生物化学 氨基酸

CH3 C NH3+ COO-
用途：氨基酸代谢中脱氨基作用。
氨基酸的化学反应
成酯反应
NH3+ R CH COO- + R2OH
NH2.HCl R CHCOOR2 + H2O
用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。
成酰氯反应
NHPG PCl3, PCl5 or SOCl2 R CHCOO-
NHPG R CHCOCl
• 硷性氨基酸
pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2
组氨酸的两性离子
两边的pK值的平均值
pI=(6.0+9.17)/2 =7.59
氨基酸的甲醛滴定
COOCH2
pK'2
COOH+ + CH2
HCHO
COOCH2
COOHCHO
CH2
NH3+
NH2
NHCH2OH
N (CH2OH)2
用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。
出
亲合层析
利用蛋白质分子对 其配体分子特有的 识别能力(生物学亲 合力)分离蛋白质的 方法
能与配体结合的蛋 白质被最后洗出
不能结合的蛋白质 更快地被洗出
氨基酸的一般结构
• 构成蛋白质的氨基酸有20种 • 均为α-氨基酸（脯氨酸例外） • 共同结构为在同一碳原子上
有羧基、氨基与氢
• 不同点为侧链R不同
氨基酸的两性电离
pH1 净电荷+1
甘氨酸的解离
pH7 净电荷 0
pH13 净电荷-1
阳离子
两性离子
阴离子
氨基酸的等电点
等电点
甘
（等电pH，pI）
氨
酸
➢ 两性电解质净电荷为零
时溶液的pH
的
➢ 等电点时，两性电解质
解
在电场中不移动
离
➢ 氨基酸的等电点值pI，
曲
是两性离子两边的pK
线
值的算术平均值
pI=(pK1+pK2)/2
氨基酸分类
半胱氨酸
半胱氨酸
胱氨酸
• 构成蛋白质的编码氨基酸为20种 • 编码氨基酸经过化学修饰产生非编码氨基酸,例如5-羟赖氨酸、磷酸丝
氨酸、磷酸精氨酸
• 除蛋白质中的氨基酸外，迄今发现了150余种非蛋白质氨基酸，例如
鸟氨酸、瓜氨酸、γ-氨基丁酸，这些非蛋白质氨基酸有些是代谢中间 产物，有些是结构成分等
•酶水解
– 优点：不产生消旋，不破坏氨基酸
– 缺点：水解时间长，单一酶水解不完全
氨基酸概述
蛋白质一般结构
• 构成蛋白质的氨基酸有20种 • 均为α-氨基酸（脯氨酸例外） • 共同结构为在同一碳原子上
有羧基、氨基与氢
• 不同点为侧链R不同
赖氨酸
脯氨酸 （亚氨基酸）
氨基酸分类
非极性，脂肪族侧链氨基酸
赖氨酸
脯氨酸 （亚氨基酸）
20种编码氨基酸
• 构成蛋白质的20
种氨基酸
–Gly 甘氨酸 –Ala 丙氨酸 –Val 缬氨酸 –Leu 亮氨酸 –Met 蛋氨酸 –Ile 异亮氨酸 –Ser 丝氨酸 –Thr 苏氨酸 –Cys 半胱氨酸 –Pro 脯氨酸 –Asn 天冬酰胺 –Gln 谷氨酰胺 –Phe 苯丙氨酸 –Tyr 酪氨酸 –Trp 色氨酸 –Lys 赖氨酸 –Arg 精氨酸 –His 组氨酸 –Asp 天冬氨酸 –Glu 谷氨酸
➢氨基酸使水的介电常数增高，一般有机物如乙 醇、丙酮等使水的介电常数降低
结论
➢氨基酸主要是以两性离子形式存在
两性解离
pH1 净电荷+1
甘氨酸的解离
pH7 净电荷 0
pH13 净电荷-1
阳离子
两性离子
阴离子
等电点
等电点
甘
（等电pH，pI）
氨
酸
➢ 两性电解质净电荷为零
时溶液的pH
的
➢ 等电点时，两性电解质
H2N
R1 O CC
R2 N C COOH
H
HH
H
HH
肽键
用途：氨基酸形成多肽的反应。
氨基酸的化学反应
与茚三酮的反应
O
O
茚三酮
C CO
H2O
C
H2O
C C
OH
水合茚三酮
C OH
O O
O O
C OH
C C
+ OH
H2N
O
CHCOOH R
O
O
C C
H
+ RCHO + NH2 + CO2
C OH
O O-NH4+O
COOH HOCH2CH N+
H
CH2OPO32 -
C
+ H2O
CH2OH
用途：是多种酶促反应的中间过程。
氨基酸的化学反应
脱氨基反应
NH3+ R CH COO-
O R CH COO- + NH4+
NH3+ CH COO-
CH3 +C O
CH2CH2COO-
COO-
O C COO- + CH2CH2COO-
氨基酸概述
•酸水解：
蛋白质水解
– 常用H2SO4或HCl进行水解 – 优点：可完全水解，不引起消旋
– 缺点：色氨酸破坏，羟基丝氨酸（丝、苏）部分分解，天冬 酰胺、谷氨酰胺酰胺基水解
•碱水解
– 常用NaOH水解
– 优点：色氨酸稳定
– 缺点：多数氨基酸不同程度破坏，并产生消旋，精氨酸被水 解为鸟氨酸和尿素
–赖Lys –精Arg –组His
氨基酸分类
酸性电离侧链氨基酸
天冬氨酸
谷氨酸
• 侧链亲水 • 侧链酸性基团 • 缩写符号
–天冬Asp –谷Glu
氨基酸分类
• 构成蛋白质的20
种氨基酸
–Gly 甘氨酸 –Ala 丙氨酸 –Val 缬氨酸 –Leu 亮氨酸 –Met 蛋氨酸 –Ile 异亮氨酸 –Ser 丝氨酸 –Thr 苏氨酸 –Cys 半胱氨酸 –Pro 脯氨酸 –Asn 天冬酰胺 –Gln 谷氨酰胺 –Phe 苯丙氨酸 –Tyr 酪氨酸 –Trp 色氨酸 –Lys 赖氨酸 –Arg 精氨酸 –His 组氨酸 –Asp 天冬氨酸 –Glu 谷氨酸
酪氨酸
氨基酸分类
极性，非电离侧链氨基酸
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
• 侧链亲水 • 脯氨酸之侧链
应为非极性
• 缩写符号
–丝Ser –苏Thr –半胱Cys –脯Pro –天冬酰胺Asn –谷氨酰胺Gln
脯氨酸
天冬酰胺 谷氨酰胺
氨基酸分类
碱性电离侧链氨基酸
赖氨酸
精氨酸
组氨酸
• 侧链亲水 • 侧链碱性基团 • 缩写符号
氨基酸的化学反应
与亚硝酸的反应
NH2 R-CH-COOH + HNO2
OH R-CH-COOH + N2 + H2O
用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。
酰化反应
O
R2
R1 C X + H2N CH COO-
X=-Cl, OH,-OCOR
OH-
O
R2
R1 C HN CH COO-
用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。
甘氨酸
丙氨酸
缬氨酸
• Gly无旋光性 • 侧链疏水 • 缩写符号
–甘Gly –丙Ala –缬Val –亮LeU –甲硫Met –异亮Ile
• 甲硫氨酸又称
蛋氨酸
亮氨酸
甲硫氨酸
异亮氨酸
氨基酸分类
芳香族（苯环）侧链氨基酸
色氨酸
苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
• 苯丙氨酸、色氨酸侧链疏水，酪氨酸侧链亲水 • 缩写符号 苯丙Phe 酪Tyr 色Trp • UV 特征吸收：λ = 280 nm
氨基酸的化学反应
烃基化反应
CH2 CH2 Cl S: R1
Cl CH2 CH2 S+
R2 H2N CH COO-
R1
R1SCH2NHCH(R2)COO-
用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。
氨基酸的化学反应
生成西佛碱的反应
COOH
CH2OPO3-
HOCH2CHNH2 + O C
+ H+
CH2OH
氨基酸
• 构成蛋白质的氨基酸有20种 • 均为α-氨基酸（脯氨酸例外） • 共同结构为在同一碳原子上
有羧基、氨基与氢
• 不同点为侧链R不同
赖氨酸
脯氨酸 （亚氨基酸）
• 碱性氨基酸
pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2
谷氨酸的两性离子
两边的pK值的平均值
pI=(2.19+4.25)/2 =3.22
等电点
• 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 = (pK1 + pKR-COO- )/2
氨基酸分类
4-羟脯氨酸 5-羟赖氨酸
6-N-甲基赖氨酸
γ-羧基谷氨酸 锁链（赖氨）素
氨基酸分类
鸟氨酸 瓜氨酸
概述 分类 酸碱化学
两性解离 等电点 甲醛滴定 化学反应 光学活性 分析分离 小结
两性解离
非电离形式
两性电离形式
事实
➢氨基酸晶体熔点很高，一般在200℃以上，普 通有机物如二苯胺熔点只有53℃
透射光 I
光源
单色透镜
样品
检测器
混合物层析分离技术
溶液
(动相) 蛋白质
互
样品 多孔固体
不
(固相)
相
溶
固相隔膜
渗出液
蛋白质
混合物ABC在 液相和固相 中分配系数 不同
因此ABC随着 液相的流动 而被分层
分段收集渗 出液实现ABC 的最终分离
混合物层析分离技术
带有负电 荷的固相 聚合物球
蛋白质混合物加 入到交换柱上并 与阳离子交换
Leabharlann Baidu
解
在电场中不移动
离
➢ 侧链不含解离基团的中
曲
性氨基酸，其等电点是
线
它的pK1和pK2的算术
平均值pI=(pK1+pK2)/2
等电点
• 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 = (pK1 + pKR-COO- )/2
用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。
氨基酸的化学反应
叠氮反应
NHPG R CHCOOCH3
NH2NH2
NHPG
HNO3
R CHCOONHNH2
NHPG R CHCON3
CH3OH
H2O,N2
用途：氨基酸叠氮化合物常用于肽的人工合成。
成肽反应
H2N
R1 O CC
OH
+
HN
R2 C
COOH
- H2O
凝胶层析
凝胶一般由葡 聚糖制成,含有 很多微孔
小分子蛋白质 进入微孔内,因 而滞流时间长
大分子蛋白质 不能进入微孔 而径直流出
混合物层析分离技术
蛋白质混合物
亲合 蛋白 配体
配体 吸附 微球
配体 溶液
蛋白质混 合物加入 到含特定 配体的柱
上 不能与配 体吸附的 蛋白质流 出 吸附的蛋白质 被配体交换洗
C
HO C
C C
O + 2NH3 + H
C C
C
C
CN C
C
C
+ 2H2O
O
O
OO
紫色复合物
用途：用于氨基酸的定性定量分析。
氨基酸的紫外吸收
含有共轭双键的化合物有吸收紫外光的特性 最大吸收峰
✓苯丙氨酸 257nm ✓色氨酸 280nm ✓酪氨酸 275nm 分光光度计测定有色物质浓度原理
入射光 I0
大的正电荷分子 小的正电荷分子 小的负电荷分子 大的负电荷分子
离子交换层析
蛋白质按照在相应pH条 件下所带电荷的不同而 以不同的速率向下移动
带有更多负电荷的蛋白 质以更快的速率被洗脱
分段收集渗出液,实现蛋 白质的分离
混合物层析分离技术
微孔凝胶 颗粒(球)
蛋白质混合物加 入到交换柱上并 与凝胶交联