考研生化第3章 氨基酸

Biochemistry生物化学硕士研究生入学考试国家教育部指定考试科目教材：王镜岩主编（第三版）高教出版社主讲:杨卫民教授Chapter3一、氨基酸——蛋白质的构件分子氨基酸(aminoacid)：α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是羧酸分子中α-碳原子上的一个氢原子被氨基替代而成的化合物，故称α-氨基酸。蛋白质水解产物即为氨基酸的混合物，不同水解方法各有其优缺点（123页）。1、酸水解：不引起消旋作用，得到L-氨基酸，但Trp完全被破坏。2、碱水解：引起消旋现象，得到D-和L-氨基酸的混合物，Trp稳定。3、酶水解：不引起消旋作用，也不破坏氨基酸，但水解不彻底。除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结构通式。二、氨基酸的结构和分类1、氨基酸的分类各种氨基酸的区别在于侧链R基的不同。20种蛋白质氨基酸按R的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸；按R基的结构可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸3大类。氨基酸的三字母简写符号必背熟，单字母符号要求认识。COOHCHH2NR-氨基酸的通式可变部分不变部分氨基酸有D-及L-型，除甘氨酸无不对称碳原子因而无D-及L-型之分外，一切α-氨基酸的α-碳原子皆为不对称，故都有D-及L-两种异构体。在脂肪族氨基酸中，根据所含氨基、羧基的多寡及是否含硫或羟基，又可分为一氨基一羧基、一氨基二羧基、二氨基一羧基、含羟基及含硫氨基酸等几小类。一氨基一羧基氨基酸又称中性氨基酸，一氨基二羧基氨基酸又称酸性氨基酸，二氨基一羧基氨基酸又称碱性氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸是亚氨酸，因存在于天然蛋白，习惯上也列入氨基酸。蛋白质中存在的氨基酸皆为L-型，但在微生物体内及抗菌素中亦有D-型氨基酸存在(自由或肽结合形式)。2、氨基酸的结构甘氨酸Glycine中性脂肪族氨基酸H2NCHCHOHO氨基酸的结构中性脂肪族氨基酸H2NCHCCH3OHO甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine中性脂肪族氨基酸H2NCHCCHOHOCH3CH3氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine中性脂肪族氨基酸H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine中性脂肪族氨基酸H2NCHCCHOHOCH3CH2CH3氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline亚氨基酸HNCOHO氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸Methionine含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸Methionine半胱氨酸Cysteine含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOSH氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸TrytophanH2NCHCCH2OHOHN氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸Arginine赖氨酸LysineH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸Arginine赖氨酸Lysine组氨酸HistidineH2NCHCCH2OHONNH氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCOHO氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate谷氨酸Glutamate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2COHO氨基酸的结构丝氨酸Serine含羟基氨基酸H2NCHCCH2OHOOH氨基酸的结构丝氨酸Serine苏氨酸Threonine含羟基氨基酸H2NCHCCHOHOOHCH3氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCNH2O氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine谷酰胺Glutamine含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-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3、氨基酸的旋光性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。酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;4、氨基酸的光吸收三、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。在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。COO-CHH3N+R-pK1'+H+H+COOHCHH3N+RH+H++pK2'-COO-CHH2NRPH1710净电荷+10-1正离子兼性离子负离子等电点PI氨基酸的等电点当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。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硷性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2四、几种重要的不常见氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（1）与甲醛发生羟甲基化反应pK'2H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3++COO-CH2NHCH2OHHCHOHCHOCOO-CH2NH(CH2OH)2用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。即氨基酸的甲醛滴定P135页1．-氨基参与的反应（2）与亚硝酸反应用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。NH2R-CH-COOH+HNO2OHR-CH-COOH+N2+H2O五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（3）酰化反应用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。R1CXO+H2NCHCOO-R2X=-Cl,OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1CHNO五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（4）烃基化反应用途：是鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法。CH2CH2ClS:R1S+R1CH2CH2ClH2NCHCOO-R2R1SCH2NHCH(R2)COO-五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（5）生成西佛碱的反应用途：是多种酶促反应的中间过程。HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2CHCOOH+H2O五、氨基酸的化学性质1．-氨基参与的反应（6）脱氨基和转氨基反应用途：酶催化的反应。RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3COCOO-CH3CCOO-NH3++CCOO-CH2CH2COO-O五、氨基酸的化学性质氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐则不溶于水。2．-羧基参与的反应（1）成盐反应用途：五、氨基酸的化学性质11．-氨基参与的反应（2）形成酯的反应用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。2．-羧基参与的反应R2OH+RCHCOO-NH3++H2ORCHCOOR2NH2.HCl五、氨基酸的化学性质1（3）形成酰卤的反应用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。2．-羧基参与的反应PCl3,PCl5orSOCl2RCHCOO-NHPGRCHCOClNHPG五、氨基酸的化学性质（4）叠氮化反应用途：常作为多肽合成活性中间体。2．-羧基参与的反应RCHCOOCH3NHPGRCHCOONHNH2NHPGCH3OHNH2NH2RCHCON3NHPGHNO3H2O,N2五、氨基酸的化学性质1（5）脱羧反应用途：酶催化的反应。2．-羧基参与的反应CO2+H++RCH2NH2RCHCOO-NH3+五、氨基酸的化学性质1(1)与茚三酮反应用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。3．-氨基和羧基共同参与的反应CCCOOO茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮CO2NH2RCHO++++CCCOOHOHH2NCHCOOHRCCCOOOHOH+2NH3CCCOOCCCOO-NH4+NH2O2++CCCOOOCCCOOHHO五、氨基酸的化学性质1（2）成肽反应用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。3．-氨基和羧基共同参与的反应H2NCR1HCOHOHNHCCOOHR2H+H2ONHCCOOHR2HH2NCR1HCO-肽键五、氨基酸的化学性质4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质1作用：这些反应可用于巯基的保护。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OOCCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。-OOCCHCH2SHNH3++COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸4．侧链基团的化学性质(1)巯基（-SH）的性质作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。H3NCHCH2S-COO-+SSNO2NO2CO2HCO2H++COO-H3NCHCH2SCO2HNO2-S-NO2COO-HS-+硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)4．侧链基团的化学性质（2）羟基的性质1作用：可用于修饰蛋白质。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(CH3)2二异丙基氟磷酸酯4．侧链基团的化学性质（3）咪唑基的性质•组氨酸含有咪唑基，它的pK2值为6.0，在生理条件下具有缓冲作用。组氨酸中的咪唑基能够发生多种化学反应。可以与ATP发生磷酰化反应，形成磷酸组氨酸，从而使酶活化。组氨酸的咪唑基也能发生烷基化反应。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或丧失作用：。4．侧链基团的化学性质（4）甲硫基的性质1作用