第三章-氨基酸

第三章氨基酸(aminoacid)氨基酸是蛋白质的构件分子。一、蛋白质的基本组成单位

蛋白质经强酸、强碱、酶水解后，可以得到各种各样的氨基酸。在动植物组织中可以分离得到26～30种不同的氨基酸。第一个氨基酸早在两个世纪前就已经被发现，而最后一个氨基酸在1935年才发现。直到1965年才搞清楚，只有20种氨基酸才是合成蛋白质的原材料（称为Primaryaminoacid）。（1）酸水解：6mol/LHCL、4mol/LH2SO4；回流煮沸20小时。产物不消旋；Trp完全破坏、Ser、Thr部分破坏、Asn、Gln脱酰胺。（2）碱水解：6mol/LNaOH共煮10-20小时。产物消旋；Arg脱氨生成鸟氨酸和尿素。（3）酶水解：产物不消旋；氨基酸不破坏；作用时间长，水解不彻底。氨基酸结构通式CHH2NCOOHRα碳原子,不对称碳原子侧链L型氨基酸与D型氨基酸L-aminoacidD-aminoacidL型和D型的由来甘油醛的旋光性“L型”、“D型”判断法（看CAR的走向）

将H原子靠近自己，观察CAR的走向，逆时针（左转）为L型，顺时针（右转）为D型。

D：dextro

右C：carboxylgroup;

L：levo

左A：aminogroup;

R：residue;CCARRAL型D型拉丁语中二、氨基酸的分类1、组成蛋白质的基本氨基酸：20种氨基酸

根据R基极性分(1)非极性氨基酸(2)极性氨基酸a)不带电氨基酸b)带正电氨基酸c)带负电氨基酸二、氨基酸的分类

根据R基化学结构分(1)脂肪族氨基酸(2)芳香族氨基酸(3)杂环族氨基酸2、修饰型氨基酸3、非蛋白质氨基酸20种基本氨基酸的发现年代表天冬酰氨1806Vauquelin天冬门芽甘氨酸1820Braconnot明胶亮氨酸1820Braconnot羊毛、肌肉酪氨酸1849Bopp奶酪丝氨酸1865Cramer蚕丝谷氨酸1866Ritthausen面筋天冬氨酸1868Ritthausen蚕豆苯丙氨酸1881Schultze羽扇豆芽丙氨酸1881Weyl丝心蛋白20种基本氨基酸的发现年代表赖氨酸1889Drechsel珊瑚精氨酸1895Hedin牛角组氨酸1896Kossel奶酪胱氨酸1899Morner牛角缬氨酸1901Fischer奶酪脯氨酸1901Fischer奶酪色氨酸1901Hopkins奶酪异亮氨酸1904Erhlich纤维蛋白甲硫氨酸1922Mueller奶酪苏氨酸1935McCoyetal奶酪20种基本氨基酸的名称与符号alanine 丙氨酸AlaA

arginine精氨酸 Arg Rasparagine 天冬酰氨 Asn Nasparticacid 天冬氨酸 AspDcystine 半胱氨酸Cys Cglutarmine 谷氨酰胺 GlnQglutarmicacid谷氨酸 GluEglycine 甘氨酸Gly Ghistidine组氨酸His Hisoleucine 异亮氨酸 Ile IAsxBGlxZleucine 亮氨酸 Leu

Llysine 赖氨酸 Lys Kmethionine 甲硫氨酸Met

Mphenylalanine 苯丙氨酸Phe

Fproline 脯氨酸 Pro

Pserine 丝氨酸 Ser

Sthreonine 苏氨酸 Thr

Ttryptophan 色氨酸 Trp

WTyrosine酪氨酸 Tyr

Yvaline 缬氨酸 Val

V不用的字母JUOX

20种氨基酸中，有8种是人体不能合成的，只能从食物中获得，故称为必需氨基酸。分别是：

苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。

必需氨基酸对人体来说，是重要的生活物质。因此在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时，人们格外注重其中必需氨基酸的含量。必需氨基酸20种基本氨基酸的分类(1)按侧链R基的结构(2)按侧链R基的极性中性氨基酸氨基酸的结构、符号甘胺酸（甘）丙胺酸（丙）缬胺酸（缬）亮胺酸（亮）异亮胺酸（异亮）GLYAlaValLeuIle丝胺酸（丝）苏胺酸（苏）Serine(Ser,s)Threonine(Thr,t)羟基氨基酸半胱胺酸Cysteine(Cys,C)甲硫胺酸（蛋胺酸）Methionine(Met,M)含硫氨基酸天冬胺酸谷胺酸天冬酰胺谷氨酰胺Aspartate(Asp,D)Glutamate(Glu,E)Asparagine(Asn,N)Glutamine(Gln,Q)酸性氨基酸及其酰胺精胺酸（精）赖氨酸（赖）Arginine(Arg,R)Lysine(Lys,K)碱性氨基酸苯丙氨酸（苯丙）酪氨酸（酪）Phenylanlanine(Phe,F)Tyrosine(Tyr,Y)芳香族氨基酸组氨酸（组）色氨酸（色）脯胺酸（脯）Histidine(His,H)Tryptophan(Trp,W)Proline(Pro,P)杂环氨基酸L-氨基酸的基本结构CHH2NCOOHRα碳原子,不对称碳原子侧链二十种氨基酸除Gly外全是L-型。残基：在肽链中每个氨基酸都脱去一个水分子，脱水后的残余部分叫残基（residue),因此蛋白质肽链中的氨基酸统统是残基形式。二十种氨基酸的化学结构要求：记住基本机构1.根据R的极性（1）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（2）非极性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp20种氨基酸的分类2.根据R的化学结构（1）脂肪族氨基酸：a）疏水性：Ala、Val、Leu、Ile、Metb）极性：Gly、Arg、Lys、Asp、Glu、Asn、Gln、Ser、Thr、Cys（2）芳香族氨基酸：Trp、Phe、Tyr（3）杂环氨基酸：His（4）杂环亚氨基酸：Pro修饰型氨基酸从各种生物分离到的氨基酸已达250种以上大量出现在胶原蛋白结缔组织4－Hydroxyproline5-Hydroxylysine修饰型氨基酸结缔组织锁链[赖氨]素,见于弹性蛋白6－N－MethyllysineDesinosine修饰型氨基酸凝血酶信号传导非蛋白质氨基酸

在生物体内还发现一些氨基酸，不是蛋白质的组成成分，是一些代谢的中间产物或前体，如瓜氨酸、鸟氨酸、β-丙氨酸、D-丙氨酸、γ-氨基丁酸等。1.溶解性无色晶体，水中溶解度各不同，取决于侧链。2.熔点熔点较高（200-300℃）。3.光吸收在紫外有特征吸收的仅三个芳香族的氨基酸Trp、Tyr、Phe,利用这一特点，可以通过测定280nm处的紫外吸收值的方法对蛋白溶液进行定量。三、氨基酸的物理性质Trp,Tyr和Phe的紫外吸收

4.旋光性除Gly外，其它的氨基酸都有旋光性。

如含两个手性碳原子，则有４种立体异构体，分别称为Ｄ-,Ｌ-，Ｄ别-和Ｌ别-氨基酸。L-苏氨酸(L-threonine)D-苏氨酸(D-threonine)L-别-苏氨酸(L-allo-threonine)D-别-苏氨酸(D-allo-threonine)

组成蛋白质的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用“―”号表示，向右旋转的称右旋，用“＋”号表示。

消旋外消旋内消旋L-胱氨酸D－胱氨酸内消旋胱氨酸1、氨基酸的两性离子形式

氨基酸在晶体或水溶液中通常以两性离子(dipolarion)形式存在。同一个氨基酸分子上可以即有正电荷又有负电荷，故称为两性电解质，可进行两性解离。三、氨基酸的酸碱性质熔点：高溶液介电常数：增加2、等电点BrÖnsted-Lowry的酸碱理论，即广义酸碱理论。HAA-+H+酸碱质子氨基酸在水中的两性离子形式既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。Asanacid（protondonor）：Asabase（protonacceptor）：不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在：

正离子两性离子负离子在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectricpoint），以pI表示。在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式，还有极少量的中性分子。当溶液的pH=pI时，AA主要以两性离子形式存在。pH<pI时，AA主要以正离子形式存在。pH>pI时，AA主要以负离子形式存在。3．氨基酸的酸碱滴定曲线

Henderson-Hasselbalch方程pH=pKa+lg[质子受体][质子供体]酸碱滴定曲线pK1为-COOH（4-5）解离，pK2-NH3（10-11）解离﹢氨基酸的酸碱滴定4．等电点的计算

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酸性氨基酸，以Asp为例：碱性氨基酸，以Lys为例：5.氨基酸的甲醛滴定法氨基酸不可直接用酸、碱滴定进行定量测定，因为滴定终点的pH过高（11-13）或过低（1-2），无适当的指示剂。加入过量的甲醛可降低氨基的碱性，相对增加-NH3酸性，使氢氧化钠滴定的终点下移至pH9附近，可用酚酞指示。1.α-氨基的化学反应:

(1)与亚硝酸的反应

VanSlyke定氮

(2)与甲醛的反应

氨基滴定

(3)与酰化基的反应

氨基保护基

(4)与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应

(5)与二甲基氨基萘磺酰氯(DNS-Cl)的反应

(6)与Edman试剂(苯异硫氰酸酯,PITC)反应

（7）与醛形成西佛碱

（8）酶氧化脱氨四、氨基酸的化学性质(1)与亚硝酸的反应(VanSlyke定氮)α-氨基3-4min，其他氨基也能反应,速度较慢。（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法R—CH—COO-NH3+R—CH—COO-NH2+H+OH-中和滴定HCHOR—CH—COO-NHCH2OHHCHOR—CH—COO-N(CH2OH)2（3）酰基化反应酰氯：苄氧甲酰氯（Cbz-Cl）:对甲苯磺酰氯(Tos-Cl):叔丁氧甲酰氯(Boc-Cl):酸酐：邻苯二甲酸酐：（R’＝酰基）X=卤素（Cl、F）（4）与2,4-二硝基氟苯(DNFB，Sanger试剂)的反应弱碱性DNP-氨基酸取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高(5)与丹磺酰氯的反应（6）与异硫氰酸苯酯（PITC，Edman试剂）的反应无水HFPITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸（7）与醛形成西佛碱

（8）酶氧化脱氨R′C=O+HR′H2NCHHR′COOHC=NCHHR-H2O+H2O2.α-羧基的化学反应(1)成盐和成酯反应羧基保护(2)酰氯化反应羧基活化(3)叠氮反应合成肽(4)与肼(hydrazine)的反应C端氨基酸分析（1）成盐反应R—CH—COOH+NaOHNH2R—CH—COONaNH2（2）成酯反应R—CH—COOH+C2H5OHNH2HCl气R—CH—COOC2H5NH2当羧基变成乙酯后，羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。（3）酰氯化反应

使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。（4）叠氮反应H2N-CHR-COOHYHN-CHR-COOH酰化氨基酸YHN-CHR-COOCH3酰化氨基酸甲酯NH2NH2（-CH3OH）YHN—CHR—CO—NH—NH2酰化氨基酸的肼衍生物HNO2YHN—CHR—CON3+2H2O酰化氨基酸叠氮3.α-氨基和α-羧基共同的反应(1).与茚三酮(ninhydrin)的反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物(Pro为黄色)，最大吸收峰在570nm（Pro440nm）处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法（μg）。

茚三酮还原茚三酮第二个茚三酮紫色化合物的两个共振形式(2).成肽反应4.侧链R基的化学反应（1）-S-S-和-SH的氧化还原反应R-SH：HS-CH2CH2OH巯基乙醇（mercaptoethanol）HS-CH2COOH巯基乙酸（mercaptoaceticacid）HS-CH2(CHOH)2-CH2SH二硫苏糖醇（DTT）

半胱氨酸的-SH很活泼，很容易在空气中重新氧化形成二硫键，一般可用卤代化物（碘乙酸，碘乙酰胺）对-SH进行保护。半胱氨酸的巯基可打开乙撑亚胺（氮丙啶）的环HHOOC-C-CH2-SH+NH2H2CNHH2C

HHOOC-C-CH2-S-CH2-CH2-

NH2NH2（AECys）半胱氨酸与二硫硝基苯甲酸（DTNB）或称Ellman试剂反应，硫硝基苯甲酸，412nm有光吸收。S—SCOOHO2NHOOCNO2半胱氨酸巯基能和多种金属离子形成络合物，如对氯汞苯甲酸。COOHHgHHOOC—C—CH2—SNH2（2）苯环的黄色反应Phe+少量浓H2SO4+浓HNO3黄色TyrTrp+浓HNO3黄色or（3）酚基的Millon反应（米伦氏反应）HgNO3

Tyr+Hg(NO3)2红色HNO3

（4）pauly反应His+重氮苯磺酸