生物化學(xué) 氨基酸

1、第3章 氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子（一）蛋白質(zhì)的水解氨基酸蛋白質(zhì)肽加酸、 加堿、 加酶 氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位根據(jù)水解程度 完全水解 氨基酸混合物 不完全水解 大小不等的肽和氨基酸 蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸一、 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式二、二十種常見的蛋白質(zhì)氨基酸分類、結(jié)構(gòu) 及三字符號(hào)三、氨基酸的性質(zhì)四、氨基酸混合物的分析分離一、 氨基酸的一般結(jié)構(gòu) 與羧基相鄰的-碳原子上都有一個(gè)氨基，所以稱為-氨基酸（脯氨酸除外）。 只有連在-碳原子上的R基團(tuán)是可變的，即各種氨基酸的區(qū)別就在于R基的不同。 除R為H(即Gly)外，其余氨基酸的-碳原子都為不對(duì)稱碳原子（具有旋光性）。-碳原子上帶有酸性的羧基和

2、一個(gè)堿性的氨基，在一定條件下都可解離，是兩性電離。氨基酸結(jié)構(gòu)通式二、氨基酸的分類蛋白質(zhì)氨基酸： 蛋白質(zhì)中常見的20種氨基酸稀有的蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)組成中，除上述20種常見氨基酸外，從少數(shù)蛋白質(zhì)中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應(yīng)常見氨基酸的衍生物。如4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等。非蛋白質(zhì)氨基酸：不參與蛋白質(zhì)組成，在生物體內(nèi)呈游離或結(jié)合態(tài)的氨基酸。二、氨基酸的分類根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的結(jié)構(gòu)將20中常見氨基酸分為3大類脂肪族氨基酸中性氨基酸（一氨基一羧基氨基酸)（5種）含羥基氨基酸 (2種)含硫氨基酸（2種）酸性氨基酸及其酰胺 （4種）堿性氨基酸（二氨基一羧基氨基酸 ）（2種）芳香族氨基酸: Phe，

3、 Tyr，Trp雜環(huán)族氨基酸: His， Pro 甘氨酸（Gly,G） 丙氨酸（Ala, A） 纈氨酸（Val, V）亮氨酸（Leu, L）異亮氨酸（Ile, I）中性氨基酸異亮氨酸含有兩個(gè)手性碳絲氨酸（Ser, S） 蘇氨酸（Thr, T）含有羥基的兩個(gè)氨基酸，蘇氨酸含有2個(gè)手性碳原子含羥基氨基酸半胱氨酸（Cys, C） 甲硫氨酸（Met, M）含硫氨基酸體內(nèi)代謝甲基的供體酸性氨基酸及其酰胺堿性氨基酸芳香族氨基酸 His經(jīng)常參與酶的活性中心的構(gòu)成,它是唯一一個(gè)R基(咪唑基)的pKa值在7附近的AA.雜環(huán)族氨基酸吡咯環(huán)咪唑基根據(jù)R-基團(tuán)的極性，將氨基酸分為兩類： 極性氨基酸：根據(jù)pH7時(shí) 是否

4、帶電 非極性氨基酸：極性不帶電荷：Ser,Thr, Tyr, Asn, Gln, Cys,Gly（7種）極性帶正電荷:Lys,Arg, His(3種)極性帶負(fù)電荷： Asp , Glu（2種）Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Trp,Met,Pro（8個(gè)）據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類 必需非必需據(jù)氨基、羧基數(shù)分類一氨基一羧基一氨基二羧基(Glu、Asp)二氨基一羧基(Lys、His、Arg)人的必需氨基酸LysTrpPheValMetLeuIleThrArg、His非極性氨基酸極性不帶電荷按理說應(yīng)是極性氨基酸帶正電荷的R基氨基酸帶負(fù)電荷的R基氨基酸三、氨基酸的性質(zhì)兩性解離和等電點(diǎn) 重要化學(xué)反應(yīng)光學(xué)性質(zhì)

5、氨基酸的兼性離子形式兼性離子：是指在同一個(gè)氨基酸分子上同時(shí)帶有能解離出質(zhì)子的-NH3+正離子和能接受質(zhì)子的-COO-負(fù)離子，使同一氨基酸分子帶有正、負(fù)兩種電荷的離子形式。R-CH-COOHNH2R-CH-COO-NH3+氨基酸的解離依照Bronsted-Lowry的酸堿質(zhì)子理論，氨基酸在水中的兩性離子既起酸（質(zhì)子供體）的作用，又起堿（質(zhì)子受體）的作用。H-CH-COO-NH3+H-CH-COO-NH2+H+H-CH-COO-NH3+H+H-CH-COOHNH3+作為質(zhì)子供體作為質(zhì)子受體在適當(dāng)?shù)乃釅A度時(shí)，氨基酸的氨基和羧基的解離度完全相等。此時(shí)，正離子=負(fù)離子，凈電荷為零，在電場(chǎng)中既不向陽極移動(dòng)

6、，也不向陰極移動(dòng)，成為兩性離子。這時(shí)氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，以pI符號(hào)表示。R-CH-COOHNH3+R-CH-COO-NH3+R-CH-COO-NH2-H+-H+H+H+正離子（+）pH等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn)求法：1.先寫出解離方程式；2.找出中性分子狀態(tài)；3.中性狀態(tài)分子兩邊的解離常數(shù)的平均值即為pI。氨基酸的解離常數(shù)可用測(cè)定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得以甘氨酸（Gly）為例氨基酸各基團(tuán)的表觀解離常數(shù)見表3-3.根據(jù)平衡常數(shù)公式可得： pH=pKa+lg質(zhì)子受體/質(zhì)子供體 氨基酸的帶電狀況與溶液的pH有關(guān)。改變pH可以使氨基酸帶上正電荷或負(fù)電荷，也可使處于兼性離子狀態(tài)。知道了氨

7、基酸的解離常數(shù)，pI怎么求？當(dāng)氨基酸完全質(zhì)子化時(shí)（即處于酸性溶液時(shí)），再用堿滴定k3H-CH-COOHNH3+H-CH-COO-NH3+H-CH-COO-NH2k1k2k4Ka1Ka2Gly+GlyGly-a1=Ka1Gly H+GlyKa2H+整理得 Ka1Ka2=H+2兩邊取對(duì)數(shù) pKa1+pKa2=2pHpH= pKa1+pKa22 =pI 結(jié)論： 氨基酸的等電點(diǎn)相當(dāng)于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)基團(tuán)pK值之和的一半。 即pI1/2（pKa1+pKa2）側(cè)鏈上有解離基團(tuán)的氨基酸的pI如何計(jì)算？（1）首先氨基酸完全質(zhì)子化；（2）寫出其解離方程式： 先解離-COOH, 再解離側(cè)鏈基團(tuán)上的COO

8、H; 再解離-NH3+, 最后解離側(cè)鏈基團(tuán)上的NH3+。（3）標(biāo)出各解離步驟的pK值，最后以兩性離子狀態(tài) 兩側(cè)基團(tuán)pK值之和的一半計(jì)算其等電點(diǎn)。例如：（1）Glu的pK1(-COOH)=2.19， pK2(- COOH)=4.25，pK3(- NH3+)=9.67,計(jì)算其pI值。 （2）Lys的pK1(-COOH)=2.18, pK2(-NH3+)=8.95，pK3(- NH3+)=10.53，計(jì)算其pI值。氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算pI=2pK1+pK2一氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK1+pKR一氨基二羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：pI=2pK2+pKR二氨基一羧基AA的等電點(diǎn)計(jì)算：可見，氨基酸的

9、pI值等于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pK值之和的二分之一。等電點(diǎn)的應(yīng)用：1.氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小。2.利用不同氨基酸等電點(diǎn)不同，可利用電泳的方式分離氨基酸。氨基酸的化學(xué)反應(yīng)（一）由氨基參加的反應(yīng)（二）由羧基參加的反應(yīng)( 自學(xué) )（三）由氨基和羧基共同參加的反應(yīng)（四）由側(cè)鏈R基團(tuán)產(chǎn)生的反應(yīng)(一)由氨基參加的反應(yīng)1. 與HNO2的反應(yīng)2. ?；土u基化反應(yīng)3.形成西佛堿反應(yīng)(自學(xué))4.脫氨基反應(yīng)(自學(xué))1. 與HNO2的反應(yīng)R-CH-COOH +HNO2NH2R-CH-COOH +N2 +H2OOH這是Van Slyke氏氨基氮測(cè)定法的原理 2.酰基化和羥基化反應(yīng)氨基酸氨基的一個(gè)H可

10、被酰基或烴基（包括環(huán)烴及其衍生物）取代，這些取代基對(duì)氨基酸的氨基有保護(hù)作用。R-CH-COOH +RXNH2R-CH-COOH +HXNHRR=?；驘N基 X=鹵素（Cl, F）（1）?；噭┰诙嚯暮偷鞍踪|(zhì)的人工合成中被用 作氨基的保護(hù)試劑。?；噭浩S氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、對(duì)-甲苯磺酰氯、鄰苯二甲酸酐丹磺酰氯（DNS-cl，5二甲基氨基萘-1-磺酰氯）常用于多肽鏈NH2末端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量測(cè)定。N GlyAlaSerLeuPhe CDNSGlyAlaSerLeuPhe C水解 DNSGly、 Ala、 Ser、 Leu、 Phe DNS-AA在紫外光激發(fā)后發(fā)黃色熒光。 （2）

11、 烴基化反應(yīng)常用于蛋白質(zhì)的N端氨基酸分析 A. 與二硝基氟苯的反應(yīng) B. 氨基酸與苯異硫氰酸（PITH）的反應(yīng)Sanger 反應(yīng)2.4一二硝基氟苯（DNFB）DNP-氨基酸，黃色，層析法鑒定， 被Sanger用來測(cè)定多肽的NH2末端氨基酸 Edman反應(yīng)苯異硫氰酸酯，PITC苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸）， 無色，可以用層析法分離鑒定。被Edman用來鑒定 多肽的NH2末端氨基酸（三）由氨基和羧基共同參加的反應(yīng)1. 兩性解離2.與茚三酮的反應(yīng)3.形成肽鍵4. 離子交換反應(yīng)+3H20水合茚三酮(無色)NH3CO2 RCHO+還原性茚三酮紫色化合物(弱酸)加熱+ 2NH3 +還原性茚三酮茚三

12、酮在弱酸中與-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨、脫羧反應(yīng)，最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物氨和還原茚三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)（max=570nm）。Pro、Hy-Pro與茚三酮直接形成黃色化合物（ max=440nm）茚三酮3、成肽反應(yīng)4. 離子交換反應(yīng)R-CH-COOHNH3+R-CH-COOHNH3M+ MA+ A+氨基酸（在酸性溶液中）陽離子交換劑氨基酸鹽R-CH-COO-NHR-CH-COOMNH2+ MB-+ B-氨基酸（在堿性溶液中）陰離子交換劑氨基酸鹽分離氨基酸的柱層析法就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。（四） 側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)(自學(xué))用于蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾1. 苯環(huán)（Phe和Tyr）2. 酚基（Ty

13、r）3. OH基（Ser, Thr）4. SH基及-S-S-鍵（Cys, Cys-CYs）5. 吲哚基（Trp）6. 胍基（Arg）7. 咪唑基（His）光學(xué)性質(zhì)1、旋光性：除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不對(duì)稱碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。2、紫外吸收光譜：參與蛋白質(zhì)組成的20種氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基團(tuán)中含有苯環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，在紫外光區(qū)顯示特征的吸收譜帶，最大光吸收（max）分別為280、275、和257nm。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這些氨基酸殘基，因此用紫外分光光度法可測(cè)定蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)在280nm有最大光吸收，可用分光光度法測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)含量。四、氨基酸混合物的分析分離（一）基于電荷性質(zhì)差異的分離方法。（二）基于分配系數(shù)（極性）差異的分離方法 分配層析。（三）氣液層析（氣相層析、氣相色譜）。（四）高效液相層析（HPLC）。（一）基于電荷性質(zhì)差異的分離方法1、 電泳分離 Glu、Leu 、His 、Lys，4種混合樣，在pH6.0時(shí)，泳動(dòng)方向及相對(duì)速度：