2017全國生物奧賽輔導(dǎo)：氨基酸

第四節(jié) 蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的一般特性

細(xì)胞干重的50%生物膜約占60-70%（一）蛋白質(zhì)的含量分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能1.結(jié)構(gòu)成分機(jī)體的結(jié)構(gòu)蛋白：頭發(fā)、骨骼、牙齒、肌肉等纖維蛋白:

膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白、絲心蛋白等。一、蛋白質(zhì)的一般特性2.調(diào)控功能參與基因調(diào)控：組蛋白、非組蛋白等參與代謝調(diào)控：如激素或生長因子等（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的一般特性（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能3.酶的催化功能一、蛋白質(zhì)的一般特性（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能4.防御和進(jìn)攻功能抗原抗體反應(yīng)凝血機(jī)制一、蛋白質(zhì)的一般特性肌肉的收縮：肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白等鞭毛、纖毛擺動(dòng)：微管蛋白胞內(nèi)細(xì)胞器運(yùn)動(dòng)：動(dòng)力蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白等5.運(yùn)動(dòng)功能（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的一般特性血紅蛋白——運(yùn)輸氧銅藍(lán)蛋白——運(yùn)輸銅6.轉(zhuǎn)運(yùn)功能（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的一般特性信號傳導(dǎo)中的受體、信息分子等7.信息傳遞（二）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能8.細(xì)胞識別9.氧化供能一、蛋白質(zhì)的一般特性

（四）蛋白質(zhì)的元素組成6000—6000000或更大（三）蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量

有些蛋白質(zhì)還含有少量的P、Fe、Zn、Cu、Mn、Mo、I等。

C50~55%H6~8%O20~23%N15~18%S0~4%主要元素組成一、蛋白質(zhì)的一般特性

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。

由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：每克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g)=每克樣品含氮克數(shù)×6.251/16%

蛋白質(zhì)元素組成特點(diǎn)：凱氏定氮法：（四）蛋白質(zhì)的元素組成一、蛋白質(zhì)的一般特性1克氮相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)，為測定樣品中蛋白質(zhì)含量的依據(jù)二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)和類型1.結(jié)構(gòu)及旋光性α-氨基酸αα-氨基酸有兩種構(gòu)型:

D構(gòu)型和L構(gòu)型它們是與甘油醛相比較而決定的。凡是與L－甘油醛構(gòu)型相同的，就定義為L－氨基酸，反之為D－氨基酸。二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)和類型1.結(jié)構(gòu)及旋光性L-甘油醛D-甘油醛L-丙氨酸D-丙氨酸1.基本氨基酸中，除脯氨酸外其余均屬于L-α-氨基酸。2.除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。左旋（-）或右旋（+）Pro——亞氨基酸Gly——沒有手性二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)和類型1.結(jié)構(gòu)及旋光性二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)和類型2.分類存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的基本氨基酸僅有20種。非極性R基氨基酸（疏水性）不帶電荷的極性R基氨基酸帶正電荷的R基氨基酸（堿性）帶負(fù)電荷的R基氨基酸（酸性）分類依據(jù)：R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)不同分類依據(jù)：R基團(tuán)的極性不同脂肪族氨基酸芳香族氨基酸雜環(huán)族氨基酸甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸目錄色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸目錄天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄1.必需氨基酸：人和動(dòng)物體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供應(yīng)的氨基酸。2.半必需氨基酸：盡管自身可以合成，但合成量不能滿足需要，尤其是嬰幼兒，不能自身合成的氨基酸。3.非必需氨基酸：其他可已在體內(nèi)合成以滿足需要的氨基酸。二、氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)和類型2.分類分類依據(jù)：按營養(yǎng)狀況分甲硫氨酸(Met)、蘇氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)、纈氨酸(Val)、賴氨酸(Lys)、苯丙氨酸(Phe)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)甲纈賴異苯亮色蘇組氨酸（His），精氨酸（Arg）二、氨基酸（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)1.酸堿性質(zhì)中性分子形式兩性離子形式氨基酸分子在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)都以離子形式存在，而且是以兩性離子的形式存在。在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的—NH3+正離子和能接受質(zhì)子的—COO-負(fù)離子，為兩性電解質(zhì)。很少會以不解離的中性分子形式存在。二、氨基酸（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)1.酸堿性質(zhì)由于氨基酸同時(shí)有氨基和羧基，在水溶液中它既是酸，能提供質(zhì)子，又是堿，能接受質(zhì)子，因此氨基酸是兩性電解質(zhì)。作為酸：+H+作為堿：+H+質(zhì)子供體質(zhì)子供體質(zhì)子受體質(zhì)子受體pH=pI+OH-pH>pI+H+pH<pI兼性離子陽離子陰離子等電點(diǎn)（pI）：在某一特定pH的溶液中，氨基酸分子上的-NH3+基和-COO-基的解離程度完全相等，以兩性離子形式存在，即氨基酸所帶凈電荷為零（即正負(fù)電荷數(shù)相等），在電場中既不向陽極也不向陰極移動(dòng)，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)二、氨基酸（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)2.等電點(diǎn)（pI）等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的特點(diǎn)：1.凈電荷數(shù)等于零，在電場中不移動(dòng)；2.此時(shí)氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。3.由于羧基解離度大于氨基的解離度，所以含一個(gè)氨基和一個(gè)羧基的中性氨基酸的等電點(diǎn)都在pH6.0左右。堿性氨基酸（二氨基一羧基）的等電點(diǎn)較大，酸性氨基酸（一氨基二羧基）的等電點(diǎn)較小。等電點(diǎn)的測定：二、氨基酸（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)2.等電點(diǎn)（pI）1.用酸堿滴定方法測定；2.按氨基酸分子上可解離基團(tuán)的pK值計(jì)算

pK值：解離常數(shù)(K)的負(fù)對數(shù)，數(shù)值等于該解離基團(tuán)有一半被解離時(shí)的pH值。

pK的編號通常以酸性最強(qiáng)的基團(tuán)的解離開始。

等電點(diǎn)相當(dāng)于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的一半。中性氨基酸的等電點(diǎn)酸性氨基酸的等電點(diǎn)堿性氨基酸的等電點(diǎn)中性氨基酸：pK1為α-羧基的解離常數(shù)，pK2為α-氨基的解離常數(shù)。

pI=（pK1+pK2）/2酸性氨基酸：pK1為α-羧基的解離常數(shù)，pK2為側(cè)鏈羧基的解離常數(shù)。

pI=（pK1+pK2）/2堿性氨基酸：

pK2為α-氨基的解離常數(shù)，pK3為側(cè)鏈氨基的解離常數(shù)。

pI=（pK2+pK3）/2等電點(diǎn)的計(jì)算1.混合氨基酸的分離或制備；2.判斷在某一pH值下氨基酸的帶電性。氨基酸等電點(diǎn)特征的應(yīng)用二、氨基酸（二）氨基酸的酸堿性質(zhì)和等電點(diǎn)2.等電點(diǎn)（pI）pH<pI，帶凈正電荷，向陰極移動(dòng)。pH>pI，帶凈負(fù)電荷，向陽極移動(dòng)。pH=pI，不帶電荷，不移動(dòng)。

紫外吸收光譜：在遠(yuǎn)紫外光區(qū)有光吸收，在近紫外光區(qū)有色氨酸最大吸收波長為279nm，酪氨酸最大吸收波長278nm，苯丙氨酸最大吸收波長為259nm。氨基酸的理化性質(zhì)④重要的化學(xué)反應(yīng)：a-氨基能與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)紫色沉淀（脯氨酸和羥脯氨酸則產(chǎn)生黃色沉淀）；a-氨基可與亞硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)?，?jì)算出氨基酸的量；一些氨基酸的R基團(tuán)能與特殊的試劑發(fā)生呈色反應(yīng)。氨基酸的理化性質(zhì)是分離鑒定蛋白質(zhì)的氨基酸組成的重要方法。紙纖維上的–OH

基具有親水性，所以能吸附一層水作為固定相，而通常把有機(jī)溶劑作為流動(dòng)相。流動(dòng)相流經(jīng)支持物時(shí)與固定相間連續(xù)抽提，使物質(zhì)在兩相間不斷地分配而得到分離。二、氨基酸（二）氨基酸的分離和分析鑒定1.根據(jù)氨基酸溶解度不同為原理（1）紙層析法

1、層析濾紙準(zhǔn)備：取層析濾紙一張。在紙的一端距邊緣2～3cm處用鉛筆劃一條直線。

2、點(diǎn)樣：用毛細(xì)管將氨基酸樣品點(diǎn)在此直線位置上。

3、擴(kuò)展：將點(diǎn)有樣品的濾紙直立于培養(yǎng)皿中（點(diǎn)樣的一端在下，擴(kuò)展劑的液面需低于點(diǎn)樣線1cm），待溶劑上升約15cm時(shí)即取出濾紙，自然干燥或用吹風(fēng)機(jī)熱風(fēng)吹干。

4、顯色：用噴霧器均勻噴上0.1％茚三酮正丁醇溶液，用熱風(fēng)吹干即可顯出各層析斑點(diǎn)，加以鑒定。具體操作：紙色譜小實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫演示1837用專門的涂布器把漿狀的支持劑（纖維素、硅膠、氧化鋁、聚酰胺等）均勻地涂在薄層板（玻璃板、金屬板或彈性塑料板）上，干燥（110℃活化）后即可使用。（2）薄層層析法展開方式(1)近水平展開：將點(diǎn)樣后的薄層板下端浸入展開劑0.5cm，薄層上端墊高使薄層與水平成5-10o的角。(2)上行展開：將點(diǎn)樣后的薄層放在盛有展開劑的直立型的展開槽中，展開劑由薄層下端借毛細(xì)管作用上升至前沿。(3)下行展開(4)雙向展開薄層板玻璃板上涂吸附劑上行法薄層板層析缸展開劑展開劑濾紙條下行法薄層板層析缸二、氨基酸（二）氨基酸的分離和分析鑒定2.根據(jù)氨基酸等電點(diǎn)不同為原理指用離子交換劑（具有離子交換性能的物質(zhì)）作固定相，利用它與流動(dòng)相中的離子能進(jìn)行可逆的交換性質(zhì)來分離離子型化合物的層析方法。是以離子間相互作用為基礎(chǔ)的氨基酸分離方法。其基本原理是利用離子交換劑對不同氨基酸吸附能力的差異進(jìn)行的分離?？梢詫?shí)現(xiàn)對氨基酸分組或?qū)崿F(xiàn)單一的成分分離。（1）離子交換柱層析法基質(zhì)：具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。穩(wěn)定，不溶于水，不溶于酸、堿和一般有機(jī)溶劑。如：聚苯乙烯、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖。電荷基團(tuán)（活性基團(tuán)）：與高分子聚合物共價(jià)結(jié)合，形成一個(gè)帶電的活性基團(tuán)。平衡離子（反離子）：是結(jié)合于電荷基團(tuán)上的相反離子，它能與溶液中其它的離子基團(tuán)發(fā)生可逆的交換反應(yīng)。離子交換劑（固定相）二、