氨基酸的一级结构

蛋白质的水解

根据蛋白质水解的程度

• 完全水解，水解产物是aa，混合物
• 不完全水解，水解产物是各种大小不同的肽段和aa

氨基酸的结构及分类

氨基酸：

• 蛋白质aa
  • 常见aa（20种）
  • 不常见aa（几种）
• 非蛋白质aa

常见氨基酸通式

结构通式：

氨基-羧基氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）

侧链R基都是烷基组成

羟基氨基酸（丝氨酸、苏氨酸）

侧链R基最外面有一个羟基，强有力的亲核攻击

含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸）

侧链都含有硫（S）

容易被氧化

一氨基二羧基氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）

侧链中包含一个羧基

在生理pH下离子化并带负电荷

含酰胺基氨基酸（天冬酰胺、谷氨酰胺）

侧链中含有酰胺基

既是氢键供体又是氢键受体

二氨基一羧基氨基酸（赖氨酸、精氨酸）

带超级多的正电

芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）

紫外吸收

杂环族氨基酸（组氨酸、脯氨酸）

不常见的蛋白质氨基酸

硒代半胱氨酸

硒原子取代半胱氨酸中的硫原子

非蛋白质氨基酸

不构成蛋白质的氨基酸，大多是基本氨基酸的衍生物

• 瓜氨酸和鸟氨酸是精氨酸生物合成尿素循环的中间体
• 多巴胺是酪氨酸衍生物
• $\gamma$-氨基丁酸，重要的抑制性神经递质，谷氨酸脱羧产物

氨基酸的一般物理性质

• 都为白色晶体，不同氨基酸结晶形状不同
• 熔点很高，一般在200摄氏度以上
• 大多数氨基酸都溶于水
• 氨基酸由于具有不对称碳原子，所有具有旋光性

氨基酸的旋光性和光吸收

光学异构体和旋光性

• 氨基酸的 $\alpha$-C原子是一个不对称的C原子
• 4个取代基在空间中有两种排列方式：L型和D型

氨基酸的光吸收

• 20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区（<200nm）均有光吸收

分光光度法测蛋白质含量

依据朗伯比尔定律

氨基酸的酸碱性质

氨基酸在晶体和水中主要以兼性离子存在

氨基酸的两性解离

氨基酸是一类两性电解质，既是酸又是碱，它既起酸（质子供体）的作用，又起碱（质子受体）的作用

氨基酸的解离曲线

氨基酸的解离常数可用滴定法求得

氨基酸的等电点

调节溶液pH值，使氨基酸处于兼性离子状态，此时氨基酸所带正负电荷数相等，即净电荷为0，在电场中既不向阳级也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为氨基酸的等电点

根据pK值计算pI

pI为兼性离子两侧相应解离基团pK的算数平均值

中性氨基酸的等电点： $pI=(p{K}_1+p{K}_2)/2$

酸性氨基酸的等电点： $pI=(p{K}_1+p{K}_R)/2$

碱性氨基酸的等电点： $pI=(p{K}_2+p{K}_R)/2$

中性氨基酸

碱性氨基酸

酸性氨基酸

氨基酸的化学反应

主要指 $\alpha$-NH2和 $\alpha$-COOH及侧链R基上功能团所参与的反应

$\alpha$-NH2参加的反应

$\alpha$-氨基可与HNO2、酰化试剂反应，还可以发生烷基化，形成西佛碱、脱氨基反应

$\alpha$-羧基参加的反应

氨基酸的 $\alpha$-羧基可以成盐、成脂、成酰胺、成酰氯、脱羧和叠氮化

$\alpha$-氨基、 $\alpha$-羧基共同参加的反应

与茚三酮反应，最终生成紫色物质

成肽反应

蛋白质的一级结构

肽和肽键的结构

肽的结构

缩合反应形成肽键（酰胺键）

• 一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽
• 组成肽的氨基酸单元称为氨基酸残基
• 肽的命名：
  • 不多于12个残基的肽直接称为二肽、三肽
  • 超过12个而不多于20个残基称为寡肽
  • 含有20个以上的残基的肽成为多肽

肽键的结构

主链上的3种键都是单键，原则上绕多肽主连上的任一共价键都可以发生旋转，但是由于N上的孤对电子与C=O具有明显的共轭作用，最终导致肽键具有部分双键性质

小结

1. 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转
2. 肽键是一个平面（6个原子共处一个平面）—— 肽键平面或酰胺平面
3. 在绝大多数情况下，肽键为反式构象

肽键的物理和化学性质

物理性质

• 短肽为晶体，熔点很高
• 在水溶液中以兼性离子形式存在
• 具旋光性，短肽的旋光度为各个氨基酸的旋光度之和

化学性质

酸碱性质：肽键上的酰胺氢不解离，所以肽的酸碱性取决于肽末端的氨基、羧酸和侧链上的基团

等电点的计算

傻瓜必备-等电点的求法

化学反应

1. 茚三酮反应：

   多肽+茚三酮 → 蓝紫色物质

   用于肽的定性、定量测量

2. 双缩脲反应

   多肽（蛋白质）+碱性 $CuS{O}_4$ 试剂 → 紫红色复合物

   此反应用于测定蛋白质的含量

蛋白质的一级结构

• 蛋白质：是由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子
• 与多肽并无严格的界限
  • 氨基酸残基数>40
  • 蛋白质分子量 > 4000D
• 分子量变化范围很大，约5KD~1000KD，甚至更大
• 蛋白质的一级结构包括以下内容：
  • 组成蛋白质的氨基酸种类和数量
  • 组成蛋白质的多肽链数目
  • 多肽链的氨基酸顺序
  • 多肽链内或链间二硫键的数目和位置

多肽链的氨基酸顺序决定了：

• 蛋白质生物功能的基础
• 预测空间结构
• 蛋白质分类、进化、功能

氨基酸序列具有重要意义：

• 不同功能的蛋白质总是有不同的氨基酸序列
• 蛋白质的氨基酸序列是阐明蛋白质生物活性的分子基础，蛋白质的一级结构决定了它的高级结构
• 氨基酸序列的改变可以导致蛋白质功能异常和疾病
• 通过对一些蛋白质的氨基酸序列的比较可以反映出一些生物亲缘关系

蛋白质的一级共价结构

间接测定，基于中心法则

蛋白质基因的碱基序列 → 遗传密码表 → 氨基酸序列

直接测定

N末端和C末端氨基酸残基的测定

N末端氨基酸残基的测定

二硝基氟苯法（DNFB法，Sanger法）

• Sanger法
• N-端测定法
• 产物为黄色、脂溶性的DNP-氨基酸
• 不能继续对肽链其余氨基酸进行测定

丹磺酰氯法

• N-端测定法（常用）
• 产物为丹磺酰-氨基酸，有很强的荧光性质，检测灵敏性高
• 不能继续对肽链其余氨基酸进行测定

苯异硫氰酸酯法（PITC法，Edman法）

• 可以来测定短肽的氨基酸顺序

氨肽酶法

• 能从多肽链的N-端逐个向里水解

C末端氨基酸残基的测定

肼解法

• C-端测定法
• 多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来
• 其他氨基酸变成肼化物，经与苯甲醛缩合成不溶于水的物质，与C-端氨基酸分离

羧肽酶法

• C-端测定法（常用）
• 肽链外切酶
• 可获得蛋白质C-端残基顺序
• 目前常用的羧肽酶：
  • A：大多数氨基酸
  • B：只能水解Arg和Lys
  • Y：所有氨基酸

二硫键的断裂和多肽链的分离

需要变性剂使蛋白质变性，多肽链变得松散，还原剂才能作用于原来处在分子内部的二硫键，然后用碘乙酸保护生成的半胱氨酸的巯基，防止重新氧化

过甲酸氧化+巯基乙醇+变性剂

氨基酸组成的鉴定

多肽链的部分断裂和肽段的分离

肽链的裂解方法

• 酶裂解法（蛋白酶）
• 化学裂解法：
  • 溴化氰水解法
  • 用羟胺断裂

多肽链断裂邪修

肽段的aa顺序测定

Edman降解法（PTH法）

• N-端分析法
• 能不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基进行逐一标记、解离和鉴定
• 产物：使用色谱鉴定

重叠肽法