生物化學第3章 氨基酸

1、生物化學第三章 氨基酸 (amino acid)一、氨基酸一、氨基酸蛋白質的構件分子蛋白質的構件分子氨基酸(amino acid) ：-氨基酸是一切蛋白質的組成單位。氨基酸是與羧酸相鄰-碳原子上連有一個氨基，故稱-氨基酸。 利用酸水解、堿水解、酶解可把蛋白質分子水解釋放氨基酸。L L型型 -氨基酸氨基酸不變部分（除脯氨酸）可變部分180多種天然氨基酸；20種蛋白質氨基酸 氨基酸首尾脫水聚合成肽鍵。各種氨基酸的區(qū)別在于側鏈R基的不同v20種蛋白質氨基酸按R的極性可分為非極性氨基酸、不帶電荷極性氨基酸、帶正電R基氨基酸和帶負電R基氨基酸v按R基的結構可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及雜環(huán)氨基酸3大

2、類v除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。v氨基酸的名稱常用三個字母的縮寫，或單個字母表示長的肽鏈。二、氨基酸的分類、性質二、氨基酸的分類、性質 氨基酸氨基酸脂肪族脂肪族氨基酸氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸一氨基一羧基（中性氨基酸）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（堿性氨基酸二氨基一羧基（堿性氨基酸）Arg、LysPhe、Tyr、TrpHis、Pro2.1氨基酸的分類氨基酸的分類按

3、照按照R化學結構分類化學結構分類甘氨酸 丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 異亮氨酸脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）一氨基一羧基（中性氨基酸）脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有羥基含有羥基絲氨酸絲氨酸Ser的的-OH在生理條件下在生理條件下不解離不解離，但是個，但是個極性基團極性基團，能與其，能與其他基團形成他基團形成氫鍵氫鍵，常出現在酶的活性中心；，常出現在酶的活性中心；蘇氨酸蘇氨酸Thr的的-OH是仲醇，具有是仲醇，具有親水性親水性；脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有硫含有硫兩

4、個半胱氨酸的巰基氧化生成兩個半胱氨酸的巰基氧化生成二硫鍵二硫鍵，生成，生成胱氨酸胱氨酸，Cys-S-S-Cys 蛋氨酸的甲硫基的硫原子有親核性，容易發(fā)生極化，在生物合成蛋氨酸的甲硫基的硫原子有親核性，容易發(fā)生極化，在生物合成中是重要的中是重要的甲基供體甲基供體脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：一氨基二羧基（酸性氨基酸）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：二脂肪族氨基酸：二氨基氨基一一羧基（羧基（堿性氨基酸）堿性氨基酸）賴氨酸Lys側鏈氨基生理條件下帶有一個正電荷精氨酸Arg是堿性最強的氨基酸，側鏈的胍基pKa=12.48，生理條件下完全質子化組氨酸His含有

5、咪唑環(huán)，是20種氨基酸中側鏈pK值最接近pH的一種，生理pH條件下具有緩沖能力的一種氨基酸。芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸這三種氨基酸在紫外280nm具有特殊吸收峰，蛋白質的紫外吸收主要來自這三種氨基酸苯丙氨酸疏水性最強酪氨酸的-OH發(fā)生磷酸化在生物體內是十分普遍的調控機制雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸脯氨酸 組氨酸組氨酸是堿性氨基酸的一種脯氨酸的-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結構，在蛋白質中一般出現在-螺旋轉角處。Pro殘基出現的位置必然發(fā)生蛋白估計方向的改變。2.2氨基酸的分類氨基酸的分類按照按照R基極性分類基極性分類疏水性氨基酸親水性氨基酸1. 非極性氨基酸：8種Al

6、a, Val, Leu, Ile脂肪族側鏈Pro亞氨基雜環(huán)Phe，Trp芳香環(huán)Met含硫2. 不帶電荷的極性氨基酸：7種Ser, Thr, Tyr羥基-OHGln, Asn酰胺基Cys巰基Gly極性/非極性3. 帶正電荷的氨基酸：3種Lys-位氨基Arg胍基His咪唑基4. 帶負電荷的氨基酸：2種Glu 兩個羧基Asp非極性氨基酸在維持蛋白質的三維結構中其重要作用（蛋白質的疏水中心）極性氨基酸側鏈能與水形成氫鍵，易溶于水帶電荷和極性氨基酸一般位于蛋白表面蛋白的活性中心：His，Ser，Cys2.3氨基酸的分類氨基酸的分類不常見不常見蛋白質氨基酸蛋白質氨基酸2.4氨基酸的分類氨基酸的分類非非蛋白

7、質氨基酸蛋白質氨基酸150 多種，不是蛋白質組成，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）還有-、-、-氨基酸氨基酸在結晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。氨基酸晶體是由離子晶格組成，靠異性電荷之間的靜電引力維持晶格中質點的作用力，因此氨基酸熔點高。不同氨基酸有特殊的晶體形狀，基于此可對氨基酸進行鑒別。 氨基酸的兼性離子形式三、氨基酸的酸堿化學三、氨基酸的酸堿化學陽離子A+兼性離子A0陰離子A-Ka1=H+A0/A+當溶液中A0=A+時，K

8、a1=H+；兩邊取對數pKa1=pH=2.34Ka2=H+A-/A0當溶液中A0=A-時，Ka2=H+；兩邊取對數pKa2=pH=9.6用Ka1,Ka2 表示氨基酸-碳原子的-COOH與-NH3+的解離常數 氨基酸的解離性質pH=pKa+lg質子受體質子供體氨基酸的等電點氨基酸的等電點當溶液濃度為某一當溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和和-COO-數目正好相等，凈電荷為數目正好相等，凈電荷為0。這一。這一pH值即為值即為氨基酸的等電點，氨基酸的等電點，簡稱簡稱pI。在等電點時，。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處氨基酸既不向正極也

9、不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)于兩性離子狀態(tài)。側鏈不含離解基團的側鏈不含離解基團的中性中性氨基酸，其等電點是它的pKa1和pKa2的算術平均值：pI = (pKa1 + pKa2 )/2 對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，其其pI值也決定于兩性離子兩值也決定于兩性離子兩邊的邊的pKa值的算術平均值。值的算術平均值。 酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI = (pKa1 + pKaR-COO- )/2 堿性氨基酸：pI = (pKa2 + pKaR-NH2 )/2 四、氨基酸的化學反應四、氨基酸的化學反應氨基酸的化學反應-氨基參與的反應: 亞硝酸、?；噭N基、醛

10、基氧化酶-羧基參與的反應：成鹽、成酯、成酰氯、脫羧、疊氮側鏈R基參與的反應：取決于R側鏈的官能團茚三酮、肽鍵形成茚三酮、肽鍵形成!-氨基參與的反應:與亞硝酸反應：通過測定N2的量而計算氨基酸的量，可衡量蛋白質的水解程度與?；噭┓磻篨=Cl, OH, -OCOR; 可多肽合成中保護氨基；丹磺酰氯丹磺酰氯可以與肽的N-端氨基酸反應，生成丹磺酰-肽，水解得到有強烈熒光的丹磺酰-氨基酸，用電泳法或層析法分析即可得知N-端是何種氨基酸，被廣泛用于蛋白質N端測定。烴基化反應：2，4-二硝基氟苯二硝基氟苯在弱堿條件下親核芳環(huán)取代生成DNP-氨基酸。首次被英國Sanger用來鑒定多肽、蛋白的N末端氨基酸黃

11、色與烴反應 continue：苯異硫氰酸酯(PITC)與-氨基生成苯氨基硫甲酰衍生物(PTC-aa)，再在硝基甲烷中與酸發(fā)生環(huán)化成苯乙內酰硫脲 (PTH-aa)Edman測序原理。西佛堿反應：-氨基與醛類反應生成西佛堿。脫氨基反應：在生物體內，氨基酸經氨基酸氧化酶催化脫去氨基成酮酸。-羧基參與的反應:成鹽、成酯反應：干燥， HCl回流成酯：被醇酯化，形成酯,羧基得以保護，氨基相對被活化，易酰基、羥基化；成鹽：氨基酸與堿作用生成相應的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,而重金屬鹽則不溶于水。Q:為什么氨基酸的?；捄蜔N基化在堿性中進行？成酰氯反應：與PCl5, PCl3, SOCl2,生成酰氯后，使羧

12、基活化，以便更易與另一氨基酸氨基結合成肽鍵。脫羧基反應、疊氮反應-氨基和 -羧基共同參與的反應:脯氨酸、羥脯氨酸無NH3釋放，生成黃色物質，max=440nm茚三酮顯色還原茚三酮茚三酮第二個茚三酮紫色復合物H+釋放的CO2可以用測壓法測量計算參加反應的氨基酸的量H2NCR1HCOHOHNHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽鍵是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。-氨基和 -羧基共同參與的反應:成肽反應：側鏈R基參與的反應: 酪氨酸堿性氨基酸半胱氨酸用于蛋白質的化學修飾功能團有：羥基、酚基、巰基、吲哚基、咪唑基、胍基、甲硫基、非-氨基

13、和非-羧基等。酪氨酸側鏈反應酚基碘化或硝化Pauly反應-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+這些反應可用于巰基的保護；可用于檢測蛋白中的半胱氨酸殘基；把其他分子與目標多肽、蛋白進行偶聯(lián)半胱氨酸側鏈巰基的反應:烷基化-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC二硫鍵-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-與金屬離與金屬離

14、子的螯合子的螯合性質可用性質可用于體內解于體內解毒毒。二硫鍵對二硫鍵對維持蛋白維持蛋白結構很重結構很重要，氧化要，氧化劑和還原劑和還原劑都可打劑都可打開二硫鍵，開二硫鍵，最常用還最常用還原劑原劑-巰巰基乙醇和基乙醇和二硫蘇糖二硫蘇糖醇醇半胱氨酸側鏈巰基的反應 （p142）:五、氨基酸的分離分析 分配柱層析：支持劑是一些具有親水性的不溶性物質，如纖維素、淀粉、硅膠等。濾紙層析：薄層層析：離子交換層析：陰離子交換樹脂-N(CH3)3OH或-NH3OH，陽離子交換樹脂-SO3H支持物不同最常用：高效液相色譜 （HPLC）、氣相色譜(GC)紙層析把支持劑涂布在玻璃板上使成為一個均勻的薄層薄層層析離子交換層析http:/ 第6題糖原分子量糖原中葡萄糖殘基的相對分子質量為180-18