第十八章蛋白质核酸

第二十章蛋白质和核酸
第一节氨基酸
一、氨基酸的结构、命名和分类
1、蛋白质水解所得的氨基酸除个别例子外，都是α—氨基酸或其衍生物（脯氨酸）。

用酸或酶使蛋白质水解时，得到α—氨基酸，除甘氨酸以外，都是旋光的，并且都属于L型。

D型α—氨基酸也存在于自然界，例如存在于某些抗生素中。

2、天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名。

例如门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名。

天然产的氨基酸目前知道的已超过一百种。

但在生物体内作为合成蛋白质原料的只有二十种，这二十种氨基酸象无机符号一样，都有国际通用的符号来表示，
3、氨基酸可分为链状、芳香族、杂环氨基酸。

如：
根据R的不同可分为六种（R为烃基、含羟基、含氨基、含硫，含羧基，还有结构比较特殊的脯氨酸）
二、氨基酸的性质
1、氨基酸的酸碱性
氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是酸性的但它们的酸碱解离常数
比起一般的
羧基
-COOH
和氨基-NH
2
来都低的很。

例如：甘氨酸：Ka=1.6×10-10，Kb=2.5×10-12
大多数的羧酸：Ka=10-5
这说明氨基酸在一般情况下不是以游离态的羧基和氨基存在的，而是以内盐的形式存在（内盐：偶极离子），
H
3N+ _CHRCOO
- 。

如果把测得氨基酸的Ka值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度：
Ka
~ -NH
3
+
把测得甘氨酸的Kb值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度：
Kb ～-COO-
则其酸碱度与其测得的相符合。

因为在水溶液中一个共轭酸和它的共轭碱的关系式是：Ka×Kb=10-14
那么，-NH
3+的共轭碱是
-NH
2
-COO-的共轭酸是-COOH
根据上式可以算出甘氨酸
的Kb=6.3×10-5，同样-COOH的Ka=4×10-3。

-NH
2
）的羧酸来说，其酸碱前者对一个脂肪胺来说,后者对一个有强吸电子基（-NH
3+
度是合理的数值（有强吸电子基时，酸性增强）。

总之，在简单氨基酸如甘氨酸中，它的酸性基是-NH
而不是-COOH，它的
3+。

碱性基团是-COO-而不
-NH
2
氨基酸中有两性基团，所以既能和酸反应，也能和碱反应，它是两性化合物，在强酸性溶液中，以正离子形式存在，在强碱性溶液中以负离子形式存在。

或-COOH基团的离子Ⅱ和Ⅲ，与偶极离子Ⅰ处于平衡状含有一个游离
-NH
2
态。

2、氨基酸的等电性：（isoelectric point）
当氨基酸的溶液置于电场中时，所发生的变化取决于溶液的酸碱度。

在相当碱性的溶液中，阴离子Ⅱ超过阳离子Ⅲ，因此氨基酸向阳极迁移；在相当酸性的溶液中，阳离子Ⅲ是过量的，因此，氨基酸向阴极迁移，如果Ⅱ和Ⅲ完全相等，那么，没有净迁移。

在这样的条件下，任何一个分子作为正离子和作为负离子存在的机会是完全相等的，向一个电极方向的任何微小移动，马上就被一个相等的朝另一个电极的方向移动所抵消。

当一个特定的氨基酸在电场的影响
下不发生迁移时，这个氨基酸所在溶液的氢离子浓度叫做氨基酸的等电点,通常pI表示。

净电荷为零的氨基酸所在的溶液的pH值为pI。

氨基酸的pI值主要由其羧酸和氨基的电离常数来决定的，假如以pK
1
代
表-COOH基的电离常数，pK
2代表-NH
3
+基团电离常数，则pI和它们的关系可用下
式表示：
在等电点时，氨基酸的溶解度最小，因而用调节等电点的方法可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。

中性氨基酸pI =5.5~6.3 ，酸性氨基酸pI =2.8~3.2 ，碱性氨基酸pI =7.6~10.6。

一般来说，氨基酸含氨基，pI值较高，含羧基多者pH值较低。

当氨基酸中氨基多于一个时，当净电荷为零时，氨基酸溶液碱性强于氨基与羧基相等的溶液的pH值，故溶液pH值较高，pI值高。

同理，氨基酸羧基多时，pI值较值小。

3、氨基酸的反应
氨基酸含有氨基和羧基，因而能起氨基和羧基的化学反应。

⑴氨基酰化：
苄氧甲酰氯
苄氧甲酰氯作为酰化剂，与氨基酰化后，对以后应用的试剂（如SOCl2）
较稳定，因为这个试剂容易引入，还能用多种方法把它脱下来，所以，在合成蛋白质的过程中，作为氨基的保护基团。

⑵氨基的烃基化：氨基酸与RX作用则烃基化而成N-烃基衍氨基酸，如：
用氟代二硝基苯作为测定N端的试剂. （ DNP ：二硝基苯基）
⑶与亚硝酸反应：
除亚氨基酸（脯氨酸）外，α－氨基酸都能与亚硝酸反应，氨基酸与亚硝酸作用放出氮气，得到羟基酸，放出的氮气一半来自氨基酸的氨基一半来自亚硝酸，反应是定量完成的，衡量放出氮气的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量，这称为Van slyke（范斯莱克）氨基测定法。

⑷与茚三酮反应：
α－氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，能生成显蓝或紫红色的有色物质，这是鉴别α－氨基酸的灵敏方法，大多数的α－氨基酸（除脯氨酸外）都有此反应，有色物质是这样生成的：
茚三
酮水合茚三酮
（蓝色）
⑸氨基酸羧基的反应：
这里值得特别提出的是把氨基酸转化成叠氮化合物的方法，氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物：
这个叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽
此法可称为叠氮法，用此法合成的肽能保持光学纯度。

两分子氨基酸在适当条件下加热，分子中的氨基也可以与羧基相互作用失去两分子水生成二酮吡嗪。

二酮吡嗪
四、氨基酸的制备方法：
氨基酸的制备主要有蛋白质的水解，有机合成和发酵法三条途径。

氨基酸合成主要有三种方法：
1、由醛或酮制备：（strecker法）
2、α-卤代酸的氨解：
② Gabriel法（可得到较纯的氨基酸）：
3、由丙二酸酯合成：。