生物化學(xué)第2章-氨基酸(共77張課件)

一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成二、蛋白質(zhì)的水解三、氨基酸的一般結(jié)構(gòu)四、氨基酸的分類五、氨基酸的酸堿性質(zhì)六、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)七、氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)八、氨基酸混合物的分離分析一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類蛋白質(zhì)是一類含氮有機(jī)化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為：碳50％氫7％氧23％氮16%

硫0—3％其他微量蛋白質(zhì)的含氮量蛋白質(zhì)中氮占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質(zhì)的含氮量。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量接近于16%，所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來計(jì)算蛋白質(zhì)的大概含量：蛋白質(zhì)含量（克%）=每克生物樣品中含氮的克數(shù)

蛋白質(zhì)的分類組成上分：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)、綴合蛋白質(zhì)。功能上分：酶、調(diào)節(jié)蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、貯存蛋白等9類。形狀上分：纖維蛋白、球蛋白、膜蛋白。二、蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵與一般的酰胺鍵一樣可以被酸堿或蛋白酶催化水解，酸或堿能夠?qū)⒍嚯耐耆?，酶水解一般是部分水?

A、酸水解常用6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在105-110℃條件下進(jìn)行水解，反應(yīng)時(shí)間約20小時(shí)。此法的優(yōu)點(diǎn)是不容易引起水解產(chǎn)物的消旋化。缺點(diǎn)是色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨基酸如絲氨酸或蘇氨酸有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺側(cè)鏈的酰胺基被水解成了羧基。B、堿水解一般用5mol/L氫氧化鈉煮沸10-20小時(shí)。由于水解過程中許多氨基酸都受到不同程度的破壞，產(chǎn)率不高。部分的水解產(chǎn)物（主要指含-OH和-SH的氨基酸，如，Ser、Thr、Tyr、Cys等）發(fā)生消旋化。該法的優(yōu)點(diǎn)是色氨酸在水解中不受破壞。組氨酸含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為，后者為，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡。蛋白質(zhì)含量（克%）=每克生物樣品中含氮的克數(shù)Phenylalanine胱氨酸是由兩個(gè)半胱氨酸通過它們側(cè)鏈上的-SH氧化成共價(jià)的二硫橋連接形成的。Phenylalanine1）、脂肪族氨基酸（中性）1）、脂肪族氨基酸（中性）纈氨酸Valine甘氨酸的解離與等電點(diǎn)——滴定曲線三字母簡(jiǎn)寫：如Gly、Cys等。帶負(fù)電荷的氨基酸（2種）絲氨酸Serine蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵與一般的酰胺鍵一樣可以被酸堿或蛋白酶催化水解，酸或堿能夠?qū)⒍嚯耐耆?，酶水解一般是部分水?1）、脂肪族氨基酸（中性）其他微量C、酶水解目前用于蛋白質(zhì)肽鏈斷裂的蛋白水解酶或稱蛋白酶（protease）已有十多種。應(yīng)用酶水解多肽不會(huì)破壞氨基酸，也不會(huì)發(fā)生消旋化。水解的產(chǎn)物為較小的肽段。最常見的蛋白水解酶有以下幾種：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶等。三、α-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)特征：α-碳（與羧酸相鄰的碳，Cα）上都有一個(gè)氨基（α-氨基酸

），此外，Cα還結(jié)合著一個(gè)H原子和一個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)(R)每一種氨基酸的R都是不同的，側(cè)鏈上的碳依次按字母命名為β、γ、δ和ε碳，分別指的是第3，4，5和6位碳

生理?xiàng)l件下（pH=7附近），氨基酸呈兼性離子形式。氨基（-NH2）質(zhì)子化為-NH3+羧基（-COOH）離子化為COO-絕大多數(shù)氨基酸是L型氨基酸α-氨基酸除R為H（甘氨酸）外，其α-碳原子是一個(gè)手性碳原子，具有旋光性，存在著兩種不能疊合的鏡像立體異構(gòu)體。將α-COO-畫在頂端，垂直畫一個(gè)氨基酸，然后與立體化學(xué)參考化合物甘油醛相比較，α-氨基位于α-碳左邊的為L(zhǎng)-異構(gòu)體，位于右邊的為D-異構(gòu)體。絕大多數(shù)氨基酸是L-型氨基酸，近年來，D-型氨基酸在哺乳動(dòng)物生命活動(dòng)中的意義引起了越來越多的關(guān)注。L-甘油醛D-甘油醛L-丙氨酸D-丙氨酸四、

氨基酸的分類、氨基酸的表示方法：中文名，如甘氨酸、半胱氨酸等。三字母簡(jiǎn)寫：如Gly、Cys等。單字母簡(jiǎn)寫：如G、C等。

記憶技巧（按字母順序記憶）AlaArgAspAsn

丙精天天酰

CysGluGlnGly

半谷谷酰甘

HisIleLeuLys

組異亮亮賴

MetPhePro

甲硫苯丙脯

SerThrTrpTyrVal

絲蘇色酪纈

、20種氨基酸可按其側(cè)鏈分類氨基酸的側(cè)鏈可以按照它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為三類，即：脂肪族氨基酸；芳香族氨基酸；雜環(huán)氨基酸。

甘氨酸Glycine1）脂肪族氨基酸（中性）（α-氨基乙酸）G

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine（α-氨基丙酸）1）、脂肪族氨基酸（中性）A

（α-氨基-β-甲基丁酸）甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine1）、脂肪族氨基酸（中性）V

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine（α-氨基-γ-甲基戊酸）L1）、脂肪族氨基酸（中性）CertainproteinsthatbindtoDNAandmayhelpregulateitsactivities,possesregionsinwhichleucinesarearrangedinconfigurationscalledleucinezippers.

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

IleucineI1）、脂肪族氨基酸（中性）（α-氨基-β-甲基戊酸）甘氨酸是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。異亮氨酸分子中的α碳和β碳都是不對(duì)稱碳原子，所以異亮氨酸具有四種可能的異構(gòu)體：L-異亮氨酸、D-異亮氨酸、L-別構(gòu)異亮氨酸和D-別構(gòu)異亮氨酸。通常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的為L(zhǎng)-異亮氨酸。丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的側(cè)鏈具有高度疏水性，在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起重要作用。注意：1）、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）

絲氨酸

Serine

（α-氨基-β-羥基丙酸）S1、加還原劑（巰基乙醇）打開二硫鍵。Phenylalanine硫0—3％半胱氨酸Cysteine甘氨酸Glycineα-氨基-β-咪唑基丙酸第22種基本氨基酸是吡咯賴氨酸（Pyrrolysine,Pyr）脯氨酸Proline纈氨酸Valine三字母簡(jiǎn)寫：如Gly、Cys等。β-吡咯烷基-α-羧酸pH=1/2*(PK1+PK2)氧23％組氨酸Histidine6+lg(1/2)

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine（α-氨基-β-羥基丁酸）T1）、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）L-ThreonineD-ThreonineL-allo-ThreonineD-allo-Threonine蘇氨酸的光學(xué)異構(gòu)體

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine半胱氨酸Cysteine（α-氨基-β-巰基丙酸）C1）、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）兩個(gè)半胱氨酸氧化可生成胱氨酸人頭發(fā)的電子顯微鏡照片與模型燙發(fā)過程：1、加還原劑（巰基乙醇）打開二硫鍵。2、加氧化劑（雙氧水）重新生成錯(cuò)位二硫鍵。

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine半胱氨酸Cysteine甲硫氨酸Methionine（α-氨基-γ-甲硫基丁酸）M1）、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）絲氨酸和蘇氨酸側(cè)鏈含有β-羥基，具有伯醇和仲醇的離子化特性。絲氨酸的羥甲基可以參與很多酶的活性部位反應(yīng)。蘇氨酸具有兩個(gè)手性碳原子，通常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的是L-蘇氨酸。半胱氨酸在蛋白質(zhì)中經(jīng)常以其氧化型的胱氨酸存在。胱氨酸是由兩個(gè)半胱氨酸通過它們側(cè)鏈上的-SH氧化成共價(jià)的二硫橋連接形成的。注意：1）、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）

天冬氨酸

Aspartate

α-氨基丁二酸D

天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨AsparagineN1）、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨Asparagine谷氨酸

Glutamate

α-氨基戊二酸E1）、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨Asparagine谷氨酸

Glutamate谷氨酰胺

Glutamine

Q1）、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）天冬氨酸和谷氨酸是二羧基氨基酸，除了含有α-羧基外，天冬氨酸含β-羧基，谷氨酸含γ-羧基。生理?xiàng)l件下，二者呈酸性。天冬酰胺和谷氨酰胺分別是天冬氨酸和谷氨酸的酰胺化產(chǎn)物。盡管這兩個(gè)氨基酸的側(cè)鏈不帶電荷，但其極性很強(qiáng)。另外，這兩種氨基酸的酰胺鍵可以與其它極性氨基酸的側(cè)鏈上的原子形成氫鍵。注意：

精氨酸

Arginineα-氨基-δ-胍基戊酸R1）、脂肪族氨基酸（堿性aa）精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine

α,ε-二氨基己酸K1）、脂肪族氨基酸（堿性aa）精氨酸是堿性最強(qiáng)的氨基酸，側(cè)鏈上的胍基是已知堿性最強(qiáng)的有機(jī)堿，pKa值為，生理?xiàng)l件下完全質(zhì)子化。賴氨酸的側(cè)鏈上含有一個(gè)氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為。生理?xiàng)l件下，Lys側(cè)鏈帶有一個(gè)正電荷（—NH3+），同時(shí)它的側(cè)鏈?zhǔn)?個(gè)C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。注意：2）、芳香族氨基酸

苯丙氨酸Phenylalanine（α-氨基-β-苯基丙酸）F2）、芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine

（α-氨基-β-對(duì)羥苯基丙酸）Y2）、芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Tryptophan

（α-氨基-β-吲哆基丙酸）W3）、雜環(huán)族氨基酸

組氨酸

Histidineα-氨基-β-咪唑基丙酸H3）、雜環(huán)族氨基酸

組氨酸

Histidine脯氨酸

Prolineβ-吡咯烷基-α-羧酸P組氨酸含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為，后者為，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡。它是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。脯氨酸是唯一的一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氨基酸，它的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段α-螺旋之間的轉(zhuǎn)角處，Pro殘基所在的位置必然發(fā)生骨架方向的變化。注意：根據(jù)氨基酸側(cè)鏈的極性可以分為非極性氨基酸和極性氨基酸。極性氨基酸又可分為不帶電荷的極性氨酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸。非極性氨基酸（八種）不帶電何的極性氨基酸（八種）帶負(fù)電荷的氨基酸（2種）帶正電荷的氨基酸（2種）第21種基本氨基酸是硒代半胱氨酸（Selenocysteine,Sec）第22種基本氨基酸是吡咯賴氨酸（Pyrrolysine,Pyr）兩種罕見基本氨基酸是在特定生物的特定調(diào)控條件下生成。有些蛋白質(zhì)中還含有少數(shù)特殊的氨基酸，稱為蛋白質(zhì)的稀有氨基酸。這些氨基酸都是正常氨基酸的衍生物，如彈性蛋白和膠原蛋白中的4-羥基脯氨酸和5-羥基賴氨酸；肌球蛋白和組蛋白中含有6-N-甲基賴氨酸；凝血酶原中存在γ-羧基谷氨酸；酪蛋白中存在磷酸絲氨酸；哺乳動(dòng)物的肌肉中存在N-甲基甘氨酸等。蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸在遺傳上是特殊的，因?yàn)樗鼈儧]有三聯(lián)體密碼，所有已知的稀有氨基酸都是在蛋白質(zhì)合成后，在常見的氨基酸的基礎(chǔ)上經(jīng)過化學(xué)修飾而形成的。4.3不常見蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸

在各種組織和細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)約150種其它氨基酸，它們不存在于蛋白質(zhì)中，而是以游離或結(jié)合狀態(tài)存在于生物體內(nèi)，所以稱為非蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的L-型α-氨基酸的衍生物，如鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）、高絲氨酸（homeserine）、高半胱氨酸等,但也有一些是β-、γ-或δ-氨基酸，如β-丙氨酸、γ-氨基丁酸。另外，還有些是D型氨基酸。這些氨基酸雖然不參與蛋白質(zhì)組成，但在生物體中往往具有一定的生理功能，如鳥氨酸和瓜氨酸是合成精氨酸的前體，β-丙氨酸是維生素泛酸的組成成分，γ-氨基丁酸是神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)物質(zhì)。植物中含有很多非蛋白質(zhì)氨基酸，其中有些具有特殊的生物功能，但大多數(shù)非蛋白質(zhì)氨基酸的功能還不清楚。五、氨基酸的酸堿化學(xué)氨基酸是個(gè)兩性電解質(zhì)，既可進(jìn)行酸解離也可進(jìn)行堿解離，用解離方程式表示就是：Ka1Ka2氨基酸的離子狀態(tài)完全取決于溶液的pH值。如果調(diào)節(jié)溶液的pH值使得其中的氨基酸呈電中性，那么，我們就把這個(gè)pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint,pI

）。pI是氨基酸的重要常數(shù)之一，它的意義在于，物質(zhì)在pI處的溶解度最小，這是分離純化蛋白質(zhì)或氨基酸的重要依據(jù)。甘氨酸的解離與等電點(diǎn)——滴定曲線當(dāng)甘氨酸在酸性溶液中，它是以帶凈的正電荷的形式存在的，可以看作是一個(gè)二元弱酸，具有兩個(gè)可解離的H＋，即－COOH和-NH3+上的H＋。根據(jù)上述甘氨酸的解離方程可得到：K1、K2為解離常數(shù)，當(dāng)達(dá)到等電點(diǎn)時(shí)，[Gly+]＝[Gly－

]，即：則：K1K2=[H+]2方程兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)：pH=1/2*(PK1+PK2)例題：Gly的-NH3+有1/3解離時(shí)，溶液的pH值？pH=pK2+lg([Gly-]/[Gly0])pH=9.6+lg(1/2)習(xí)題：帶有可解離側(cè)鏈的氨基酸：Glu的滴定曲線：Lys的滴定曲線解題思路：