第3章氨基酸.ppt

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1、第第1章章 氨基酸氨基酸 (amino acid)1.1 氨基酸氨基酸-蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子n1.1.1 蛋白质的水解蛋白质的水解n 蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。水解可分为完全水解和部分水解两种情况。1.1.1.1 酸水解酸水解n一般用6mol/L HCl 或4 mol/L H2SO4回流20hr左右，蛋白质完全水解，不引起消旋，得到的是L-型氨基酸型氨基酸。但色氨酸色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸羟基氨基酸部分被分解，天天冬酰胺和谷氨酰胺的冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基酰胺基被水解下来。1.1.1.2 碱水解碱水解n 与5mol/L NaOH共煮10-20hr,完全水解，多数氨基酸

2、不同程度的被破坏，得到的是L型和D型的混合物；精氨酸脱氨，但色氨酸色氨酸稳定。1.1.1.3 酶水解酶水解n不产生消旋，不破坏氨基酸。部分水解。n胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin,糜蛋白酶)、胃蛋白酶(pepsin)。1.1.2-氨基酸的一般结构氨基酸的一般结构 -氨基酸除R基为氢（甘氨酸）之外，其-碳原子是一个手性碳原子手性碳原子，因此都具有旋光性旋光性。并且蛋白质中发现的氨基酸都是是L型型的。H3NCRCOO-H+1.2 氨基酸的分类氨基酸的分类n1.2.1 常见的蛋白质氨基酸常见的蛋白质氨基酸n 按R基的化学结构20种常见氨基酸可分为3类：n1.脂肪族氨

3、基酸n2.芳香族氨基酸n3.杂环族氨基酸n 1.脂肪组氨基酸na 中性氨基酸H2NCHCHOHOH2NCHCH3COHOH2NCHCCHOHOCH3CH3H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3H2NCHCCHOHOCH3CH2CH3甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸甘氨酸甘氨酸（氨基乙酸）是唯一不含手性碳原子的氨基酸，（氨基乙酸）是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此因此不具旋光性不具旋光性。n b 含羟基或硫氨基酸H2NCHCCH2OHOOHH2NCHCCHOHOOHCH3H2NCHCCH2OHOSHH2NCHCCH2OHOCH2SCH3丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸nc 酸性氨基酸及其酰胺H2N

4、CHCCH2OHOCOHOH2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCH2CNH2OH2NCHCCH2OHOCNH2O天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺nd 碱性氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH赖氨酸精氨酸n2 芳香族氨基酸H2NCHCCH2OHOH2NCHCCH2OHOOHH2NCHCCH2OHOHN苯丙氨酸酪氨酸色氨酸n3 杂环族氨基酸H2NCHCCH2OHONNHHNCOHO组氨酸脯氨酸按R基的极性极性性质，20种常见氨基酸可分为以下4组：n 非极性非极性R基氨基酸基氨基酸n丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、

5、异亮氨酸n苯丙氨酸、色氨酸n甲硫氨酸甲硫氨酸n脯氨酸脯氨酸n不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸n丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸n天冬酰胺、谷氨酰胺n半胱氨酸半胱氨酸n甘氨酸甘氨酸 n 带正电荷的带正电荷的R基氨基酸基氨基酸n赖氨酸、精氨酸n组氨酸（组氨酸（唯一一个R基的pKa值在7附近的氨基酸）n 带负电荷的带负电荷的R基氨基酸基氨基酸n天冬氨酸、谷氨酸 氨基酸的简写符号氨基酸的简写符号(一一)名称名称 三字母符号三字母符号 单字母符号单字母符号丙氨酸（丙氨酸（alanine）Ala A精氨酸（精氨酸（arginine）Arg R天冬酰胺（天冬酰胺（asparagine）Asn N天冬氨酸

6、（天冬氨酸（aspartic acid）Asp DAsn和和/或或Asp Asx B半胱氨酸（半胱氨酸（cysteine）Cys C谷氨酰胺（谷氨酰胺（glutamine）Gln Q谷氨酸（谷氨酸（glutamic acid）Glu EGln和和/或或Glu Glx Z甘氨酸（甘氨酸（glycine）Gly G组氨酸（组氨酸（histidine）His H异亮氨酸（异亮氨酸（isoleucine）Ile I氨基酸的简写符号（二）氨基酸的简写符号（二）名称名称 三字母符号三字母符号 单字母符号单字母符号亮氨酸（亮氨酸（leucine）Leu L赖氨酸（赖氨酸（lysine）Lys K甲硫氨酸甲硫

7、氨酸(蛋氨酸蛋氨酸methionine）Met M苯丙氨酸（苯丙氨酸（phenylalanine）Phe F 脯氨酸（脯氨酸（proline）Pro P丝氨酸（丝氨酸（serine）Ser S苏氨酸（苏氨酸（threonine）Thr T色氨酸（色氨酸（tryptophan）Trp W酪氨酸（酪氨酸（tyrosine）Tyr Y缬氨酸（缬氨酸（valine）Val VHNCOHOH2NCHCCH2OHOCH2CHOHCH2NH2OH羟赖氨酸羟脯氨酸1.2.2 不常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸1.2.3 非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 除了参与蛋白质组成的20-30种氨基酸外，还有150多

8、种其他氨基酸。L型-氨基酸的衍生物，也有些是-、-或-氨基酸，或D型氨基酸。1.3 氨基酸的酸碱化学氨基酸的酸碱化学1.3.1 氨基酸的兼性离子形式氨基酸的兼性离子形式氨基酸晶体、水溶液 中性分子形式：H2NCRCOOHH+H3NCRCOO-H晶体熔点很高，200以上；使水的介电常数升高。1.3.2 氨基酸的解离氨基酸的解离+H3NCRCOO-HH+H2NCRCOO-HH+H3NCRCOO-H+H3NCRCOOHHH2NCRCOO-H+H3NCRCOO-H+H3NCRCOOHHKa1Ka2+H+H+兼性离子（Ao）阳离子（A+）阴离子（A-）+O H-+O H-A0H+A+Ka1A0A-Ka2

9、H+A+=A0pKa1=2.34A0=A-pKa2=9.60pI=5.970OH-mol数H+mol数pH02468101214甘氨酸的滴定曲线（解离曲线）n20种基本氨基酸，除组氨酸外，在生理pH下都没有明显的缓冲作用，因为其pKa都不在pH7附近。n组氨酸组氨酸咪唑基的咪唑基的pKa值为值为6.0，在，在pH7附附近，有明显的缓冲作用近，有明显的缓冲作用。n利用Handerson-Hasselalch公式，可算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例：n 质子受体npH=pKa+log-n 质子供体 几种氨基酸的解离常数和等电点几种氨基酸的解离常数和等电点氨基酸氨基酸-COOH pKa

10、-N+H 3 pKaR基基pKapI甘氨酸甘氨酸2.349.60 5.97丙氨酸丙氨酸2.349.69 6.02天冬氨酸天冬氨酸2.099.823.86(COOH)2.97天冬酰胺天冬酰胺2.028.8 5.41精氨酸精氨酸2.179.0412.48(胍基胍基)10.76组氨酸组氨酸1.829.16.00（咪唑基（咪唑基7.591.3.2 氨基酸的等电点（isoelectric point,pI）n对R侧链基不解离的氨基酸：npI =(pKa1+pKa2)n对R侧链解离的氨基酸n1.计算酸性氨基酸如天门冬氨酸。n2.计算碱性氨基酸如精氨酸。1.3.4 氨基酸的甲醛滴定氨基酸的甲醛滴定 滴定是定

11、量分析的常用方法，甲醛滴定法原理：COO-CH2NH3+COO-CH2NH2COO-CH2NHCH2OHCOO-CH2N(CH2OH)2pKa2HCHOHCHOn3.4 氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应3.4.1-氨基参加的反应氨基参加的反应3.4.1.1 与亚硝酸反应与亚硝酸反应这是Van Slyke法测定氨基酸的基础。RCHNH2COOH+HNO2RCHOHCOOH+H2O+N23.4.1.2 与酰化试剂反应与酰化试剂反应CH2OCOClH2NCHCOONaR在弱碱中（后酸化）苄氧酰氯苄氧酰氨基酸CH2OCONHCHCOONaR+Na+Cl-+这些酰化试剂在多肽和蛋白质的人工合成中被用作氨

12、基的保护试剂氨基的保护试剂。3.4.1.3 烃基化反应烃基化反应FO2NNHCHO2NDNP-氨基酸（黄色）H2NCHCOOHRNO2NO2COOHR+在弱碱中+F-DNFB2，4-二硝基氟苯二硝基氟苯与氨基酸生成二硝基苯基氨基酸。被英国的Sanger用来鉴定多肽蛋白质的N末端氨基酸。称Sanger 试剂试剂。与苯异硫氰酸酯（苯异硫氰酸酯（PITC，Edman试剂试剂）反应，Edman用来鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸。NCSH2NCHCOOHR在弱碱中+NHCNHCCHOOHRSNCOCCNHSHRH+(CH3NO2)苯异硫氰酸酯苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸）苯乙内酰硫脲衍生物 （PTH

13、-氨基酸）3.4.1.4 形成西佛碱反应形成西佛碱反应 3.4.1.5 脱氨基反应脱氨基反应3.4.2-羧基参加的反应羧基参加的反应 3.4.2.1 成盐和成酯反应成盐和成酯反应NH2CHCOOHRNH2CHCOOC2H5R+C2H5OH干燥，HCl回流+H2O3.4.2.2 成酰氯反应成酰氯反应HNCHCOOHRHNCHCOOCIR+PCl5+POCl3 +HCl保护基保护基这个反应可使氨基酸的羧基活化3.4.2.3 脱羧基反应脱羧基反应NH2CHCOOHRCH2NH2R+CO2脱羧酶一级胺n3.4.3-氨基和氨基和-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应n3.4.3.1 与茚三酮反应与茚三酮

14、反应CCCOOCCCOOCCCOOO HO H+H3NCCO O HHR+N H3 +CO2 +RCH O +H +CCCOOO HHCCCOOO HO HNH茚 三 酮还 原 茚 三 酮第 二 个 茚 三 酮紫 色 复 合物 的 两 个共 振 形 式CCCOOCCCOO-N3.4.4 侧链侧链R基参加的反应基参加的反应其中有些反应是蛋白质化学修饰的基础。NNNNHOCH2CHNH2COOHHO3SHO3SPauly反应，可用于检测酪氨酸。半胱氨酸侧链上的巯基（-SH），反应性能很高，在微碱性pH下，-SH基发生解离形成硫醇阴离子（-CH2S-）。并可进一步与烷化剂反应生成稳定的烷基衍生物：-

15、OOCCHCH2NH3+S-OOCCHCH2NH3+SCH2COO-+I-+ICH2COO-半胱氨酸碘乙酸羧甲基半胱氨酸与乙撑亚胺乙撑亚胺反应HOOCCHNH3+CH2SHH2CH2CNHHOOCCHNH3+CH2SCH2CH2NH3+H+氮丙啶S-氨乙基半胱氨酸 (AECys)+可用于序列测定(为胰蛋白酶提供了一个新位点)。也可用来保护肽链上的SH基，以防止被重新氧化为二硫基。胱氨酸中的二硫键在稳定蛋白质的构象上起很大的胱氨酸中的二硫键在稳定蛋白质的构象上起很大的作用。氧化剂和还原剂都可打开二硫键。如作用。氧化剂和还原剂都可打开二硫键。如过甲酸过甲酸和和巯基化合物巯基化合物H2NHCCOOH

16、CH2SSCH2CHH2NCOOHH2NHCCOOHCH2SO3HH2NHCCOOHH2CSH6HCOOOH2R-SH22+6HCOOHRSSR3.5 氨基酸的光学活性和光谱性质氨基酸的光学活性和光谱性质n3.5.1氨基酸的光学活性和立体化学氨基酸的光学活性和立体化学n-氨基酸的-碳是一个不对称碳（手性碳），不对称碳原子上的4个取代基在空间的取向可以有两种构型，D型和L型。氨基酸的构型以D性甘油醛为参考物。COO-CCH3+H3NHCHOCCH2OHHOHCOO-CCH3H+H3NCHOCCH2OHHHOCOO-CCH3HNH3+COO-CCH3+H3NH=D-甘油醛D-丙氨酸L-甘油醛L-丙氨酸Thr、Leu、Pro和羟Pro还有第二个不对称碳原子。n3.5.2氨基酸的光谱性质氨基酸的光谱性质n3.5.2.1 紫外吸收光谱紫外吸收光谱n常见的20种氨基酸在可见光区域都没有光 吸 收，在 红 外 和 远 紫 外 区（200nm）都有光吸收.n芳香族氨基酸因为其R基含有苯环共轭共轭键键系统，故在近紫外区（200-400nm）有光吸收的能力.n n蛋白质一般在280nm有最大光吸收，可用来