第一節(jié) 蛋白質(zhì)概論
蛋白質(zhì)是所有生物中非常重要的結(jié)構(gòu)分子和功能分子，幾乎所有的生命現(xiàn)象和生物功能都是蛋白質(zhì)作用的結(jié)果，因此，蛋白質(zhì)是現(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是基因工程，蛋白質(zhì)工程、酶工程等研究的重點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。
一、 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類
1、 元素組成
碳 50%  氫7%    氧23%   氮16%    硫 0-3%    微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬
凱氏定氮：平均含氮16%，粗蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.25
2、 氨基酸組成
從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，蛋白質(zhì)是由20種L-型α氨基酸組成的長(zhǎng)鏈分子。
3、 分類
（1）、 按組成：
簡(jiǎn)單蛋白：完全由氨基酸組成
結(jié)合蛋白：除蛋白外還有非蛋白成分（輔基）
詳細(xì)分類，P 75 表 3-1，表 3-2。（注意輔基的組成）。
（2）、 按分子外形的對(duì)稱程度：
球狀蛋白質(zhì)：分子對(duì)稱，外形接近球狀，溶解度好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬此類。
纖維狀蛋白質(zhì)：對(duì)稱性差，分子類似細(xì)棒或纖維狀。
（3）、 功能分：
酶、運(yùn)輸?shù)鞍�、營(yíng)養(yǎng)和貯存蛋白、激素、受體蛋白、運(yùn)動(dòng)蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白、防御蛋白。
4、 蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布
          含量(干重)  微生物     50-80%
                       人 體    45%
                    一般細(xì)胞    50%
              種類  大腸桿菌    3000種
                       人體     10萬種
                     生物界     1010-1012

二、 蛋白質(zhì)分子大小與分子量
蛋白質(zhì)是由20種基本aa組成的多聚物，aa數(shù)目由幾個(gè)到成百上千個(gè)，分子量從幾千到幾千萬。一般情況下，少于50個(gè)aa的低分子量aa多聚物稱為肽，寡肽或生物活性肽，有時(shí)也罕稱多肽。多于50個(gè)aa的稱為蛋白質(zhì)。但有時(shí)也把含有一條肽鏈的蛋白質(zhì)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤Q為多肽。此時(shí)，多肽一詞著重于結(jié)構(gòu)意義，而蛋白質(zhì)原則強(qiáng)調(diào)了其功能意義。

P 76 表3-3    （注意：?jiǎn)误w蛋白、寡聚蛋白；殘基數(shù)、肽鏈數(shù)。）

蛋白質(zhì)分子量= aa數(shù)目*110
對(duì)于任一給定的蛋白質(zhì)，它的所有分子在氨基酸組成、順序、肽鏈長(zhǎng)度、分子量等方面都是相同的，均一性。
三、 蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次
蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾連接而成的共價(jià)多肽鏈，每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象。

P77 圖3-1，蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象示意圖。

一級(jí)結(jié)構(gòu)    氨基酸順序
二級(jí)結(jié)構(gòu)   α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲
三級(jí)結(jié)構(gòu)   α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角、松散肽段
四級(jí)結(jié)構(gòu)   多亞基聚集
四、 蛋白質(zhì)功能的多樣性
細(xì)胞中含量最豐實(shí)、功能最多的生物大分子。
1． 酶
2． 結(jié)構(gòu)成分（結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白）
3． 貯藏（卵清蛋白、種子蛋白）
4． 物質(zhì)運(yùn)輸（血紅蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖運(yùn)輸載體、脂蛋白、電子傳遞體）
5． 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（肌肉收縮的肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白）
6． 激素功能（胰島素）
7． 防御（抗體、皮膚的角蛋白、血凝蛋白）
8． 接受、傳遞信息（受體蛋白，味覺蛋白）
9． 調(diào)節(jié)、控制細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、和遺傳信息的表達(dá)（組蛋白、阻遏蛋白）
第二節(jié) 氨基酸
一、 蛋白質(zhì)的水解(見P79)
氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。在酸、堿、蛋白酶的作用下，可以被水解成氨基酸單體。
酸水解：色氨酸破壞，天冬酰胺、谷胺酰胺脫酰胺基
堿水解：消旋，色氨酸穩(wěn)定
酶水解：水解位點(diǎn)特異，用于一級(jí)結(jié)構(gòu)分析，肽譜氨基酸的功能：
（1）、 組成蛋白質(zhì)
（2）、 一些aa及其衍生物充當(dāng)化學(xué)信號(hào)分子
g-amino butyric acid (g-氨基丁酸)、Serotonic(5-羥色胺，血清緊張素)、melatonin(褪黑激素，N-乙酰-甲氧基色胺)，都是神經(jīng)遞質(zhì)，后二者是色氨酸衍生物(神經(jīng)遞質(zhì)是一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的影響第二個(gè)神經(jīng)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞功能的物質(zhì))。
Thyroxine(甲狀腺素，動(dòng)物甲狀腺thyroid gland產(chǎn)生的Tyr衍生物)和吲乙酸(植物中的Trp衍生物)都是激素(激素就是一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)其它細(xì)胞的功能的化學(xué)信號(hào)分子)。
（3）、 氨基酸是許多含N分子的前體物
核苷酸和核酸的含氮堿基、血紅素、葉綠素的合成都需要aa
（4）、 一些基本氨基酸和非基本aa是代謝中間物
精氨酸、Citrulline(瓜氨酸)、Ornithine(鳥氨酸)是尿素循不(Urea cycle)的中間物，含氮廢物在脊椎動(dòng)物肝臟中合成尿素是排除它們的一種重要機(jī)制。
三、 氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類
1809年發(fā)現(xiàn)Asp，1938年發(fā)Thr，目前已發(fā)現(xiàn)180多種。但是組成蛋白質(zhì)的aa常見的有20種，稱為基本氨基酸（編碼的蛋白質(zhì)氨基酸），還有一些稱為稀有氨基酸，是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。此外還有存在于生物體內(nèi)但不組成蛋白質(zhì)的非蛋白質(zhì)氨基酸(約150種)。
（一） 編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（20種）
也稱基本氨基酸或標(biāo)準(zhǔn)氨基酸，有對(duì)應(yīng)的遺傳密碼。
近年發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽過氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有證據(jù)表明此氨基酸由終止密碼UGA編碼，可能是第21種蛋白質(zhì)氨基酸。

結(jié)構(gòu)通式：
不變部分，可變部分。L-型，羧酸的α-碳上接-NH2，，所以都是L-α-氨基酸。
α-氨基酸都是白色晶體，熔點(diǎn)一般在200℃以上。
除胱氨酸和酪氨酸外都能溶于水，脯氨酸和羥脯氨酸還能溶于乙醇和乙醚。

表  20種氨基酸結(jié)構(gòu)
1、 按照R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分（蛋白質(zhì)工程的同源替代）：
（1）、 R為脂肪烴基的氨基酸（5種）
Gly、Ala、Val、Leu、Ile、
圖3-2

R基均為中性烷基（Gly為H），R基對(duì)分子酸堿性影響很小，它們幾乎有相同的等電點(diǎn)。（6 .0±0.03）

P 92 表 3-7   （比較等電點(diǎn)。）

Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。
從Gly至Ile，R基團(tuán)疏水性增加，Ile 是這20 種a.a 中脂溶性最強(qiáng)的之一（除Phe 2.5、Trp3.4 、Tyr 2.3以外）。
（2）、 R中含有羥基和硫的氨基酸（共4種）
含羥基的有兩種：Ser和Thr。
圖3-3

Ser的-CH2 OH基（pKa=15），在生理?xiàng)l件下不解離，但它是一個(gè)極性基團(tuán)，能與其它基團(tuán)形成氫鍵，具有重要的生理意義。在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基存在。
Thr 中的-OH是仲醇，具有親水性，但此-OH形成氫鍵的能力較弱，因此，在蛋白質(zhì)活性中心中很少出現(xiàn)。
Ser和Thr的-OH往往與糖鏈相連，形成糖蛋白。
含硫的兩種：Cys、Met
圖3-4

Cys中R含巰基（-SH），Cys 具有兩個(gè)重要性質(zhì)：
（1）在較高pH值條件，巰基離解。
（2）兩個(gè)Cys的巰基氧化生成二硫鍵，生成胱氨酸。
Cys—s—s—Cys
二硫鍵在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中具有重要意義。
Cys還常常出現(xiàn)在酶的活性中心。
Met的R中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有親核性，易發(fā)生極化，因此，Met是一種重要的甲基供體。
u Cys與結(jié)石
在細(xì)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)是一種遺傳病，由于胱氨酸的跨膜運(yùn)輸缺陷導(dǎo)致大量的胱氨酸排泄到尿中。胱氨酸在腎(Kidney)、輸尿管(ureter)、膀胱(urinary bladder)中結(jié)晶形成結(jié)石(Calculus, calculi)，結(jié)石會(huì)導(dǎo)致疼疼、發(fā)炎甚至尿血。
大量服用青霉胺(Penicillcemine)能降低腎中胱氨的含量，因?yàn)榍嗝拱放c半胱氨酸形成的化合物比胱氨酸易溶解。
青霉胺的結(jié)構(gòu)
（3）、 R中含有酰胺基團(tuán)（2種）
Asn、Gln
圖3-5

酰胺基中氨基易發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)在生物合成和代謝中有重要意義
（4）、 R中含有酸性基團(tuán)（2種）
Asp、Glu，一般稱酸性氨基酸
圖3-6

Asp側(cè)鏈羧基pKa（β-COOH）為3.86，Glu側(cè)鏈羧基pKa（γ-COOH）為4.25
它們是在生理?xiàng)l件下帶有負(fù)電荷的僅有的兩個(gè) 氨基酸。
（5）、 R中含堿性基團(tuán)（3種）
Lys、Arg、His，一般稱堿性氨基酸
圖3-7

Lys的R側(cè)鏈上含有一個(gè)氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為10.53。生理?xiàng)l件下，Lys側(cè)鏈帶有一個(gè)正電荷（—NH3+），同時(shí)它的側(cè)鏈有4個(gè)C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。（如肽聚糖的短肽間的連接）
Arg是堿性最強(qiáng)的氨基酸，側(cè)鏈上的胍基是已知堿性最強(qiáng)的有機(jī)堿，pKa值為12.48，生理?xiàng)l件下完全質(zhì)子化。
His含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為6.00，后者為7.35，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡。它是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。
His含咪唑環(huán)，一側(cè)去質(zhì)子化和另一側(cè)質(zhì)子化同步進(jìn)行，因而在酶的酸堿催化機(jī)制中起重要作用。
（6）、 R中含有芳基的氨基酸（3種）
Phe、Try、Trp
圖3-8
都具有共軛π電子體系,易與其它缺電子體系或π電子體系形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物( charge-transfer  complex)或電子重疊復(fù)合物。在受體—底物、或分子相互識(shí)別過程中具有重要作用。
這三種氨基酸在紫外區(qū)有特殊吸收峰，蛋白質(zhì)的紫外吸收主要來自這三種氨基酸，在280nm處，Trp＞Tyr＞Phe。
Phe疏水性最強(qiáng).。
酪氨酸的-OH磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Tyr在較高pH值時(shí)，酚羥基離解。
Trp有復(fù)雜的π共軛休系，比Phe和Tyr更易形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物。
（7）、 R為環(huán)狀的氨基酸（1種）
Pro，有時(shí)也把His、Trp歸入此類。
圖3-9

Pro是唯一的一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氨基酸，它的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段α-螺旋之間的轉(zhuǎn)角處，Pro殘基所在的位置必然發(fā)生骨架方向的變化，
u 必需氨基酸：
成年人：Leu、Ile、Val、Thr、Met、Trp、Lys、Phe
嬰兒期：Arg和His供給不足，屬半必須氨基酸。
必須氨基酸在人體內(nèi)不能合成，是由于人體內(nèi)不能合成這些氨基酸的碳架（α-酮酸）
2、 按照R基的極性性質(zhì)(能否與水形成氫鍵)20種基本aa，可以分為4類：
側(cè)鏈極性(疏水性程度)
Gly 0 Ser -0.3 Glu -2.5 Lys -3.0
Ala 0.5 Asn -0.2 Asp -2.5 Arg -3.0
Met 1.3 Gln -0.2   His 0.5
Pro 1.4 Thr 0.4   
Val 1.5 Cys 1.0   
Leu 1.8 Tyr 2.3   
Ile 1.8     
Phe 2.5     
Trp 3.4     
（1）、 非極性氨基酸
9種，包括：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、甲硫氨酸氨酸、脯氨酸，這類氨基酸的R基都是疏水性的，在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用。
（2）、 不帶電何的極性氨基酸
6種，絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺。這類氨基酸的側(cè)鏈都能與水形成氫鍵，因此很容易溶于水。
酪氨酸的-OH磷酸化是一個(gè)十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Ser和Thr的-OH往往與糖鏈相連，Asn和Gln的-NH2很容易形成氫鍵，因此能增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。
（3）、 帶負(fù)電荷的aa(酸性aa)
2種，在pH6~7時(shí)，谷氨酸和天冬氨酸的第二個(gè)羧基解離，因此，帶負(fù)電何。
（4）、 帶正電何的aa(堿性aa)
3種，Arg、Lys、His。在pH7時(shí)帶凈正電荷。
當(dāng)膠原蛋白中的Lys側(cè)鏈氧化時(shí)能形成很強(qiáng)的分子間(內(nèi))交聯(lián)。Arg的胚基堿性很強(qiáng)，與NaOH相當(dāng)。His是一個(gè)弱堿，在pH7時(shí)約10%質(zhì)子化，是天然的緩沖劑，它往往存在于許多酶的活性中心。
酶的活性中心：His、Ser、Cys
非極性aa一般位于蛋白質(zhì)的疏水核心，帶電荷的aa和極性aa位于表面。
（二） 非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸
也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。
Prothrombin(凝血酶原)中含有g(shù)-羧基谷氨酸，能結(jié)合Ca2+。
結(jié)締組織中最豐富的蛋白質(zhì)膠原蛋白含有大量4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸。
圖3-10  修飾aa的結(jié)構(gòu)

（1）4-羥脯氨酸      

（2）5-羥賴氨酸     
這兩種氨基酸主要存在于結(jié)締組織的纖維狀蛋白（如膠原蛋白）中。

（3）6-N-甲基賴氨酸（存在于肌球蛋白中）    

(4)г-羧基谷氨酸                  
存在于凝血酶原及某些具有結(jié)合Ca2+離子功能的蛋白質(zhì)中。

（5）Tyr的衍生物： 3.5 -二碘酪氨酸、甲狀腺素 （甲狀腺蛋白中）
（6）鎖鏈素由4個(gè)Lys組成（彈性蛋白中）。
（三） 非蛋白質(zhì)氨基酸
除參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸外，生物體內(nèi)存在大量的氨基酸中間代謝產(chǎn)物，它們不是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，但在生物體內(nèi)具有很多生物學(xué)功能，如尿素循環(huán)中的L-瓜氨酸和L-鳥氨酸。
（1）L-型α –氨基酸的衍生物
L-瓜氨酸
圖

L-鳥氨酸
圖
（2）D-型氨基酸
D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）
（3）β-、γ-、δ-氨基酸
β-Ala（泛素的前體）、γ-氨基丁酸（神經(jīng)遞質(zhì)）。
四、 氨基酸的構(gòu)型、旋光性和光吸收
1、 氨基酸的構(gòu)型
除Gly外，19種氨基酸的α-碳原子都是不對(duì)稱碳原子，因此有兩種光學(xué)異構(gòu)體，而Thr和Ile的β-碳原子也是不對(duì)稱的，因此Thr、Ile各有兩個(gè)不對(duì)稱碳原子，有四種光學(xué)異構(gòu)體。

圖 P86   L-蘇氨酸    D-蘇氨酸    L-別一蘇    D-別-蘇

構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均屬L-型（L-蘇氨酸），大部分游離氨基酸也是L-型。
2、 旋光性
20種氨基酸中，只有Gly無手性碳。Thr、Ile各有兩個(gè)手性碳。其余17種氨基酸的L型與D型互為鏡象關(guān)系，互稱光學(xué)異構(gòu)體（對(duì)映體，或立體異構(gòu)體）。一個(gè)異構(gòu)體的溶液可使偏振光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（記為（一））。另一個(gè)異構(gòu)體可使偏振光順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（計(jì)為（+）），稱為旋光性。
光學(xué)異構(gòu)體的其它理化性質(zhì)完全相同。
外消旋物：D-型和L-型的等摩爾混合物。
L-蘇氨酸和D-蘇氨酸、L-別一蘇氨酸和D-別-蘇氨酸分別組成消旋物，而L-（D-）蘇氨酸和L-（D-）別一蘇氨酸則是非對(duì)映體。
旋光性物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)時(shí)經(jīng)過對(duì)稱的過度態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生消旋現(xiàn)象。蛋白質(zhì)在與堿共熱水解時(shí)或用一般的化學(xué)方法人工合成氨基酸時(shí)也會(huì)得到無旋光性的D-、L-消旋物。。
內(nèi)消旋物：分子內(nèi)消旋  zxtf.net.cn
胱氨酸有三種立體異構(gòu)體：L-胱氨酸、D-胱氨酸、內(nèi)消旋胱氨酸。
L-胱氨酸和D-胱氨酸是外消旋物
圖 P86

L-胱氨酸           D-胱氨酸      內(nèi)消旋胱氨酸：（分子內(nèi)部互相抵消而無旋光性）

蛋白質(zhì)中L型氨基酸的比旋光度

P 87   蛋白質(zhì)中L型氨基酸的比旋光度。

氨基酸的旋光符號(hào)和大小取決于它的R基的性質(zhì)，并與溶液的PH值有關(guān)（PH值影響氨基和羧基的解離）。
3、 氨基酸的光吸收性
20種氨基酸在可見光區(qū)域無光吸收，在遠(yuǎn)紫外區(qū)（〈220nm〉均有光吸收，在近紫外區(qū)（220-300nm）只有Tyr、Phe、Trp有吸收。
Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm紫外區(qū)有吸收。
λ（nm）    ε
          Tyr     275       1.4×103
          Phe     257       2.0×102
          Trp     280       5.6×103
Lambert-Beer：

五、 氨基酸的酸堿性質(zhì)（重點(diǎn)）
1、 氨基酸在晶體和水溶液中主要以兼性離子形式存在
α-氨基酸都含有-COOH和-NH2，都是不揮發(fā)的結(jié)晶固體，熔點(diǎn)200-350℃，不溶于非極性溶劑，而易溶于水，這些性質(zhì)與典型的羧酸（R-COOH）或胺（R-NH2）明顯不同。
三個(gè)現(xiàn)象：
①晶體溶點(diǎn)高→離子晶格，不是分子晶格。
②不溶于非極性溶劑→極性分子
③介電常數(shù)高（氨基酸使水的介電常數(shù)增高，而乙醇、丙酮使水的介電常數(shù)降低。）→水溶液中的氨基酸是極性分子。
原因：α-羧基pK1在2.0左右，當(dāng)pH>3.5，α-羧基以-COO-形式存在。α-氨基pK2在9.4左右，當(dāng)pH<8.0時(shí)，α-氨基以α-NH+3形式存在。在pH3.5-8.0時(shí)，帶有相反電荷，因此氨基酸在水溶液中是以兩性離子離子形式存在。
Gly溶點(diǎn)232℃比相應(yīng)的乙酸（16.5℃）、乙胺（-80.5℃）高，可推測(cè)氨基酸在晶體狀態(tài)也是以兩性離子形式存在。
圖
2、 氨基酸的兩性解離和酸堿滴定曲線
HA         A- + H+
pH=pKa/ +Log[共軛堿]／[共軛酸]           pOH=pKb/+Log[共軛酸]／[共軛堿]
（1）pH  >  pKa/ 時(shí)，[堿]  >  [酸]
     pH  =  pKa/ 時(shí)，[堿]  =  [酸]
     pH  <  pKa/ 時(shí)， [酸]  >  [堿]
（2） pKa/  就是[堿] = [酸]時(shí)溶液的pH值，Ka/就是此時(shí)溶液的[H+]
（3）當(dāng)[堿] = [酸]時(shí)，溶液的pH值等于pKa/
（4）Gly的兩性解離和滴定曲線

圖3-14  Gly的滴定曲線
在pH2.34和pH9.60處，Gly具有緩沖能力。

滴定開始時(shí)，溶液中主要是Gly+。
起點(diǎn)：100% Gly+  凈電荷：+1
第一拐點(diǎn)：            50%Gly + ，50%Gly±  平均凈電荷：+0.5
第二拐點(diǎn)：    100%Gly±  凈電荷：0    等電點(diǎn)pI
第三拐點(diǎn)：    50%Gly± ， 50%Gly-   平均凈電荷：-0.5
終點(diǎn)：         100% Gly-   凈電荷：-1

第一拐點(diǎn)：pH=pK+lg[Gly±]/[Gly+]，pH=pK1=2.34

第二拐點(diǎn)：100%Gly±，凈電荷為0，此時(shí)的pH值稱氨基酸的等電點(diǎn)pI。

第三拐點(diǎn)：pH=pK2+lg[Gly-]/[Gly±]=pK2=9.6

Gly的等電點(diǎn)：

等電點(diǎn)時(shí)：[Gly-]=[Gly+]
等電點(diǎn)時(shí)氫離子濃度用I表示
                 I2=K1·K2      PI=1/2(pK1+pK2)

氨基酸在等電點(diǎn)狀態(tài)下，溶解度最小
pH > pI時(shí)，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動(dòng)。
pH = pI時(shí)，氨基酸凈電荷為零
pH < pI時(shí)，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-N+H3，向負(fù)極移動(dòng)。

以Gly為例
pH>2.34          正      +1.0 — +0.5
pH=2.34          正      +0.5
2.34<PH<5.97&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP; 0
5.97<PH<9.60&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP; — -0.5
        pH>9.60          負(fù)      -0.5 — -1.0
問題：
（1）pH = pKa/ 時(shí)，緩沖能力最大，等電點(diǎn)時(shí)緩沖能力最小。為什么？
（2）pI的計(jì)算（氨基酸，寡肽），等電點(diǎn)時(shí)各組分的比例分析
（3）不同pH下的組成分析和電泳行為

pH > pI時(shí)，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動(dòng)。
pH = pI時(shí)，氨基酸凈電荷為零，溶解度最小
pH < pI時(shí)，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-N+H3，向負(fù)極移動(dòng)。

（4）利用pI和pKa/確定各種氨基酸適合的酸堿緩沖范圍
（5）計(jì)算不同氨基酸水溶液的pH值
（6）繪制滴定曲線（Glu）

根據(jù)P92頁表3-7中Glu的數(shù)據(jù)（pK1α-COOH 2.19，   pK2α-N+H39.67，pKR R-COOH 4.25，pI 3.22）
①繪出滴定曲線
②指出Glu-和Glu=各一半時(shí)的pH值
③指出Glu總是帶正電荷的pH范圍
④指出Glu±和Glu-能作為緩沖液使用的pH范圍
①解：見圖
②Glu-和Glu=各50%時(shí)pH為9.67
③pH<3.22時(shí) Glu總帶正電荷
④Glu±和Glu-緩沖范圍pH4.25左右

P92  表3-7，氨基酸的表觀解離常數(shù)和等電點(diǎn)

①?gòu)谋碇校≒92）可以看出，氨基酸的α-羧基pKa在1.8-2.6間，比典型羧基的pKa（如乙酸pKa為4.76）要小很多，說明氨基酸羧基的酸性此普通羧基強(qiáng)100倍以上。主要原因是氨基酸中α-氨基對(duì)α-羧基解離的影響（場(chǎng)效應(yīng)）。
圖
②表中只有His的咪唑基側(cè)鏈在生理?xiàng)l件下不帶電荷。

在生理?xiàng)l件下，只有His有緩沖能力。
血紅蛋白中His含量高，在血液中具很強(qiáng)的緩沖能力。
六、 氨基酸的化學(xué)性質(zhì)
（一） α-NH2參加的反應(yīng)
1、 �；�反應(yīng)
①酰化試劑：芐氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、對(duì)-甲苯磺酰氯。這些�；瘎┰诙嚯暮偷鞍踪|(zhì)的人工合成中被用作氨基保護(hù)劑。

②丹磺酰氯（DNS-cl，5—二甲基氨基萘-1-磺酰氯）
DNS—cl可用于多肽鏈—NH2末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量測(cè)定。
圖
N     Gly—Ala—Ser—Leu—Phe  C  →→→→    DNS—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe  C
水解  DNS—Gly、 Ala、 Ser、 Leu、 Phe
DNS-氨基酸在紫外光激發(fā)后發(fā)黃色熒光。

③蛋白質(zhì)的合成
圖

④（生物體內(nèi)）在酶和ATP存在條件下，羧酸也可與氨基酸的氨基作用，形成�；�化產(chǎn)物。
苯甲酸與Gly的氨基的�；�化反應(yīng)是生物體內(nèi)解毒作用的一個(gè)典型的例子。
將經(jīng)過勻漿的動(dòng)物肝臟組織與Gly、苯甲酸和ATP混合保溫，從混合液中可分離出N-苯甲酸一Gly。
圖

苯甲酸是食品防腐劑，在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)變成N-苯甲酰-Gly后，可經(jīng)尿排出。
2、 烷基化反應(yīng)
α-氨基中的氮是一個(gè)親核中心，能發(fā)生親核取代反應(yīng)。
①肌氨酸是存在于生物組織中重要的組分，它是Gly甲基化的產(chǎn)物：

圖

②強(qiáng)親電的有機(jī)物能與α-NH2發(fā)生烷基化反應(yīng)。
第一次大戰(zhàn)中使用的芥子氣，它的主要作用是使氨基酸的α-氨基烷基化，從而破壞蛋白質(zhì)的正常功能。

圖

③Sanger反應(yīng)（2.4一二硝基氟苯，DNFP）

圖

二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），黃色，層析法鑒定，被Sanger用來測(cè)定多肽的NH2末端氨基酸。

④Edman反應(yīng)（苯異硫氰酸酯，PITC）

圖

苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸）   →   苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）
PTH-氨基酸，無色，可以用層析法分離鑒定。被Edman用來鑒定多肽的NH2末端氨基酸

⑤生成西佛堿的反應(yīng)（Schiff）
氨基酸的α氨基與醛類反應(yīng)，生成西佛堿。

圖

西佛堿是某些酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物（如轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的中間產(chǎn)物）。
  
⑥含硫氨基酸的烷基化反應(yīng)
硫原子也是親核中心，可發(fā)生親核取代反應(yīng)。
生物體內(nèi)，最重要的甲基化劑是S-腺苷甲硫氨酸（SAM），是由Met與ATP作用得到的S-烷基化產(chǎn)物。

圖

在酶催化下，SAM可以使多種生物分子的氨基甲基化，如磷脂酰膽堿的生物合成。
圖

S-腺嘌呤核苷-高半胱氨酸（比Cys多一個(gè)CH2）
（二） α-羧基參加的反應(yīng)
①成鹽、成酯
分別與堿、醇作用

②成酰氯的反應(yīng)（使羧基活化）
氨基被保護(hù)后，羧基可與二氯亞砜或五氯化磷反應(yīng)，生成酰氯。

圖

此反應(yīng)使氨基酸的羧基活化，易與另一個(gè)氨基酸的氨基結(jié)合，在多肽的人工合成中常用。
（三） α-NH2和α-COOH共同參加的反應(yīng)
1、 與茚三酮反應(yīng)
茚三酮在弱酸中與α-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨，脫羧反應(yīng)，最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物——氨和還原茚三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)。（λmax=570nm）

定性、定量。
（四） 側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)——用于蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾
（不作要求，只提一下，《陶慰孫》第四章）
七、 氨基酸的分離和分析
1、 電泳分離
電泳的基本原理

舉例：Glu、Leu 、His 、Lys，4種混合樣，在pH6.0時(shí)，泳動(dòng)方向及相對(duì)速度。
      Glu    Leu    His     Lys
pI    3.22    5.98    7.59    9.74

圖
2、 濾紙層析和薄層層析
分配原理
3、 離子交換層析分離氨基酸
磺酸型陽離子交換樹脂
圖

樹脂先用含Na的緩沖液處理成鈉鹽，且pH在2左右，將氨基酸混合液（pH2-3）上柱，氨基酸此時(shí)是陽離子，與樹脂上的鈉離子交換，被固定在樹脂上。
作用力：（1）靜電吸引，（2）氨基酸側(cè)鏈與樹脂基質(zhì)(聚苯乙烯)的疏水作用力
氨基酸分析儀
第三節(jié) 肽  peptide
一、 肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)
肽：是由一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物。
肽鍵：氨基酸間脫水后形成的共價(jià)鍵稱肽鍵（酰氨鍵），其中的氨基酸單位稱氨基酸殘基。
由兩個(gè)氨基酸形成的肽叫二肽，
少于10個(gè)氨基酸的肽叫寡肽，
多于10個(gè)氨基酸的肽叫多肽。

結(jié)構(gòu)：P111上   5肽

主要重復(fù)單位：

側(cè)鏈Ｒ：由不同的氨基酸殘基構(gòu)成
名稱：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸
寫法： Ｎ Ser-Gly--Try-Ala---Leu或ＳＧＹＡＬ，如果倒過來寫，則表示不同的肽，如Leu—Ala---Tyr---Gly---Ser。
肽鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
（1）酰胺氮上的孤對(duì)電子與相鄰羰基之間的共振作用，形成共振雜化體，穩(wěn)定性高。
（2）肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，具有平面性。

[1] [2] [3] 下一頁