1、生物化学 第三章 氨基酸 (amino acid),一、氨基酸蛋白质的构件分子,氨基酸(amino acid) ：-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是与羧酸相邻-碳原子上连有一个氨基，故称-氨基酸。 利用酸水解、碱水解、酶解可把蛋白质分子水解释放氨基酸。,氨基酸首尾脱水聚合成肽键。,各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同 20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、不带电荷极性氨基酸、带正电R基氨基酸和带负电R基氨基酸 按R基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸3大类 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。 氨基酸的名称常用三个字母的缩写，或单个字母表示

2、长的肽链。,二、氨基酸的分类、性质,氨基酸,脂肪族 氨基酸,芳香族氨基酸,杂环氨基酸,一氨基一羧基（中性氨基酸）,Gly、Ala、Val、Lue、Ile、Ser、Thr、Cys、Met,一氨基二羧基（酸性氨基酸）及其酰胺,Asp、Asn、Glu、Gln,二氨基一羧基（碱性氨基酸）,Arg、Lys,Phe、Tyr、Trp,His、Pro,2.1氨基酸的分类按照R化学结构分类,甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸,脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）,脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有羟基,丝氨酸Ser的-OH在生理条件下不解离，但是个极性基团，能与其他基团形成氢键，常出现在酶

3、的活性中心； 苏氨酸Thr的-OH是仲醇，具有亲水性；,脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有硫,Methionine (Met，M),Cysteine (Cys，C),两个半胱氨酸的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸，Cys-S-S-Cys 蛋氨酸的甲硫基的硫原子有亲核性，容易发生极化，在生物合成中是重要的甲基供体,脂肪族氨基酸：一氨基二羧基（酸性氨基酸）,天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺,脂肪族氨基酸：二氨基一羧基（碱性氨基酸）,赖氨酸Lys侧链氨基生理条件下带有一个正电荷 精氨酸Arg是碱性最强的氨基酸，侧链的胍基pKa=12.48，生理条件下完全质子化 组氨酸His含有咪唑环，

4、是20种氨基酸中侧链pK值最接近pH的一种，生理pH条件下具有缓冲能力的一种氨基酸。,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,这三种氨基酸在紫外280nm具有特殊吸收峰，蛋白质的紫外吸收主要来自这三种氨基酸 苯丙氨酸疏水性最强 酪氨酸的-OH发生磷酸化在生物体内是十分普遍的调控机制,杂环氨基酸,脯氨酸 组氨酸,组氨酸是碱性氨基酸的一种 脯氨酸的-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构，在蛋白质中一般出现在-螺旋转角处。Pro残基出现的位置必然发生蛋白估计方向的改变。,2.2氨基酸的分类按照R基极性分类,非极性氨基酸在维持蛋白质的三维结构中其重要作用（蛋白质的疏水中心） 极性氨基酸侧链能与水

5、形成氢键，易溶于水 带电荷和极性氨基酸一般位于蛋白表面 蛋白的活性中心：His，Ser，Cys,2.3氨基酸的分类不常见蛋白质氨基酸,2.4氨基酸的分类非蛋白质氨基酸,150 多种，不是蛋白质组成，但是有特定生理功能 （1）大多是L型氨基酸衍生物 （2）有D型氨基酸 （3）还有-、-、-氨基酸,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化 (-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。 氨基酸晶体是由离子晶格组成，靠异性电荷之间的静电引力维持晶格中质点的作用力，因此氨基酸熔点高。 不同氨基酸有特殊的晶体形状，基于

6、此可对氨基酸进行鉴别。,氨基酸的兼性离子形式,三、氨基酸的酸碱化学,阳离子 A+,兼性离子 A0,阴离子 A-,Ka1=H+A0/A+ 当溶液中A0=A+时，Ka1=H+； 两边取对数 pKa1=pH=2.34,Ka2=H+A-/A0 当溶液中A0=A-时，Ka2=H+； 两边取对数 pKa2=pH=9.6,用Ka1,Ka2 表示氨基酸-碳原子的-COOH与-NH3+的解离常数,氨基酸的解离性质,pH=pKa+lg,质子受体 质子供体,氨基酸的等电点,当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，

7、氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKa1和pKa2的算术平均值：pI = (pKa1 + pKa2 )/2 对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pKa值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pKa1 + pKaR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pKa2 + pKaR-NH2 )/2,四、氨基酸的化学反应,氨基酸的 化学反应,-氨基参与的反应: 亚硝酸、酰化试剂、烃基、醛基氧化酶,-羧基参与的反应： 成盐、成酯、成酰氯、脱羧、叠氮,侧链R基参与的反应： 取决于R侧链的官能团,茚三酮、肽

8、键形成!,-氨基参与的反应:,与亚硝酸反应：,通过测定N2的量而计算氨基酸的量，可衡量蛋白质的水解程度,与酰化试剂反应：,X=Cl, OH, -OCOR; 可多肽合成中保护氨基；丹磺酰氯可以与肽的N-端氨基酸反应，生成丹磺酰-肽，水解得到有强烈荧光的丹磺酰-氨基酸，用电泳法或层析法分析即可得知N-端是何种氨基酸，被广泛用于蛋白质N端测定。,烃基化反应：,2，4-二硝基氟苯在弱碱条件下亲核芳环取代生成DNP-氨基酸。首次被英国Sanger用来鉴定多肽、蛋白的N末端氨基酸,黄色,与烃反应 continue：,苯异硫氰酸酯(PITC)与-氨基生成苯氨基硫甲酰衍生物(PTC-aa)，再在硝基甲烷中与酸

9、发生环化成苯乙内酰硫脲 (PTH-aa)Edman测序原理。,西佛碱反应：,-氨基与醛类反应生成西佛碱。,脱氨基反应： 在生物体内，氨基酸经氨基酸氧化酶催化脱去氨基成酮酸。,-羧基参与的反应:,成盐、成酯反应：,干燥， HCl,回流,成酯：被醇酯化，形成酯,羧基得以保护，氨基相对被活化，易酰基、羟基化； 成盐：氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。Q:为什么氨基酸的酰基话和烃基化在碱性中进行？,成酰氯反应：,与PCl5, PCl3, SOCl2,生成酰氯后，使羧基活化，以便更易与另一氨基酸氨基结合成肽键。,脱羧基反应、叠氮反应,-氨基和 -羧基共同参与的反

10、应:,脯氨酸、羟脯氨酸 无NH3释放，生成黄色物质，max=440nm,茚三酮显色,H+,释放的CO2可以用测压法测量计算参加反应的氨基酸的量,是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。,-氨基和 -羧基共同参与的反应:,成肽反应：,侧链R基参与的反应:,酪氨酸 碱性氨基酸 半胱氨酸,用于蛋白质的化学修饰 功能团有：羟基、酚基、巯基、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、 非-氨基和非-羧基等。,酪氨酸侧链反应酚基碘化或硝化,Pauly反应,这些反应可用于巯基的保护；可用于检测蛋白中的半胱氨酸残基； 把其他分子与目标多肽、蛋白进行偶联,半胱氨酸侧链巯基的反应:烷基化,二硫键,与金属离子的螯合性质可用于体内解毒

11、。,二硫键对维持蛋白结构很重要，氧化剂和还原剂都可打开二硫键，最常用还原剂-巯基乙醇和二硫苏糖醇,半胱氨酸侧链巯基的反应 （p142）:,五、氨基酸的分离分析,分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。 滤纸层析： 薄层层析： 离子交换层析：阴离子交换树脂-N(CH3)3OH或-NH3OH，阳离子交换树脂-SO3H,支持物不同,最常用：高效液相色谱 （HPLC）、气相色谱(GC),纸层析,把支持剂涂布在玻璃板上使成为一个均匀的薄层,薄层层析,离子交换层析,用强酸型阳离子交换树脂分离氨基酸,氨基酸与树脂的亲和力取决于：,气液层析,高效液相层析,蛋白质的水解条件及优缺

12、点,高碘酸及其盐可以定量的氧化断裂邻二羟基、-羟基醛等的碳碳键，产生相应的羰基化合物。该反应可以用来区分糖苷是呋喃还是吡喃型的。侧翼测定直连多糖的相对分子量和支链淀粉的非还原末端残基数，即分支数目。,第一章糖课后题 第6题,糖原分子量,糖原中葡萄糖残基的相对分子质量为180-18（水的相对分子质量）=162 一分子非还原末端的葡萄糖残基被高碘酸钾氢化生成一分子的甲酸，因此，500mg糖原中非还原性末端残基的摩尔质量分数与新生成的甲酸的摩尔质量分数相等。 n个分支点含有n+1个残基间的差别可忽略，所以可假设分支点的物质的量=非还原端物质的量。 非还原端末端残基的质量数为：0.347mmol162(mg/mmol)=56.214mg， 因此，出现在1-6分支点上葡萄糖残基的百分数为：(56.214/500)100%=11.24%,