生物化学第三章氨基酸

生物化学第三章氨基酸第1页，共94页，2023年，2月20日，星期一课件下载：Sheng_wu_hua_xue@126.com密码：biotech2008第2页，共94页，2023年，2月20日，星期一第三章氨基酸

Chapter3

Aminoacid第3页，共94页，2023年，2月20日，星期一

本章重点内容§3-2氨基酸的结构和分类§3-3氨基酸的酸碱化学§3-4氨基酸的物理和化学性质第4页，共94页，2023年，2月20日，星期一一、氨基酸——蛋白质的构件分子★组成蛋白质的基本单位是氨基酸（aminoacid）。如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约20种不同的氨基酸。★这些氨基酸中，大部分属于L--氨基酸。其中，脯氨酸属于L--亚氨基酸，而甘氨酸则属于-氨基酸。第5页，共94页，2023年，2月20日，星期一

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（123页）。1、酸水解：不引起消旋作用，得到L-氨基酸，但Trp完全被破坏。2、碱水解：引起消旋现象，得到D-和L-氨基酸的混合物，Trp

稳定。3、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻底。第6页，共94页，2023年，2月20日，星期一二、氨基酸的结构和分类手性第7页，共94页，2023年，2月20日，星期一第8页，共94页，2023年，2月20日，星期一★除甘氨酸Gly和脯氨酸Pro外，其他均具有如下结构通式。二、氨基酸的结构和分类-氨基酸的通式可变部分不变部分第9页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的构型

用D/L体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。

除甘氨酸外，所有的氨基酸分子的α-碳原子都具手性碳原子。因而都具有旋光性。而且发现主要是L型的（也有D型的，但很少）。第10页，共94页，2023年，2月20日，星期一-氨基酸的分子构型第11页，共94页，2023年，2月20日，星期一

1、氨基酸的分类

各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。

20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸；按R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3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。

芳香族氨基酸:PheTrpTyr第12页，共94页，2023年，2月20日，星期一1、氨基酸的分类

组成蛋白质的氨基酸按其α-碳原子上侧链R的结构分为20种，20种氨基酸按R的结构和极性的不同有以下两种分类方法。(一)根据R的结构不同分类(二)根据侧链R的极性不同分为非极性和极性氨基酸第13页，共94页，2023年，2月20日，星期一

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、二氨基一羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。含羟基氨基酸有SerThrTyr含硫氨基酸有CysMet第14页，共94页，2023年，2月20日，星期一

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(Glu、Asp)，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸(Arg、Lys、His)

。脯氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨基酸。蛋白质中存在的氨基酸皆为L-型，但在微生物体内及抗菌素中亦有D-型氨基酸存在(自由或肽结合形式)。第15页，共94页，2023年，2月20日，星期一甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00缬氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

异亮氨酸

isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非极性疏水性氨基酸目录第16页，共94页，2023年，2月20日，星期一色氨酸

tryptophanTryW

5.89丝氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

苏氨酸

threonineThrT5.602.极性中性氨基酸目录第17页，共94页，2023年，2月20日，星期一天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22赖氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76组氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸目录第18页，共94页，2023年，2月20日，星期一2、氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

中性脂肪族氨基酸第19页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

中性脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine第20页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine

中性脂肪族氨基酸第21页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

中性脂肪族氨基酸第22页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine

中性脂肪族氨基酸第23页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline

亚氨基酸第24页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine

含硫氨基酸第25页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine缬氨酸

Valine亮氨酸

Leucine异亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine

含硫氨基酸第26页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine第27页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine第28页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Trytophan第29页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

碱性氨基酸精氨酸

Arginine第30页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

碱性氨基酸精氨酸

Arginine赖氨酸

Lysine第31页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

碱性氨基酸精氨酸

Arginine赖氨酸

Lysine组氨酸

Histidine第32页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸第33页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

天冬氨酸

Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸第34页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

丝氨酸

Serine

含羟基氨基酸第35页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

丝氨酸

Serine

苏氨酸

Threonine

含羟基氨基酸第36页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

天冬酰胺

Asparagine

含酰胺氨基酸第37页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的结构

天冬酰胺

Asparagine谷酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸第38页，共94页，2023年，2月20日，星期一

除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。1、氨基酸的旋光性三、氨基酸的物理性质第39页，共94页，2023年，2月20日，星期一

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

max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸

max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸

max＝280nm，280=5.6x103;2、氨基酸的光吸收三、氨基酸的理化性质第40页，共94页，2023年，2月20日，星期一天然蛋白质分子的20种氨基酸，以色氨酸和酪氨酸对紫外光有较强的光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。可利用此性质采用紫外分光光度法测定蛋白质的含量。紫外吸收性质：第41页，共94页，2023年，2月20日，星期一3、氨基酸的两性解离和等电点+OH-pH>pI阴离子pH=pI兼性离子+OH-+H+pH<pI阳离子+H+第42页，共94页，2023年，2月20日，星期一加酸H+H+H+总电荷“+”H3N+第43页，共94页，2023年，2月20日，星期一加碱H2OH2NCOO¯OH－OH－OH－总电荷“–”第44页，共94页，2023年，2月20日，星期一酸性溶液晶体状态碱性溶液或水溶液中即等电点（pI）pI——等电点时的pH不同氨基酸等电点（pI）不同提问：为什么？第45页，共94页，2023年，2月20日，星期一氨基酸的等电点(isoelectricpoint)：氨基酸的等电点指在一定pH条件下,某种氨基酸接受或给出质子的程度相等,分子所带的净电荷为零,此时溶液的pH值就称为该氨基酸的等电点(pI)

NH3+NH3+NH2|+OH-|+OH-|H-C-COOH========H-C-COO-======H-C-COO-

|+H+|+H+

|RRR

阳离子两性离子阴离子

pH<pIpH=pIpH>pI第46页，共94页，2023年，2月20日，星期一4、氨基酸的滴定曲线Henderson-Hasselbalch方程pH=pKa+lg[质子受体][质子供体]酸碱滴定曲线乙酸第47页，共94页，2023年，2月20日，星期一第48页，共94页，2023年，2月20日，星期一第49页，共94页，2023年，2月20日，星期一★氨基酸等电点的计算——以甘氨酸为例K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI时，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+][H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly第50页，共94页，2023年，2月20日，星期一对于酸性氨基酸，以Asp为例：第51页，共94页，2023年，2月20日，星期一对于碱性氨基酸，以Lys为例：第52页，共94页，2023年，2月20日，星期一答案：-R有电性区别。中性氨基酸pI一般为6.0提问：为什么偏酸性？答案：

-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力

提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？答案：更酸（3.0左右）碱性氨基酸pI更碱（7.6—10.7)(

只有三种）提问：大多数氨基酸在中性（pH=7）时，带

电？负第53页，共94页，2023年，2月20日，星期一提问：等电点时的氨基酸特点是？答案：两性离子，溶解度最小，容易沉淀。提问：为什么？答案：同性排斥力小，凝结沉淀其它：吸光性含苯环氨基酸大π键吸收紫外光，蛋白质故也具有紫外吸光性，实验室利用紫外分光光度仪在280nm处测定蛋白质含量；第54页，共94页，2023年，2月20日，星期一★等电点为电中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。中性氨基酸pI=4.8-6.3酸性氨基酸pI=2.7-3.2碱性氨基酸pI=7.6-10.8★等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。注意：第55页，共94页，2023年，2月20日，星期一等电点的应用1------电泳分离应用------氨基酸的分离与分析

氨基酸电泳：带电颗粒在电场中移动的现象称为电泳氨基酸不同（pI不同，大小不同），在电场中泳动速度不同，因此可以通过电泳将氨基酸彼此分开当pH=pI时，氨基酸呈兼性离子，在电场中不移动当pH>pI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动当pH<pI时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移第56页，共94页，2023年，2月20日，星期一四、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。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。第57页，共94页，2023年，2月20日，星期一五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（1）与甲醛发生羟甲基化反应用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。即氨基酸的甲醛滴定P135页第58页，共94页，2023年，2月20日，星期一1．-氨基参与的反应（2）与亚硝酸反应用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量。五、氨基酸的化学性质第59页，共94页，2023年，2月20日，星期一1．-氨基参与的反应（3）酰化反应用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。五、氨基酸的化学性质第60页，共94页，2023年，2月20日，星期一1．-氨基参与的反应（4）烃基化反应用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。五、氨基酸的化学性质第61页，共94页，2023年，2月20日，星期一1．-氨基参与的反应（5）生成西佛碱的反应用途：是多种酶促反应的中间过程。五、氨基酸的化学性质第62页，共94页，2023年，2月20日，星期一1．-氨基参与的反应（6）脱氨基和转氨基反应用途：酶催化的反应。五、氨基酸的化学性质第63页，共94页，2023年，2月20日，星期一

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。2．

-羧基参与的反应（1）成盐反应用途：五、氨基酸的化学性质第64页，共94页，2023年，2月20日，星期一11．-氨基参与的反应（2）形成酯的反应用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。2．-羧基参与的反应五、氨基酸的化学性质第65页，共94页，2023年，2月20日，星期一1（3）形成酰卤的反应用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。五、氨基酸的化学性质2．-羧基参与的反应第66页，共94页，2023年，2月20日，星期一（4）叠氮化反应用途：常作为多肽合成活性中间体。五、氨基酸的化学性质2．-羧基参与的反应第67页，共94页，2023年，2月20日，星期一1（5）脱羧反应用途：酶催化的反应。五、氨基酸的化学性质2．-羧基参与的反应第68页，共94页，2023年，2月20日，星期一1(1)与茚三酮反应用途：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茚三酮水合茚三酮五、氨基酸的化学性质第69页，共94页，2023年，2月20日，星期一与茚三酮反应（鉴别α-氨基酸的灵敏方法）PH5～7茚三酮N-取代的α-氨基酸如脯氨酸，β-氨基酸、γ-氨基酸都不与茚三酮反应。

蓝色或紫红色第70页，共94页，2023年，2月20日，星期一1（2）成肽反应用途：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五、氨基酸的化学性质第71页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质1作用：这些反应可用于巯基的保护。第72页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。第73页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂。胱氨酸第74页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)第75页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质（2）羟基的性质1作用：可用于修饰蛋白质。二异丙基氟磷酸酯第76页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质（3）咪唑基的性质组氨酸含有咪唑基，它的pK2值为6.0，在生理条件下具有缓冲作用。组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。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丧失作用：。第77页，共94页，2023年，2月20日，星期一4．侧链基团的化学性质（4）甲硫基的性质1作用：。第78页，共94页，2023年，2月20日，星期一分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。滤纸层析：薄层层析：离子交换层析：阴离子交换树脂-N(CH3)3OH，阳离子交换树脂-SO3H电泳：六、氨基酸的分离分析（148页）第79页，共94页，2023年，2月20日，星期一Columnchromatography

Ion-exchangechromatographySize-exclusionchromatographyHydrophobicinteractionchromatographyIsoelectricfocusingchromatography

Affinitychromatography:Antibodies,His-tags,Protein-A,Protein-G,GST-,MBP-fusionproteinsetc…,第80页，共94页，2023年，2月20日，星期一第81页，共94页，2023年，2月20日，星期一第82页，共94页，2023年，2月20日，星期一Ion-exchangeChromatography离子交换第83页，共94页，2023年，2月20日，星期一

分离氨基酸常用的是带有耐酸性非常强的磺酸根SO3－Na＋（以盐的形式出现）的强阳离子交换树脂。首先将这种树脂填充到柱子中，然后注入含有样品的流动相，样品中含有阳离子成分X＋，通过静电吸引，与树脂中的带电基团相互作用，结果X＋与Na＋交换，即发生阳离子交换后，形成SO3－X＋。第84页，共94页，2023年，2月20日，星期一

Size-exclusionChromatography

分子筛第85页，共94页，2023年，2月20日，星期一Affinit