1、第第3 3章章 氨基酸氨基酸Amino acid一、氨基酸一、氨基酸蛋白質的構件分子蛋白質的構件分子二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類三、氨基酸的酸堿化學三、氨基酸的酸堿化學四、氨基酸的化學反應四、氨基酸的化學反應五、氨基酸的光學活性和光譜性質五、氨基酸的光學活性和光譜性質六、氨基酸的分析分離六、氨基酸的分析分離一一. . 氨基酸氨基酸蛋白質的構件分子蛋白質的構件分子蛋白質的水解：完全水解和部分水解蛋白質的水解：完全水解和部分水解酸水解酸水解 常用常用H2SO4或或HCl，可使蛋白質完全水解。，可使蛋白質完全水解。堿水解堿水解 常用常用NaOH，可使蛋白質完全水解。多數氨基酸被破，可使蛋白質完全

2、水解。多數氨基酸被破壞并消旋，堿性條件下壞并消旋，堿性條件下Trp是穩定的。是穩定的。酶水解酶水解 蛋白質的部分水解，不破壞氨基酸，也不消旋。蛋白質的部分水解，不破壞氨基酸，也不消旋。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H-氨基酸的一般結構氨基酸的一般結構In protein chemistry, we use Greek letter nomenclature.二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類 側鏈側鏈R基的不同。基的不同。20種基本氨基酸種基本氨基酸按按R的化學結構：的化學結構： 脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環族氨基酸三類。脂肪族氨脂肪族氨

3、基酸、芳香族氨基酸和雜環族氨基酸三類。脂肪族氨基酸最多。基酸最多。按按R的極性：的極性： 非極性非極性R基氨基酸、不帶電荷的極性基氨基酸、不帶電荷的極性R基氨基酸、帶負電荷的基氨基酸、帶負電荷的R基（酸性）氨基酸和帶正電荷的基（酸性）氨基酸和帶正電荷的R基（堿性）氨基酸四類。基（堿性）氨基酸四類。 非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸 蛋白質氨基酸蛋白質氨基酸2020種種氨基酸的發現年代表氨基酸的發現年代表天冬酰氨天冬酰氨 1806 Vauquelin 天門冬芽天門冬芽甘氨酸甘氨酸 1820 Braconnot 明膠明膠亮氨酸亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉羊毛、肌肉酪氨酸酪氨酸 18

4、49 Bopp 奶酪奶酪絲氨酸絲氨酸 1865 Cramer 蠶絲蠶絲谷氨酸谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋面筋天冬氨酸天冬氨酸 1868 Ritthausen 蠶豆蠶豆苯丙氨酸苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽羽扇豆芽丙氨酸丙氨酸 1881 Weyl 絲心蛋白絲心蛋白 賴氨酸賴氨酸 1889 Drechsel 珊瑚珊瑚精氨酸精氨酸 1895 Hedin 牛角牛角組氨酸組氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪奶酪胱氨酸胱氨酸 1899 Morner 牛角牛角纈氨酸纈氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪脯氨酸脯氨酸 1901 Fischer 奶酪奶酪色氨酸色氨

5、酸 1901 Hopkins 奶酪奶酪異亮氨酸異亮氨酸 1904 Erhlich 纖維蛋白纖維蛋白甲硫氨酸甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪奶酪蘇氨酸蘇氨酸 1935 McCoy et al 奶酪奶酪脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸支鏈氨基酸支鏈氨基酸中性氨基酸中性氨基酸巰基巰基甲硫基甲硫基含硫氨基酸含硫氨基酸酰氨基酰氨基極性氨基酸極性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸胍基胍基咪唑基咪唑基芳香族氨基酸芳香族氨基酸TrpTyr雜環族氨基酸雜環族氨基酸組氨酸組氨酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-C

6、H-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3胱氨酸胱氨酸蛋白質中的蛋白質中的L- -氨基酸依據極性的分類氨基酸依據極性的分類類別類別主要氨基酸主要氨基酸非非極極性性脂肪族氨基脂肪族氨基酸酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基芳香族氨基酸酸苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨

7、酸亞氨基酸亞氨基酸脯氨酸脯氨酸極極性性不帶電荷不帶電荷甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸酪氨酸帶正電荷帶正電荷賴氨酸、精氨酸、組氨酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸帶負電荷帶負電荷天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸不常見的蛋白質氨基酸不常見的蛋白質氨基酸 在少數蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱在少數蛋白質中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質氨基酸。為不常見蛋白質氨基酸。 這些氨基酸都是由相應的基本這些氨基酸都是由相應的基本氨基酸衍生氨基酸衍生而來的。而來的。 其中重要的有其中重要的有4-羥基脯氨酸、羥基脯氨

8、酸、5-羥基賴氨酸、羥基賴氨酸、N-甲基甲基賴氨酸、和賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質氨基等。這些不常見蛋白質氨基酸的結構如下。酸的結構如下。非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸除了參與蛋白質組成的除了參與蛋白質組成的2030種氨基酸外，還種氨基酸外，還在各種組織和細胞中找到在各種組織和細胞中找到150多種其他氨基酸。多種其他氨基酸。這些氨基酸大多數是蛋白質中存在的這些氨基酸大多數是蛋白質中存在的L型氨基型氨基酸的衍生物。酸的衍生物。如：如：鳥氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、- -丙氨酸、丙氨酸、- -氨基丁氨基丁酸、高半胱氨酸、高絲氨酸等。酸、高半胱氨酸、高絲氨酸等。pH=p

9、I+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+氨基酸的等電點氨基酸的等電點(isoelectric point, pI)氨基酸的解離性質氨基酸的解離性質三、氨基酸的酸堿化學三、氨基酸的酸堿化學 A+ A0 A-第一步解離：第一步解離：Ka1=A0H+/A+ (1)第二步解離：第二步解離：Ka2=A-H+/A0 (2)Gly 的的pI 計算計算Ka1Ka2將將Ka1

10、和和Ka2相乘，得：相乘，得：Ka1Ka2=H+2A-/A+等電點時，等電點時，A+=A-,因此：因此：H2= Ka1Ka2，兩邊取對數，得，兩邊取對數，得pI = (pKa1+pKa2) /2 p133Gly 的的pI為為：(2.34+9.60)/2=5.97氨基酸可解離基團的氨基酸可解離基團的pK值與等電點（值與等電點（pI）的關系：）的關系： 中性氨基酸：中性氨基酸：pI=(pKa1 + pKa2)/2 酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=(pKa1 + pKaR)/2 堿性氨基酸：堿性氨基酸：pI=(pKa2 + pKaR)/2在等電狀態，氨基酸凈電荷為零，且解離成陽離子和陰離子在等電狀態，

11、氨基酸凈電荷為零，且解離成陽離子和陰離子的數目和趨勢相等。的數目和趨勢相等。Glu 的的pI為為：(2.19+4.25)/2=3.222.194.259.67四、氨基酸的化學反應四、氨基酸的化學反應1 -氨基參與的反應氨基參與的反應2 -羧基參與的反應羧基參與的反應3 -氨基和羧基共同參與的反應氨基和羧基共同參與的反應4. 側鏈基團側鏈基團R的化學性質的化學性質1 -氨基參與的反應氨基參與的反應 與亞硝酸反應與亞硝酸反應 酰化反應酰化反應 烴基化反應烴基化反應 生成西佛堿的反應生成西佛堿的反應 脫氨基和轉氨基反應脫氨基和轉氨基反應用途用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應范斯來克法定量測定氨

12、基酸的基本反應。 1 NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O與亞硝酸反應與亞硝酸反應酰化反應酰化反應用途用途：用于保護氨基以及肽鏈的氨基端測定等用于保護氨基以及肽鏈的氨基端測定等。 1 R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO與與2，4二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB）反應）反應 AA的氨基的一個氫原子可被烴基（環烴及其衍的氨基的一個氫原子可被烴基（環烴及其衍生物）取代生物）取代 。在弱堿性溶液中，發生親核芳環取代。在弱堿性溶液中，發生親核芳環取代反應，而生成二硝基苯基反應，而生成二硝基苯

13、基AA（DNPAA） （最早（最早Sanger用來鑒定多肽或蛋白質的氨基端的用來鑒定多肽或蛋白質的氨基端的AA）烴基化反應烴基化反應用途用途：用于肽鏈的氨基端測定等用于肽鏈的氨基端測定等。l生成的生成的PTCAA和和PTHAA均無色，可均無色，可用層析法分離；用層析法分離；lEDMAN用于鑒定多肽或蛋白質的用于鑒定多肽或蛋白質的N末端末端AA；l 在多肽和蛋白質的在多肽和蛋白質的AA順序分析方面占有重順序分析方面占有重要地位。要地位。用途用途：用于肽鏈的氨基端測定等用于肽鏈的氨基端測定等。烴基化反應烴基化反應與苯異硫氰酸酯（與苯異硫氰酸酯（PITC）的反應）的反應生成西佛堿的反應生成西佛堿的反

14、應用途用途：是多種酶促反應的中間過程是多種酶促反應的中間過程。 1 HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+ H2O脫氨基和轉氨基反應脫氨基和轉氨基反應用途用途：酶催化的反應。酶催化的反應。 1 RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3C OCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2COO-O2 -羧基參與的反應羧基參與的反應 成鹽和成酯的反應成鹽和成酯的反應 形成酰鹵的反應形成酰鹵的反應 疊氮化反應疊氮化反應 脫羧反應脫羧反應用途用途：是合

15、成氨基酸酰基衍生物的重要中間體：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中間體。 1 R2OH+RCHCOO-NH3+ H2ORCHCOOR2NH2.HCl 成鹽：成鹽：氨基酸與堿作用生成相應的鹽，如與氨基酸與堿作用生成相應的鹽，如與NaOH反應得氨基酸鈉鹽。反應得氨基酸鈉鹽。成鹽和成酯反應成鹽和成酯反應成酯成酯用途用途：這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應這是使氨基酸羧基活化的一個重要反應。 1 PCl3, PCl5 or SO Cl2R CHCO O-NH PGRCHCOClNHPG形成酰鹵的反應形成酰鹵的反應用途用途：常作為多肽合成活性中間體（羧基活化）。常作為多肽合成活性中間體（羧基活化）。 1 R

16、CHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON3NHPGHNO3H2O,N2疊氮化反應疊氮化反應用途用途：酶催化的反應（脫羧基反應）酶催化的反應（脫羧基反應）。CO2+H+RCH2NH2RCHCOO-NH3+脫羧反應脫羧反應3 -氨基和羧基共同參與的反應氨基和羧基共同參與的反應 與茚三酮反應與茚三酮反應 成肽反應成肽反應用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。與茚三酮反應與茚三酮反應CCCOOO茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CO2NH2RCHO+CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOO

17、OHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2+CCCOOOCCCOOHHO藍紫色化合物藍紫色化合物二肽二肽成肽反應成肽反應用途用途：是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。是多肽和蛋白質生物合成的基本反應。4. 側鏈基團側鏈基團R的化學性質的化學性質 巰基巰基 羥基羥基 咪唑基與苯酚基咪唑基與苯酚基巰基（巰基（-SH）的性質）的性質作用：作用：這些反應可用于巰基的保護這些反應可用于巰基的保護。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+ 1

18、 巰基（巰基（-SH）的性質）的性質作用：作用：與金屬離子的螯合性質可用于體內解毒與金屬離子的螯合性質可用于體內解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-巰基（巰基（-SH）的性質）的性質作用：作用：氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵形成或斷裂。氧化還原反應可使蛋白質分子中二硫鍵形成或斷裂。（過甲酸（過甲酸HCOOOH，巰基化合物如，巰基化合物如R-SH、DTT等）等）-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸 1 作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含

19、量作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。（1分子半胱氨酸生成分子半胱氨酸生成1分子硫硝基苯甲酸）分子硫硝基苯甲酸）H3NCHCH2S-COO-+SSNO2NO2CO2HCO2H+COO-H3NCHCH2SCO2HNO2-S-NO2COO-HS-+硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物 (DTNB)巰基（巰基（-SH）的性質）的性質 1 羥基的性質羥基的性質作用：可用于修飾蛋白質。作用：可用于修飾蛋白質。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(CH3)2二異丙基氟磷酸酯二異丙基氟磷酸酯 (DFP)

20、咪唑基、苯酚基的性質咪唑基、苯酚基的性質 組氨酸含有組氨酸含有咪唑基咪唑基，它的，它的pK2值為值為6.0，在生，在生理條件下具有緩沖作用。理條件下具有緩沖作用。 酪氨酸中的酪氨酸中的苯酚基苯酚基可以與重氮化合物（例如：可以與重氮化合物（例如：對氨基苯磺酸的重氮鹽）結合生成橘黃色的化對氨基苯磺酸的重氮鹽）結合生成橘黃色的化合物。合物。 組氨酸的組氨酸的咪唑基咪唑基與重氮苯磺酸也能形成相似與重氮苯磺酸也能形成相似的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。的化合物，但顏色稍有差異，呈棕紅色。作用：在序列測定和蛋白質化學修飾中使用作用：在序列測定和蛋白質化學修飾中使用。五、基酸的光學活性和光譜性質五、基酸的光學活性和光譜性質氨基酸的旋光性氨基酸的旋光性除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性 - -碳碳原子，因此都具有旋光性。原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數之一，比旋光度是氨基酸的重要物理常數之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據。是鑒別各種氨基酸的重要依據。 氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收 構成蛋白質的構成蛋白質