第一章氨基酸

1、第一章第一章 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)的基本結構單位蛋白質(zhì)的基本結構單位 一 蛋白質(zhì)的水解 根據(jù)水解程度n完全水解：徹底水解-得到的水解產(chǎn)物是各種aa的混合物。n部分水解（不完全水解）-得到的產(chǎn)物是各種大小不等的肽段和aa。三種水解方法：酸，堿，酶1酸水解：n用硫酸（4mol/l）或hcl（6mol/l）水解n條件：回流煮沸20h，完全水解n優(yōu)點：不引起消旋作用，得到l-aan缺點：色aa完全被沸酸所破壞羥基aa（絲aa及蘇aa）有一小部分被分解天冬酰胺和谷胺酰胺的酰胺基被水解下來2堿水解：naoh(5mol/l)n條件：與naoh共煮10-20h,完全水解n優(yōu)點：色aa是穩(wěn)定的 n缺點：產(chǎn)生消旋

2、現(xiàn)象，所得產(chǎn)物是d型和l型aa的混合物（稱消旋物）。 堿水解引起精aa脫氨，生成鳥aa和尿素。3酶水解胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶n優(yōu)點：不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞aan缺點：一種酶往往水解不徹底，需要幾種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解所需時間較長，部分水解n適用范圍：用于蛋白質(zhì)一級結構分析以獲得蛋白質(zhì)的部分水解產(chǎn)物。二aa的分類參與蛋白質(zhì)組成的常見aa只有20種n蛋白質(zhì)aa- 20種aan非蛋白質(zhì)aa-180多種天然aa大多數(shù)是不參與蛋白質(zhì)組成的。這些aa被稱為非蛋白質(zhì)aa。(一)常見的蛋白質(zhì)aa20種共同點：與羧基相鄰的-碳原子上都有一個nh2，因而稱為-aa。通式：rcnh3coohsid

3、e chainaminogroupcarboxylgroup1 性質(zhì)（-aa）n -碳原子是一個不對稱碳原子（甘aa除外）或手性中心。-aa具有旋光性。n 晶體（白色），熔點很高，一般在200度以上。n 每種aa都有特殊的結晶形狀，可用以鑒別各種aa；n 一般都溶于水（除胱aa和酪aa）脯aa和羥脯aa還能溶于乙醇或乙醚中；n 為表達蛋白質(zhì)或多肽結構的需要。aa的名稱常使用三字母的簡寫符號表達，也使用單字母的簡寫符號表示-主要用于表達長多肽鏈的aa順序。2.分類：n主要區(qū)別在側鏈r基的不同b 按r基的極性性質(zhì)non-polar amino acidsnthere are 8 non-polar

4、 amino acids:h2n chcch3ohoh2n chcch2ohochch3ch3h2n chcchohoch3ch3h2n chcchohoch2ch2ch2hnc ohoh2n chcch2ohoch2sch3h2n chcch2ohoh2n chproline (p)isoleucine (i)cch2ohoalanine (a) leucine (l)valine (v)nhmethionine (m)phenylalanine (f)trptophan (w)性質(zhì)：n在水中的溶解度比極性r基aa??； n丙aa的r基疏水性為最??；n它介于非極性r基aa和不帶電荷的極性r基a

5、a之間。不帶電荷的極性r基aa polar, uncharged amino acidsnthere 7 polar, uncharged amino acids:h2n chchohoh2n chcch2ohoohh2n chcchohoohch3h2n chcch2ohoshh2n chcch2ohocnh2oh2n chcch2ohoch2cnh2oh2n chcch2ohoohglycine (g)serine (s)glutamine (q)cysteine (c)threonine (t)asparagine (n)tyrosine (y)特點：n比非極性r基aa易溶于水，含有不離

6、解的極性基，能與水形成氫鍵 n半胱aa,酪aa-r基極性最強。 polar, charged amino acidsnthere are 5 polar charged amino acids:h2n chcch2ohonnhh2n chcch2ohoch2ch2ch2nh2h2n chcch2ohoch2ch2nhcnh2nhh2n chcch2ohoch2cohoh2n chcch2ohocohohistidine (h)lysine (k)arginine (r)glutamic acid (e)aspartic acid (d)個性氨基酸個性氨基酸notes on histidinen

7、contains an imidazole(咪唑） ring that is partially protonated （質(zhì)子化）in neutral solutionnonly the pyridine-like（似吡啶）, doubly bonded nitrogen in histidine（組氨酸） is basic. the pyrrole-like（似吡咯） singly bonded nitrogen is nonbasic because its lone pair of electrons is part of the 6 electron aromatic imidazol

8、e ringtypes of side chainsnneutral: fifteen of the twenty have neutral side chains（中性側鏈）（中性側鏈）nasp（天冬）（天冬） and glu （谷）（谷）have a second cooh and are acidic（酸性的）（酸性的）nlys（賴）（賴）, arg（精）（精）, his（組）（組） have additional basic amino groups side chains (the n in tryptophan（色）（色） is a very weak base)ncys（半胱）（

9、半胱）, ser（絲）（絲）, tyr（ 酪）酪） (oh and sh) are weak acids （微酸）（微酸）that are good nucleophiles（親核物）（親核物） abbreviations and codesalanine（丙） a, alaarginine（精） r, argasparagine（天冬酰） n, asnaspartic acid（天冬）d, aspcysteine（半胱） c, cysglutamine（谷氨酰） q, gln glutamic acid（谷） e, gluglycine（甘） g, glyhistidine（組） h, hi

10、sisoleucine（異亮） i, ileleucine（亮） l, leulysine （賴）k, lysmethionine（蛋/甲硫） m, metphenylalanine（苯丙）f, pheproline（脯） p, proserine（絲） s, serthreonine（蘇） t, thrtryptophan（色） w, trptyrosine（酪）y, tyrvaline（纈） v, vallearning the names and codesnthe names are not systematic so you learn them by using them (the

11、y become your friends) none letter codes learn them toonif only one amino acid begins with that letter, use it (cys, his, ile, met, ser, val)nif more than one begins with that letter, the more common one uses the letter (ala, gly, leu, pro, thr)nfor the others, some are phonetic（發(fā)音的）: fenylalanine（苯

12、丙）, arginine（精）, tyrosine（酪）ntrp（色） has a double ring, hence wnamides（酰胺） have letters from the middle of the alphabet (q think of “qtamine” for glutamine; asparagine -contains nn“acid” ends in d and e follows (smallest is first: aspartic acid, glutamic acid e)（二）不常見的蛋白質(zhì)aan由常見aa衍生而來的n-甲基賴氨酸（n-methyl

13、lysine）存在于肌球蛋白，一種行使收縮功能的肌肉蛋白質(zhì)。另一個重要的特有氨基酸是-羧基谷氨酸（-carboxyglutamic acid）。首先在凝身酶原（prothrombin）中發(fā)現(xiàn)，它也存在于某些具有結合ca2+離子功能的其他蛋白質(zhì)。一個結構復雜的特有氨基酸叫做鎖鏈素（desmosine）， 它是賴氨酸的衍生物，中央的吡啶環(huán)結構是由4個賴氨酸分子的側鏈組成的。此氨基酸只存在于彈性蛋白（elastin）中。此外，從甲狀腺蛋白中分離出3,5二碘酪氨酸（3,5-diiodotyrosine）和甲狀腺素（thyroxine）等，它們都是酪氨酸的衍生物，結構式見激素章。 2i-+2h+h2o2

14、甲狀腺過氧化氫酶i2(活性碘)+2h2onh2chch2cohohoi2nh2chch2cohohoi2i酪氨酸mitditnh2chch2cohohoiihoinh2chch2cohooiihoinh2chch2cohooiiit4t3（三）非蛋白質(zhì)aan180種其他aa 這些aa大多是蛋白質(zhì)中存在的那些l型aa的衍生物，也有些是 aa,有些是，-aa，有些是d-型aa essential amino acidsnall 20 of the amino acids are necessary for protein synthesisnhumans can synthesize only 1

15、0 of the 20nthe other 10 must be obtained from food8種：一（異亮）家（甲硫）寫（纈）兩（亮）三（色）本（苯）書（蘇）來（賴）；2種半必需：精和組，對幼兒合成速度不能滿足需要，但成年后可滿足。三、氨基酸的旋光性和光吸收n1d，l之分n2之分 1, 2都與糖相同 n3-aa具有旋光性 n消旋物-旋光性物質(zhì)在化學反應中，只要其不對稱原子經(jīng)過對稱狀態(tài)的中間階段，即將發(fā)生消旋作用，并轉變?yōu)閐型和l型的等摩爾混合物，稱消旋物。 n蛋白質(zhì)+堿 共熱 水解 有機合成方法合成aa 得到的aa無旋光性的dl-消旋物 aa有d，l型之分：與甘油醛比較而確定的例如丙

16、氨酸的兩種旋光異構體不同表現(xiàn)方式如下：nl型氨基酸是自然界存在的主要形式，且僅l型異構體參與任一個代謝反應（例外甚少）。蘇aa的四個異構體 p143n其中，d-蘇aa與l-別-蘇aa不存在互成物體與鏡像的關系，這種不互成物體與鏡象關系的光學異構體，稱為非對映體。 胱aa有兩個不對稱中心，是相同的a 兩個不對稱中心的構型可以是相同的。產(chǎn)生d，l型兩個異構體。b 兩個不對稱中心的構型可以是不相同的，一個不對稱中心的構型將是另一個不對稱中心的構型的鏡象。分子內(nèi)互相抵消而無旋光性。這種胱aa異構體稱為內(nèi)消旋胱aa 。氨基酸的光吸收性n20種氨基酸在可見光區(qū)域無光吸收，在遠紫外區(qū)（220nm均有光吸收，

17、在近紫外區(qū)（220-300nm）只有tyr、phe、trp有吸收。tyr、phe、trp的r基含有共軛雙鍵，在220-300nm紫外區(qū)有吸收。 n（nm） tyr 275 1.4103phe 257 2.0102trp 280 5.6103 280 nm 四 氨基酸的酸堿性質(zhì)（重點）1、 氨基酸在晶體和水溶液中主要以兼性離子形式存在 -氨基酸都含有-cooh和-nh2，都是不揮發(fā)的結晶固體，熔點200-350，不溶于非極性溶劑，而易溶于水，這些性質(zhì)與典型的羧酸（r-cooh）或胺（r-nh2）明顯不同。三個現(xiàn)象： 晶體熔點高離子晶格，不是分子晶格。不溶于非極性溶劑極性分子介電常數(shù)高（氨基酸使水

18、的介電常數(shù)增高，而乙醇、丙酮使水的介電常數(shù)降低。）水溶液中的氨基酸是極性分子。原因： -羧基pk1在2.0左右，當ph3.5，-羧基以-coo-形式存在。-氨基pk2在9.4左右，當ph8.0時，-氨基以-nh+3形式存在。在ph3.5-8.0時，帶有相反電荷，因此氨基酸在水溶液中是以兩性離子離子形式存在。gly溶點232比相應的乙酸（16.5）、乙胺（-80.5）高，可推測氨基酸在晶體狀態(tài)也是以兩性離子形式存在。structures of amino acidsnin neutral solution, the cooh is ionized（解離）（解離） and the nh2 is p

19、rotonated（質(zhì)子化）（質(zhì)子化）nthe resulting structures have “+” and “-” charges (a dipolar ion, or zwitterion（兩性離子）（兩性離子）)nthey are like ionic salts in solution氨基酸的兩性性質(zhì)2 氨基酸的兩性解離和酸堿滴定曲線pk2是aa的nh3+被滴定一半時的ph（ nh3+釋放h+）pk1是aa的coo-被滴定一半時的ph（coo-結合h+）氨基酸的等電點等電點（pi） 當溶液處于某一特定ph時，氨基酸主要以兩性離子存在，其凈電荷為零，在電場中既不向正極也不向負極移動

20、，這時溶液的ph值叫該氨基酸的等電點，用pi表示。 對氨基酸而言，等電點就是它的等離點，即正負離子相等時的ph值。pi depends on side chainnthe 15 amino acids thiol, hydroxyl groups or pure hydrocarbon side chains have pi = 5.0 to 6.5 (average of the pkas)nd and e have acidic side chains and a lower pinh, r, k have basic side chains and higher pi氨基酸等電點（氨基酸

21、等電點（pi）的計算）的計算中性氨基酸：pi=1/2（pk1+pk2)酸性氨基酸： pi=1/2（pk1+pkr)堿性氨基酸： pi=1/2（pk2+pkr)五、氨基酸的化學反應1、與茚三酮反應 茚三酮在弱酸中與-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨，脫羧反應，最后，茚三酮與反應產(chǎn)物氨和還原茚三酮反應，生成紫色物質(zhì)。（max=570nm） 定性、定量。2、與dnfp（ 2.4一二硝基氟苯）反應：sanger反應 二硝基苯基氨基酸（dnp-氨基酸），黃色，層析法鑒定，被sanger用來測定多肽的nh2末端氨基酸。3、與苯異硫氰酸酯反應：npth-氨基酸，無色，可以用層析法分離鑒定。被edman用來鑒

22、定多肽的nh2末端氨基酸。4、生成肽鍵：5、與芐氧羰基氯反應 h2n ccorhnc c ohorhhh2n ccorhnh3c c ohorhoh+h2o氨基酸側鏈基團的部分反應氨基酸側鏈基團的部分反應r基名基名稱稱 化學反應化學反應 用途及重要用途及重要性性 苯環(huán)黃色反應：與硝酸作用產(chǎn)生黃色物質(zhì)。定性分析phe,tyr. 酚基millon反應：與hno3,hg(no3)2和hno3反應成紅色。folin反應：酚基可還原磷鉬酸，磷鎢酸成蘭色物質(zhì)。定性分析tyr 吲哚基乙醛酸反應：與乙醛酸或二甲基氨甲醛反應，產(chǎn)生紫紅色化合物。還原磷鉬酸，磷鎢酸成鉬藍，鎢藍。鑒定trp 胍基坂口反應（sakag

23、uchi反應）：在堿性溶液中胍基與含有-萘酚及次氯酸鈉的物質(zhì)反應 成紅色物質(zhì)。鑒定arg 咪唑基pauly反應：與重氮鹽化合物結合生成棕紅色物質(zhì)。測定his,tyr 巰基亞硝基亞鐵氰酸鈉反應：在稀氨溶液中與亞硝基亞鐵氰酸鈉反應成紅色。 cys的測定 羥基與乙酸或磷酸作用成酯。保護ser,thr（1）茚三酮反應 aa +水合茚三酮 藍紫色化合物（2）sanger反應 aa +dnfb dnp氨基酸（黃色）（3）dansyl-cl反應 aa+dns-cl dnp氨基酸（熒光）（4）edman反應 aa + pitc ptc-aa pth-aa + h2o加熱nahco3 ph8-9、室溫ph9.7ph8.3無水hf 六、氨基酸的分離和分析1、 電泳分離電泳的基本原理 舉例：glu、leu 、his 、lys，4種混合樣，在ph6.0時，泳動方向及相對速度。 glu leu his l