氨基酸的簡(jiǎn)介

關(guān)于氨基酸的簡(jiǎn)介蛋白質(zhì)是生命的表征,氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子。蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)和功能上驚人的多樣性歸根結(jié)底是由20種常見(jiàn)氨基酸的內(nèi)在性質(zhì)決定的。這些性質(zhì)包括：1）手性，2）側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及其化學(xué)功能的多樣性，3）特有的酸堿性質(zhì)，4）聚合能力。第2頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1氨基酸的一般結(jié)構(gòu)1.2氨基酸的分類(lèi)1.3氨基酸的酸堿化學(xué)1.4氨基酸的特征化學(xué)反應(yīng)1.5氨基酸的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)1.6氨基酸混合物的分離分析第3頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1氨基酸的一般結(jié)構(gòu)特征：α-碳（與羧酸相鄰的碳，Cα）上都有一個(gè)氨基（α-氨基酸），此外，Cα還結(jié)合著一個(gè)H原子和一個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)(R)每一種氨基酸的R都是不同的，側(cè)鏈上的碳依次按字母命名為β、γ、δ和ε碳，分別指的是第3，4，5和6位碳第4頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

生理?xiàng)l件下（pH=7附近），氨基酸呈兼性離子形式。氨基（-NH2）質(zhì)子化為-NH3+羧基（-COOH）離子化為COO-第5頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天絕大多數(shù)氨基酸是L型氨基酸α-氨基酸除R為H（甘氨酸）外，其α-碳原子是一個(gè)手性碳原子，具有旋光性，存在著兩種不能疊合的鏡像立體異構(gòu)體。將α-COO-畫(huà)在頂端，垂直畫(huà)一個(gè)氨基酸，然后與立體化學(xué)參考化合物甘油醛相比較，α-氨基位于α-碳左邊的為L(zhǎng)-異構(gòu)體，位于右邊的為D-異構(gòu)體。絕大多數(shù)氨基酸是L-型氨基酸，近年來(lái)，D-型氨基酸在哺乳動(dòng)物生命活動(dòng)中的意義引起了越來(lái)越多的關(guān)注。第6頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天L-甘油醛D-甘油醛L-丙氨酸D-丙氨酸第7頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2氨基酸的分類(lèi)1.2.1、氨基酸的表示方法：中文名，如甘氨酸、半胱氨酸等。三字母簡(jiǎn)寫(xiě)：如Gly、Cys等。單字母簡(jiǎn)寫(xiě)：如G、C等。第8頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

記憶技巧（按字母順序記憶）AlaArgAspAsn

丙

精

天

天酰

CysGluGlnGly

半

谷

谷酰甘

HisIleLeuLys

組

異亮亮

賴(lài)

MetPhePro

甲硫

苯丙

脯

SerThrTrpTyrVal

絲

蘇

色

酪

纈

第9頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2.2、20種氨基酸可按其側(cè)鏈分類(lèi)氨基酸的側(cè)鏈可以按照它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為三類(lèi)，即：脂肪族氨基酸；芳香族氨基酸；雜環(huán)氨基酸。第10頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

甘氨酸Glycine一、脂肪族氨基酸（中性）（α-氨基乙酸）G第11頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine（α-氨基丙酸）一、脂肪族氨基酸（中性）A第12頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（α-氨基-β-甲基丁酸）甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine一、脂肪族氨基酸（中性）V第13頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

甘氨酸

Glycine

丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine（α-氨基-γ-甲基戊酸）L一、脂肪族氨基酸（中性）第14頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

甘氨酸

Glycine丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

IleucineI一、脂肪族氨基酸（中性）（α-氨基-β-甲基戊酸）第15頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天甘氨酸是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。異亮氨酸分子中的α碳和β碳都是不對(duì)稱(chēng)碳原子，所以異亮氨酸具有四種可能的異構(gòu)體：L-異亮氨酸、D-異亮氨酸、L-別構(gòu)異亮氨酸和D-別構(gòu)異亮氨酸。通常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的為L(zhǎng)-異亮氨酸。丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的側(cè)鏈具有高度疏水性，在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起重要作用。注意：第16頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）

絲氨酸

Serine

（α-氨基-β-羥基丙酸）S第17頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine（α-氨基-β-羥基丁酸）T一、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）第18頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天L-ThreonineD-ThreonineL-allo-ThreonineD-allo-Threonine蘇氨酸的光學(xué)異構(gòu)體第19頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine半胱氨酸Cysteine（α-氨基-β-巰基丙酸）C一、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）第20頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天+兩個(gè)半胱氨酸氧化可生成胱氨酸第21頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天人頭發(fā)的電子顯微鏡照片與模型第22頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天燙發(fā)過(guò)程：1、加還原劑（巰基乙醇）打開(kāi)二硫鍵。2、加氧化劑（雙氧水）重新生成錯(cuò)位二硫鍵。第23頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

絲氨酸

Serine

蘇氨酸

Threonine半胱氨酸Cysteine甲硫氨酸Methionine（α-氨基-γ-甲硫基丁酸）M一、脂肪族氨基酸（含羥基或硫）第24頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天絲氨酸和蘇氨酸側(cè)鏈含有β-羥基，具有伯醇和仲醇的離子化特性。絲氨酸的羥甲基可以參與很多酶的活性部位反應(yīng)。蘇氨酸具有兩個(gè)手性碳原子，通常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的是L-蘇氨酸。半胱氨酸在蛋白質(zhì)中經(jīng)常以其氧化型的胱氨酸存在。胱氨酸是由兩個(gè)半胱氨酸通過(guò)它們側(cè)鏈上的-SH氧化成共價(jià)的二硫橋連接形成的。注意：第25頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）

天冬氨酸

Aspartate

α-氨基丁二酸D第26頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨AsparagineN一、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）第27頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨Asparagine谷氨酸

Glutamate

α-氨基戊二酸E一、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）第28頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天天冬氨酸

Aspartate天冬酰氨Asparagine谷氨酸

Glutamate谷氨酰胺

Glutamine

Q一、脂肪族氨基酸（酸性aa、酰胺）第29頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天天冬氨酸和谷氨酸是二羧基氨基酸，除了含有α-羧基外，天冬氨酸含β-羧基，谷氨酸含γ-羧基。生理?xiàng)l件下，二者呈酸性。天冬酰胺和谷氨酰胺分別是天冬氨酸和谷氨酸的酰胺化產(chǎn)物。盡管這兩個(gè)氨基酸的側(cè)鏈不帶電荷，但其極性很強(qiáng)。另外，這兩種氨基酸的酰胺鍵可以與其它極性氨基酸的側(cè)鏈上的原子形成氫鍵。注意：第30頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

精氨酸

Arginineα-氨基-δ-胍基戊酸R一、脂肪族氨基酸（堿性aa）第31頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天精氨酸

Arginine賴(lài)氨酸

Lysine

α,ε-二氨基己酸K一、脂肪族氨基酸（堿性aa）第32頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天精氨酸是堿性最強(qiáng)的氨基酸，側(cè)鏈上的胍基是已知堿性最強(qiáng)的有機(jī)堿，pKa值為12.48，生理?xiàng)l件下完全質(zhì)子化。賴(lài)氨酸的側(cè)鏈上含有一個(gè)氨基，側(cè)鏈氨基的pKa為10.53。生理?xiàng)l件下，Lys側(cè)鏈帶有一個(gè)正電荷（—NH3+），同時(shí)它的側(cè)鏈?zhǔn)?個(gè)C的直鏈，柔性較大，使側(cè)鏈的氨基反應(yīng)活性增大。注意：第33頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、芳香族氨基酸

苯丙氨酸Phenylalanine（α-氨基-β-苯基丙酸）F第34頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine

（α-氨基-β-對(duì)羥苯基丙酸）Y第35頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸

Tryptophan

（α-氨基-β-吲哆基丙酸）W第36頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、雜環(huán)族氨基酸

組氨酸

Histidineα-氨基-β-咪唑基丙酸H第37頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、雜環(huán)族氨基酸

組氨酸

Histidine脯氨酸

Prolineβ-吡咯烷基-α-羧酸P第38頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天組氨酸含咪唑環(huán)，咪唑環(huán)的pKa在游離氨基酸中和在多肽鏈中不同，前者pKa為6.00，后者為7.35，它是20種氨基酸中側(cè)鏈pKa值最接近生理pH值的一種，在接近中性pH時(shí)，可離解平衡。它是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。脯氨酸是唯一的一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氨基酸，它的α-亞氨基是環(huán)的一部分，因此具有特殊的剛性結(jié)構(gòu)。它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段α-螺旋之間的轉(zhuǎn)角處，Pro殘基所在的位置必然發(fā)生骨架方向的變化。注意：第39頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天根據(jù)氨基酸側(cè)鏈的極性可以分為非極性氨基酸和極性氨基酸。極性氨基酸又可分為不帶電荷的極性氨酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸。第40頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天非極性氨基酸（八種）第41頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天不帶電何的極性氨基酸（八種）第42頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天帶負(fù)電荷的氨基酸（2種）第43頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天帶正電荷的氨基酸（2種）第44頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天有些蛋白質(zhì)中還含有少數(shù)特殊的氨基酸，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的稀有氨基酸。這些氨基酸都是正常氨基酸的衍生物，如彈性蛋白和膠原蛋白中的4-羥基脯氨酸和5-羥基賴(lài)氨酸；肌球蛋白和組蛋白中含有6-N-甲基賴(lài)氨酸；凝血酶原中存在γ-羧基谷氨酸；酪蛋白中存在磷酸絲氨酸；哺乳動(dòng)物的肌肉中存在N-甲基甘氨酸等。蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸在遺傳上是特殊的，因?yàn)樗鼈儧](méi)有三聯(lián)體密碼，所有已知的稀有氨基酸都是在蛋白質(zhì)合成后，在常見(jiàn)的氨基酸的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾而形成的。1.2.3不常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸第45頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在各種組織和細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)約150種其它氨基酸，它們不存在于蛋白質(zhì)中，而是以游離或結(jié)合狀態(tài)存在于生物體內(nèi)，所以稱(chēng)為非蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸大多數(shù)是蛋白質(zhì)中存在的L-型α-氨基酸的衍生物，如鳥(niǎo)氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）、高絲氨酸（homeserine）、高半胱氨酸等,但也有一些是β-、γ-或δ-氨基酸，如β-丙氨酸、γ-氨基丁酸。另外，還有些是D型氨基酸。這些氨基酸雖然不參與蛋白質(zhì)組成，但在生物體中往往具有一定的生理功能，如鳥(niǎo)氨酸和瓜氨酸是合成精氨酸的前體，β-丙氨酸是維生素泛酸的組成成分，γ-氨基丁酸是神經(jīng)傳導(dǎo)的化學(xué)物質(zhì)。植物中含有很多非蛋白質(zhì)氨基酸，其中有些具有特殊的生物功能，但大多數(shù)非蛋白質(zhì)氨基酸的功能還不清楚。第46頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3、氨基酸的酸堿化學(xué)氨基酸是個(gè)兩性電解質(zhì)，既可進(jìn)行酸解離也可進(jìn)行堿解離，用解離方程式表示就是：Ka1Ka2第47頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天氨基酸的離子狀態(tài)完全取決于溶液的pH值。如果調(diào)節(jié)溶液的pH值使得其中的氨基酸呈電中性，那么，我們就把這個(gè)pH值稱(chēng)為氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint,pI

）。pI是氨基酸的重要常數(shù)之一，它的意義在于，物質(zhì)在pI處的溶解度最小，這是分離純化蛋白質(zhì)或氨基酸的重要依據(jù)。第48頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天甘氨酸的解離與等電點(diǎn)——滴定曲線第49頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)甘氨酸在酸性溶液中，它是以帶凈的正電荷的形式存在的，可以看作是一個(gè)二元弱酸，具有兩個(gè)可解離的H＋，即－COOH和-NH3+上的H＋。根據(jù)上述甘氨酸的解離方程可得到：第50頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天K1、K2為解離常數(shù)，當(dāng)達(dá)到等電點(diǎn)時(shí)，[Gly+]＝[Gly－

]，即：則：K1K2=[H+]2方程兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)：pH=1/2*(PK1+PK2)第51頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：Gly的-NH3+有1/3解離時(shí)，溶液的pH值？pH=pK2+lg([Gly-]/[Gly0])pH=9.6+lg(1/2)pH=9.3第52頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天帶有可解離側(cè)鏈的氨基酸：Glu的滴定曲線：第53頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天Lys的滴定曲線第54頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4氨基酸的特征化學(xué)反應(yīng)1、2,4-二硝基氟苯（DNFB）與氨基酸氨基的反應(yīng)（Sanger法鑒定多肽、蛋白質(zhì)的N末段氨基酸）第55頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、苯異硫氰酸酯（PITC）與氨基的反應(yīng)。（Edman試劑，測(cè)定氨基酸序列）第56頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、丹磺酰氯與氨基酸的反應(yīng)（生成熒光性強(qiáng)和穩(wěn)定的磺胺衍生物，常用于蛋白質(zhì)和氨基酸的微量分析）第57頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、茚三酮與氨基酸的反應(yīng)（紙層析分離鑒定氨基酸，紫色產(chǎn)物）第58頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天旋光性Gly無(wú)旋光，17個(gè)AA含一個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子，兩個(gè)含（Thr和Ile）兩個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子，有四種光學(xué)異構(gòu)體。胱氨酸分子內(nèi)部對(duì)稱(chēng)有內(nèi)消旋體，有三種異構(gòu)體。比旋光為氨基酸物理常數(shù)之一，但隨pH值變化常見(jiàn)氨基酸比旋光度可用來(lái)鑒別氨基酸1.5氨基酸的光譜性質(zhì)第59頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天紫外吸收三種芳香族氨基酸都有紫外吸收。在中性pH值下，色氨酸和酪氨酸的紫外吸收峰在280nm，而苯丙氨酸的在260nm處。大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有色氨酸和酪氨酸或其中的一種，所以溶液中280nm吸收的測(cè)量常用來(lái)估算蛋白質(zhì)的濃度。第60頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天芳香族氨基酸的紫外吸收第61頁(yè),共69頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.6、氨基酸混合物