氨基酸及氨基酸类药物

1、欢欢 迎迎 第五章 氨基酸及氨基酸类药物氨基酸及氨基酸类药物氨基酸的分类氨基酸的分类,结构和性质结构和性质 氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应氨基酸及其衍生物在医药中的应用氨基酸及其衍生物在医药中的应用氨基酸类药物的生产方法氨基酸类药物的生产方法主要内容主要内容掌握氨基酸的分类和结构特点掌握氨基酸的分类和结构特点 掌握氨基酸的性质掌握氨基酸的性质熟悉氨基酸在医药中的应用熟悉氨基酸在医药中的应用了解氨基酸类药物的生产方法了解氨基酸类药物的生产方法目的要求目的要求蛋白质H2O酸、碱或酶 -氨基酸多肽H2O酸、碱或酶氨基酸-蛋白质的构件分子氨基酸结构 除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。除甘氨

2、酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。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种基本氨种基本氨基酸按基酸按R R的极性可分为非极性氨基酸、极性氨基酸、的极性可分为非极性氨基酸、极性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。酸性氨基酸和碱性氨基酸。COOHCHH2NR -氨基酸氨基酸可变部可变部分分不变部分不变部分二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族A A（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、

3、碱性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环(His(His、Pro)Pro)据据R基团基团极性分类极性分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA（种）丙（种）丙,缬缬,亮亮,异异,苯苯,甲甲,脯脯,色色不带电荷（种）丝不带电荷（种）丝,苏苏,天天,谷谷,酪酪,半半,甘甘带电荷：正电荷（种）负电荷（种）带电荷：正电荷（种）负电荷（种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)二氨基一羧基二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸L

4、ysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO Hydrophobic aliphatic amino acidsHH2NCOOHHCglycine氨基酸的结构氨基酸的结构 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO丙氨酸丙氨酸 Alanine Hydrophobic aliphatic amino acidsCH3H2NCOOHHCalanine氨基酸的结构氨基酸的结构 缬氨酸缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸

5、脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3 Hydrophobic aliphatic amino acids HH3C C CH3H2N C COOH Hvaline氨基酸的结构氨基酸的结构 亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3 Hydrophobic aliphatic amino acids HH3C C CH3 CH2H2N C COOH Hleucine氨基酸的结构氨基酸的结构 异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3 Hydrophobic alipha

6、tic amino acidsisoleucin CH3 CH2H3C C HH2N C COOH H氨基酸的结构氨基酸的结构 脯氨酸脯氨酸 Proline 亚氨基酸亚氨基酸HNCOHO Hydrophobic aliphatic amino acidsHH2CCH2CH2CNCOOHHproline氨基酸的结构氨基酸的结构 甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 Hydrophobic aliphatic amino acids CH3 S CH2 CH2H2N C COOH Hmethionine氨基酸的结构氨基酸的结构 半胱氨酸

7、半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH Hydrophobic aliphatic amino acids S-H CH2H2N C COOH HCysteine Cystine氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO Hydrophobic aromatic amino acids CH2+H3N CH C O OPhenylalanine 苯环苯环氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH Hydrophobic

8、 aromatic amino acids CH2+H3N CH C O OOHTyrosine 酚基酚基氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN Hydrophobic aromatic amino acidsC O ONHCH2CHH3NTrptophan 吲哚基吲哚基氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NHPolar charged amino acids NH2 C NH2 NH CH2 CH2 CH2H3N CH C O O A

9、rginine 氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2Polar charged amino acids NH3+ CH2 CH2 CH2 CH2H3N CH C O O Lysine 氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性氨基酸碱性氨基酸组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNHPolar charged amino acidsCH2H3N CH C O O NH+HNHistidine 咪唑基咪唑基氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH

10、CCH2OHOCOHOPolar charged amino acids COO-+H3N C H CH2 C O O-Aspartate氨基酸的结构氨基酸的结构 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHOPolar charged amino acids O+NH3 CH C O- CH2 CH2 C O O-Glutamate 氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸含羟基氨基酸H2NCH CCH2OHOOH Polar uncharged amino acids O H CH2 H2N C COOH HSeri

11、ne 氨基酸的结构氨基酸的结构 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基氨基酸含羟基氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3Polar uncharged amino acids+H3N C COO- CH OH CH3 Threonine 氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2OPolar uncharged amino acids+H3N CH COO- CH2 C O NH2Asparagine 氨基酸的结构氨基酸的结构 谷氨酰胺谷氨酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2O

12、HOCH2CNH2O Polar uncharged amino acids O NH2 C CH2 CH2H2N C COOH H Glutamine 生物体内的氨基酸类别生物体内的氨基酸类别 蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟羟脯氨酸、脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸

13、非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨生物体内呈游离或结合态的氨基酸。基酸。几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常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。称为不常见蛋白质氨基酸。 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而来的。 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-甲甲基赖氨酸、和基赖氨酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。质氨基酸的结构如下。NHHOC

14、OOH4-羟基脯氨酸H2N C H2C HC H2C H2C HC O O HO HN H25-羟基赖氨酸N H2C H3N HC H2C HC H2C H2C HC O O H6-N-甲基赖氨酸HOIIC H2C HC O O HN H23,5-二碘酪氨酸 *营养必需氨基酸营养必需氨基酸 ： 体内需要但不能自身合成，必须由体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。包括食物供给的氨基酸。包括8种：种：非必需氨基酸非必需氨基酸 精氨酸、组氨酸，人体能合成，但量少，精氨酸、组氨酸，人体能合成，但量少，长期缺乏长期缺乏, ,导致负氮平衡导致负氮平衡。甲、色、赖、缬、异、亮、苯、苏；甲、色、赖、

15、缬、异、亮、苯、苏； 假设来写一两本书假设来写一两本书甲硫氨酸（甲硫氨酸（Met）色氨酸（色氨酸（Trp）赖氨酸（赖氨酸（Lys）缬氨酸（缬氨酸（Val）异亮氨酸（异亮氨酸（Ile）亮氨酸（亮氨酸（Leu）苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe）苏氨酸（苏氨酸（Thr物理性质物理性质化学性质化学性质第二节第二节 氨基酸的性质氨基酸的性质 常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异 溶解性：溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2) 熔点：熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。(3) 味感：味感：其味随不同氨基酸有

16、所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。一一 氨基酸的物理性质氨基酸的物理性质(4)氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。 酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm275nm， 275275=1.4x10=1.4x103 3; ; 苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm， 257257=2.0 x10=2.0 x102 2; ; 色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm， 28

17、0280=5.6x10=5.6x103 3; ; 酪氨酸的酪氨酸的 max275nm， 275=1.4x103;苯丙氨酸的苯丙氨酸的 max257nm， 257=2.0 x102;色氨酸的色氨酸的 max280nm， 280=5.6x103;氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收(5)氨基酸的旋光性氨基酸的旋光性 当光波通过尼克尔棱镜时当光波通过尼克尔棱镜时, ,由于棱镜的结构只允由于棱镜的结构只允许沿某一平面振动的光波通过许沿某一平面振动的光波通过, ,其它光波都被阻其它光波都被阻断断, ,这种光称平面偏振光这种光称平面偏振光. . 当平面偏振光通过旋光物质溶液时当平面偏振光通过旋光物质溶液时, ,光

18、的偏振面光的偏振面会向右或向左旋转会向右或向左旋转. . 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性 - -碳原子，碳原子，因此都具有旋光性因此都具有旋光性。 Basic Structure of an amino acid COO-NH3+ C H R COO-H C NH3+ RL-Amino acidD-Amino acidThe two enantiomersThe two enantiomers二 氨基酸的化学性质 氨基酸的离解和等电点氨基酸的离解和等电点 氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应氨基酸的离解性质氨基酸的离解性质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游

19、离的羧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，氨基是以质子化子中，氨基是以质子化(-NH(-NH3 3+ +) )形式存在，羧基是以离形式存在，羧基是以离解状态解状态(-COO(-COO- -) )存在。在不同的存在。在不同的pHpH条件下，两性离子的条件下，两性离子的状态也随之发生变化。状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NRPH 1 7 10净电荷 +1 0 -1正离子 两性离子 负离子 等电点pI氨基酸的等电

20、点氨基酸的等电点 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- -COOCOO- -数目正好相等，净电荷为数目正好相等，净电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的等值即为氨基酸的等电点，简称电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极。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。移动，即氨基酸处于两性离子状态。中性氨基酸的解离：中性氨基酸的解离：A+A0A-Ka1Ka2 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pKa1和和p

21、Ka2的算术平均值：的算术平均值：pI = (pKa1 + pKa2 )/2 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点 pH = pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2) 当氨基酸溶液在某一定当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的时溶液的pH值即为该氨基酸的值即为该氨

22、基酸的等电点等电点(isoelectric point，pI)。酸性氨基酸和碱性氨基酸的等电点A+A0A-A2-Ka1Ka2Ka3A2+A+A0A-Ka1Ka2Ka3酸性氨基酸的解离：酸性氨基酸的解离： pI = (pKa1 + pKa2)/2 碱性氨基酸的解离：碱性氨基酸的解离：pI = (pKa2 + pKa3)/2 对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性值也决定于两性离子两边的离子两边的pK值的算术平均值。值的算术平均值。 氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算 可见，氨基酸的可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧值等于该氨基酸的

23、两性离子状态两侧的基团的基团pK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK 1+pK 2一氨基一羧基一氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK 2+pK 3二氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK 1+pK 2一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算：二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应pK2 H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3+COO-CH2NHCH2OHHCHOHCHOCOO-CH2NH(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。NaOH滴定滴定

24、二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质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。NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O氨基酸的氨基在室温下与亚硝酸作用生成氮气二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质在弱碱性溶液中，氨基酸的在弱碱性溶液中，氨基酸的- 氨基很容易与氨基很容易与2，4-二二硝基氟苯（硝基氟苯（DNFB）作用，生成稳定的黄色）作用，生成稳定的黄色2，4-二二硝基苯基氨基酸（简写为硝基苯基氨基酸（简写为DNP-氨基酸）。氨基酸）。 1-氨基参与的反应氨基参与的反应 用途用途

25、：用来鉴定多肽或蛋白质的用来鉴定多肽或蛋白质的N末端氨基酸。末端氨基酸。 FNO2O2NCHCOOHRNNO2O2NHCHCOOHRH2N+弱碱中+HF(DNFB)DNP-氨基酸（黄色）二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质在弱碱性条件下，氨基酸中的-氨基还可以与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，产生相应的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）。在无水酸中，PTC-氨基酸即环化为苯硫乙内酰脲（PTH），后者在酸中极稳定。 1-氨基参与的反应氨基参与的反应与异硫氰酸苯酯反应与异硫氰酸苯酯反应 用途用途：用来鉴定多肽或蛋白质的用来鉴定多肽或蛋白质的N末端氨基酸。末端氨基酸。 CHCOOHRH2N+弱 碱

26、 中HHOHRHOH+(CH3NO2)HRHO苯 异 硫 氰 酸 酯苯 氨 基 硫 甲 酰 衍 生 物 (P T C -氨 基 酸 )苯 硫 乙 内 酰 脲 衍 生 物 (P T H -氨 基 酸 )+ H2O二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应用途用途：用于肽链用于肽链N N端氨基酸标记和微量氨基酸测定端氨基酸标记和微量氨基酸测定. .R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO酰化氨基酸的氨基与酰氯在弱碱中作用二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应用途用途：是鉴定多肽是

27、鉴定多肽N-N-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法。CH2CH2ClS:R1S+R1CH2CH2ClH2NCH COO-R2R1SCH2NHCH(R2)COO-包括环烃包括环烃氨基酸的一个H原子可被烃基取代二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1-氨基参与的反应氨基参与的反应用途用途：是多种酶促反应的中间过程。HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+ H2O醛类化合物醛类化合物二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质氨基酸氧化酶参与氨基酸氧化酶参与1-氨基参与的反应氨基参与的反应用途用途：酶催化的反应。酶催化

28、的反应。RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3C OCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2COO-O二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 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,而重金属盐则不溶于水。（1 1）成盐反应）成盐反应用途用途：二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 11-氨基参与的反应氨基参与的反应用途用途：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+ H2ORCHCOOR2NH2.HCl当羧基成酯或钠盐后当羧基成酯或钠盐后,羧基活性

29、被掩蔽羧基活性被掩蔽,而氨基活性加强而氨基活性加强,容易与酰基或烃基结合容易与酰基或烃基结合二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1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 SO Cl2R CHCO O-NH PGRCHCOClNHPG氨基保护后氨基保护后,羧基才能与二氯亚羧基才能与二氯亚砜砜,五氯化磷等作用生成酰氯五氯化磷等作用生成酰氯二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质用途用途：常作为多肽合成活性中间体。常作为多肽合成活性中间体。RCHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON

30、3NHPGHNO3H2O,N2氨基通过酰化保护氨基通过酰化保护,羧基酯化然后羧基酯化然后与肼与肼,亚硝酸等反应亚硝酸等反应二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质用途用途：酶催化的反应酶催化的反应。CO2+H+RCH2NH2RCHCOO-NH3+脱羧酶参与脱羧酶参与二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质1 1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。CCCOOO茚三茚三酮酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCO

31、OHHO紫色紫色二二 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质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。H2NCR1HCOHOH NHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽键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1作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可用于巯基的保护。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+与碘乙酸等卤化烷

32、反应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：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。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-与对汞苯甲酸的反应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：氧化还原反应可使蛋白质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。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OO

33、C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-+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(DTNB)pH8.0时时,412nm光光吸收吸收4侧链基团的化学性质侧链基团的化学性质（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。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH

34、2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(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，在生理条件下具有缓冲作用。在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组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与应。可以与ATPATP发生磷酰化反应，形成磷发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。酸组氨酸，从而使酶活化。l组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。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，并引起酶活性的生成烷基咪唑

35、衍生物，并引起酶活性的降低或丧失降低或丧失作用：作用：。 为了测定蛋白质中氨基酸组成或从蛋白质水解液中制取氨基酸,需要对氨基酸混合液进行分析与分离. (一)分配层析 (二) 离子交换层析 (三) 高效液相层析第三节 氨基酸的分离与分析原理：主要根据被分析的样品（如原理：主要根据被分析的样品（如aa混合物）在两种互不相混合物）在两种互不相溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离的目的溶的溶剂中分配系数的不同而达到分离的目的.分配系数分配系数 Kd=CACBCA：一种物质在：一种物质在A相（流动相）中的浓度相（流动相）中的浓度CB：一种物质在：一种物质在B相（固定相）中的浓度相（固定相）中的浓度(一一)

36、 分配层析法：分配层析法：（1 1）纸层析）纸层析 单向纸层析图单向纸层析图RfRf值值 纸层析纸层析在流动相中分配系数越大，移动越快。固定相：吸附水流动相：丁醇、醋酸、水分配系数基本步骤：点样、展层、现色、定性（定量）双向纸层析图双向纸层析图 （2 2）薄层层析）薄层层析 支持剂：纤维素粉、 硅胶、 氧化铝粉基本步骤：铺板、点样、展层、现色、定性（定量）( (二二) )离子交换层析法离子交换层析法 原理原理：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，利用：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，利用离离子交换树脂上的活性基团子交换树脂上的活性基团与与溶液中的离子溶液中的离子进行进行交换反应交换

37、反应，由于各，由于各种离子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过种离子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过程中，各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。程中，各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。 这种分离主要与各种离子这种分离主要与各种离子所带电荷所带电荷有关，在电荷相同时，有关，在电荷相同时，与与极性，非极性极性，非极性有关。有关。 离子交换树脂：离子交换树脂： 化学本质：是一种人工合成的聚苯乙烯一苯二乙烯化学本质：是一种人工合成的聚苯乙烯一苯二乙烯组成的具有网状结构的高分子聚合物。组成的具有网状结构的高分子聚合物。 阳离子交换树脂：活性基团是酸性的

38、阳离子交换树脂：活性基团是酸性的，如磺酸基，如磺酸基-SO-SO3 3H H （强酸型），羧基（强酸型），羧基-COOH-COOH（弱酸型）（弱酸型） 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂：活性基团是碱性的活性基团是碱性的，如季胺基，如季胺基- - N N+ +(CH(CH3 3) )3 3OHOH- - 各种树脂与氨基酸的作用各种树脂与氨基酸的作用离子交换层析 分离氨基酸混合物常使用强酸型阳离子交换树脂.在交换柱中,树脂先用碱处理成钠型,将氨基酸混合液(pH2-3)上柱.此时氨基酸主要以阳离子形式存在,挂在树脂上.其静电吸引大小依次为碱性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸.逐步提高pH值和盐浓度,可将氨基

39、酸以不同的速度洗脱下来. 自动化的氨基酸分析仪的作用原理与此相似.只是用到茚茚三酮三酮(仪器灵敏度仪器灵敏度10-9mol) OPA（邻苯二甲醛），荧光胺（邻苯二甲醛），荧光胺(灵敏度灵敏度10-12mol)显色剂。显色剂。 氨基酸与树脂上解离基团之间的静电引力氨基酸与树脂基质聚苯乙烯之间的疏水作用(3)高效液相层析（高效液相层析（high performance liguid chromatography, HPLC）HPLC的特点的特点: 使用的固定相支持颗粒很细使用的固定相支持颗粒很细, ,而而且表面积很大且表面积很大.溶剂系统采用高压溶剂系统采用高压, ,洗脱速度增洗脱速度增大大. .

40、HPLC可使氨基酸分析的灵敏度达到可使氨基酸分析的灵敏度达到10-12mol水平。水平。第四节第四节 氨基酸在医药上的应用氨基酸在医药上的应用 在人体正常代谢过程中缺乏某一种氨基酸即会导致在人体正常代谢过程中缺乏某一种氨基酸即会导致整个有机体代谢紊乱，氨基酸已成为维持人体营养整个有机体代谢紊乱，氨基酸已成为维持人体营养和治疗很多疾病的医疗药物。和治疗很多疾病的医疗药物。 医药是氨基酸相对用量不大但品种最多的一个部门，医药是氨基酸相对用量不大但品种最多的一个部门，目前世界上用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品目前世界上用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达种达100多种多种 氨基酸及其衍生物在医药

41、中的应用氨基酸及其衍生物在医药中的应用 中国药典收载的氨基酸类品种，1953年版和1960年版均为零；1977年版有4种；1985年版减为3种；1990年版增为5种；1995年版增至l2种；1998年又增补至26种。现行的2000年版收载了1995年版增补后的全部，即原料药22种，制剂4种。原料药包括除谷氨酰胺和门冬酰胺外所有组成人机体蛋白质的氨基酸或其盐类。制剂则为谷氨酸片、谷氨酸钠注射液、谷氨酸钾注射液及盐酸精氨酸注射液。 1998年国家卫生部颁布的生化药品标准中的氨基酸类，除已收入中国药典2000年版者外，还有门冬氨酸钾镁口服液、复方氨基酸注射液、盐酸赖氨酸颗粒等9种制剂。近来，国家药品

42、监督管理局已颁布标准的品种有甲硫氨酸片等，待颁布的有复方氨基酸颗粒、复方赖氨酸颗粒、胱氨酸片及门冬氨酸钾镁片等。氨基酸及其衍生物在医药中的应用氨基酸及其衍生物在医药中的应用我国氨基酸类药物的发展 我国氨基酸类药近l0年虽发展迅速，但与发达国家比较，无论在品种、产量或开发能力上，均有较大差距，不能满足市场需求。目前，我国进口的近200种生化药中，氨基酸类约占14，其中制剂品种略多于原料药，制剂中近一半为大输液。这也说明我国氨基酸类药有着广阔发展前途。氨基酸的应用氨基酸的应用 1 1，医药工业，医药工业 氨基酸输液氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸

43、、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。复合结晶氨基酸输液复合结晶氨基酸输液 所谓氨基酸输液，是各种氨基酸按一定比例所谓氨基酸输液，是各种氨基酸按一定比例和要求，也就是模式配合组成的一种静脉注和要求，也就是模式配合组成的一种静脉注射液，根据模式不同，氨基酸输液可分为不射液，根据模式不同，氨基酸输液可分为不同类型。同类型。 氨基酸输液在我国发展极为迅速，氨基酸输液在我国发展极为迅速，1994年年全国各种氨基酸输液只全国各种氨基酸输液只1000万瓶，万瓶，1996年

44、年则上升到则上升到6000万瓶，到万瓶，到2000年已达到年已达到1亿瓶亿瓶以上。以上。氨基酸的药用概况 供作营养剂：作为机体合成蛋白质和其他含氮生物分子的原料，氨基酸制剂广泛用于手术前后、创伤、烧伤或其他原因造成的营养不良和氮平衡失调等情况。由于不同伤病对氨基酸的需求和利用能力不同，因而有各种不同的营养型氨基酸制剂。例如复方氨基酸注射液(17AA)所含氨基酸的种类、必需氨基酸与非必需氨基酸的比值及各种氨基酸的量均恰当地配伍，适用于手术、严重创伤、大面积烧伤所引起的严重营养恶化及各种疾病引起的低蛋白血症等。又如复方氨基酸注射液(9AA)，所含必需氨基酸能满足身体需要，使蛋白质合成增加而分解减少

45、。分解代谢产物减少，可减轻肾小球过度滤过，延缓肾衰进展，用于慢性肾功能衰竭。要素膳及氨基酸口服液要素膳及氨基酸口服液 要素膳是一种含氨基酸营养素，要素膳是一种含氨基酸营养素，不需或稍经消化即可吸收的无渣不需或稍经消化即可吸收的无渣膳食，可供口服与管饲之用。膳食，可供口服与管饲之用。 它比静脉营养简便、经济、安全它比静脉营养简便、经济、安全而又符合生理状态，是近代临床而又符合生理状态，是近代临床营养上的重大进展。氨基酸口服营养上的重大进展。氨基酸口服液发展迅速，用结晶的液发展迅速，用结晶的L型氨基酸型氨基酸按按FAO/WHO模式配制的产品，模式配制的产品，国内市场已有产品销售。国内市场已有产品销

46、售。 氨基酸类药物氨基酸类药物 右旋糖酐氨基酸：右旋糖酐氨基酸： 是营养性血容量补是营养性血容量补充药，用于治疗兼充药，用于治疗兼有蛋白质缺乏的血有蛋白质缺乏的血容量减少的病人容量减少的病人氨基酸类药物氨基酸类药物 17种复合结晶氨基酸注种复合结晶氨基酸注射液射液(营养药物营养药物)： 主要成分：复合结晶氨主要成分：复合结晶氨基酸。基酸。 适用于手术、严重创伤、适用于手术、严重创伤、大面积烧伤引起的氨基大面积烧伤引起的氨基酸缺乏以及各种疾病引酸缺乏以及各种疾病引起的低蛋白血症等起的低蛋白血症等。几种氨基酸的特殊应用 天冬氨酸： 天冬氨酸与细胞亲和力强，有助于钾进入细胞内，故其钾盐纠正细胞内缺钾

47、较其他钾盐快。 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。几种氨基酸的特殊应用 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。几种氨基酸的特殊应用 谷氨酸 正常生理状态下，血氨的来源与去路保持动态平衡，血氨浓度处于较低水平。在肝中合成尿素是维持这种平衡的关键。当肝功能严重损伤时，血氨浓度升高。而较多的氨进入脑组织后，可引起大脑功能障碍。因为氨也可与谷氨酸结合生成无毒的谷氨酰胺而运出脑外，故谷氨酸是用于防治肝性昏迷的药物。 用于治疗阿尔茨海默病。 谷氨酸对肝病的高血氨症有一定疗效。中药（如羚羊角、谷氨酸对肝病的高血氨症有一定疗效。中药（如羚羊角、阿胶、

48、半夏等）中也有存在。阿胶、半夏等）中也有存在。 几种氨基酸的特殊应用 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 这三种支链氨基酸在肝外分解代谢。当肝功能衰竭时，酪氨酸、苯丙氨酸等芳香族氨基酸分解减少，血中浓度增高，支链与芳香族氨基酸比值降低。较多的芳香族氨基酸会影响中枢神经系统的传导功能和促进肝性脑病的发生。补充支链氮基酸，可纠正严重肝病时氨基酸的紊乱，用于慢性肝硬化。proteinNH3NH3ureaproteinNH3NH3ureaBlood NH3proteinNH3NH3ureaBlood NH3 NH3临床表现由轻到重：临床表现由轻到重：性格行为性格行为轻微改变轻微改变 精神错乱精神错乱行为异常行为

49、异常昏睡昏睡昏迷昏迷几种氨基酸的特殊应用 精氨酸：精氨酸参与鸟氨酸循环，促进尿素生成，可用于因血氨增高而引起的肝性脑病。但由于肝昏迷时，鸟氨酸循环所需的酶活性下降，治疗作用不强 。 精氨酸影响多种激素的分泌，是所有氨基酸中促胰岛素生成作用最强的，对糖尿病的防治有重要意义。它还能阻止促生长激素抑制素(somatostatin)的分泌而使人生长激素(HGH)水平增高。由于体内合成的精氨酸量不足，对婴幼儿进行补充是必需的。成年人适当补充亦可增强免疫功能。几种氨基酸的特殊应用 精氨酸不仅是精子蛋白的重要组成成分，也游离存在于精子中，因此可以治疗由于缺精少精所致的男性不育症。 精氨酸是血管舒张因子NO的

50、前体物质，可使NO释放增加而扩张血管，还能抑制血管紧张素转化酶的活性，拮抗后者的血管收缩作用，因而具有降压作用。 动物实验证实，大剂量精氨酸对肿瘤的诱导、发生和生长均有显著的抑制作用。另据报道精氨酸有抗动脉粥样硬化 和对胃溃疡保护治疗的作用 。 研究了Arg与小剂量阿司匹林二者联合使用能增强抗血小板聚集的效果，同时还能拮抗阿司匹林对胃黏膜损伤的不良反应。几种氨基酸的特殊应用 精氨酸(Arg)研究表明，Arg能改善心衰患者受损的内皮依赖性血管舒张功能。其机制可能与通过Arg-NO合成途径增加了N0的生成，同时NO抑制了内皮素因此，Arg还能减轻大鼠蛛网膜下腔出血后继发性脑缺血并缓解脑血管痉挛，对

51、高肺血量所致的肺血管结构重建及肺动脉高压有防治作用。与环孢素一同使用，可以明显升高大鼠血中环孢素浓度，并减轻其对肝、肾、睾丸的毒性。 精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果。几种氨基酸的特殊应用 赖氨酸：赖氨酸可提高人生长激素HGH 水平，并与精氨酸焦谷氨酸酯(arginine pyroglutamate)有协同作用。两者合用可大大增加后者提高HGH水平的作用。赖氨酸是碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)的主要成分。而bFGF能诱导脑细胞增生，阻止神经元细胞衰亡，改善脑部血循环。赖氨酸残基还是胆碱乙酰基转移酶等多种酶的必需基团。这些酶催化大脑中生化反应的进行，具有促进脑组织新陈代谢的作

52、用，因此，赖氨酸可用于颅脑损伤综合征、脑血管病、老年性脑萎缩及记忆衰退等。几种氨基酸的特殊应用 色氨酸： 色氨酸在人体内可转变为5-羟色胺(5-HT)，且是在大脑中唯一能转变生成5-HT的物质。5-HT在脑中可作为神经递质，而与神经系统的兴奋与抑制状态密切相关。5-HT降低，可引起睡眠功能障碍。在脑中，5-HT还可转变为褪黑素(melatonin)。褪黑素具有促进诱导自然睡眠的作用。显然，色氨酸的代谢产物具有平衡心态和提高睡眠质量的作用，可用于抑郁、焦虑、失眠等症。在饮食中添加色氨酸可提高5-HT的水平，而色氨酸较其代谢产物经济易得。几种氨基酸的特殊应用 甘氨酸(Gly)：以离体心脏为模型，观

53、察了Gly对内毒素性心肌损伤的拮抗作用，发现Gly可以拮抗内毒素性心肌损伤，这与其改善心肌功能状态和减少自由基的生成有关 。 中药（如羚羊角、阿胶等）中也有存在。中药（如羚羊角、阿胶等）中也有存在。几种氨基酸的特殊应用 谷氨酰胺(Gin)：研究了Gin对电离辐射损害的保护作用。结果表明，饲以含2Gin的饲料可纠正小剂量电离辐射导致的SD雄性大鼠的睾丸重量降低、精子畸变率增高、肝脏谷胱甘肽含量降低、外周血白细胞计数降低、血清Gin及谷氨酸+Gin含量降低等现象。慢性阻塞性肺病(COPD)合并营养不良患者服用Gin后，血中NO水平明显升高及内皮素一1明显降低，表明Gln能改善COPD患者内皮细胞功

54、能，减轻患者症状，降低并发症的风险。Gin还能提高胃肠道肿瘤患者术后的细胞免疫功能，维持细胞因子之间的相对平衡，增强NK细胞活性，对患者的术后康复具有重要意义。几种氨基酸的特殊应用半胱氨酸：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炎等；几种氨基酸的特殊应用 N-乙酰半胱氨酸(NAC)：研究表明，NAC可以抑制哮喘气道炎症反应，其作用是通过清除哮喘发病过程中增多的氧自由基、增加Clara细胞数量从而促进该细胞对一种相对分子质量(M )为16 000的蛋白质cc16的合成及分泌来实现。几种氨基酸的特殊应用牛磺酸(Tau)：研究表明，Tau对染铅大鼠的生长发育和贫血有明显的改善

55、作用，其可能的机制是Tau降低了血铅水平和拮抗铅引起的脂质过氧化损伤，同时还能部分地清除活性氧和防止细胞膜渗透性改变引起的氧化损伤，从而降低血液中的自由基浓度，延长红细胞的寿命，增强酶的活性。Tau具有明显的抗四氯化碳诱导的大鼠肝纤维化的作用，其机制是拮抗四氯化碳的肝毒性作用、抑制炎症、保护肝细胞、抑制转化生长因子的活性和诱导激活的肝星状细胞凋亡。研究还表明，Tau可以有效抑制大鼠肝星状细胞的脂质过氧化物及羟脯氨酸的合成，并显示出抑制肝星状细胞增殖的作用，提示Tau可能在抗肝纤维化治疗中作为抗氧化剂具有重要的价值。 Tau还有抑制兔角膜基质细胞增殖的作用，该研究结果对于防治准分子激光屈光性角膜

56、切削术后角膜上皮下雾状混浊(haze)的形成具有意义，有望成为防治haze的药物。几种氨基酸的特殊应用 牛磺酸(Tau)：研究了Tau对缺血组织的影响。预防性注射Tau可以很好地拮抗心肌缺血大鼠Fas基因的过量表达，明显降低心肌凋亡细胞指数，改善心肌缺血现象，其机制可能与Tau抑制胞内钙超载和清除氧自由基的作用有关。用局部脑缺血大鼠实验发现，Tau可以增加缺血局部的脑血流量、缩小脑梗死体积、对急性脑缺血具有保护作用。因此，将Tau开发成治疗缺血性疾病的药物将具有很好的应用前景。几种氨基酸的特殊应用 牛磺酸(Tau)：研究了Tau对机体多方面的保护作用。采用次氯酸和(或)Tau孵育离体大鼠肝细胞

57、核的方法，发现Tau可浓度依赖地拮抗次氯酸所引起的核苷三磷酸酶活性下降，这可能是Tau具有肝细胞保护的机制之一。Tau还可降低肾炎大鼠血小板活化因子水平，起到明显的肾脏保护作用。对肾血管性高血压大鼠左室肥厚，Tau也具有保护作用。研究还表明，Tau能降低实验性高血压大鼠的血压，减轻大鼠肢体缺血再灌注后肺损伤的发生。通过抑制视细胞的凋亡，Tau对大鼠视网膜光损伤也有保护作用。补充Tau可促进仔鼠海马蛋白质、DNA和RNA的合成，提高幼鼠脑乙酰胆碱酯酶的活性，提示母体在妊娠和哺乳期间，宜提供适量Tan。几种氨基酸的特殊应用 牛磺酸具有抗缺血再灌注损伤及抑制脂质过氧化作用，并可提高内源性超氧化物歧化

58、酶(SOD)活性。临床研究表明，治疗前后静滴精氨酸对治疗性内镜逆行胰胆管造影后急性胰腺炎有明显的预防作用。在皮炎湿疹类皮肤病治疗中加用氨基酸螯合钙可明显提高疗效。几种氨基酸的特殊应用 羟脯氨酸(Hyp)：Hyp能明显减轻营养性肥胖大鼠的体重，显著减少体内脂肪，降低血脂和全血黏度低切变速率，而且不是通过抑制食欲、减少进食所致。这对肥胖并伴有高血脂患者的减肥降脂具有潜在的应用价值。Hyp还能促进小鼠骨折愈合。2 2，化学工业化学工业 维生素B6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。 叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。 氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-赖氨酰-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L

59、-精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。 聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂等。3 3，食品工业，食品工业 营养强化剂；营养强化剂； 谷氨酸钠味精；谷氨酸钠味精； 天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；凉感并使香味浓厚爽口； 天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素APMAPM4 4，农业，农业 杀虫剂：刀豆氨酸、杀虫剂：刀豆氨酸、5-5-羟色氨酸可使南方羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；毛

60、虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；的杀蚜虫和杀螨效果； 杀菌剂：杀菌剂：N-N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；病； -1-1，4 4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；毒、稻瘟病等； 除草剂：如除草剂：如N-3,4N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；酯等；5 5，化妆品工业，化妆品工业 氨基酸能调节皮肤pH的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。 防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘