生物化学

蛋白质的结构与功能

第一节氨基酸

1.氨基酸(amino acid)：是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在α-碳上。

2.必需氨基酸(essential amino acid):指人（或其他脊椎动物）自己不能合成，需要从食物中获得的氨基酸，如赖氨酸、苏氨酸等。

3.非必需氨基酸(nonessential amino acid)：指人（或其他脊椎动物）自己能由简单的前体合成而不需要从食物中获得的氨基酸。

4.等电点(isoelectric point , pI)：使分子处于兼性分子状态，在电场中不迁移（分子的静电荷为零）的pH值。[ pH在等电点以下（酸性），分子带正电荷；pH在等电点以上（碱性），分子带负电荷。]

氨基酸可分为常见蛋白质氨基酸、不常见蛋白质氨基酸和非蛋白氨基酸。

蛋白质水解最后成为氨基酸混合物。

①酸水解：

常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105-110℃条件下进行水解，反应时间约20小时。

优点：不容易引起水解产物的消旋化；

缺点：色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。

②碱水解：

一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。

优点：色氨酸在水解中不受破坏

缺点：由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高；部分的水解产物发生消旋化。

③酶水解：

应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化，水解的产物为较小的肽段。

最常见的蛋白水解酶有：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜热菌蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶。

常见氨基酸（基本氨基酸）的分类（侧链R基化学结构不同）：

Ⅰ.脂肪族氨基酸15个

①中性氨基酸（5个）：

甘氨酸（Gly , 无旋光性）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）

②含羟基或硫氨基酸（4个）：

丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）、半胱氨酸（Cys）、甲硫氨酸（Met）

③酸性氨基酸及其酰胺（4个）：

天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（Gln）

④碱性氨基酸（2个）：

赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）

Ⅱ.芳香族氨基酸3个

苯丙氨酸（Phe）、络氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp）

Ⅲ.杂环族氨基酸2个

组氨酸（His）、脯氨酸（Pro）

按R基极性性质分为：非极性R基（8个）、极性不带电R基（7个）、带正电荷R基（3个）、带负电荷R基（2个）

氨基酸的化学性质：

1.除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性α-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。

2.构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。在近紫

外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。

3.氨基酸的离解性质

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。

侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK’1和pK’2的算术平均值：

pI = (pK’1 + pK’2 )/2 同样，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 = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2

4. 茚三酮反应

氨基酸与茚三酮在微酸性溶液中加热，最后生成蓝色物质。而脯氨酸生成黄色化合物。根据这个反应可通过二氧化碳测定氨基酸含量。

氨基的反应

1.酰化

氨基可与酰化试剂，如酰氯或酸酐在碱性溶液中反应，生成酰胺。该反应在多肽合成中可用于保护氨基。

2.与亚硝酸作用

氨基酸在室温下与亚硝酸反应，脱氨，生成羟基羧酸和氮气。因为伯胺都有这个反应，所以赖氨酸的侧链氨基也能反应，但速度较慢。常用于蛋白质的化学修饰、水解程度测定及氨基酸的定量。3.与醛反应

氨基酸的α-氨基能与醛类物质反应，生成西佛碱-C=N-。西佛碱是氨基酸作为底物的某些酶促反应的中间物。赖氨酸的侧链氨基也能反应。氨基还可以与甲醛反应，生成羟甲基化合物。由于氨基酸在溶液中以偶极离子形式存在，所以不能用酸碱滴定测定含量。与甲醛反应后，氨基酸不再是偶极离子，其滴定终点可用一般的酸碱指示剂指示，因而可以滴定，这叫甲醛滴定法，可用于测定氨基酸。

4.与异硫氰酸苯酯(PITC)反应

-氨基与PITC在弱碱性条件下形成相应的苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-AA），后者在硝基甲烷中与酸作用发生环化，生成相应的苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-AA）。这些衍生物是无色的，可用层析法加以分离鉴定。这个反应首先为Edman用来鉴定蛋白质的N-末端氨基酸，在蛋白质的氨基酸顺序分析方面占有重要地位。

5.磺酰化

氨基酸与5-(二甲胺基)萘-1-磺酰氯(DNS-Cl)反应，生成DNS-氨基酸。产物在酸性条件下(6NHCl)100℃也不破坏，因此可用于氨基酸末端分析。DNS-氨基酸有强荧光，激发波长在360nm左右，比较灵敏，可用于微量分析。

6.与DNFB反应

氨基酸与2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱性溶液中作用生成二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸）。这一反应是定量转变的，产物黄色，可经受酸性100℃高温。该反应曾被英国的Sanger用来测定胰岛素的氨基酸顺序，也叫桑格尔试剂，现在应用于蛋白质N-末端测定。

7.转氨反应

在转氨酶的催化下，氨基酸可脱去氨基，变成相应的酮酸。

氨基酸的检验：

①酪氨酸、组氨酸能与重氮化合物反应(Pauly反应)，可用于定性、定量测定。组氨酸生成棕红色的化合物，酪氨酸为桔黄色。

②精氨酸在氢氧化钠中与1-萘酚和次溴酸钠反应，生成深红色，称为坂口反应。用于胍基的鉴定。