章氨基酸-教学用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章,蛋白质的构件:,氨基酸,一、蛋白质的化学组成和分类,二、蛋白质的水解,三、,-,氨基酸的一般结构,四、氨基酸的分类,五、氨基酸的酸碱性质,六、氨基酸的化学反应,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,八、氨基酸混合物的分离和分析,教学内容,三、,-,氨基酸的一般结构,-,氨基酸：,D,、,L-,构型，旋光性,1.,常见的蛋白质氨基酸,2.,不常见的蛋白质氨基酸,3.,非蛋白质氨基酸,四、氨基酸的分类,1.,常见的蛋白质氨基酸,常见蛋白质氨基酸,或称为,基本氨基酸,共,20,种，可按,R-,基化学结构、,R-,基极性进行分类。,1.1.1,按,R-,基化学结构的分类：,脂肪族、芳香族和杂环族三类,对研究氨 基酸生物合成与分解有重要意义。,1.1,常见蛋白质氨基酸的分类,含羟基或硫的氨基酸,酸性氨基酸及其酰胺,碱性氨基酸,1.1.1.2,芳香族氨基酸,1.1.1.3,杂环族氨基酸,1.1.2,按,R-,基的极性的分类：,对于研究氨基酸在蛋白质空间结构中的作用，氨基酸的分离纯化均有重要意义。,非极性,R-,基氨基酸,不带电荷的极性,R-,基氨基酸,带正电荷的极性,R-,基氨基酸,带负电荷的极性,R-,基氨基酸,(,二,),不常见的蛋白质氨基酸,少数蛋白,胶原蛋白成分,肌球蛋白成分,凝血酶原,细胞调节蛋白,(,三,),非蛋白质氨基酸,一、蛋白质的化学组成和分类,二、蛋白质的水解,三、,-,氨基酸的一般结构,四、氨基酸的分类,五、氨基酸的酸碱性质,六、氨基酸的化学反应,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,八、氨基酸混合物的分离和分析,教学内容,1.,氨基酸的解离,2.,氨基酸的等电点,五、氨基酸的酸碱性质,兼性离子,(,偶极离子,),；两性电解质,1.,氨基酸的解离,根据,Henderson-Hasselbalch equation:,在给定,p,K,a1,、,p,K,a2,等数据情况下，可以计算任意,pH,条件下一种氨基酸的各种离子比例。,1.1,解离常数的实验求法,:,可从,A,0,、,A,+,或,A,-,开始滴定。,当,10,mmol,Gly,溶于水时，溶液的,pH,约等于,6.0,。,用标准,NaOH,溶液滴定，以加人的,NaOH,摩尔数对,pH,作图，则得滴定曲线,B,段，在,pH 9.60,处有一个拐点，,Gly,0,=,Gly,-,。,用标准,HCl,滴定，则得滴定曲线,A,段，在,pH 2.34,处有一个拐点，,Gly,+,=Gly,0,。,A,B,Gly,+,=Gly,0,Gly,0,=Gly,-,酸性氨基酸,碱性氨基酸,1.2,酸性、碱性氨基酸的解离,等电点的概念：,在适当的酸碱度时，氨基酸,(,两性离子,),的氨基和羧基（酸性和碱性基团）的解离度可能完全相等，,正离子,=,负离子,，净电荷为零，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，成为两性离子。此时氨基酸所处的,pH,值就称为该氨基酸的,等电点,，以,pI,符号代表。,在等电点时，氨基酸的溶解度最小，易沉淀析出。,等电点的计算：,pI,=,等电氨基酸两侧的,p,K,值相加被,2,除,2.,氨基酸的等电点,一、蛋白质的化学组成和分类,二、蛋白质的水解,三、,-,氨基酸的一般结构,四、氨基酸的分类,五、氨基酸的酸碱性质,六、氨基酸的化学反应,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,八、氨基酸混合物的分离和分析,教学内容,1.,-,羧基反应（自学）,2.,-,氨基反应（自学）,3.,茚三酮反应,4.,侧链官能团的特异反应,六、氨基酸的化学反应,3.,与茚三酮反应,-,氨基和,-,羧基共同参加的反应。,除,Pro,外，,20,种氨基酸均呈现紫色。,氨基酸定量测定。,微碱性,pH,下，,-SH,解离 硫醇阴离子，巯基的反应形式。,硫硝基苯甲酸在,pH8.0,时，,412 nm,处有强烈的光吸收，可利用分光光度法定量测定,-SH,基。,4.,侧链,R,基参加的特异反应,-SH,很容易受空气或其他氧化剂氧化。强氧化剂如过甲酸使,-SH,和,-S-S-,键氧化成磺酸基,(,-SO,3,H,),。蛋白质结构分析中胱氨酸残基的二硫键常用氧化剂或还原剂打开。,磺基丙氨酸,巯基乙醇或二硫苏糖醇,还原剂打开二硫键后，要用碘乙酸或碘乙酰胺试剂保护,一、蛋白质的化学组成和分类,二、蛋白质的水解,三、,-,氨基酸的一般结构,四、氨基酸的分类,五、氨基酸的酸碱性质,六、氨基酸的化学反应,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,八、氨基酸混合物的分离和分析,教学内容,1.,氨基酸的旋光性和立体化学,2.,氨基酸的光谱性质,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,1.,氨基酸的光学活性和立体化学,除,Gly,外，,19,种氨基酸的,-,碳原子都是不对称碳原子，有两种光学异构体，可用,D-,或,L-,表示。,构成蛋白质的氨基酸均属,L-,型,(L-,苏氨酸,),，大部分游离氨基酸也是,L-,型。,含有两个手性碳的情况：,外消旋物的概念：,D-,型和,L-,型的等摩尔混合物。,L-,苏氨酸和,D-,苏氨酸、,L-,别一苏氨酸和,D-,别,-,苏氨酸分别组成消旋物，而,L-,（,D-,）苏氨酸和,L-,（,D-,）别一苏氨酸则是非对映体。,旋光性物质在化学反应时经过对称的过度态时会发生消旋现象。,蛋白质在与碱共热水解时或用一般的化学方法人工合成氨基酸时也会得到无旋光性的,D-,、,L-,消旋物。,内消旋物的概念：,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。,L-,胱氨酸和,D-,胱氨酸是外消旋物,20,种氨基酸光吸收情况：,在可见光区无光吸收，在远红外和紫外区均有光吸收，在近紫外区只有芳香族氨基酸有光吸收,因其,R,基有苯环共轭,键系统,.,（二）氨基酸的光谱性质,X-,射线,微波区,100,200,400,800,1,25,350,nm,um,近红外,远红外,远紫外,近紫外,可见光,部分光谱的分布：,Tyr,的最大光吸收波长为,275nm,，其摩尔吸光系数为,:,275,=1.4,10,3,mol,-1,L,cm,-1,同理,:,Phr,257,=2.0,10,2,;,Trp,:,280,=5.6,10,3,.,芳香族氨基酸的光吸收,蛋白质在,280nm,处有最大紫外吸收,用于蛋白质 的定量测定。,Tyr,对蛋白质在,280nm,处最大光吸收的贡献最大。单论氨基酸，,Trp,具有最大光吸收,.,A,:,吸光度,:,摩尔吸光系数,;,c,:,浓度,(mol/L);,l,:,吸收杯的内径或光程厚度,;,I,0,:,入射光强度,;,I,:,透射光强度,;T:,透光率,Lambert-beer,定律,:,分光光度法测定蛋白质含量,氨基酸的,核磁共振,(NMR),外加磁场作用下，原子核自旋方向达到一致，可以和一定频率的外加磁场共振而形成吸收峰。,同一种原子核在分子中的位置不同，因其外围的电子云对核的屏蔽作用引起的吸收峰位置移动（化学位移）也不同，由吸收峰的位置可以推断原子处于哪一个基团。,在,1,H NMR,谱中，当相邻基团上有,n,个质子时，该基团的质子吸收峰将分裂成,n+1,个峰。,氨基酸的,1,H NMR,谱,一、蛋白质的化学组成和分类二、蛋白质的水解三、,-,氨基酸的一般结构四、氨基酸的分类,五、氨基酸的酸碱性质六、氨基酸的化学反应,七、氨基酸的旋光性和光谱性质,八、氨基酸混合物的分离和分析,教学内容,(,一,),分配层析,(,二,),离子交换层析,八、氨基酸混合物的分离和分析,层析,也称色谱。,1903,，俄植物学家提出（附层析）。,1941,，英,Martin,与,Synge,提出,分配（,partition,）层析,。,组成：,固定相（,B,）和流动相（,A,）。,混合物在层析系统中的分离决定于该混合物组分在这两相中的分配系数。,分配系数：,一种溶质在两个给定的互不相溶的溶剂中分配时，一定温度下达到平衡，溶质在两相中的浓度比为一常数，,分配系数（,K,d,）：,(,一,),分配层析,分配可在互不相溶的液相,-,液相系统、固相,-,液相间或气相,-,液相间发生。,固定相可以是固相、液相或固,-,液混合相,(,半液体,),；流动相可以是液相或气相,它充满于固定相的空隙中,并能流过固定相。,层析法分离氨基酸混合物,其先决条件是各种氨基酸成分的分配系数要有差别,一般差别越大，越容易分开。,逆流分布,(,分离柱中两相反向流动并相互接触，,countercurrent distribution,),的方法作为分配层析原理：,(,一,),分配层析,逆流分布方法的基本原理,(一)分配层析法的一般原理,填充物或支持剂,:,一些具有亲水性的不溶物质,如纤维素、淀粉、硅胶等。,支持剂吸附着一层不会流动的结合水,可以看作固定相,沿固定相流过的与它不互溶的溶剂,(,如苯酚、正丁醇等,),是流动相,分布曲线,离子交换层析，,基于氨基酸电荷行为的层析方法，填充购物为离子交换树脂。,离子交换树脂：,有酸性或碱性基团的人工合成聚苯乙烯,-,苯二乙烯等不溶性高分子化合物，一般都制成球形颗粒。,阳离子交换树脂含酸性基团，如,-SO,3,H,(,强酸型,),或,-COOH,(,弱酸型,),可解离出,H,+,，当酸性溶液含氨基酸阳离子时，它们可以和,H,+,发生交换“结合”在树脂上；阴离子交换树脂含有的碱性基团，如,-N,(,CH,3,),3,OH,(,强碱型,),或,-NH,3,OH,(,弱碱型,),可解离出,OH,-,离子，能和溶液里的阴离子发生交换而结合在树脂上。,(,二,),离子交换层析,Cation Exchange Media Structure Anion Exchange Media Structure,Strongly acidic,polystyrene resin(Dowex50),Weakly acidic,carboxymethyl(CM)cellulose,Weakly acidic,chelating,polystyrene resin,(Chelex100),Strongly basic,polystyrene resin(Dowex1),Weakly basic,diethylaminoethyl(DEAE),cellulose,几种离子交换树脂,Operation of a cation exchange column,separating a mixture of Asp,Ser,and Lys.(a)The cation exchange resin in the beginning,Na form.(b)A mixture of Asp,Ser,and Lys is added to the column containing the resin.(c)A gradient of the eluting salt(e.g.,NaCl)is added to the column.Asp,the least positively charged amino acid,is eluted first.(d)As the salt concentration increases,Ser is eluted.(e)As the salt concentration is increased further,Lys,the most positively charged of the three amino acids,is eluted last,离子交换树脂分离氨基酸的一般过程,以,Asp,、,Ser,和,Lys,为例：,1.,掌握氨基酸的一般结构和氨基酸的分类；,2.,掌握氨基酸的酸碱性质和等电点的计算方法；,3.,熟悉氨基酸的常见化学反应的应用价值；,4.,熟悉分离和分析氨基酸的常用方法。,机会总是给准备最充分的人留着的！,基本要求：,作业：第,1,、,5,、,10,题,