Microsoft PowerPoint - Amino(1) 2007.PPT

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装鑫盍
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1 胺基酸 1 胺基酸基本構造 2 胺基酸分類 3 胜肽 4 胺基酸的離子性質 : 4.1 解離度 4.2 等電點

2 蛋白質的四級構造胺基酸一級構造二級構造三級構造四級構造 Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.129

3 L-Form Amino Acid 酸基 COO - sp 3 胺基 + H N 3 H R group H = Glycine CH 3 = Alanine

4 胺基酸有鏡像異構物 α 鏡像 α 化性相同物性 ( 旋光度 ) 不同立體構造不同 ( 算是異構物 )

5 西北線 Basic -C-C-C-C-NH 3 + 中央線 Non-polar Polar -C-C-C-N-C-N -C-C C N N + = N + Arg R Lys K -H -CH 3 -C-OH -C- His H Gly G -C-C OH 中山線 Ser S Thr T -OH Hydroxy Aromatic Trp W Tyr Phe F Ala 雙和線 Y A -C- -C- N Cys C Met M Sulfur -C-CONH 2 Asn N Asp D -C-COOH Val C C -C -C-SH V -C-C-S-C 南港線胺基酸地下鐵道圖 -C-C-CONH 2 Gln Q Glu E -C-C-COOH Ile C -C-C-C 環狀線 Pro I P Amide Acidic Aliphatic Leu L C -C-C-C C C C HN C-COOH α Imino acid, Circular

6 胺基酸的極性分類 Acidic Neutral Basic POLAR NON- POLAR Asp Glu Ala Val Tyr Ile Asn Ser Cys Gln Gly Thr His Arg Lys Phe Trp Leu Met Pro 極性或非極性, 是蛋白質性質之所繫 Juang RH (2007) Biochemistry

7 各式胺基酸的大小樣式齊全 Gly Ala Val Leu Ile S S -SH -S-CH 3 Phe Tyr Trp Cys Met Stryer (1995) Biochemistry (4e) p.20

8 兩種胺基酸對蛋白質構造影響很大 Cys Cys 雙硫鍵 Cysteine SH SH Cys S S Cys Cystine Pro 劇烈轉折 Stryer (1995) Biochemistry (4e) p.25, 32

9 Bio-Lab 廣告 Cell 83 (4), 1995 S S 非極性形形色色的胺基酸側基有大有小有正有負有極性

10 胜肽鍵的形成兩個胺基酸分子頭尾連接起來 NH2 1 COOH 2 NH2 COOH Carbodiimide 脫水 1 O NH2 C N COOH H 2

11 胜肽鍵的特性胜肽鍵雖是單鍵卻有雙鍵性質胜肽鍵周邊六個原子在同一平面上前後兩個胺基酸的 α-carbon 在對角 (trans) α sp 2 + p N C sp 2 C sp 2 N H sp 2 + lp O C α C

12 p 軌道電子共振使胜肽鍵具雙鍵特性 C C N H O C

13 以胜肽鍵平面連接成多肽長鏈兩胜肽鍵平面的交接點為 α- 碳注意 α- 碳上面接有各種大小不等的基團 Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.136

14 如何檢視一段胜肽兩端胺基酸 N-C-C-N-C-C-N-C-C α α α α- 碳為中心 N-C-C-N-C-C-N-C-C 單位小分子 N-C-C-N-C-C-N-C-C 胜鍵的定位 N-C-C-N-C-C-N-C-C

15 具有生理功能的胜肽或胺基酸腦啡 Enkephalin (YGGFM) 代糖 L-Aspartame (L-Asp-Phe-CH 3 ) 短鏈荷爾蒙 Oxytocin, Vasopressin 抗生素 Gramicidin S ( 含 D-amino acid) 胺基酸色胺酸 ( 安眠效果 ) Tryptophan 麩酸鈉 ( 味素 ) Sodium Glutamate

16 阿斯巴甜 Aspartame COO - CH 2 O CH 2 O H 3 N + CH C N CH C O CH 3 H L-Aspartyl-L-phenylalanine methyl ester Campbell (1999) Biochemistry (3e) p.95

17 腦啡與其受體結合後可以產生鎮痛與麻醉效果嗎啡可以模擬腦啡的作用因此有類似鎮痛麻醉的效用牛頓雜誌 (1991) 第 164 期, p.48-49

18 嗎啡與腦啡有相似分子構形而與腦啡受體結合 Phe Met Gly Gly Tyr Morphine Enkephalin Dressler & Potter (1991) Discovering Enzymes, p.247

19 胺基酸 1 胺基酸基本構造 2 胺基酸分類 3 胜肽 4 胺基酸的離子性質 : 4.1 解離度 4.2 等電點

20 陰電性對分子化學性質的重大影響地球早期的大氣成分 H 2 CH 4 NH 3 H 2 O 有機化合物陰電性 O 3.5 N 3.0 C 2.5 H 2.1 C-C R C 官能基 C CH 3 COOH NH 2 由各種原子所組合成的官能基, 因為原子間陰電性的不同, 造成官能機的極性大小不同, 反應性也有所差異重新看水分子構造 - + lp -δ O +δ lp 永久的偶極性水分子的極性水的介電常數水分子間的氫鍵水與 ph 的關係

21 氫與氧的懸殊陰電性造成氫的解離 3.5 O H H 電子都被氧原子搶去 HOH H + + OH - [55 M] [10-7 M] [10-7 M]

22 氫離子 hydride 氫原子 hydrogen 質子 proton hydride - 1s - - 質子氫離子氫原子 H1.008

23 東亞地形圖中國黃河長江 The University Atlas (1978) p.86

24 弱酸或弱鹼才可作為緩衝分子 K a AH A - + H + CH 3 COOH CH 3 COO - H-H 公式 ph = pk a + log [A- ] [AH] 強酸 HCl Cl - + H +

25 如何推導公式K a = [A- ] [H + ] [AH] logk a = log[h + ] logk a = log[h + ] + [A - ] [AH] log [A - ] [AH] (1) K a 的定義 (2) 兩邊取 log 分解右邊 log -log[h + ] = -logk a + log [A - ] [AH] (3) 移項 ph = pk a + log [A - ] [AH] (4) 定義 -log 為 p Henderson-Hasselbalch 公式描述緩衝液分子的解離常數與其緩衝作用的機制

26 弱酸如何作為緩衝分子AH A - + H + K a 是平衡後兩邊的濃度比 [A - ] [H + ] 1 K a = = [AH] 10 5 K a 平衡式做數學轉換例如乙酸 CH 3 COOH = CH 3 COO - + H + 醋酸的 pk a 一兩邊取 log 二移項取出 [H + ] 三定義 p 為 -log (ph = -log [H + ]) (pk a = 5) H-H 公式 ph = pk a + log [A - ] [AH] 已解離未解離 ph = 常數 pk a?.. 當 [A - ] = [AH], log 1 = 0

27 弱酸在其 pk a 上下有緩衝作用 ph 水 ph 乙酸可作為緩衝的 ph 範圍 ( 恰等於其 pk a ) pk a 5 [OH - ] [OH - ] H-H 公式 ph = pk a + log 6 = [A - ] [AH] 已解離未解離 10 1

28 質子可以吸著或脫離基團 Proton: 最小且最多的生物粒子, 影響酸鹼度及分子帶電性質胺基 lone pair electrons N H H 高 H + pk a 低 H + N H H 低 pk a 高酸基 C O O H C O O H + Ampholyte: 一個分子上同時帶有正電及負電基團

29 酸性環境中性環境鹼性環境 Zwitterion pk 2 ~ 9 NH 2 H + R-C-H COOH NH 2 H + R-C-H COO - NH 2 R-C-H COO - pk 1 ~ 等電點

30 胺基酸的緩衝作用範圍環境 ph 12 9 pk 2 NH 2 H + 6 H-C-R 等電點 = pi 3 COO - pk 1 + pk 2 2 pk 1 0 外加 [OH]

31 環境酸鹼度影響蛋白質的淨電荷+ Isoelectric point, pi Buffer ph Net Charge of a Protein -

32 各種胺基酸基團的離子化與其 pka 胺基酸中有很多可以釋出質子或接受質子的基團 α R His Cys Tyr α R α R -COOH -COO - -COOH -COO - His -Imidazole H + -Imidazole -SH Cys -S - -OH -O - Tyr -NH + 3 -NH 2 -NH + 3 R -NH 2 α + H + + H + + H + + H + + H + + H + + H + pk a = 1.8~2.4 pk a = 3.9~4.3 pk a = 6.0 pk a = 8.3 pk a = 10 pk a = 8.8~11 pk a = 10~12.5 pk a 越小質子越容易放出 His 是唯一具有近中性 pk a 基團 (imidazole) 的胺基酸 α 酸基或胺基的 pk a 都比 R 基團上面者要低 ( 較容易解離 ) 在蛋白質中的胺基酸基團 pk a 會受到環境影響而改變 ( 蛋白質微環境 )

33 具有多個解離基團的胺基? 酸Amino acids -COOH -NH 2 -R Gly G Ala A Val V Leu L Ile I Ser S Thr T Met M Phe F Trp W Asn N Gln Q Pro P Asp D Glu E His H Cys C Tyr Y Lys K Arg R ph pk 2 pk 1 pk 3 pk 2 pk 1 兩個 pk a 三個 pk a? 等電點 pk 1 + pk 2 2 等電點? [OH - ]

34 H first HOOC-CH 2 -C-COOH NH 3 + second H HOOC-CH 2 -C-COO - Zwitterion NH pk 1 = pk 2 = 3.9 Aspartic acid 取 pi 前後的兩個 pk 值平均 = 3.0 Isoelectric point H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 3 + third -1 pk 3 = 9.8 pk 3 pk H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 2-2 pk 1 +1 [OH]

i

i i ii 1 2 3 4 % N) 5 50.0 AMINO ACID #64 [modified by Administrator] IntAmp_1 nc 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0-10.0 1 - ala - 10.483 2 - thr - 11.107 3 - gly - 11.872 4 - val - 13.458 5 - ser - 14.903 6 - pro