2014化工專(zhuān)業(yè)生物化學(xué)第03章氨基酸

第三章氨基酸合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)

化工與食品加工系主要內(nèi)容氨基酸的來(lái)源氨基酸的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)氨基酸的酸堿化學(xué)氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)氨基酸混合物的分析分離生活中的氨基酸復(fù)方氨基酸注射液1.氨基酸的來(lái)源—蛋白質(zhì)氨基酸（aminoacid，Aa）是蛋白質(zhì)水解后得到的最小結(jié)構(gòu)單元，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。主要來(lái)源：蛋白質(zhì)水解其他來(lái)源：水果和蔬菜中的游離氨基酸1.氨基酸的來(lái)源—蛋白質(zhì)水解（P123）酸水解：6mol/L的HCl或4mol/L的H2SO4回流煮沸20h優(yōu)點(diǎn)：不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸缺點(diǎn)：1）色氨酸被完全破壞；2）絲氨酸和蘇氨酸有一部分被破壞；3）天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下來(lái)堿水解：5mol/L的NaOH煮沸10-20h優(yōu)點(diǎn)：色氨酸很穩(wěn)定缺點(diǎn)：1）發(fā)生氨基酸的消旋現(xiàn)象：形成D/L混合的氨基酸；2）精氨酸脫氨，形成鳥(niǎo)氨酸和尿素；酶水解：胰蛋白酶和胃蛋白酶等優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生消旋，也不破壞氨基酸缺點(diǎn)：多種酶同時(shí)作用，并且作用時(shí)間長(zhǎng)2.氨基酸的基本結(jié)構(gòu)（P123）氨基酸：氨基（-NH2）和羧基（-COOH）連接在同一個(gè)碳原子上組成的結(jié)構(gòu)；在生物體內(nèi)，氨基酸的氨基和羧基連在同一個(gè)Cα上。α-氨基（-NH2）：與另一個(gè)氨基酸的羧基反應(yīng)α-羧基（-COOH）：與另一個(gè)氨基酸的氨基反應(yīng)手性碳原子（Cα）：氨基酸的手性判斷側(cè)鏈基團(tuán)（R）：氨基酸分類(lèi)的依據(jù)3.蛋白質(zhì)氨基酸—名稱(chēng)和縮寫(xiě)生物體中已發(fā)現(xiàn)超過(guò)180種的氨基酸，其中組成蛋白質(zhì)的常見(jiàn)氨基酸有20種，稱(chēng)為蛋白質(zhì)氨基酸；不參與蛋白質(zhì)組成的稱(chēng)非蛋白質(zhì)氨基酸。0001必需氨基酸生物體新陳代謝過(guò)程中不可或缺，但是不能在體內(nèi)合成，必須從外界（如食物中）獲取的氨基酸。主要有8種：賴(lài)色苯丙亮異亮，蘇甲硫纈氨酸。3.蛋白質(zhì)氨基酸—結(jié)構(gòu)和分類(lèi)（R基極性不同）3.蛋白質(zhì)氨基酸—分類(lèi)（側(cè)鏈R基結(jié)構(gòu)不同）脂肪族氨基酸（非極性氨基酸）不帶電極性氨基酸帶正電荷氨基酸帶負(fù)電荷氨基酸芳香族氨基酸3.蛋白質(zhì)氨基酸—非極性氨基酸非極性（脂肪族）R側(cè)鏈，Ala、Val、Leu及Ile的側(cè)鏈在蛋白質(zhì)分子中易于聚攏在一起，通過(guò)疏水作用穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。Gly是是唯一沒(méi)有手型碳原子的氨基酸。Met對(duì)人而言是唯一的含硫必需氨基酸，是體內(nèi)活性甲基和硫的主要來(lái)源；是強(qiáng)肝解毒劑、促進(jìn)發(fā)育劑，當(dāng)缺乏甲硫氨酸時(shí)，會(huì)引起食欲減退。3.蛋白質(zhì)氨基酸—不帶電荷極性Aa極性不帶電的R基團(tuán)增加氨基酸的在水中溶解度和親水性，容易形成氫鍵Asn和Gln是蛋白質(zhì)中的兩個(gè)酰胺氨基酸，易于被酸或堿水解，促肌肉生長(zhǎng)Cys的巰基易氧化形成二硫鍵，對(duì)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成重要Pro的環(huán)形結(jié)構(gòu)不利于蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)的形成，是膠原蛋白的主要組成成分之一半胱氨酸（Cys）與二硫鍵（-S-S-）半胱氨酸（Cys）是不帶電荷的極性氨基酸種唯一含有硫元素的氨基酸可以通過(guò)氧化的方式形成二硫鍵，穩(wěn)定蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的，對(duì)蛋白質(zhì)的功能具有重要意義3.蛋白質(zhì)氨基酸—芳香族氨基酸Phe、Tyr和Trp是必需氨基酸，因?yàn)樗麄儾荒茉谌梭w中合成，他們必須從膳食中獲得。Tyr是半必需氨基酸；在體內(nèi)由Phe合成；如果在酪氨酸合成中缺乏苯丙氨酸羥化酶則會(huì)導(dǎo)致苯丙酮尿癥。257nm,275nm,280nm酪基酸與熒光蛋白3.蛋白質(zhì)氨基酸—帶正電荷的氨基酸也稱(chēng)堿性氨基酸，pH=7時(shí)帶正電荷，Arg側(cè)鏈有帶正電的胍基，His有可帶電的咪唑基，在許多酶促反應(yīng)中作用質(zhì)子供體/受體；組氨酸的咪唑基能與Fe2+或其他金屬離子形成配位化合物，促進(jìn)鐵的吸收，因而可用于防治貧血。3.蛋白質(zhì)氨基酸—帶負(fù)電荷的氨基酸Glu在生物體的神經(jīng)系統(tǒng)中含量很高，參與神經(jīng)系統(tǒng)的功能調(diào)節(jié)；其鈉鹽是味精的主要成分。Asp和Glu是蛋白質(zhì)中負(fù)電荷的主要來(lái)源。4.不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸常見(jiàn)氨基酸在生物體內(nèi)形成蛋白質(zhì)后，會(huì)被體內(nèi)的蛋白酶進(jìn)一步修飾，從而產(chǎn)生一些非常見(jiàn)氨基酸。4-羥脯氨酸5-羥賴(lài)氨酸膠原蛋白中結(jié)締組織中非天然氨基酸小結(jié)天然氨基酸的來(lái)源及其獲取方式蛋白質(zhì)來(lái)源及水解方式蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式及其分類(lèi)氨基酸的結(jié)構(gòu)特征、分類(lèi)方式不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸的作用5.氨基酸酸堿化學(xué)—兼性離子（P130）兼性離子：氨基酸在水溶液中，氨基和羧基都可以發(fā)生解離，分別帶正電荷和負(fù)電荷，這種存在形式稱(chēng)兼性離子。證據(jù)：氨基酸晶體的熔點(diǎn)很高（200度以上），是離子晶體結(jié)構(gòu)。5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的解離氨基酸是兩性電解質(zhì)，既是質(zhì)子供體也是質(zhì)子受體。丙氨酸的解離5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的滴定曲線(xiàn)（1）側(cè)鏈R基不解離的氨基酸，其解離曲線(xiàn)與Gly相似R基解離的氨基酸的解離曲線(xiàn)分為三段，增加了R基的解離曲線(xiàn)，例如Glu和Lys5.氨基酸酸堿化學(xué)—氨基酸的滴定曲線(xiàn)（2）R基解離Aa的解離曲線(xiàn)：Glu和HisHenderson-Hasselbalch公式（哼哈方程）在已知氨基酸的各基團(tuán)的pKa后，可以算出某一pH時(shí)氨基酸溶液中各種離子形式的濃度及比例6.氨基酸的等電點(diǎn)（pI，P133）等電點(diǎn)（pI）：氨基酸凈電荷為零時(shí)的pH。此時(shí)氨基酸處于兼性離子狀態(tài)，所帶的正負(fù)電荷數(shù)目相等。對(duì)于R基不解離的Aa，其pI為其解離常數(shù)的平均值對(duì)于酸性Aa，其pI為α-COOH的解離常數(shù)和側(cè)鏈COOH解離常數(shù)的平均值pI=(pK’1+pK’

R-COO-

)/2對(duì)于堿性Aa，其pI為α-NH2和側(cè)鏈NH2解離常數(shù)的平均值pI=(pK’2+pK’R-NH2)/26.氨基酸的等電點(diǎn)—氨基酸在電場(chǎng)中的遷移當(dāng)pH>pI時(shí)，Aa帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)當(dāng)pH<pI時(shí)，Aa帶正電荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)當(dāng)pH=pI時(shí)，Aa在電場(chǎng)中不移動(dòng)7.氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)亞硝酸鹽反應(yīng)烴基化反應(yīng)酰化反應(yīng)脫氨基反應(yīng)西佛堿反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)成酰氯反應(yīng)脫羧基反應(yīng)疊氮反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)7.1α-氨基參與的反應(yīng)（1），P136（1）與亞硝酸反應(yīng)根據(jù)生成的氮?dú)獾牧靠梢杂?jì)算氨基酸的含量和蛋白質(zhì)的水解程度生成的N2只有一半來(lái)自氨基，是VanSlyke法的理論基礎(chǔ)側(cè)鏈氨基也可以參與反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢7.1α-氨基參與的反應(yīng)（2），P136（2）?；磻?yīng)多肽鏈N-末端氨基酸的標(biāo)記和定量測(cè)定7.1α-氨基參與的反應(yīng)（3），P137（3）烷基化反應(yīng)（Sanger試劑，DNFB）Sanger試劑，用于多肽鏈N-末端的氨基酸的測(cè)定7.1α-氨基參與的反應(yīng)（4），P137（4）烷基化反應(yīng)（PITC法）Edman測(cè)序法的理論基礎(chǔ)，可以連續(xù)測(cè)定N-末端的氨基酸7.1α-氨基參與的反應(yīng)（5），P137（5）形成西佛堿反應(yīng)酶活性中心的氨基酸行使催化功能時(shí)，會(huì)與相應(yīng)的醛類(lèi)物質(zhì)形成過(guò)渡態(tài)底物7.1α-氨基參與的反應(yīng)（6），P137（6）脫氨基反應(yīng)主要發(fā)生在氨基酸的代謝過(guò)程中，為其他生物大分子的合成提供原料7.2α-羧基參與的反應(yīng)（1,2），P138（1）成鹽成酯反應(yīng)（2）成酰氯反應(yīng)7.2α-羧基參與的反應(yīng)（3），P138（3）脫羧基反應(yīng)與生物體內(nèi)的氨基酸脫羧酶作用7.2α-羧基參與的反應(yīng)（4），P138（4）疊氮反應(yīng)活化氨基酸的羧基端，用于多肽的人工合成7.3氨基和羧基共同參與的反應(yīng)（1）（1）茚三酮反應(yīng)，P139所有氨基酸及具有游離α-氨基的肽與茚三酮反應(yīng)都產(chǎn)生藍(lán)紫色物質(zhì)，只有脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)。此反應(yīng)十分靈敏，根據(jù)反應(yīng)所生成的藍(lán)紫色的深淺，在570nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色就可測(cè)定樣品中氨基酸的含量，也可以在分離氨基酸時(shí)作為顯色劑對(duì)氨基酸進(jìn)行定性或定量分析。7.3氨基和羧基共同參與的反應(yīng)（2）（2）成肽反應(yīng)（脫水縮合反應(yīng)），P139人工和生物體內(nèi)氨基酸合成多肽的基本反應(yīng)7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（1）Cys的-SH與氮丙啶反應(yīng)，P141該反應(yīng)用于保護(hù)SH不形成二硫鍵7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（2）Cys與二硫硝基苯甲酸(DTNB)反應(yīng)（Ellman反應(yīng)），P142反應(yīng)中1分子的半胱氨酸引起1分子的硝基苯甲酸的釋放。它在pH8.0時(shí)，在412nm波長(zhǎng)處有強(qiáng)烈的光吸收，因此可利用比色法定量測(cè)定-SH基7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—Cys（3）過(guò)甲酸可以定量打開(kāi)二硫鍵，P142巰基化合物可以打開(kāi)二硫鍵，同時(shí)產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)二硫化物7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—TyrTyr側(cè)鏈參與的反應(yīng)，P140酪氨酸的酚基與重氮化合物（如對(duì)氨基苯磺酸的重氮鹽）反應(yīng)，生成橘黃色化合物，這就是Pauly反應(yīng)。用于檢測(cè)酪氨酸的含量（檢測(cè)波長(zhǎng)340nm）7.4側(cè)鏈基團(tuán)參與的反應(yīng)—HisHis側(cè)鏈參與的反應(yīng)（Pauly反應(yīng)），P140與重氮化合物（如對(duì)氨基苯磺酸的重氮鹽）反應(yīng)棕紅色定量檢測(cè)His的含量（檢測(cè)波長(zhǎng)530nm）小結(jié)氨基酸的酸堿性質(zhì)及等電點(diǎn)兼性離子，分段解離不同pH下帶點(diǎn)不同，電場(chǎng)中遷移方向α-氨基酸α-NH2參與的化學(xué)反應(yīng)亞硝酸、酰化反應(yīng)、烷基化反應(yīng)茚三酮反應(yīng)，sanger試劑、Edman反應(yīng)α-氨基酸α-COOH參與的化學(xué)反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)、酰氯化反應(yīng)、疊氮反應(yīng)α-氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)參與的化學(xué)反應(yīng)Pauly反應(yīng)、Ellman反應(yīng)等00018.氨基酸的光學(xué)活性（1）手性碳原子與光學(xué)活性合成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-氨基酸蘇氨酸的光學(xué)活性（D/L,R/S）對(duì)映體/非對(duì)映體8.氨基酸的光學(xué)活性（2）9.氨基酸的分析分離—紙電泳電泳分離氨基酸在pH高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)氨基酸在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種氨基酸的技術(shù),稱(chēng)為電泳(elctrophoresis)。分離氨基酸混合物常用紙電泳。9.氨基酸的分析分離—離子交換樹(shù)脂（1）離子交換柱層析分離氨基酸時(shí)，用離子交換樹(shù)脂作為支持物，利用離子交換樹(shù)脂上的活性基團(tuán)與溶液中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)，由于各種離子交換能力不同而達(dá)到分離的目的。9.氨基酸的分析分離—陰離子交換樹(shù)脂（2）9.氨基酸的分析分離—陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（3）9.氨基酸的分析分離—氨基酸分析儀（4）9.氨基酸的分析分離—薄層層析與紙層析薄層層析（TLC）紙層析紙層析ProcessofPa