学讲座-丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一种维生素）的前体成分丙氨酸是遍多酸（泛酸）（一种维生素）的前体成分 氨基丁酸氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质是传递神经冲动的化学介质 L-瓜氨酸、瓜氨酸、L-鸟氨酸是尿素循环的中间体鸟氨酸是尿素循环的中间体31蛋白质化学医学讲座甜菜碱肌氨酸鸟氨酸鸟氨酸胍氨酸胍氨酸32蛋白质化学医学讲座（一）一般物理性质（一）一般物理性质 -氨基酸为氨基酸为无色晶体，熔点极高无色晶体，熔点极高，一般在，一般在200以上。有的无味、有的味甜、有的味以上。有的无味、有的味甜、有的味苦、苦、谷氨酸的单钠盐有谷氨酸的单钠盐有鲜味鲜味，是味精的主要，是味精的主要成分
22、成分。各种氨基酸在水中的各种氨基酸在水中的溶解度溶解度差别很大，除差别很大，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碱中，于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。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通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。l脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇或乙醚中。33蛋白质化学医学讲座l构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外光区都没有光吸收，但在远紫外区区(220nm)(3.5，-羧基以-COO-形式存在。-氨基pK2在9.4左右
23、，当pH8.0时，-氨基以-NH3+形式存在。在pH3.5-8.0时，带有相反电荷，因此氨基酸在水溶液中是以两性离子离子形式存在。Gly熔点232比相应的乙酸（16.5）、乙胺（80.5）高，可推测氨基酸在晶体状态也是以两性离子形式存在。38蛋白质化学医学讲座pH=pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+H+OH-+H+OH-(pK1)(pK 2)在一定的在一定的pH条件下，氨基酸分子中所带的正电荷数和负电荷数相条件下，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，此时溶等，即
24、净电荷为零，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的液的pH值称为该种氨基酸的值称为该种氨基酸的等电点等电点(isoelectric point，pI)。即氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的即氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的pH值。值。1、概念、概念39蛋白质化学医学讲座氨基酸的解离常数可用测定滴定曲线的实验方法求得40蛋白质化学医学讲座在pH2.34和pH9.60处，Gly具有缓冲能力。滴定开始时，溶液中主要是Gly+。起点：100%Gly+净电荷：+1第一拐点：50%Gly+，50%Gly 平均净电荷：+0.5第二拐点：100%Gly 净电荷：0 等电点pI第三拐点：50
25、%Gly，50%Gly-平均净电荷：-0.5终点：100%Gly-净电荷：-1第一拐点：pH=pK+lgGly/Gly+，pH=pK1=2.34第二拐点：100%Gly，净电荷为0，此时的pH值称氨基酸的等电点pI。第三拐点：pH=pK2+lgGly-/Gly=pK2=9.641蛋白质化学医学讲座Handerson-Hasselbalch方程:pH=pKa+log 质子受体/质子供体1.计算缓冲溶液pH的主要公式 缓冲容量与缓冲对的浓度有关,越浓缓冲能力越大 与pH及pK有关,pH=pK时缓冲能力最大 2.计算缓冲对的浓度比值3.计算在任一pH条件下一种酸或碱(或氨基酸)离子化的百分数42蛋白
26、质化学医学讲座 可见，氨基酸的可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子值等于该氨基酸的两性离子两侧的基团两侧的基团pK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK1+pK2一氨基一羧基一氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK2+pK3二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK1+pK2一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算：43蛋白质化学医学讲座A.等电点时，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。等电点时，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。利用利用该性质可分离制备某些氨基酸。例如谷氨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
27、液的酸的生产，即将微生物发酵液的pH值调至值调至3.22（谷氨酸的等电点）而使谷氨酸沉淀析出。（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，可通过利用各种氨基酸的等电点不同，可通过电泳法电泳法、离子交换法离子交换法等在实验室或工业生产上进行混合等在实验室或工业生产上进行混合氨基酸的分离或制备。氨基酸的分离或制备。氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数解离常数来确定来确定 3、应用、应用44蛋白质化学医学讲座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为为8，问此氨基酸的，问此氨基酸的pI
28、是大于是大于8、等于、等于8还是小还是小于于8？解析：解析：主要从氨基酸的解离特点考虑，先确定其两性离子状态（即等电点状态），然后分析氨基酸溶液变为8时是从水中吸收了质子还是释放了质子。解答：氨基酸晶体主要以两性离子形式存在，溶于pH7的水中，溶液的pH从7升为8，说明氨基酸在溶解的过程中从水中吸收了质子。溶液中有如下平衡：AA +H2O AA+OH-要使AA+所带电荷为零，必须加碱，这会使pH8，故氨基酸的pI 8。45蛋白质化学医学讲座2.计算下列溶液的pH值：（1）0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L NaOH的等体积混合液 (2)0.1 mol/L Gly 0.05 mol
29、/L HCl的等体积混合液解答：（1）Gly 和 NaOH的反应为：+H3N-CH2-COO-+NaOH H2N-CH2-COO-Na+H2OGlyGly-0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L NaOH的等体积混合后Gly-=OH-=0.05/2=0.025(mol/L)Gly=(0.1-0.05)/2=0.025(mol/L)此时溶液存在如下平衡：+H3N-CH2-COO-H2N-CH2-COO-+H+Ka2根据公式pH=pKa+lg 质子受体/质子供体混合后溶液的pH值为pH=pKa2+lg(Gly-/Gly)=9.6+lg(0.025/0.025)=9.646蛋白质化学医学讲
30、座（2）Gly 和HCl的反应为：+H3N-CH2-COO-+HCl Cl-+H3N-CH2-COOHGlyGly+0.1 mol/L Gly 0.05 mol/L HCl的等体积混合后Gly+=H+=0.05/2=0.025(mol/L)Gly=(0.1-0.05)/2=0.025(mol/L)此时溶液存在如下平衡：+H3N-CH2-COO-+H3N-CH2-COOHKa1根据公式pH=pKa+lg 质子受体/质子供体混合后溶液的pH值为pH=pKa1+lg(Gly/Gly+)=2.34+lg(0.025/0.025)=2.3447蛋白质化学医学讲座3.制备1L pH 3.2,0.1 mol
31、/L 甘氨酸缓冲液，需0.1 mol/L 甘氨酸盐酸盐(Cl-+H3N-CH2-COOH)和0.1 mol/L 甘氨酸(+H3N-CH2-COO-)各多少？解答：甘氨酸盐酸盐(Cl-+H3N-CH2-COOH)实际上为二元酸，它的解离式为+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因为配制甘氨酸缓冲溶液所用的甘氨酸盐酸盐和甘氨酸的原始浓度相同，所以它们的浓度之比就是它们所用的体积之比，V Gly /V
32、 Gly+=7.24已知缓冲溶液的总体积为1 L,V Gly /(1-V Gly ）=7.24，V Gly =0.879(L),V Gly+=0.121(L)48蛋白质化学医学讲座氨基酸是离子化合物，但在溶液状态时，存在氨基酸是离子化合物，但在溶液状态时，存在 下列平衡：下列平衡：化学反应中可用化学反应中可用左边左边的结构式表示氨基酸。的结构式表示氨基酸。氨基酸分子的氨基酸分子的-氨基、氨基、-羧基能参加反应，有的羧基能参加反应，有的侧链侧链R基团也能参加反应基团也能参加反应 49蛋白质化学医学讲座1.-NH2参加的反应参加的反应A.酰化反应酰化反应酰化试剂：苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐
33、、对-甲苯磺酰氯。这些酰化剂在多肽和蛋白质的人工合成中被用作氨基保护剂。丹磺酰氯（DNS-Cl，5二甲基氨基萘-1-磺酰氯）DNSCl可用于多肽链NH2末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。N GlyAlaSerLeuPhe C N DNSGlyAlaSerLeuPhe C水解 DNSGly、Ala、Ser、Leu、PheDNS-氨基酸在紫外光激发后发黄色荧光。50蛋白质化学医学讲座（生物体内）在酶和ATP存在条件下，羧酸也可与氨基酸的氨基作用，形成酰基化产物。苯甲酸与Gly的氨基的酰基化反应是生物体内解毒作用的一个典型的例子。苯甲酸是食品防腐剂，在生物体内转变成N-苯甲酰-Gly后，可经尿
34、排出。51蛋白质化学医学讲座B.烷基化反应烷基化反应-氨基中的氮是一个亲核中心，能发生亲核取代反应。Sanger反应反应（2,4一二硝基氟苯，DNFB或FDNB）二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），黄色，层析法鉴定，被Sanger用来测定多肽的NH2末端氨基酸。Edman反应反应（苯异硫氰酸酯，PITC）苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸）苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）PTH-氨基酸，无色，可以用层析法分离鉴定。被Edman用来鉴定多肽的NH2末端氨基酸 52蛋白质化学医学讲座 含硫氨基酸的烷基化反应含硫氨基酸的烷基化反应硫原子也是亲核中心，可发生亲核取代反应。生物体内，最重要的甲基化试
35、剂是S-腺苷甲硫氨酸（SAM），是由Met与ATP作用得到的S-烷基化产物。在酶催化下，SAM可以使多种生物分子的氨基甲基化，如磷脂酰胆碱的生物合成。S-腺嘌呤核苷-高半胱氨酸（比Cys多一个-CH2）53蛋白质化学医学讲座C.形成西佛碱反应形成西佛碱反应西佛碱是以氨基酸为底物的某些酶促反应如转氨基反应西佛碱是以氨基酸为底物的某些酶促反应如转氨基反应的中间物。的中间物。氨基酸的氨基酸的-氨基能与醛类化合物反应生成弱碱，即所谓氨基能与醛类化合物反应生成弱碱，即所谓西佛碱（西佛碱（Schiffs base）。）。54蛋白质化学医学讲座pK2 H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3+COO-C
36、H2NHCH2OHHCHOHCHOCOO-CH2NH(CH2OH)2 用NaOH滴定氨基酸甲醛滴定法氨基酸甲醛滴定法 l判断蛋白质水解或合成的进度判断蛋白质水解或合成的进度55蛋白质化学医学讲座E.与亚硝酸的反应与亚硝酸的反应NH2R-CH-COOH+HNO2 OHR-CH-COOH+N2+H2O在标准条件下测定生成的在标准条件下测定生成的N2体积，即可计算出氨基酸的体积，即可计算出氨基酸的量。量。用途用途：范斯莱克（范斯莱克（Van SlykeVan Slyke）法测定氨基氮的基础）法测定氨基氮的基础。可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。56蛋白质
37、化学医学讲座F.与荧光胺反应与荧光胺反应荧光胺荧光胺荧光产物荧光产物荧光产物激发波长荧光产物激发波长 x=390 nm,发射波长发射波长 M=475 nm,该反应非常灵敏（该反应非常灵敏（1ng），），可根可根据荧光强度据荧光强度M测定氨基酸含量测定氨基酸含量57蛋白质化学医学讲座G.脱氨基反应脱氨基反应经相应的氨基酸氧化酶、转氨酶催化的反应。经相应的氨基酸氧化酶、转氨酶催化的反应。58蛋白质化学医学讲座2、-羧基参加的反应羧基参加的反应是生成胺类的重要反应成盐、成酯成盐、成酯分别与碱、醇作用,可用于羧基的保护成酰氯的反应（使羧基活化）成酰氯的反应（使羧基活化）氨基被保护后，羧基可与二氯亚砜或
38、五氯化磷反应，生成酰氯。此反应使氨基酸的羧基活化，易与另一个氨基酸的氨基结合，在多肽的人工合成中常用。59蛋白质化学医学讲座3、-氨基和氨基和-羧基参加的反应羧基参加的反应（1）与茚三酮的反应）与茚三酮的反应 常用于氨基酸的定性或定量检测l脯氨酸和羟脯氨酸脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应产生与茚三酮反应产生黄色黄色物质物质，其余所有的，其余所有的-氨基酸与茚三酮反应氨基酸与茚三酮反应均产生蓝紫色物质均产生蓝紫色物质。60蛋白质化学医学讲座（2）成肽反应）成肽反应这是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。这是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。H2N CR1HC OHOH NHC COOHR2H+H2ONHC
39、COOHR2HH2N CR1HCO-肽键61蛋白质化学医学讲座Tyr的酚基 在3和5 位上可发生亲电取代反应，如碘化、硝化。lTyr的酚基的酚基可以与可以与重氮化合物重氮化合物，如重氮苯磺，如重氮苯磺酸，结合生成橘黄色化合物酸，结合生成橘黄色化合物橘黄色橘黄色4.侧链侧链R基参加的反应基参加的反应62蛋白质化学医学讲座（2）His的咪唑基与重氮盐（的咪唑基与重氮盐（重氮苯磺酸重氮苯磺酸）的反应）的反应棕红色棕红色附：咪唑基的性质附：咪唑基的性质 组氨酸含有咪唑基，它的组氨酸含有咪唑基，它的p pK K2 2值为值为6.06.0，在生理条件下具有缓冲，在生理条件下具有缓冲作用。作用。l组氨酸中的
40、咪唑基能够发生多种化学反应。可以与组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATPATP发生磷发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。l组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失并引起酶活性的降低或丧失63蛋白质化学医学讲座简述组氨酸的作用简述组氨酸的作用解答：（1）His的咪唑基pK值在氨基酸和多肽链中分别为6.00和7.35，后者接近生理条件。故在生理条件下，咪唑基既可以作为质子受体，又可以作为质子供体，在pH7 附近具有明显的缓冲能力。血红蛋白由于含有
41、较多的His 残基，使其在pH7附近有明显的缓冲能力。（2）His的咪唑基供出质子或接受质子的速度十分迅速，因而在很多酶的活性中心均有His残基参与（3）组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。（4）组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失 64蛋白质化学医学讲座(3)Cys(3)Cys巯基（巯基（-SH-SH）参加的反应）参加的反应性质很活泼性质很活泼作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可用于巯基的保护。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OC
42、H2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+C6H5CH2ClA.在弱碱性条件下，与卤代烃（如苄氯、碘乙酰胺等）在弱碱性条件下，与卤代烃（如苄氯、碘乙酰胺等）反应，生成稳定的烃基衍生物。反应，生成稳定的烃基衍生物。65蛋白质化学医学讲座作用：作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-B.与各种金属离子，如对羟基汞苯甲酸，形成稳与各种金属离子，如对羟基汞苯甲酸，形成稳定程度不同的络合物定程度不同的络合物66蛋白质化学医学讲
43、座作用：作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或 断裂断裂。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸+2H-2HC.很容易被氧化形成二硫键（很容易被氧化形成二硫键（SS）67蛋白质化学医学讲座次磺酸sulfenic 亚磺酸sulfinic磺酸sulfonicS-nitrosothiolS-nitrothiol68蛋白质化学医学讲座（4）羟基参加的反应羟基参加的反应作用：可用于修饰蛋白质（酶）。作用：可用于修饰蛋白质（酶）。-OOCCHCH2ONH3+POCH(C
44、H3)2OOCH(CH3)2FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+二异丙基氟磷酸二异丙基氟磷酸 Ser 和和 Thr 的羟基能够与酸作用形成酯。的羟基能够与酸作用形成酯。在蛋白质在蛋白质分子中，分子中，Ser 常与磷酸结合。常与磷酸结合。SersSer 是大多数蛋白水解酶活性中心的主要组分，是大多数蛋白水解酶活性中心的主要组分，多多种酰基化试剂能与酶活性中心的种酰基化试剂能与酶活性中心的 Ser 羟基作用羟基作用，导致酶，导致酶的失活。的失活。-OOCCHCH2OHNH3+Ser69蛋白质化学医学讲座（一）电泳分离（一）电泳分离举例：Glu、Leu、His、Lys，4种混合样，在pH6.
45、0时，泳动方向及相对速度。Glu Leu His LyspI 3.22 5.98 7.59 9.7470蛋白质化学医学讲座Keff=某一物质在动相中的总量某一物质在静相中的总量72蛋白质化学医学讲座逆流分溶曲线管号各管中溶质的总含量73蛋白质化学医学讲座溶剂系统体积相对浓度74蛋白质化学医学讲座(二）分配柱层析可以同检测器、记录仪、馏分收集器、输液泵构成层析系统。75蛋白质化学医学讲座(三)纸层析Rf主要与R基的极性有关，溶剂的pH可影响R基的极性，氨基酸与滤纸的吸附作用也影响Rf。76蛋白质化学医学讲座Rf=XY溶剂前沿氨基酸显色点滤纸原点77蛋白质化学医学讲座2.以正丁醇：乙酸：水体系为溶
46、剂（pH4.5)，对下列氨基酸进行纸层析分离，指出下列各组中氨基酸的相对移动速度。(1)Ile,Lys(2)Phe,Ser(3)Ala,Val,Leu(4)Pro,Val(5)Glu,Asp(6)Tyr,Ala,Ser,His解答：在微酸性条件下，a-NH3+和a-COO-的电荷几乎彼此对消。纸层析的分离是基于氨基酸的非极性性质。（1）Ile是疏水性强的氨基酸，Lys是带正电荷的极性氨基酸，故移动速度Ile Lys（2）Phe的非极性大于Ser，故移动速度Phe Ser (3)三种氨基酸中，Leu疏水性最强，Ala疏水性最弱,故移动速度Leu ValAla (4)移动速度 Val Pro (5
47、)Glu的侧链疏水性大于Asp，故移动速度Glu Asp (6)移动速度 Tyr Ala SerHis78蛋白质化学医学讲座（四）离子交换层析离子交换树脂的结构如图所示，功能基团种类较多。79蛋白质化学医学讲座氨基酸的离子交换分离原理氨基酸的离子交换分离原理若pIpH，两性离子带净正电荷，若pI pH，两性离子带净负电荷。差值越大，所带的净电荷越多。80蛋白质化学医学讲座81蛋白质化学医学讲座树脂先用含Na的缓冲液处理成钠盐，且pH在2左右，将氨基酸混合液（pH2-3）上柱，氨基酸此时是阳离子，与树脂上的钠离子交换，被固定在树脂上。作用力：（1）静电吸引，（2）氨基酸侧链与树脂基质(聚苯乙烯)
48、的疏水作用力82蛋白质化学医学讲座83蛋白质化学医学讲座用氨基酸自动分析仪分析氨基酸混合物的洗脱曲线（阳离子交换剂）。洗脱的先后顺序取决于氨基酸的所带电荷与离子交换树脂的静电吸引和疏水相互作用两者的综合作用的结果。84蛋白质化学医学讲座1.用强酸型阳离子交换树脂分离下述氨基酸,当用pH7.0 的缓冲溶液洗脱时,下述每对中先从柱上洗脱下来的是哪种氨基酸?(1)天冬氨酸和赖氨酸;(2)精氨酸和甲硫氨酸;(3)谷氨酸和缬氨酸(4)甘氨酸和亮氨酸;(5)丝氨酸和丙氨酸解析与要点解析与要点:用离子交换树脂分离氨基酸主要根据氨基酸所带电荷不同,另外还和氨基酸的极性有关.85蛋白质化学医学讲座2.Lys,Arg,Asp,Glu,Thr和Ala 的混合物在高pH值时，加到阴离子交换树脂上，用连续递减的 pH值溶液洗脱时，预测这些氨基酸的洗脱顺序 解答：这些氨基酸的pI 分别是：Arg 10.76，Lys 9.74,Thr 6.53,Ala 6.0,Glu 3.22,Asp 2.97。在高pH值时均带负电荷，与阴离子树脂发生交换而结合到柱子上，随着洗脱液的 pH值逐步降低，首先是Arg 的净电荷变为零而先被洗脱下来，同理其它氨基酸的洗脱顺序：Lys,Thr,Ala,Glu,Asp 86蛋白质化学医学讲座
