生物化學,氨基酸結構與性質,1.掌握蛋白質的基本構成單體：氨基酸的結構 特點，從各氨基酸的結構特點上理解氨基酸 的分類。2.掌握氨基酸的理化性質，重點掌握兩性電離 與等電點含義。3 氨基酸的化學性質及其應用,目的與要求,蛋白質的元素組成,蛋白質是有機化合物，離不開C、H、O三種元素，還含有N、P、S、金屬元素等。,含量% ： 5055 67 2023 1517 0.33 微量或無,元素組成 ： C H O N S 其它,蛋白質中N是特征元素，且含量恒定，為16%左右 ，即16克氮/100克蛋白質，故可以用定氮法測量蛋白質含量，即：每100克蛋白質含氮16克，100/16=6.25克蛋白質含氮1克。所以，每克樣品含氮量6.25100=100克樣品蛋白質含量（克%）。,有些蛋白質含有其他微量元素：P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co、Mo、I 等。,一 蛋白質的水解,1.酸水解,條件：510倍的20%的鹽酸煮沸回流1624小時，或加壓于120水解2小時。,優點：可蒸發除去鹽酸，水解徹底，終產物為L-氨基酸，產物單一，無消旋現象。,缺點：色氨酸破壞，并產生一種黑色的物質：腐黑質，水解液呈黑色。,2. 堿水解,條件：4mol/L Ba(OH)2或6mol/L NaOH煮沸6小時。,優點：水解徹底，色氨酸不被破壞，水解液清亮。,缺點：產生消旋產物，破壞的氨基酸多，一般很少使用。,3. 蛋白酶水解,條件：蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶，常溫3740， pH值58 。,優點：氨基酸不被破壞，不發生消旋現象。,缺點：水解不完全，中間產物多。,蛋白質酸堿水解常用于蛋白質的組成分析，而酶水解用于制備蛋白質水解產物。,二、蛋白質分子的基本組成單位氨基酸,（一）氨基酸的結構通式：,1、構成蛋白質的氨基酸均為L-氨基酸。2、除R為H（甘氨酸）外，其余氨基酸均具有旋光性。3、各種氨基酸的區別在于側基R基上。,從氨基酸的結構通式可以看出：,（二）氨基酸的構型：,構成蛋白質的氨基酸除甘氨酸外，均含有-碳原子，在空間各原子有兩種排列方式：L-構型與D-構型，它們的關系就像左右手的關系，互為鏡像關系，下圖以丙氨酸為例：,（三）氨基酸的結構與分類,1、按氨基酸分子中羧基與氨基的數目分：,（1）酸性氨基酸：一氨基二羧基氨基酸，有：天冬氨酸、谷氨酸、（2）堿性氨基酸：二氨基一羧基氨基酸 ，有：賴氨酸、精氨酸、組氨酸（3）中性氨基酸：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、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。,2、按側基R基的結構特點分：,（1）脂肪族氨基酸（2）芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸（3）雜環氨基酸：脯氨酸、組氨酸,3、按側基R基與水的關系分：,（1）非極性氨基酸：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、脯氨酸。（2）極性不帶電氨基酸：甘氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸。（3）極性帶電氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸。,4、按氨基酸是否能在人體內合成分：,（1）必需氨基酸：指人體內不能合成的氨基酸，必須從食物中攝取，有八種：賴氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸。（2）非必需氨基酸：指人體內可以合成的氨基酸。有十種。（3）半必需氨基酸：指人體內可以合成但合成量不能滿足人體需要（特別是嬰幼兒時期）的氨基酸，有兩種：組氨酸、精氨酸。,二十種氨基酸的名稱和結構如圖所示:,注：二十種氨基酸的結構特點支鏈氨基酸：纈氨酸、亮氨酸，異亮氨酸含羥基的氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巰基）、 甲硫氨酸（含硫甲基）含苯環的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：精氨酸含咪唑基的氨基酸：組氨酸亞氨基酸：脯氨酸含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：色氨酸含-氨基的氨基酸：賴氨酸,（四）蛋白質中不常見的氨基酸,羥-脯氨酸、羥-賴氨酸、-羧基谷氨酸、6-氮-甲基賴氨酸,（五）非蛋白氨基酸,鳥氨酸、胍氨酸、高半胱氨酸、高絲氨酸、-丙氨酸、-氨基丁酸等,三.氨基酸的理化性質,（一）物理性質,1.形態：均為白色結晶或粉末，不同氨基酸的晶型結構不同。2.溶解性：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。3.熔點：氨基酸的熔點一般都比較高，一般都大于200，超過熔點以上氨基酸分解產生胺和二氧化碳。 4.旋光性：除甘氨酸外的氨基酸均有旋光性。5.光吸收：氨基酸在可見光范圍內無光吸收，在近紫外區含苯環氨基酸有光的吸收。,（二）化學性質,1.氨基酸的兩性電離及等電點：,氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧基，可電離出H+，所以氨基酸具有酸堿兩性性質。通常情況下，氨基酸以兩性離子的形式存在，如下圖所示：,從上圖可知：氨基酸在酸性環境中，主要以陽離子的形式存在，在堿性環境中，主要以陰離子的形式存在。在某一pH環境下，以兩性離子（兼性離子）的形式存在。該pH稱為該氨基酸的等電點。所以氨基酸的等電點可以定義為：氨基酸所帶正負電荷相等時的溶液pH。,氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被堿滴定，應該具有兩性電離的性質，現以甘氨酸為例來說明氨基酸兩性電離的特點。,左圖是甘氨酸的電離酸堿滴定曲線，從左向右是用NaOH滴定的曲線，溶液的pH由小到大逐漸升高；從右向左是用鹽酸滴定的曲線，溶液的pH由大到小逐漸降低。曲線中從左向右第一個拐點是氨基酸羧基解離50%的狀態，第二個拐點是氨基酸的等電點，第三個拐點是氨基酸氨基解離50%的狀態。,通過氨基酸的滴定曲線，可用下列 Henderson-Hasselbalch 方程求出各解離基團的解離常數（pK）：,根據pK可求出氨基酸的等電點，可由其等電點左右兩個pK，值的算術平均值求出。,中性氨基酸：,pI=(pK1 + pK2)/2,pK1為-羧基的解 離常數,pK2為-氨基的解 離常數。,氨基酸等電點的計算,二十種氨基酸的pK，及等電點：,2.由-氨基參加的反應：,(1) 與亞硝酸反應：放出氮氣，氮氣的一半來自氨基氮，一半來自亞硝酸，在通常情況下測定生成的氮氣的體積量可計算氨基酸的量，此反應可用于測定蛋白質的水解程度。,(2) 與甲醛的反應：用過量的中性甲醛與氨基酸反應，可游離出氫離子，然后用NaOH滴定，從消耗的堿量可以計算出氨基酸的含量。此法稱為間接滴定法。,(3) 與2,4-二硝基氟苯（2,4-DNFB）的反應（Sanger反應）：在堿性條件下生成黃色的二硝基苯-氨基酸衍生物。,(4) 與苯異硫氰酸酯（PITC）反應（Edman反應）：生成苯乙內酰硫脲-氨基酸。,(5) 與丹磺酰氯（DNS-Cl）的反應：堿性環境生成熒光物質DNS-氨基酸。,（3）、(4)、(5)反應用于蛋白質的N-末端的測定。,3.-羧基參加的反應： (1)與堿反應成鹽 (2)與醇反應成酯 (3)與酰化試劑反應成酰氯,4.-氨基與-羧基共同參加的反應 與茚三酮的反應：除脯氨酸與羥脯氨酸外，可與其它氨基酸生成藍紫色化合物。脯氨酸與羥脯氨酸為黃色化合物。,(1)Millon反應：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質的反應。 Millon試劑：汞的硝酸鹽與亞硝酸鹽溶液。 產物：紅色的化合物。(2)Folin反應：檢測Tyr或含Tyr的蛋白質的反應。 Folin試劑：磷鉬酸、磷鎢酸混合溶液。 產物：藍色的鉬藍、鎢藍。(3)坂口反應：檢測Arg或含Arg的蛋白質的反應。 坂口試劑：萘酚的堿性次溴酸鈉溶液。 產物：磚紅色的沉淀。,5.側鏈反應（顏色反應）：,(4)Pauly反應：檢測His、Tyr及含His、Tyr蛋白質的反應。試劑：對氨基苯磺酸鹽酸溶液、亞硝酸鈉、碳酸鈉混合溶液產物：橘紅色的化合物。(5) 乙醛酸的反應：檢測Trp或含Trp蛋白質的反應。 當Trp與乙醛酸和濃硫酸在試管中疊加時，產生分層現象，界面出現紫色環。(6) Cys的反應：Cys或含Cys蛋白質與亞硝基亞鐵氰酸鈉在稀氨的溶液中，產生一種紅色的化合物。,四.氨基酸的分離測定,（一）層析法,層析法是利用被分離樣品混合物中