第二章 氨基酸

1. 第二章 氨基酸 1、氨基酸——蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法

2. 1、氨基酸——蛋白质的构件分子 Protein Amino acid • 蛋白质是由是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子 • 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 • 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。

3. 蛋白质的化学组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： • 碳 50％ • 氢 7％ • 氧 23％ • 氮 16% • 硫 0—3％ • 其他 微 量

4. 蛋白质的含氮量 • 氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： • 蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮的克数 6.25 三聚氰胺？ 凯氏（Kjedahl）定氮法的理论基础

5. 氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。 蛋白质经水解得到得到各种氨基酸混合物 酸水解 碱水解 酶水解

6. 酸水解 • 常用6 mol/L的盐酸或4 mol/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。

7. 碱水解 • 一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 • 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。 • 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。

8. 酶水解—蛋白质一级结构的分析 • 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）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： 胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶），胃蛋白酶等

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10. 2、氨基酸的结构和分类 • 除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。 不变部分 -氨基酸 可变部分 各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。20种基本氨基酸按R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。

11. 氨基酸的分类 • 根据R的化学结构 • （1）脂肪族氨基酸：1）疏水性：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys；2）极性：Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr • （2）芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp • （3）杂环氨基酸：His 、Pro • 根据R的极性 • （1）极性氨基酸：1）不带电： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu • （2）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp

12. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸 Glycine 旋光性？

13. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine

14. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine

15. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine

16. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 异亮氨酸Ileucine

17. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 （含羟基或硫氨基酸） 甲硫氨酸Methionine 蛋氨酸，甲基供体

18. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 （含羟基或硫氨基酸） 甲硫氨酸Methionine 半胱氨酸Cysteine 二硫桥

19. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 （含羟基或硫氨基酸） 甲硫氨酸Methionine 半胱氨酸Cysteine 丝氨酸Serine O-连接

20. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 （含羟基或硫氨基酸） 甲硫氨酸Methionine 半胱氨酸Cysteine 丝氨酸Serine 苏氨酸Threonine O-连接

21. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 碱性氨基酸 精氨酸 Arginine 胍基，正电荷，尿素形成的中间物

22. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 碱性氨基酸 精氨酸 Arginine 赖氨酸Lysine 正电荷

23. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 酸性氨基酸及酰胺 天冬氨酸 Aspartate 负电荷

24. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 酸性氨基酸及酰胺 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸Glutamate 负电荷

25. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 酸性氨基酸及酰胺 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸Glutamate 天冬酰胺 Asparagine

26. 氨基酸的结构 1.脂肪族氨基酸 酸性氨基酸及酰胺 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸Glutamate 天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺Glutamine

27. 氨基酸的结构 2. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine

28. 氨基酸的结构 2. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine

29. 氨基酸的结构 2. 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Trytophan，Trp 吲哚环

30. 氨基酸的结构 3.杂环亚氨基酸 脯氨酸Proline 吡咯烷基，唯一的非α氨基酸

31. 氨基酸的结构 4.杂环氨基酸 组氨酸Histidine 咪唑基 正电荷

32. 根据R的极性 • （1）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp，溶解性小 • （2）极性氨基酸： • A）不带电： Gly、 Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys； • B）带正电：His、Lys、Arg； • C）带负电：Asp、Glu

33. 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。

34. 必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 一两色素本来淡些 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。

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36. 氨基酸的重要性质 • 一般物理性质 • 无色晶体，熔点极高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。 • 两性解离和等电点 • 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的—NH3+正离子和能接受质子的—COO-负离子，为两性电解质。 兼性离子=偶极离子 离子晶格 熔点高，使水的介电常数降低

37. 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。 碱 酸 二元酸 PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI

38. R R R + + H3N—CH—COOH H3N—CH—COO- H2N—CH—COO- 在酸性溶液中的氨基酸 （pH＜pI） 在晶体状态或水溶液中的氨基酸（pH=pI） 在碱性溶液中的氨基酸 （pH＞pI） 调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。 当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的α-氨基，α-羧基是可以离子化的。

39. 氨基酸的等电点 当溶液浓度为某一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。

40. pK1+pK2 pK2+pK3 pI = ———— or（ pI = ————） 2 2 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值： pI = (pK’1 + pK’2 )/2 对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值 酸性氨基酸：pI = (pK’1 + pK’R-COO-)/2 碱性氨基酸：pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2

41. 注意： 1、Handerson公式 pH = pK + log（质子受体/质子供体） 计算溶液中各种离子的比例 2、若 pH > pI , 则氨基酸带_电荷 若 pH < pI , 则氨基酸带+电荷

42. R—CH—COO- R—CH—COO- + H+ NH3+ NH2 R—CH—COO- R—CH—COO- HCHO HCHO NHCH2OH N(CH2OH)2 OH- 氨基酸的甲醛滴定法 中和滴定 氨基酸在滴定时测K1、K2时，2或12 无合适的指示剂 甲醛滴定使氨基的解离常数减少2个单位 降低了-NH2的碱性 增加了NH3+的酸性解离 使PK2移到7附近，酚酞的显色区，而PK1不变

43. Amino acid 第二章、氨基酸 1、氨基酸——蛋白质的构件分子 2、氨基酸的结构和分类 3、酸碱化学 4、化学性质 5、光学与光谱性质 6、分析方法

44. （1）与甲醛发生羟甲基化反应 氨基酸的化学性质 1．-氨基参与的反应 用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。

45. （2）与亚硝酸反应 4、氨基酸的化学性质 1．-氨基参与的反应 用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应 注意：N2的量只有一半来自于氨基酸

46. （3）酰化反应 4、氨基酸的化学性质 1．-氨基参与的反应 用途：在合成蛋白质时用于保护氨基以及肽链的氨基端，如苄氧酰氯。条件：弱碱下

47. （4）烃基化反应 4、氨基酸的化学性质 1．-氨基参与的反应 用途：弱碱下氨基酸的氢原子可被烃基取代，是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。

48. R O2N O2N F + HN—CH—COOH NO2 NO2 R HN—CH—COOH + HF 与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应 弱碱性 DNP-氨基酸 Sanger 鉴定N端氨基酸

49. H R —N=C=S + N—CH—COOH H PITC H H R —N—C—N—CH—COOH S PTC-氨基酸 S —N—C C N O PTH-氨基酸：不同的氨基酸可分离 C H R 与苯异硫氰酸酯（PITC）的反应 重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”，Edman分析法 pH8.3 无水HF

50. CH3 CH3 CH3 CH3 N N H2N—CH—COOH + HN—CH—COOH pH9.7 40℃ R R O=S=O O=S=O Cl 5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）丹磺酰氯 DNS-氨基酸 取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高 Sanger分析法