第三章 氨基酸
第3章-氨基酸
三字符
Gly A1a Val Leu 11e
单字符
G A V L I
中文名称
甘氨酸 L-丙氨酸 L-缬氨酸 L-亮氨酸 L-异亮氨酸
第3章 氨基酸
英文名称
L-phenylalanine L-tyrosine L-tryptophan L-serine L-theonine L-cysteine L-methionine L-asparagines L-glutamine L-aspartic acid L-Glutamic acid L-1ysine L-arginine L-histidine L-proline
第3章 氨基酸
（二）氨基酸的解离
HA
酸
A- +
碱
H+
质子
Ｂronsted-Lowry的酸碱质子理论： 酸是质子(H+)的供体(donor)； 碱是质子的受体或接纳体(acceptor)； 原始的酸(HA)和生成的碱(Ａ-)被称为共轭酸-碱对。
第3章 氨基酸
二元酸
Ka1
Ka2
阳离子 A+
兼性离子 A0
第3章 氨基酸
鸟氨酸
瓜氨酸
第3章 氨基酸
扩展内容
UGA
UAG: 吡咯赖氨酸
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第3章 氨基酸
三、氨基酸的酸碱化学
（一）氨基酸的兼性离子（zwitterrion）形式
氨基酸分子是一种两性电解质。 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。
生物化学第3章 氨基酸
一、氨基酸——蛋白质的构件分子
氨基酸(amino acid) ：α-氨基酸是一切蛋白质的组成单位。氨基酸是与羧酸 相邻α-碳原子上连有一个氨基，故称α-氨基酸。 利用酸水解、碱水解、酶解可把蛋白质分子水解释放氨基酸。
不变部分（除脯氨酸） 可变部分 L型 α -氨基酸
氨基酸
芳香族氨基酸 Phe、Tyr、Trp 杂环氨基酸 His、Pro
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）
甘氨酸
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
异亮氨酸
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有羟基
丝氨酸Ser的-OH在生理条件下不解离，但是个极性基团，能与其 他基团形成氢键，常出现在酶的活性中心； 苏氨酸Thr的-OH是仲醇，具有亲水性；
水中心）
极性氨基酸侧链能与水形成氢键，易溶于水 带电荷和极性氨基酸一般位于蛋白表面 蛋白的活性中心：His，Ser，Cys
2.3氨基酸的分类——不常见蛋白质氨基酸
2.4氨基酸的分类——非蛋白质氨基酸
150 多种，不是蛋白质组成，但是有特定生理功能
（1）大多是L型α氨基酸衍生物
（2）有D型氨基酸 （3）还有β-、γ-、δ-氨基酸
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用强酸型阳离子交换树脂分离氨基酸
氨基酸与树脂的亲和力取决于：
气液层析
高效液相层析
蛋白质的水解条件及优缺点
第一章糖课后题 第6题
高碘酸及其盐可以定量的氧 化断裂邻二羟基、α-羟基醛等 的碳碳键，产生相应的羰基 化合物。该反应可以用来区 分糖苷是呋喃还是吡喃型的。 侧翼测定直连多糖的相对分 子量和支链淀粉的非还原末 端残基数，即分支数目。
生物化学第3章 氨基酸分析
180多种天然氨基酸； 20种蛋白质氨基酸
二、氨基酸的分类、性质
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、不带电荷极性氨基酸、 带正电R基氨基酸和带负电R基氨基酸
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
脂肪族氨基酸：一氨基一羧基（中性氨基酸）:含有硫
Cysteine Methionine (Cys，C) (Met，M)
(1) 两个半胱氨酸的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸，Cys-S-SCys
(2) 蛋氨酸的甲硫基的硫原子有亲核性，容易发生极化，在生物合成
中是重要的甲基供体
脂肪族氨基酸：一氨基二羧基（酸性氨基酸）
水中心）
极性氨基酸侧链能与水形成氢键，易溶于水 带电荷和极性氨基酸一般位于蛋白表面 蛋白的活性中心：His，Ser，Cys
2.3氨基酸的分类——不常见蛋白质氨基酸
2.4氨基酸的分类——非蛋白质氨基酸
150 多种，不是蛋白质组成，但是有特定生理功能
（1）大多是L型α氨基酸衍生物
（2）有D型氨基酸 （3）还有β-、γ-、δ-氨基酸
四、氨基酸的化学反应
ɑ-氨基参与的反应: 亚硝酸、酰化试剂、烃基、 醛基氧化酶 氨基酸的 化学反应
茚三酮、肽键形成!
ɑ-羧基参与的反应： 成盐、成酯、成酰氯、脱 羧、叠氮
侧链R基参与的反应： 取决于R侧链的官能团
ɑ-氨基参与的反应:
与亚硝酸反应：
通过测定N2的量而计算氨基酸的量，可衡量蛋白质的水解程度 与酰化试剂反应： X=Cl, OH, -OCOR; 可多肽合成中保护氨基；丹磺酰氯可以与肽的N-端氨基 酸反应，生成丹磺酰-肽，水解得到有强烈荧光的丹磺酰-氨基酸，用电泳法 或层析法分析即可得知N-端是何种氨基酸，被广泛用于蛋白质N端测定。 烃基化反应：
第三章氨基酸 1.氨基酸的侧链对多肽或蛋白质的结构和生物学功能
第三章氨基酸1．氨基酸的侧链对多肽或蛋白质的结构和生物学功能非常重要。
用三字母和单字母缩写形式列出其侧链为如下要求的氨基酸：(a)含有一个羟基；(b)含有一个氨基；(c)含有一个具有芳香族性质的基团；，(d)含有分支的脂肪族烃链；(e)含有硫；(f)含有一个在pH 7～10范围内可作为亲核体的基团或原子，指出该亲核基团或原子。
2．就异亮氨酸的结构式回答下列问题：(a)它有多少个手性中心?(b)它有多少个光学异构体?(c)绘出异亮氨酸所有光学异构体。
’3．根据各个氨基酸相应的pKα值(见书)画出以下各氨基酸在pH 3.0，pH 7.0，pH 13.0时的主要离子结构：(a)Gly；(b)Glu；(c)Asp；(d)Arg；(e)His；(f)Pro。
4．计算第3题中各氨基酸的等电点(pI)。
5．一种氨基酸的可解离基团可以带电或中性状态存在，这取决于它的pK值和溶液的pH。
(a)组氨酸有3种可解离基团，写出相应于每个pK值的3种解离状态的平衡方程式。
每种解离状态下的组氨酸分子的净电荷是多少?(b)在pH 1，4，8和12时，组氨酸的净电荷分别是多少?将每一pH下的组氨酸置于电场中，它们将向阴极还是阳极迁移?6．某种溶液中含有三种三肽：Tyr-Arg-Ser，Glu-Met-Phe和Asp-Pro-Lys，α-COOH 基团的pKα为3．8；α-NH3基团的pKα为8.5。
在哪种pH(2.0，6.0或13.0)下，通过电泳分离这三种多肽的效果最好?7．利用阳离子交换层析分离下列每一对氨基酸，哪一种氨基酸首先被pH7缓冲液从离子交换柱上洗脱出来。
(a)Asp和Lys；(b)Arg和Met；(c)Glu和Val；(d)Gly和Leu；(e)Ser和Ala。
8．含有685个氨基酸残基的单一一条多肽链的蛋白质的近似相对分子质量是多少?9．氨基酸的定量分析表明牛血清白蛋白含有o.58％的色氨酸(色氨酸的相对分子质量为204)。
第三章氨基酸
第三章氨基酸第3章氨基酸四大类生物分子中蛋白质是生物功能的主要载体，而氨基酸（amino acid）是蛋白质的构件分子。
自然界中存成千上万在的种蛋白质，在结构和功能上的惊人的多样性归根结底是由20种常见氨基酸的内在性质造成的。
这些性质包括①聚合能力，②特有的酸碱性质，③侧链的结构及其化学功能的多样性，④手性。
本章主要讲述这些性质，它们是讨论蛋白质和酶的结构、功能以及许多其他有关问题的基础。
一、氨基酸—蛋白质的构件分子（一）蛋白质的水解一百多年前就开始了关于蛋白质的化学研究。
在早期的研究中，水解作用提供了关于蛋白质组成和结构的极其价值的资料。
蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。
在水解过程中，逐渐降解成相对分子质量越来越小的肽段（peptide fragment），直到最后成为氨基酸的混合物。
根据蛋白质的水解程度，可分为完全水解和部分水解两种情况。
完全水解或称彻底水解，得到的水解产物是各种氨基酸的混合物。
部分水解即不完全水解，得到的产物是各种大小不等的肽段和氨基酸。
下面简略地介绍酸、碱和酶3种水解方法及其优缺点：⑴酸水解常用H2SO4或HCl进行水解。
一般6mol/L HCl，4mol/L H2SO4；回流煮沸20h左右可使蛋白质完全水解。
酸水解的优点是不引起消旋作用（racemization），得到的是L-氨基酸。
缺点是色氨酸完全被沸酸所破坏，羟基氨基酸（丝氨酸及苏氨酸）有一小部分被分解，同时天冬氨酸和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。
⑵碱水解一般与5mol/L NaOH共煮10~20h，即可使蛋白质完全水解。
水解过程中多数氨基酸遭到不同程度的破坏，并且产生消旋现象，所得产物是D-和L-氨基酸的混合物，称消旋物（见本章氨基酸的光学活性部分）。
此外，碱水解所需时间较长。
因此酶法主要用于部分水解。
常用的蛋白酶有胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶或称糜蛋白酶（chymotrypsin）以及胃蛋白酶（pepsin）等，它们主要用于蛋白质一级结构分析以获得蛋白质的部分水解产物。
专业课生物化学第三章 氨基酸
此反应可被巯基试剂逆转
6、半胱氨酸侧链上的巯基：
反应性能很高，在微碱性条件下，巯基发生解离形 成硫醇阴离子(-CH2-S-)，能与卤化烷例如碘乙酸，碘 乙酰胺，甲基碘等迅速反应，生成相应的稳定烷基衍 生物。
半胱氨酸的巯基能打开乙撑亚胺，即氨丙啶的环.
第3章：氨基酸
第一节：氨基酸的结构与分类
第二节：氨基酸的酸碱化学
第三节：氨基酸的化学性质
第四节：氨基酸的光学活性和光谱性质
第一节（一）：氨基酸的结构
一、氨基酸—— 组成蛋白质的基本单位
1、酸水解： 盐酸或硫酸回流煮沸20小时。 不引起消旋作用，得到L-氨基酸。色氨酸完全被破坏；羟基氨 基酸、天冬酰胺、谷胺酰胺部分被破坏。 2、碱水解：氢氧化钠共煮10—20小时。 产物是D型和L型氨基酸的混合物。产生消旋现象。多数氨基酸 遭到破坏。色氨酸稳定。 3、酶水解： 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶水解。 不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。水解不彻底。
反应中1分子的半胱氨酸引起1分子的硫硝基苯甲酸的 释放。它在pH8．0时，在412nm波长处有强烈的光吸收， 因此可利用比色法定量测定-SH基。
二硫键的形成和打开 1、二硫键的形成
在痕量的金属离子如Cu2+，Fe2+，C02+和Mn2+ 存在下，巯基在空气中氧化显著提高。这些离子 可能是反应所需的催化剂。
3. 碱性氨基酸（+）
1、非极性R基(中性-非极性氨基酸)
共8种氨基酸,4种带脂肪烃侧链的氨基酸；2种含芳香环 氨基酸；1种含巯基氨基酸和1种甘氨酸。它们在水中的溶 解度比极性氨基酸小。
2、不带电荷的极性R基(中性-极性氨基酸)
生物化学第3章氨基酸
5.两个巯基氧化成二硫键
（蛋白质形成二、三级结构时）
6.蛋白质中二硫键的氧化和还原
反应一
胱氨酸 Cystine
反应二
（蛋白质结构研究）
7.蛋白质中二硫键的被DTT还原
二硫苏糖醇 DTT
（蛋白质结构研究）
五、氨基酸的光学活性 和光谱性质
氨 基 酸 的 相 对 构 型
苏氨酸的4种光学异构体
部分氨基酸的比旋光度
R基pKa 3.86（βCOOH） 4.25（γCOOH） 12.48（胍基） 10.53（εNH3+） 6.00（咪唑基）
8.33（SH） 10.07（OH）
pI 2.97 3.22 10.76 9.74 7.59 5.02 5.66
反应的结果减弱 了氨基的碱性
甘氨酸的氨基与甲醛的反应
由于加甲 醛与氨基酸的 氨基反应，减 弱了氨基的碱 性，使得滴定 终点向中性pH 偏移，由pH12 左右降低到 pH9 左 右 ， 正 好是酚酞指示 剂的变色区域。
义为：光通过1cm光径时1Mol / L溶质对该波长光的吸 收值。
六、氨基酸混合物的分析分离
蛋白质的水解
（1）酸水解：用6 mol/L HCl或4 mol/L H2SO4回流20h左右可 使蛋白质完全水解。酸水解不引起消旋作用，得到的是L-氨基 酸。但色氨酸被完全破坏，丝氨酸和苏氨酸有一小部分被分解， 同时天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。
不带电荷的极 性R基氨基酸
甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺
带正电荷的R 基氨基酸
赖氨酸 精氨酸 组氨酸
带负电荷的R 基氨基酸
天冬氨酸 谷氨酸
不常见蛋白质氨基酸Ⅰ
不常见蛋白质氨基酸Ⅱ
第3章 氨基酸
γγ-氨基酸
α-氨基酸结构通式
H R C NH2 非解离形式
H N C O OH 羟羟羟Pro
H COOH R C NH3
+
COO
两性离子形式
• 大多数AA在中性pH时呈兼 大多数AA在中性pH时呈兼 AA在中性pH时呈 状态: 性离子状态 性离子状态:
COO-
NH3+
• 除甘氨酸外，19种AA都具有 除甘氨酸外，19种AA都具有 旋光性。 旋光性。 • 除胱氨酸和酪氨酸外，其余 除胱氨酸和酪氨酸外， AA都能溶于水 都能溶于水。 AA都能溶于水。
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 ：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 ：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。 ：可形成二硫键。
CH 2 NH 2 + CH 2 CH 2 CHCOO -
二 硫键
COOH COOH CH CH2 S S CH2 2H NH2 NH2 CH COOH
2 CH CH2 SH
O H 2N CH CH CH 3 T hreonine (T he, T) C OH OH
H 2N CH CH 2 OH Serine (Ser, S)
OH
O H 2N CH CH 2 C OH
O C OH
苏氨酸 丝氨酸 α-氨基 羟基丁酸 α-氨基 氨基-β-羟基丁酸 氨基 氨基-β-羟基丙酸 氨基 羟基丙酸
鸟氨酸
瓜氨酸
五、氨基酸的酸碱性质
（一）氨基酸的两性离子形式
H R C NH2 非解离形式 COOH R H C NH3
+
晶体或水溶液 中的主要存 在形式
COO
两性离子形式
（二）氨基酸的两性解离和等电点
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第三章氨基酸
一、是非题
1 自然界的多肽物质均由L构型的氨基酸组成，完全没有例外（）
2 组氨酸是人体的一种半必需氨基酸（）
3 蛋白质中的所有的氨基酸（除甘氨酸外）都是左旋的（）
4 因甘氨酸在酸性或碱性水溶液中都能解离，所以可作中性PH缓冲液介质（）
5 脯氨酸与茚三酮反应生成紫色产物（）
6 高等生物体内常见的L型氨基酸中液包括多巴（dopa）（）
7 蛋白质中所有的组成氨基酸都可以用酸水解后用氨基酸分析定量测出（）
8 所有的氨基酸中，因碳原子是一个不对称原子，因此都具有旋光性（）
答案
1 .错 2. 对 3. 错 4. 错 5. 错 6. 对7. 错8. 错
二、填空题
1 精氨酸的pK1（COOH）值为2.17，pK2值为9.04，pK3值为12.98，其pI（等电点时的pH值）为。
天冬氨酸的pK1（COOH）值为1.88，pK2（COOH）值为3.65，pK3（）值为9.60，其pI值为
2 苯丙氨酸是人体的必需氨基酸，这是因为
3 用分光光度计在280nm测定蛋白质有强烈吸收，主要是由于，和等氨基酸侧链基团起作用
4 已知某种氨基酸的pK1和pK2分别是2.34和9.69，它的pI是
5 氨基酸定量分析的经典方法是，氨基酸序列测定中最普遍的方法是法
答案
1 （11.02）（2.77）
2 （体内不能合成）
3（酪氨酸/Tyr）（色氨酸/Trp）（苯丙氨酸/Phe）
4（6.02）
5（茚三酮）（Edman/Val）
三、选择题
1.下列有关氨基酸的叙述，哪个是错误的?
A.酪氨酸和苯丙氨酸都含有苯环
B.酪氨酸和丝氨酸都含羟基
C.亮氨酸和缬氨酸都是分支氨基酸
D.脯氨酸和酪氨酸都是非极性氨基酸
E.组氨酸、色氨酸和脯氨酸都是杂环氨基酸
2.下列哪一类氨基酸完全是非必需氨基酸?
A.碱性氨基酸
B.含硫氨基酸
C.分支氨基酸
D.芳香族氨基酸
E.以上四种答案都不对
3.一个谷氨酸溶液，用5m1 1mo1/LNa0H来滴定，溶液的pH从1.0上升到7.0，下列数值中哪一个接近于该溶液中所含谷氨酸的毫摩尔
数
A.1.5
B.3.0
C.6.0
D.12.0
E.18.0
4.下列氨基酸中哪些具有分支的碳氢侧链?
(1).缬氨酸
(2).组氨酸
(3).异亮氨酸
(4).色氨酸
A.1,2,3
B.1,3
C.2,4
D.4
E.1,2,3,4
答案
1.D
2.E
3.B
4.B。