第四章氨基酸內(nèi)容氨基酸-蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子氨基酸的分類氨基酸的酸堿化學(xué)氨基酸的化學(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氨基酸的性質(zhì)聚合能力酸堿性質(zhì)側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)手性

在酸、堿、蛋白酶的作用下，可以被水解成氨基酸單體。

酸水解：6MHCl或4MH2SO4不消旋，得到L-氨基酸；色氨酸破壞、羥基氨基酸部分分解、天冬酰胺、谷胺酰胺脫酰胺基。蛋白質(zhì)的水解

堿水解：多數(shù)氨基酸遭到不同程度的破壞，消旋，得到D-,L-型氨基酸的混合物；色氨酸穩(wěn)定、精氨酸脫氨5MNaOH蛋白質(zhì)的水解酶水解：不消旋、不破壞氨基酸、需要多種酶的協(xié)同作用；水解位點(diǎn)特異，水解時間長。用于一級結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)的水解氨基酸的結(jié)構(gòu)肽鍵一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脫水縮合形成的酰胺鍵，即-CO-NH-。氨基酸借肽鍵聯(lián)結(jié)成多肽鏈。

蛋白質(zhì)分子中的主要共價鍵，性質(zhì)比較穩(wěn)定。單鍵，具有部分雙鍵的性質(zhì)，難以自由旋轉(zhuǎn)而有一定的剛性，因此形成肽鍵平面，包括連接肽鍵兩端的C═O、Ｎ－Ｈ和2個Cα共6個原子的空間位置處在一個相對接近的平面上。一條多肽鏈的一端含有一個游離的氨基,另一端含有一個游離的羧基.肽鍵氨基酸的分類

1809年發(fā)現(xiàn)Asp，1938年發(fā)Thr，目前已發(fā)現(xiàn)180多種。但是組成蛋白質(zhì)的aa常見的有20種，稱為基本氨基酸（編碼的蛋白質(zhì)氨基酸），還有一些稱為稀有氨基酸，是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。

非蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分

R為脂肪烴基的氨基酸（5種）Gly、Ala、Val、Leu、Ile、R基均為中性烷基（Gly為H），R基對分子酸堿性影響很小，它們幾乎有相同的等電點(diǎn)。（6.0±0.03）

Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。從Gly至Ile，R基團(tuán)疏水性增加，Ile是這20種a.a中脂溶性最強(qiáng)的之一（除Phe2.5、Trp3.4、Tyr2.3以外）。R中含有羥基和硫的氨基酸（4種）含羥基的有兩種：Ser和Thr。Ser的-CH2OH基（pKa=15），在生理條件下不解離，但它是一個極性基團(tuán)，能與其它基團(tuán)形成氫鍵，具有重要的生理意義。在大多數(shù)酶的活性中心都發(fā)現(xiàn)有Ser殘基存在。Thr中的-OH是仲醇，具有親水性，但此-OH形成氫鍵的能力較弱，因此，在蛋白質(zhì)活性中心中很少出現(xiàn)。Ser和Thr的-OH往往與糖鏈相連，形成糖蛋白。含硫的兩種：Cys、Met。R中含有酸性基團(tuán)及酰胺（4種）

Asp、Glu，一般稱酸性氨基酸Asp側(cè)鏈羧基pKa（β-COOH）為3.86，Glu側(cè)鏈羧基pKa（γ-COOH）為4.25，在生理條件下帶有負(fù)電荷的僅有的兩個氨基酸。R中含堿性基團(tuán)（2種）Lys的R側(cè)鏈上含有一個氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為10.53。生理條件下，Lys側(cè)鏈帶有一個正電荷（—NH3+），同時它的側(cè)鏈有4個C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。（如肽聚糖的短肽間的連接）Arg是堿性最強(qiáng)的氨基酸，側(cè)鏈上的胍基是已知堿性最強(qiáng)的有機(jī)堿，pKa值為12.48，生理條件下完全質(zhì)子化。這三種氨基酸在紫外區(qū)有特殊吸收峰，蛋白質(zhì)的紫外吸收主要來自這三種氨基酸，在280nm處，Trp＞Tyr＞Phe。Phe疏水性最強(qiáng)。酪氨酸的-OH磷酸化是一個普遍的調(diào)控機(jī)制，Tyr在較高pH值時，酚羥基離解。Trp有復(fù)雜的π共軛休系，比Phe和Tyr更易形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物。R為環(huán)狀的氨基酸（2種）Pro(

His)

Pro是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氨基酸，它的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段α-螺旋之間的轉(zhuǎn)角處，Pro殘基所在的位置必然發(fā)生骨架方向的變化。His含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為6.00，后者為7.35，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時，可離解平衡。它是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。9種人體必需氨基酸的記憶口訣

①"借一兩本蛋色書來"諧音:借(纈氨酸),一(異亮氨酸),兩(亮氨酸),本(苯丙氨酸),蛋(蛋氨酸),色(色氨酸),書(蘇氨酸),來(賴氨酸).

②"笨蛋來宿舍，晾一晾鞋"

笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）來（賴氨酸）宿（蘇氨酸）舍（色氨酸），晾（亮氨酸）一晾（異亮氨酸）鞋（纈氨酸）

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 Dcysteine 半胱氨酸 Cys Cglutamine 谷氨酰胺 GlnGlx Qglutamicacid 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氨基酸名稱與符號L型和D型的由來

甘油醛的旋光性L和D的來源左旋甘油醛的構(gòu)型右旋甘油醛的構(gòu)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(jīng)不代表氨基酸的旋光性，只代表氨基酸的絕對構(gòu)型。現(xiàn)在為了正確表示左旋和右旋，采用（＋）和（－）的符號，（＋）代表右旋，（－）代表左旋。從右旋的D型甘油醛出發(fā)，可以合成出左旋的D型乳酸?？梢钥闯鑫镔|(zhì)的旋光性與手性原子上的構(gòu)型沒有確定的關(guān)系。右旋D型甘油醛左旋D型乳酸L型氨基酸

與D型氨基酸L-aminoacidD-aminoacidL和D型氨基酸“

D/L”判斷法

（看CAR的走向）

將H原子靠近自己，觀察CAR的走向，逆時針（左轉(zhuǎn)）為L型，順時針（右轉(zhuǎn)）為D型。

D：dextro

右C：carboxylgroup;

L：levo

左A：aminogroup;

R：residue;CCARRAL型D型L和D型氨基酸的判斷拉丁語中蘇氨酸Thr有四種異構(gòu)體蘇氨酸的異構(gòu)體半胱氨酸Cysteine和胱氨酸Cystine

二硫鍵Disulfidebond二十種氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求全部背出20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的物化性質(zhì)其他氨基酸的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在蛋白質(zhì)上的氨基酸修飾氨基酸修飾4-Hydroxyproline在膠原蛋白上;5-Hydroxylysine,6-N-methyllysine,desmocine在結(jié)締組織中;Phospho-Ser,-Thr,-Tyr信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白;γ-Carboxyglutamicacid凝血酶中;Pyroglutamicacid神經(jīng)肽的N端;蛋白質(zhì)中的氨基酸修飾1從各種生物分離到的氨基酸已達(dá)250種以上大量出現(xiàn)在膠原蛋白結(jié)締組織修飾型氨基酸1羥賴氨酸結(jié)締組織修飾型氨基酸2蛋白質(zhì)中的氨基酸修飾2蛋白質(zhì)上的氨基酸修飾

3凝血酶信號傳導(dǎo)修飾型氨基酸3游離型氨基酸衍生物

4氨基酸衍生物Pyroglutamicacid(焦谷氨酸),神經(jīng)肽的N端多數(shù)為焦谷氨酸游離型氨基酸衍生物氨基酸衍生物21號和22號primaryaminoacidOrnithine;Citrulline5’-HydroxytryptophanHomoaminoacids3,4-Dihydroxyphenylalanine(DOPA)γ-Aminobutyricacid(GABA)Mono,di,tri-iodotyrosine;thyroxineβ-Alanine,……etc游離型氨基酸衍生物

1氨基酸衍生物Hao,B.,etal.AnovelUAGencodedresidueinthestructureofamethanogenmethyltransferase.Science296:1462-1466,2002.SeC,硒半胱氨酸第21個一級氨基酸?PyL(吡咯賴氨酸),第22個一級氨基酸?游離型氨基酸衍生物

2氨基酸衍生物瓜氨酸(存在于尿素循環(huán),從西瓜汁分離到)鳥氨酸(存在于尿素循環(huán))游離型氨基酸衍生物

35’-hydroxytryptophan（5-羥色氨）HO“Thetasteoflove”

是松果體素(褪黑素,

melatonin)和血清素(serotonin)的前體。氨基酸衍生物游離型氨基酸衍生物

4

比通常的氨基酸多一個甲基，如Homoserine微生物、植物的代謝中間產(chǎn)物

HomocysteineHomocitrulline攝取高Lys含量的食物時從尿中排出Homomethionine*非天然產(chǎn)物

Met的分解產(chǎn)物，存在于S-adenosylhomo-cysteine和葉酸中.Homocysteine

Methionine氨基酸衍生物Epinephrine,腎上腺素tyrosinenorepinephrine去甲腎上腺素3,4-dihydroxyphenylalanineDOPA,多巴3,4-dihydroxyphenylethylalanineDopamine,多巴胺從Tyr衍生出來的重要生理物質(zhì)，其中多巴是一種氨基酸。S-adenosylmethionineS-adenosylhomocysteine游離型氨基酸衍生物

5氨基酸衍生物

glutarmicacid

GABA,γ-aminobutyricacid

carnitine,肉毒堿（可用來減肥）味精是神經(jīng)遞質(zhì)GABA的直接前體S-adenosylmethionineS-adenosylhomocysteine

游離型氨基酸衍生物

6氨基酸衍生物過量促進(jìn)食欲,促肥胖tetraiiodotyrosine(thyroxine)

tyrosine

diiodotyrosine

monoiodotyrosine甲狀腺內(nèi)貯存碘的氨基酸t(yī)riiodotyrosine

游離型氨基酸衍生物

7氨基酸衍生物氨基酸的理化性質(zhì)無色晶體，熔點(diǎn)較高（200～300℃），水中溶解度各不同，取決于側(cè)鏈。在紫外有特征吸收的僅三個芳香族的氨基酸Trp、Tyr、Phe,利用這一特點(diǎn)，可以通過測定280nm處的紫外吸收值的方法對蛋白溶液進(jìn)行定量。氨基酸的理化性質(zhì)

一般物理性質(zhì)Trp,Tyr和Phe的紫外吸收有紫外特征吸收的氨基酸紫外光吸收的測定裝置光吸收的測定氨基酸的旋光性與光譜性質(zhì)氨基酸的旋光性：

氨基酸的構(gòu)型（指α-碳）也以甘油醛為參考物，從蛋白質(zhì)的酸水解或酶水解液中得到的都是L型，但D型氨基酸在自然界也存在；蛋白質(zhì)用堿水解或有機(jī)合成氨基酸時，得到的都是無旋光性的DL-消旋物氨基酸的旋光符號和大小取決于R基的性質(zhì)，與測定溶液的pH有關(guān)。比旋是ɑ-氨基酸的物理常數(shù)，是鑒別各種氨基酸的依據(jù)之一氨基酸的光譜性質(zhì)：

參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸在可見光區(qū)沒有光吸收，在紅外區(qū)和遠(yuǎn)紫外區(qū)都有光吸收，但在近紫外區(qū)只有芳香族氨基酸有光吸收；同一個氨基酸分子上可以同時攜帶正電荷和負(fù)電荷，稱為兩性電解質(zhì)ampholyte。氨基酸的理化性質(zhì)兩性電解質(zhì)氨基酸作為兩性電解質(zhì)氨基酸的酸堿性質(zhì)

根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，HAA-＋H+氨基酸是兩性電解質(zhì)，既是質(zhì)子供體，又是質(zhì)子受體。當(dāng)氨基酸完全質(zhì)子化時，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以發(fā)生解離，用Ka表示它們的解離常數(shù)；在氨基酸溶液中，pH值計算公式如下：

pH=pKa＋lg（[質(zhì)子受體]/[質(zhì)子供體]）側(cè)鏈不解離的中性氨基酸看作二元酸酸性氨基酸和堿性氨基酸看作三元酸+A++A-A0A0Ka1=Ka2=[A0][H+][A+][A-][H+][A+]pH=pKa＋lg（[質(zhì)子受體]/[質(zhì)子供體]）當(dāng)，pH=pKa1[A0]=當(dāng)[A0]=[A-]，pH=pKa2[A0]Ka1Ka2氨基酸的酸堿滴定曲線氨基酸的酸堿滴定0.1HCl0.1HCl解離基團(tuán)的pK值會發(fā)生較大的變化pK值的變化等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)氨基酸、多肽等兩（兼）性電解質(zhì)[ampholyte]在溶液中所攜帶的凈電荷[netelectriccharge]為零時的溶液的pH值。因此也叫isoelectricpH.氨基酸帶電狀況與溶液的pH有關(guān)。當(dāng)pH大于等電點(diǎn)時，氨基酸帶凈負(fù)電荷；當(dāng)pH小于等電點(diǎn)時，氨基酸帶凈正電荷！在一定的pH范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH離等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，氨基酸所攜帶的凈電荷愈大。氨基酸的甲醛滴定氨基酸酸堿滴定的等電點(diǎn)pH過高或過低，沒有適宜的指示劑，因此，氨基酸雖然是兩性電解質(zhì)，但不能直接用酸堿滴定。在氨基酸中加入甲醛，甲醛與氨基酸中的氨基作用形成羥甲基衍生物，降低了氨基的堿性，使滴定終點(diǎn)移動。氨基酸的主要化學(xué)反應(yīng)氨基酸的化學(xué)反應(yīng)α-氨基參加的反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)（生成羥基氨基酸和氮?dú)猓┡c?；噭┓磻?yīng)（氨基被?；槐Ｗo(hù)）烴基化反應(yīng)DNFB反應(yīng)（生成DNP-氨基酸）PITC反應(yīng)（生成PTH-氨基酸）形成西佛堿反應(yīng)（與醛類化合物）脫氨基反應(yīng)α-羧基參加的反應(yīng)成鹽成酯成酰氯（與二氯亞砜等）脫羧基反應(yīng)疊氮反應(yīng)（氨基酸酯與肼、亞硝酸）α-氨基與α-羧基共同參加反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)（氨與還原茚三酮發(fā)生作用生成紫色物質(zhì)）成肽反應(yīng)側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)酪氨酸酚羥基組氨酸咪唑精氨酸胍基色氨酸吲哚基半胱氨酸巰基H2N—CH—COOH+

RNCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.740℃NCH3CH3O=S=OHN—CH—COOH

RDNS-氨基酸取代DNFB測定蛋白質(zhì)N端氨基酸，靈敏度高?；磻?yīng)氨基酸與2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)

（sanger反應(yīng)）DNFB（dinitrofiuorobenzene）DNP-AA(黃色)++HF弱堿中氨基酸氨基酸與苯異硫氰酯（PITC）的反應(yīng)

（Edman反應(yīng)）PITC（phenylisothiocyanate）+苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物(PTH-AA)（phenylisothiohydantion-AA）弱鹼中(400

C)(硝基甲烷400

C)H+氨基酸的化學(xué)性質(zhì)脫羧反應(yīng)

NH2

IR-CH-COOH------R-CH2-NH2+CO2氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。

加熱過程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€碳的醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。

NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍(lán)紫色化合物。3

注意：

脯氨酸與羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)生成亮黃色化合物，最大吸收在440nm處。側(cè)鏈R基參加的反應(yīng)蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾在溫和的條件下，以可控制的方式使蛋白質(zhì)與某種試劑發(fā)生特異反應(yīng)，引起蛋白質(zhì)個別氨基酸側(cè)鏈或官能團(tuán)發(fā)生共價化學(xué)改變。用于結(jié)構(gòu)與功能的研究氨基酸混合物的分析分離分離方法柱層析紙層析（相對遷移率，非極性性質(zhì)）薄層層析離子交換層析（電荷和非極性）氣相層析高效液相層析氨基酸洗脫順序的判定：氨基酸與樹脂的親合力主要決定于它們之間的靜電吸引，其次是氨基酸側(cè)鏈與樹脂聚苯乙烯之間的疏水相互作用；親和力愈大愈難洗脫！層析分離根據(jù)蛋白質(zhì)的形態(tài)、大小和電荷的不同而設(shè)計的物理分離方法。共同特點(diǎn):一個固定相和流動相，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)混合溶液(流動相)通過裝有珠狀或基質(zhì)材料的管或柱(固定相)時，由于混合物中各組份在物理化學(xué)性質(zhì)(如吸引力、溶解度、分子的形狀與大小、分子的電荷性與親和力)等方面的差異使各組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配而得以分開。流動相的流動取決于引力和壓力，不需要電流。用層析法可以純化得到非變性的、天然狀態(tài)的蛋白質(zhì)。層析方法中凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析等是目前最常用的層析方法。層析原理分配定律:Kd=cA/cB有效分配系數(shù)：Keff=某物質(zhì)在A相中的總量/某物質(zhì)在B相中的總量Keff=Kd*Rv,Rv=VA/VB逆流分配（反流分布法）是連續(xù)操作的多次液一液提取的分離方法。被分離的各個組分在兩種不相混溶的溶劑中有不同的分配系數(shù)，以不同程度分配在兩相中，其中一個相不斷地向前移動，同時不斷添加新鮮溶劑進(jìn)行提取，經(jīng)過多次操作后即可將復(fù)雜混合物分離。此法需要經(jīng)過多次振搖提取，因而逆流分配代謝是由大量容器管連接組成，采用自動操作、自動提取分離。逆流分配儀體積較大，比較復(fù)雜，在使用上受到一定限制64溶劑A溶劑

B總量6432321616161688161644881212121244228812128822平衡后總量3232總量64轉(zhuǎn)移1轉(zhuǎn)移3轉(zhuǎn)移2轉(zhuǎn)移4總量163216總量824248總量41624164分管號碼12345物質(zhì)Y(Kd=1)的分配情況理論塔板數(shù)與粒子半徑成反比理論塔板決定層析效果

因此層析載體的粒徑越小，分離效果越好。這就是為什么要發(fā)展高效液相色譜（HPLC）理論塔板數(shù)將色譜柱比作蒸餾塔，把一根連續(xù)的色譜柱設(shè)想成由許多小段組成。在每一小段內(nèi)，一部分空間為固定相占據(jù)，另一部分空間充滿流動相。組分隨流動相進(jìn)入色譜柱后，就在兩相間進(jìn)行分配。并假定在每一小段內(nèi)組分可以很快地在兩相中達(dá)到分配平衡，這樣一個小段稱作一個理論塔板（theoreticalplate），一個理論塔板的長度稱為理論塔板高度（theoreticalplateheight）H。由于色譜柱內(nèi)的塔板