生物化学课件(王镜岩版)第3章-氨基酸讲课讲稿

1、生物化学课件(王镜岩版)第3章-氨基酸 氨基酸有氨基酸有D-及及L-型型 ，除除甘氨酸甘氨酸无不对称碳原子因而无无不对称碳原子因而无D-及及L-型之分外，一切型之分外，一切-氨基酸的氨基酸的-碳原子皆为不对称，故都有碳原子皆为不对称，故都有D-及及L-两种异构体。两种异构体。 在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及是否含硫在脂肪族氨基酸中，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、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。含羟基及含硫氨基酸等几小类。 一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧

2、基氨基酸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，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯氨酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。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。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型，但在微生物体内及抗菌素中亦有中亦有D-型氨基酸存在型氨基酸存在(自由或肽结合形式自由或肽结合形式)。 2、氨基酸的结构、氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO氨基酸的结

3、构氨基酸的结构 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Ala

4、nine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 中性中性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亚亚氨基酸氨基酸HNCOHO氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Prolin

5、e甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH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

6、丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH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Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精

7、氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lysine组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH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 CCH2OHOCOHO氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基含羟基氨基

8、酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3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 CCH2OHOCNH2O氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷酰胺谷酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O 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，因此都具有旋光性碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据酸的重要依据 构成蛋白质的构成蛋白

9、质的2020种氨基酸在可见光区都没有种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区光吸收，但在远紫外区(220(220nm)nm)均有光吸收。均有光吸收。 在近紫外区在近紫外区(220-300nm)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。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， 280280=

10、5.6x10=5.6x103 3; ;三、三、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，并不是以游离的羧基或氨基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。在两性离子中，氨基是以质形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化子化(-NH(-NH3 3+ +) )形式存在，羧基是以离解状态形式存在，羧基是以离解状态(-COO(-COO- -) )存在。存在。 在不同的在不同的pHpH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。条件下，两性离子的状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH

11、+H+pK2-COO-CHH2NRPH 1 7 10净电荷净电荷 +1 0 -1 正离子正离子 兼性离子兼性离子 负离子负离子 等电点等电点PI氨基酸的等电点氨基酸的等电点 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-COO-COO- -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值即为氨基酸的值即为氨基酸的等电点，简称等电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向。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。负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 侧链不含

12、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p pK K1 1和和p pK K2 2的算术平均值：的算术平均值：p pI I = (p = (pK K1 1 + p + pK K2 2 )/2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其p pI I值也值也决定于两性离子两边的决定于两性离子两边的p pK K值的算术平均值。值的算术平均值。 酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pI I = (p = (pK K1 1 + p + pK KR-COOR-COO- - )/2 )/2 硷性氨基酸：硷性氨基酸：p pI I =

13、(p = (pK K2 2 + p + pK KR-NH2 R-NH2 )/2 )/2 四、几种重要的不常见氨基酸四、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。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-甲基赖氨甲基赖氨酸、和酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下

14、。下。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 五、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（1 1）与甲醛发生羟甲基化反应）与甲醛发生羟甲基化反应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。即氨基酸的甲醛滴定即氨基酸的甲醛滴定P135页页1-氨

15、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 + H2O1-氨基参与的反应氨基参与的反应（3 3）酰化反应）酰化反应用途用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO1-氨基参与的反应氨基参与的反应（4 4）烃基化反应）烃基化反应用途用途：是鉴定多肽是鉴定多肽N-N-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法。CH2CH2ClS:R1S+R

16、1CH2CH2ClH2NCH COO-R2R1SCH2NHCH(R2)COO-1-氨基参与的反应氨基参与的反应（5 5）生成西佛碱的反应）生成西佛碱的反应用途用途：是多种酶促反应的中间过程。HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+ H2O1-氨基参与的反应氨基参与的反应（6 6）脱氨基和转氨基反应）脱氨基和转氨基反应用途用途：酶催化的反应。酶催化的反应。RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3COCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2CO

17、O-O 氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨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基酸的碱金属盐能溶于水, ,而重金属盐而重金属盐则不溶于水则不溶于水。（1 1）成盐反应）成盐反应用途用途：1 11-氨基参与的反应氨基参与的反应（2 2）形成酯的反应）形成酯的反应用途用途：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.HCl1 1（3 3）形成酰卤的反应）形成酰卤的反应用途用途：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 SOCl2R CHCOO

18、-NHPGRCHCOClNHPG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。RCHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON3NHPGHNO3H2O,N21 1（5 5）脱羧反应脱羧反应用途用途：酶催化的反应酶催化的反应。CO2+H+RCH2NH2RCHCOO-NH3+1 1(1)(1)与茚三酮反应与茚三酮反应用途用途：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。3 - -氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应CCCOOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CC

19、COOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO1 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。3 - -氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应H2NCR1HCOHOHNHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽键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+

20、OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+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-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。-OOCCHCH2

21、SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC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)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+FP

22、OCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+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，在生理条件下具有缓冲作用。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应。组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与可以与ATPATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。酸，从而使酶活化。l组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生组氨酸的咪唑基也能发生

23、烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失丧失作用：作用：。4侧链基团的化学性质侧链基团的化学性质（4 4）甲硫基的性质）甲硫基的性质1作用：作用：。H2NCH(CH2)SCH3COO-+ CH3I弱碱H2NCH(CH2)SCH3COO-CH3 分配柱层析分配柱层析：支持剂是一些具有亲水性的不溶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。性物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。 滤纸层析滤纸层析： 薄层层析薄层层析： 离子交换层析离子交换层析：阴离子交换树脂阴离子交换树脂-N(CH-N(CH3 3) )3 3OHOH，阳离子交换树脂阳

24、离子交换树脂-SO-SO3 3H H 电泳电泳：七、氨基酸的化学合成七、氨基酸的化学合成 目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5 5种：种： （1 1）直接发酵法；）直接发酵法； （2 2）添加前体发酵法；）添加前体发酵法； （3 3）酶法；）酶法； （4 4）化学合成法；）化学合成法； （5 5）蛋白质水解提取法。）蛋白质水解提取法。 通常将直接发酵法和添加前体发酵法通常将直接发酵法和添加前体发酵法统称为发酵法统称为发酵法。八、氨基酸的应用八、氨基酸的应用1 1、医药工业、医药工业 （1 1）氨基酸输液）氨基酸输液 （2 2）必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨）必需氨基酸：苏氨酸、缬氨

25、酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸酸、蛋氨酸 （3 3）半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼）半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。儿所必需的。治疗药剂治疗药剂 （1 1）精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍）精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；等疾病颇有效果； （2 2）天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治）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。疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。 （3 3）半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于）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治

26、疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；炎等； （4 4）组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于）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。心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。2 2、化学工业、化学工业 （1 1）维生素）维生素B B6 6: :可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。 （2 2）叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。 （3 3）氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-L-赖赖氨酰氨酰-L-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-L-精氨酸乙酯盐酸等精氨酸乙酯盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。 （4 4）聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成