生物化學簡明教程蛋白質筆記?節:氨基酸蛋白質是生物功能的主要載體，而氨基酸是蛋白質的構件分子自然界存在的成千上萬種蛋白質，在結構和功能上的驚人的多樣性主要由氨基酸的内在性質造成的，我來為大家科普一下關于生物化學簡明教程蛋白質筆記?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

生物化學簡明教程蛋白質筆記

第3章氨基酸

節:氨基酸

蛋白質是生物功能的主要載體，而氨基酸是蛋白質的構件分子。自然界存在的成千上萬種蛋白質，在結構和功能上的驚人的多樣性主要由氨基酸的内在性質造成的。

1.蛋白質水解

蛋白質和多肽的肽鍵可被催化水解

（1）酸水解（H2SO4；HCl）：

優點：不引起消旋作用。

缺點：色氨酸被破壞，部分羟基氨基酸被分解，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下來。

（2）堿水解（NaOH）：

①優點：色氨酸是穩定的

②缺點：多數氨基酸遭到不同程度的破壞，并且産生消旋現象。

（3）酶水解：

①優點：不産生消旋，也不破壞氨基酸

②缺點：部分水解，需要多種酶協同作用才能使蛋白質完全水解；需時較長。

2.氨基酸的結構

地球上天然形成的AA180種以上。

構成蛋白質的常見AA隻有20餘種（更确切地說為19種氨基酸和一種亞氨基酸即脯氨酸），且都是α-氨基酸。

大多數AA在中性pH時呈兼性離子狀态：

（1）除甘氨酸外，19種AA都具有旋光性。

（2）除胱氨酸和酪氨酸外，其餘AA都能溶于水。

（3）蛋白質中發現的氨基酸都是L型的。

節:氨基酸的分類

生物體中發現的氨基酸180多種，大多數是不參加蛋白質組成，這些稱為非蛋白質氨基酸。

蛋白質組成的常見氨基酸或稱基本氨基酸隻有20種，稱為蛋白質氨基酸。

存在某些蛋白質的不常見氨基酸都是肽鍊上由常見氨基酸修飾轉化而來。

1.常見的蛋白質氨基酸

常見氨基酸分類：

（1）按R基的化學結構20種常見氨基酸可分為：

①脂肪族氨基酸

a.中性氨基酸

b.含羟基或硫氨基酸

c.酸性氨基酸及其酰胺

d.堿性氨基酸

②芳香族氨基酸

③雜環族氨基酸

（2）按R基的極性性質，20種常見氨基酸可分為：

①非極性R基氨基酸

②不帶電荷的極性R基氨基酸

③帶正電荷的R基氨基酸

④帶負電荷的R基氨基酸

（3）按Ｒ基的化學結構分類：

①脂肪族aa

a.中性aa

b.含羟基或硫aa

c.酸性aa及其酰胺

d.堿性aa

②芳香族aa

③雜環aa

（4）按Ｒ基的極性性質分類：

①非極性Ｒ基aa

②不帶電荷的極性Ｒ基aa

③帶正電荷的Ｒ基aa

④帶負電荷的Ｒ基aa

2.不常見的蛋白質氨基酸

由常見aa經修飾而來。

（1）4-羟脯氨酸主要存在結締組織的膠原蛋白

（2）5-羟賴氨酸主要存在結締組織的膠原蛋白

（3）g-羧基谷氨酸主要存在凝血酶原和一些與血液凝固有關的蛋白質中

（4）6-N-甲基賴氨酸存在某些肌肉蛋白如肌球蛋白

3.非蛋白質氨基酸

（1）150多種

（2）多是蛋白質中L型α-AA衍生物

（3）有一些是β-，γ-，δ-AA

（4）有些甚至是D-型AA

節:氨基酸的酸堿性質

1.兼性離子

過去常認為氨基酸在晶體甚至水溶液中是以不解離的中性分子存在，也就是一般的有機物。

後來發現，AA晶體熔點很高，此外，AA能使水的介電常數增高。如何解釋這個事實呢？

如果AA在晶體或水中主要以兼性離子（偶極離子）形式存在，不帶電荷的中性分子為數極少，就很好解釋這個問題了。

靜電吸引＞範德華力

兼性離子形式的AA是強極性分子

2.氨基酸的解離

根據酸堿質子理論，酸是質子（H ）的供體，堿是質子的受體，因此酸和堿有同一性，在一定條件下，各自向相反方面轉化。——AA是一類兩性電解質。

AA完全質子化時，可看成是多元酸

側鍊不解離中性AA可看作二元酸

酸性和堿性AA可看作三元酸

（1）根據Handerson-Hasselbalch方程：

（2）氨基酸解離步驟：

①第一步解離常數

②第二步解離常數

共轭酸的解離常數按其酸性遞降順序編号為Ka1和Ka2

甘氨酸滴定曲線

氨基酸的解離常數可用測定滴定曲線的實驗方法求得

滴定拐點就是兼性離子有一半變成陽離子或陰離子，也就是[A-]=[A0]或[A0]=[A ]，所以拐點處的pH值就是解離常數的對數值。

氨基酸中的a-COOH基的酸性要比相應的脂肪酸強上百甚至幾百倍，而a-氨基的堿性明顯低于其相應的胺類。當氨基酸溶液在低pH時，氨基以帶正電荷的形式存在，帶正電荷的氨基通過靜電相互作用（誘導效應）使羧基更容易失去質子，成為更強的酸。而與之對應的是在羧基影響下，氨基更不容易捕獲質子

（3）側鍊R基可解離的氨基酸解離及滴定：

①酸性氨基酸

谷氨酸的解離

谷氨酸的滴定

圖中的pK1；pKR；pK2分别代表前面的pKa1；pKa2；pKa3

②堿性氨基酸

賴氨酸的解離

組氨酸的滴定

圖中的pK1；pKR；pK2分别代表前面的pKa1；pKa2；pKa3

3.氨基酸的等電點

（1）當溶液為某一pH值時，AA主要以兼性離子的形式存在，分子中所含的正負電荷數目相等，淨電荷為0。這一pH值即為AA的等電點（pI）。

（2）在pI時，AA在電場中既不向正極也不向負極移動，即處于兩性離子狀态。

側鍊不含離解基團的中性AA等電點公式推導：

兩公式相乘：

等電點時，[A-]=[A ]

如以I代表等電點的[H ]

兩邊取對數

（3）對于側鍊含有可解離基團R的AA

pI取決于兼性離子（A0）兩邊pKa值的算術平均值。因為等電點時，氨基酸主要以兼性離子（A0）存在，[A ]和[A-]很小而且相等，A2-或A2 的量可以忽略不計。

酸性AA：pI=（pKa1 pKa2）/2

堿性AA：pI=（pKa2 pKa3）/2

節:氨基酸的化學反應

主要指其α-氨基和α-羧基以及側鍊上的功能基團R參與的反應。

1.α-氨基參加的反應

（1）與亞硝酸反應

（2）與酰化試劑反應

（3）烴基化反應

（4）形成Schiff’s堿反應

（5）脫氨基反應

①VanSlyke法測氨基氮（體積）的基礎。

②N2中的1/2為氨基氮。

氨基酸定量和蛋白質水解程度的測定。

③苄氧酰氯

苄氧酰氨基酸

氨基酸氨基的保護措施，在多肽和蛋白質人工合成中作為氨基保護試劑

丹磺酰氯－Ｎ末端aa标記和微量aa定量。

Sanger法測定N末端氨基酸基礎

④苯異硫氰酸酯PITC

⑤重複測定多肽鍊N端AA排列順序，設計出“多肽順序自動分析儀”

原理：将肽與異硫氰酸苯酯（PITC試劑）在pH8-9下作用，肽的NH2末端接到異硫氰酸苯酯的C原子上生成苯異硫甲氨酰肽，簡稱PTC-肽，在強酸作用下，可使靠近PTC基的氨基酸環化，肽鍵斷裂形成乙内酰苯硫脲氨基酸（PTH－氨基酸）和一個失去末端氨基酸的肽鍊。此肽不被破壞，因而又可出現一個新的N－末端。重複以上的步驟，繼續與PTH試劑作用，繼續分析，乙内酰苯硫脲氨基酸是無色的，用有機溶劑抽提後，用高效液相層析法分離鑒定。這就是多肽順序自動分析儀的工作原理。

西佛堿是以氨基酸為底物的某些酶促反應例如轉氨基反應的中間物

在生物體内經AA氧化酶催化即脫去α-氨基而轉變為酮酸。

2.α-羧基參加的反應

（1）成鹽或成酯反應

（2）成酰氯反應

（3）脫羧基反應

（4）疊氮反應：

①與NaOH等形成鹽

②成酯

成酰氯反應

保護氨基活化羧基，常用于多肽人工合成

3.α-羧基和α-氨基都參加的反應

（1）與茚三酮反應

（2）成肽反應：

①Pro和Hpro無遊離氨基，隻能形成黃色化合物（440nm）；

②可鑒定某化合物是否有可能是AA；如果是AA可用

③測壓法

④分光光度法——定量測定AA的含量

4.側鍊R基參加的反應

（1）Tyr（酪氨酸）

（2）堿性AA

（3）帶硫AA

①Tyr酚基在3和5位上易發生親電取代反應，如碘化和硝化

②Pauly反應

a.Tyr酚基還可和重氮化合物結合生成橘黃色的化合物——用于檢測Tyr

b.His側鍊咪唑基與重氮苯磺酸生成棕紅色化合物

c.Arg側鍊胍基與環己二酮生成縮合物

保護胍基，用于氨基酸序列分析以及結構與功能研究

d.Trp側鍊吲哚基能被

N-溴代琥珀酰亞胺氧化——分光光度法測定蛋白質中Trp含量

e.Met側鍊上甲硫基：強親核基團與烴化試劑成锍鹽

此反應能被巯基試劑逆轉，逆轉後，兩甲基除去的機會相等，多用于14C的同位素标記。

此反應提供了胰蛋白酶水解位點，另外還保護-SH基不被重新氧化成二硫鍵。

f.巯基能和各種金屬離子（對氯汞苯甲酸）形成穩定程度不等的絡合物，使酶失活。

此反應也是蛋白質結晶學中制備重原子衍生物最常用的方法。

g.Cys的巯基不穩定，易被氧化成二硫鍵

巯基在有痕量的金屬離子如：Cu2 ，Fe2 ，Co2 或Mn2 時，易被氧化

Cys中的二硫鍵可被氧化劑（過甲酸）以及還原劑（巯基化合物）打開。

節:AA的光學活性和光譜性質

1.AA的光學活性和立體化學

（1）a-氨基酸的a-碳是一個不對稱原子（除了甘氨酸），因此具有旋光性。也分為兩種構型D型和L型

（2）蘇氨酸，異亮氨酸，羟脯氨酸和羟賴氨酸除了a-碳原子外，還有第二個不對稱碳原子。因此有四種光學異構體。它們分别稱為L-，D-，L-别-，D-别-氨基酸。

（3）胱氨酸的兩個不對稱中心是相同的，存在D和L兩個異構體以及内消旋Cystine

（4）氨基酸的旋光性

氨基酸的旋光符号和大小取決于它的R基性質，并且與測定的溶液pH有關，這是因為在不同的pH條件下氨基和羧基的解離狀況不同。

2.氨基酸的光譜性質

（1）紫外吸收光譜：

①可見光區：無吸收

②遠紫外和紅外區：都吸收

③近紫外區（200—400nm）：芳香族氨基酸Tyr/Trp/Phe才有吸收

原因：含有苯環共轭p鍵系統-C=C-C=C-C=C-C=C-

（2）核磁共振波譜

核磁共振應用

最初,核磁共振技術主要用于核物理研究方面,用它測量各種原子核的磁矩,誤差僅是0.003%～0.005%；迄今,它已廣泛應用于化學、食品、醫學、生物學、遺傳學等學科領域,已成為在這些領域開展研究工作的有力工具,甚至是某些領域（如：化學、醫學診斷、藥物學等）常規分析中不可缺少的手段。1985年,維特裡希等人公布了第一次利用NMR法測定的溶液中蛋白質———蛋白酶抑制劑IIA的結構（如圖所示）。1990年用NMR測定的蛋白質結構有23個,而到1994年一年測定的蛋白質結構數上升到100個。

節:氨基酸混合物的分析分離

1.分配層析法的一般原理

層析/色譜——利用AA成分分配系數的差異

分配系數（Kd）：當溶質在兩種互不相溶的溶劑中分配時，在一定溫度達到平衡後，溶質在兩相中的濃度比值。

有效分配系數（Keff）；VA，VB分别代表A相和B相的體積。溶質的有效分配系數可以調整兩相的體積比而加以改變。

（1）逆流分溶的分離規律：

①分配系數大的物質移動越快

②轉移次數越多（即分溶管越多），分溶曲線的峰形越窄而高。

（2）層析系統：

①按兩相所處狀态分：

②按操作形式分：

③按層析原理分：

2.分配柱層析

填充物為親水性的不溶物質如纖維素、澱粉、矽膠等，支持劑吸附着一層不會流動的水，可以看着為固定相，沿固定相流過的是與它互不相溶的溶劑（苯酚，正丁醇）收集的組分用茚三酮顯色定量。得出洗脫曲線。

3.紙層析

4.薄層層析

5.離子交換層析

6.氣液層析

（1）層析系統的流動相為氣體，如氫、氦、氮，固定相為塗漬在固體顆粒表面的液體，此層析技術為氣液層析

（2）氨基酸由于含有各種極性基團，氣化十分困難，必須轉化為易揮發化合物才能進行層析

（3）PTH-氨基酸，然後經三甲基矽烷基化，便可得到很好氣化的氨基酸衍生物。

7.高效液相層析

（1）HPLC的特點：

①使用的固定相支持劑顆粒很細，表面積大

②溶劑系統采用高壓，因此洗脫速度增大

（2）多種類型的柱層析都可用HPLC來代替，例如分配層析，離子交換層析，吸附層析以及凝膠過濾。

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