第三章氨基酸
第3章-氨基酸
三字符
Gly A1a Val Leu 11e
单字符
G A V L I
中文名称
甘氨酸 L-丙氨酸 L-缬氨酸 L-亮氨酸 L-异亮氨酸
第3章 氨基酸
英文名称
L-phenylalanine L-tyrosine L-tryptophan L-serine L-theonine L-cysteine L-methionine L-asparagines L-glutamine L-aspartic acid L-Glutamic acid L-1ysine L-arginine L-histidine L-proline
第3章 氨基酸
（二）氨基酸的解离
HA
酸
A- +
碱
H+
质子
Ｂronsted-Lowry的酸碱质子理论： 酸是质子(H+)的供体(donor)； 碱是质子的受体或接纳体(acceptor)； 原始的酸(HA)和生成的碱(Ａ-)被称为共轭酸-碱对。
第3章 氨基酸
二元酸
Ka1
Ka2
阳离子 A+
兼性离子 A0
第3章 氨基酸
鸟氨酸
瓜氨酸
第3章 氨基酸
扩展内容
UGA
UAG: 吡咯赖氨酸
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第3章 氨基酸
三、氨基酸的酸碱化学
（一）氨基酸的兼性离子（zwitterrion）形式
氨基酸分子是一种两性电解质。 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的 羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两 性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基 是以离解状态(-COO-)存在。 在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变 化。
生物化学第3章 氨基酸
一、氨基酸——蛋白质的构件分子
氨基酸(amino acid) ：α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是与羧酸 相邻α-碳原子上连有一个氨基，故称α-氨基酸。 利用酸水解、碱水解、酶解可把蛋白质分子水解释放氨基酸。
不变部分（除脯氨酸） 可变部分 L型 α -氨基酸
氨基酸
芳香族氨基酸 Phe、Tyr、Trp 杂环氨基酸 His、Pro
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）
甘氨酸
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有羟基
丝氨酸Ser的-OH在生理条件下不解离，但是个极性基团，能与其 他基团形成氢键，常出现在酶的活性中心； 苏氨酸Thr的-OH是仲醇，具有亲水性；
水中心）
极性氨基酸侧链能与水形成氢键，易溶于水 带电荷和极性氨基酸一般位于蛋白表面 蛋白的活性中心：His，Ser，Cys
2.3氨基酸的分类——不常见蛋白质氨基酸
2.4氨基酸的分类——非蛋白质氨基酸
150 多种，不是蛋白质组成，但是有特定生理功能
（1）大多是L型α氨基酸衍生物
（2）有D型氨基酸 （3）还有β-、γ-、δ-氨基酸
/view/e845c4c8a1c7aa00b52acb47.html
用强酸型阳离子交换树脂分离氨基酸
氨基酸与树脂的亲和力取决于：
气液层析
高效液相层析
蛋白质的水解条件及优缺点
第一章糖课后题 第6题
高碘酸及其盐可以定量的氧 化断裂邻二羟基、α-羟基醛等 的碳碳键，产生相应的羰基 化合物。该反应可以用来区 分糖苷是呋喃还是吡喃型的。 侧翼测定直连多糖的相对分 子量和支链淀粉的非还原末 端残基数，即分支数目。
生物化学第3章 氨基酸分析
180多种天然氨基酸； 20种蛋白质氨基酸
二、氨基酸的分类、性质
各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同 20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、不带电荷极性氨基酸、 带正电R基氨基酸和带负电R基氨基酸
按R基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸3大类
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有硫
Cysteine Methionine (Cys，C) (Met，M)
(1) 两个半胱氨酸的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸，Cys-S-SCys
(2) 蛋氨酸的甲硫基的硫原子有亲核性，容易发生极化，在生物合成
中是重要的甲基供体
脂肪族氨基酸：一氨基二羧基（酸性氨基酸）
水中心）
极性氨基酸侧链能与水形成氢键，易溶于水 带电荷和极性氨基酸一般位于蛋白表面 蛋白的活性中心：His，Ser，Cys
2.3氨基酸的分类——不常见蛋白质氨基酸
2.4氨基酸的分类——非蛋白质氨基酸
150 多种，不是蛋白质组成，但是有特定生理功能
（1）大多是L型α氨基酸衍生物
（2）有D型氨基酸 （3）还有β-、γ-、δ-氨基酸
四、氨基酸的化学反应
ɑ-氨基参与的反应: 亚硝酸、酰化试剂、烃基、 醛基氧化酶 氨基酸的 化学反应
茚三酮、肽键形成!
ɑ-羧基参与的反应： 成盐、成酯、成酰氯、脱 羧、叠氮
侧链R基参与的反应： 取决于R侧链的官能团
ɑ-氨基参与的反应:
与亚硝酸反应：
通过测定N2的量而计算氨基酸的量，可衡量蛋白质的水解程度 与酰化试剂反应： X=Cl, OH, -OCOR; 可多肽合成中保护氨基；丹磺酰氯可以与肽的N-端氨基 酸反应，生成丹磺酰-肽，水解得到有强烈荧光的丹磺酰-氨基酸，用电泳法 或层析法分析即可得知N-端是何种氨基酸，被广泛用于蛋白质N端测定。 烃基化反应：
第三章 氨基酸
有如下结构通式。
-氨基酸的通式
COOH H 2N C R H
不变部分
可变部分
-氨基酸的分子构型
1、氨基酸的分类
各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。 20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、 极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸；按R基的结 构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸3 大类。
（ 3 ） 酰 化 反 应
五、氨基酸的化学性质
1．-氨基参与的反应
O R1 C X + H 2N R2 CH COO
-
X = -C l, O H ,-O C O R
OH
-
O R1 C HN
R2 CH COO
-
用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。
（ 4 ） 烃 基 化 反 应
五、氨基酸的化学性质
含羟基氨基酸有 含硫氨基酸有
Ser
Cys
Thr
Met
Tyr
一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨 基二羧基氨基酸又称酸性氨基酸(Glu、Asp)，二 氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸(Arg、Lys、 His) 。脯氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于 天然蛋白，习惯上也列入氨基酸。 蛋白质中存在的氨基酸皆为L-型，但在微生 物体内及抗菌素中亦有D-型氨基酸存在(自由或 肽结合形式)。
1．-氨基参与的反应
Cl
C H2 C H2 C l S: R1
R2
C H2 C H2 S
+
H 2N
CH
COO
-
R1
-
R 1 S C H 2 N H C H (R 2 )C O O
用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。
第三章 氨基酸
1889
1895
1896 1899
1901
1901 1901
1904
1922 1935
Drechsel
Hedin
Kossel Morner
Fischer
Fischer Hopkins
Erhlich
Mueller McCoy et al
珊瑚
牛角
奶酪
牛角 奶酪
奶酪
奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
20种基本氨基酸的名称与符号
-
COO
H2N C H
+
H3N C H
R
R
熔点： 高
溶液介电常数： 增加
2、等电点
Br?nsted -Lowry 的酸碱理论，即广义酸碱
理论。
HA
A- + H +
酸
碱 质子
氨基酸在水中的两性离子形式既能像酸一 样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨 基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。
+
H 3N
-
R
正离子
+
H 3N
-
COO
CH
R
两性离子
+ OH + H+
-
COO
H2N C H R
负离子
在某一 pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子
和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离
子，呈电中性。此时溶液的 pH值称为该氨
基酸的等电点 （isoelectric point ），以
pI表示。
在等电点时，氨基酸主要以两性离子形式存
半胱胺酸 Cysteine (Cys,C)
甲硫胺酸（蛋胺酸）
Methionine (Met,M)
第三章氨基酸 1.氨基酸的侧链对多肽或蛋白质的结构和生物学功能
第三章氨基酸1．氨基酸的侧链对多肽或蛋白质的结构和生物学功能非常重要。
用三字母和单字母缩写形式列出其侧链为如下要求的氨基酸：(a)含有一个羟基；(b)含有一个氨基；(c)含有一个具有芳香族性质的基团；，(d)含有分支的脂肪族烃链；(e)含有硫；(f)含有一个在pH 7～10范围内可作为亲核体的基团或原子，指出该亲核基团或原子。
2．就异亮氨酸的结构式回答下列问题：(a)它有多少个手性中心?(b)它有多少个光学异构体?(c)绘出异亮氨酸所有光学异构体。
’3．根据各个氨基酸相应的pKα值(见书)画出以下各氨基酸在pH 3.0，pH 7.0，pH 13.0时的主要离子结构：(a)Gly；(b)Glu；(c)Asp；(d)Arg；(e)His；(f)Pro。
4．计算第3题中各氨基酸的等电点(pI)。
5．一种氨基酸的可解离基团可以带电或中性状态存在，这取决于它的pK值和溶液的pH。
(a)组氨酸有3种可解离基团，写出相应于每个pK值的3种解离状态的平衡方程式。
每种解离状态下的组氨酸分子的净电荷是多少?(b)在pH 1，4，8和12时，组氨酸的净电荷分别是多少?将每一pH下的组氨酸置于电场中，它们将向阴极还是阳极迁移?6．某种溶液中含有三种三肽：Tyr-Arg-Ser，Glu-Met-Phe和Asp-Pro-Lys，α-COOH 基团的pKα为3．8；α-NH3基团的pKα为8.5。
在哪种pH(2.0，6.0或13.0)下，通过电泳分离这三种多肽的效果最好?7．利用阳离子交换层析分离下列每一对氨基酸，哪一种氨基酸首先被pH7缓冲液从离子交换柱上洗脱出来。
(a)Asp和Lys；(b)Arg和Met；(c)Glu和Val；(d)Gly和Leu；(e)Ser和Ala。
8．含有685个氨基酸残基的单一一条多肽链的蛋白质的近似相对分子质量是多少?9．氨基酸的定量分析表明牛血清白蛋白含有o.58％的色氨酸(色氨酸的相对分子质量为204)。
第三章氨基酸
第三章氨基酸第3章氨基酸四大类生物分子中蛋白质是生物功能的主要载体，而氨基酸（amino acid）是蛋白质的构件分子。
自然界中存成千上万在的种蛋白质，在结构和功能上的惊人的多样性归根结底是由20种常见氨基酸的内在性质造成的。
这些性质包括①聚合能力，②特有的酸碱性质，③侧链的结构及其化学功能的多样性，④手性。
本章主要讲述这些性质，它们是讨论蛋白质和酶的结构、功能以及许多其他有关问题的基础。
一、氨基酸—蛋白质的构件分子（一）蛋白质的水解一百多年前就开始了关于蛋白质的化学研究。
在早期的研究中，水解作用提供了关于蛋白质组成和结构的极其价值的资料。
蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。
在水解过程中，逐渐降解成相对分子质量越来越小的肽段（peptide fragment），直到最后成为氨基酸的混合物。
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分水解两种情况。
完全水解或称彻底水解，得到的水解产物是各种氨基酸的混合物。
部分水解即不完全水解，得到的产物是各种大小不等的肽段和氨基酸。
下面简略地介绍酸、碱和酶3种水解方法及其优缺点：⑴酸水解常用H2SO4或HCl进行水解。
一般6mol/L HCl，4mol/L H2SO4；回流煮沸20h左右可使蛋白质完全水解。
酸水解的优点是不引起消旋作用（racemization），得到的是L-氨基酸。
缺点是色氨酸完全被沸酸所破坏，羟基氨基酸（丝氨酸及苏氨酸）有一小部分被分解，同时天冬氨酸和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。
⑵碱水解一般与5mol/L NaOH共煮10~20h，即可使蛋白质完全水解。
水解过程中多数氨基酸遭到不同程度的破坏，并且产生消旋现象，所得产物是D-和L-氨基酸的混合物，称消旋物（见本章氨基酸的光学活性部分）。
此外，碱水解所需时间较长。
因此酶法主要用于部分水解。
常用的蛋白酶有胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶或称糜蛋白酶（chymotrypsin）以及胃蛋白酶（pepsin）等，它们主要用于蛋白质一级结构分析以获得蛋白质的部分水解产物。
专业课生物化学第三章 氨基酸
此反应可被巯基试剂逆转
6、半胱氨酸侧链上的巯基：
反应性能很高，在微碱性条件下，巯基发生解离形 成硫醇阴离子(-CH2-S-)，能与卤化烷例如碘乙酸，碘 乙酰胺，甲基碘等迅速反应，生成相应的稳定烷基衍 生物。
半胱氨酸的巯基能打开乙撑亚胺，即氨丙啶的环.
第3章：氨基酸
第一节：氨基酸的结构与分类
第二节：氨基酸的酸碱化学
第三节：氨基酸的化学性质
第四节：氨基酸的光学活性和光谱性质
第一节（一）：氨基酸的结构
一、氨基酸—— 组成蛋白质的基本单位
1、酸水解： 盐酸或硫酸回流煮沸20小时。 不引起消旋作用，得到L-氨基酸。色氨酸完全被破坏；羟基氨 基酸、天冬酰胺、谷胺酰胺部分被破坏。 2、碱水解：氢氧化钠共煮10—20小时。 产物是D型和L型氨基酸的混合物。产生消旋现象。多数氨基酸 遭到破坏。色氨酸稳定。 3、酶水解： 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶水解。 不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。水解不彻底。
反应中1分子的半胱氨酸引起1分子的硫硝基苯甲酸的 释放。它在pH8．0时，在412nm波长处有强烈的光吸收， 因此可利用比色法定量测定-SH基。
二硫键的形成和打开 1、二硫键的形成
在痕量的金属离子如Cu2+，Fe2+，C02+和Mn2+ 存在下，巯基在空气中氧化显著提高。这些离子 可能是反应所需的催化剂。
3. 碱性氨基酸（+）
1、非极性R基(中性-非极性氨基酸)
共8种氨基酸,4种带脂肪烃侧链的氨基酸；2种含芳香环 氨基酸；1种含巯基氨基酸和1种甘氨酸。它们在水中的溶 解度比极性氨基酸小。
2、不带电荷的极性R基(中性-极性氨基酸)
生物化学第3章氨基酸
5.两个巯基氧化成二硫键
（蛋白质形成二、三级结构时）
6.蛋白质中二硫键的氧化和还原
反应一
胱氨酸 Cystine
反应二
（蛋白质结构研究）
7.蛋白质中二硫键的被DTT还原
二硫苏糖醇 DTT
（蛋白质结构研究）
五、氨基酸的光学活性 和光谱性质
氨 基 酸 的 相 对 构 型
苏氨酸的4种光学异构体
部分氨基酸的比旋光度
R基pKa 3.86（βCOOH） 4.25（γCOOH） 12.48（胍基） 10.53（εNH3+） 6.00（咪唑基）
8.33（SH） 10.07（OH）
pI 2.97 3.22 10.76 9.74 7.59 5.02 5.66
反应的结果减弱 了氨基的碱性
甘氨酸的氨基与甲醛的反应
由于加甲 醛与氨基酸的 氨基反应，减 弱了氨基的碱 性，使得滴定 终点向中性pH 偏移，由pH12 左右降低到 pH9 左 右 ， 正 好是酚酞指示 剂的变色区域。
义为：光通过1cm光径时1Mol / L溶质对该波长光的吸 收值。
六、氨基酸混合物的分析分离
蛋白质的水解
（1）酸水解：用6 mol/L HCl或4 mol/L H2SO4回流20h左右可 使蛋白质完全水解。酸水解不引起消旋作用，得到的是L-氨基 酸。但色氨酸被完全破坏，丝氨酸和苏氨酸有一小部分被分解， 同时天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。
不带电荷的极 性R基氨基酸
甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺
带正电荷的R 基氨基酸
赖氨酸 精氨酸 组氨酸
带负电荷的R 基氨基酸
天冬氨酸 谷氨酸
不常见蛋白质氨基酸Ⅰ
不常见蛋白质氨基酸Ⅱ
第3章 氨基酸
γγ-氨基酸
α-氨基酸结构通式
H R C NH2 非解离形式
H N C O OH 羟羟羟Pro
H COOH R C NH3
+
COO
两性离子形式
• 大多数AA在中性pH时呈兼 大多数AA在中性pH时呈兼 AA在中性pH时呈 状态: 性离子状态 性离子状态:
COO-
NH3+
• 除甘氨酸外，19种AA都具有 除甘氨酸外，19种AA都具有 旋光性。 旋光性。 • 除胱氨酸和酪氨酸外，其余 除胱氨酸和酪氨酸外， AA都能溶于水 都能溶于水。 AA都能溶于水。
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 ：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 ：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。 ：可形成二硫键。
CH 2 NH 2 + CH 2 CH 2 CHCOO -
二 硫键
COOH COOH CH CH2 S S CH2 2H NH2 NH2 CH COOH
2 CH CH2 SH
O H 2N CH CH CH 3 T hreonine (T he, T) C OH OH
H 2N CH CH 2 OH Serine (Ser, S)
OH
O H 2N CH CH 2 C OH
O C OH
苏氨酸 丝氨酸 α-氨基 羟基丁酸 α-氨基 氨基-β-羟基丁酸 氨基 氨基-β-羟基丙酸 氨基 羟基丙酸
鸟氨酸
瓜氨酸
五、氨基酸的酸碱性质
（一）氨基酸的两性离子形式
H R C NH2 非解离形式 COOH R H C NH3
+
晶体或水溶液 中的主要存 在形式
COO
两性离子形式
（二）氨基酸的两性解离和等电点
第3章-氨基酸的简介PPT课件
丝氨酸 Serine
O
H 2N CH C OH
CH 2
OH
S
（ α-氨基-β-羟基丙酸 ）
.
17
一、脂肪族氨基酸（含羟基或硫）
丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine
O
H 2N CH C OH CH OH
CH 3
T
（ α-氨基-β-羟基丁酸 ）
.
18
-
COO
-
COO
-
COO
-
COO
H3N+ C H H C NH 3+ H3N+ C H H C NH 3+
.
24
注意：
丝氨酸和苏氨酸侧链含有β-羟基，具有伯醇和 仲醇的离子化特性。
丝氨酸的羟甲基可以参与很多酶的活性部位反 应。
苏氨酸具有两个手性碳原子，通常出现在蛋白 质中的是L-苏氨酸。
半胱氨酸在蛋白质中经常以其氧化型的胱氨酸 存在。胱氨酸是由两个半胱氨酸通过它们侧链 上的-SH氧化成共价的二硫桥连接形成的。
.
14
一、脂肪族氨基酸（中性）
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine 异亮氨酸 Ileucine
O
H 2 N CH C OH
CH CH 3
CH 2
CH 3
I
（α-氨基-β-甲基戊酸 ）
.
15
注意：
甘氨酸是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此 不具旋光性。
将α-COO-画在顶端，垂直画一个氨基酸，然 后与立体化学参考化合物甘油醛相比较， α氨基位于α-碳左边的为L-异构体，位于右边的 为D-异构体。
绝大多数氨基酸是L-型氨基酸，近年来，D-型 氨基酸在哺乳动物生命活动中的意义引起了越 来越多的关注。
生化练习答案
生物化学I 第三章氨基酸练习题1、下列氨基酸哪个含有吲哚环？( C )A 蛋氨酸；B 苯丙氨酸；C 色氨酸；D 结氨酸；E 组氨酸。
2、含有咪唑环的氨基酸是 ( C )A 色氨酸；B 酪氨酸；C 组氨酸；D 苯丙氨酸；E 精氨酸。
3、在pH6.0时，带正电荷的氨基酸为 ( B )A 谷氨酸；B 精氨酸；C 亮氨酸；D 丙氨酸；E 色氨酸。
4、氨基酸在等电点时，应具有的特点是：( E )A 不具正电荷；B 不具负电荷；C A+B；D 溶解度最大；E 在电场中不移动。
5、在pH10时的谷氨酸溶液中，下列哪一种结构形式占优势？( E )A 羧基氨基都解离；B 羧基氨基都不解离；C 只α—羧基解离；D 只γ—羧基解离；E α—羧基γ—羧基都解离。
6、天冬氨酸的Pk1=2.09，Pk2=3.86，Pk3=9.82，则其等电点为 ( B )A 2.09；B 2.97； C 3.86；D 6.84； E 9.82 。
7、分子中含有两个不对称碳原子的氨基酸是 ( E ) A 脯氨酸；B 酪氨酸；C 丝氨酸；D 精氨酸；E 苏氨酸。
8、下列关于还原型谷胱甘肽结构或性质的叙述，哪一种是错误的？( E ) A 含有两个肽键；B 胱代表半胱氨酸；C 谷氨酸的γ—羧基参与了肽键的形成；D 含有一个硫基；E 变成氧化型谷胱甘肽时脱去的两个氢原子是由同一个还原型谷胱甘肽分子提供的。
9、关于催产素和加压素功能方面的叙述，正确的是 ( C )A 催产素具有减少排尿的功效；B 加压素可以促进子宫和乳腺平滑肌收缩；C 加压素参与记忆过程； D 催产素可使血压升高；E 催产素可促进血管平滑肌收缩。
10、下列关于α—螺旋的叙述，哪一项是错误的？( C )A 氨基酸残基之间形成的=C=O与H—N=之间的氢键使α—螺旋稳定；B 减弱侧链基团R之间不利的相互作用，可使α—螺旋稳定；C 疏水作用使α—螺旋稳定；D 在某些蛋白质中，α—螺旋是二级结构中的一种结构类型；E 脯氨酸和甘氨酸的出现可使α—螺旋中断。
第3章 氨基酸
• His is the sole amino acid that the pKa of the R group is near 7
• 二、不常见氨基酸： 存在于某些蛋白质， 由常见氨基酸修饰而 来。 • 4-hydro-Pro, 5-hydroLys, 酪氨酸碘化衍生 物三碘甲腺原氨酸等 • p128
还可与苯异硫氰酸酯在弱碱性条件 下生成苯氨基硫甲酰(PTC) 衍生物，进一步在硝基甲烷中 与三氟乙酸反应生成PTH衍生物 无色，层析分离，鉴定N末端 氨基酸，Edman反应p137
• 4. Schiff反应p138
• • • •
5.脱氨基反应：酶促反应，形成alpha酮酸 二、羧基反应 1、成酯： 2、成酰氯：
使得pH降低几个单位，接近7 而对使用HCl滴定没有影响 故甲醛滴定是与氨基反应 加酚酞变红。
• 第四节：氨基酸参与的化学反应 • 一、alpha氨基参与的反应 • 1. 与亚硝酸：生成氮气和羟基羧酸
van Slyke氨基酸 定量测定基础
• 2. 与酰化试剂反应p136
• 重要，保护氨基，esp丹磺酰氯p136 • 3. 烃基化反应：与DNFB24-二硝基氟苯反应生成 DNP-氨基酸，鉴定N末端氨基酸：
• Amino acids are weak polyprotic acids: The dissociation of amino acids is affected by pH. At low pH, both the amino and carboxyl groups are protonated, thus the molecule has a net positive charge. With the pH increase, the carboxyl group is first to dissociate, yielding the neutral zwitterionic molecules. The further increase in pH causes both groups dissociation, yielding a net negatively charged molecule.
生物化学 第三章 氨基酸
+
C H R
-H pK1' +H
+
+
COO H3N
+
-
C H R
-H pK2' +H
+
+
COO R
-
H2N C H
PH 1 净电荷 +1 正离子
7 0 两性离子 等电点PI 等电点
10 -1 负离子
（ ） 与 亚 硝 酸 反 应
四. 氨基酸的化学反应
1．α-氨基参与的反应 氨基参与的反应
异亮氨酸 Ileucine 脯氨酸 Proline
甲硫氨酸 Methionine 半胱氨酸 Cysteine
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸 Phenylalanine
H 2N CH 2 O CH C OH
氨基酸的结构
芳香族氨基酸
苯丙氨酸 Phenylalanine 酪氨酸 Tyrosine
H 2N CH CH
天冬氨酸 Aspartic acid
酸性氨基酸
O H2N CH C CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
天冬氨酸 Aspartic acid 谷氨酸 Glutamic acid
H2N
酸性氨基酸
O CH C CH2 CH2 C OH O OH
氨基酸的结构
丝氨酸 Serine
含羟基氨基酸 含羟基氨基酸
一. 氨基酸—蛋白质的构件分子 蛋白质的水解作用提供了关于 蛋白质的水解——蛋白质的水解作用提供了关于
α-氨基酸的一般结构— 氨基酸的一般结构—
20种氨基酸除脯氨酸外，其他均具如下结构通式。 20种氨基酸除脯氨酸外，其他均具如下结构通式。 种氨基酸除脯氨酸外
3氨基酸-生物化学.
5、形成西佛碱
• 氨基酸的a-氨基能与醛类反应生成弱碱，即西佛碱。西佛碱是转氨基 反应的中间物。
6、脱氨
• 氨基酸在氧化剂或酶作用下即脱氨产生酮酸。
7 成酯和成盐反应
• 成酯反应： – 在盐酸（干气）存在下，氨基酸与无水甲醇作用产生氨基 酸甲酯或乙酯。是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。 • 成盐反应：氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属 盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。 • 成酯、成盐后，羧基不参加反应，被掩盖，从而使氨基活性 突出，即活化了氨基，这就是氨基酸的酰基化和烃基化反应 在碱性溶液中进行的原因
2、与甲醛反应
• 氨基酸的甲醛滴定是测定氨基酸的一种常用方法。 • 甲醛滴定法： –当氨基酸溶液中存在lmol／L甲醛时，滴定终点由PH12 左右移至9附近，即酚酞指示剂的变色区域 • 测定蛋白质的水解程度： –氨基酸的氨基与甲醛反应生成羟甲基氨基酸和二羟甲基 氨基酸，使反应向放出质子的方向移动，酸性增加，PH 降低，可用氢氧化钠滴定。每放出一个质子，相当于一 个氨基酸
（1）氨基酸的解离曲线
• 以甘氨酸为例
（2）等电点（pI）
• 氨基酸处于正负电荷数相等即净电荷为零的兼性 离子状态时溶液的pH值。 • 等电点时氨基酸的性质 –溶解度最小，可分离不同氨基酸。 –pH=pI，氨基酸在电场中既不向正极也不向负极移动。 –pH>pI，氨基酸带净负电荷； –pH < pI ，氨基酸带净正电荷。
-氨基--甲硫基丁酸
2、不带电荷的极性R基氨基酸
• 这一组中有7种氨基酸。 – 比非极性R基氨基酸易溶于水。 • 甘氨酸 • 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸：羟基 • 天冬酰胺和谷氨酰胺：酰胺基 • 半胱氨酸：巯基（－SH）
第3章 氨基酸
蛋白质的氨基酸组成－－氨基酸的分类－－R的化学结构
脂肪族氨基酸
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine
中性氨基酸
O H2 N CH C CH CH3 CH3 OH
-氨基异戊酸
蛋白质的氨基酸组成－－氨基酸的分类－－R的化学结构
脂肪族氨基酸
甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 亮氨酸 Leucine
脂肪族氨基酸
含羟基氨基酸
丝氨酸 Serine
O H2 N CH C CH2 OH OH
-氨基--羟基丙酸
蛋白质的氨基酸组成－－氨基酸的分类－－R的化学结构
脂肪族氨基酸
含羟基氨基酸
丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine
H2 N O CH C CH OH CH3 OH
-氨基--羟基丁酸
+
C R
H
+
C R
H
甘氨酸的分部解离：
COOH
+
Ka1
+OHH
+
COO H3N C R
-
Ka2
+OHH +H
+
COO H2N C R H
H3N
C R
+H
+
阳离子（A+）
兼性离子（Ao）
阴离子（A-）
Ka1和Ka2分别代表α-碳上的-COOH和-NH3的解离常数。
A Ka1
〓
0
H+
Ka2
〓
AA0
H+
COOH H3N COO H3N
+ OH + H+ H2N
生物化学-生化知识点_第三章 氨基酸分解代谢 (30章).
第三章氨基酸分解代谢下册P299 30章细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸，由此可排除不正常蛋白质，排除积累过多的酶和“调节蛋白”，使细胞代谢得以正常进行。
对正常蛋白质细胞也要进行有选择的降解。
蛋白质降解为氨基酸后氨基酸会继续进行分解代谢。
§3.1 氨基酸分解代谢（P303）：氨基酸的分解代谢总是先脱去氨基。
脱氨基的方式，不同生物不完全相同。
氧化脱氨基作用普遍存在于动植物中，非氧化脱氨基作用主要见于微生物。
陆生脊椎动物将脱下的氨基合成尿素，脱氨后的氨基酸碳骨架进行氧化分解，形成能进入柠檬酸循环的化合物，最后氧化成CO2和H2 O。
(一)氨基酸的脱氨基作用：绝大多数氨基酸脱氨基出自转氨基作用，氨基酸与α-酮戊二酸在氨基转移酶作用下发生氨基酸脱氨同时生成Glu（也有的转到草酰乙酸上生成Asp）。
（1）氨基转移反应分两步进行：1.氨基酸先将氨基转移到酶分子的辅酶磷酸吡哆醛（PLP）上，自身形成α-酮酸，PLP则形成磷酸吡哆胺（PMP）。
2．PMP的氨基转移到α-酮戊二酸（或草酰乙酸）上，生成Glu（或Asp），PLP恢复。
详细机制可见P305 图30-3。
（2）转氨酶：已发现有50种以上的转氨酶，大多数需要α-酮戊二酸为氨基受体。
1.丙氨酸转氨酶（ALT），又称谷丙转氨酶（G..P.T），主要存在于肝细胞浆中，用于诊断肝病。
2.天冬氨酸转氨酶（AST），又称谷草转氨酶（G..O.T），在心、肝中含量丰富，可用于测定心肌梗死，肝病。
人体转氨酶以ALT和AST活力最高。
（二）氧化脱氨基作用在氧化脱氨基作用中以谷氨酸脱氢酶活性最高，该酶以NAD(P)+为辅酶，使Glu 经氧化作用，脱2H，再水解脱去氨基，生成α-酮戊二酸，如P306 图30-4所示。
谷氨酸脱氢酶由6个相同的亚基构成，分子量为33万，是变构调节酶，被GTP和ATP抑制，被ADP激活。
活性受底物及产物浓度左右。
（三）联合脱氨基作用氨基酸脱氨基重要方式是联合脱氨基作用。
3第三章 氨基酸类药物(生化制药技术)
优点：操作简便，针对性强。
缺点：沉淀剂比较难除去。
• 3.离子交换法 • ～是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力不 同而分离纯化氨基酸的方法。
• 原理：氨基酸是两性电解质，在一定条件下， 不同氨基酸的带电性质及理解状态不同，对同 一种离子交换剂的吸附力也不同。
三、氨基酸的结晶与干燥
• 结晶
浓度，pH选在pI附件，低温；
• 干燥
常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等；
四、氨基酸类药物的检测
一般是以甲酸：冰醋酸按比例混合，采用电位滴定 法，高氯酸溶液滴定等。
第二节CH 2OOH NH 2
第三节 丝氨酸
H 2N H2C H2C H2C CH2 H C NH2 COOH
滤液
[除酪氨酸] [浓缩液] 10℃
[除组胺] 活性炭，白陶土 100℃
滤液
[除热原] 活性炭 100℃
[浓缩，干燥] 滤液 90 ℃以下
水解蛋白粉
第十二节 氨基酸输液
• 1.什么是氨基酸输液？ • 2.相比水解蛋白，氨基酸输液优点体现在哪里？ • 3.氨基酸输液中氨基酸的种类、数量及比例有要 求吗？为什么？ • 4.氨基酸输液中通常会使用到能量添加剂、血浆 添加剂，这是些什么物质？
氨基酸输液的制备
• 一、以L-氨基酸结晶为原料配制； • 二、蛋白质水解法制备氨基酸输液
蛋白质水解法制备氨基酸输液
[水解]盐酸 脏器 [除杂质] 水解物
[除酸]
水解液 真空浓缩 浓缩液
110～120℃
10℃
吸附树脂
[分离提纯]732 滤液 [除酪氨酸] 滤液 阳离子交换树脂 5℃
[脱色]活性炭 pH7.3，5℃
2.微生物发酵法
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形成西佛碱
氨基酸与醛反应生成弱碱西佛碱 （Schiff's base），是以氨基酸为底
物的一些酶促反应的中间产物，如转
氨基。
二、羧基参与的反应
①.成盐和成酯反应 氨基酸和碱作用生成盐，其中重金属盐不溶 于水。氨基酸的羧基与醇作用形成酯。 ②.成酰氯反应
氨基酸的氨基如果被保护，例如被苄氧甲酰 基保护后，羧基可以与二氯亚砜或五氯化磷作用 生成酰氯。酰氯很容易去掉氯，而使该羧基与其 它氨基酸的氨基结合而使该羧基活化。这在多肽 人工合成中常用。
D. 测定范围：0.5~50µg/ml
E.脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质（不释放NH3）
* 应用：
A.氨基酸定量分析（先用层析法分离） B.氨基酸自动分析仪： 用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定 性定量，记录结果。
四、由侧链基团参加的反应
双缩尿反应 黄蛋白反应 乙醛酸反应 坂口反应 酚试剂反应 米伦氏反应
1、茚三酮在水溶液中变为水合 茚三酮。 2、氨基酸与水合茚三酮共热， 发生氧化脱氨、脱羧反应，生成 NH3和醛，放出CO2 。水合茚 三酮变为还原型茚三酮。
3、NH3与水合茚三酮及还原型 茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色 化合物。
* 反应要点
A.该反应由NH2与COOH共同参与
B.茚三酮是强氧化剂 C.该反应非常灵敏，可在570nm测定吸光值
pH = pI
净电荷=0
pH > pI
净电荷为负
pH = pI： 蛋白质处于中性环境，两边解离趋势相等而成兼性离子 pH ＞ pI：蛋白质处于碱性环境，羧基解离趋势大于氨基而成负离子
pH＜ pI： 蛋白质处于酸性环境，氨基解离趋势大于羧基而成正离子
三、氨基酸的两性解离性质及等电点
当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正 负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动 ，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelectric point，pI)。
* 应用：鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸
首先由Sanger应用，确定了胰岛素的一级结构
A.肽分子与DNFB反应，得DNP-肽
B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游离氨
基酸
C.分离DNP-氨基酸 D.层析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的种 类、数目
与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应
• Edman （苯异硫氰酸酯法）：由Edman于1950年首先 提出，为α- NH2的反应，用于N末端分析，又称 Edman降解法。此法的特点是能够不断重复循环，将 肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。
H
N C S
O CH C R1 R2
H
O NH CH C
H N
H N C S: O R2
N C O
③.脱羧基反应
氨基酸在脱羧酶（amino acid decarboxylase）的 作用下，生成一级胺，这在氨基酸分解中介绍。 ④.叠氮反应 氨基酸的氨基通过酰化加以保护，羧基转变为 甲酯，然后与肼和亚硝酸反应形成叠氮化合物，这 其实是使羧基活化，常用于肽的人工合成。
三、氨基和羧基同时参与的反应
2、按R基的化学结构不同来分类
含一氨基一羧基的 中性氨基酸： 含羟基的氨基酸：
Gly、Ala、Val、Leu、Ile、 Cys、Met Ser、Thr、 Asn、Gln Asp、Glu Lys、Arg
脂肪族氨基酸
含酰基的氨基酸： 含一氨基二羧基的 酸性氨基酸： 含二氨基一羧基的 碱性氨基酸： Phe、Tyr、 Trp
紫外吸收光谱：色氨酸最大吸收波长为279nm，酪氨酸最 大吸收波长278nm，苯丙氨酸最大吸收波长为259nm。
280nm
275nm 257nm
Calculation of pI (2)
N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOOH NH3 2 pK1 N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOONH3 pK2 N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOONH2 1 1 pKNH2 NH2CH2CH2CH2CH2CHCOONH2 1 2 1
Calculation of pI (3)
O NH CH C
N C
S
O CH C R2
HN CH C R1
NH NH C O 2 CH
R1
C NH CH R1
S
• • • • •
肽链（N端氨基酸）与PITC偶联，生成PTC-肽 环化断裂：最靠近PTC基的肽键断裂，生成PTC-氨基酸和少 一残基的肽链，同时PTC-氨基酸环化生成PTH-氨基酸 分离PTH-氨基酸 层析法鉴定
杂环族氨基酸： His、Pro
第三节
氨基酸的酸碱化学
一、氨基酸的兼性离子形式：
氨基酸或肽在晶体或水中以兼性离子形式 存在，熔点高。
二、氨基酸的两性解离
R R +
+
OHH+
CH NH3 COOH
+
CH NH3+ COO
+ OH+ H+ (pK´2)
R CH NH2 COO
pH< pI
净电荷为正
(pK´1)
HOOCCH2CH2CHCOOH NH3 1 pK1 HOOCCH2CH2CHCOONH3 pKCOOH -OOCCH2CH2CHCOO NH3 2 1
-
1
1
pk3 pK2
-OOCCH2CH2CHCOONH2 2
例题与习题:
现在有四个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、门冬 氨酸pI=2.8和赖氨酸pI=9.7，请问在以下pH条件下进行电 泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下， 移向阳极还是阴极？ 苯丙氨酸 （1）pH=7.0 （2）pH=6.0 （3）pH=5.0 负 阳极 负 阳极 正 阴极 正 阴极 脯氨酸 负 阳极 正 阴极 正 阴极 正 阴极 门冬氨酸 负 阳极 负 阳极 负 阳极 正 阴极 赖氨酸 正 阴极 正 阴极 正 阴极 正 阴极
一氨基二羧基AA 的等电点计算：
pI=
2
pK2+pKRNH2
二氨基一羧基AA 的等电点计算：
pI=
2
可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧
的基团pK′值之和的二分之一。
Calculation of pI (1)
H H3 N C COOH CH3 low pH 电荷 编号 1 Ⅱ pK1 H NH3 C COO CH3 pI 1 1 Ⅰ pK2 H NH2 C COO CH3 high pH 1 Ⅲ
（4）pH=2.0
四、氨基酸的甲醛滴定
* 反应特点 A.为α - NH2的反应 B.在常温，中性条件，甲醛与α - NH2很快反应，生成羟甲基衍生物，释放氢离子。 * 应用：氨基酸定量分析—甲醛滴定法（间接滴定） A.直接滴定，终点pH过高（12），没有适当指示剂。 B.与甲醛反应，滴定终点在9左右，可用酚酞作指示剂。 C.释放一个氢离子，相当于一个氨基（摩尔比1：1） D.简单快速，一般用于测定蛋白质的水解速度。
第四节
氨基酸的化学反应
与亚硝酸的反应
一、 氨基参加的反应
与酰化试剂的反应 烃基化反应 形成西佛碱反应 脱氨基反应
a-氨基可与亚硝酸反应产生氮气
与酰化试剂的反应（略）
氨基酸的氨基在弱碱溶液中与酰氯或酸酐反
应时，氨基被酰基化。这些酰化试剂有：苄氧
（苯甲氧）甲酰氯（carbobenzyloxychloride）；
第三章 氨基酸
第一节 蛋白质的组成单位-氨基酸
COOH
氨基酸的结构通式
HCNH2R第二节 氨基酸的分类
1、按R基的极性不同来分类
含脂肪烃R基：Met、Val、Ala 非极性R基氨基酸 Leu、Ile、 含芳香环及杂环R基：Phe、 Trp、Pro
不带电荷的极性R基：Ser、Thr、
Gly、 Asn、Gln、Tyr、Cys 极性R基氨基酸 带正电荷的极性R基：Lys、His、 Arg 带负电荷的极性R基：Asp、Glu
*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。
*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。
氨基酸等电点的计算
一氨基一羧基AA 的等电点计算：
pI=
pK1+pK2
2
pK1+pKRCOOH
第五节 氨基酸的光学活性和光谱性质
AA的α-碳原子是手征性（chirality）碳原子，与 它相连接的四个基团不一样，化学上以乳酸作为标 准，规定手征性碳原子的氨基酸的对应异构体。 D型表示右旋（destro）的意思，L型表示左旋 （levo），组成蛋白质的氨基酸都是L型的。
甘氨酸没有D和L之分，其α-C结合的四个基团 有两个一样，都是氢原子。
• Edman降解法的改进方法--- DNS-Edman降解法 – 用DNS(二甲基萘磺酰氯)测定N端氨基酸 • 原理DNFB法相同 • 但水解后的DNS-氨基酸不需分离，可直接用电泳或层析法 鉴定 • 由于DNS有强烈荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，比 Edman法高几到十几倍 • 可用于微量氨基酸的定量
叔丁氧甲酰氯（tertiary butyloxycarbonyl）；对甲
苯磺酰氯（p-toluenesulfonyl chloride）；邻苯二 甲酸酐（phthalic anhydride）；丹磺酰氯（dansyl chloride）
与2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应
* 反应特点 A.为α- NH2的反应 B.氨基酸α- NH2的一个H原子可被烃基取代(卤代烃) C.在弱碱性条件下，与DNFB发生芳环取代，生成二硝基 苯氨基酸