第二十章生物大分子氨基酸和蛋白質(zhì)臨床

MedicalChemistryXinxiangMedicalUniversity醫(yī)學(xué)化學(xué)第三節(jié)氨基酸和蛋白質(zhì)主講：王秀菊TELims1、了解氨基酸的基本分類及α-氨基酸的結(jié)構(gòu)特點2、掌握氨基酸的化學(xué)性質(zhì)3、熟悉蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點（一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)）4、掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)是一類結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的含氮有機化合物，是生物體內(nèi)一切細(xì)胞的重要組成成分，是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。而氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。Aminoacid氨基酸是一類分子中既含有氨基(-NH2或=NH)又含有羧基(-COOH)的復(fù)雜化合物。19.1.1氨基酸的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)完全水解后的20種氨基酸都屬于α-氨基酸，因此α-氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。Aminoacid營養(yǎng)必需氨基酸：亮、纈、異、苯、蛋、色、蘇、賴亮姐：（請寄）一本淡色書來α-氨基酸結(jié)構(gòu)通常表示為：偶極離子(zwitterion)形式Aminoacid19.1.2氨基酸的構(gòu)型組成蛋白質(zhì)的各種α

-氨基酸中，除甘氨酸外，所有氨基酸分子中α

-碳原子均為手性碳原子，都有旋光性。其構(gòu)型通常采用D/L標(biāo)記法表示。L-甘油醛L-氨基酸D-氨基酸Aminoacid生物體內(nèi)具有旋光活性的α

-氨基酸絕大多數(shù)是L構(gòu)型的。例：L-丙氨酸L-脯氨酸用R/S法表示時，α-碳原子除半胱氨酸為R構(gòu)型外其余為S構(gòu)型。但需表示出每個手性原子的構(gòu)型，較為復(fù)雜。故常沿用D/L表示法。1、根據(jù)氨基和羧基的相對位置，氨基酸可分為α、

β、γ-氨基酸等。2、根據(jù)R的結(jié)構(gòu)，可分為脂肪族、芳香族、雜環(huán)氨基酸。3、根據(jù)分子中所含氨基與羧基的相對數(shù)目：①中性氨基酸(pH≠7)：分子中－NH2和－COOH的數(shù)目相等實際水溶液呈弱酸性：電離能力-COOH>-NH219.1.3氨基酸的分類②酸性氨基酸(pH<7)：－COOH數(shù)目>－NH2數(shù)目谷氨酸③堿性氨基酸(pH>7)：－NH2數(shù)目>－COOH數(shù)目賴氨酸H3N+CH2CH2CH2CH2CHCO2-NH2Aminoacid19.1.4氨基酸的命名1、系統(tǒng)命名法：以羧酸為母體，氨基為取代基氨基乙酸α-氨基乙酸4-氨基丁酸γ-氨基丁酸2、

俗名：依據(jù)來源或某些特性Aminoacid3、各種氨基酸還常用英文名稱的前三個字母或以單個字母的縮寫形式來表示。4、中文縮寫常用其名稱的第一個或前兩個漢字來表示。Aminoacid19.1.5氨基酸的理化性質(zhì)物理性質(zhì)無色晶體，熔點較高，通常在200~300℃之間，熔化時分解放出CO2，在水中溶解度不一，一般不溶于乙醇，均不溶于乙醚，而溶于強酸或強堿溶液中。味道不一?；瘜W(xué)性質(zhì)具有氨基和羧基的典型性質(zhì)，同時又顯示出一些特殊性質(zhì)。Aminoacid1.兩性電離及等電點內(nèi)鹽innersalt：由分子內(nèi)部的堿性基團和酸性基團作用所形成的鹽。偶極離子：分子中既有正離子部分，又有負(fù)離子部分，也稱為兩性離子。Aminoacid陰離子兩性離子陽離子pH＞pIpH=pIpH＜pI等電點(pI)：氨基酸的酸式電離與堿式電離相等而處于等電狀態(tài)（氨基酸本身凈電荷為零）時溶液的pH值，稱為該氨基酸的等電點(isoelectricpoint)。當(dāng)pH

=pI時，氨基酸呈電中性，在電場中不移動。當(dāng)pH＞pI時，氨基酸帶負(fù)電，在電場中向正極移動。當(dāng)pH＜pI時，氨基酸帶正電，在電場中向負(fù)極移動。（pH=pI）（pH>pI）（pH<pI）例：寫出甘氨酸(pI=5.97)在pH為8時的主要存在形式及在電場中移動的方向。正極pI<pH甘氨酸（pI=5.97）調(diào)節(jié)溶液的pH值等于5.97，再進(jìn)行電泳，其在電場中的移動方向為（）A．移向電場陽極B．移向電場C．不移動D．以上答案都不對CAminoacid中性氨基酸pI=5.0~6.5堿性氨基酸pI=7.6~10.8酸性氨基酸pI=2.8~3.2Aminoacid在等電點時，氨基酸的溶解度最小，利用此性質(zhì)可對某些氨基酸進(jìn)行分離和提純。例：試對甘氨酸(5.97)、賴氨酸(9.74)、天門冬氨酸(2.98)的混合物加以分離。甘氨酸賴氨酸天門冬氨酸調(diào)pH=5.97負(fù)極正極Aminoacid2.脫水成肽反應(yīng)肽鍵二肽多肽肽的異構(gòu)體：結(jié)合順序不同，可形成多種異構(gòu)體。Aminoacid例：甘氨酸與丙氨酸可生成以下兩種二肽甘氨酰丙氨酸(Gly-Ala)丙氨酰甘氨酸(Ala-Gly)隨著成肽氨基酸數(shù)目和種類的增加，形成肽的異構(gòu)體就會急劇增加。這正是形成蛋白質(zhì)多樣性和生物多樣性的物質(zhì)基礎(chǔ)。Aminoacid3.脫羧反應(yīng)

α-氨基酸在體外（與Ba(OH)2

共熱或在高沸點溶劑中回流）或在體內(nèi)酶的作用下，均可發(fā)生脫羧反應(yīng)，失去CO2而得到胺。Aminoacid4.與亞硝酸反應(yīng)氨基酸分子中的氨基能與亞硝酸作用，定量放出氮氣。反應(yīng)是定量進(jìn)行的，根據(jù)釋放出的氮氣的體積即可計算出氨基酸中氨基的含量。常用于氨基酸和多肽的定量分析。脯氨酸和羥脯氨酸分子中含有亞氨基，亞氨基與亞硝酸反應(yīng)不能放出氮氣。Aminoacid5.與茚三酮的反應(yīng)α-氨基酸與茚三酮的水合物在乙醇（或丙酮）溶液共熱，可生成藍(lán)紫色的化合物，稱為羅曼紫（RuhemannPurple)。該反應(yīng)常被用于氨基酸的鑒定，在紙層析或薄層層析中用茚三酮作顯色劑。用途：鑒別α-氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)。Aminoacid例題：用簡單化學(xué)方法鑒別乳酸與丙氨酸化合物。主要內(nèi)容蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)Protein蛋白質(zhì)是細(xì)胞中含量最豐富的大分子，約占人體固體成分的45%，可達(dá)細(xì)胞干重的70%。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，最基本的生命活動幾乎都和蛋白質(zhì)有關(guān)。Protein一、蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的種類繁多，如人體內(nèi)含蛋白質(zhì)10萬余種。ProteinC：50-55，H：6.0-7.3，O：19-24，N：13-19，S：0-4；有的還含有P、Fe、Cu、Zn、Mn、I等。大多數(shù)蛋白質(zhì)的含N量相當(dāng)接近，平均約為16%，在任何生物樣品中，每克N相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)，故6.25稱為蛋白質(zhì)系數(shù)。二、蛋白質(zhì)的分類一）按分子形狀分球狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)二）按生物功能分三）按分子組成分活性蛋白質(zhì)非活性蛋白質(zhì)簡單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)Protein

蛋白質(zhì)分子中存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)。一）兩性解離與等電點

概念：當(dāng)某一蛋白質(zhì)本身凈電荷為零時所處溶液的pH值，稱為此蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint)，用pI

表示。三、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)Protein體內(nèi)多數(shù)蛋白質(zhì)pI為5.0左右，而體液pH值為7.35～7.45，因此多帶負(fù)電荷。pH=pI

凈電荷為零pH>pI

帶負(fù)電荷pH<pI

帶正電荷Protein在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)帶電情況不同。pH<pI時，帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動；pH>pI時，帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動；pH=pI時，不發(fā)生移動。應(yīng)用：電泳分離純化蛋白質(zhì)電泳前電泳后ProteinProtein二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)是高分子化合物，其分子顆粒的直徑在1100nm之間，屬于膠體分散系，因此蛋白質(zhì)具有膠體溶液的特性。如丁達(dá)爾效應(yīng)、布朗運動和電泳現(xiàn)象且不能透過半透膜。蛋白質(zhì)能形成較穩(wěn)定的親水膠體，其主要原因是：帶電荷和水化膜。1、蛋白質(zhì)的變性(denaturation)概念蛋白質(zhì)在某些物理、化學(xué)因素的作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變及生物活性喪失的現(xiàn)象。實質(zhì)破壞副鍵，改變空間結(jié)構(gòu)，不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變。三）蛋白質(zhì)的變性與沉淀Protein加熱、加壓、超聲波、紫外線、干燥脫水、劇烈的攪拌和振蕩等。強酸、強堿、有機溶劑、表面活性劑SDS、胍、脲、重金屬離子、生物堿試劑等。變性因素物理因素化學(xué)因素Protein（1）可逆變性：結(jié)構(gòu)改變不大，可恢復(fù)原有的空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)活性。例：晶體胃蛋白酶的變性與復(fù)性。Protein（2）不可逆變性：結(jié)構(gòu)改變較大，不易恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)活性。絕大多數(shù)變性是不可逆的。依據(jù)空間結(jié)構(gòu)的破壞程度，變性可分為：應(yīng)用消毒滅菌、臨床化驗

低溫保存生物制劑2、蛋白質(zhì)的沉淀(

precipitation

)概念分散在溶液中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生凝聚,并從溶液中沉淀析出的現(xiàn)象。穩(wěn)定因素：

①帶電荷②水化膜proteinProtein+++++++帶正電荷（親水）－－－－－－－－帶負(fù)電荷（親水）等電點（親水）水化膜++++++++帶正電荷（疏水）

沉淀酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉－－－－－－－－帶負(fù)電荷（疏水）Protein沉淀蛋白質(zhì)的常用方法鹽析有機溶劑沉淀法重金屬鹽沉淀法某些酸類沉淀法Protein概念

在蛋白質(zhì)溶液中加入高濃度的中性鹽如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl等，破壞其水化層和中和表面電荷，使其沉淀析出的現(xiàn)象。鹽析濃度

蛋白質(zhì)析出時所需鹽的最小濃度。分段鹽析

利用不同的蛋白質(zhì)鹽析時所需鹽的濃度不同，而將它們分離的方法。（1）鹽析(saltingout)Protein特點鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)沒有變性，去鹽后活性恢復(fù)。鹽析示意圖Protein概念加入極性較大的有機溶劑甲醇、乙醇和丙酮等，能夠破壞蛋白質(zhì)的水化層，使蛋白質(zhì)的溶解度降低而沉淀。實質(zhì)破壞蛋白質(zhì)水化膜。特點低濃度、低溫、短時間內(nèi)不變質(zhì)。（2）有機溶劑沉淀法應(yīng)用

中草藥有效成分的提取中沉淀蛋白質(zhì).Protein有機溶劑Protein（3）重金屬鹽沉淀法pH>pI時常見鹽

HgCl2,AgNO3,Pb(Ac)2,CuSO4等。特點

作用時間過久可引起蛋白質(zhì)變性。ProteinpH<pI時常見酸

鎢酸、苦味酸、三氯乙酸等。特點

作用時間過久可引起蛋白質(zhì)變性。（4）某些酸類沉淀法應(yīng)用臨床檢驗時除去血液中干擾蛋白質(zhì)。Protein蛋白質(zhì)沉淀的四種方法