第三章-氨基酸

第三章氨基酸(aminoacid)氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子。一、蛋白質(zhì)的基本組成單位

蛋白質(zhì)經(jīng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、酶水解后，可以得到各種各樣的氨基酸。在動植物組織中可以分離得到26～30種不同的氨基酸。第一個氨基酸早在兩個世紀(jì)前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，而最后一個氨基酸在1935年才發(fā)現(xiàn)。直到1965年才搞清楚，只有20種氨基酸才是合成蛋白質(zhì)的原材料（稱為Primaryaminoacid）。（1）酸水解：6mol/LHCL、4mol/LH2SO4；回流煮沸20小時(shí)。產(chǎn)物不消旋；Trp完全破壞、Ser、Thr部分破壞、Asn、Gln脫酰胺。（2）堿水解：6mol/LNaOH共煮10-20小時(shí)。產(chǎn)物消旋；Arg脫氨生成鳥氨酸和尿素。（3）酶水解：產(chǎn)物不消旋；氨基酸不破壞；作用時(shí)間長，水解不徹底。氨基酸結(jié)構(gòu)通式CHH2NCOOHRα碳原子,不對稱碳原子側(cè)鏈L型氨基酸與D型氨基酸L-aminoacidD-aminoacidL型和D型的由來甘油醛的旋光性“L型”、“D型”判斷法（看CAR的走向）

將H原子靠近自己，觀察CAR的走向，逆時(shí)針（左轉(zhuǎn)）為L型，順時(shí)針（右轉(zhuǎn)）為D型。

D：dextro

右C：carboxylgroup;

L：levo

左A：aminogroup;

R：residue;CCARRAL型D型拉丁語中二、氨基酸的分類1、組成蛋白質(zhì)的基本氨基酸：20種氨基酸

根據(jù)R基極性分(1)非極性氨基酸(2)極性氨基酸a)不帶電氨基酸b)帶正電氨基酸c)帶負(fù)電氨基酸二、氨基酸的分類

根據(jù)R基化學(xué)結(jié)構(gòu)分(1)脂肪族氨基酸(2)芳香族氨基酸(3)雜環(huán)族氨基酸2、修飾型氨基酸3、非蛋白質(zhì)氨基酸20種基本氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表天冬酰氨1806Vauquelin天冬門芽甘氨酸1820Braconnot明膠亮氨酸1820Braconnot羊毛、肌肉酪氨酸1849Bopp奶酪絲氨酸1865Cramer蠶絲谷氨酸1866Ritthausen面筋天冬氨酸1868Ritthausen蠶豆苯丙氨酸1881Schultze羽扇豆芽丙氨酸1881Weyl絲心蛋白20種基本氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表賴氨酸1889Drechsel珊瑚精氨酸1895Hedin牛角組氨酸1896Kossel奶酪胱氨酸1899Morner牛角纈氨酸1901Fischer奶酪脯氨酸1901Fischer奶酪色氨酸1901Hopkins奶酪異亮氨酸1904Erhlich纖維蛋白甲硫氨酸1922Mueller奶酪蘇氨酸1935McCoyetal奶酪20種基本氨基酸的名稱與符號alanine 丙氨酸AlaA

arginine精氨酸 Arg Rasparagine 天冬酰氨 Asn Nasparticacid 天冬氨酸 AspDcystine 半胱氨酸Cys Cglutarmine 谷氨酰胺 GlnQglutarmicacid谷氨酸 GluEglycine 甘氨酸Gly Ghistidine組氨酸His Hisoleucine 異亮氨酸 Ile IAsxBGlxZleucine 亮氨酸 Leu

Llysine 賴氨酸 Lys Kmethionine 甲硫氨酸Met

Mphenylalanine 苯丙氨酸Phe

Fproline 脯氨酸 Pro

Pserine 絲氨酸 Ser

Sthreonine 蘇氨酸 Thr

Ttryptophan 色氨酸 Trp

WTyrosine酪氨酸 Tyr

Yvaline 纈氨酸 Val

V不用的字母JUOX

20種氨基酸中，有8種是人體不能合成的，只能從食物中獲得，故稱為必需氨基酸。分別是：

蘇氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、色氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。

必需氨基酸對人體來說，是重要的生活物質(zhì)。因此在評價(jià)各種食物中蛋白質(zhì)成分的營養(yǎng)價(jià)值時(shí)，人們格外注重其中必需氨基酸的含量。必需氨基酸20種基本氨基酸的分類(1)按側(cè)鏈R基的結(jié)構(gòu)(2)按側(cè)鏈R基的極性中性氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)、符號甘胺酸（甘）丙胺酸（丙）纈胺酸（纈）亮胺酸（亮）異亮胺酸（異亮）GLYAlaValLeuIle絲胺酸（絲）蘇胺酸（蘇）Serine(Ser,s)Threonine(Thr,t)羥基氨基酸半胱胺酸Cysteine(Cys,C)甲硫胺酸（蛋胺酸）Methionine(Met,M)含硫氨基酸天冬胺酸谷胺酸天冬酰胺谷氨酰胺Aspartate(Asp,D)Glutamate(Glu,E)Asparagine(Asn,N)Glutamine(Gln,Q)酸性氨基酸及其酰胺精胺酸（精）賴氨酸（賴）Arginine(Arg,R)Lysine(Lys,K)堿性氨基酸苯丙氨酸（苯丙）酪氨酸（酪）Phenylanlanine(Phe,F)Tyrosine(Tyr,Y)芳香族氨基酸組氨酸（組）色氨酸（色）脯胺酸（脯）Histidine(His,H)Tryptophan(Trp,W)Proline(Pro,P)雜環(huán)氨基酸L-氨基酸的基本結(jié)構(gòu)CHH2NCOOHRα碳原子,不對稱碳原子側(cè)鏈二十種氨基酸除Gly外全是L-型。殘基：在肽鏈中每個氨基酸都脫去一個水分子，脫水后的殘余部分叫殘基（residue),因此蛋白質(zhì)肽鏈中的氨基酸統(tǒng)統(tǒng)是殘基形式。二十種氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求：記住基本機(jī)構(gòu)1.根據(jù)R的極性（1）極性氨基酸：a）不帶電：Gly、Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；b）帶正電：His、Lys、Arg；c）帶負(fù)電：Asp、Glu（2）非極性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp20種氨基酸的分類2.根據(jù)R的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1）脂肪族氨基酸：a）疏水性：Ala、Val、Leu、Ile、Metb）極性：Gly、Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr、Cys（2）芳香族氨基酸：Trp、Phe、Tyr（3）雜環(huán)氨基酸：His（4）雜環(huán)亞氨基酸：Pro修飾型氨基酸從各種生物分離到的氨基酸已達(dá)250種以上大量出現(xiàn)在膠原蛋白結(jié)締組織4－Hydroxyproline5-Hydroxylysine修飾型氨基酸結(jié)締組織鎖鏈[賴氨]素,見于彈性蛋白6－N－MethyllysineDesinosine修飾型氨基酸凝血酶信號傳導(dǎo)非蛋白質(zhì)氨基酸

在生物體內(nèi)還發(fā)現(xiàn)一些氨基酸，不是蛋白質(zhì)的組成成分，是一些代謝的中間產(chǎn)物或前體，如瓜氨酸、鳥氨酸、β-丙氨酸、D-丙氨酸、γ-氨基丁酸等。1.溶解性無色晶體，水中溶解度各不同，取決于側(cè)鏈。2.熔點(diǎn)熔點(diǎn)較高（200-300℃）。3.光吸收在紫外有特征吸收的僅三個芳香族的氨基酸Trp、Tyr、Phe,利用這一特點(diǎn)，可以通過測定280nm處的紫外吸收值的方法對蛋白溶液進(jìn)行定量。三、氨基酸的物理性質(zhì)Trp,Tyr和Phe的紫外吸收

4.旋光性除Gly外，其它的氨基酸都有旋光性。

如含兩個手性碳原子，則有４種立體異構(gòu)體，分別稱為Ｄ-,Ｌ-，Ｄ別-和Ｌ別-氨基酸。L-蘇氨酸(L-threonine)D-蘇氨酸(D-threonine)L-別-蘇氨酸(L-allo-threonine)D-別-蘇氨酸(D-allo-threonine)

組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋轉(zhuǎn)，向左旋轉(zhuǎn)的稱左旋，用“―”號表示，向右旋轉(zhuǎn)的稱右旋，用“＋”號表示。

消旋外消旋內(nèi)消旋L-胱氨酸D－胱氨酸內(nèi)消旋胱氨酸1、氨基酸的兩性離子形式

氨基酸在晶體或水溶液中通常以兩性離子(dipolarion)形式存在。同一個氨基酸分子上可以即有正電荷又有負(fù)電荷，故稱為兩性電解質(zhì)，可進(jìn)行兩性解離。三、氨基酸的酸堿性質(zhì)熔點(diǎn)：高溶液介電常數(shù)：增加2、等電點(diǎn)Br?nsted-Lowry的酸堿理論，即廣義酸堿理論。HAA-+H+酸堿質(zhì)子氨基酸在水中的兩性離子形式既能像酸一樣放出質(zhì)子，也能像堿一樣接受質(zhì)子，氨基酸具有酸堿性質(zhì)，是一類兩性電解質(zhì)。Asanacid（protondonor）：Asabase（protonacceptor）：不同pH時(shí)氨基酸以不同的離子化形式存在：

正離子兩性離子負(fù)離子在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint），以pI表示。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有極少量的中性分子。當(dāng)溶液的pH=pI時(shí)，AA主要以兩性離子形式存在。pH<pI時(shí)，AA主要以正離子形式存在。pH>pI時(shí)，AA主要以負(fù)離子形式存在。3．氨基酸的酸堿滴定曲線

Henderson-Hasselbalch方程pH=pKa+lg[質(zhì)子受體][質(zhì)子供體]酸堿滴定曲線pK1為-COOH（4-5）解離，pK2-NH3（10-11）解離﹢氨基酸的酸堿滴定4．等電點(diǎn)的計(jì)算

K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI時(shí)，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+][H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly酸性氨基酸，以Asp為例：堿性氨基酸，以Lys為例：5.氨基酸的甲醛滴定法氨基酸不可直接用酸、堿滴定進(jìn)行定量測定，因?yàn)榈味ńK點(diǎn)的pH過高（11-13）或過低（1-2），無適當(dāng)?shù)闹甘緞＜尤脒^量的甲醛可降低氨基的堿性，相對增加-NH3酸性，使氫氧化鈉滴定的終點(diǎn)下移至pH9附近，可用酚酞指示。1.α-氨基的化學(xué)反應(yīng):

(1)與亞硝酸的反應(yīng)

VanSlyke定氮

(2)與甲醛的反應(yīng)

氨基滴定

(3)與?；姆磻?yīng)

氨基保護(hù)基

(4)與2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)

(5)與二甲基氨基萘磺酰氯(DNS-Cl)的反應(yīng)

(6)與Edman試劑(苯異硫氰酸酯,PITC)反應(yīng)

（7）與醛形成西佛堿

（8）酶氧化脫氨四、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)(1)與亞硝酸的反應(yīng)(VanSlyke定氮)α-氨基3-4min，其他氨基也能反應(yīng),速度較慢。（2）與甲醛的反應(yīng)：氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COO-NH3+R—CH—COO-NH2+H+OH-中和滴定HCHOR—CH—COO-NHCH2OHHCHOR—CH—COO-N(CH2OH)2（3）?；磻?yīng)酰氯：芐氧甲酰氯（Cbz-Cl）:對甲苯磺酰氯(Tos-Cl):叔丁氧甲酰氯(Boc-Cl):酸酐：鄰苯二甲酸酐：（R’＝?；=鹵素（Cl、F）（4）與2,4-二硝基氟苯(DNFB，Sanger試劑)的反應(yīng)弱堿性DNP-氨基酸取代DNFB測定蛋白質(zhì)N端氨基酸，靈敏度高(5)與丹磺酰氯的反應(yīng)（6）與異硫氰酸苯酯（PITC，Edman試劑）的反應(yīng)無水HFPITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸（7）與醛形成西佛堿

（8）酶氧化脫氨R′C=O+HR′H2NCHHR′COOHC=NCHHR-H2O+H2O2.α-羧基的化學(xué)反應(yīng)(1)成鹽和成酯反應(yīng)羧基保護(hù)(2)酰氯化反應(yīng)羧基活化(3)疊氮反應(yīng)合成肽(4)與肼(hydrazine)的反應(yīng)C端氨基酸分析（1）成鹽反應(yīng)R—CH—COOH+NaOHNH2R—CH—COONaNH2（2）成酯反應(yīng)R—CH—COOH+C2H5OHNH2HCl氣R—CH—COOC2H5NH2當(dāng)羧基變成乙酯后，羧基的化學(xué)性質(zhì)就被掩蔽了，而氨基的化學(xué)性質(zhì)就突出地顯示出來。（3）酰氯化反應(yīng)

使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基結(jié)合，在合成肽的工作上常用。（4）疊氮反應(yīng)H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH?；被醂HN-CHR-COOCH3酰化氨基酸甲酯NH2NH2（-CH3OH）YHN—CHR—CO—NH—NH2?；被岬碾卵苌颒NO2YHN—CHR—CON3+2H2O?；被岑B氮3.α-氨基和α-羧基共同的反應(yīng)(1).與茚三酮(ninhydrin)的反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物(Pro為黃色)，最大吸收峰在570nm（Pro440nm）處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法（μg）。

茚三酮還原茚三酮第二個茚三酮紫色化合物的兩個共振形式(2).成肽反應(yīng)4.側(cè)鏈R基的化學(xué)反應(yīng)（1）-S-S-和-SH的氧化還原反應(yīng)R-SH：HS-CH2CH2OH巰基乙醇（mercaptoethanol）HS-CH2COOH巰基乙酸（mercaptoaceticacid）HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫蘇糖醇（DTT）

半胱氨酸的-SH很活潑，很容易在空氣中重新氧化形成二硫鍵，一般可用鹵代化物（碘乙酸，碘乙酰胺）對-SH進(jìn)行保護(hù)。半胱氨酸的巰基可打開乙撐亞胺（氮丙啶）的環(huán)HHOOC-C-CH2-SH+NH2H2CNHH2C

HHOOC-C-CH2-S-CH2-CH2-

NH2NH2（AECys）半胱氨酸與二硫硝基苯甲酸（DTNB）或稱Ellman試劑反應(yīng)，硫硝基苯甲酸，412nm有光吸收。S—SCOOHO2NHOOCNO2半胱氨酸巰基能和多種金屬離子形成絡(luò)合物，如對氯汞苯甲酸。COOHHgHHOOC—C—CH2—SNH2（2）苯環(huán)的黃色反應(yīng)Phe+少量濃H2SO4+濃HNO3黃色TyrTrp+濃HNO3黃色or（3）酚基的Millon反應(yīng)（米倫氏反應(yīng)）HgNO3

Tyr+Hg(NO3)2紅色HNO3

（4）pauly反應(yīng)His+重氮苯磺酸