文档介绍：第十九章氨基酸、蛋白质和核酸
蛋白质和核酸是生命现象的物质基础,是参与生物体内各种生物变化最重要的组分。蛋白质存在于一切细胞中,它们是构成人体和动植物的基本材料,肌肉、毛发、皮肤、指甲、血清、血红蛋白、神经、激素、酶等都是由不同蛋白质组成的。蛋白质在有机体中承担不同的生理功能,它们供给肌体营养、输送氧气、防御疾病、控制代谢过程、传递遗传信息、负责机械运动等。核酸分子携带着遗传信息,在生物的个体发育、生长、繁殖和遗传变异等生命过程中起着极为重要的作用。
人们通过长期的实验发现:蛋白质被酸、碱或蛋白酶催化水解,最终均产生α-氨基酸。因此,要了解蛋白质的组成、结构和性质,我们必须先讨论α-氨基酸。
氨基酸
氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基(-NH2)取代后的衍生物。目前发现的天然氨基酸约有300种,构成蛋白质的氨基酸约有30余种,其中常见的有20余种,人们把这些氨基酸称为蛋白氨基酸。其它不参与蛋白质组成的氨基酸称为非蛋白氨基酸。
一、α-氨基酸的构型、分类和命名
构成蛋白质的20余种常见氨基酸中除脯氨酸外,都是α-氨基酸,其结构可用通式表示:
这些α-氨基酸中除甘氨酸外,都含有手性碳原子,有旋光性。其构型一般都是L-型(某些细菌代谢中产生极少量D-氨基酸)。
COOH
H2N H
R
L-氨基酸
氨基酸的构型也可用R、S标记法表示。
根据α-氨基酸通式中R-基团的碳架结构不同,α-氨基酸可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸;根据R-基团的极性不同,α-氨基酸又可分为非极性氨基酸和极性氨基酸;根据α-氨基酸分子中氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的数目不同,α-氨基酸还可分为中性氨基酸(羧基和氨基数目相等)、酸性氨基酸(羧基数目大于氨基数目)、碱性氨基酸(氨基的数目多于羧基数目)。
氨基酸命名通常根据其来源或性质等采用俗名,例如氨基乙酸因具有甜味称为甘氨酸、丝氨酸最早来源于蚕丝而得名。在使用中为了方便起见,常用英文名称缩写符号(通常为前三个字母)或用中文代号表示。例如甘氨酸可用Gly或G或“甘”字来表示其名称。氨基酸的系统命名法与其它取代羧酸的命名相同,即以羧酸为母体命名。
组成蛋白质的氨基酸中,有八种动物自身不能合成,必须从食物中获取,缺乏时会引起疾病,它们被称为必需氨基酸。
二、α-氨基酸的物理性质
α-氨基酸一般为无色晶体,熔点比相应的羧酸或胺类要高,一般为200—300℃(许多氨基酸在接近熔点时分解)。除甘氨酸外,其它的α-氨基酸都有旋光性。大多数氨基酸易溶于水,而不溶于有机溶剂。
三、α-氨基酸的化学性质
氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基,因此它具有羧酸和胺类化合物的性质;同时,由于氨基与羧基之间相互影响及分子中R-基团的某些特殊结构,又显示出一些特殊的性质。

氨基酸分子中同时含有羧基(-COOH)和氨基(-NH2),不仅能与强碱或强酸反应生成盐,而且还可在分子内形成内盐。
内盐(偶极离子)
氨基酸内盐分子是既带有正电荷又带有负电荷的离子,称为两性离子或偶极离子。固体氨基酸以偶极离子形式存在,静电引力大,具有很高的熔点,可溶于水而难溶于有机溶剂。
氨基酸分子是偶极离子,在酸性溶液中它的羧基负离子可接受质子,发生碱式电离带正电荷;而在碱性溶液中铵根正离子给出质子,发生酸式电离带负电荷。偶极离子加酸和加碱时引起的变化,可用下式表示:
正离子偶极离子负离子
pH < pI pI pH > pI

R-CH-COOH + HNO2 ─→ R-CH-COOH + H2O + N2↑
| |
NH2 OH
(1)与亚硝酸反应大多数氨基酸中含有伯氨基,可以定量与亚硝酸反应,生成α-羟基酸,并放氮气。
该反应定量进行,从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方法称为范斯莱克(Van Slyke)氨基测定法,可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。
R-CH-COOH + 2HCHO R-CH-COOH
| ─→|
NH2 HOH2C-N-CH2OH
(2)与甲醛反应氨基酸分子中的氨基能作为亲核试剂进攻甲醛的羰基,生成(N,N-二羟甲基)氨基酸。
在(N,N-二羟甲基)氨基酸中,由于羟基的吸电子诱导效应,降低了氨基氮原子的电子云密度,削弱了氮原子结合质子的能力,使氨基的碱性削弱或消失,这样就可以用标准碱液来滴定氨基酸的羧基,用于氨基酸含量的测定。这种方法称为氨基酸的甲醛滴定法。
R’CHO + H2 N-CH-COOH ─→R’CH=N-CH-COOH
| |
R R
西佛碱
在生物体内,氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下,可与醛酮反应生成弱