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氨基酸組成的長鏈分子。
3、 分類
（1)、 按組成：
簡單蛋白：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)、 按分子外形的對稱程度：
球狀蛋白質(zhì)：分子對稱，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�、營養(yǎng)和貯存蛋白、激素、受體蛋白、運(yùn)動蛋白、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)目由幾個到成百上千個，分子量從幾千到幾千萬。一般情況下，少于50個aa的低分子量aa多聚物稱為肽，寡肽或生物活性肽，有時也罕稱多肽。多于50個aa的稱為蛋白質(zhì)。但有時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，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：單體蛋白、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。

一級結(jié)構(gòu)    氨基酸順序
二級結(jié)構(gòu)   α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲
三級結(jié)構(gòu)   α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角、松散肽段
四級結(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（肌肉收縮的肌球蛋白、肌動蛋白)
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、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)是一個神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的影響第二個神經(jīng)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞功能的物質(zhì))。
Thyroxine(甲狀腺素，動物甲狀腺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 具有兩個重要性質(zhì)：
（1)在較高pH值條件，巰基離解。
（2)兩個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 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)鏈帶有一個正電荷（—NH3+)，同時它的側(cè)鏈有4個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，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磷酸化是一個十分普遍的調(diào)控機(jī)制，Tyr在較高pH值時，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，谷氨酸和天冬氨酸的第二個羧基解離，因此，帶負(fù)電何。
（4)、 帶正電何的aa(堿性aa)
3種，Arg、Lys、His。在pH7時帶凈正電荷。
當(dāng)膠原蛋白中的Lys側(cè)鏈氧化時能形成很強(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是一個弱堿，在pH7時約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-碳原子也是不對稱的，因此Thr、Ile各有兩個不對稱碳原子，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（對映體，或立體異構(gòu)體)。一個異構(gòu)體的溶液可使偏振光逆時針旋轉(zhuǎn)（記為（一))。另一個異構(gòu)體可使偏振光順時針旋轉(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映體。
旋光性物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)時經(jīng)過對稱的過度態(tài)時會發(fā)生消旋現(xiàn)象。蛋白質(zhì)在與堿共熱水解時或用一般的化學(xué)方法人工合成氨基酸時也會得到無旋光性的D-、L-消旋物。。
內(nèi)消旋物：分子內(nèi)消旋  gydjdsj.org.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，α-氨基以α-NH+3形式存在。在pH3.5-8.0時，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，[堿]  >  [酸]
     pH  =  pKa/ 時，[堿]  =  [酸]
     pH  <  pKa/ 時， [酸]  >  [堿]
（2) pKa/  就是[堿] = [酸]時溶液的pH值，Ka/就是此時溶液的[H+]
（3)當(dāng)[堿] = [酸]時，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，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：[Gly-]=[Gly+]
等電點(diǎn)時氫離子濃度用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，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動。
pH = pI時，氨基酸凈電荷為零
pH < pI時，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-N+H3，向負(fù)極移動。

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，緩沖能力最大，等電點(diǎn)時緩沖能力最小。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，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動。
pH = pI時，氨基酸凈電荷為零，溶解度最小
pH < pI時，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-N+H3，向負(fù)極移動。

（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pH為9.67
③pH<3.22時 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從表中（P92)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α-羧基解離的影響（場效應(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、 �；磻�(yīng)
①�；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、對-甲苯磺酰氯。這些酰化劑在多肽和蛋白質(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�；a(chǎn)物。
苯甲酸與Gly的氨基的�；磻�(yīng)是生物體內(nèi)解毒作用的一個典型的例子。
將經(jīng)過勻漿的動物肝臟組織與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，泳動方向及相對速度。
      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：是由一個氨基酸的羧基和另一個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。
由兩個氨基酸形成的肽叫二肽，
少于10個氨基酸的肽叫寡肽，
多于10個氨基酸的肽叫多肽。

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。

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