《醫(yī)用化學(xué)基礎(chǔ)》7第七章 氨基酸和蛋白質(zhì)

第七章氨基酸和蛋白質(zhì)醫(yī)用化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)氨基酸第二節(jié) 蛋白質(zhì)目錄1.掌握氨基酸的命名。2.理解氨基酸和蛋白質(zhì)的兩性電離和等電點(diǎn)。3.了解蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)和顏色反應(yīng)。4.能進(jìn)行氨基酸和蛋白質(zhì)的鑒別。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】第一節(jié)氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名1．氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類氨基酸是羧酸分子中烴基上的氫原子被氨基（－NH2）取代而成的化合物，分子中含有氨基和羧基兩種官能團(tuán)。自然界中已發(fā)現(xiàn)的氨基酸有幾百種，約占人體固體重量45％的蛋白質(zhì)的氨基酸主要有20種，見表8—1，這20種氨基酸都屬于α-氨基酸，它的結(jié)構(gòu)通式為：一、氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名2．氨基酸的命名氨基酸的命名有系統(tǒng)命名法和根據(jù)氨基酸的來源或性質(zhì)而得的俗名。氨基酸的系統(tǒng)命名法是以羧酸為母體，氨基作為取代基，其位次用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)示，也可用希臘字母α、β、γ等來標(biāo)示。例如：氨基酸在醫(yī)藥中的作用：氨基酸在醫(yī)藥上主要用來制備復(fù)方氨基酸輸液，也用作治療藥物和用于合成多肽藥物。目前用作藥物的氨基酸有一百幾十種，其中包括構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種和構(gòu)成非蛋白質(zhì)的氨基酸有100多種。由多種氨基酸組成的復(fù)方制劑在現(xiàn)代靜脈營養(yǎng)輸液以及“要素飲食”療法中占有非常重要的地位，對(duì)維持危重病人的營養(yǎng)，搶救患者生命起積極作用，成為現(xiàn)代醫(yī)療中不可少的醫(yī)藥品種之一。谷氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、胱氨酸、L-多巴等氨基酸單獨(dú)作用治療一些疾病，主要用于治療肝病疾病、消化道疾病、腦病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、兒科營養(yǎng)和解毒等。此外氨基酸衍生物在癌癥治療上出現(xiàn)了希望。

知識(shí)鏈接二、氨基酸的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)α-氨基酸都是無色固體，能形成一定形狀的結(jié)晶，熔點(diǎn)在200~300℃之間，加熱到熔點(diǎn)時(shí)，易分解并放出CO2。氨基酸有的具有甜味，但也有無味甚至苦味的，調(diào)味品“味精”的主要成分是谷氨酸（α-氨基戊二酸）的鈉鹽。氨基酸一般能溶于水。二、氨基酸的性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，因此具有氨基上和羧基上的一般反應(yīng)。分子內(nèi)基團(tuán)相互影響，又有些特殊性質(zhì)。1．氨基酸的兩性電離和等電點(diǎn)氨基酸分子中含有堿性的氨基（－NH2）和酸性的羧基（－COOH），既能發(fā)生堿性電離，又能發(fā)生酸性電離，因此，氨基酸具有兩性電離的性質(zhì)，既能與酸又能與堿作用生成鹽。氨基酸分子中的堿性氨基和酸性羧基也可以相互作用生成鹽：二、氨基酸的性質(zhì)這種由分子內(nèi)部的酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)作用所生成的鹽，稱為內(nèi)鹽。內(nèi)鹽分子中既有帶正電荷的陽離子，又有帶負(fù)電荷的陰離子，所以內(nèi)鹽又稱為兩性離子。當(dāng)氨基酸以兩性離子形式存在時(shí)，溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)。通常以pI表示。氨基酸在水溶液中的帶電情況，除了由本身的結(jié)構(gòu)所決定外，還可以通過調(diào)節(jié)溶液酸堿度加以改變。氨基酸在酸、堿溶液中的變化，可表示為：陰離子

兩性離子

陽離子

溶液pH>pI

溶液pH＝pI

溶液pH<pI二、氨基酸的性質(zhì)2．成肽反應(yīng)兩個(gè)氨基酸分子在酸或堿的作用下加熱時(shí)，一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基之間，可以脫去一分子水縮合生成二肽。

二肽分子中兩端的自由氨基和羧基還可以繼續(xù)與其他氨基酸縮合成三肽、四肽以至多肽。肽分子中的

叫酰胺鍵又稱為肽鍵。二、氨基酸的性質(zhì)3．氨基酸與茚三酮的顯色反應(yīng)氨基酸在一定條件下能與水合茚三酮反應(yīng)，生成藍(lán)紫色化合物。茚三酮的顯色反應(yīng)廣泛用于氨基酸和蛋白質(zhì)的定性分析。脫羧反應(yīng)與蛋白質(zhì)的腐敗：氨基酸在一定的條件下，可發(fā)生脫羧反應(yīng)（脫羧反應(yīng)是指脫去羧基，生成二氧化碳的反應(yīng)），失去二氧化碳而得到胺，脫羧反應(yīng)也可以在某些細(xì)菌產(chǎn)生的脫羧酶的作用下發(fā)生。尸體在腐敗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極難聞的氣味，就是由于尸體內(nèi)蛋白質(zhì)腐敗時(shí)，由鳥氨酸生成腐肉胺（H2N－CH2CH2CH2CH2－NH2），由賴氨酸生成尸胺（H2N－CH2CH2CH2CH2CH2－NH2）所造成的結(jié)果。

知識(shí)鏈接第二節(jié) 蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的組成所有蛋白質(zhì)的組成元素相似，主要有碳（50％～55％）、氫（6％～7％）、氧（19％～24％）、氮（13％～19％）、硫（0％～4％）。有些蛋白質(zhì)還含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬等，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。因此通常生物組織每含1g氮大約相當(dāng)于100/16＝6.25g蛋白質(zhì)，此商數(shù)稱為蛋白質(zhì)系數(shù)?；瘜W(xué)分析時(shí)，只要測出生物樣品中的含氮量，就可以推算出樣品中蛋白質(zhì)的大致含量。二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分為基本結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)又稱為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，也被稱為初級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序和連接方式，如圖8—1所示。在一級(jí)結(jié)構(gòu)中，氨基酸通過肽鍵（－CONH－）相互連接成多肽鏈，多肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)，肽鍵是主鍵。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，并可由一級(jí)結(jié)構(gòu)獲得有關(guān)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的信息。

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)：包括二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)。它們是在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步卷曲、盤繞、折疊所形成的空間結(jié)構(gòu)，維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的作用力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵、鹽鍵、范德華引力等。

知識(shí)鏈接三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的組成單元是氨基酸，但蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量比氨基酸大得多是高分子化合物，結(jié)構(gòu)也比氨基酸復(fù)雜，因此，與氨基酸相比，性質(zhì)上既有相似之處，又存在很大區(qū)別。（一）兩性電離和等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的多肽鏈中存在著自由的氨基和羧基，蛋白質(zhì)與氨基酸一樣也具有兩性電離的性質(zhì)。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH至適宜值，使蛋白質(zhì)完全以兩性離子的形式存在，此時(shí)溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，用pI表示。如果以H2N－P－COOH代表蛋白質(zhì)分子，則它在酸性、堿性溶液中的電離情況可表示為：陰離子

兩性離子

陽離子

溶液pH>pI溶液pH=pI溶液pH<pI（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)分子的顆粒直徑一般在1～100nm之間，屬于膠體分散系，因此蛋白質(zhì)具有膠體溶液的特性。如布朗運(yùn)動(dòng)、丁鐸爾現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象、不能透過半透膜等。但蛋白質(zhì)是高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量大，蛋白質(zhì)比膠體溶液穩(wěn)定得多，黏度大得多。（三）蛋白質(zhì)的沉淀和變性使蛋白質(zhì)分子聚集而從溶液中析出沉淀，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的沉淀。沉淀蛋白質(zhì)的方法有鹽析，加有機(jī)溶劑、重金屬鹽和生物堿等。鹽析是指在蛋白質(zhì)溶液中加入大量電解質(zhì)使蛋白質(zhì)沉淀析出的現(xiàn)象，一般用鹽析沉淀出來的蛋白質(zhì)不變性。蛋白質(zhì)因受物理因素（如加熱、高壓、紫外線、X-射線）或化學(xué)因素（如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、三氯乙酸等）的影響，可改變或破壞蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)活性喪失以及理化性質(zhì)改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。性質(zhì)改變后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)變性的作用：臨床上常用高溫、紫外線和酒精等物理或化學(xué)方法進(jìn)行消毒，促使細(xì)菌或病毒的蛋白質(zhì)變性而失去致病及繁殖能力。臨床上急救重金屬鹽中毒病人，常先服用大量牛奶和蛋清，使蛋白質(zhì)在消化道中與重金屬鹽結(jié)合成變性蛋白，從而阻止有毒重金屬離子被人體吸收。在制備具有生物活性蛋白質(zhì)（如酶、激素、抗血清和疫苗等）時(shí)，必須選擇能防止蛋白質(zhì)發(fā)生變性的工藝條件，如低溫、較稀的有機(jī)溶劑和合適的pH值等。在食品加工中，制作豆腐就是利用鈣鹽或鎂鹽使大豆蛋白凝固，制作干酪時(shí)是利用凝乳酶使酪蛋白凝固。

知識(shí)鏈接（四）蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中的肽鍵和氨基酸殘基能與某些試劑發(fā)生作用，生成有顏色的化合物。1．縮二脲反應(yīng)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中含多個(gè)肽鍵，能與硫酸銅的堿溶液作用，生成紫色或紫紅色的物質(zhì)。2．茚三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)與氨基酸一樣，能與水合茚三酮溶液作用，生成藍(lán)紫色的物質(zhì)。3．黃蛋白反應(yīng)含有苯環(huán)的氨基酸能與濃硝酸作用，產(chǎn)生沉淀，再加熱沉淀變?yōu)辄S色，冷卻后堿化，沉淀變橙色，此反應(yīng)稱為黃蛋白反應(yīng)。這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸殘基中的苯環(huán)和濃硝酸發(fā)生硝化反應(yīng)，生成黃色的硝基化合物。4．米倫反應(yīng)含有酪氨酸殘基的蛋白質(zhì)能與入米倫試劑（硝酸汞和硝酸亞汞的硝酸溶液）作用，產(chǎn)生產(chǎn)生白色沉淀，再加熱則變暗紅色。合理攝入蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)食物是人體重要的營養(yǎng)物質(zhì)，保持健康所需的蛋白質(zhì)含量因人而異。一般地講，一個(gè)成年人每天攝入60g～80g蛋白質(zhì)（或按1.27g/(kg·d)攝入蛋白質(zhì)），基本上能滿足需要，每天的飲食中蛋白質(zhì)主要存在于瘦肉、蛋類、豆類及魚類中．蛋白質(zhì)最好有三分之一來自動(dòng)物蛋白質(zhì)，三分之二來源于植物蛋白。如果蛋白質(zhì)攝入不足，會(huì)造成青少年生長發(fā)育遲緩、體重下降、淡漠、易激怒、貧血以及干瘦病或水腫，并因?yàn)橐赘腥径^發(fā)疾?。怀赡耆藭?huì)感到乏力，體重下降，抗病力減弱。如果蛋白質(zhì)攝入過多，尤其是動(dòng)物性蛋白攝入過多，對(duì)人體同樣有害。首先過多的動(dòng)物蛋白質(zhì)的攝入，就必然攝入較多的動(dòng)物脂肪和膽固醇。其次蛋白質(zhì)過多本身也會(huì)產(chǎn)生有害影響。正常情況下，人體不儲(chǔ)存蛋白質(zhì)，所以必須將過多的蛋白質(zhì)脫氨分解，氮?jiǎng)t由尿排出體外，這加重了代謝負(fù)擔(dān)，而且，這一過程需要大量水分，從而加重了腎臟的負(fù)荷，若腎功能本來不好，則危害就更大。過多的動(dòng)物蛋