第3章 氨基酸 生物化学

第1章氨基酸(AminoAcid)第1章氨基酸氨基酸----蛋白质的构件分子氨基酸的分类氨基酸的酸碱化学氨基酸的化学反应氨基酸的光学活性和光谱性质氨基酸混合物的分析分离Hydrolysisofproteins：HydrolysisbyacidHydrolysisbybaseHydrolysisbyenzymeNHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1FullhydrolysisPartialhydrolysisAminoAcids1.1氨基酸----蛋白质的构件分子1.1.1蛋白质的水解可以被酸、碱或蛋白催化水解完全水解部分水解NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR11.1.1.1酸水解Hydrolysisbyacid6mol/LHCl或4mol/LH2SO4回流20hr左右，蛋白质完全水解，不引起消旋，得到的是L-型氨基酸但色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸部分被分解，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来1.1.1.2碱水解Hydrolysisbybase与5mol/LNaOH共煮10-20hr,完全水解多数氨基酸不同程度的被破坏，得到的是L型和D型的混合物；精氨酸脱氨色氨酸稳定1.1.1.3酶水解Hydrolysisbyenzyme不产生消旋，不破坏氨基酸部分水解胰蛋白酶（trypsin）胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin,糜蛋白酶)胃蛋白酶(pepsin)StructureofaminoacidsH+Whyaretheycalled-aminoacids？RH2N—C—HCOOHRcarboxylgroup羧基aminogroup氨基AminoacidssharecommonstructuralfeaturesAminoAcidsRH2N—C—HCOOHRThea-carbonsfor19aminoacidsareasymmetric（不对称的）(orchiral手征性的),thusbeingabletohavetwoenantiomers（对映体）.Glycinehasnochirality.AminoAcids甘氨酸（R基为氢）无手性碳其余氨基酸，α-碳原子是一个手性碳原子，因此都具有旋光性AminoAcidsHOnlytheL-aminoacidshavebeenfoundinproteins(D-isomershavebeenfoundonlyinsmallpeptidesofbacteriacellwallsandinsomepeptideantibiotics).AminoAcidsAminoAcidsAminoAcidsAminoacidscanbeclassifiedbyRgroupAminoAcidsRH2N—C—HCOOHR1.2氨基酸的分类Classificationofaminoacids1.2.1常见的蛋白质氨基酸AminoacidscanbeclassifiedbyRgroup1.脂肪族氨基酸2.芳香族氨基酸3.杂环族氨基酸RH2N—C—HCOOHRClassificationofaminoacidsBasicaminoacid：201.脂肪族氨基酸a中性氨基酸b含羟基或硫氨基酸c酸性氨基酸及其酰胺d碱性氨基酸ClassificationofaminoacidsH2NCHCHOHOH2NCHCH3COHOH2NCHCCHOHOCH3CH3H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3H2NCHCCHOHOCH3CH2CH3甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸a中性氨基酸Rgroup:hydrocarbonb含羟基或硫氨基酸H2NCHCCH2OHOOHH2NCHCCHOHOOHCH3H2NCHCCH2OHOSHH2NCHCCH2OHOCH2SCH3丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸c酸性氨基酸及其酰胺H2NCHCCH2OHOCOHOH2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCH2CNH2OH2NCHCCH2OHOCNH2O天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺d碱性氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH赖氨酸精氨酸2芳香族氨基酸H2NCHCCH2OHOH2NCHCCH2OHOOHH2NCHCCH2OHOHN苯丙氨酸酪氨酸色氨酸RgrouphasbenzeneringRgrouphasindoleringH2NCHCCH2OHONNHHNCOHO组氨酸脯氨酸3杂环族氨基酸按R基的极性性质可分为以下4组：①非极性R基氨基酸NonpolarRgroups丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸苯丙氨酸、色氨酸甲硫氨酸脯氨酸H2N—Cα—HCOOHR②不带电荷的极性R基氨基酸Polar,unchargedRgroups丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸天冬酰胺、谷氨酰胺半胱氨酸甘氨酸③带正电荷的R基氨基酸PositivelychargedRgroups赖氨酸、精氨酸组氨酸（唯一一个R基的pKa值在7附近的氨基酸）④带负电荷的R基氨基酸NegativelychargedRgroups天冬氨酸、谷氨酸氨基酸的简写符号(一)名称三字母符号单字母符号丙氨酸（alanine）AlaA精氨酸（arginine）ArgR天冬酰胺（asparagine）AsnN天冬氨酸（asparticacid）AspDAsn和/或AspAsxB半胱氨酸（cysteine）CysC谷氨酰胺（glutamine）GlnQ谷氨酸（glutamicacid）GluEGln和/或GluGlxZ甘氨酸（glycine）GlyG组氨酸（histidine）HisH异亮氨酸（isoleucine）IleI氨基酸的简写符号（二）名称三字母符号单字母符号亮氨酸（leucine）LeuL赖氨酸（lysine）LysK甲硫氨酸(蛋氨酸methionine）MetM苯丙氨酸（phenylalanine）PheF脯氨酸（proline）ProP丝氨酸（serine）SerS苏氨酸（threonine）ThrT色氨酸（tryptophan）TrpW酪氨酸（tyrosine）TyrY缬氨酸（valine）ValVSummary（1）Nonpolar,aliphaticRgroups：GlyAla、Val、Leu、IlePhe、MetPro、TrpHC-C-C……-S-CH3Classificationofaminoacids（2）Polar：1）unchargedRgroups：Ser、Thr、TyrAsn、GlnCys；2）PositivelychargedRgroups：His、Lys、Arg3）NegativelychargedRgroups：Asp、GluOHSH+-ClassificationofaminoacidsThe21staminoacid（EMBOJ.,1986,5:1221-1227;Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,1986,83:4650-4654）硒半胱氨酸(Sec)ClassificationofaminoacidsThe22ndaminoacid（Science,2002,296:1459-1462;Science,2002,296:1462-1466.）吡咯赖氨酸（Pyl）HNCOHOH2NCHCCH2OHOCH2CHOHCH2NH2OH羟赖氨酸羟脯氨酸1.2.2不常见的蛋白质氨基酸Uncommonaminoacids1.2.3非蛋白质氨基酸Non-proteinaminoacids除了参与蛋白质组成的20-30种氨基酸外，还有150多种其他氨基酸:L型α-氨基酸的衍生物β-、γ-或δ-氨基酸D型氨基酸氨基酸晶体、水溶液中性分子形式：H2NCRCOOHHuncharged(nonionic)1.3氨基酸的酸碱化学Aminoacidionization1.3.1氨基酸的兼性离子形式+H3NCRCOO--H晶体熔点很高，200℃以上；使水的介电常数升高。AminoacidionizationZwitterions两性离子，兼性离子HH21.3.2氨基酸的解离+H3NCRCOO-HH++H2NCRCOO-HAminoacidionizationAcidH+++H3NCRCOO-H+H3NCRCOOHHAminoacidionizationBaseH2NCRCOO-H+H3NCRCOO-H+H3NCRCOOHHKa1Ka2+H++H+兼性离子（Ao）阳离子（A+）阴离子（A-）+OH-+OH-AminoacidionizationCationZwitterionAnionKa1=[A0][H+][A+]A+A0+H+Ka1First,AminoAcidsKa2=[A-][H+][A0]Second,A0A-+H+Ka2AminoAcidsA0H+〓A+Ka1A0A-Ka2〓H+Aminoacidionization●●●[A+]=[A0]pKa1=2.34[A0]=[A-]pKa2=9.60pI=5.970OH-mol数H+mol数pH02468101214甘氨酸的滴定曲线（解离曲线）AminoacidionizationCOOHCHH3N+RCOO-CHH3N+RCOO-CHH2NR-+H+H+H+H++-Aminoacidscanbediproticandtriproticacids.(Theaminoacidsofneutralsidechainsarediproticacidswhenfullyprotonated.)Aminoacidionization1.3.2氨基酸的解离AminoAcidDissociation20种基本氨基酸，除组氨酸外，在生理pH下都没有明显的缓冲作用，其pKa都不在pH7附近。组氨酸咪唑基的pKa值为6.0，在pH7附近，有明显的缓冲作用。AminoAcidDissociationHis57Generalacidform:Generalbaseform:利用Handerson-Hasselalch公式，可算出在任一pH条件下一种氨基酸的各种离子的比例：[质子受体]pH=pKa+log-----------------[质子供体]AminoAcidDissociationSummary:AminoAcidDissociation几种氨基酸的解离常数和等电点氨基酸-COOHpKa-N+H3pKaR基pKapI甘氨酸2.349.605.97丙氨酸2.349.696.02天冬氨酸2.099.823.86(βCOOH)2.97天冬酰胺2.028.85.41精氨酸2.179.0412.48(胍基)10.76组氨酸1.829.16.00（咪唑基7.59ThereisaspecificpHatwhichanaminoacidhasequalpositiveandnegativecharge.ThecharacteristicpHatwhichthenetelectricchargeiszeroiscalledtheisoelectricpointorisoelectricpH,designated(指定为，称为)pI.Anaminoaciddoesnotmoveinanelectricfield（电场）atitspI.AminoAcidDissociationIsoelectricpointofaminoacids氨基酸的等电点（IsoelectricPoint,pI）对R侧链基不解离的氨基酸：pI=½(pKa1+pKa2)AminoAcidDissociationThedissociationofRgroupAminoAcidDissociation计算：1.酸性氨基酸天门冬氨酸的等电点2.碱性氨基酸如精氨酸的等电点Amin