氨基酸3的学习资料

氨基酸3的学习资料第1页/共109页氨基酸是蛋白质的基本结构单元。大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成。这20种氨基酸被称为基本氨基酸。蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水解.一、蛋白质水解第2页/共109页1酸水解常用6mol/L的盐酸或4mol/L的硫酸在105-110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。第3页/共109页2碱水解一般用5mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。缺点：可使胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸及部分羟基氨基酸破坏，部分的水解产物发生消旋化。该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。一般不用。第4页/共109页3酶水解目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolyticenzyme）或称蛋白酶（proteinase）已有十多种。应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。最常见的蛋白水解酶有以下几种第5页/共109页Trypsin：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。肽链水解位点胰蛋白酶第6页/共109页或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr时水解速度快;当为亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和组氨酸His水解稍慢。肽链水解位点糜蛋白酶第7页/共109页Pepsin：当R1和R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr,亮氨酸Leu以及其它疏水性氨基酸时，水解速度较快。肽链水解位点胃蛋白酶第8页/共109页(thermolysin)：R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu，异亮氨酸Ile,蛋氨酸Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。肽链水解位点嗜热菌蛋白酶第9页/共109页分别从肽链羧基端和氨基端水解肽链水解位点羧肽酶和氨肽酶第10页/共109页二、氨基酸的结构及分类300种氨基酸蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸常见氨基酸(基本氨基酸20种)稀有氨基酸:第11页/共109页根据来源分：内源氨基酸和外源氨基酸从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸：IleMetValLeuTrpPheThrLys半必需氨基酸：HisArg根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸第12页/共109页α-氨基酸的结构通式除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。-氨基酸不变部分

各种氨基酸的区别在于侧链(烃链)R基的不同。可变部分第13页/共109页WhentheRgroupcontainsadditionalcarbonsinachain,theyaredesignatedα,β,γ,δ,ε,etc.,proceedingoutfromtheacarbon.R第14页/共109页除脯氨酸（Pro）外，其他19种氨基酸均为α-氨基酸。而脯氨酸为α-亚氨基酸。Pro第15页/共109页第16页/共109页

按R基极性分类20种常见氨基酸按侧链（R）基团的结构不同：脂肪族：15种芳香族：Phe,Trp,Tyr杂环族:His,Pro按侧链（R）基团的极性性质不同：第17页/共109页丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（Phe）色氨酸（Trp）甲硫氨酸（Met）

①非极性R基团氨基酸（8种）：第18页/共109页

特点：不易溶于水AlaValLeuIleMetPheTrpPro第19页/共109页R基疏水性大小Ala＜Met＜Pro＜Val＜Leu＝Ile＜Phe＜Trp这类氨基酸R基的疏水性，在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用。第20页/共109页Pro是唯一的一种α-亚氨基酸，它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用，一般出现在两段α-螺旋之间的拐角处.第21页/共109页甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）②极性不带电荷R基团氨基酸（7种）：第22页/共109页特点：侧链含极性基团，在生理条件下不解离，易溶于水，R侧链能与水形成氢键。GlySerThrCysTyrAsnGln第23页/共109页Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。

Cys中R含巯基（-SH），两个Cys的巯基氧化生成二硫键，二硫键在蛋白质的结构中具有重要意义

Cys—s—s—Cys第24页/共109页天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）AspGlu在生理条件下,侧链羧基完全解离，带负电荷。

③

R基团带负电荷氨基酸：为酸性氨基酸

味精即为谷氨酸的钠盐第25页/共109页④

R基团带正电荷氨基酸：

赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His）*为碱性氨基酸，在生理条件下，侧链解离，带正电荷胍基LysArgHisH+咪唑基δγβε胍基第26页/共109页第27页/共109页氨基酸的分类第28页/共109页

常见20种蛋白质氨基酸都有对应的遗传密码。近年发现谷胱甘肽过氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有证据表明此氨基酸由终止密码UGA编码，可能是第21种蛋白质氨基酸。HSe-CH2-CH-COOH│NH2硒代半胱氨酸不常见的蛋白质氨基酸第29页/共109页蛋白质中几种重要的稀有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30页/共109页第31页/共109页第32页/共109页非蛋白氨基酸

广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在于蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。第33页/共109页第34页/共109页

非蛋白氨基酸存在的意义：1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-GluD-Ala2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体（刀豆氨酸）5.杀虫防御作用:如种子中高浓度的刀豆氨酸和5-羟色氨酸能防止毛虫的危害，高精氨酸能抑制细菌的生长。绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。第35页/共109页构型（configuration）：组成蛋白质的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。

三、氨基酸的理化性质第36页/共109页立体异构（enantiomersorstereoisomers）

D,LsystemL-(-)甘油醛L-glyceraldehydeD-(+)甘油醛D-glyceraldehyde参照物第37页/共109页第38页/共109页对映体是在1848年由LouisPateur首次发现，它们几乎具有相同的化学特性，但是会使偏振光（plane-polarizedlight）向相反的方向旋转相同的角度。第39页/共109页一对具有旋光活性的对映体将会使偏振光向着相反的方向旋转相同的角度。第40页/共109页除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性-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。（一）氨基酸的一般物理性质

1.氨基酸的旋光性第41页/共109页旋光性：旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力。使偏振面向右旋的，称右旋光物质，记为“-”，使偏振面向左旋的，称左旋光物质，记为“+”。氨基酸的旋光性是由它们的结构决定的。除甘氨酸外，其它氨基酸的-C原子都与四个不同的原子和基团连接，因而是不对称C原子。手性中心（chiralcenter）：当一个C原子有四个不同的取代基同它连接形成一个不对称碳原子时，这个碳原子就是一个不对称中心或称做手性中心。第42页/共109页2.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max＝275nm，苯丙氨酸的max＝257nm，色氨酸的max＝280nm第43页/共109页3.高熔点4.一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于乙醚。5.氨基酸一般有味第44页/共109页（二）氨基酸的两性性质和等电点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，而是以兼性离子形式存在。在兼性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下，兼性离子的存在状态也随之发生变化。净电荷+10-1

正离子两性离子负离子

等电点PI第45页/共109页氨基酸的等电点氨基酸的等电点：当氨基酸主要处于两性离子状态，即可解离成阳离子与阴离子的数目和趋势恰好相等，氨基酸所带净电荷为零，此时溶液的pH值即为氨基酸的等电点，简写为pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动。第46页/共109页1.氨基酸的兼性离子形式(证据)

氨基酸的两个重要性质：氨基酸晶体的熔点高（200C）；氨基酸使水的介电常数增高。

HH3N+-C-COO-

R兼性离子:指在同一氨基酸分子上含有正负两种电荷.晶格中质点间的作用力是强大的异性电荷之间的作用，比分子晶格质点间的范德华力大的多。水在20˚C时介电常数是80，而1mol的氨基酸介电常数为102-108，已知极性分子的介电常数大，所以氨基酸在水中是强极性分子。第47页/共109页2、氨基酸的两性解离性质及等电点pH=pI

净电荷=0

pH<pI净电荷为正pH>pI净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+

+H++OH-

+H++OH-(K´1)(K´2)当外液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。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。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化第48页/共109页

在反应中它可以提供质子，起酸的作用：

N+H3NH2

RCCOO-RCCOO-+H+

HH

也可以接受质子，起碱的作用：

N+H3N+H3RCCOO-+H+

RCCOOHHH

因此氨基酸是两性电解质。+OH-第49页/共109页+H+

+H+

阳离子（A+）兼性离子（A0）兼性离子（A0）阴离子（A-）K1=[A0][H+][A+]K2=[A-][H+][A0]甘氨酸的解离：第50页/共109页当Gly处于pI时，[Gly

+]=[Gly

-][Gly

+][H+][Gly

+]K2K1[H+]=--[H+]2=K1K2pI=(pK1+pK2)/2甘氨酸pI=(2.34+9.60)/2=5.97侧链不含解离基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK′1和pK′2的算术平均值第51页/共109页氨基酸的解离常数可以用测定滴定曲线的实验方法求得。甘氨酸的滴定曲线：当1mol的甘氨酸溶于水时，溶液的pH约为6，此时甘氨酸为兼性离子状态A0

。若用标准NaOH滴定，已加入的NaOH摩尔数对pH作图，得滴定曲线B,在pH9.60处有一拐点（滴定中点)。

0H+OH-A0ABA+A0A-第52页/共109页

0H+OH-A0作为酸，由N+H3提供质子，逐渐变为A-,滴定中点时有一半A0变为A-,即[A0]=[A-]，K2=[A-][H+][A0]则K2

=[H+]pK2=pH(拐点处）pK2就是A0的NH3+50%解离时溶液的pH值，K2就是此时溶液的[H+]A-A0[A0]=[A-]A+ABA+A0A-第53页/共109页若用HCl滴定，得滴定曲线A，在pH2.34处有一拐点，拐点处pH即为pK1。R基不解离的氨基酸都有类似甘氨酸的滴定曲线。0H+OH-[A0]=[A+]A0A+ABA+A0A-[A0]=[A-]第54页/共109页带有可解离R基的氨基酸，相当于三元酸，有3个pKpＩ第55页/共109页pＩ第56页/共109页氨基酸有时被用作缓冲剂，缓冲剂是当加入酸或碱时具有抗pH改变的溶液，缓冲剂起作用的pH范围称为缓冲范围，通常定义为pK+1至pK-1。20种基本氨基酸中只有组氨酸的咪唑基的pK最接近生理pH值(游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35),是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。（血红蛋白）第57页/共109页

天冬氨酸：H+OH-

COOHCOO-COO-COO-

K’1

K’R

K’2H3N+CHH3N+CHH3N+CHH2N

CH

2.093.869.82CH2CH2CH2CH2COOHCOOHCOO-COO-

Asp+

AspAsp-

Asp--

pI=(pK1+pKR)/2=(2.09+3.86)/2=2.98第58页/共109页

赖氨酸：H+OH-

COOHCOO-COO-COO-K’1K’2K’RH3N+CHH3N+CHH2NCHH2NCH2.188.9510.53(CH2)4(CH2)4(CH2)4(CH2)4N+H3N+H3N+H3NH2Lys++Lys++-

Lys+-Lys-

pI=(pK2+pKR)/2=(8.95+10.53)=9.74第59页/共109页

氨基酸等电点的计算氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK′值之和的二分之一。pI=2pK´1+pK´2中性AA的等电点计算：pI=2pK´2+pK´R碱性AA的等电点计算：pI=2pK´1+pK´R酸性AA的等电点计算：第60页/共109页

小结1.当外液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。2.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两边的pK值和的一半。3.在氨基酸等电点以上任何pH，AA带净的负电荷，在电场中向阳极移动；在氨基酸等电点以下任何pH，AA带净的正电荷，在电场中向阴极移动。4.在一定pH范围中，溶液的pH离AA等电点愈远，AA带净电荷愈多。第61页/共109页（三）氨基酸的重要化学反应亚硝酸盐反应烃基化反应酰化反应脱氨基反应西佛碱反应成盐成酯反应成酰氯反应脱羧基反应叠氮反应侧链反应（-SH-OH等）第62页/共109页氨基的化学反应:与亚硝酸的反应定量与甲醛的反应定量酰基化氨基保护基烃基化测序●羧基的化学反应▲成酯或盐保护羧基▲成酰氯反应活化羧基▲叠氮活化羧基第63页/共109页●氨基和羧基共同参加的反应◆与茚三酮(ninhydrin)的反应定量反应◆成肽反应蛋白质的合成●侧链的化学反应▲羟基:酯化(生物体内的磷酸化)▲巯基:氧化还原▲咪唑基：第64页/共109页与亚硝酸反应用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。第65页/共109页用途：直接测定氨基酸的浓度，判断蛋白质水解及合成的程度。与甲醛发生羟甲基化反应第66页/共109页第67页/共109页酰化反应与苄氧羰酰氯反应用途：用于保护氨基。第68页/共109页酰基化反应与丹磺酰氯（DNS）反应应用：微量氨基酸含量的测定。鉴定多肽链N-端氨基酸。产物有强烈荧光，可用快速检出，灵敏度高。第69页/共109页与苯异硫氰酸酯反应（PITC）用途：鉴定多肽链N-末端氨基酸。175第70页/共109页烃基化反应与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（Sanger反应）第71页/共109页成盐和成酯反应氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢气体或加入二氯亚砜回流，生成氨基酸乙酯的盐酸盐。作用：保护羧基，活化氨基第72页/共109页形成酰氯的反应用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。第73页/共109页叠氮化反应用途：常作为多肽合成活化羧基。肼第74页/共109页与茚三酮反应用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。蓝紫色还原茚三酮第75页/共109页脯氨酸与茚三酮反应的产物：N+黄色化合物(max=440nm)第76页/共109页成肽反应用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。第77页/共109页羟基的反应作用：可用于修饰蛋白质，使相关的酶失活。第78页/共109页巯基（-SH）的保护作用：这些反应可用于巯基的保护。第79页/共109页巯基的氧化还原反应作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或断裂。第80页/共109页胱氨酸与巯基乙醇或过甲酸的反应应用：与过甲酸反应用于蛋白质测序时打开二硫键；巯基乙醇用于打开二硫键，或防止蛋白质中二硫键的形成，在酶的提取时应用。第81页/共109页咪唑基的反应组氨酸含有咪唑基，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。第82页/共109页磷酸组氨酸第83页/共109页蛋白质的化学修饰：是指在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质与某种试剂（称化学修饰剂）起特异反应，以引起蛋白质中个别氨基酸侧链或功能团发生共价化学改变。第84页/共109页四、氨基酸的分析分离分配层析法的一般原理柱层析纸层析薄层层析离子交换层析气相色谱层析高效液相色谱层析第85页/共109页分配层析法的一般原理层析系统：固定相，流动相被分离的物质在这两相中的分配系数不同，从而得以分离。某一物质在流动相中的总量分配系数=

某一物质在固定相中的总量第86页/共109页第87页/共109页第88页/共109页柱层析第89页/共109页层析的类型根据支持物不同：柱层析纸层析薄层层析根据层析原理不同：吸附层析，离子交换层析，凝胶层析，亲和层析等第90页/共109页柱层析第91页/共109页纸层析第92页/共109页第93页/共109页离子交换层析第94页/共109页第95页