氨基酸結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1、1.1.掌握蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單體：氨基酸的結(jié)構(gòu)掌握蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單體：氨基酸的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)，從各氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上理解氨基酸特點(diǎn)，從各氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上理解氨基酸 的分類(lèi)。的分類(lèi)。2.2.掌握氨基酸的理化性質(zhì)，重點(diǎn)掌握兩性電離掌握氨基酸的理化性質(zhì)，重點(diǎn)掌握兩性電離 與等電點(diǎn)含義。與等電點(diǎn)含義。3 3 氨基酸的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用氨基酸的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用目的與要求目的與要求蛋白質(zhì)的元素組成 蛋白質(zhì)是有機(jī)化合物，離不開(kāi)蛋白質(zhì)是有機(jī)化合物，離不開(kāi)C C、H H、O O三種元素，還含有三種元素，還含有N N、P P、S S、金屬元素等。、金屬元素等。 含量含量% % ： 505055 655 67 207

2、 2023 1523 1517 0.317 0.33 3 微量或無(wú)微量或無(wú) 元素組成元素組成 ： C H O C H O N N S S 其它其它 蛋白質(zhì)中蛋白質(zhì)中N N是特征元素，且含量恒定，為是特征元素，且含量恒定，為16%16%左右左右 ，即，即1616克克氮氮/100/100克蛋白質(zhì)，故可以用克蛋白質(zhì)，故可以用定氮法定氮法測(cè)量蛋白質(zhì)含量，即：每測(cè)量蛋白質(zhì)含量，即：每100100克蛋白質(zhì)含氮克蛋白質(zhì)含氮1616克，克，100/16=6.25100/16=6.25克蛋白質(zhì)含克蛋白質(zhì)含氮氮1 1克。所以，克。所以，每克樣品含氮量每克樣品含氮量6.256.25100=100100=100克樣品

3、蛋白質(zhì)含量（克克樣品蛋白質(zhì)含量（克% %）。 有些蛋白質(zhì)含有有些蛋白質(zhì)含有其他微量元素其他微量元素：P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、MoMo、I I 等。等。 一 蛋白質(zhì)的水解1.1.酸水解酸水解 條件條件：5 51010倍的倍的20%20%的鹽酸煮沸回流的鹽酸煮沸回流16162424小時(shí)，小時(shí)，或加壓于或加壓于120120水解水解2 2小時(shí)。小時(shí)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可蒸發(fā)除去鹽酸，水解徹底，終產(chǎn)物為：可蒸發(fā)除去鹽酸，水解徹底，終產(chǎn)物為L(zhǎng)-L-氨基酸，產(chǎn)物單一，無(wú)消旋現(xiàn)象。氨基酸，產(chǎn)物單一，無(wú)消旋現(xiàn)象。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：色氨酸破壞，并產(chǎn)生一種黑色的物質(zhì)：腐：色氨酸破壞，并產(chǎn)生一種

4、黑色的物質(zhì)：腐黑質(zhì)，水解液呈黑色。黑質(zhì)，水解液呈黑色。2. 2. 堿水解堿水解條件條件：4mol/L Ba(OH)4mol/L Ba(OH)2 2或或6mol/L NaOH6mol/L NaOH煮沸煮沸6 6小時(shí)。小時(shí)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：水解徹底，色氨酸不被破壞，水解液清亮。：水解徹底，色氨酸不被破壞，水解液清亮。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：產(chǎn)生消旋產(chǎn)物，破壞的氨基酸多，一般很少使用。：產(chǎn)生消旋產(chǎn)物，破壞的氨基酸多，一般很少使用。3. 3. 蛋白酶水解蛋白酶水解條件條件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常溫：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常溫37374040， pHpH值值5 58 8 。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：氨基酸不被破壞，不發(fā)生消旋

5、現(xiàn)象。：氨基酸不被破壞，不發(fā)生消旋現(xiàn)象。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：水解不完全，中間產(chǎn)物多。：水解不完全，中間產(chǎn)物多。 蛋白質(zhì)酸堿水解常用于蛋白質(zhì)的組成分析，而酶水解蛋白質(zhì)酸堿水解常用于蛋白質(zhì)的組成分析，而酶水解用于制備蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。用于制備蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。二、蛋白質(zhì)分子的基本組成單位氨基酸（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式： 1 1、構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸均為基酸均為L(zhǎng) L- - -氨基酸氨基酸。 2 2、除除R R為為H H（甘氨酸（甘氨酸）外，其余氨基酸均具）外，其余氨基酸均具有旋光性。有旋光性。 3 3、各種氨基酸的區(qū)各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)基別在于側(cè)基R R基上?；?。 從氨基酸

6、的結(jié)構(gòu)通式從氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以看出：可以看出：（二）氨基酸的構(gòu)型：（二）氨基酸的構(gòu)型： 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸除甘氨酸外除甘氨酸外，均，均含有含有-碳原子，在空間各原子有碳原子，在空間各原子有兩種排兩種排列方式列方式：L-L-構(gòu)型與構(gòu)型與D-D-構(gòu)型，它們的關(guān)系就構(gòu)型，它們的關(guān)系就像左右手的關(guān)系，互為像左右手的關(guān)系，互為鏡像關(guān)系鏡像關(guān)系，下圖以，下圖以丙氨酸為例：丙氨酸為例： （三）氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)（三）氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1 1、按氨基酸分子中羧基與氨基的數(shù)目分：、按氨基酸分子中羧基與氨基的數(shù)目分： （1 1）酸性氨基酸酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、：一氨基二

7、羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酸、（2 2）堿性氨基酸堿性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸：二氨基一羧基氨基酸 ，有：賴(lài)氨酸、，有：賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸精氨酸、組氨酸（3 3）中性氨基酸中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、：一氨基一羧基氨基酸，有：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸。胺、絲氨酸、蘇氨酸。2 2、按側(cè)基、按側(cè)基R R基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分： （1 1）脂肪族氨基酸

8、脂肪族氨基酸（2 2）芳香族氨基酸芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3 3）雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸：脯氨酸、組氨酸：脯氨酸、組氨酸3 3、按側(cè)基、按側(cè)基R R基與水的關(guān)系分：基與水的關(guān)系分： （1 1）非極性氨基酸非極性氨基酸：有丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨：有丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、脯氨酸。脯氨酸。（2 2）極性不帶電氨基酸極性不帶電氨基酸：甘氨酸、甘氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸。絲氨酸、蘇氨酸。（3 3）極性帶電氨基酸極性

9、帶電氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、賴(lài)氨酸、精氨：天冬氨酸、谷氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸。酸、組氨酸。4 4、按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分：、按氨基酸是否能在人體內(nèi)合成分： （1 1）必需氨基酸必需氨基酸：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物：指人體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：賴(lài)氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、中攝取，有八種：賴(lài)氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸。纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸。（2 2）非必需氨基酸非必需氨基酸：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。：指人體內(nèi)可以合成的氨基酸。有十種。（3 3）半必需氨基酸半必需氨基酸：指人體內(nèi)可

10、以合成但合成量不能滿(mǎn)足人：指人體內(nèi)可以合成但合成量不能滿(mǎn)足人體需要（特別是嬰幼兒時(shí)期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、體需要（特別是嬰幼兒時(shí)期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、精氨酸。精氨酸。 二十種氨基酸的名稱(chēng)和結(jié)構(gòu)如圖所示二十種氨基酸的名稱(chēng)和結(jié)構(gòu)如圖所示: :注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)注：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)支鏈氨基酸：支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、半胱氨酸（含巰基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環(huán)的氨基酸：含苯環(huán)的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨

11、酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：組氨酸組氨酸亞氨基酸：亞氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸：賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸（四）蛋白質(zhì)中不常見(jiàn)的氨基酸（四）蛋白質(zhì)中不常見(jiàn)的氨基酸羥羥- -脯氨酸、羥脯氨酸、羥- -賴(lài)氨酸、賴(lài)氨酸、- -羧基谷氨酸、羧基谷氨酸、6-6-氮氮- -甲基賴(lài)氨酸甲基賴(lài)氨酸（五）非蛋白氨基酸（五）非蛋白氨基酸 鳥(niǎo)氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高絲氨酸、鳥(niǎo)氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高絲氨酸

12、、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基丁酸等氨基丁酸等三.氨基酸的理化性質(zhì)（一）物理性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1.1.形態(tài)：形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。不同。2.2.溶解性：溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。3.3.熔點(diǎn)：熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)一般都比較高，一般都大于氨基酸的熔點(diǎn)一般都比較高，一般都大于200200，超過(guò)熔點(diǎn)以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。超過(guò)熔點(diǎn)以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。 4.4.旋光性：旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。

13、除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.5.光吸收：光吸收：氨基酸在可見(jiàn)光范圍內(nèi)無(wú)光吸收，在近紫外氨基酸在可見(jiàn)光范圍內(nèi)無(wú)光吸收，在近紫外區(qū)含苯環(huán)氨基酸有光的吸收。區(qū)含苯環(huán)氨基酸有光的吸收。（二）化學(xué)性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)1.1.氨基酸的兩性電離及等電點(diǎn)：氨基酸的兩性電離及等電點(diǎn)： 氨基酸既含有氨基，可接受氨基酸既含有氨基，可接受H H+ +，又含有羧基，可電離，又含有羧基，可電離出出H H+ +，所以氨基酸具有，所以氨基酸具有酸堿兩性性質(zhì)酸堿兩性性質(zhì)。通常情況下，氨。通常情況下，氨基酸以基酸以?xún)尚噪x子的形式兩性離子的形式存在，如下圖所示：存在，如下圖所示： 從上圖可知：氨基酸在從上圖可知：氨基酸在酸性環(huán)

14、境酸性環(huán)境中，主要以中，主要以陽(yáng)離子陽(yáng)離子的形的形式存在，在式存在，在堿性環(huán)境堿性環(huán)境中，主要以中，主要以陰離子陰離子的形式存在。在的形式存在。在某一某一pHpH環(huán)境環(huán)境下，以下，以?xún)尚噪x子兩性離子（兼性離子）的形式存在。該（兼性離子）的形式存在。該pHpH稱(chēng)為稱(chēng)為該氨基酸的該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。所以氨基酸的。所以氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)可以定義為：可以定義為：氨基氨基酸所帶正負(fù)電荷相等時(shí)的溶液酸所帶正負(fù)電荷相等時(shí)的溶液pHpH。 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被堿滴定，應(yīng)該具有兩性電離的性質(zhì)，現(xiàn)以堿滴定，應(yīng)該具有兩性電離的性質(zhì)，現(xiàn)以甘氨酸甘氨酸為例來(lái)說(shuō)明氨基

15、酸兩性電離的特點(diǎn)。為例來(lái)說(shuō)明氨基酸兩性電離的特點(diǎn)。左圖是左圖是甘氨酸的電離酸甘氨酸的電離酸堿滴定曲線(xiàn)堿滴定曲線(xiàn)，從左向右是，從左向右是用用NaOHNaOH滴定的曲線(xiàn)，溶液滴定的曲線(xiàn)，溶液的的pHpH由小到大逐漸升高；由小到大逐漸升高；從右向左是用從右向左是用鹽酸鹽酸滴定的滴定的曲線(xiàn)，溶液的曲線(xiàn)，溶液的pHpH由大到小由大到小逐漸降低。曲線(xiàn)中從左向逐漸降低。曲線(xiàn)中從左向右右第一個(gè)拐點(diǎn)第一個(gè)拐點(diǎn)是氨基酸羧是氨基酸羧基解離基解離50%50%的狀態(tài)，的狀態(tài)，第二第二個(gè)拐點(diǎn)個(gè)拐點(diǎn)是氨基酸的等電點(diǎn)，是氨基酸的等電點(diǎn)，第三個(gè)拐點(diǎn)第三個(gè)拐點(diǎn)是氨基酸氨基是氨基酸氨基解離解離50%50%的狀態(tài)。的狀態(tài)。 通過(guò)通過(guò)

16、氨基酸的滴定曲線(xiàn)氨基酸的滴定曲線(xiàn)，可用下列，可用下列 Henderson-Henderson-HasselbalchHasselbalch 方程求出方程求出各解離基團(tuán)的解離常數(shù)（各解離基團(tuán)的解離常數(shù)（pKpK）： 根據(jù)根據(jù)pKpK可求出氨基酸的等電點(diǎn)，可由其等電可求出氨基酸的等電點(diǎn)，可由其等電點(diǎn)左右兩個(gè)點(diǎn)左右兩個(gè)pKpK，值的算術(shù)平均值求出。值的算術(shù)平均值求出。中性氨基酸：中性氨基酸： pI=(pKpK1 1 + pKpK2 2)/2pKpK1 1為為-羧基的解羧基的解 離常數(shù)離常數(shù), ,pKpK2 2為為-氨基的解氨基的解 離常數(shù)。離常數(shù)。氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算二十種氨基酸的二

17、十種氨基酸的pKpK，及等電點(diǎn)：及等電點(diǎn)： 2.2.由由-氨基參加的反應(yīng)：氨基參加的反應(yīng)： (1) (1) 與亞硝酸反應(yīng)：與亞硝酸反應(yīng)：放出氮?dú)?，氮?dú)獾囊话雭?lái)自氨基放出氮?dú)猓獨(dú)獾囊话雭?lái)自氨基氮，一半來(lái)自亞硝酸，在通常情況下測(cè)定生成的氮?dú)獾?，一半?lái)自亞硝酸，在通常情況下測(cè)定生成的氮?dú)獾捏w積量可計(jì)算氨基酸的量，此反應(yīng)可用于測(cè)定蛋白的體積量可計(jì)算氨基酸的量，此反應(yīng)可用于測(cè)定蛋白質(zhì)的水解程度。質(zhì)的水解程度。(2) (2) 與甲醛的反應(yīng)：與甲醛的反應(yīng)：用過(guò)量的中性甲醛與氨基酸反應(yīng)，可游離用過(guò)量的中性甲醛與氨基酸反應(yīng)，可游離出氫離子，然后用出氫離子，然后用NaOHNaOH滴定，從消耗的堿量可以計(jì)算出氨基

18、酸滴定，從消耗的堿量可以計(jì)算出氨基酸的含量。此法稱(chēng)為間接滴定法。的含量。此法稱(chēng)為間接滴定法。(3) (3) 與與2,4-2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（2,4-DNFB2,4-DNFB）的反應(yīng)（）的反應(yīng)（SangerSanger反應(yīng)）：反應(yīng)）：在堿性條件下生成黃色的二硝基苯在堿性條件下生成黃色的二硝基苯- -氨基酸衍生物。氨基酸衍生物。 (4) (4) 與苯異硫氰酸酯（與苯異硫氰酸酯（PITCPITC）反應(yīng)（）反應(yīng)（EdmanEdman反應(yīng)）：反應(yīng)）：生成苯乙內(nèi)酰硫脲生成苯乙內(nèi)酰硫脲- -氨基酸。氨基酸。（3 3）、）、(4)(4)、(5)(5)反應(yīng)用于反應(yīng)用于蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的N-N-末端末端

19、的測(cè)定。的測(cè)定。3.-3.-羧基參加的反應(yīng)：羧基參加的反應(yīng)： (1)(1)與堿反應(yīng)成鹽與堿反應(yīng)成鹽 (2)(2)與醇反應(yīng)成酯與醇反應(yīng)成酯 (3)(3)與?；噭┓磻?yīng)成酰氯與?；噭┓磻?yīng)成酰氯 4.-4.-氨基與氨基與-羧基共同參加的反應(yīng)羧基共同參加的反應(yīng) 與茚三酮的反應(yīng)：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生與茚三酮的反應(yīng)：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生成藍(lán)紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。成藍(lán)紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。 (1)(1) Millon Millon反應(yīng)：反應(yīng)：檢測(cè)檢測(cè)TyrTyr或含或含TyrTyr的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。 MillonMi

20、llon試劑：試劑：汞的硝酸鹽與亞硝酸鹽溶液。汞的硝酸鹽與亞硝酸鹽溶液。 產(chǎn)物：產(chǎn)物：紅色的化合物。紅色的化合物。(2)(2) Folin Folin反應(yīng)：反應(yīng)：檢測(cè)檢測(cè)TyrTyr或含或含TyrTyr的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。 FolinFolin試劑：試劑：磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。 產(chǎn)物：產(chǎn)物：藍(lán)色的鉬藍(lán)、鎢藍(lán)。藍(lán)色的鉬藍(lán)、鎢藍(lán)。(3) (3) 坂口反應(yīng)：坂口反應(yīng)：檢測(cè)檢測(cè)ArgArg或含或含ArgArg的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。的蛋白質(zhì)的反應(yīng)。 坂口試劑：坂口試劑：萘酚的堿性次溴酸鈉溶液。萘酚的堿性次溴酸鈉溶液。 產(chǎn)物：產(chǎn)物：磚紅色的沉淀。磚紅色的沉淀。5.5.側(cè)鏈反應(yīng)（顏色反應(yīng)）：側(cè)鏈反應(yīng)（顏色反應(yīng)）：(4)(4) Pauly Pauly反應(yīng)：反應(yīng)：檢測(cè)檢測(cè)HisHis、TyrTyr及含及含HisHis、TyrTyr蛋白質(zhì)的反應(yīng)蛋白