生物化學(xué)第三章氨基酸

生物化學(xué)第三章氨基酸第1頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一課件下載：Sheng_wu_hua_xue@126.com密碼：biotech2008第2頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第三章氨基酸

Chapter3

Aminoacid第3頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

本章重點內(nèi)容§3-2氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類§3-3氨基酸的酸堿化學(xué)§3-4氨基酸的物理和化學(xué)性質(zhì)第4頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一一、氨基酸——蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子★組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸（aminoacid）。如將天然的蛋白質(zhì)完全水解，最后都可得到約20種不同的氨基酸?！镞@些氨基酸中，大部分屬于L--氨基酸。其中，脯氨酸屬于L--亞氨基酸，而甘氨酸則屬于-氨基酸。第5頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物即為氨基酸的混合物，不同水解方法各有其優(yōu)缺點（123頁）。1、酸水解：不引起消旋作用，得到L-氨基酸，但Trp完全被破壞。2、堿水解：引起消旋現(xiàn)象，得到D-和L-氨基酸的混合物，Trp

穩(wěn)定。3、酶水解：不引起消旋作用，也不破壞氨基酸，但水解不徹底。第6頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一二、氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類手性第7頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一★除甘氨酸Gly和脯氨酸Pro外，其他均具有如下結(jié)構(gòu)通式。二、氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類-氨基酸的通式可變部分不變部分第9頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的構(gòu)型

用D/L體系表示——在費歇爾投影式中氨基位于橫鍵右邊的為D型，位于左邊的為L型。

除甘氨酸外，所有的氨基酸分子的α-碳原子都具手性碳原子。因而都具有旋光性。而且發(fā)現(xiàn)主要是L型的（也有D型的，但很少）。第10頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一-氨基酸的分子構(gòu)型第11頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

1、氨基酸的分類

各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R基的不同。

20種蛋白質(zhì)氨基酸按R的極性可分為非極性氨基酸、極性性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸；按R基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及雜環(huán)氨基酸3大類。

氨基酸的三字母簡寫符號必背熟，單字母符號要求認識。

芳香族氨基酸:PheTrpTyr第12頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1、氨基酸的分類

組成蛋白質(zhì)的氨基酸按其α-碳原子上側(cè)鏈R的結(jié)構(gòu)分為20種，20種氨基酸按R的結(jié)構(gòu)和極性的不同有以下兩種分類方法。(一)根據(jù)R的結(jié)構(gòu)不同分類(二)根據(jù)側(cè)鏈R的極性不同分為非極性和極性氨基酸第13頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

在脂肪族氨基酸中，根據(jù)所含氨基、羧基的多寡及是否含硫或羥基，又可分為一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一羧基、含羥基及含硫氨基酸等幾小類。含羥基氨基酸有SerThrTyr含硫氨基酸有CysMet第14頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

一氨基一羧基氨基酸又稱中性氨基酸，一氨基二羧基氨基酸又稱酸性氨基酸(Glu、Asp)，二氨基一羧基氨基酸又稱堿性氨基酸(Arg、Lys、His)

。脯氨酸和羥脯氨酸是亞氨酸，因存在于天然蛋白，習(xí)慣上也列入氨基酸。蛋白質(zhì)中存在的氨基酸皆為L-型，但在微生物體內(nèi)及抗菌素中亦有D-型氨基酸存在(自由或肽結(jié)合形式)。第15頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸目錄第16頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸目錄第17頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄第18頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一2、氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

中性脂肪族氨基酸第19頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

中性脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine第20頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine

中性脂肪族氨基酸第21頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

中性脂肪族氨基酸第22頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine

中性脂肪族氨基酸第23頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

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24頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

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25頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

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26頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine第27頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine第28頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Trytophan第29頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine第30頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine第31頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine組氨酸

Histidine第32頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate

酸性氨基酸第33頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬氨酸

Aspartate

谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸第34頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

含羥基氨基酸第35頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine

含羥基氨基酸第36頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺

Asparagine

含酰胺氨基酸第37頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的結(jié)構(gòu)

天冬酰胺

Asparagine谷酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸第38頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。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)。1、氨基酸的旋光性三、氨基酸的物理性質(zhì)第39頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

構(gòu)成蛋白質(zhì)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。酪氨酸

max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸

max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸

max＝280nm，280=5.6x103;2、氨基酸的光吸收三、氨基酸的理化性質(zhì)第40頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一天然蛋白質(zhì)分子的20種氨基酸，以色氨酸和酪氨酸對紫外光有較強的光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最強?？衫么诵再|(zhì)采用紫外分光光度法測定蛋白質(zhì)的含量。紫外吸收性質(zhì)：第41頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一3、氨基酸的兩性解離和等電點+OH-pH>pI陰離子pH=pI兼性離子+OH-+H+pH<pI陽離子+H+第42頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一加酸H+H+H+總電荷“+”H3N+第43頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一加堿H2OH2NCOOˉOH－OH－OH－總電荷“–”第44頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一酸性溶液晶體狀態(tài)堿性溶液或水溶液中即等電點（pI）pI——等電點時的pH不同氨基酸等電點（pI）不同提問：為什么？第45頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一氨基酸的等電點(isoelectricpoint)：氨基酸的等電點指在一定pH條件下,某種氨基酸接受或給出質(zhì)子的程度相等,分子所帶的凈電荷為零,此時溶液的pH值就稱為該氨基酸的等電點(pI)

NH3+NH3+NH2|+OH-|+OH-|H-C-COOH========H-C-COO-======H-C-COO-

|+H+|+H+

|RRR

陽離子兩性離子陰離子

pH<pIpH=pIpH>pI第46頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4、氨基酸的滴定曲線Henderson-Hasselbalch方程pH=pKa+lg[質(zhì)子受體][質(zhì)子供體]酸堿滴定曲線乙酸第47頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第48頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第49頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一★氨基酸等電點的計算——以甘氨酸為例K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI時，[Gly+]=[Gly-][Gly±][H+]K1=[Gly±]K2[H+][H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly第50頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一對于酸性氨基酸，以Asp為例：第51頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一對于堿性氨基酸，以Lys為例：第52頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一答案：-R有電性區(qū)別。中性氨基酸pI一般為6.0提問：為什么偏酸性？答案：

-COOH解離程度略大于-NH2的得電子能力

提問：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏堿）？答案：更酸（3.0左右）堿性氨基酸pI更堿（7.6—10.7)(

只有三種）提問：大多數(shù)氨基酸在中性（pH=7）時，帶

電？負第53頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一提問：等電點時的氨基酸特點是？答案：兩性離子，溶解度最小，容易沉淀。提問：為什么？答案：同性排斥力小，凝結(jié)沉淀其它：吸光性含苯環(huán)氨基酸大π鍵吸收紫外光，蛋白質(zhì)故也具有紫外吸光性，實驗室利用紫外分光光度儀在280nm處測定蛋白質(zhì)含量；第54頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一★等電點為電中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入電極時其電荷遷移為零。中性氨基酸pI=4.8-6.3酸性氨基酸pI=2.7-3.2堿性氨基酸pI=7.6-10.8★等電點時，偶極離子在水中的溶解度最小，易結(jié)晶析出?？捎谜{(diào)節(jié)氨基酸等電點的方法分離氨基酸的混合物。注意：第55頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一等電點的應(yīng)用1------電泳分離應(yīng)用------氨基酸的分離與分析

氨基酸電泳：帶電顆粒在電場中移動的現(xiàn)象稱為電泳氨基酸不同（pI不同，大小不同），在電場中泳動速度不同，因此可以通過電泳將氨基酸彼此分開當(dāng)pH=pI時，氨基酸呈兼性離子，在電場中不移動當(dāng)pH>pI時，氨基酸帶負電荷，在電場中向正極移動當(dāng)pH<pI時，氨基酸帶正電荷，在電場中向負極移第56頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一四、幾種重要的不常見氨基酸

在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)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(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。第57頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)1．-氨基參與的反應(yīng)（1）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)用途：可以用來直接測定氨基酸的濃度。即氨基酸的甲醛滴定P135頁第58頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1．-氨基參與的反應(yīng)（2）與亞硝酸反應(yīng)用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應(yīng)。衡量的放出N2，測定N2的體積便可計算出氨基酸中氨基的含量。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第59頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1．-氨基參與的反應(yīng)（3）酰化反應(yīng)用途：用于保護氨基以及肽鏈的氨基端測定等。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第60頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1．-氨基參與的反應(yīng)（4）烴基化反應(yīng)用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第61頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1．-氨基參與的反應(yīng)（5）生成西佛堿的反應(yīng)用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過程。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第62頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1．-氨基參與的反應(yīng)（6）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途：酶催化的反應(yīng)。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第63頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,而重金屬鹽則不溶于水。2．

-羧基參與的反應(yīng)（1）成鹽反應(yīng)用途：五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第64頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一11．-氨基參與的反應(yīng)（2）形成酯的反應(yīng)用途：是合成氨基酸?；苌锏闹匾虚g體。2．-羧基參與的反應(yīng)五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第65頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1（3）形成酰鹵的反應(yīng)用途：這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應(yīng)。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)2．-羧基參與的反應(yīng)第66頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一（4）疊氮化反應(yīng)用途：常作為多肽合成活性中間體。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)2．-羧基參與的反應(yīng)第67頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1（5）脫羧反應(yīng)用途：酶催化的反應(yīng)。五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)2．-羧基參與的反應(yīng)第68頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1(1)與茚三酮反應(yīng)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(yīng)茚三酮水合茚三酮五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第69頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一與茚三酮反應(yīng)（鑒別α-氨基酸的靈敏方法）PH5～7茚三酮N-取代的α-氨基酸如脯氨酸，β-氨基酸、γ-氨基酸都不與茚三酮反應(yīng)。

藍色或紫紅色第70頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一1（2）成肽反應(yīng)用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。3．-氨基和羧基共同參與的反應(yīng)五、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)第71頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)1作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護。第72頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。第73頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂。胱氨酸第74頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)第75頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)（2）羥基的性質(zhì)1作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。二異丙基氟磷酸酯第76頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)（3）咪唑基的性質(zhì)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。組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。可以與ATP發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失作用：。第77頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一4．側(cè)鏈基團的化學(xué)性質(zhì)（4）甲硫基的性質(zhì)1作用：。第78頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一分配柱層析：支持劑是一些具有親水性的不溶性物質(zhì)，如纖維素、淀粉、硅膠等。濾紙層析：薄層層析：離子交換層析：陰離子交換樹脂-N(CH3)3OH，陽離子交換樹脂-SO3H電泳：六、氨基酸的分離分析（148頁）第79頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一Columnchromatography

Ion-exchangechromatographySize-exclusionchromatographyHydrophobicinteractionchromatographyIsoelectricfocusingchromatography

Affinitychromatography:Antibodies,His-tags,Protein-A,Protein-G,GST-,MBP-fusionproteinsetc…,第80頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第81頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一第82頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一Ion-exchangeChromatography離子交換第83頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

分離氨基酸常用的是帶有耐酸性非常強的磺酸根SO3－Na＋（以鹽的形式出現(xiàn)）的強陽離子交換樹脂。首先將這種樹脂填充到柱子中，然后注入含有樣品的流動相，樣品中含有陽離子成分X＋，通過靜電吸引，與樹脂中的帶電基團相互作用，結(jié)果X＋與Na＋交換，即發(fā)生陽離子交換后，形成SO3－X＋。第84頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一

Size-exclusionChromatography

分子篩第85頁，共94頁，2023年，2月20日，星期一Affinit