生物化学第3章 氨基酸分析
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生物化学 第三章 氨基酸 (amino acid)
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
氨基酸的等电点
当溶液浓度为某一 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。
侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKa1和pKa2的 算术平均值：pI = (pKa1 + pKa2 )/2 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pKa值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pKa1 + pKaR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pKa2 + pKaR-NH2 )/2
氨基酸首尾脱水聚合成肽键。
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
除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。 氨基酸的名称常用三个字母的缩写，或单个字母表示长的肽链。
2.1氨基酸的分类——按照R化学结构分类
一氨基一羧基（中性氨基酸） 脂肪族 氨基酸 Gly、Ala、Val、Lue、Ile、Ser、Thr、Cys、Met 一氨基二羧基（酸性氨基酸）及其酰胺 Asp、Asn、Glu、Gln 二氨基一羧基（碱性氨基酸） Arg、Lys
三、氨基酸的酸碱化学
氨基酸的兼性离子形式
•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。 •氨基酸晶体是由离子晶格组成，靠异性电荷之间的静电引力维持 晶格中质点的作用力，因此氨基酸熔点高。 •不同氨基酸有特殊的晶体形状，基于此可对氨基酸进行鉴别。
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：
2. 不带电荷的极性氨基酸：7种 Ser, Thr, Tyr 羟基-OH Gln, Asn 酰胺基 Cys 巯基 Gly 极性/非极性
3. 带正电荷的氨基酸：3种 Lys Arg His 咪唑基
4. 带负电荷的氨基酸：2种
Glu Asp
ε-位氨基 胍基
两个羧基
非极性氨基酸在维持蛋白质的三维结构中其重要作用（蛋白质的疏
天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺
脂肪族氨基酸：二氨基一羧基（碱性氨基酸）
(1) 赖氨酸Lys侧链氨基生理条件下
带有一个正电荷
(2) 精氨酸Arg是碱性最强的氨基酸， 侧链的胍基pKa=12.48，生理条 件下完全质子化 (3) 组氨酸His含有咪唑环，是20种
氨基酸中侧链pK值最接近pH的
一种，生理pH条件下具有缓冲 能力的一种氨基酸。
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）
分，因此具有特殊的刚性结构，
在蛋白质中一般出现在α-螺旋 转角处。PrBiblioteka Baidu残基出现的位置必 然发生蛋白估计方向的改变。
2.2氨基酸的分类——按照R基极性分类
疏 水 性 氨 基 酸 亲 水 性 氨 基 酸
1. 非极性氨基酸：8种 Ala, Val, Leu, Ile 脂肪族侧链 Pro 亚氨基杂环 Phe，Trp 芳香环 Met 含硫
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；
芳香族氨基酸
苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
(1) 这三种氨基酸在紫外280nm具有特殊吸收峰，蛋白质的紫外吸收 主要来自这三种氨基酸 (2) 苯丙氨酸疏水性最强 (3) 酪氨酸的-OH发生磷酸化在生物体内是十分普遍的调控机制
杂环氨基酸
脯氨酸 组氨酸
(1) 组氨酸是碱性氨基酸的一种 (2) 脯氨酸的α-亚氨基是环的一部
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
氨基酸的解离性质
用Ka1,Ka2 表示氨基酸α-碳原子的COOH与-NH3+的解离常数
阴离子 A-
阳离子 A+
兼性离子 A0
Ka1=[H+][A0]/[A+] 当溶液中[A0]=[A+]时，Ka1=[H+]； 两边取对数 pKa1=pH=2.34 Ka2=[H+][A-]/[A0] 当溶液中[A0]=[A-]时，Ka2=[H+]； 两边取对数 pKa2=pH=9.6 [质子受体] pH=pKa+lg [质子供体]
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
氨基酸的等电点
当溶液浓度为某一 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。
侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pKa1和pKa2的 算术平均值：pI = (pKa1 + pKa2 )/2 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pKa值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pKa1 + pKaR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pKa2 + pKaR-NH2 )/2
氨基酸首尾脱水聚合成肽键。
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
除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。 氨基酸的名称常用三个字母的缩写，或单个字母表示长的肽链。
2.1氨基酸的分类——按照R化学结构分类
一氨基一羧基（中性氨基酸） 脂肪族 氨基酸 Gly、Ala、Val、Lue、Ile、Ser、Thr、Cys、Met 一氨基二羧基（酸性氨基酸）及其酰胺 Asp、Asn、Glu、Gln 二氨基一羧基（碱性氨基酸） Arg、Lys
三、氨基酸的酸碱化学
氨基酸的兼性离子形式
•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。 •氨基酸晶体是由离子晶格组成，靠异性电荷之间的静电引力维持 晶格中质点的作用力，因此氨基酸熔点高。 •不同氨基酸有特殊的晶体形状，基于此可对氨基酸进行鉴别。
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：
2. 不带电荷的极性氨基酸：7种 Ser, Thr, Tyr 羟基-OH Gln, Asn 酰胺基 Cys 巯基 Gly 极性/非极性
3. 带正电荷的氨基酸：3种 Lys Arg His 咪唑基
4. 带负电荷的氨基酸：2种
Glu Asp
ε-位氨基 胍基
两个羧基
非极性氨基酸在维持蛋白质的三维结构中其重要作用（蛋白质的疏
天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺
脂肪族氨基酸：二氨基一羧基（碱性氨基酸）
(1) 赖氨酸Lys侧链氨基生理条件下
带有一个正电荷
(2) 精氨酸Arg是碱性最强的氨基酸， 侧链的胍基pKa=12.48，生理条 件下完全质子化 (3) 组氨酸His含有咪唑环，是20种
氨基酸中侧链pK值最接近pH的
一种，生理pH条件下具有缓冲 能力的一种氨基酸。
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）
分，因此具有特殊的刚性结构，
在蛋白质中一般出现在α-螺旋 转角处。PrBiblioteka Baidu残基出现的位置必 然发生蛋白估计方向的改变。
2.2氨基酸的分类——按照R基极性分类
疏 水 性 氨 基 酸 亲 水 性 氨 基 酸
1. 非极性氨基酸：8种 Ala, Val, Leu, Ile 脂肪族侧链 Pro 亚氨基杂环 Phe，Trp 芳香环 Met 含硫
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；
芳香族氨基酸
苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
(1) 这三种氨基酸在紫外280nm具有特殊吸收峰，蛋白质的紫外吸收 主要来自这三种氨基酸 (2) 苯丙氨酸疏水性最强 (3) 酪氨酸的-OH发生磷酸化在生物体内是十分普遍的调控机制
杂环氨基酸
脯氨酸 组氨酸
(1) 组氨酸是碱性氨基酸的一种 (2) 脯氨酸的α-亚氨基是环的一部
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
氨基酸的解离性质
用Ka1,Ka2 表示氨基酸α-碳原子的COOH与-NH3+的解离常数
阴离子 A-
阳离子 A+
兼性离子 A0
Ka1=[H+][A0]/[A+] 当溶液中[A0]=[A+]时，Ka1=[H+]； 两边取对数 pKa1=pH=2.34 Ka2=[H+][A-]/[A0] 当溶液中[A0]=[A-]时，Ka2=[H+]； 两边取对数 pKa2=pH=9.6 [质子受体] pH=pKa+lg [质子供体]