第三章 氨基酸

1、chapter 3 一、氨基酸一、氨基酸蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子 氨基酸氨基酸(amino acid) ：-氨基酸是一切蛋白质的氨基酸是一切蛋白质的 组成单位。氨基酸是羧酸分子中组成单位。氨基酸是羧酸分子中-碳原子上的一个氢碳原子上的一个氢 原子被氨基替代而成的化合物，故称原子被氨基替代而成的化合物，故称-氨基酸。氨基酸。 蛋白质水解产物即为氨基酸的混合物，不同水解方法各有蛋白质水解产物即为氨基酸的混合物，不同水解方法各有 其优缺点其优缺点（123123页）。页）。 1 1、酸水解：不引起消旋作用，得到、酸水解：不引起消旋作用，得到 l-l-氨基酸，但氨基酸，但 trptrp 完全被破

2、坏。完全被破坏。 2 2、碱水解：引起消旋现象，得到、碱水解：引起消旋现象，得到 d-d-和和l-l-氨基酸的混合物，氨基酸的混合物，trptrp 稳定稳定 。 3 3、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻底。、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻底。 l除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。 1 1、氨基酸的分类、氨基酸的分类 各种氨基酸的区别在于侧链各种氨基酸的区别在于侧链r r基的不同。基的不同。2020种蛋白质氨基酸种蛋白质氨基酸 按按r r的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨

3、基酸、酸性氨基酸 和碱性氨基酸；按和碱性氨基酸；按r r基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨 基酸及杂环氨基酸基酸及杂环氨基酸3 3大类。大类。 氨基酸的三字母简写符号必背熟，单字母符号要求认识。氨基酸的三字母简写符号必背熟，单字母符号要求认识。 cooh chh2n r -氨基酸的通式氨基酸的通式 可变部分可变部分 不变部分不变部分 氨基酸有氨基酸有d-及及l-型型 ，除除甘氨酸甘氨酸无不对称碳原子因而无无不对称碳原子因而无d-及及 l-型之分外，一切型之分外，一切-氨基酸的氨基酸的-碳原子皆为不对称，故都有碳原子皆为不对称，故都有 d-及及l-两种异构体

4、。两种异构体。 在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及是否含在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及是否含 硫或羟基，又可分为一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一硫或羟基，又可分为一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一 羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。 一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基 酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯 氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然

5、蛋白，习惯上也列入 氨基酸。氨基酸。 蛋白质中存在的氨基酸皆为蛋白质中存在的氨基酸皆为l-型，但在微生物体内及抗菌型，但在微生物体内及抗菌 素中亦有素中亦有d-型氨基酸存在型氨基酸存在(自由或肽结合形式自由或肽结合形式)。 甘氨酸甘氨酸 glycine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 h2nch c h oh o 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 h2nch c ch3 oh o 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 h2nch c ch oh o

6、ch3 ch3 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 亮氨酸亮氨酸 leucine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 h2nchc ch 2 oh o chch 3 ch 3 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 亮氨酸亮氨酸 leucine 异亮氨酸异亮氨酸 ileucine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 h2nch c ch oh o ch3 ch2 ch3 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 亮氨酸亮氨酸 leucine 异亮氨酸异亮

7、氨酸 ileucine 脯氨酸脯氨酸 proline 亚亚氨基酸氨基酸 h n c oh o 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 亮氨酸亮氨酸 leucine 异亮氨酸异亮氨酸 ileucine 脯氨酸脯氨酸 proline 甲硫氨酸甲硫氨酸 methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸 h 2n chc ch 2 oh o ch 2 s ch 3 甘氨酸甘氨酸 glycine 丙氨酸丙氨酸 alanine 缬氨酸缬氨酸 valine 亮氨酸亮氨酸 leucine 异亮氨酸异亮氨酸 ileucine 脯氨酸脯氨酸 proline 甲硫氨酸甲硫氨

8、酸 methionine 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸 h2nch c ch2 oh o sh 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine h 2n chc ch 2 oh o 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine 酪氨酸酪氨酸 tyrosine h 2n chc ch 2 oh o oh 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine 酪氨酸酪氨酸 tyrosine 色氨酸色氨酸 trytophan h 2n chc ch 2 oh o hn 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 a

9、rginine h2nchc ch 2 oh o ch 2 ch 2 nh c nh 2 nh 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 arginine 赖氨酸赖氨酸 lysine h2nchc ch2 oh o ch2 ch2 ch2 nh2 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 arginine 赖氨酸赖氨酸 lysine 组氨酸组氨酸 histidine h2nch c ch2 oh o n nh 天冬氨酸天冬氨酸 aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸 h2nch c ch2 oh o c oh o 天冬氨酸天冬氨酸 aspartate 谷氨酸谷氨酸 glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸

10、h2nch c ch2 oh o ch2 c oh o 丝氨酸丝氨酸 serine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸 h2nch c ch2 oh o oh 丝氨酸丝氨酸 serine 苏氨酸苏氨酸 threonine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸 h2nch c ch oh o oh ch3 天冬酰胺天冬酰胺 asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸 h2nch c ch2 oh o c nh2 o 天冬酰胺天冬酰胺 asparagine 谷酰胺谷酰胺 glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸 h2nchc ch 2 oh o ch 2 c nh 2 o l 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除

11、甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性 - - 碳原子，因此都具有旋光性碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨比旋光度是氨 基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基 酸的重要依据酸的重要依据 l 构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见光区都没有光吸种氨基酸在可见光区都没有光吸 收，但在远紫外区收，但在远紫外区(220nm)(220nm)均有光吸收。均有光吸收。 l 在近紫外区在近紫外区(220-300nm)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸只有酪氨酸、苯丙氨酸 和色氨酸有吸收光的能力。和色氨酸有吸收光的能力。 l酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275n

12、m275nm， 275 275=1.4x10 =1.4x103 3; ; l苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm， 257 257=2.0 x10 =2.0 x102 2; ; l色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm， 280 280=5.6x10 =5.6x103 3; ; l氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨 基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是 以质子化以质子化(-nh(-nh3 3+ +) )形式存在，羧基是以离解状态

13、形式存在，羧基是以离解状态(-coo(-coo- -) )存在。存在。 l在不同的在不同的phph条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。 coo- chh3n+ r - pk1 + h+ h+ cooh chh3n+ r h+ h+ + pk2 - coo- chh2n r ph 1 7 10 净电荷净电荷 +1 0 -1 正离子正离子 兼性离子兼性离子 负离子负离子 等电点等电点pi l 当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一phph值时，氨基酸分子中所含的值时，氨基酸分子中所含的-nh-nh3 3+ +和和 -coo-coo- -数目正好相等，净电荷为数目正

14、好相等，净电荷为0 0。这一。这一phph值即为氨基酸的值即为氨基酸的 等电点，简称等电点，简称p pi i。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向 负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 l 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的 p pk k1 1和和p pk k2 2的算术平均值：的算术平均值：p pi i = (p = (pk k1 1 + p + pk k2 2 )/2 )/2 l 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其p pi

15、 i值也值也 决定于两性离子两边的决定于两性离子两边的p pk k值的算术平均值。值的算术平均值。 l 酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pi i = (p = (pk k1 1 + p + pk kr r-coo -coo- - )/2 )/2 l 硷性氨基酸：硷性氨基酸：p pi i = (p = (pk k2 2 + p + pk kr-nh2 r-nh2 )/2 )/2 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为 不常见蛋白质氨基酸。不常见蛋白质氨基酸。 l 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生

16、而来的。 l 其中重要的有其中重要的有4-4-羟基脯氨酸、羟基脯氨酸、5-5-羟基赖氨酸、羟基赖氨酸、n-n-甲基赖甲基赖 氨酸、和氨酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结 构如下。构如下。 n h ho cooh 4-羟基脯氨酸 h2nch2chch2ch2chcooh ohnh2 5-羟基赖氨酸 nh2 ch3nhch2chch2ch2chcooh 6-n-甲基赖氨酸 ho i i ch2chcooh nh2 3,5-二碘酪氨酸 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （1 1）与甲醛发生羟甲基化反应）与甲醛发生羟甲基化反应 pk2

17、 h+ coo- ch2 nh2 coo- ch2 nh3+ + coo- ch2 nhch2oh hcho hcho coo- ch2 nh(ch2oh)2 用途用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。可以用来直接测定氨基酸的浓度。 即氨基酸的甲醛滴定即氨基酸的甲醛滴定 p135页页 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 用途用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。 nh2 r-ch-cooh + hno2 oh r-ch-cooh + n2 + h2o 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （3 3）酰化反应）酰化反应 用途用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等用

18、于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。 r1cx o + h 2n ch coo- r2 x=-cl, oh,-ocor oh- ch coo- r2 r1chn o 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （4 4）烃基化反应）烃基化反应 用途用途：是鉴定多肽是鉴定多肽n-n-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法。 ch2ch2cl s: r1 s+ r1 ch2ch2 cl h2nchcoo- r2 r1sch2nhch(r2)coo- 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （5 5）生成西佛碱的反应）生成西佛碱的反应 用途用途：是多种酶促反应的中间过程。 hoch2chnh2 cooh + ch2op

19、o3- c ch2oh o + h+ 2 ch2opo3- c ch2oh n + h hoch2ch cooh + h 2o 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （6 6）脱氨基和转氨基反应）脱氨基和转氨基反应 用途用途：酶催化的反应。酶催化的反应。 rchcoo- nh3+ rchcoo- o + nh4+ ch coo- nh3+ ch2ch2coo- + ch3 co coo- ch3 c coo- nh3+ccoo- ch2ch2coo- o 氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基 酸的碱金属盐能溶于水酸的碱金属盐能溶于水, ,而重金属盐则不而重金属盐则不 溶

20、于水溶于水。 （1 1）成盐反应）成盐反应 用途用途： 1 1 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 （2 2）形成酯的反应）形成酯的反应 用途用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。 r2oh+rchcoo- nh3+ + h2orchcoor2 nh2.hcl 1 1 （3 3）形成酰卤的反应）形成酰卤的反应 用途用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。 pcl3, pcl5 or socl2 r chcoo - nhpg rchcocl nhpg 用途用途：常作为多肽合成活性中间体。常作为多肽合成活性中间体。 rchco

21、och3 nhpg rchcoonhnh2 nhpg ch3oh nh2nh2 rchcon3 nhpg hno3 h2o,n2 1 1 （5 5）脱羧反应脱羧反应 用途用途：酶催化的反应酶催化的反应。 co2+h+rch2nh2 rchcoo- nh3+ 1 1 (1)(1)与茚三酮反应 与茚三酮反应 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。 3 - -氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应 c c c o o o 茚三酮茚三酮 c c c o o oh oh h2o h2o 水合茚三酮水合茚三酮 co2nh2rcho+ + + c c c o o h

22、 oh h2nchcooh r c c c o o oh oh + 2nh3 c c c o o c c c o o-nh4+ n h2o2 + c c c o o o c c c o o h ho 1 1 用途用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。 3 - -氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应 h2nc r1 h coh o hn h ccooh r2 h + h2o n h ccooh r2 h h2nc r1 h c o - 肽键 (1) (1) 巯基（巯基（-sh-sh）的性质）的性质 1 作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可

23、用于巯基的保护。 -ooc chch2sh nh3+ ch2occl o -ooc chch2s nh3+ occh2 o ch2cl ch2 -ooc chch2s nh3+ ich2cnh2 o ch2cnh2 o -ooc chch2s nh3+ (1) (1) 巯基（巯基（-sh-sh）的性质）的性质 作用：作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。 -ooc chch2sh nh3+ + coo-ho-hg+ -ooc chch2s nh3+ hg+coo- (1) (1) 巯基（巯基（-sh-sh）的性质）的性质 作用：作用：氧化还原反应可使蛋白质

24、分子中二硫键形成或端裂氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂。 -ooc chch2sh nh3+ -ooc chch2sh nh3+ -ooc ch nh3+ ch2 s s ch2 nh3+ ch -ooc 胱氨酸胱氨酸 4 侧链基团的化学性质侧链基团的化学性质 (1) (1) 巯基（巯基（-sh-sh）的性质）的性质 作用：作用：可用于可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。 h3nchch2s- coo- + s s no2 no2 co2h co2h + + coo- h3nchch2s co2h no2 -s- no2 coo-hs-+ 硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物(

25、dtnb(dtnb) （2）羟基的性质羟基的性质 1 作用：可用于修饰蛋白质。作用：可用于修饰蛋白质。 -oocchch 2oh nh3+ fpoch(ch3)2 o och(ch3)2 + -oocchch 2o nh3+ poch(ch3)2 o och(ch3)2 二异丙基氟磷酸酯二异丙基氟磷酸酯 4 侧链基团的化学性质侧链基团的化学性质 （3）咪唑基的性质咪唑基的性质 组氨酸含有咪唑基，它的组氨酸含有咪唑基，它的p pk k2 2值为值为6.06.0，在，在 生理条件下具有缓冲作用。生理条件下具有缓冲作用。 l组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。

26、 可以与可以与atpatp发生磷酰化反应，形成磷酸组氨发生磷酰化反应，形成磷酸组氨 酸，从而使酶活化。酸，从而使酶活化。 l组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生 成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或 丧失丧失 作用：作用：。 4 侧链基团的化学性质侧链基团的化学性质 （4 4）甲硫基的性质）甲硫基的性质 1 作用：作用：。 h2nch(ch2)sch3 coo- + ch3i 弱碱 h2nch(ch2)sch3 coo-ch3 l分配柱层析分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物支持剂是一些具有亲水性的不溶性物 质

27、，如纤维素、淀粉、硅胶等。质，如纤维素、淀粉、硅胶等。 l滤纸层析滤纸层析： l薄层层析薄层层析： l离子交换层析离子交换层析：阴离子交换树脂阴离子交换树脂-n(ch-n(ch3 3) )3 3ohoh，阳离，阳离 子交换树脂子交换树脂-so-so3 3h h l电泳电泳： l目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5 5种：种： l（1 1）直接发酵法；）直接发酵法； l（2 2）添加前体发酵法；）添加前体发酵法； l（3 3）酶法；）酶法； l（4 4）化学合成法；）化学合成法； l（5 5）蛋白质水解提取法。）蛋白质水解提取法。 l通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称通常将直接发酵法

28、和添加前体发酵法统称 为发酵法为发酵法。 八、氨基酸的应用八、氨基酸的应用 1 1、医药工业、医药工业 l（1 1）氨基酸输液）氨基酸输液 l（2 2）必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨）必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨 酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、 蛋氨酸蛋氨酸 l（3 3）半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼）半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼 儿所必需的。儿所必需的。 治疗药剂治疗药剂 l（1 1）精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍）精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍 等疾病颇有效果；等疾病颇有效果； l（2 2）天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳

29、；治）天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治 疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。 l（3 3）半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于）半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于 治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管 炎等；炎等； l（4 4）组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于）组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于 心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。 l（1 1）维生素）维生素b b6 6: :可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。 l（2 2）叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。 l（3 3）氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六