生物化学第3章氨基酸

第3章 氨基酸(Amino acids)一、氨基酸一、氨基酸蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类三、氨基酸的酸碱化学三、氨基酸的酸碱化学四、氨基酸的化学反应四、氨基酸的化学反应五、氨基酸的光学活性和光谱性质五、氨基酸的光学活性和光谱性质六、氨基酸混合物的分析分离六、氨基酸混合物的分析分离一、氨基酸蛋白质的构件分子 将蛋白质完全水解（酸水解、碱水解、酶水将蛋白质完全水解（酸水解、碱水解、酶水解）可以得到构成蛋白质的基本成分，这些基本解）可以得到构成蛋白质的基本成分，这些基本成分是成分是L-氨基酸。氨基酸。氨基酸的结构通式碳原子为手性碳碳原子为手性碳侧链基团侧链基团氨基酸通过肽键（酰胺键）连接成肽Carboxyl endAmino endAmino acid 2DipeptideAmino acid 1二、氨基酸的分类从各种生物体中发现的氨基酸已有从各种生物体中发现的氨基酸已有180多种。多种。20种常见的蛋白质氨基酸种常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸常见的蛋白质氨基酸Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine常见的蛋白质氨基酸氨基酸 Serine Threonine Cysteine Methionine蛋氨酸蛋氨酸常见的蛋白质Aspartic acid Glutamic acid Asparagine Glutamine常见的蛋白质氨基酸 Lysine Arginine Histidine Proline常见的蛋白质氨基酸 Phenylalanine Tyrosine Tryptophan氨基酸按其R基的极性分类（pH7时）非极性非极性R基基氨基酸氨基酸不带电荷的极不带电荷的极性性R基氨基酸基氨基酸带正电荷的带正电荷的R基氨基酸基氨基酸带负电荷的带负电荷的R基氨基酸基氨基酸丙氨酸丙氨酸甘氨酸甘氨酸赖氨酸赖氨酸天冬氨酸天冬氨酸缬氨酸缬氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸谷氨酸谷氨酸亮氨酸亮氨酸苏氨酸苏氨酸组氨酸组氨酸异亮氨酸异亮氨酸半胱氨酸半胱氨酸脯氨酸脯氨酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸天冬酰胺天冬酰胺色氨酸色氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺甲硫氨酸甲硫氨酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸不常见蛋白质氨基酸硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸甲状腺素三、氨基酸的酸碱化学氨基酸兼性离子氨基酸兼性离子甘氨酸兼性离子的解离甘氨酸的滴定曲线pK1pK2Handerson-Hasselbalch公式公式lg质子供体质子受体 pKapH当质子受体=质子供体时pKapH 谷氨酸和赖氨酸的滴定曲线谷氨酸的解离反应式和pI计算赖氨酸的解离反应式和pI计算部分氨基酸的解离常数和等电点氨基酸氨基酸-COOHpKa-NH3+pKaR基基pKapI天冬氨酸天冬氨酸2.099.823.86（COOH）2.97谷氨酸谷氨酸2.199.674.25（COOH）3.22精氨酸精氨酸2.179.0412.48（胍基）（胍基）10.76赖氨酸赖氨酸2.188.9510.53（NH3+）9.74组氨酸组氨酸1.829.176.00（咪唑基）（咪唑基）7.59半胱氨酸半胱氨酸1.7110.788.33（SH）5.02酪氨酸酪氨酸2.209.1110.07（OH）5.66甘氨酸的氨基与甲醛的反应反应的结果减弱反应的结果减弱了氨基的碱性了氨基的碱性氨基酸的甲醛滴定曲线 由于加甲由于加甲醛与氨基酸的醛与氨基酸的氨基反应，减氨基反应，减弱了氨基的碱弱了氨基的碱性，使得滴定性，使得滴定终点向中性终点向中性pH偏移，由偏移，由pH12左 右 降 低 到左 右 降 低 到pH9左右，正左右，正好是酚酞指示好是酚酞指示剂的变色区域。剂的变色区域。四、氨基酸的化学反应（一）（一）氨基参加的反应氨基参加的反应1 1.与亚硝酸反应室温（氨基酸定量）2 2.与酰化试剂反应苄氧甲酰氯苄氧甲酰氯苄氧甲酰氨基酸苄氧甲酰氨基酸（保护氨基）其它酰基化试剂3 3.烃基化反应与与 DNFB 反应反应（氨基酸鉴定）return3 3.烃基化反应与与 PITC 反应反应（氨基酸鉴定）return4 4.形成西佛碱反应（酶与底物过渡态中间物的结合方式之一）（用于甲醛滴定）（二）羧基参加的反应1 1.成盐和成酯反应（保护羧基）2 2.成酰氯反应（活化羧基）3 3.叠氮反应（活化羧基）（三）氨基和羧基共同参加的反应1 1.与茚三酮反应（氨基酸定量测定）紫色紫色亚氨基酸与茚三酮反应的产物亮黄色亮黄色2 2.成肽反应（环状二肽）（环状二肽）甘氨酸甘氨酸 甘氨酸甘氨酸 二酮哌嗪二酮哌嗪（四）半胱氨酸巯基参加的反应1 1.与碘乙酸反应（标记巯基）（标记巯基）return2 2.与氮丙啶反应（为胰蛋白酶水解肽链提供一个新位点）（为胰蛋白酶水解肽链提供一个新位点）return3 3.与含汞化合物反应（蛋白质结晶时制备重原子衍生物）（蛋白质结晶时制备重原子衍生物）对氯汞苯甲酸对氯汞苯甲酸4 4.与二硫硝基苯甲酸反应（巯基定量测定）（巯基定量测定）pH8.0,412nm检测检测5 5.两个巯基氧化成二硫键（蛋白质形成二、三级结构时）（蛋白质形成二、三级结构时）6 6.蛋白质中二硫键的氧化和还原（蛋白质结构研究）（蛋白质结构研究）胱氨酸胱氨酸Cystine反应一反应一反应二反应二7 7.蛋白质中二硫键的被DTT还原（蛋白质结构研究）（蛋白质结构研究）二硫苏糖醇二硫苏糖醇DTT五、氨基酸的光学活性和光谱性质氨基酸的相对构型氨基酸的相对构型苏氨酸的4种光学异构体部分氨基酸的比旋光度Amino AcidSpecific Rotation D25 DegreeAmino AcidSpecific Rotation D25 DegreeL-Alanine+1.8L-Methionine10.0L-Arginine+12.5L-Phenylalanine34.5L-Aspartic Acid+5.0L-Proline86.2L-Glutamic Acid+12.0L-Serine7.5L-Histidine38.5L-Threonine28.5L-Isoleucine+12.4L-Tryptophan33.7L-Leucine11.0L-Valine+5.6L-Lysine+13.5Murchison陨星 地球外偏手性的发现 组成组成蛋白质的氨基酸都是蛋白质的氨基酸都是L-氨基酸，在产生生命之氨基酸，在产生生命之前天然合成的氨基酸应该是前天然合成的氨基酸应该是D-和和L-型的氨基酸各占一半，型的氨基酸各占一半，那么生命体中的氨基酸的构型是随机选择的吗？那么生命体中的氨基酸的构型是随机选择的吗？John Cronin和和Sandra Pizzarello检测了检测了1969年年9月月28号落在澳号落在澳大利亚大利亚Murchison附近的陨星中的特殊氨基酸的构型，附近的陨星中的特殊氨基酸的构型，检测的检测的4种特殊氨基酸是种特殊氨基酸是2-氨基氨基-2,3-二甲基戊酸二甲基戊酸（-methylisoleucine和和-methylalloisoleucine）、2-氨基氨基-2-甲基丁酸甲基丁酸（Isovaline）及及2-氨基氨基-2甲基甲基-戊酸戊酸（-Methylnorvaline），以避免地球上氨基酸的污染。结果，以避免地球上氨基酸的污染。结果发现它们中发现它们中L型的比型的比D型的分别多型的分别多29%。四种特殊氨基酸的结构式甲基异亮氨酸甲基异亮氨酸甲基别异亮氨酸甲基别异亮氨酸异缬氨酸异缬氨酸甲基正缬氨酸甲基正缬氨酸芳香族氨基酸在pH6时的紫外吸收光谱Lambert-Beer 定律 式中：式中：I 0为入射光强，为入射光强，I为透过光强，为透过光强，T为透光率，为透光率，为摩尔吸收系数，为摩尔吸收系数，c为溶质浓度，为溶质浓度，l为光径。其中为光径。其中定定义为：光通过义为：光通过1cm光径时光径时1Mol/L溶质对该波长光的吸溶质对该波长光的吸收值。收值。l cTIIAlglg0六、氨基酸混合物的分析分离（1）酸水解：用）酸水解：用6 mol/L HCl或或4 mol/L H2SO4回流回流20h左右可左右可使蛋白质完全水解。酸水解不引起消旋作用，得到的是使蛋白质完全水解。酸水解不引起消旋作用，得到的是L-氨基氨基酸。但色氨酸被完全破坏，丝氨酸和苏氨酸有一小部分被分解，酸。但色氨酸被完全破坏，丝氨酸和苏氨酸有一小部分被分解，同时天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。同时天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。（2）碱水解：与）碱水解：与5 mol/L NaOH共沸共沸1020h可使蛋白质完全可使蛋白质完全水解。碱水解导致多数氨基酸破坏，并引起消旋作用，得到的水解。碱水解导致多数氨基酸破坏，并引起消旋作用，得到的是是D-和和L-氨基酸的混合物。碱水解引起精氨酸脱氨，生成鸟氨氨基酸的混合物。碱水解引起精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素。但色氨酸是稳定的。酸和尿素。但色氨酸是稳定的。（3）酶水解：不同的蛋白酶有不同的切割特异性，需要几种）酶水解：不同的蛋白酶有不同的切割特异性，需要几种酶共同作用才能使蛋白质完全水解。酶水解常用于产生肽段。酶共同作用才能使蛋白质完全水解。酶水解常用于产生肽段。蛋白质的水解蛋白质的水解逆流分溶原理分溶曲线分溶曲线与转移次数n的依数关系柱层析装置氨基酸的纸层析图谱和 Rf 值双向层析双向层析 单向层析单向层析Rf：retardation factor