《生物化学》氨基酸

一、氨基酸---蛋白质的构件分子
(一)蛋白质的水解 (二)α-氨基酸的一般结构
(一)蛋白质的水解
蛋白质水解的主要方法： （1）酸水解 （2）碱水解 （3）酶水解
蛋白质水解生成20种游离的氨基酸
（1）酸水解
常用H2SO4或HCl进行水解。 方法：
一般用6mol/L HCl， 4mol/L H2SO4 ，回流煮沸20h左右可使蛋 白质完全水解。 优点：
氨基酸的pI可由实验测定，也可根据氨基酸羧 基和氨基的pK值（即解离常数的负对数）来确定， pK的编号通常是从酸性最强基团的解离开始，分别 用pK1，pK2……表示.
一氨基一羧基氨基酸，如丙氨酸： pK1（-COOH）=2.34， pK2（-NH3+）=9.69
pI = (pK1+pK2) / 2
H2N-CH2-COO－ + [ H+ ] [Gly－]
[Gly－][H+] K2’= [Gly±]
[Gly±][H+]
K1’=
[Gly+]
[Gly－][H+] K2’= [Gly±]
[Gly+] =
[Gly±][H+] K1’
[Gly－] = K2’ [Gly±]
[H+]
∵ [Gly+] = [Gly－] ∴
不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。 缺点：
色氨酸完全被沸酸所破坏。羟基氨基酸有一小部分被分解， 天冬酰胺，谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。
（2）碱水解
方法： 一般与5mol/L NaOH共煮10-20h，即可使蛋白质完全
水解。 优点：
色氨酸在碱性条件下稳定。 缺点：
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，所得的产物是D-和L-氨基酸的混合物，称消 旋物。此外，精氨酸脱氨，生成鸟氨酸和尿素。
另外当氨基酸处于等电点时，由于静电引力的作 用，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀，利用这一性质可 以分离制备氨基酸。
(四)氨基酸的甲醛滴定
由于氨基酸具有酸、碱两性，不能直接用酸碱进行滴 定，因为氨基酸的酸、碱滴定的等电点pH或过高或过低， 没有适当的指示剂可被选用。
而加入甲醛后，降低了氨基的碱性，因 而可以用NaOH 直接滴定，选用酚酞作指示剂。 （图）
NH3+
色氨酸
Tryptophan Try W （ Trp）
— CH 2— CH— COO-
吲哚基
N H
NH3+
NH3+
苯并吡咯环
脯氨酸
Proline Pro P
CH2-CH2-CH2-CH-COO -
H
H
+NH2
脯氨酸
Proline Pro P
CH2H-C2CH2-CCHH2-CHC-COOOO- -
（3）酶水解
优点： 不产生消旋现象，也不破坏氨基酸。
缺点： 水解不彻底，需几种酶协调作用才能彻底水解蛋白质。
常用蛋白酶： 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶或糜蛋白酶及胃蛋白酶等。
(二)α-氨基酸的一般结构
根 识 结P-据，构arom你从通tei式所下nin可学面os的的看aac化氨出ried学基氨bm知 酸基ioolloegciuclaelsptohlaytmceornstmainadbeouthp
一氨基二羧基氨基酸,如天冬氨酸， 在不同pH值时的解离情况如下图所示:
pI = (pK1+pK2) / 2=1.88+3.65=2.77
二氨基一羧基氨基酸,如赖氨酸， 在不同PH值时的解离情况如图所示
pI = (pK2+pK3) / 2=8.95+10.53=9.74
综上所述，各种氨基酸的等电点为两性离子两侧两个 pK的平均值。
滴
[Gly ±] = [Gly-]
定 曲
线
0
0.05
0.1
加入的OH- mol数
氨基酸的甲醛滴定
PH 14 12 10 8
6 4 2 0
0.1
A
pK1=2.34
0.05
B
pK2=9.60
无甲醛
pK’2≈ 7
C 加有甲醛
0
0.05
0.1
加入的H+mol数
加入的OH - mol数
加甲醛和不加甲醛的甘氨酸滴定曲线
苯丙氨酸
Phenylalanine Phe F
— CH 2— CH— COO-
NHN3H+ 3+
酪氨酸
Tyrosine Tyr Y
HO —
— CH 2— CH— COO-
NH3+ NH3+
组氨酸
Histidine His H
HC C — CH 2— CH— COO-
+HN
NH
C H
咪唑基
NH3+
定 曲
线
0
0.05
0.1
加入的OH- mol数
H3N+
COOH
+OHCH
+H+
R
正离子
Aa+
COO-
H3N+ C H R
两性离子
+OH+H+ H2N
COO-
CH R
负离子
Aa±
Aa_
实验证明，在pI时氨基酸主要以两性离子形式 存在，但也有少量数量相等的正负离子，还有极少 量中性分子，每(—)氨基酸的兼性离子形式 (二)氨基酸的解离 (三)氨基酸的等电点 (四)氨基酸的甲醛滴定 （五）氨基酸的物理性质小结
(一)氨基酸的兼性离子形式
氨基酸的α-C上连接了一个羧基和一个氨基，在中性水 溶液中，羧基就会放出质子，而氨基接受质子，这样就使一 个中性形式的氨基酸分子变成了带正、负电荷相等的两性离 子.见下图
COOH H2N C H
R 中性分子
COO-
H3N+ C H R
两性离子
(二)氨基酸的解离
氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子。
COO-
H3N+
CH
R 作为酸
COO-
H2N
C H + H+
R
也能像碱一样接受质子
COO-
H3N+ C R
作为碱
H + H+
COOH H3N+ C H
R
氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。
+
H H2C HCH2N+HN2H2
（2）按侧链R基的极性分
极性氨基酸
Aa
不带电荷的极性氨基酸 (7) Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr 、 Asn、Gln
带正电荷的极性氨基酸 （3） Arg、Lys、His
带负电荷的极性氨基酸 (2) Asp、Glu、
非极性氨基酸 Phe、 Ala、Val、Leu、Ile、 Met、 Trp 、Pro (8)
半胱氨酸（半胱）
Cysteine Cys C
HS — CH 2— CH— COO-
胱氨酸的一半
NHN3H+ 3+
甲硫氨酸（蛋氨酸）
Methionine Met M
CH3 — S —CH2— CH2 — CH— COO-
NH3+ NH3+
天冬氨酸
Aspartate Asp D
-OOC — CH2— CH— COONHN3+H3+
用于测定氨基酸含量及蛋白质水解程度
H3N+
COOH CH2
(Gly+)
COO-
H3N+ CH (G2 ly±)
COO-
H2N
CH2
(Gly-)
pH 14 12 10 8
[Gly+ ] = [Gly±]
6 4 2 0
0.1
pK1=2.34
0.05
加入的H+ mol数
甘
氨
pK2=9.60
酸
的
pI=5.97
[Gly±][H+] K1’
= K2’ [Gly±]
[H+]
pH=pI = (pK1+pK2) / 2
甘氨酸的酸碱滴定曲线
从左向右是用NaOH滴定 的曲线，溶液的pH由小到大 逐渐升高；从右向左是用盐 酸滴定的曲线，溶液的pH由 大到小逐渐降低。曲线中从 左向右第一个拐点是氨基酸 羧基解离50%的状态，第二个 拐点是氨基酸的等电点，第 三个拐点是氨基酸氨基解离 50%的状态。
CH 3
NH3+
异亮氨酸(异亮)
Isoleucine Ile I
CH 3 — CH2— CH — CH— COOCH 3 NH3+
NH3+
丝氨酸(丝)
Serine Ser S
HO — CH 2— CH— COONNHH3+3+
苏氨酸(苏)
Threonine Thr T
CH3— CH — CH— COOOH NH3N+H3+
NH3+ NH3+
精氨酸(精)
Arginine Arg R
+
NH2
δ
γ
βα
NH2 – C - NH - CH2 - CH2 - CH2-CH-COO-
胍基 NH3+
NH3+
赖氨酸
Lysine Lys K
ε
+NH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - COO-
NH3+
NH3+
谷氨酸
Glutamate Glu E