第3章 氨基酸的简介.ppt

第三章氨基酸 蛋白质是生命的表征,氨基酸是蛋白质的构件分子。 蛋白质在结构和功能上惊人的多样性归根结底是由20种常见氨基酸的内在性质决定的。 这些性质包括：1）手性，2）侧链结构及其化学功能的多样性，3）特有的酸碱性质，4）聚合能力。 1.1 氨基酸的一般结构 1.2 氨基酸的分类 1.3 氨基酸的酸碱化学 1.4 氨基酸的特征化学反应 1.5 氨基酸的光学活性和光谱性质 1.6 氨基酸混合物的分离分析 1.1 氨基酸的一般结构 特征： α-碳（与羧酸相邻的碳，Cα ）上都有一个氨基（ α-氨基酸 ），此外， Cα 还结合着一个H原子和一个侧链基团(R) 每一种氨基酸的R都是不同的，侧链上的碳依次按字母命名为β、γ、δ和ε 碳，分别指的是第3，4，5和6位碳 生理条件下（pH=7附近），氨基酸呈兼性离子形式。 绝大多数氨基酸是L型氨基酸 α-氨基酸除R为H（甘氨酸）外，其α-碳原子是一个手性碳原子，具有旋光性，存在着两种不能叠合的镜像立体异构体。 将α-COO-画在顶端，垂直画一个氨基酸，然后与立体化学参考化合物甘油醛相比较， α-氨基位于α-碳左边的为L-异构体，位于右边的为D-异构体。 绝大多数氨基酸是L-型氨基酸，近年来，D-型氨基酸在哺乳动物生命活动中的意义引起了越来越多的关注。 1.2 氨基酸的分类 1.2.1、氨基酸的表示方法： 中文名，如甘氨酸、半胱氨酸等。 三字母简写：如Gly、Cys等。 单字母简写：如G、C等。 记忆技巧 （按字母顺序记忆） Ala Arg Asp Asn 丙 精 天 天酰 Cys Glu Gln Gly 半 谷 谷酰 甘 His Ile Leu Lys 组 异亮 亮 赖 Met Phe Pro 甲硫 苯丙 脯 Ser Thr Trp Tyr Val 丝 苏 色 酪 缬 1.2.2、 20种氨基酸可按其侧链分类 氨基酸的侧链可以按照它们的化学结构分为三类，即：脂肪族氨基酸；芳香族氨基酸；杂环氨基酸。 一、脂肪族氨基酸（中性） 甘氨酸是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。 异亮氨酸分子中的α碳和β碳都是不对称碳原子，所以异亮氨酸具有四种可能的异构体：L-异亮氨酸、D-异亮氨酸、 L-别构异亮氨酸和D-别构异亮氨酸。通常出现在蛋白质中的为L-异亮氨酸。 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的侧链具有高度疏水性，在维持蛋白质的三维结构中起重要作用。 丝氨酸和苏氨酸侧链含有β-羟基，具有伯醇和仲醇的离子化特性。 丝氨酸的羟甲基可以参与很多酶的活性部位反应。 苏氨酸具有两个手性碳原子，通常出现在蛋白质中的是L-苏氨酸。 半胱氨酸在蛋白质中经常以其氧化型的胱氨酸存在。胱氨酸是由两个半胱氨酸通过它们侧链上的-SH氧化成共价的二硫桥连接形成的。 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。生理条件下，二者呈酸性。 天冬酰胺和谷氨酰胺分别是天冬氨酸和谷氨酸的酰胺化产物。尽管这两个氨基酸的侧链不带电荷，但其极性很强。另外，这两种氨基酸的酰胺键可以与其它极性氨基酸的侧链上的原子形成氢键。 精氨酸是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。 赖氨酸的侧链上含有一个氨基，侧链氨基的pKa为10.53。生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（—NH3+），同时它的侧链是4个C的直链，柔性较大，使侧链的氨基反应活性增大。 组氨酸含咪唑环，咪唑环的pKa在游离氨基酸中和在多肽链中不同，前者pKa为6.00，后者为7.35，它是20种氨基酸中侧链pKa值最接近生理pH值的一种，在接近中性pH时，可离解平衡。它是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。 脯氨酸是唯一的一种环状结构的氨基酸，它的α-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用，一般出现在两段α-螺旋之间的转角处，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化。 根据氨基酸侧链的极性可以分为非极性氨基酸和极性氨基酸。极性氨基酸又可分为不带电荷的极性氨酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。 1.3、氨基酸的酸碱化学 氨基酸是个两性电解质，既可进行酸解离也可进行碱解离，用解离方程式表示就是： 氨基酸的离子状态完全取决于溶液的pH值。 如果调节溶液的pH值使得其中的氨基酸呈电中性，那么