氨基酸相关知识

氨基酸
天然氨基酸有180多种，组成蛋白质的20种基本氨基酸α-氨基酸，脯氨酸例外为α-环状亚氨基酸。

基本氨基酸通式
不同α-氨基酸的R侧链不同，它对蛋白质的空间结构和理化性质有重要的影响。

除了甘氨酸的R侧链为氢原子外，其它氨基酸的α-碳原子都是不对称碳原子，可形成不同构型（D-型和L-型），具有旋光性。

蛋白质分子中的氨基酸都是L-型，称为L-型-α-氨基酸。

非极性疏水性氨基酸：丙氨酸（Ala，pI6.00）、缬氨酸（Val，pI5.96）、亮氨酸（Leu，pI5.98）、异亮氨酸（Ile，pI6.02）、苯丙氨酸（Phe，pI5.48）、脯氨酸（Pro，pI6.30）、蛋氨酸（Met，pI5.74）和色氨酸（Trp，pI5.89）。

有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸和丙氨酸。

极性中性氨基酸：甘氨酸（Gly，pI5.97）、丝氨酸（Ser，pI5.68）、酪氨酸（tyr，pI）、半胱氨酸（Cys，pI5.07）、天冬酰胺（Asn，pI5.41）、谷氨酰胺（Gln，pI5.65）和苏氨酸（Thr，pI5.60）
酸性氨基酸：天冬氨酸（Asp，pI2.97）、谷氨酸（Glu，pI3.22）（含有两个羧基）
碱性氨基酸：赖氨酸（Lys，pI9.74）、精氨酸（Arg，pI10.76）、组氨酸（His，pI7.59）
芳香族氨基酸：苯丙氨酸和酪氨酸
杂环族氨基酸：脯氨酸色氨酸和组氨酸。

其它为脂肪族氨基酸。

人体必需氨基酸（EAA）：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸（需要量最少的）、苏氨酸、赖氨酸。

半必需氨基酸：酪氨酸和半胱酰胺（可有苯丙氨酸和蛋氨酸转化）
组氨酸是儿童必需氨基酸。

各种基本氨基酸均为无色结晶，熔点极高（一般200℃以上）。

各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶于稀酸和稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。

通常用乙醇能把氨基酸沉淀析出。

除甘氨酸外，每种氨基酸都有旋光性和一定的比旋光度。

各种氨基酸对可见光均无吸收能力。

酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸在近紫外区有吸收。

氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子的形式存在，故属于离子化合物，但氨基酸以两性离子形式存在，即H3N+CH2COO－。

两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有能释放质子的—NH3能和接受质子的—COO—。

氨基酸等电点是指氨基酸静电荷为零时溶液中的pH。

一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基可以缩合秤肽，形成的酰胺键在蛋白质中称为肽键。

维持蛋白质构象的作用力次级键和二硫键（共价键），次级键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力。

蛋白质是一类两性电解质，能和酸或碱发生作用。

各种解离基团的解离度与溶液的pH值有关，pH值越低，碱性基团的解离程度越大（—COOH也会被封
闭），蛋白质分子带的正电荷就越多；pH值越高，则酸性基团的解离程度越大，蛋白质分子带的负电荷就越多（—NH2被封闭）。

调节溶液的pH值可以改变蛋白质分子的带点状况。

在特定的pH值条件下，某种蛋白质分子所带的正电荷数与负电荷数相等，即静电荷为零，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点，用pI表示。

处于等电点的蛋白质溶解度最小，其分子在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动。

每种蛋白质都有特定的等电点，但当溶液中有中性盐存在时，蛋白质分子的解离基团除了与H+发生作用外，还能分别与阳离子（Mg2+、Ca2+等）或阴离子（如Cl—、HPO42—等）结合而发生带点性质的变化，使等电点偏移，因此，等电点不是一个恒定值，它会因溶液中盐的种类及浓度（离子强度）的影响而有所不同。

在纯水溶液中，蛋白质的带电状态不受其他离子的干扰，完全由H+的解离和结合来决定，这种条件下的等电点称为等离子点，它是蛋白质的特征常数。

等电点与蛋白质分子的氨基酸组成有关。

对于变性蛋白质来说，可解离基因团都已外露，全部可以滴定，根据分子中所含酸性、碱性氨基酸的数量比例就可以判断其等电点的范围。

含酸性氨基酸多者，其等电点较低；而含碱性氨基酸数量多者，其等电点则较高。

但对于天然球状蛋白分子，一部分可解离基团在分子内部参与组成氢键、离子键等，不能被滴定，所以不能简单地根据分子中酸性、碱性氨基酸的数量比例来判断蛋白质的等电点范围。

蛋白质溶液是一种分散体系，在这种分散体系中，蛋白质分子颗粒是分散相，水是分散介质，分散系统的分散程度以分散相质点的直径来衡量。

分散相质点直径小于1nm的为真溶液，大于100nm的为悬浊液，介于两者间的为胶体，就分散程度来说，蛋白质溶液属于胶体系统蛋白质溶液是一种亲水胶体，其表面的亲水基团，如—NH2、—COOH、—OH、—CONH—等，在水溶液中能与水起水化作用，使蛋白质分子表面形成一个水化层。

蛋白质分子表面的可解离基团，在适当的pH值条件下，都带有同种净电荷，与其周围的分离子形成稳定的双电层，这样，蛋白质由于具有水化层和双电层两种稳定因素，因而作为胶体系统是相当稳定的，如无外界因素的影响，就不致互相凝聚而沉淀。

沉淀蛋白质的方法：
1 盐析法。

向蛋白质溶液中加入大量的中性盐，是蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。

2 有机溶剂沉淀法。

一定量的极性有机溶剂可使蛋白质脱去水化层，同时降低溶剂的介电常数，从而增带电质点间的相互作用，致使蛋白质分子容易聚集而沉淀。

3 等电点沉淀法。

当蛋白质溶液的pH值处于等电点时，蛋白质分子携带的静电荷为零。

此时相邻蛋白质分子之间因为失去了静电斥力而趋于相互凝聚，因此蛋白质的溶解度达到最低点。

4 重金属盐沉淀法。

当溶液的pH值大于蛋白质等电点时，蛋白质分子带负电荷，容易与重金属离子结合形成不溶性的蛋白盐而沉淀。

5 生物碱试剂。

生物碱是植物组织中具有显著生理作用的一类含氮的碱性物质。

能够沉淀生物碱的试剂称为生物碱试剂，如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等都能沉淀生物碱。

生物碱试剂一般都是酸性物质，而蛋白质在酸性溶液（溶液pH值小于蛋白质的等电点）中带正电，所以能和生物碱试剂的酸根离子结合，形成溶解度较小的盐类。

6 加热变性沉淀法。

几乎所有的蛋白质都能因加热变性而沉淀（凝固），少
量盐类可促进该过程。

当蛋白质溶液处于等电点时，加热凝固最完全也最迅速。

加热变性使蛋白质的天然构象解体，疏水基外露，从而破坏蛋白质分子的水化层，同时破坏了分子的带点状态，即破坏了双电层。

蛋白质沉淀反应和变性是两个不同的概念，两者有联系但又不完全一致。

仅通过改变或破坏蛋白质胶体稳定的因素，并不引起蛋白质构象破坏所产生的沉淀多为不变性沉淀蛋白质变性有时可表现为沉淀，亦可表现为溶解状态；同样，蛋白质的沉淀有时可以是变性，亦可以不是变性。

这取决于沉淀的方法和条件以及是否对蛋白质的空间构象造成破坏。

蛋白质变性是由我国生物化学家吴宪与1931年提出的，他认为天然蛋白质分子因受环境因素的影响，从有规律的紧密结构变为无规律的松散状态。

由于蛋白质分子空间构象形成于稳定的基本因素是各种次级键，因而蛋白质变性作用的本质是破坏了形成稳定蛋白质分子空间结构的次级键，从而导致蛋白质分子空间构象的改变或破坏，并不涉及蛋白质以及结构的改变或肽键的断裂，生物活性的丧失是变性的主要表现，是变性蛋白质与天然蛋白质的根本区别。

蛋白质变性作用的特征
1 生物活性丧失。

蛋白质的生物活性是指蛋白质表现其生物学功能的能力，如酶的催化作用。

蛋白类激素的代谢调节功能等，这些生物学功能都是有各种蛋白质的特定空间构象所决定的的，一旦其空间构象遭受破坏，其表生物活功能的能力也随之丧失。

空间构象的微妙变化在尚未引起其理化性质改变时，在生物活性上已反反映出来。

2 理化性质的改变。

可结晶蛋白质在变性后失去结晶能力；一般蛋白质在变性后，分子结构松散，易为蛋白酶水解，因此食用变性蛋白质更有利于消化。

变性还可以引起球状蛋白质不对称性增加、粘度增加、扩散系数降低等。

能引起蛋白质变性的因素很多，物理因素有高温、紫外线、X射线、超声波、高压、剧烈的搅拌、震荡等主要通过能量效应破坏蛋白质结构维持的次级键。

可以用于杀菌、灭菌、除杂。

化学因素有强酸和强碱（破坏解离状态等）、尿素和胍盐（氢键破坏剂）、去污剂（破坏疏水键、离子键）、浓乙醇（破坏疏水键等）、重金属盐和三氯乙酸（与蛋白质不可逆结合形成沉淀）等，不同蛋白质对各种因素的敏感程度不同。

蛋白质的可逆变性与复性：变性条件不剧烈时，变性作用是可逆的，说明蛋白质分子内部结构的变化不大，这时，如果出去变性因素，在适当条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性，此现象称为蛋白质复性。

如果变性条件剧烈而持久，蛋白质的变性是不可逆的蛋白质变性是否可逆与变性和复性的条件以及蛋白质的种类都有关系，蛋白质高级结构越复杂（多亚基、多结构域）越难复性。

蛋白质分离技术
蛋白质在组织或细胞中一般都以复杂的混合物形式存在，每种类型的细胞都含有上千种不同的蛋白质。

目前还没有一套单独或现成的方法能把任何一种蛋白质从复杂的混合蛋白质中提取出来。

但对任何一种蛋白质可能选择到一套适当的分离提纯程序一获得高纯度的制品。

蛋白质的分离提纯的一般程序可以分为前处理、蛋白质抽提、蛋白质粗分级和蛋白质分离纯化。