氨基酸

——蛋白质的构件分子ProteinArchitecture一、氨基酸（一）蛋白质水解蛋白质和多肽的肽键可被催化水解酸/碱能将蛋白完全水解酶水解一般是部分水解得到各种AA的混合物得到多肽片段和AA的混合物氨基酸是蛋白质的基本结构单元（二）氨基酸的结构地球上天然形成的AA300种以上。各种生物体中发现的AA有180多种。构成蛋白质的AA只有20余种，且都是α-氨基酸。什么是氨基酸？•----C-C-C-C-COOHγβα•----C-C-C-C(NH2)-COOHα-氨基酸•----C-C-C(NH2)-C-COOHβ-氨基酸•----C-C(NH2)-C-C-COOHγ-氨基酸什么是α-氨基酸？•大多数AA在中性pH时呈兼性离子状态:•除甘氨酸外，19种AA都具有旋光性。•除胱氨酸和酪氨酸外，其余AA都能溶于水。COO-NH3+共价酰胺键肽键二、氨基酸的分类（一）常见的蛋白质氨基酸氨基酸的简写符号(p124)按Ｒ基的化学结构分类：１、脂肪族aa（１）中性aa丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸（2）含羟基或硫aa蛋氨酸（３）酸性aa及其酰胺天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺铵（４）碱性aaβγδεααβγδ咪唑基赖氨酸精氨酸组氨酸２、芳香族aa苯丙氨酸酪氨酸色氨酸３、杂环aa脯氨酸组氨酸按Ｒ基的极性性质分类：１、非极性Ｒ基aa２、不带电荷的极性Ｒ基aa3、带正电荷的Ｒ基aa4、带负电荷的Ｒ基aa（二）不常见的蛋白质氨基酸由常见aa经修饰而来。234112341αβγ（三）非蛋白质氨基酸•150多种•多是蛋白质中L型α-AA衍生物•有一些是β-，γ-，δ-AA•有些是D-型AA鸟氨酸瓜氨酸三、氨基酸的酸碱化学（一）兼性离子H3N—CH—COOHR+（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+（pH=pI）H2N—CH—COO-R（pH＞pI）（二）氨基酸的解离（三）氨基酸的等电点•当溶液为某一pH值时，AA主要以兼性离子的形式存在，分子中所含的正负电荷数目相等，净电荷为0。这一pH值即为AA的等电点（pI）。•在pI时，AA在电场中既不向正极也不向负极移动，即处于两性离子状态。Ka1*Ka2=侧链不含离解基团的中性AApI=(pK’1+pK’2)/2[H+]2[A-][A+]甘氨酸滴定曲线给出H质子的先后顺序•对于侧链含有可解离基团的AA•pI取决于两性离子两边pK’值的算术平均值•酸性AA：pI=(pK’1+pK’R-COO-)/2•碱性AA：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2酸性AA：pI=(pK1+pKR-COO-)/2•碱性AA：pI=(pK2+pKR-NH2)/2四、氨基酸的化学反应（一）α-氨基参加的反应1.与亚硝酸反应2.与酰化试剂反应3.烃基化反应4.形成Schiff’s碱反应5.脱氨基反应NH2OHRCHCOOH+HNO2RCHCOOH+H2O+N2VanSlyke法测氨基氮（体积）的基础。N2中的1/2为氨基氮。氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。1.与亚硝酸反应（伯氨）2.与酰化试剂反应氨基酸的氨基与酰氯或酸酐在弱碱溶液中反应,氨基被酰基化。丹磺酰氯，被用做多肽链N末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。NO2FO2N+H2N—CH—COOHRNO2O2NHN—CH—COOHR+HF弱碱性DNP-氨基酸（黄色）DNFBSanger法测定N末端氨基酸基础3.烃基化反应—N=C=S+N—CH—COOHHHRPITC—N—C—N—CH—COOHHHRSPTC-氨基酸—N—CHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3无水HF苯异硫氰酸酯PITC苯氨基硫甲酰衍生物苯乙内硫脲衍生物Edman降解法基础R’COOHR’COOC=O+H2NCHC=NCHHRHR醛氨基酸Schiff’s碱-H20+H204.形成Schiff’s碱反应是以氨基酸为底物的某些酶促反应的中间产物在生物体内经AA氧化酶催化即脱去α-氨基而转变为酮酸。5.脱氨基反应（二）α-羧基参加的反应1.成盐或成酯反应2.成酰氯反应3.脱羧基反应4.叠氮反应（2）成酯NH2干燥，HClRCHCOOH+C2H5OH回流RCHCOOC2H5+H2ONH3·Cl保护羧基（1）与NaOH等形成盐1.成盐或成酯反应HN-保护基R—CH-COOH+PCl5HN-保护基R—CH-COOCl+POCl3+HCl保护氨基活化羧基2.成酰氯反应NH2脱羧酶R—CH-COOHR-CH2-NH2+CO23.脱羧基反应YNHONH2NH2R—CH—C—OCH3YNHOHNO2R—CH—C—NHNH2YNHOR—CH—C—N-—N+N+2H2O酰化氨基酸甲酯肼酰化氨基酰肼酰化氨基酰叠氮肽的人工合成4.叠氮反应（三）α-羧基和α-氨基都参加的反应1、与茚三酮反应2、成肽反应弱酸加热碱性aaβγδεααβγδ赖氨酸精氨酸组氨酸酸性aa天冬氨酸谷氨酸不带电荷的极性Ｒ基aa（四）侧链R基参加的反应1、Tyr（酪氨酸）2、碱性AA2、碱性AA3、带硫AAONH2OHOHIIONH2OHOHIONH2OHOHO2NNO2ONH2OHOHNO2Tyr酚基在3和5位上易发生亲电取代反应，如碘化和硝化NNNNONH2OHOHHO3SHO3SPauly反应产物橘黄色，可用于检测酪氨酸重氮苯磺酸NNNHNNNCH2CHCOOHNH2HO3SHO3SHis侧链咪唑基与重氮苯磺酸生成棕红色化合物Pauly反应Arg侧链胍基与环己二酮生成缩合物Trp侧链吲哚基能被N-溴代琥珀酰亚胺氧化Met侧链上甲硫基：强亲核基团与烃化试剂成锍盐保护巯基与二硫硝基苯甲酸发生硫醇-二硫化物交换pH8.0时412nm最大光吸收—分光光度法测定-SH2R-SH+1/2O2R-S-S-R+H2OCys的巯基不稳定，易被氧化成二硫键巯基在有痕量的金属离子如：Cu2+，Fe2+，Co2+或Mn2+时，易被氧化Cys中的二硫键可被氧化剂（过甲酸）以及还原剂（巯基化合物）打开。H2N-CH-COOHCH2SSCH2H2N-CH-COOH6HCOOOHH2N-CH-COOHCH2SO3HH2N-CH-COOHCH2SH2R-SH++6HCOOHR-S-S-R磺基丙氨酸CH2SHHOCHHCOHCH2SH+R-S-S-ROHOHSS+2R-SH五、AA的光学活性和光谱性质（一）AA的光学活性和立体化学旋光异构体是一组至少存在一对不可叠合的镜像体的立体异构体。外消旋体内消旋体Thehumantastereceptorsdistinguishthesetwostereoisomersassweetandbitter!Biochemistryisprecise!（二）氨基酸的光谱性质可见光区(λ400nm)：无吸收远紫外和红外区(λ200nm)：都吸收近紫外区（200—400nm）：Tyr/Trp/Phe原因：-C=C-C=C-C=C-C=C-1、紫外吸收光谱Trp280nmTyr275nmPhe257nm蛋白质含量测定280nmA=２、核磁共振波谱NMR小分子化合物的结构解析蛋白质中氨基酸残基的电离行为高磁场的NMR也用于肽和小蛋白质的三维结构测定六、氨基酸混合物的分析分离——利用AA成分分配系数的差异（一）分配层析法的一般原理逆流分配:根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离。多次连续液-液萃取分离过程。分离因子β，分配系数Kβ=KA/KBKAKB,K=CU/CL（CU,CL被分离物质在上相和下相中浓度）根据β值的大小可决定分离采用的方法:β≥100，简单的一次萃取，可基本分离.100β≥10，10-12次萃取。β≤2，100次以上萃取。发明人：LymanCreightonCraig(1906-1974)，20世纪40年代－Craig逆流分溶仪。逆流分溶仪萃取单元的工作过程abcd{层析系统固定相{流动相附着在固相上的液体固体按两相所处状态分：流动相液体气体固定相液体液液层析气液层析固体液固层析气固层析柱固定相装于柱内纸固定相是液体，吸附在滤纸上，将样品点在纸上，用流动相展开薄层将有适当粘度的固定相涂在薄板上薄膜与纸层析相似，纸用其它高分子有机吸附剂代替按操作形式分：吸附固体吸附能力不同分配液体分配系数不同离子交换离子交换剂亲和性不同凝胶多孔凝胶通过速度不同亲和固定相只能与一种组分结合，——分开其它无亲和力的组分按层析原理分：固定相各组分对固定相层析柱中的填充物都是一些具有亲水性的不溶物质，如纤维素、淀粉、硅胶等。收集的组分分别用茚三酮显色定量。氨基酸样品氨基酸（二）分配柱层析（三）纸层析（四）薄层层析（五）离子交换层析（六）气液层析固定相支持剂颗粒细，表面积大；采取高压，洗脱速度快。（七）高效液相层析