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1、 氨基酸结构与分类 氨基酸的酸碱特性 氨基酸特征反应 肽-蛋白质一级结构胶原蛋白的强度分别由三股相同肽链的紧密螺旋结构所提供，肽链之间的绞合则是通过各股中每隔3个残基的Gly连接形成的End-on view of the triple-stranded collagen superhelix氨基酸与肽15-1The light produced by fireflies is the result of a reaction involving the protein luciferin and ATP, catalyzed by the enzyme luciferase. 蛋白质功能的多样
2、性Erythrocytes contain large amounts of the oxygen-transporting protein hemoglobin.The chemical properties of black rhinoceros horn are no different from those of bovine hooves or human fingernails, which are mainly protein keratin.219 differentR-groups: - Structure - Size - Polarity - Ionization - H
3、ydropathygeneral structure2 marking-methods5-2g- 含有氨基与羧基 - -AA (Pro例外)- 20种有遗传密码 - 常见/标准AA- 可依据侧链(R-)结构分类pKa 1.82.5pKa 8.710.71. 氨基酸结构与分类 (Amino Acid, AA)3t5-120种标准氨基酸可以按其侧链分类 (cf. Tab. 2-1)EAA5Ala, Val, Leu, Ile非极性侧链，不带电荷，疏水性，多在蛋白质内部Gly非极性，R=H，适应多种构象，多见于肽链转折处Met侧链含有非极性的甲硫醚P3-9 非极性脂肪族AA (cf. Fig. 2-
4、1)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸蛋氨酸异亮氨酸 亦为C*，故有别构异构体之分侧链的高度疏水性互作对建立及维持蛋白质3D结构非常重要6Phe疏水侧链Tyr-OH可以形成H键，是某些酶的功能基团，磷酰基可转移到-OH上Trp吲哚N可作为H键供体Trp & Tyr 能吸收 UV (TrpTyr, Phe to a lesser extent)，是为大多数蛋白质在 280 nm具有很强光吸收的主要原因P3-10 芳香族AA苯丙氨酸酪氨酸色氨酸75-6Tyr和Trp的紫外吸收(Phe的最大吸收在260 nm)pH 6.0浓度10-3 M(cf. Fig. 2-7)8Ser, Thr (C*)极性-OH 可与
5、水形成H键，磷酰基和糖链亦可转移到 -OH上Cys极性来自其-SH，其氧化可形成S-S连接的胱氨酸二聚体二硫键/桥在确定蛋白质 结构中具有重要作用P3-11半胱氨酸苏氨酸丝氨酸 极性不带电荷AA (1)glycosidic bond(cf. Fig. 2-2)9二硫键的可逆形成与裂解胰岛素多肽链链内及链间的二硫键交连P3-12insulinA链：猪、狗、兔和抹香 鲸的均与人的相同B链：牛、猪、狗、羊和 马的均相同胱氨酸(meso-)10Pro (a pyrrole)环绕2胺和C连键的旋转受到一定限制，使肽链中含有Pro 区段的结构柔曲性受到相应的影响多见于肽链转折处Asn, Gln分别为Asp
6、和Glu的酰胺酰胺的-NH2可作为H键供体，-C=O则可作为H键受体多在蛋白分子表面与水互作-CH2-CAsn or Gln: serves as H-acceptor ONserve as H-donor H H P3-13 极性不带电荷AA (2)脯氨酸天冬酰胺谷氨酰胺(cf. Fig. 2-2)11Lys侧链位的第二个1胺在中性 pH条件下带正电荷dgbArg胍基在中性pH条件下带正电荷；具有很强的氢键供体作用His唯一的一个侧链pKa值接近于中性 pH的标准AA多见于酶的活性部位，其咪唑环可 在质子化与去质子化之间转换， 以催化反应键的形成和断裂P3-14 带正电荷AA (碱性)赖氨酸
7、组氨酸精氨酸H-donor groups of ArgCNHNHHNHHguanidino (cf. Fig. 2-3)12-CH2-CProtonatedform of Asp or Glu: can serve as H-acceptor OO-CH2-COOcan serve as H-donor H Ionizedform of Asp or Glu: can serve as H-acceptor Asp, Glu侧链的第二个羧基在中性pH条件下可解离而带负电荷， 具有H键受体作用P3-15 带负电荷AA (酸性)天冬氨酸谷氨酸(cf. Fig. 2-2)13CH+NH3 RCOO
8、CHNH2 RCOO CH+NH3 RCOOH+ H+ + H+ Amino acid dissolved in water exists as dipolar ion = zwitterion即可作为H+供体(酸)也可作为 H+受体(碱) AA的两性解离 (cf. p20)质子(proton)AA兼性离子(MP300)2. 氨基酸的酸碱特性(cf. Fig. 2-8)14Z-p9只有单氨基和单羧基的简单-AA在完全质子化时可视为二元酸：可逐步给出2H+- H+ - H+ Net charge: + 10- 1diprotic acid不存在这样一种pH，此时COOH和NH2都占优势pKa 1
9、.82.5pKa 8.710.7(cf. Fig. 2-8)155-10 氨基酸滴定(二元酸型)各阶段优势离子最大缓冲区等电点isoelectric point(充分离子化但不带净电荷)pI = (pKn + pKn+1)+H3N-CH2-COOH+H3N-CH2-COO = 1H+ donorH+ acceptorH+ donorH+ acceptor+H3N-CH2-COOH2N-CH2-COO = 1A+ A0 A 加入碱的物质量/mol (cf. Fig. 2-9)16由二元酸型简单AA滴定可得如下推论：- AA通常具有两个缓冲区(三元酸型例外)- AA的(平均)净电荷与溶液的pH有关
10、- 在生理pH时AA大多为兼性离子- 在pI时因净电荷为零，AA溶解度最小 而容易沉淀析出(eg. pIGlu = 3.22)- 各功能基团的pKa在很大程度上受其 所处化学环境的影响(cf. next slide)175-11 化学环境对pKa的影响(cf. p22)类似的互作亦广泛存在于临近分子的化学基团之间(例如酶的活性中心) 相斥相吸羧基解离H+后两基团相吸而使兼性离子更加稳定H+继续降低时，电负性O对e的吸引将使质子化氨基更容易释出H+185-12a (Ref.)A+ A0 A A2 pI = 3.22 谷氨酸滴定(三元酸型)pI 等于兼性离子两侧的pKa平均值(cf. Fig. 2
11、-10)195-12b (Ref.)A+ A2+ A0 A 组氨酸滴定(三元酸型)pI = 7.59pI 等于兼性离子两侧的pKa平均值Hb中His含量较高：本身即具有较大的缓冲能力(cf. Fig. 2-10)20- 茚三酮反应Ninhydrin在弱酸溶液中与AA共热可使 所有带伯氨基的AA氧化脱氨脱羧并生成 蓝紫色化合物(Pro生成亮黄色)- 2,4-二硝基氟苯反应DNFB在弱碱性溶液中可与AA 发生亲核芳环取代反应，生成 黄色二硝基苯基氨基酸DNP-AA- 丹磺酰氯反应DNS-Cl在弱碱性溶液中可使AA酰基化 生成强荧光性的丹磺酰衍生物DNS-AA- 苯异硫氰酸酯反应PITC在弱碱性条件
12、下能与AA反应 生成无色的苯乙内酰硫脲衍生物 PTH-AA均为-NH2烃基化(Sanger)(Edman)3. 氨基酸特征反应21 茚三酮反应(检测精度可达0.550g)= -氨基与羧基共同参与 的氧化脱氨和脱羧反应- Pro与之反应时不释出 NH3而直接生成亮黄色 化合物pH 51004-10 (Garrett)(cf. Fig. 2-13)22DNP-AADNFB/FDNBDNS-ClDNS-AAPITCPTH-AAPTC-AA -NH2的烃基化反应对酸水解稳定(vs.肽键)(cf. Fig. 2-27)23ureabiuretZp122Cu2+ OH紫红/蓝紫色化合物- 双缩脲由两分子尿
13、素加热至180时缩合而成，在碱性 溶液中能与CuSO4反应生成紫色络合物- 蛋白质中的肽键与之类似，也能经由该反应变为红紫色- 双缩脲反应既可用于蛋白质的定性鉴定，也可经540nm 比色定量测定(revising with Kjeldahl method) 双缩脲反应(含2个及更多肽键的化合物) 蛋白质颜色反应蛋白质中的一些基团能与某些特定的试剂反应而生成有色物质，可用作定性及定量检测依据自学cyanuramide24 黄色反应(苯环可被硝化生成硝基苯衍生物)- 含有芳香族AA (esp. Tyr & Trp)的蛋白质在溶液中 遇到硝酸时可产生白色沉淀，加热后变黄，再加碱 则颜色加深为橙黄色-
14、 皮肤、毛发、指甲遇浓硝酸都会变黄 米伦反应(酚类化合物)- 米伦试剂是硝酸汞、亚硝酸汞硝酸和亚硝酸的混合物- 蛋白质加入米伦试剂可产生白色沉淀，加热后变红- Tyr及含该AA的化合物都有此反应自学25 乙醛酸反应(含吲哚基的化合物)在含Trp的蛋白溶液中加入乙醛酸后再沿试管壁慢慢注入浓硫酸，两液层之间会出现紫色环 坂口反应(含胍基的化合物)Arg的胍基能与次氯酸钠/次溴酸钠及萘酚在NaOH溶液中产生红色物质，可用于鉴定含Arg的蛋白质及定量测定Arg 福林反应(Folin-酚法)- Tyr的酚基能还原福林试剂中的磷钼酸及磷钨酸 而生成蓝色化合物- 为双缩脲反应的发展，灵敏度更高自学265-1
15、3g 肽是经由肽键连接的氨基酸聚合链反应本质为脱水缩合( acylation of :NH2)peptide bondt1/2 usu. 7yr (higher G0)Unfavorable:OH being poor leaving group4. 肽 - 蛋白质一级结构as a nucleophile (cf. p27)27A peptide of 5 AA residues“N-terminus”“C-terminus”Ser-Gly-Tyr-Ala-LeuP4-8Whats the peptide without both free N- & C-terminus?(cf. Fig.
16、2-14)28Ionization of peptidesPeptides have only one free amino group and one free carboxyl group at either end of the chain.R-groups can ionize, and contributeto the acid-base behavior of thepeptide.But, interactions with other R-groupsand loss of the charges from the AAs-amino and -carboxyl groups canaffect R-group pKa.P4-10R侧链的离子特性对蛋白质3D构象影响很大：非末端AA的氨基和羧基均因形成肽键而失去(其影响) 肽的离子化行为取决于其侧链组成 ( a bigger AA, cf. p28)pKa 3.2, but 2.18for free LyspKa 8.5, but 9.69for free Ala29A source for the determinat
