第3章 氨基酸

1、第第3 3章章 氨基酸氨基酸Amino acid一、氨基酸一、氨基酸蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類三、氨基酸的酸堿化學(xué)三、氨基酸的酸堿化學(xué)四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)五、氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)五、氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)六、氨基酸的分析分離六、氨基酸的分析分離一一. . 氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子蛋白質(zhì)的水解：完全水解和部分水解蛋白質(zhì)的水解：完全水解和部分水解酸水解酸水解 常用常用H2SO4或或HCl，可使蛋白質(zhì)完全水解。，可使蛋白質(zhì)完全水解。堿水解堿水解 常用常用NaOH，可使蛋白質(zhì)完全水解。多數(shù)氨基酸被破，可使蛋白質(zhì)完全

2、水解。多數(shù)氨基酸被破壞并消旋，堿性條件下壞并消旋，堿性條件下Trp是穩(wěn)定的。是穩(wěn)定的。酶水解酶水解 蛋白質(zhì)的部分水解，不破壞氨基酸，也不消旋。蛋白質(zhì)的部分水解，不破壞氨基酸，也不消旋。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H-氨基酸的一般結(jié)構(gòu)氨基酸的一般結(jié)構(gòu)In protein chemistry, we use Greek letter nomenclature.二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類 側(cè)鏈側(cè)鏈R基的不同?；牟煌?。20種基本氨基酸種基本氨基酸按按R的化學(xué)結(jié)構(gòu)：的化學(xué)結(jié)構(gòu)： 脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)族氨基酸三類。脂肪族氨脂肪族氨

3、基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)族氨基酸三類。脂肪族氨基酸最多?；嶙疃?。按按R的極性：的極性： 非極性非極性R基氨基酸、不帶電荷的極性基氨基酸、不帶電荷的極性R基氨基酸、帶負(fù)電荷的基氨基酸、帶負(fù)電荷的R基（酸性）氨基酸和帶正電荷的基（酸性）氨基酸和帶正電荷的R基（堿性）氨基酸四類?；▔A性）氨基酸四類。 非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸 蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸2020種種氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表天冬酰氨天冬酰氨 1806 Vauquelin 天門冬芽天門冬芽甘氨酸甘氨酸 1820 Braconnot 明膠明膠亮氨酸亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉羊毛、肌肉酪氨酸酪氨酸 18

4、49 Bopp 奶酪奶酪絲氨酸絲氨酸 1865 Cramer 蠶絲蠶絲谷氨酸谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋面筋天冬氨酸天冬氨酸 1868 Ritthausen 蠶豆蠶豆苯丙氨酸苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽羽扇豆芽丙氨酸丙氨酸 1881 Weyl 絲心蛋白絲心蛋白 賴氨酸賴氨酸 1889 Drechsel 珊瑚珊瑚精氨酸精氨酸 1895 Hedin 牛角牛角組氨酸組氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪奶酪胱氨酸胱氨酸 1899 Morner 牛角牛角纈氨酸纈氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪脯氨酸脯氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪色氨酸色氨

5、酸 1901 Hopkins 奶酪奶酪異亮氨酸異亮氨酸 1904 Erhlich 纖維蛋白纖維蛋白甲硫氨酸甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪奶酪蘇氨酸蘇氨酸 1935 McCoy et al 奶酪奶酪脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸支鏈氨基酸支鏈氨基酸中性氨基酸中性氨基酸巰基巰基甲硫基甲硫基含硫氨基酸含硫氨基酸酰氨基酰氨基極性氨基酸極性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸胍基胍基咪唑基咪唑基芳香族氨基酸芳香族氨基酸TrpTyr雜環(huán)族氨基酸雜環(huán)族氨基酸組氨酸組氨酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-C

6、H-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3胱氨酸胱氨酸蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的L- -氨基酸依據(jù)極性的分類氨基酸依據(jù)極性的分類類別類別主要氨基酸主要氨基酸非非極極性性脂肪族氨基脂肪族氨基酸酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基芳香族氨基酸酸苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨

7、酸亞氨基酸亞氨基酸脯氨酸脯氨酸極極性性不帶電荷不帶電荷甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸酪氨酸帶正電荷帶正電荷賴氨酸、精氨酸、組氨酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸不常見的蛋白質(zhì)氨基酸不常見的蛋白質(zhì)氨基酸 在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。 這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生氨基酸衍生而來的。而來的。 其中重要的有其中重要的有4-羥基脯氨酸、羥基脯氨

8、酸、5-羥基賴氨酸、羥基賴氨酸、N-甲基甲基賴氨酸、和賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。酸的結(jié)構(gòu)如下。非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸除了參與蛋白質(zhì)組成的除了參與蛋白質(zhì)組成的2030種氨基酸外，還種氨基酸外，還在各種組織和細(xì)胞中找到在各種組織和細(xì)胞中找到150多種其他氨基酸。多種其他氨基酸。這些氨基酸大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的這些氨基酸大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的L型氨基型氨基酸的衍生物。酸的衍生物。如：如：鳥氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、- -丙氨酸、丙氨酸、- -氨基丁氨基丁酸、高半胱氨酸、高絲氨酸等。酸、高半胱氨酸、高絲氨酸等。pH=p

9、I+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+氨基酸的等電點氨基酸的等電點(isoelectric point, pI)氨基酸的解離性質(zhì)氨基酸的解離性質(zhì)三、氨基酸的酸堿化學(xué)三、氨基酸的酸堿化學(xué) A+ A0 A-第一步解離：第一步解離：Ka1=A0H+/A+ (1)第二步解離：第二步解離：Ka2=A-H+/A0 (2)Gly 的的pI 計算計算Ka1Ka2將將Ka1

10、和和Ka2相乘，得：相乘，得：Ka1Ka2=H+2A-/A+等電點時，等電點時，A+=A-,因此：因此：H2= Ka1Ka2，兩邊取對數(shù)，得，兩邊取對數(shù)，得pI = (pKa1+pKa2) /2 p133Gly 的的pI為為：(2.34+9.60)/2=5.97氨基酸可解離基團(tuán)的氨基酸可解離基團(tuán)的pK值與等電點（值與等電點（pI）的關(guān)系：）的關(guān)系： 中性氨基酸：中性氨基酸：pI=(pKa1 + pKa2)/2 酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=(pKa1 + pKaR)/2 堿性氨基酸：堿性氨基酸：pI=(pKa2 + pKaR)/2在等電狀態(tài)，氨基酸凈電荷為零，且解離成陽離子和陰離子在等電狀態(tài)，

11、氨基酸凈電荷為零，且解離成陽離子和陰離子的數(shù)目和趨勢相等。的數(shù)目和趨勢相等。Glu 的的pI為為：(2.19+4.25)/2=3.222.194.259.67四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)1 -氨基參與的反應(yīng)氨基參與的反應(yīng)2 -羧基參與的反應(yīng)羧基參與的反應(yīng)3 -氨基和羧基共同參與的反應(yīng)氨基和羧基共同參與的反應(yīng)4. 側(cè)鏈基團(tuán)側(cè)鏈基團(tuán)R的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)1 -氨基參與的反應(yīng)氨基參與的反應(yīng) 與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng) ?；磻?yīng)?；磻?yīng) 烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng) 生成西佛堿的反應(yīng)生成西佛堿的反應(yīng) 脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應(yīng)范斯來克法定量測定氨

12、基酸的基本反應(yīng)。 1 NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)?；磻?yīng)?；磻?yīng)用途用途：用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測定等用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測定等。 1 R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO與與2，4二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)）反應(yīng) AA的氨基的一個氫原子可被烴基（環(huán)烴及其衍的氨基的一個氫原子可被烴基（環(huán)烴及其衍生物）取代生物）取代 。在弱堿性溶液中，發(fā)生親核芳環(huán)取代。在弱堿性溶液中，發(fā)生親核芳環(huán)取代反應(yīng)，而生成二硝基苯基反應(yīng)，而生成二硝基苯

13、基AA（DNPAA） （最早（最早Sanger用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基端的用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)的氨基端的AA）烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)用途用途：用于肽鏈的氨基端測定等用于肽鏈的氨基端測定等。l生成的生成的PTCAA和和PTHAA均無色，可均無色，可用層析法分離；用層析法分離；lEDMAN用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的用于鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N末端末端AA；l 在多肽和蛋白質(zhì)的在多肽和蛋白質(zhì)的AA順序分析方面占有重順序分析方面占有重要地位。要地位。用途用途：用于肽鏈的氨基端測定等用于肽鏈的氨基端測定等。烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)與苯異硫氰酸酯（與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應(yīng)）的反應(yīng)生成西佛堿的反應(yīng)生成西佛堿的反

14、應(yīng)用途用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過程是多種酶促反應(yīng)的中間過程。 1 HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+ H2O脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途用途：酶催化的反應(yīng)。酶催化的反應(yīng)。 1 RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3C OCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2COO-O2 -羧基參與的反應(yīng)羧基參與的反應(yīng) 成鹽和成酯的反應(yīng)成鹽和成酯的反應(yīng) 形成酰鹵的反應(yīng)形成酰鹵的反應(yīng) 疊氮化反應(yīng)疊氮化反應(yīng) 脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng)用途用途：是合

15、成氨基酸?；苌锏闹匾虚g體：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中間體。 1 R2OH+RCHCOO-NH3+ H2ORCHCOOR2NH2.HCl 成鹽：成鹽：氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽，如與氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽，如與NaOH反應(yīng)得氨基酸鈉鹽。反應(yīng)得氨基酸鈉鹽。成鹽和成酯反應(yīng)成鹽和成酯反應(yīng)成酯成酯用途用途：這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應(yīng)這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應(yīng)。 1 PCl3, PCl5 or SO Cl2R CHCO O-NH PGRCHCOClNHPG形成酰鹵的反應(yīng)形成酰鹵的反應(yīng)用途用途：常作為多肽合成活性中間體（羧基活化）。常作為多肽合成活性中間體（羧基活化）。 1 R

16、CHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON3NHPGHNO3H2O,N2疊氮化反應(yīng)疊氮化反應(yīng)用途用途：酶催化的反應(yīng)（脫羧基反應(yīng)）酶催化的反應(yīng)（脫羧基反應(yīng)）。CO2+H+RCH2NH2RCHCOO-NH3+脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng)3 -氨基和羧基共同參與的反應(yīng)氨基和羧基共同參與的反應(yīng) 與茚三酮反應(yīng)與茚三酮反應(yīng) 成肽反應(yīng)成肽反應(yīng)用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。與茚三酮反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)CCCOOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOO

17、OHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO藍(lán)紫色化合物藍(lán)紫色化合物二肽二肽成肽反應(yīng)成肽反應(yīng)用途用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。4. 側(cè)鏈基團(tuán)側(cè)鏈基團(tuán)R的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 巰基巰基 羥基羥基 咪唑基與苯酚基咪唑基與苯酚基巰基（巰基（-SH）的性質(zhì)）的性質(zhì)作用：作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+ 1

18、 巰基（巰基（-SH）的性質(zhì)）的性質(zhì)作用：作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-巰基（巰基（-SH）的性質(zhì)）的性質(zhì)作用：作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或斷裂。氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或斷裂。（過甲酸（過甲酸HCOOOH，巰基化合物如，巰基化合物如R-SH、DTT等）等）-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸 1 作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含

19、量作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。（1分子半胱氨酸生成分子半胱氨酸生成1分子硫硝基苯甲酸）分子硫硝基苯甲酸）H3NCHCH2S-COO-+SSNO2NO2CO2HCO2H+COO-H3NCHCH2SCO2HNO2-S-NO2COO-HS-+硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物 (DTNB)巰基（巰基（-SH）的性質(zhì)）的性質(zhì) 1 羥基的性質(zhì)羥基的性質(zhì)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(CH3)2二異丙基氟磷酸酯二異丙基氟磷酸酯 (DFP)

20、咪唑基、苯酚基的性質(zhì)咪唑基、苯酚基的性質(zhì) 組氨酸含有組氨酸含有咪唑基咪唑基，它的，它的pK2值為值為6.0，在生，在生理條件下具有緩沖作用。理條件下具有緩沖作用。 酪氨酸中的酪氨酸中的苯酚基苯酚基可以與重氮化合物（例如：可以與重氮化合物（例如：對氨基苯磺酸的重氮鹽）結(jié)合生成橘黃色的化對氨基苯磺酸的重氮鹽）結(jié)合生成橘黃色的化合物。合物。 組氨酸的組氨酸的咪唑基咪唑基與重氮苯磺酸也能形成相似與重氮苯磺酸也能形成相似的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。作用：在序列測定和蛋白質(zhì)化學(xué)修飾中使用作用：在序列測定和蛋白質(zhì)化學(xué)修飾中使用。五、基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)五、基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)氨基酸的旋光性氨基酸的旋光性除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性 - -碳碳原子，因此都具有旋光性。原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。 氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收 構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)