酶的活性中心:His、Ser、Cys 非极性a一般位于蛋白质的疏水核心,带电荷的a和极性a位于表面 (二)非编码的蛋白质氨基酸 也称修饰氨基酸,是在蛋白质合成后,由基本氨基酸修饰而来 Prothrombin(凝血酶原)中含有g羧基谷氨酸,能结合Ca2+。 结缔组织中最丰富的蛋白质胶原蛋白含有大量4羟脯氨酸和5-羟赖氨酸。 图3-10修饰an的结构 (1)4羟脯氨酸 (2)5-羟赖氨酸 这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白(如胶原蛋白)中 (3)6N-甲基赖氨酸(存在于肌球蛋白中) (4)r-羧基谷氨酸 存在于凝血酶原及某些具有结合Ca2+离子功能的蛋白质中 (5)Tyr的衍生物:35-二碘酪氨酸、甲状腺素(甲状腺蛋白中) (6)锁链素由4个Lys组成(弹性蛋白中) (三)非蛋白质氨基酸 除参与蛋白质组成的20多种氨基酸外,生物体内存在大量的氨基酸中间代谢产物,它们不是蛋白质的结构 单元,但在生物体内具有很多生物学功能,如尿素循环中的L-瓜氨酸和L鸟氨酸 (1)L型a-氨基酸的衍生物 L瓜氨酸 L鸟氨酸 图 (2)D型氨基酸 D-Gu、D-Ala(肽聚糖中)、D-Phe(短杆菌肽S) (3)B、y、δ-氨基酸 β-Ala(泛素的前体)、y-氨基丁酸(神经递质) 四、氨基酸的构型、旋光性和光吸收 1、氨基酸的构型 除G外,19种氨基酸的α-碳原子都是不对称碳原子,因此有两种光学异构体,而Thr和Ie的β碳原子 也是不对称的,因此Thr、Ie各有两个不对称碳原子,有四种光学异构体。 图P86L苏氨酸D-苏氨酸L别一苏D-别苏 构成蛋白质的氨基酸均属L-型(L-苏氨酸),大部分游离氨基酸也是L型。 2、旋光性 20种氨基酸中,只有GⅣ无手性碳。Thr、ll各有两个手性碳。其余17种氨基酸的L型与D型互为镜象
酶的活性中心：His、Ser、Cys 非极性 aa 一般位于蛋白质的疏水核心，带电荷的 aa 和极性 aa 位于表面。 （二） 非编码的蛋白质氨基酸 也称修饰氨基酸，是在蛋白质合成后，由基本氨基酸修饰而来。 Prothrombin(凝血酶原)中含有 g-羧基谷氨酸，能结合 Ca2+。 结缔组织中最丰富的蛋白质胶原蛋白含有大量 4-羟脯氨酸和 5-羟赖氨酸。 图 3-10 修饰 aa 的结构 （1）4-羟脯氨酸 （2）5-羟赖氨酸 这两种氨基酸主要存在于结缔组织的纤维状蛋白（如胶原蛋白）中。 （3）6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中） (4)г-羧基谷氨酸 存在于凝血酶原及某些具有结合 Ca2+离子功能的蛋白质中。 （5）Tyr 的衍生物： 3.5 -二碘酪氨酸、甲状腺素 （甲状腺蛋白中） （6）锁链素由 4 个 Lys 组成（弹性蛋白中）。 （三） 非蛋白质氨基酸 除参与蛋白质组成的 20 多种氨基酸外，生物体内存在大量的氨基酸中间代谢产物，它们不是蛋白质的结构 单元，但在生物体内具有很多生物学功能，如尿素循环中的 L-瓜氨酸和 L-鸟氨酸。 （1）L-型 α –氨基酸的衍生物 L-瓜氨酸 图 L-鸟氨酸 图 （2）D-型氨基酸 D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短杆菌肽 S） （3）β-、γ-、δ-氨基酸 β-Ala（泛素的前体）、γ-氨基丁酸（神经递质）。 四、 氨基酸的构型、旋光性和光吸收 1、 氨基酸的构型 除 Gly 外，19 种氨基酸的 α-碳原子都是不对称碳原子，因此有两种光学异构体，而 Thr 和 Ile 的 β-碳原子 也是不对称的，因此 Thr、Ile 各有两个不对称碳原子，有四种光学异构体。 图 P86 L-苏氨酸 D-苏氨酸 L-别一苏 D-别-苏 构成蛋白质的氨基酸均属 L-型（L-苏氨酸），大部分游离氨基酸也是 L-型。 2、 旋光性 20 种氨基酸中，只有 Gly 无手性碳。Thr、Ile 各有两个手性碳。其余 17 种氨基酸的 L 型与 D 型互为镜象
关系,互称光学异构体(对映体,或立体异构体)。一个异构体的溶液可使偏振光逆时针旋转(记为(一) 另一个异构体可使偏振光顺时针旋转(计为(+),称为旋光性。 光学异构体的其它理化性质完全相同。 外消旋物:D-型和L型的等摩尔混合物 L-苏氨酸和D-苏氨酸、L-别一苏氨酸和D-别-苏氨酸分别组成消旋物,而L-(D-)苏氨酸和L·(D-)别一 苏氨酸则是非对映体 旋光性物质在化学反应时经过对称的过度态时会发生消旋现象。蛋白质在与碱共热水解时或用一般的化学 方法人工合成氨基酸时也会得到无旋光性的D-、L-消旋物。 内消旋物:分子内消旋 胱氨酸有三种立体异构体:L-胱氨酸、D-胱氨酸、内消旋胱氨酸, L-胱氨酸和D-胱氨酸是外消旋物 图P86 L-胱氨酸D-胱氨酸内消旋胱氨酸:(分子内部互相抵消而无旋光性) 蛋白质中L型氨基酸的比旋光度 P87蛋白质中L型氨基酸的比旋光度。 氨基酸的旋光符号和大小取决于它的R基的性质,并与溶液的PH值有关(PH值影响氨基和羧基的解离)。 3、氨基酸的光吸收性 20种氨基酸在可见光区域无光吸收,在远紫外区(〈220nm)均有光吸收,在近紫外区(220-300nm)只有 Iyr、Phe、Tp的R基含有共轭双键,在220-300nm紫外区有吸收 Tyr2751.4×103 Phe2572.0×10 5.6×103 Lambert-Beer 五、氨基酸的酸碱性质(重点) 1、氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在 α-氨基酸都含有COOH和-NH2,都是不挥发的结晶固体,熔点200-350℃,不溶于非极性溶剂,而易溶于 水,这些性质与典型的羧酸( R-COOH)或胺(RNH2)明显不同 三个现象: ①晶体溶点高→离子晶格,不是分子晶格。 ②不溶于非极性溶剂→极性分子 ③介电常数高(氨基酸使水的介电常数增高,而乙醇、丙酮使水的介电常数降低。)→水溶液中的氨基酸是 极性分子。 原因:a-羧基pK1在20左右,当pH>3.5,a羧基以COO-形式存在。a氨基pK2在94左右,当pH<80 时,α-氨基以∝-NH+3形式存在。在pH3.5-80时,带有相反电荷,因此氨基酸在水溶液中是以两性离子离 子形式存在 Gl溶点232℃比相应的乙酸(165℃)、乙胺(-80.5℃)高,可推测氨基酸在晶体状态也是以两性离子形 式存在
关系，互称光学异构体（对映体，或立体异构体）。一个异构体的溶液可使偏振光逆时针旋转（记为（一））。 另一个异构体可使偏振光顺时针旋转（计为（+）），称为旋光性。 光学异构体的其它理化性质完全相同。 外消旋物：D-型和 L-型的等摩尔混合物。 L-苏氨酸和 D-苏氨酸、L-别一苏氨酸和 D-别-苏氨酸分别组成消旋物，而 L-（D-）苏氨酸和 L-（D-）别一 苏氨酸则是非对映体。 旋光性物质在化学反应时经过对称的过度态时会发生消旋现象。蛋白质在与碱共热水解时或用一般的化学 方法人工合成氨基酸时也会得到无旋光性的 D-、L-消旋物。。 内消旋物：分子内消旋 胱氨酸有三种立体异构体：L-胱氨酸、D-胱氨酸、内消旋胱氨酸。 L-胱氨酸和 D-胱氨酸是外消旋物 图 P86 L-胱氨酸 D-胱氨酸 内消旋胱氨酸：（分子内部互相抵消而无旋光性） 蛋白质中 L 型氨基酸的比旋光度 P 87 蛋白质中 L 型氨基酸的比旋光度。 氨基酸的旋光符号和大小取决于它的 R 基的性质，并与溶液的 PH 值有关（PH 值影响氨基和羧基的解离）。 3、 氨基酸的光吸收性 20 种氨基酸在可见光区域无光吸收，在远紫外区（〈220nm〉均有光吸收，在近紫外区（220-300nm）只有 Tyr、Phe、Trp 有吸收。 Tyr、Phe、Trp 的 R 基含有共轭双键，在 220-300nm 紫外区有吸收。 λ（nm） ε Tyr 275 1.4×103 Phe 257 2.0×102 Trp 280 5.6×103 Lambert-Beer： 五、 氨基酸的酸碱性质（重点） 1、 氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在 α-氨基酸都含有-COOH 和-NH2，都是不挥发的结晶固体，熔点 200-350℃，不溶于非极性溶剂，而易溶于 水，这些性质与典型的羧酸（R-COOH）或胺（R-NH2）明显不同。 三个现象： ①晶体溶点高→离子晶格，不是分子晶格。 ②不溶于非极性溶剂→极性分子 ③介电常数高（氨基酸使水的介电常数增高，而乙醇、丙酮使水的介电常数降低。）→水溶液中的氨基酸是 极性分子。 原因：α-羧基 pK1 在 2.0 左右，当 pH>3.5，α-羧基以-COO-形式存在。α-氨基 pK2 在 9.4 左右，当 pH<8.0 时，α-氨基以 α-NH+3 形式存在。在 pH3.5-8.0 时，带有相反电荷，因此氨基酸在水溶液中是以两性离子离 子形式存在。 Gly 溶点 232℃比相应的乙酸（16.5℃）、乙胺（-80.5℃）高，可推测氨基酸在晶体状态也是以两性离子形 式存在
2、氨基酸的两性解离和酸碱滴定曲线 HA A-+H+ H=pKa+Log[共轭碱]/[共轭酸]pOH=pKb+Log[共轭酸]/[共轭碱] (1)pH>pKa′时,[碱]>[酸] pH=pKa时,[碱]=[酸] pH<pKa/时,[酸]>[碱 (2)pKa就是[碱]=[酸]时溶液的pH值,Ka就是此时溶液的[H+] (3)当碱]=[酸时,溶液的pH值等于pKa (4)Gly的两性解离和滴定曲线 图3-14Gly的滴定曲线 在pH234和pH960处,Gly具有缓冲能力。 滴定开始时,溶液中主要是Gly+ 起点:100%G+净电荷:+1 第一拐点 50%Gly+,50%Gy±平均净电荷:+05 第二拐点:100%G1±净电荷:0等电点pl 第三拐点:50%Gl±,50%Gly-平均净电荷:-0.5 终点: 100%Gly-净电荷:-1 第一拐点:pH=pK+lg【Gl±JGly+],pH=pK1=2.34 第二拐点:100%Gl±,净电荷为0,此时的pH值称氨基酸的等电点pl 第三拐点:pH=pK2+ lg[gly-]/Gly±=pK2=9.6 Gly的等电点 等电点时:[Gy-=[Gly+] 等电点时氢离子浓度用I表示 I2=K1·K2P=1/2(pK1+pK2) 氨基酸在等电点状态下,溶解度最小 pH>pl时,氨基酸带负电荷,COOH解离成-COO,向正极移动 H=pl时,氨基酸净电荷为零 pH<pl时,氨基酸带正电荷,-NH2解离成N+H3,向负极移动。 以Gly为例 pH>234正E+1.0-+0.5 pH=234正E+0.5 2.34<PH<5.97&NBSP: &NBSP: &NBSP &NBSP: IE 0.5-0 597<PH<960&NBSP&NBSP&NBSP,&NBSP一负0-0.5
图 2、 氨基酸的两性解离和酸碱滴定曲线 HA A- + H+ pH=pKa/ +Log[共轭碱]／[共轭酸] pOH=pKb/+Log[共轭酸]／[共轭碱] （1）pH > pKa/ 时，[碱] > [酸] pH = pKa/ 时，[碱] = [酸] pH < pKa/ 时， [酸] > [碱] （2） pKa/ 就是[碱] = [酸]时溶液的 pH 值，Ka/就是此时溶液的[H+] （3）当[碱] = [酸]时，溶液的 pH 值等于 pKa/ （4）Gly 的两性解离和滴定曲线 图 3-14 Gly 的滴定曲线 在 pH2.34 和 pH9.60 处，Gly 具有缓冲能力。 滴定开始时，溶液中主要是 Gly+。 起点：100% Gly+ 净电荷：+1 第一拐点： 50%Gly + ，50%Gly± 平均净电荷：+0.5 第二拐点： 100%Gly± 净电荷：0 等电点 pI 第三拐点： 50%Gly± ， 50%Gly- 平均净电荷：-0.5 终点： 100% Gly- 净电荷：-1 第一拐点：pH=pK+lg[Gly±]/[Gly+]，pH=pK1=2.34 第二拐点：100%Gly±，净电荷为 0，此时的 pH 值称氨基酸的等电点 pI。 第三拐点：pH=pK2+lg[Gly-]/[Gly±]=pK2=9.6 Gly 的等电点： 等电点时：[Gly-]=[Gly+] 等电点时氢离子浓度用 I 表示 I2=K1·K2 PI=1/2(pK1+pK2) 氨基酸在等电点状态下，溶解度最小 pH > pI 时，氨基酸带负电荷，-COOH 解离成-COO-，向正极移动。 pH = pI 时，氨基酸净电荷为零 pH < pI 时，氨基酸带正电荷，-NH2 解离成-N+H3，向负极移动。 以 Gly 为例 pH>2.34 正 +1.0 — +0.5 pH=2.34 正 +0.5 2.34<PH<5.97&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP; 正 0.5 — 0 5.97<PH<9.60&NBSP;&NBSP;&NBSP;&NBSP; — 负 0 -0.5
负-0.5—-1.0 问题: (1)pH=pKa时,缓冲能力最大,等电点时缓冲能力最小。为什么? (2)p的计算(氨基酸,寡肽),等电点时各组分的比例分析 (3)不同pH下的组成分析和电泳行为 pH>pl时,氨基酸带负电荷,-COOH解离成COO-,向正极移动 pH=pl时,氨基酸净电荷为零,溶解度最小 pH<p时,氨基酸带正电荷,-NH2解离成N+H3,向负极移动。 (4)利用p和pKa确定各种氨基酸适合的酸碱缓冲范围 (5)计算不同氨基酸水溶液的pH值 (6)绘制滴定曲线(Gu) 根据P92页表3-7中Gu的数据( pKld-COOH2.19,pK2aN+H3967, pKR R-COOH425,pl3.22) ①绘出滴定曲线 ②指出Glu-和Glu=各一半时的pH值 ③指出Glu总是带正电荷的pH范围 ④指出G和Gu-能作为缓冲液使用的pH范围 ①解:见图 ②Glu-和Gu=各50%时pH为967 ③pHl3.22时Gu总带正电荷 ④Gu和Glu-缓冲范围pH4.25左右 P92表3-7,氨基酸的表观解离常数和等电点 ①从表中(P92)可以看出,氨基酸的a-羧基pKa在1.8-26间,比典型羧基的pKa(如乙酸pKa为476) 要小很多,说明氨基酸羧基的酸性此普通羧基强100倍以上。主要原因是氨基酸中α-氨基对α-羧基解离的 影响(场效应)。 ②表中只有His的咪唑基侧链在生理条件下不带电荷 在生理条件下,只有His有缓冲能力 血红蛋白中His含量高,在血液中具很强的缓冲能力 六、氨基酸的化学性质 (一)a-NH2参加的反应 1、酰化反应 ①酰化试剂:苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、对甲苯磺酰氯。这些酰化剂在多肽和蛋白质的人工 合成中被用作氨基保护剂 ②丹磺酰氯(DNS-cl,5—二甲基氨基萘-1-磺酰氯) DNS---Cl可用于多肽链NH2末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定 NGy- Ala-Ser-Leu-PheC→→DNs-Gly -Ser-LeuPhe C
pH>9.60 负 -0.5 — -1.0 问题： （1）pH = pKa/ 时，缓冲能力最大，等电点时缓冲能力最小。为什么？ （2）pI 的计算（氨基酸，寡肽），等电点时各组分的比例分析 （3）不同 pH 下的组成分析和电泳行为 pH > pI 时，氨基酸带负电荷，-COOH 解离成-COO-，向正极移动。 pH = pI 时，氨基酸净电荷为零，溶解度最小 pH < pI 时，氨基酸带正电荷，-NH2 解离成-N+H3，向负极移动。 （4）利用 pI 和 pKa/确定各种氨基酸适合的酸碱缓冲范围 （5）计算不同氨基酸水溶液的 pH 值 （6）绘制滴定曲线（Glu） 根据 P92 页表 3-7 中 Glu 的数据（pK1α-COOH 2.19， pK2α-N+H39.67，pKR R-COOH 4.25，pI 3.22） ①绘出滴定曲线 ②指出 Glu-和 Glu=各一半时的 pH 值 ③指出 Glu 总是带正电荷的 pH 范围 ④指出 Glu±和 Glu-能作为缓冲液使用的 pH 范围 ①解：见图 ②Glu-和 Glu=各 50%时 pH 为 9.67 ③pH<3.22 时 Glu 总带正电荷 ④Glu±和 Glu-缓冲范围 pH4.25 左右 P92 表 3-7，氨基酸的表观解离常数和等电点 ①从表中（P92）可以看出，氨基酸的 α-羧基 pKa 在 1.8-2.6 间，比典型羧基的 pKa（如乙酸 pKa 为 4.76） 要小很多，说明氨基酸羧基的酸性此普通羧基强 100 倍以上。主要原因是氨基酸中 α-氨基对 α-羧基解离的 影响（场效应）。 图 ②表中只有 His 的咪唑基侧链在生理条件下不带电荷。 在生理条件下，只有 His 有缓冲能力。 血红蛋白中 His 含量高，在血液中具很强的缓冲能力。 六、 氨基酸的化学性质 （一） α-NH2 参加的反应 1、 酰化反应 ①酰化试剂：苄氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酐、对-甲苯磺酰氯。这些酰化剂在多肽和蛋白质的人工 合成中被用作氨基保护剂。 ②丹磺酰氯（DNS-cl，5—二甲基氨基萘-1-磺酰氯） DNS—cl 可用于多肽链—NH2 末端氨基酸的标记和微量氨基酸的定量测定。 图 N Gly—Ala—Ser—Leu—Phe C →→→→ DNS—Gly—Ala—Ser—Leu—Phe C
水解 DNS--Gly、Aa、Ser、Leu、Phe DNS-氨基酸在紫外光激发后发黄色荧光。 ③蛋白质的合成 ④(生物体内)在酶和ATP存在条件下,羧酸也可与氨基酸的氨基作用,形成酰基化产物 苯甲酸与Gly的氨基的酰基化反应是生物体内解毒作用的一个典型的例子。 将经过匀浆的动物肝脏组织与Gl、苯甲酸和ATP混合保温,从混合液中可分离出N-苯甲酸一Gly。 图 苯甲酸是食品防腐剂,在生物体内转变成N苯甲酰Gl后,可经尿排出 2、烷基化反应 -氨基中的氮是一个亲核中心,能发生亲核取代反应 ①肌氨酸是存在于生物组织中重要的组分,它是Gl甲基化的产物 ②强亲电的有机物能与a-NH2发生烷基化反应。 第一次大战中使用的芥子气,它的主要作用是使氨基酸的α氨基烷基化,从而破坏蛋白质的正常功能 ③ Sanger反应(24一二硝基氟苯,DNFP) 硝基苯基氨基酸(DNP氨基酸),黄色,层析法鉴定,被 Sanger用来测定多肽的NH2末端氨基酸 ④ Edman反应(苯异硫氰酸酯,PITC) 苯氨基硫甲酰衍生物(PIC-氨基酸)→苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-氨基酸) PTH氨基酸,无色,可以用层析法分离鉴定。被 Edman用来鉴定多肽的NH2末端氨基酸 生成西佛碱的反应( Schift) 氨基酸的a氨基与醛类反应,生成西佛 西佛碱是某些酶促反应的中间产物(如转氨基反应的中间产物)。 ⑥含硫氨基酸的烷基化反应
水解 DNS—Gly、 Ala、 Ser、 Leu、 Phe DNS-氨基酸在紫外光激发后发黄色荧光。 ③蛋白质的合成 图 ④（生物体内）在酶和 ATP 存在条件下，羧酸也可与氨基酸的氨基作用，形成酰基化产物。 苯甲酸与 Gly 的氨基的酰基化反应是生物体内解毒作用的一个典型的例子。 将经过匀浆的动物肝脏组织与 Gly、苯甲酸和 ATP 混合保温，从混合液中可分离出 N-苯甲酸一 Gly。 图 苯甲酸是食品防腐剂，在生物体内转变成 N-苯甲酰-Gly 后，可经尿排出。 2、 烷基化反应 α-氨基中的氮是一个亲核中心，能发生亲核取代反应。 ①肌氨酸是存在于生物组织中重要的组分，它是 Gly 甲基化的产物： 图 ②强亲电的有机物能与 α-NH2 发生烷基化反应。 第一次大战中使用的芥子气，它的主要作用是使氨基酸的 α-氨基烷基化，从而破坏蛋白质的正常功能。 图 ③Sanger 反应（2.4 一二硝基氟苯，DNFP） 图 二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸），黄色，层析法鉴定，被 Sanger 用来测定多肽的 NH2 末端氨基酸。 ④Edman 反应（苯异硫氰酸酯，PITC） 图 苯氨基硫甲酰衍生物（PTC-氨基酸） → 苯乙内酰硫脲衍生物（PTH-氨基酸） PTH-氨基酸，无色，可以用层析法分离鉴定。被 Edman 用来鉴定多肽的 NH2 末端氨基酸 ⑤生成西佛碱的反应（Schiff） 氨基酸的 α 氨基与醛类反应，生成西佛碱。 图 西佛碱是某些酶促反应的中间产物（如转氨基反应的中间产物）。 ⑥含硫氨基酸的烷基化反应