种氨基酸各有第二个不对称中心(即β-碳原子),所以它们各有四种立体异构 体 00 H H—C-OH L苏氨酸 D-苏氨酸 HN一C-H H-C- NH3 H-C-OH CH3 别苏氨酸 D-别苏氨酸 某些氨基酸的D型异构体存在于一些微生物的细胞壁和具有抗菌作用的多 肽内。例如放线菌素D、短杆菌肽和短杆菌酪肽。 5.氨基酸的光谱 蛋白质分子中只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等芳香族氨基酸是能够吸收紫 外光的氨基酸,分别在波长278、275和260nm处出现最大吸收(表5-5)。胱氨 酸在230m处有微弱吸收。所有参与蛋白质组成的氨基酸在接近210nm波长处都 产生吸收,但是它们在可见光区域均没有吸收 氨基酸仅色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸能产生荧光(表5-5),甚至蛋白质分 子中的色氨酸也仍然会产生荧光(激发波长280m,在348nm波长处荧光最强)。 这些氨基酸所处的环境极性对它们的紫外吸收和荧光性质有影响,因此常通过这 些氨基酸的环境变化,对生色基团产生的微扰作用所引起的光谱变化来考察蛋白 质构象的变化。 表5-5芳香族氨基酸的紫外吸收和荧光 最大吸收波长 摩尔消光系数 荧光最大发射波长 氨基酸 (A max, nm) (cm1·mol) (A max, nm) 苯丙氨酸 260 色氨酸 278 348 酪氨酸 1340 304b a:激发波长260nm b:激发波长
种氨基酸各有第二个不对称中心（即 β-碳原子），所以它们各有四种立体异构 体。 某些氨基酸的 D 型异构体存在于一些微生物的细胞壁和具有抗菌作用的多 肽内。例如放线菌素 D、短杆菌肽和短杆菌酪肽。 5.氨基酸的光谱 蛋白质分子中只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等芳香族氨基酸是能够吸收紫 外光的氨基酸，分别在波长 278、275 和 260nm 处出现最大吸收（表 5-5）。胱氨 酸在 230nm 处有微弱吸收。所有参与蛋白质组成的氨基酸在接近 210nm 波长处都 产生吸收，但是它们在可见光区域均没有吸收。 氨基酸仅色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸能产生荧光（表 5-5），甚至蛋白质分 子中的色氨酸也仍然会产生荧光（激发波长 280nm，在 348nm 波长处荧光最强）。 这些氨基酸所处的环境极性对它们的紫外吸收和荧光性质有影响，因此常通过这 些氨基酸的环境变化，对生色基团产生的微扰作用所引起的光谱变化来考察蛋白 质构象的变化。 表 5-5 芳香族氨基酸的紫外吸收和荧光 氨基酸 最大吸收波长 （λmax，nm） 摩尔消光系数 （cm -1·mol-1） 荧光最大发射波长 （λmax，nm） 苯丙氨酸 260 190 282 a 色氨酸 酪氨酸 278 275 5500 1340 348 b 304 b a:激发波长 260nm b:激发波长 280nm L-苏氨酸 D-苏氨酸 L-别苏氨酸 D-别苏氨酸 C NH3 COOH3N H + H C OH CH3 C COOH + C H CH3 HO C NH3 COOH3N H + C H CH3 HO C COOH + H C OH CH3
二、氨基酸的化学反应 氨基酸和蛋白质分子中的反应基团主要是指它们的氨基,羧基和侧链的反应 基团即巯基、酚羟基、羟基、硫醚基(Met)、咪唑基和胍基,主要反应见表5-6 其中有的反应可用来对蛋白质和肽进行化学修饰,改善它们的亲水性和疏水性或 功能特性。还有一些反应被用作蛋白质和氨基酸的定量分析,例如氨基酸与茚三 酮、邻苯二甲醛或荧光胺反应是氨基酸定量分析中常用的反应。 1.与茚三酮反应 在氨基酸的分析化学中,具有特殊意义的是氨基酸与茚三酮( Ninhydrin) 的反应。茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热,生成复合物,大多数是蓝色或紫 色,在570nm波长处有最大吸收值。仅脯氨酸和羟基脯氨酸生成黄色产物,λ皿ax 为440,上述反应常用于氨基酸的比色(包括荧光法)测定。其反应原理是: +R→ CH-COOH一 + R-CHO NH2 茚三酮 氨基酸 鲁曼化( Ruhemann’s)紫 2.与荧光胺(f1 uorescamine)反应 此化合物和一级胺反应生成强荧光衍生物,因而,可用来快速定量测定氨基 酸、肽和蛋白质。此法灵敏度高,激发波长390n,发射波长475nm。 R-cH-co。H NH 2 荧光胺 3.与1,2-苯二甲醛反应 当有巯基乙醇存在时,1,2-苯二甲醛与氨基酸反应能生成强荧光异吲哚衍 生物(激发波长380nm,发射波长450nm)。 S-CH2--CH,OH RCH- COOH -CH2-CI N-CH--COOH 巯基乙醇
二、氨基酸的化学反应 氨基酸和蛋白质分子中的反应基团主要是指它们的氨基，羧基和侧链的反应 基团即巯基、酚羟基、羟基、硫醚基（Met）、咪唑基和胍基，主要反应见表 5-6。 其中有的反应可用来对蛋白质和肽进行化学修饰，改善它们的亲水性和疏水性或 功能特性。还有一些反应被用作蛋白质和氨基酸的定量分析，例如氨基酸与茚三 酮、邻苯二甲醛或荧光胺反应是氨基酸定量分析中常用的反应。 1.与茚三酮反应 在氨基酸的分析化学中，具有特殊意义的是氨基酸与茚三酮（Ninhydrin） 的反应。茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热，生成复合物，大多数是蓝色或紫 色，在 570nm 波长处有最大吸收值。仅脯氨酸和羟基脯氨酸生成黄色产物，λmax 为 440nm，上述反应常用于氨基酸的比色（包括荧光法）测定。其反应原理是： 2.与荧光胺（fluorescamine）反应 此化合物和一级胺反应生成强荧光衍生物，因而，可用来快速定量测定氨基 酸、肽和蛋白质。此法灵敏度高，激发波长 390nm，发射波长 475nm。 3.与 1，2-苯二甲醛反应 当有巯基乙醇存在时，1，2-苯二甲醛与氨基酸反应能生成强荧光异吲哚衍 生物（激发波长 380nm，发射波长 450nm）
4.与异硫氰酸苯酯反应 SsCnS CH- COOH +Ho 表5-6氨基酸及蛋白质官能团的化学反应 反应类型 说明 注释 氨基酸的一般反应 次氯酸钠氧化 R-CH-COOH+ NaoCI+H20-*R-CHO+ NH3+ NaCl+ cO2 与碳酰氯反应 R-CH-COOH +CI-C-0-R-CH-c=0 生成的N-羧酐能与赖氨酸 残基的e-NH2起反应 a-CO0H的反应 酯化 R-COoH+ ROH R-COOR+HgO 串腾 在肽的合成时保护羧基 NaBH 还原 R-COOH R-CH-OH 蛋白质C末端氨基酸的鉴定 脱羧 R-CH-CooH一→R-cHz-NH2+co2 酶,热,酸或碱处理 酰胺化 R-COOH R-Co-NH2+ H2o a-氨基的反应 酰化 R-NH2+R'-C-C—→R-NH-CO-R+Hc 在肽合成时保护氨基 与醛反应 R-NH2+R-C-H→→R-N=cH-R'+H2O 生成的希夫氏碱不稳定,相 当于麦拉德反应的第一阶 段
4.与异硫氰酸苯酯反应 表 5-6 氨基酸及蛋白质官能团的化学反应 反应类型 说明 注释 氨基酸的一般反应 次氯酸钠氧化 与碳酰氯反应 生成的 N-羧酐能与赖氨酸 残基的ε-NH2 起反应 α-COOH 的反应 酯化 在肽的合成时保护羧基 还原 蛋白质 C 末端氨基酸的鉴定 脱羧 酶，热，酸或碱处理 酰胺化 α-氨基的反应 酰化 在肽合成时保护氨基 与醛反应 生成的希夫氏碱不稳定，相 当于麦拉德反应的第一阶 段
脱氨基反应 R-NH2+ HNO2-+R-OH+N2+H20 由释放的N2可测定氨基酸 与茚三酮、荧光胺、1,2-苯 这些反应用于氨基酸的分 甲醛、异硫氰酸苯酯、丹 离(如HPLC)和测定 磺酰氯反应 侧链上的反应 巯基与碘乙酸的反应 -2H+lcH5cooH→→甘-2- CHSCOOH 按S-羧甲基衍生物的形式 测定半胱氨酸时防止氧化 与过甲酸 R-SH+ HCOOOH→+R-S02H 以磺基丙氨酸的形式测定 半胱氨酸 与对氯汞苯甲酸 R-SH+ CiHg -O-c0oONa-R-s-H- o coo№a+Hc测定半胱氨酸 5,5-二硫代-双(硝基苯R-SH+MO2-()-ss-〈)-N02→→R-s-s No2测定半胱氨酸 甲酸)( Ellman试剂) coo 氧化 2R→SH R-S-S-R 半胱氨酸氧化生成胱氨酸 (二硫交联键),用β-巯基 乙醇或二硫代苏糖醇还原 时,反应是可逆的 赖氨酸氨基的反应 1-氟-2,4-二硝基苯反应R-NH2+F R→NH NOn+ HF 赖氨酸的ε-二硝基苯基衍 生物测定可能与这种氨基 酸的生物有效性相关 与橙G,2,4,6-三硝基苯磺 e-H2的测定(与生物的有 酸或0-甲基异脲反应 效性相关
脱氨基反应 由释放的 N2 可测定氨基酸 与茚三酮、荧光胺、1,2-苯 二甲醛、异硫氰酸苯酯、丹 磺酰氯反应 这些反应用于氨基酸的分 离（如 HPLC）和测定 侧链上的反应 巯基与碘乙酸的反应 按 S-羧甲基衍生物的形式 测定半胱氨酸时防止氧化 与过甲酸 以磺基丙氨酸的形式测定 半胱氨酸 与对氯汞苯甲酸 测定半胱氨酸 5,5’-二硫代-双(硝基苯 甲酸)(Ellman 试剂) 测定半胱氨酸 氧化 半胱氨酸氧化生成胱氨酸 (二硫交联键),用β-巯基 乙醇或二硫代苏糖醇还原 时,反应是可逆的 赖氨酸氨基的反应 与 1-氟-2,4-二硝基苯反应 赖氨酸的ε-二硝基苯基衍 生物测定可能与这种氨基 酸的生物有效性相关 与橙 G,2,4,6-三硝基苯磺 酸或 O-甲基异脲反应 ε-NH2 的测定(与生物的有 效性相关)
与硫醚基的反应 与碘乙酸反应 R-S-CH3 ICH2CO0H-R-S-CH 生成锍的衍生物可阻止硫 CH2COOH 原子氧化 与过甲酸反应 R-S-CH3+ HCOOOH-R-SO2-CH3 以蛋氨酸砜的形式测定蛋 氨酸 5与丹磺酰氯(1-二甲氨基萘5-磺酰氯)反应 + Hc so。NH- CH -COOH 上述的氨基反应可用来确定肽或蛋白质的N末端氨基酸,氨基酸丹磺酰衍生 物可用非极性液相色谱柱进行分离。 第三节蛋白质的结构 一、蛋白质的结构层次 蛋白质与核酸、糖类一样,都属于生物大分子,它们和一般的合成大分子 的最大差别可以归结为两点:特定结构和时空特性。本章只介绍蛋白质的结构层 次。蛋白质的时空特性超出了本书的范围,这里不予阐述。蛋白质的层次结构, 与另外三类生物分子核酸、糖类和脂类相比,了解最为清楚。 前面已经提到蛋白质的肽链是由20种氨基酸单体随机组成的,因此蛋白质 肽链结构的复杂程度就可想而知。另外,蛋白质的肽链如同其他合成高分子一样, 分子链都很长。任何一种长链分子在伸展状态时,基本上都是处于较高的能态, 只有使分子的内能降低,分子才能成为更稳定的状态。因而蛋白质的肽链就会自 发地通过许多和α-碳原子或肽平面键间的单键旋转,同时伴随着分子内大量的 原子和基团间的相互作用,降低内能,折叠成为一些空间内较为稳定的立体结构。 所以,蛋白质的结构并不只是描述蛋白质肽链中氨基酸的线性排列顺序。 蛋白质的立体结构是分阶段形成的,在现己查明的蛋白质立体结构中存在不 同类型规则的有序结构。在此基础上,提出了蛋白质的多层次立体结构学说
与硫醚基的反应 与碘乙酸反应 生成锍的衍生物可阻止硫 原子氧化 与过甲酸反应 以蛋氨酸砜的形式测定蛋 氨酸 5.与丹磺酰氯(1-二甲氨基萘-5-磺酰氯)反应 上述的氨基反应可用来确定肽或蛋白质的 N 末端氨基酸,氨基酸丹磺酰衍生 物可用非极性液相色谱柱进行分离。 第三节 蛋白质的结构 一、蛋白质的结构层次 蛋白质与核酸、糖类一样，都属于生物大分子，它们和一般的合成大分子 的最大差别可以归结为两点：特定结构和时空特性。本章只介绍蛋白质的结构层 次。蛋白质的时空特性超出了本书的范围，这里不予阐述。蛋白质的层次结构， 与另外三类生物分子核酸、糖类和脂类相比，了解最为清楚。 前面已经提到蛋白质的肽链是由 20 种氨基酸单体随机组成的，因此蛋白质 肽链结构的复杂程度就可想而知。另外，蛋白质的肽链如同其他合成高分子一样， 分子链都很长。任何一种长链分子在伸展状态时，基本上都是处于较高的能态， 只有使分子的内能降低，分子才能成为更稳定的状态。因而蛋白质的肽链就会自 发地通过许多和 α-碳原子或肽平面键间的单键旋转，同时伴随着分子内大量的 原子和基团间的相互作用，降低内能，折叠成为一些空间内较为稳定的立体结构。 所以，蛋白质的结构并不只是描述蛋白质肽链中氨基酸的线性排列顺序。 蛋白质的立体结构是分阶段形成的，在现已查明的蛋白质立体结构中存在不 同类型规则的有序结构。在此基础上，提出了蛋白质的多层次立体结构学说