2014化工專業(yè)生物化學(xué)第03章氨基酸

第三章氨基酸合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)

化工與食品加工系主要內(nèi)容氨基酸的來源氨基酸的基本結(jié)構(gòu)和分類氨基酸的酸堿化學(xué)氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)氨基酸混合物的分析分離生活中的氨基酸復(fù)方氨基酸注射液1.氨基酸的來源—蛋白質(zhì)氨基酸（aminoacid，Aa）是蛋白質(zhì)水解后得到的最小結(jié)構(gòu)單元，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。主要來源：蛋白質(zhì)水解其他來源：水果和蔬菜中的游離氨基酸1.氨基酸的來源—蛋白質(zhì)水解（P123）酸水解：6mol/L的HCl或4mol/L的H2SO4回流煮沸20h優(yōu)點：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸缺點：1）色氨酸被完全破壞；2）絲氨酸和蘇氨酸有一部分被破壞；3）天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下來堿水解：5mol/L的NaOH煮沸10-20h優(yōu)點：色氨酸很穩(wěn)定缺點：1）發(fā)生氨基酸的消旋現(xiàn)象：形成D/L混合的氨基酸；2）精氨酸脫氨，形成鳥氨酸和尿素；酶水解：胰蛋白酶和胃蛋白酶等優(yōu)點：不產(chǎn)生消旋，也不破壞氨基酸缺點：多種酶同時作用，并且作用時間長2.氨基酸的基本結(jié)構(gòu)（P123）氨基酸：氨基（-NH2）和羧基（-COOH）連接在同一個碳原子上組成的結(jié)構(gòu)；在生物體內(nèi)，氨基酸的氨基和羧基連在同一個Cα上。α-氨基（-NH2）：與另一個氨基酸的羧基反應(yīng)α-羧基（-COOH）：與另一個氨基酸的氨基反應(yīng)手性碳原子（Cα）：氨基酸的手性判斷側(cè)鏈基團(tuán)（R）：氨基酸分類的依據(jù)3.蛋白質(zhì)氨基酸—名稱和縮寫生物體中已發(fā)現(xiàn)超過180種的氨基酸，其中組成蛋白質(zhì)的常見氨基酸有20種，稱為蛋白質(zhì)氨基酸；不參與蛋白質(zhì)組成的稱非蛋白質(zhì)氨基酸。0001必需氨基酸生物體新陳代謝過程中不可或缺，但是不能在體內(nèi)合成，必須從外界（如食物中）獲取的氨基酸。主要有8種：賴色苯丙亮異亮，蘇甲硫纈氨酸。3.蛋白質(zhì)氨基酸—結(jié)構(gòu)和分類（R基極性不同）3.蛋白質(zhì)氨基酸—分類（側(cè)鏈R基結(jié)構(gòu)不同）脂肪族氨基酸（非極性氨基酸）不帶電極性氨基酸帶正電荷氨基酸帶負(fù)電荷氨基酸芳香族氨基酸3.蛋白質(zhì)氨基酸—非極性氨基酸非極性（脂肪族）R側(cè)鏈，Ala、Val、Leu及Ile的側(cè)鏈在蛋白質(zhì)分子中易于聚攏在一起，通過疏水作用穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Gly是是唯一沒有手型碳原子的氨基酸。Met對人而言是唯一的含硫必需氨基酸，是體內(nèi)活性甲基和硫的主要來源；是強(qiáng)肝解毒劑、促進(jìn)發(fā)育劑，當(dāng)缺乏甲硫氨酸時，會引起食欲減退。3.蛋白質(zhì)氨基酸—不帶電荷極性Aa極性不帶電的R基團(tuán)增加氨基酸的在水中溶解度和親水性，容易形成氫鍵Asn和Gln是蛋白質(zhì)中的兩個酰胺氨基酸，易于被酸或堿水解，促肌肉生長Cys的巰基易氧化形成二硫鍵，對蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成重要Pro的環(huán)形結(jié)構(gòu)不利于蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)的形成，是膠原蛋白的主要組成成分之一半胱氨酸（Cys）與二硫鍵（-S-S-）半胱氨酸（Cys）是不帶電荷的極性氨基酸種唯一含有硫元素的氨基酸可以通過氧化的方式形成二硫鍵，穩(wěn)定蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的，對蛋白質(zhì)的功能具有重要意義3.蛋白質(zhì)氨基酸—芳香族氨基酸Phe、Tyr和Trp是必需氨基酸，因為他們不能在人體中合成，他們必須從膳食中獲得。Tyr是半必需氨基酸；在體內(nèi)由Phe合成；如果在酪氨酸合成中缺乏苯丙氨酸羥化酶則會導(dǎo)致苯丙酮尿癥。257nm,275nm,280nm酪基酸與熒光蛋白3.蛋白質(zhì)氨基酸—帶正電荷的氨基酸也稱堿性氨基酸，pH=7時帶正電荷，Arg側(cè)鏈有帶正電的胍基，His有可帶電的咪唑基，在許多酶促反應(yīng)中作用質(zhì)子供體/受體；組氨酸的咪唑基能與Fe2+或其他金屬離子形成配位化合物，促進(jìn)鐵的吸收，因而可用于防治貧血。3.蛋白質(zhì)氨基酸—帶負(fù)電荷的氨基酸Glu在生物體的神經(jīng)系統(tǒng)中含量很高，參與神經(jīng)系統(tǒng)的功能調(diào)節(jié)；其鈉鹽是味精的主要成分。Asp和Glu是蛋白質(zhì)中負(fù)電荷的主要來源。4.不常見蛋白質(zhì)氨基酸常見氨基酸在生物體內(nèi)形成蛋白質(zhì)后，會被體內(nèi)的蛋白酶進(jìn)一步修飾，從而產(chǎn)生一些非常見氨基酸。4-羥脯氨酸5-羥賴氨酸膠原蛋白中結(jié)締組織中非天然氨基酸小結(jié)天然氨基酸的來源及其獲取方式蛋白質(zhì)來源及水解方式蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式及其分類氨基酸的結(jié)構(gòu)特征、分類方式不常見蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸的作用5.氨基酸酸堿化學(xué)—兼性離子（P130）兼性離子：氨基酸在水溶液中，氨基和羧基都可以發(fā)生解離，分別帶正電荷和負(fù)電荷，這種存在形式稱兼性離子。證據(jù)：氨基酸晶體的熔點很高（200度以上），是離子晶體結(jié)構(gòu)。5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的解離氨基酸是兩性電解質(zhì)，既是質(zhì)子供體也是質(zhì)子受體。丙氨酸的解離5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的滴定曲線（1）側(cè)鏈R基不解離的氨基酸，其解離曲線與Gly相似R基解離的氨基酸的解離曲線分為三段，增加了R基的解離曲線，例如Glu和Lys5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的滴定曲線（2）R基解離Aa的解離曲線：Glu和HisHenderson-Hasselbalch公式（哼哈方程）在已知氨基酸的各基團(tuán)的pKa后，可以算出某一pH時氨基酸溶液中各種離子形式的濃度及比例6.氨基酸的等電點（pI，P133）等電點（pI）：氨基酸凈電荷為零時的pH。此時氨基酸處于兼性離子狀態(tài)，所帶的正負(fù)電荷數(shù)目相等。對于R基不解離的Aa，其pI為其解離常數(shù)的平均值對于酸性Aa，其pI為α-COOH的解離常數(shù)和側(cè)鏈COOH解離常數(shù)的平均值pI=(pK’1+pK’

R-COO-

)/2對于堿性Aa，其pI為α-NH2和側(cè)鏈NH2解離常數(shù)的平均值pI=(pK’2+pK’R-NH2)/26.氨基酸的等電點—氨基酸在電場中的遷移當(dāng)pH>pI時，Aa帶負(fù)電荷，在電場中向正極移動當(dāng)pH<pI時，Aa帶正電荷，在電場中向負(fù)極移動當(dāng)pH=pI時，Aa在電場中不移動7.氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)亞硝酸鹽反應(yīng)烴基化反應(yīng)?；磻?yīng)脫氨基反應(yīng)西佛堿反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)成酰氯反應(yīng)脫羧基反應(yīng)疊氮反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)7.1α-氨基參與的反應(yīng)（1），P136（1）與亞硝酸反應(yīng)根據(jù)生成的氮氣的量可以計算氨基酸的含量和蛋白質(zhì)的水解程度生成的N2只有一半來自氨基，是VanSlyke法的理論基礎(chǔ)側(cè)鏈氨基也可以參與反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢7.1α-氨基參與的反應(yīng)（2），P136（2）?；磻?yīng)多肽鏈N-末端氨基酸的標(biāo)記和定量測定7.1α-氨基參與的反應(yīng)（3），P137（3）烷基化反應(yīng)（Sanger試劑，DNFB）Sanger試劑，用于多肽鏈N-末端的氨基酸的測定7.1α-氨基參與的反應(yīng)（4），P137（4）烷基化反應(yīng)（PITC法）Edman測序法的理論基礎(chǔ)，可以連續(xù)測定N-末端的氨基酸7.1α-氨基參與的反應(yīng)（5），P137（5）形成西佛堿反應(yīng)酶活性中心的氨基酸行使催化功能時，會與相應(yīng)的醛類物質(zhì)形成過渡態(tài)底物7.1α-氨基參與的反應(yīng)（6），P137（6）脫氨基反應(yīng)主要發(fā)生在氨基酸的代謝過程中，為其他生物大分子的合成提供原料7.2α-羧基參與的反應(yīng)（1,2），P138（1）成鹽成酯反應(yīng)（2）成酰氯反應(yīng)7.2α-羧基參與的反應(yīng)（3），P138（3）脫羧基反應(yīng)與生物體內(nèi)的氨基酸脫羧酶作用7.2α-羧基參與的反應(yīng)（4），P138（4）疊氮反應(yīng)活化氨基酸的羧基端，用于多肽的人工合成7.3氨基和羧基共同參與的反應(yīng)（1）（1）茚三酮反應(yīng)，P139所有氨基酸及具有游離α-氨基的肽與茚三酮反應(yīng)都產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)，只有脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)。此反應(yīng)十分靈敏，根據(jù)反應(yīng)所生成的藍(lán)紫色的深淺，在570nm波長下進(jìn)行比色就可測定樣品中氨基酸的含量，也可以在分離氨基酸時作為顯色劑對氨基酸進(jìn)行定性或定量分析。7.3氨基和羧基共同參與的反應(yīng)（2）（2）成肽反應(yīng)（脫水縮合反應(yīng)），P139人工和生物體內(nèi)氨基酸合成多肽的基本反應(yīng)7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（1）Cys的-SH與氮丙啶反應(yīng)，P141該反應(yīng)用于保護(hù)SH不形成二硫鍵7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（2）Cys與二硫硝基苯甲酸(DTNB)反應(yīng)（Ellman反應(yīng)），P142反應(yīng)中1分子的半胱氨酸引起1分子的硝基苯甲酸的釋放。它在pH8.0時，在412nm波長處有強(qiáng)烈的光吸收，因此可利用比色法定量測定-SH基7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（3）過甲酸可以定量打開二硫鍵，P142巰基化合物可以打開二硫鍵，同時產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)二硫化物7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—TyrTyr側(cè)鏈參與的反應(yīng)，P140酪氨酸的酚基與重氮化合物（如對氨基苯磺酸的重氮鹽）反應(yīng)，生成橘黃色化合物，這就是Pauly反應(yīng)。用于檢測酪氨酸的含量（檢測波長340nm）7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—HisHis側(cè)鏈參與的反應(yīng)（Pauly反應(yīng)），P140與重氮化合物（如對氨基苯磺酸的重氮鹽）反應(yīng)棕紅色定量檢測His的含量（檢測波長530nm）小結(jié)氨基酸的酸堿性質(zhì)及等電點兼性離子，分段解離不同pH下帶點不同，電場中遷移方向α-氨基酸α-NH2參與的化學(xué)反應(yīng)亞硝酸、?；磻?yīng)、烷基化反應(yīng)茚三酮反應(yīng)，sanger試劑、Edman反應(yīng)α-氨基酸α-COOH參與的化學(xué)反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)、酰氯化反應(yīng)、疊氮反應(yīng)α-氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)參與的化學(xué)反應(yīng)Pauly反應(yīng)、Ellman反應(yīng)等00018.氨基酸的光學(xué)活性（1）手性碳原子與光學(xué)活性合成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-氨基酸蘇氨酸的光學(xué)活性（D/L,R/S）對映體/非對映體8.氨基酸的光學(xué)活性（2）9.氨基酸的分析分離—紙電泳電泳分離氨基酸在pH高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種通過氨基酸在電場中泳動而達(dá)到分離各種氨基酸的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)。分離氨基酸混合物常用紙電泳。9.氨基酸的分析分離—離子交換樹脂（1）離子交換柱層析分離氨基酸時，用離子交換樹脂作為支持物，利用離子交換樹脂上的活性基團(tuán)與溶液中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，由于各種離子交換能力不同而達(dá)到分離的目的。9.氨基酸的分析分離—陰離子交換樹脂（2）9.氨基酸的分析分離—陽離子交換樹脂（3）9.氨基酸的分析分離—氨基酸分析儀（4）9.氨基酸的分析分離—薄層層析與紙層析薄層層析（TLC）紙層析紙層析ProcessofPa