氨基酸的分類特點及理化性質

關于氨基酸的分類特點及理化性質第1頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸是蛋白質的基本組成材料蛋白質用強酸、強堿處理后，可以得到各種各樣的氨基酸。在動植物組織中可以分離得到26~30種不同的氨基酸。第一個氨基酸早在兩個世紀前就已經被發(fā)現(xiàn)，而最后一個氨基酸在1935年才發(fā)現(xiàn)。直到1965年才搞清楚，只有20種氨基酸才是合成蛋白質的原材料(稱為Primaryaminoacid)。第2頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四20種氨基酸的發(fā)現(xiàn)年代表天冬酰氨1806Vauquelin天冬門芽甘氨酸1820Braconnot明膠亮氨酸1820Braconnot羊毛、肌肉酪氨酸

1849

Bopp奶酪絲氨酸

1865

Cramer蠶絲谷氨酸

1866

Ritthausen面筋天冬氨酸

1868

Ritthausen蠶豆苯丙氨酸

1881

Schultze羽扇豆芽丙氨酸

1881

Weyl絲心蛋白

賴氨酸

1889

Drechsel珊瑚精氨酸

1895

Hedin牛角組氨酸

1896

Kossel,Hedin奶酪胱氨酸

1899

Morner牛角纈氨酸

1901

Fischer奶酪脯氨酸

1901

Fischer奶酪色氨酸

1901

Hopkins奶酪異亮氨酸

1904

Erhlich纖維蛋白甲硫氨酸

1922

Mueller奶酪蘇氨酸

1935

McCoyetal奶酪第3頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的名稱與符號alanine 丙氨酸 Ala Aarginine 精氨酸 Arg Rasparagine 天冬酰氨 AsnAsx Nasparticacid 天冬氨酸 AspAsx Dcystine 半胱氨酸 Cys Cglutarmine 谷氨酰胺 GlnGlx Qglutarmicacid 谷氨酸 GluGlx Eglycine 甘氨酸 Gly Ghistidine 組氨酸 His Hisoleucine 異亮氨酸 Ile Ileucine 亮氨酸 Leu Llysine 賴氨酸 Lys Kmethionine 甲硫氨酸 Met Mphenylalanine 苯丙氨酸 Phe Fproline 脯氨酸 Pro

Pserine 絲氨酸 Ser Sthreonine 蘇氨酸 Thr Ttryptophan 色氨酸 Trp Wtyrosine 酪氨酸 Tyr Yvaline 纈氨酸 Val V要求：能倒背不用的字母JUZBOX第4頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四L-氨基酸的基本結構CHH2NCOOHRα碳原子,不對稱碳原子側鏈二十種氨基酸除Gly外全是L-型。Pro呢？殘基：在肽鏈中氨基酸之間脫去一個水分子，脫水后的殘余部分叫殘基（residue),因此蛋白質肽鏈中的氨基酸統(tǒng)統(tǒng)是殘基形式。Chiralcarbon第5頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四一、氨基酸的分類及特點1、非極性R基氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met共8種，這類氨基酸在水中的溶解度較小2、極性R基氨基酸（1）、不帶電荷的極性R基氨基酸

Ser、Thr、Tyr、Asn、Gln、Cys、Gly（2）、帶正電荷的R基氨基酸Lys、Arg、His（3）、帶負電荷的R基氨基酸Asp、Glu第6頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

脂肪族氨基酸第7頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine

脂肪族氨基酸第8頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine

脂肪族氨基酸第9頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

脂肪族氨基酸第10頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine

脂肪族氨基酸第11頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline

亞氨基酸第12頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine含硫氨基酸第13頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine脯氨酸

Proline甲硫氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine含硫氨基酸第14頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

苯丙氨酸Phenylalanine

芳香族氨基酸第15頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine

芳香族氨基酸第16頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸Trytophan

芳香族氨基酸第17頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

精氨酸

Arginine

堿性氨基酸第18頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine

堿性氨基酸第19頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine組氨酸

Histidine

堿性氨基酸第20頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸第21頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

天冬氨酸Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸第22頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

絲氨酸

Serine

含羥基氨基酸第23頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine

含羥基氨基酸第24頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

天冬酰胺Asnaragine

含酰胺氨基酸第25頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的結構

天冬酰胺Asnaragine谷氨酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸第26頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四二十種氨基酸的化學結構要求全部背出第27頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四幾種重要的不常見氨基酸從少數(shù)蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質氨基酸的結構如下。第28頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四從各種生物分離到的氨基酸已達250種以上大量出現(xiàn)在膠原蛋白結締組織第29頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四結締組織第30頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四凝血酶信號傳導第31頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四寫出下列氨基酸的漢文名稱與結構Ala Arg

AsnCysGlyHis

Ile Met ThrTrp

第32頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四二、氨基酸的理化性質無色晶體，熔點較高（200℃～300℃）水中溶解度各不同，取決于側鏈。氨基酸能使水的介電常數(shù)增高。氨基酸的晶體是離子晶體。氨基酸是離子化合物。1、一般物理性質第33頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四旋光性2、氨基酸的旋光性和光吸收

第34頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四20種氨基酸，除甘氨酸外，其它氨基酸的α-碳原子均為不對稱碳原子?？梢杂辛Ⅲw異構、有旋光性。氨基酸的構型也是與甘油醛構型比較而確定的。從蛋白質酶促水解得到的α-氨基酸，都屬于L-型，但在生物體中(如細菌)也含有D-型氨基酸。比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。氨基酸的旋光性和光吸收

第35頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四L型氨基酸與D型氨基酸L-aminoacidD-aminoacid第36頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四L型和D型的由來甘油醛的旋光性左旋甘油醛的構型右旋甘油醛的構型按原子序數(shù)法確定了L型和D型氨基酸，但現(xiàn)在L和D已經不代表氨基酸的旋光性，只代表氨基酸的絕對構型。第37頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四蘇氨酸(Thr)有四種異構體別別第38頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四半胱氨酸Cysteine和胱氨酸Cystine

二硫鍵Disulfidebond胱氨酸的光學異構體有幾種第39頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的光吸收構成蛋白質的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。可以通過測定280nm處的紫外吸收值的方法對蛋白溶液進行定量。

苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103第40頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四3、氨基酸的兩性性質和等電點

（1）、氨基酸是兼性離子

質子受體和質子供體。

所謂兼性離子是指在同一分子上帶有能釋放質子的正離子基團和能接受質子的負離子基團。兼性離子本身既是酸又是堿。因此它既可以和酸反應，也可以和堿反應。實驗證明：氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時，都以兼性離子形式存在。第41頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸在結晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兼性離子。在兼性離子中，氨基是以質子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。PH1710凈電荷+10-1正離子兼性離子負離子

(2)、氨基酸的pK值和氨基酸解離的關系

第42頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四

K1=[H3N+CH2COO－][H+]/[H3N+CH2COOH]

K2=[H2NCH2COO－][H+]/[H3N+CH2COO－]PH=PK1+lg([H3N+CH2COO－]/[H3N+CH2COOH])

PH=PK+lg([質子受體]/[質子供體])

PH=PK1,[H3N+CH2COOH]=[H3N+CH2COO－]PH＜PK1,[H3N+CH2COOH]＞[H3N+CH2COO－]PH＞PK1,[H3N+CH2COOH]＜[H3N+CH2COO－]PH=PK2,PH＜PK2,PH＞PK2時呢？作業(yè)：寫出Gly,Asp,Lys,His,Pro,Cys的解離式第43頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四(3)、電泳及等電點

帶電粒子在電場中向與其自身所帶電荷相反的電極移動的現(xiàn)象稱為電泳。等電點(pI，isoelectricpoint)：使分子處于兼性離子狀態(tài)，在電場中不遷移(分子的凈電荷為零)時溶液的pH值。每一種氨基酸都有特定的pI，這是由于各種氨基酸分子上所含有的氨基、羧基等基團的數(shù)目以及各種基團的解離程度不同所造成的。一般一氨基一羧基的氨基酸等電點在pH6左右，這是由于羧基的解離程度大于氨基，故PI偏酸，堿性氨基酸pI在pH10左右，酸性氨基酸的pI在pH3左右。第44頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四*氨基酸水溶液中其解離度與溶液的PH有關向氨基酸溶液中加酸時，羧基接受質子，使氨基酸帶正電，加堿時，氨基釋放質子，與OH-中和，使氨基酸帶負電。當溶液的pH=pI時，氨基酸以兩性離子存在當溶液的pH＜pI時，氨基酸溶液中正離子占優(yōu)勢當溶液的pH＞pI時，氨基酸溶液中負離子占優(yōu)勢。第45頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四（4）、氨基酸的酸堿滴定第46頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四（5)、氨基酸等電點及解離百分數(shù)的計算公式：pH=pK+lg([質子受體]/[質子供體])，可定量計算氨基酸在某一pH條件下的解離百分數(shù)。氨基酸等電點pI值是由兼性離子兩側基團的pK值所決定的。eg:GlyK1=[H3N+CH2COO-][H+]/[H3N+CH2COOH]

K2=[H2NCH2COO-][H+]/[H3N+CH2COO－]pH=pI時，H3N+CH2COOH＝H2NCH2COO－

K1K2=[H+]22pH=pK1+p

K2pH=(pK1+p

K2)/2pI=(pK1+p

K2)/2同理對含三個可解離基團的氨基酸來說，只要寫出它的電離式，然后取兼性離子兩邊的pK值的平均值，即得其pI值。

第47頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸等電點的計算側鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK1和pK2的算術平均值：pI=(pK1+pK2)/2第48頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸等電點的計算同樣，對于側鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術平均值。酸性氨基酸：pI=(pK1+pKR-COO-

)/2堿性氨基酸：pI=(pK2+pKR-NH2)/2第49頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四例：Lysε-+NH3pK=10.5求ε-

+NH3

在pH9.5及pH=11時的質子化%。解:ε-+NH3=

ε-NH2+H+根據(jù)公式：pH=pK+lg([質子受體]/[質子供體])9.5=10.5+lg([ε-NH2]/[ε-+NH3])

lg([ε-NH2]/[ε-+NH3])=-1

[ε-NH2]/[ε-+NH3]=1/10質子化%=10/(10+1)=91%PH=11時，同理可得，質子化%＝24％第50頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①氨基的化學反應:◆與亞硝酸的反應VanSlyke定氮◆與甲醛的反應氨基滴定◆與酰化試劑的反應氨基保護基◆與2,4-二硝基氟苯(FDNB)的反應

測序◆與Edman試劑(PITC苯異硫氫酸酯)測序■與二甲基氨基萘磺酰氯(DNS-Cl)的反應測序4、氨基酸的化學性質第51頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的化學性質①．-氨基參與的反應與亞硝酸反應用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應。第52頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應與甲醛發(fā)生羥甲基化反應用途：可以用來直接測定氨基酸的濃度。羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸第53頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的甲醛滴定第54頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸的化學性質①．-氨基參與的反應烴基化反應用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法。二硝基氟苯（DNFB）法第55頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應烴基化反應用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法。Sanger法。2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。第56頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四Edman氨基酸順序分析法（苯異硫氰酸酯PITC法）實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。烴基化反應①．-氨基參與的反應用途：是鑒定多肽N-端aa和aa順序的重要方法。第57頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應?；磻猛荆菏氰b定多肽N-端氨基酸的重要方法。丹磺酰氯法第58頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應?；磻猛荆菏氰b定多肽N-端氨基酸的重要方法。在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯DNS-Cl）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸(DNS-AA)。此法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質，檢測靈敏度可以達到110-9mol。第59頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應酰化反應用途：用于保護氨基以及肽鏈的合成。＋HX第60頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應生成西佛堿的反應用途：是多種酶促反應的中間過程。第61頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四①．-氨基參與的反應脫氨基反應用途：酶催化的反應。第62頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四

a.AA+NaOH－→氨基酸鈉鹽(氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,重金屬鹽不溶于水)

b.

Hcl

AA+EtOH－→氨基酸乙酯的鹽酸鹽

當AA的COOH變成甲酯，乙酯或鈉鹽后，COOH的化學反應性能被掩蔽或者說COOH被保護NH2的化學性能得到了加強or活化，易與?；Y合。為什么AA的酰基化和烴基化在堿性溶液中進行？②．-羧基參與的反應成鹽成酯反應第63頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四形成酰鹵的反應用途：這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應。②．-羧基參與的反應第64頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四疊氮化反應用途：常作為多肽合成活性中間體，活化羧基。②．-羧基參與的反應第65頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四脫羧反應用途：酶催化的反應。②．-羧基參與的反應第66頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四與茚三酮反應用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。③．-氨基和羧基共同參與的反應茚三酮水合茚三酮還原型茚三酮第67頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四成肽反應用途：是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。③．-氨基和-羧基共同參與的反應第68頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質④巰基（-SH）的性質作用：與金屬離子的螯合性質可用于體內解毒。第69頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質④巰基（-SH）的性質作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵形成或斷裂。胱氨酸半胱氨酸第70頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質④巰基（-SH）的性質作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵斷裂。二硫蘇糖醇(DTT)也可以用來打開胱氨酸上的二硫鍵。與碘乙酸的反應見書P141磺基丙氨酸胱氨酸6HCOOOH+6HCOOH第71頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質④巰基（-SH）的性質與碘乙酸的反應作用：第72頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質⑤羥基的性質1作用：可用于修飾蛋白質。二異丙基氟磷酸酯+HF第73頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質⑥咪唑基的性質組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在生理條件下具有緩沖作用。血紅蛋白含有較多的Pro殘基。

第74頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四側鏈基團的化學性質⑦甲硫基的性質第75頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四5、氨基酸的應用A、醫(yī)藥工業(yè)

氨基酸輸液

必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。第76頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四治療藥劑精氨酸：對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果；天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促進毛發(fā)的生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；組氨酸：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。第77頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四B、食品工業(yè)營養(yǎng)強化劑；谷氨酸單鈉鹽——味精；天冬氨酸鈉：可用于清涼飲料，能增加清涼感并使香味濃厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素（APM）第78頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四C、農業(yè)殺蟲劑：刀豆氨酸、5-羥色氨酸可使南方毛蟲拒食而死；半胱氨酸可殺死黃瓜蠅；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸鹽具有較強的殺蚜蟲和殺螨效果；殺菌劑：N-月桂酰纈氨酸可作為治療稻瘟病；-1，4環(huán)己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；除草劑：如N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等。第79頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四D、化妝品工業(yè)氨基酸能調節(jié)皮膚pH的變動，對細菌有防護作用，也可作為皮膚、毛發(fā)的營養(yǎng)成分，增加皮膚、毛發(fā)的光澤。防止皮膚干燥的自然保濕因子的主要成分是甘氨酸、羥基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等游離氨基酸。在化妝品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些維生素，可防止皮膚老化。第80頁，共91頁，2023年，2月20日，星期四E、化學工業(yè)維生素B6:可