第一章 氨基酸与多肽化学

带电荷
据酸碱性质 分类
带正电荷（３种） 带负电荷（２种）
中性AA（一氨基一羧基） 碱性AA（二氨基一羧基） Lys、His、Arg 酸性AA （一氨基二羧基 ）Glu、Asp
人体必需氨基酸
据营养 学分类
必需AA 非必需AA
Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr 假 设 来 写 一 两 本 书
一、氨基酸的结构
氨基酸的结构通式
COO H3N
或
COOH H 2N C R
α
+
C R
α
H
H
氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同， （除脯氨酸、甘氨酸外）都为L-α-氨基酸。
什么是α-氨基酸？
----C-C-C-C-COOH γ β α ----C-C-C-C(NH2)-COOH ----C-C-C (NH2)- C - COOH α-氨基酸 β-氨基酸
（二）、氨基酸的分析
1. 纸色谱
原理：组成层析系统的固定相和流动相具有相反的极性。 被分析的样品(如aa混合物)中的各组分依据其自身极性 的强弱，与此两相的亲和力不同。与固定相亲和力大者， 易留滞于原地，与流动相亲和力大者，易随流动相移动， 因而达到分离的目的。纸层析中的固定相为滤纸上的结 合水(极性)，流动相为展层液(非极性有机溶剂)
生理功能
(1) L-α-氨基酸衍生物 L-瓜氨酸和L-鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物 (2) D-α-氨基酸 D-丙氨酸存在于肽聚糖中，D-Phe是短杆菌肽S的组分 (3) β、γ、δ-氨基酸 β-丙氨酸是泛酸的前体，γ-氨基丁酸是传递神经冲动的 化学介质
三、氨基酸的性质
(一) 氨基酸的构型和紫外光吸收
----C-C (NH2)- C- C - COOH
γ-氨基酸
除脯氨酸外，其他均具有如下结构通式
COOH H2N C R
-氨基酸
不变部分
H
可变部分
COO
+
CH 3 R H
H
C
NH3
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
除了甘氨酸外，其他均具有不对称碳原子，具有旋光性
二、基本氨基酸的分类
据R基团 化学结构 分类 据R基团 极性分类 极性R基团AA 脂肪族AA（16种） 芳香族AA （Phe、Tyr、Trp） 杂环AA （His、Pro） 非极性R基团AA 不带电荷
R CH COOH + + +H NH3
+OH+OH R CH COOR CH COO-
(pK´1)
NH3
+
+H+
(pK´2)
NH2
pH<pI
带电荷为正
完全质子化
pH=pI
带电荷为零
兼性离子
pH>pI
带电荷为负
完全去质子化
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度
等电点 (isoelectric point, pI)
3. 与苯异硫氰酸酯(PITC)的反应
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
O NH CH C
N C
S
O CH C R2
HN CH C R1
NH2 NH C O CH
R1
C NH CH R1
S
用于N末端分析，由Edman于1950年首先提出，又称Edman试剂
② 丹磺酰氯法 (DNS法 ) 4. 与丹酰氯 (DNS-Cl) 的反应
丹磺酰-氨 基酸有很强 的荧光性质
a-氨基与a-羧基共同参加的反应-茚三酮反应：
脯氨酸产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm(蓝紫色) 或440nm(黄色)定量测定(0.5-50μg/ml)
用途：常用于氨基酸的定性或定量分析
4. 侧链含有羧基或酰胺基（4种）
天冬氨酸 （Asp, D）
谷氨酸 （Glu, E）
天冬酰胺 （Asn, N）
谷氨酰胺 （Gln, Q）
5. 侧链含有碱性基团（3种）
组氨酸 赖氨酸 精氨酸 （His, H）
（Lys, K）
（Arg, R）
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
（Phe, F）
（Tyr, Y）
侧链基团参加的反应
半胱氨酸的氧化反应
-OOC-CH-CH
+NH 3 2-SH
+
HS-CH2-CH-COO+NH 3
-HH
-OOC-CH-CH
+NH 3
-S S-CH -CH-COO 2 2
+NH 3
胱氨酸
五、氨基酸的分离与分析
（一) 氨基酸的分离
1. 溶解度或等电点法
利用溶解度不同，将不同的氨基酸分开 各种氨基酸在等电点时，溶解度最小这一性质，可 以通过调节氨基酸溶液的pH值 ，将不同的氨基酸分开
自然界中组成蛋白质的氨基酸都是L-型 (Gly除外)
R H
紫外光吸收：
组成蛋白质的氨基酸中， Trp、Tyr和 Phe对紫外光有一定 的吸收，因为分子中含有苯环， 这三个氨基酸的光吸收都在280 nm附近。可以采用紫外分光光 度计在280 nm波长处测定最大 吸收来测定蛋白质的含量
（二）氨基酸的两性解离及等电点
第一章 氨基酸与多肽化学
本章内容
第一节 第二节 氨基酸 多肽
第一节 氨基酸
氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋
白质的基本单位（构件分子）。从各种生物体内
发现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质组成的
常见氨基酸只有20种，这20种氨基酸称为常见氨 基酸或基本氨基酸
amino acid, aa 或 AA
Ca
的肽键平面可以作
相对旋转
一个具有生物活性的蛋白质多肽链在一定条件下往往只 有一种或很少的几种构象。主要是因为肽链结构的高度 共振稳定性
二、多肽的性质—类似于氨基酸性质
(一) 旋光性 (二) 两性解离及等电点 (三) 化学反应
双缩脲反应：含有两个或两个以上肽键的化合物与碱性 硫酸铜作用，生成蓝紫色的复合物，肽键越多颜色越深， 受蛋白质特异性影响小，可用于肽和蛋白质定量测定及 测定蛋白质水解程度
pK1+pK2 pI = ———— 2
pK2+pK3 或（ pI = ————） 2
氨 基 酸 的 酸 碱 滴 定
酸性氨基酸，以Asp为例：
碱性氨基酸，以Lys为例：
五、氨基酸的特征化学反应
氨基酸的化学反应主要是指它的α-氨基和α-羧基以及侧 链上的功能团所参与的那些反应 成盐成酯反应 成酰氯反应 脱羧基反应 叠氮反应
O C N H
Gln H C COO
-
C CH2 OH
N- 端
CH2 C- 端 CH2 CONH2 COOH
CH3 CH3 肽键 OH
CO 2H
多肽链有两端 N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端 氨基酸的顺序是N 端→C 端的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gly 丝氨酰缬氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酸
单向纸色谱
迁移率：Rf
双向纸色谱
2. 薄层色谱
主要用于氨基酸的定性 鉴定
由于分离程度与各氨基 酸显色的不同，区别不 同氨基酸
3. 高效液相色谱
能够迅速简便分析微量样品，高精度，高再现性
4．离子交换色谱
原理：在一定的pH条件下，不同氨基酸，由于pI不同所 带的净电荷不同，与离子交换树脂结合的能力也不同。 洗脱过程中将依次被从柱上洗出。洗脱之后的氨基酸通 过与一定的显色剂反应实现定量分析
HO N H COOH
H2NCH2CHCH2CH2CHCOOH OH NH2
5- 羟基赖氨酸 I CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH HO CH2CHCOOH NH2 NH2 I 6-N- 甲基赖氨酸 3,5- 二碘酪氨酸
4- 羟基脯氨酸
非蛋白质氨基酸：存在于生物体内，但不组成蛋白质 的呈游离或结合态的氨基酸，约150种，具有多种
（一）肽键
O NH2-CH-C H
甘氨酸
+
OH
O NH-CH-C H H
甘氨酸
OH
-HOH
O O NH2-CH-C-N-CH-C H
肽键
HH
OH
甘氨酰甘氨酸 甘氨酰甘氨酸
（二）肽链
Ser H H3N
+
O C N H
Val H C CH
O C N H
T yr H C CH2
O C N H
Asp H C CH2
– 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，在电场中既不向 阳极也不向阴极移动。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等 电点
– 氨基酸在等电点时的特点：
1. 净电荷数等于零，在电场中不移动； 2. 此时氨基酸的溶解度最小
氨基酸等电点的确定：
根据pK值（该基团在此pH一半解离）计算： 等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数
5．氨基酸自动分析仪
原理：在离子交换色谱基础上发展起来。一般氨基酸分
析仪用的是强酸性阳离子交换树脂
六、氨基酸的一般生产方法
（一) 水解法
1. 酸水解法
采用6-10M盐酸，110-120℃，12-24h
2. 碱水解法
采用4-6M氢氧化钠或2-4M氢氧化钡，100-110℃，6-24h
3. 酶水解法
NADP+
GSH还原酶
2H2O
GSSG