第十六章氨基酸

氨基酸多肽蛋白質(zhì)AMINOACIDPEPTIDEPROTEINorganicchemistryChapter16

蛋白質(zhì)和核酸是生物體內(nèi)重要的功能大分子化合物，是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。概述

一切生命現(xiàn)象，如種族的繁衍、人種、生長、發(fā)育、疾病及死亡都與蛋白質(zhì)和核酸有關(guān)。如果蛋白質(zhì)和核酸在結(jié)構(gòu)上稍有改變，將會出現(xiàn)遺傳、免疫缺陷疾病。同時(shí)蛋白質(zhì)還是人類的三大營養(yǎng)物質(zhì)之一。因此對蛋白質(zhì)和核酸的研究是當(dāng)代生命科學(xué)前沿課題，特別是人類基因組計(jì)劃的完成和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，進(jìn)一步使蛋白質(zhì)和核酸的研究成為目前醫(yī)學(xué)研究最前沿和最熱門的課題。

本章主要介紹組成蛋白質(zhì)的基本單位—氨基酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，以及蛋白質(zhì)和核酸的組成、結(jié)構(gòu)及其重要的化學(xué)性質(zhì)。

蛋白質(zhì)是生物體中一類具有極為重要生理功能的高分子化合物。幾乎一切生命現(xiàn)象和所有細(xì)胞活動，最終都是通過蛋白質(zhì)的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，因此沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。不同來源的蛋白質(zhì)，在酸、堿或酶的作用下可以完全水解，得到的最終產(chǎn)物是各種不同的α-氨基酸的混合物，所以α-氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。蛋白質(zhì)水解過程可表示如下：§1氨基酸一、氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名（一）、結(jié)構(gòu)

氨基酸是羧酸分子中碳鏈上的氫原子被氨基取代后的生成物。分子中含有氨基和羧基兩種官能團(tuán)。

氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相對位置，可將其分為：

在這些類氨基酸中，與人關(guān)系最為密切的是α-氨基酸。它是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單元（約20種）。甘氨酸Gly其結(jié)構(gòu)分別如下：亮氨酸Leu纈氨酸Val

脯氨酸Pro異亮氨酸Ile甲硫(蛋)氨酸Met苯丙氨酸Phe

丙氨酸Ala色氨酸Trp酪氨酸Tyr

蘇氨酸Thr絲氨酸Ser半胱氨酸Cys谷氨酰胺Gln天冬酰胺Asn天冬氨酸Asp谷氨酸Glu精氨酸Arg組氨酸His賴氨酸Lys2,6-diaminohexanoicacid2-amino-5-guanidinopentanoicacid

上述20中氨基酸在生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成過程中與相應(yīng)的密碼子對應(yīng)，故又叫做編碼氨基酸（codingaminoacid）。

蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸，其構(gòu)型均為L–型。

氨基酸構(gòu)型的標(biāo)記通常采用D/L命名法；而分子中手性碳原子的標(biāo)記則采用R/S命名法。絕大多數(shù)α-氨基酸的α–C的絕對構(gòu)型為S–型。半胱氨酸除外—R型。（二）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：除甘氨酸外，所有的氨基酸分子的α-碳原子都具手性碳原子，因而都具有旋光性。其構(gòu)型與甘油醛的關(guān)系是：（三）α-氨基酸的分類1．根據(jù)R-的不同

（2）.酸性氨基酸：分子中－NH2和－COOH的數(shù)目相等。如：分子中－NH2數(shù)目＞－COOH數(shù)目。如：（3）.堿性氨基酸：分子中－COOH數(shù)目＞－NH2

數(shù)目。如：２．根據(jù)氨基和羧基的數(shù)目（1）.中性氨基酸：天冬氨酸Asp谷氨酸Glu精氨酸Arg組氨酸His賴氨酸Lys3、按生理pH環(huán)境下R的極性分為:（四）、命名天然氨基酸常使用俗名。即因其來源或性質(zhì)而得名。組成蛋白質(zhì)的氨基酸還有英文縮寫、單字符號。見表17-1

氨基酸的系統(tǒng)命名法：以羧酸為母體，將氨基作為取代基稱為“氨基某酸”，氨基的位次用1、2、3或希臘字母α、β、γ、δ等表示。氨基乙酸β-甲基-α-氨基丁酸alanineβ-甲基-α-氨基丁酸isoleucineIleIglycine天冬氨酸20多種α-氨基酸中，有八種是人體所需要的必需氨基酸（essentialaminoacid）（即人體本身不能合成的氨基酸）。它們是：二、營養(yǎng)必需氨基酸纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、色氨酸。三、修飾氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸有些氨基酸經(jīng)酶催化修飾，生成一些修飾氨基酸（modifiedaminoacid），其在生物體內(nèi)沒有相應(yīng)的密碼子，如胱氨酸、羥脯氨酸等。還有一些β-氨基酸、γ-氨基酸、δ-氨基酸，有些是D-型的，以游離或結(jié)合形式分布于植物、動物和細(xì)菌內(nèi)，稱為非蛋白質(zhì)氨基酸如鳥氨酸、瓜氨酸等（具體見教材285頁）。四、氨基酸的性質(zhì)

組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是晶體。除甘氨酸外，其它氨基酸都為手性分子，所以均具有旋光性。由于氨基酸具有內(nèi)鹽的性質(zhì)，偶極離子的極性大，它們分子間作用力的結(jié)果，導(dǎo)致氨基酸的熔點(diǎn)較高，一般都在200~300℃之間。大多數(shù)氨基酸受熱易分解放出二氧化碳。α-氨基酸多難溶于有機(jī)溶劑，而易溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等極性溶劑中。物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)（一）、氨基酸的酸堿性和等電點(diǎn)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)，是由分子中所含的氨基、羧基和烴基共同來決定的。其中氨基和羧基的反應(yīng)，都是各種氨基酸所共有，此外氨基酸還具有一些特殊性質(zhì)。1、酸堿性偶極離子（兩性離子)內(nèi)鹽zwitter-ioninternalsalt

氨基酸在水溶液中所帶電荷的狀態(tài)，除決定于它本身的結(jié)構(gòu)外，還取決于溶液的pH值。在不同pH值溶液中，氨基酸以陽離子、陰離子和兩性離子（偶極離子）三種狀態(tài)存在，它們之間形成動態(tài)平衡。2、氨基酸的等電點(diǎn)

在氨基酸的水溶液中，適當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH值，使氨基酸以兩性離子的形式存在，此時(shí)氨基酸所帶的正負(fù)電荷相等，氨基酸處于等電狀態(tài)，分子中的凈電荷為零，呈電中性，在電場中不發(fā)生電泳。氨基酸處于等電狀態(tài)時(shí)，溶液的pH值，叫做該氨基酸的等電點(diǎn)(isoelectricpoint)，用pI表示。中性氨基酸的等電點(diǎn)小于7，一般在5.0~6.5之間。酸性氨基酸的等電點(diǎn)在3左右。堿性氨基酸的等電點(diǎn)都在7.5~10.8之間。利用氨基酸等電點(diǎn)的性質(zhì)，可以用電泳方法分離氨基酸。當(dāng)電泳池的緩沖溶液pH=6.02時(shí)，丙氨酸(Ala,pI=6.02)、精氨酸(Arg,pI=10.76)

、天冬氨酸(Asp,pI=2.98)存在的主要結(jié)構(gòu)如下：（二）、氨基酸的脫羧反應(yīng)α-氨基酸與氫氧化鋇一起加熱，可以發(fā)生脫羧反應(yīng)，失去二氧化碳而得到胺。例如：

生物體內(nèi)脫羧反應(yīng)，可在脫羧酶作用下進(jìn)行。由賴氨酸脫羧可得到尸胺（尸毒）。肌球蛋白中的組氨酸，在脫羧酶的作用下，可脫羧生成組胺。組胺過多，在體內(nèi)將引起變態(tài)反應(yīng)。（三）、氨基酸與亞硝酸反應(yīng)含有伯氨基的氨基酸，可與亞硝酸反應(yīng)，定量的放出氮?dú)猓狽H3+被—OH取代。若定量的測定出反應(yīng)中所放出的氮?dú)獾捏w積，即可計(jì)算出氨基酸的含量，也可計(jì)算出氨基的數(shù)量。這個方法叫做VanSlyke氨基氮測定法，常用于氨基酸和多肽的定量分析。

脯氨酸分子中含有亞氨基，亞氨基不能與亞硝酸反應(yīng)放出氮?dú)?。（四）、氨基酸的顯色反應(yīng)1、氨基酸與茚三酮反應(yīng)α-氨基酸與茚三酮的水合物共熱，經(jīng)過一系列反應(yīng)，放出二氧化碳，并生成一種紫色的化合物，叫做羅曼氏紫(Ruhemann’spurple)。2、與丹酰氯的反應(yīng)

氨基酸與丹酰氯(dansylchloride,DNS–Cl)(學(xué)名叫做5-N,N-二甲氨基萘-1-磺酰氯)進(jìn)行磺酰化反應(yīng)，分子中的–NH3+離子被磺?；傻；被?，在紫外光的照射下呈強(qiáng)烈的黃色熒光。反應(yīng)非常靈敏，1nmol產(chǎn)物即可檢出，常用于微量氨基酸的定量測定以及多肽的N-末端氨基酸的分析。§2肽一、肽的結(jié)構(gòu)與命名肽：氨基酸分子之間通過酰胺鍵相連的一類化合物二肽肽鍵N-端C-端（一）結(jié)構(gòu)十肽以下的為寡肽肽鏈（二）命名從N-末端開始依次叫某氨酰，C-末端的叫做某氨酸丙氨酰苯丙氨酰甘氨酰絲氨酰