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1、第3章 氨基酸和蛋白质一、教学大纲基本要求氨基酸的结构特点和构型、物理和化学性质以及氨基酸的分离和分析。肽和肽键的结构和性质以及生物学功能。蛋白质的结构层次，一级结构测定，一级结构与生物功能。蛋白质二级结构，肽链的构象，二级结构的基本类型，超二级结构与结构域和纤维状蛋白质。一级结构决定高级结构，维持三级结构的作用力，球状蛋白质的结构域和三级结构的功能，蛋白质四级结构与功能与功能，免疫球蛋白的结构与功能。蛋白质两性性质及应用，胶体性质与蛋白质沉淀，蛋白质的变性，分离纯化蛋白质的主要方法。二、本章知识要点（一）氨基酸1蛋白质的组成蛋白质是由20种基本氨基酸组成的。用酸、碱或蛋白酶可以分别将蛋白质水
2、解，生成游离的氨基酸。2氨基酸的结构与分类常见的蛋白质氨基酸（基本氨基酸）有20种，是构成蛋白质的结构单元。20种基本氨基酸中，有19种氨基酸是a氨基酸，即与羧基相邻的a碳原子上都有一个氨基。脯氨酸是亚氨基酸。各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同，根据R基团结构的不同，可以将20种氨基酸分为脂肪族、芳香族和杂环族3类。按照R基团的极性性质，又可以将20种氨基酸分为4类：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R基氨基酸，带负电荷的R基氨基酸。氨基酸侧链R基的性质决定了蛋白质的结构特点、性质和功能。不常见的蛋白质氨基酸有10多种，在蛋白质中由基本氨基酸经过修饰生成的。3氨基酸的两性性
3、质在结晶状态或在水溶液中，氨基酸主要以两性离子形式存在。a羧基pK1在2.0左右，当pH3.5，a羧基主要以COO-形式存在。a氨基pK2在9.4左右，当pH3.5，a羧基主要以COO-形式存在。a氨基pK2在9.4左右，当pH8.0时，a氨基主要以aNH+3形式存在。氨基酸在pH3.58.0时，带有相反电荷，是两性离子。在溶液中，氨基酸带有的电荷性质和电荷量随溶液pH值变化而变化。甘氨酸溶点232，比相应的乙酸（16.5）和乙胺（80.5）都高，可推测氨基酸在晶体状态是以两性离子形式存在的。6氨基酸的化学反应DNSCL（丹磺酰氯）反应：在弱碱性溶液中，氨基酸的氨基可以与丹磺酰氯（5二甲基氨基
4、萘1磺酰氯）发生酰基化反应，生成DNS氨基酸。此反应可以标记多肽链N末端氨基酸，用于测定多肽和蛋白质的N末端氨基酸。Sanger反应：在弱碱性溶液中，氨基酸的氨基与2，4二硝基氟苯(DNFB或FDNB)发生亲核芳香取代反应，生成二硝基苯基氨基酸。此反应可以用来分析多肽的N末端氨基酸。Edman反应：在弱碱性条件下，a氨基酸与苯异硫氰酸酯（PITC）反应，生成苯氨基硫甲酰衍生物（PTC氨基酸）。PTC氨基酸可以环化，生成苯乙内酰硫脲衍生物（PTH氨基酸），用层析法可以分离鉴定PTH氨基酸。用此方法可以分析多肽链N末端的氨基酸序列。茚三酮反应：在弱酸性条件下，a氨基酸与茚三酮共热，发生氨基氧化脱氨
5、和脱羧反应，生成紫色化合物，最大吸收波长max是570nm。脯氨酸与茚三酮反应，生成亮黄色化合物，最大吸收波长max是440nm。 此反应可以用于氨基酸含量的分析。氨基与酰化试剂反应 酰化试剂有苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、对甲苯磺酰氯，以及5二甲基氨基萘1磺酰氯（丹磺酰氯DNS-Cl）。氨基与烷基化试剂反应 羧基中的氮是一个亲核中心，能发生亲核取代反应。生成西佛碱的反应（Schiff） 氨基酸的氨基与醛类反应，生成西佛碱，西佛碱是很多酶促反应中的中间产物，例如转氨基反应的中间产物。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，重要的甲基化剂是S腺苷甲硫氨酸（
6、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。羧基参加的反应 羧基与碱反应生成盐，与醇反应生成酯。羧基与二氯亚砜或五氯化磷反应生成酰氯，使羧基活化，可以用于多肽的人工合成。7氨基酸的光学性质氨基酸的a碳是一个不对称碳（甘氨除外）原子，氨基酸有D型和L型两种构型。蛋白质中的氨基酸都是L型，有些抗生素或微生物的细胞壁中有D型氨基酸。外消旋作用：混合等摩尔的D型和L型氨基酸，可以得到无旋光性的DL消旋物。内消旋作用：一个D型半胱氨酸和一个L型半胱氨酸，氧化生成内消旋胱氨酸。色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸可以吸收紫外光。蛋白质分
7、子在280nm有最大紫外光吸收，是因为蛋白质分子中含有这3种氨基酸残基。8氨基酸的分离和分析用纸层析、薄层层析、电泳、阳离子交换层析等方法可以分离氨基酸混合物。阳离子交换层析法：用含Na的缓冲液将阳离子交换树脂处理成钠盐，且pH值在2左右。将游离氨基酸的混合溶液（pH23）加入柱中，此时氨基酸都以阳离子形式存在，与树脂上的钠离子交换，被固定在树脂上。逐步提高洗脱液的pH值，减小氨基酸带有的正电荷量；同时逐步提高洗脱液的盐浓度，减小氨基酸与树脂的作用力，可以将固定在树脂上的氨基酸以不同的速度洗脱下来。被分离的氨基酸与茚三酮发生显色反应，根据衍生物对光吸收的强弱，可以定量分析各种氨基酸。氨基酸与离
8、子交换树脂的作用力主要有：静电吸引力和氨基酸侧链与树脂基质(聚苯乙烯)的疏水作用力。静电吸引力的大小直接与氨基酸的等电点有关，静电吸引力的大小顺序是：碱性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸。在等电点比较接近的氨基酸中，R侧链残基的疏水性越高，与树脂基质作用力越大，在层析柱中的停留时间（保留时间）越长。 （二）肽1肽和肽键的结构肽是由一个氨基酸的a羧基与另一个氨基酸的a氨基脱水缩合而成的化合物，氨基酸间脱水后生成的共价键称肽键（酰氨键），其中的氨基酸单位称氨基酸残基。由两个氨基酸缩合而成的肽称为2肽，少于10个氨基酸残基的肽称为寡肽，多于10个氨基酸残基的肽称为多肽。肽链上的各个侧链由不同的氨基酸侧链构
9、成。肽键的结构特点：酰胺氮上的孤对电子与相邻羰基之间的共振作用，稳定性高。肽键亚氨基在pH014内不解离，个原子几乎处在同一平面内。2肽的化学性质肽的羧基、氨基和侧链R基上的活性基团都能发生与游离氨基酸相似的反应。 含有肽键结构的化合物都会发生双缩脲反应，可用于定量分析。肽与双缩脲反应生成紫色或蓝紫色化合物，这是肽和蛋白质特有的反应，游离氨基酸无此反应。 3.生物活性肽生物体内有很多具有生物活性的多肽和寡肽，称活性肽。活性肽在生物的生长、发育、细胞分化、大脑功能、免疫、生殖、衰老、病变等过程中起重要作用。活性肽是细胞内部、细胞间、器官间信息传递的主要化学信使，很多激素、抗生素都属于肽类或肽衍生
10、物。（三）蛋白质一级结构1蛋白质的结构层次 一级结构：蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序（含二硫键）。二级结构：多肽链中各个肽段借助氢键形成有规则的构象。主要有螺旋、折叠和转角。超二级结构：由两个或两个以上二级结构单元相互聚集，形成的有规则的二级结构的组合体。例如、等结构。结构域：多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成三级结构的局部折叠区。结构域是蛋白质的独立折叠单位，一般由100200个氨基酸残基构成。三级结构：多肽链借助各种非共价键的作用力，通过弯曲、折叠，形成具有一定走向的紧密球状构象。球状构象的比表面积最低，使蛋白质与周围环境的相互作用力最小。四级结构：寡聚蛋白中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式。2蛋白质一级结构测定蛋白质测序的基本策略：用两种以上不同的裂解方法裂解蛋白质，产生两套切点不同的肽段。分离、纯化每一个肽段，分别测定每一个肽段的氨基酸序列，用重叠法拼接出一条完整的肽链。 主要步骤：A.根据蛋白质末端分析结果和相对分子质量，确定蛋白质分子中多肽链的数目。B.如果蛋白质是寡聚蛋白，用变性剂（如8.0mol/L尿素）拆分蛋白质亚基。C.断开多肽链内的二硫键。D.分析每一条多肽链的氨基酸组成，计算多肽链中氨基酸残基的数目。E.分析N末端和C末端氨基酸，确定
