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第3章 蛋白质的基本结构单位 — 氨基酸 （ amino acid）

第3章 蛋白质的基本结构单位 — 氨基酸 （ amino acid）. 一、蛋白质的水解 二、氨基酸的分类 三、氨基酸的理化性质 四、氨基酸的分析分离（后讲）. 一、蛋白质的水解. 蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水解. 完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种氨基酸的混合物。 所以，氨基酸是蛋白质的基本结构单元 。 大多数的蛋白质都是由 20 种氨基酸组成。这20种氨基酸被称为 基本氨基酸 。. 1、酸水解.

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第3章 蛋白质的基本结构单位 — 氨基酸 （ amino acid）

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  1. 第3章蛋白质的基本结构单位—氨基酸 （amino acid） 一、蛋白质的水解 二、氨基酸的分类 三、氨基酸的理化性质 四、氨基酸的分析分离（后讲）

  2. 一、蛋白质的水解 • 蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水解.

  3. 完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种氨基酸的混合物。完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种氨基酸的混合物。 • 所以，氨基酸是蛋白质的基本结构单元。 • 大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成。这20种氨基酸被称为基本氨基酸。

  4. 1、酸水解 • 常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105-110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。 • 此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化，得到的是L-氨基酸。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏； • 含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。

  5. 2、碱水解 • 一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。 • 由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。 • 部分的水解产物发生消旋化，其产物是D-型和L-型氨基酸的混合物。 • 该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。

  6. 3、酶水解 • 目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase）已有十多种。 • 应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。 • 最常见的蛋白水解酶有以下几种：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜热菌蛋白酶。

  7. 二、 α 一氨基酸的一般结构 • α 一氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是羧酸分子中α－碳原子上的一个氢原子被氨基取代而成的化合物，故称 α 一氨基酸。例如丙酸的α－碳原子上的一个H被氨基取代即得丙氨酸。

  8. 氨基酸有D-型及L-型 • 氨基酸的D一型或L一型是以L一甘油醛或L一乳酸为参考的。

  9. 三、氨基酸的分类 （一）根据来源分：内源氨基酸和外源氨基酸 （二）从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸 Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys 一 家 写 两 三 本 书 来 （三）根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸

  10. 1、蛋白质中常见氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸 氨基乙酸

  11. 氨基酸的结构 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine -氨基丙酸

  12. 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 脂肪族氨基酸 -氨基异戊酸

  13. 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 脂肪族氨基酸 -氨基异己酸

  14. 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 异亮氨酸Ileucine 脂肪族氨基酸 -氨基--甲基戊酸

  15. 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 异亮氨酸Ileucine 脯氨酸Proline 亚氨基酸 -吡咯烷基--羧酸

  16. 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 异亮氨酸Ileucine 脯氨酸Proline 甲硫氨酸Methionine 含硫氨基酸  -氨基--甲硫基丁酸

  17.  -氨基--巯基丙酸 氨基酸的结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸Alanine 缬氨酸Valine 亮氨酸Leucine 异亮氨酸Ileucine 脯氨酸Proline 甲硫氨酸Methionine 半胱氨酸Cysteine 含硫氨基酸

  18. 氨基酸的结构 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine  -氨基--苯基丙酸

  19. 氨基酸的结构 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine  -氨基--对羟苯基丙酸

  20. 氨基酸的结构 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine 色氨酸 Tryptophan Trp  -氨基--吲哚基丙酸

  21. 氨基酸的结构 精氨酸Arginine 碱性氨基酸  -氨基--胍基戊酸

  22. 氨基酸的结构 精氨酸 Arginine 赖氨酸Lysine 碱性氨基酸 ，-二氨基己酸

  23. 氨基酸的结构 精氨酸 Arginine 赖氨酸Lysine 组氨酸Histidine 碱性氨基酸  -氨基--咪唑基丙酸

  24. 氨基酸的结构 天冬氨酸Aspartate 酸性氨基酸  -氨基丁二酸

  25. 氨基酸的结构 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸Glutamate 酸性氨基酸  -氨基戊二酸

  26. 氨基酸的结构 丝氨酸Serine 含羟基氨基酸  -氨基--羟基丙酸

  27. 氨基酸的结构 丝氨酸Serine 苏氨酸Threonine 含羟基氨基酸  -氨基--羟基丁酸

  28. 氨基酸的结构 天冬酰胺Asparagine 含酰胺氨基酸

  29. 氨基酸的结构 天冬酰胺 Asparagine 谷酰胺Glutamine 含酰胺氨基酸

  30. 按R基极性分类20种常见氨基酸 (1)非极性R基团氨基酸：8种—Ala Val Leu Ile Phe Pro Met Trp(表1-2) (2)极性不带电荷R基团氨基酸：7种—Ser Thr Asn Gln TryCys Gly（表1-3） (3)带负电荷R基团氨基酸：2种—Asp Glu (4)带正电荷R基团氨基酸：3种—Lys Arg His 硒代半胱氨酸：HSe-CH2-CH-COOH NH2

  31. 2.蛋白质中几种重要的稀有氨基酸 • 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。 • 这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。 • 其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。

  32. 3.非蛋白氨基酸 广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。 H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-CH2-COOH -丙氨酸 -氨基丁酸

  33. 非蛋白氨基酸存在的意义： 1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala 2.作为一些重要代谢物的前体或中间体:-丙氨酸（VB3）、鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素) 3.作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸 4.有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体 （刀豆氨酸） 5.调节生长作用 6.杀虫防御作用 绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。

  34. 三、 氨基酸的理化性质 （一）氨基酸的一般物理性质 1.氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度(表1-7)是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。

  35. 2.氨基酸的光吸收 • 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。 • 在近紫外区(200-400nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。 • 酪氨酸的max＝275nm，苯丙氨酸的max＝257nm， 色氨酸的max＝280nm，

  36. 3.高熔点 4.一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于乙醚。 5.氨基酸一般有味

  37. （二）氨基酸的两性性质和等电点 1.氨基酸的兼性离子形式 氨基酸的两个重要性质：氨基酸晶体的熔点高（200C）；氨基酸使水的介电常数增高。 H H3N-C-COO- R

  38. 2.氨基酸的两性解离 • 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。 PH 1 7 10 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI

  39. 氨基酸的等电点（isoeletric point）及其计算 氨基酸的等电点：当外液pH为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。 氨基酸等电点的计算：侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：pI = (pK’1 + pK’2)/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK’值的算术平均值。 酸性氨基酸： pI = (pK’1 + pK’R-COO-)/2 硷性氨基酸： pI= (pK’2 + pK’R-NH2 )/2

  40. K´1、K´2分别代表α-COOH和α-NH3+的表观解离常数，若侧链R基有可解离的基团，其表观解离常数用K´R表示。K´1、K´2分别代表α-COOH和α-NH3+的表观解离常数，若侧链R基有可解离的基团，其表观解离常数用K´R表示。 • 丙氨酸的解离： • N+H3 N+H3 • OH-[ Ala ] [H+] • H3C C COOH H3C C COO-+ H+K’1= • [Ala+] • H H • Ala+ Ala • N+H3 NH2 • OH-[Ala-] [H+] • H3C C COO- H3C C COO- + H+K’2= • [Ala ] • H H • AlaAla- 酸性溶液中 两性离子状态

  41. 物质的表观解离常数可以用测定滴定曲线的实验方法求得。物质的表观解离常数可以用测定滴定曲线的实验方法求得。 • 当1mol/L的丙氨酸溶于水时，溶液的pH约为6，此时丙氨酸为两性离子状态Ala 丙氨酸的滴定曲线： Ala- 13 B pK´2=9.69 Ala Ala- 7 pH pI=6.02 Ala A pK´1=2.34 Ala+ Ala Ala+ 0 1.0 0.5 0 0.5 1.0 HCl NaOH 丙氨酸的滴定曲线

  42. 赖氨酸的解离及等电点计算

  43. 赖氨酸的解离及等电点计算 H

  44. 3.氨基酸的甲醛滴定 ． 羟甲基衍生物 N=CH2 用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。

  45. 小 结 1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离子两边的pK值和的一半。 2.在氨基酸等电点以上任何pH，AA带净的负电荷，在电场中向阳极移动；在氨基酸等电点以下任何pH，AA带净的正电荷，在电场中向阴极移动。 3.在一定pH范围中，溶液的pH离AA等电点愈远，AA带净电荷愈多。

  46. （三）氨基酸的化学反应 成盐成酯反应 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应 亚硝酸盐反应 烃基化反应 酰化反应 脱氨基反应 西佛碱反应 侧链反应

  47. 茚三酮 水合茚三酮 1 α-氨基与α-羧基共同参加的反应 （三）氨基酸的化学反应 与茚三酮反应 （1） 弱酸 +NH3 紫色化合物（570nm） 用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。

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