第2章 氨基酸

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-丙氨酸
H2N-CH2-CH2-CH2-COOH
-氨基丁酸
鸟氨酸
瓜氨酸
三、氨基酸的酸碱性质
(一)兼性离子
H R C NH 2 非解离形式 COOH R
H C NH 3
+
COO
两性离子形式
(二)氨基酸的解离
(三)氨基酸的等电点
• 当溶液为某一 pH 值时, AA 主要以兼性离子 的形式存在,分子中所含的正负电荷数目 相等,净电荷为0。这一pH值即为AA的等电 点(pI)。
得到各种AA的混合物 酶水解一般是部分水解 得到多肽片段和AA的混合物
氨基酸是蛋白质的基本结构单元
(二) 氨基酸的结构
地球上天然形成的AA300种以上。 构成蛋白质的AA只有20余种,且都
是α-氨基酸。
什么是氨基酸?
什么是α-氨基酸?
• ----C-C-C-C-COOH
γ β α
• ----C-C-C-C(NH2)-COOH α-氨基酸
NH3
CO2
RCHO
水合性茚三酮
+ 2NH3 +
3H20
还原性茚三酮
水合性茚三酮
蓝紫色化合物
弱酸 加热
(四) 侧链R基参加的反应
1、Tyr
2、碱性AA
3、带硫AA
1、Tyr
HO O O OH HO O HO O
H2N
NH2
H2N
H2N
I HO
I OH
I OH
NO2
O 2N HO
NO2
黄色反应 Tyr酚基在3和5位上易发生亲电取代反应, 如碘化和硝化
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NH2 来都低。
因为有强吸电子基团时酸性增强。
对多氨基和多羧基氨基酸的解离
解离原则:
谷氨酸(A)和赖氨酸(B)滴定曲线和等电点计算
A
pK3 pH pK3 pH pK2 pK1 pK2
pI
非蛋白质氨基酸
天冬氨酸
氨 基 酸
酸性氨基酸
蛋白质氨基酸 (20种)
甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺 中性氨基酸 丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 非极性氨基酸 苯丙氨酸 甲硫氨酸 色氨酸 脯氨酸 缬氨酸
谷氨酸 赖氨酸 碱性氨基酸 精氨酸 组氨酸 极性氨基酸
按R基的极性性质分类:
T yr H C CH2
O C N H
Asp H C CH2
O C N H
Gln H C COO
-
C CH2 OH
N- 端
CH2 C- 端 CH2 CONH2
CH3 CH3 肽键 OH
CO2H
• 多肽链中AA残基按一定顺序排列:氨基酸顺序 • 含游离-氨基的一端:氨基端或N-端 含游离-羧基的一端:羧基端或C-端 • AA顺序是从N-端开始以C-端氨基酸残基为终点 如上述五肽:Ser-Val-Tyr-Asp-Gln
Sanger 法测定N末端氨基酸基础
苯异硫氰酸酯PITC
H —N=C=S + R N—CH—COOH
PITC
H
pH8.3
Edman降解法基础
H H R —N—C—N—CH—COOH S 无水HF —N—C O C C H R N PTH-氨基酸 S PTC-氨基酸
苯氨基硫甲酰衍生物
苯乙内硫脲衍生物
按R基的化学结构分类:
1、脂肪族aa
(1)中性aa (2)含羟基或硫aa (3)酸性aa及其酰胺 (4)碱性aa
2、芳香族aa 3、杂环aa
按R基的化学结构分类:
1、脂肪族aa (1)中性aa
(2)含羟基或硫aa
(3)酸性aa及其酰胺
(4)碱性aa
2、芳香族aa
3、杂环aa
按R基的极性性质可以分成以下4组:
3、带硫AA
Met侧链上甲硫基:强亲核基团与烃化试剂成锍盐
保护巯基
与二硫硝基苯甲酸发生硫醇-二硫化物交换 pH8.0时412nm最大光吸收 —分光光度法测定-SH
Cys的巯基不稳定,易被空气氧化成二 硫键
巯基在有痕量的金属离子如: Cu2+,Fe2+,Co2+或Mn2+时,易被氧化
2R-SH+ 1/2O2
分 类
一、根据来源分:内源氨基酸和外源氨基酸 二、从营养学角度分:必需氨基酸和非必需氨基酸 这些体内需要而又不能自身合成,必须由食物供 应的氨基酸,称为营养必需氨基酸。 人体必需氨基酸有八种: Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书” 半必需氮基酸:组氨酸、精氨酸 三、根据是否组成蛋白质来分: 蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非 蛋白氨基酸
CH2SH HOCH HCOH CH2SH
HO
+来自百度文库
R-S-S-R
OH
S S
+
2R-SH
二硫苏糖醇
五、AA的光学活性和光谱性质
(一)AA的光学活性和立体化学
(二)氨基酸的光谱性质
1、紫外吸收光谱
可见光区:无吸收 远紫外和红外区:都吸收 近紫外区(200—400nm):Tyr/Trp/Phe 原因:-C=C-C=C-C=C-C=C-
• 在 pI 时, AA 在电场中既不向正极也不向负 极移动,即处于两性离子状态。
Ka1*Ka2=……
侧链不含离解基团的中性AA pI
= (pK’1 + pK’2 )/2
表观解离常数
pI =1/2(pKl′+ pK2′)
对侧链R基不解离的中性氨基酸来说,其 等电点是它的pKl′和pK2′的算术平均值。
• ----C-C-C(NH2)-C-COOH
β-氨基酸
• ----C-C(NH2)-C-C-COOH
γ-氨基酸
• 大多数AA在中性pH时 呈兼性离子状态:
COO-
NH3+
• 除甘氨酸外,19种AA 都具有旋光性。 • 除胱氨酸和酪氨酸外, 其余AA都能溶于水。
二、氨基酸的分类
(一)常见的蛋白质氨基酸
四、氨基酸的化学反应
COOH H2N C R H
(一)α-氨基参加的反应
1.与亚硝酸反应
2.与酰化试剂反应 3.烃基化反应 4.形成Schiff’s碱反应
5.脱氨基反应
与亚硝酸反应
R NH2 CH COOH + HNO2 R OH CH COOH+H2O+N2
Van
Slyke 法测氨基氮(体积)的基础。 N2中的1/2为氨基氮。
氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。
(注:含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应)。
与丹磺酰氯反应(DNS)
丹磺酰氯是二甲氨基萘磺酰氯的简称
+ HCI
有荧光
与亚硝酸反应
O2N NO2 R F + H2N—CH—COOH
DNFB
O2N NO2
弱碱性
R HN—CH—COOH + HF
DNP-氨基酸 (黄色)
茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨 基酸共热,氨基酸被氧化成醛、 CO2和NH3,最后茚三酮与反 应产物──氨和还原茚三酮发 生作用,生成蓝紫色化合物。
H N
C O OH
两个亚氨基酸──脯氨酸和羟 脯氨酸与茚三酮反应形成黄色 化合物。
OH 羟脯氨酸Pro
氨基酸与茚三酮反应 +
加热 (弱酸)
+
还原性茚三酮
R-S-S-R + H2O
Cys中的二硫键可被氧化剂(过甲酸)以 及还原剂(巯基化合物)打开。
H2N-CH-COOH 6HCOOOH CH2 S S CH2 H2N-CH-COOH 2R-SH H2N-CH-COOH CH2 SO3H
+
6HCOOH
磺基丙氨酸
H2N-CH-COOH CH2 SH
+
R-S-S-R
酰化氨基酸甲酯
YNH O R—CH—C—OCH3

4.叠氮反应
NH2NH2
YNH O HNO2 R—CH—C—NHNH2 酰化氨基酰肼 YNH O R—CH—C—N -—N+ N + 2H2O 酰化氨基酰叠氮
肽的人工合成
(三)α-羧基和α-氨基都参加的反应
1、 与茚三酮反应 2、 成肽反应
与茚三酮反应
(一)、肽和肽键的结构
N=C 0.127nm 键长=0.132nm N-C 0.148nm
肽键
• 肽键中的C-N键具有部分双键性质,不能自由旋转。 • 在大多数情况下,以反式结构存在。
多肽链结构示意图
①肽键中C-N键有部分
双键性质
——不能自由旋转
②组成肽键原子处于 同一平面(肽平面) ③键长及键角一定 ④大多数情况以反式 结构存在
pI=(pK1 ′ +pK2 ′)/2
碱性氨基酸: pK2′为α-氨基的解离常数,pK3 ′为侧链氨基的解离常数。
pI=(pK1 ′ +pK2 ′)/2
pI=(pK2 ′ +pK3 ′)/2


1.某氨基酸的等电点即为该氨基酸两性离 子两边的pK值和的一半。 2.在氨基酸等电点以上任何pH,AA带净的 负电荷,在电场中向阳极移动;在氨基酸 等电点以下任何pH,AA带净的正电荷,在 电场中向阴极移动。 3.在一定pH范围中,溶液的pH离AA等电点 愈远,AA带净电荷愈多。
第2章
氨基酸
(Amino Acid, AA, Aa, aa)
一、氨基酸 ——蛋白质的构件分子
Protein Architecture
(一) 蛋白质水解
蛋白质——月示——胨——多肽——肽——AA
1*104 5*103 2*103 1000 200 100-500
蛋白质和多肽的肽键可被催化水解 酸/碱能将蛋白完全水解


固定相装于柱内
固定相是液体,吸附在滤纸上,将样品 点在纸上,用流动相展开 薄层 将有适当粘度的固定相涂在薄板上 薄膜 与纸层析相似, 纸用其它高分子有机吸附剂代替
按层析原理分:
吸附
分配 离子交 换 凝胶 亲和 固定相 固体 液体 离子交换剂 多孔凝胶, 各组分对固定相 吸附能力不同 分配系数不同 亲和性不同 通过速度不同
1、非极性R基aa
2、不带电荷的极性R基aa
3、带正电荷的R基aa
4、带负电荷的R基aa
(二)不常见的蛋白质氨基酸
由常见aa经修饰而来。
6-N-甲基赖氨酸
γ-羧基谷氨酸
(三)非蛋白质氨基酸
•150多种 •多是蛋白质中L型α-AA衍生物 •有一些是β-,γ-,δ-AA
•有些是D-型AA
H2N-CH2-CH2-COOH
pI
pK1 加入的OH-mL数
加入的OH-mL数
一氨基二羧基AA的 等电点计算:
二氨基一羧基AA的 等电点计算:
pK´1+pK´2 pI= 2
pK´2+pK´3 pI= 2
总结
中性氨基酸:pK1′为α-羧基的解离常数,pK2 为α-氨基的解离常数。

酸性氨基酸:pK1 ′为α-羧基的解离常数,pK2 ′ 为侧链羧基的解离常数。
(2)成酯
NH2 R CH COOH + C2H5OH
R CH COOC2H5 + H2O NH3· Cl
干燥,HCl
回流
保护羧基
2.成酰氯反应
HN-保护基 R— CH-COOH + PCl5
HN-保护基 R — CH-COOCl + POCl3 + HCl 保护氨基 活化羧基
3.脱羧基反应
NH2 R—CH-COOH R-CH2-NH2 +CO2 脱羧酶
紫外-可见分光光度计
2、核磁共振波谱
六、氨基酸混合物的分析分离
(一)分配层析法的一般原理
——利用AA成分分配系数的差异
层析系统
{
固定相 流动相
{
固体 附着在固相上的液体
按两相所处状态分:
流动相 液体 固 定 相 气体 气液层析 气固层析
液 体 固 体
液液层析 液固层析
按操作形式分:
Pauly反应
2、碱性AA
HO3S
N
N
HO
O
HO3S
N
N
H2N
OH
Pauly反应
NH2 CH2 CH COOH HN N HO3S N N
His侧链咪唑基 与重氮苯磺酸生 成棕红色化合物
HO3S
N
N
Arg侧链胍基与 环己二酮生成 缩合物
Trp侧链吲哚基能被 N-溴代琥珀酰亚胺氧化 ——分光光度法测定Trp含量
R’ COOH C=O + H2N CH H R
-H20 +H20
R’ COO C=N CH H R

氨基酸
Schiff’s碱
在生物体内经AA氧化酶催化 即脱去α-氨基而转变为酮酸。
(二) α-羧基参加的反应
1.成盐或成酯反应 2.成酰氯反应
3.脱羧基反应 4.叠氮反应
1.成盐或成酯反应
(1)与NaOH等形成盐
第3章 肽及其生理活性
肽(peptide)
AA-NH2与另一AA-COOH间失水形成的酰胺键 称肽键,所形成的化合物称肽。
由两个AA组成的肽称为二肽。 由多个AA组成的肽则称为多肽。 组成多肽的AA单元称为氨基酸残基。
Ser H H3N
+
O C N H
Val H C CH
O C N H
固定相只能与一种组分结合, ——分开其它无亲和力的组分
(二)分配柱层析
填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、 淀粉、硅胶等,收集的组分用茚三酮 显色定量。
(三)纸层析 (四)薄层层析
(五)离子交换层析
(六)气液层析
(七)高效液相层析
固定相支持剂颗粒细,表面积大; 采取高压,洗脱速度快。
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