氨基酸知识导图

氨基酸是含有碱性氨基和酸性羧基的有机化合物，化学式是RCHNH2COOH。下图梳理了蛋白质的构成分子、氨基酸的分类、氨基酸的酸碱化学、氨基酸的化学反应、光学活性和光谱性质。

氨基酸

• 氨基酸—蛋白质的构件分子
  • 19种氨基酸和1种亚氨基酸（脯氨酸）
  • 在自然子组成蛋白质的大多数L-氨基酸；细菌细胞壁肽聚糖为D-氨基酸
  • 蛋白质的水解
    • 蛋白质→肽段→氨基酸混合物
    • 根据水解程度
      • 完全水解（彻底水解）
        • 氨基酸混合物
        • 酸水解
          • H2SO4、HCL
          • 优点
            • 不产生消旋作用，得到L-氨基酸、氨基酸稳定
          • 缺点
            • 色氨酸破环、丝氨酸苏氨酸部分分解、天冬氨酸谷氨酸酰胺基水解
        • 碱水解
          • 产生D-氨基酸
          • NaOH
          • 优点
            • 色氨酸稳定
          • 缺点
            • 产生消旋物、精氨酸脱氨
              • 概要
      • 部分水解
        • 大小不等的肽段和氨基酸混合物
        • 酶水解
          • 胃蛋白酶、糜蛋白酶、胰蛋白酶
          • 优点
            • 无消旋作用、无氨基酸破环
          • 缺点
            • 部分水解、需要多种酶协同作用、时间长
      • 根据水解方法
  • α-氨基酸的一级结构
    • 与羧基相邻的Ca上有一个氨基，以及氢原子、可变R基
    • 区别氨基酸（20种）
      • R基不同
        • -H甘氨酸，无旋光性
        • 19种有旋光性，故有L-、D-之分
      • 结晶形状不同
    • 氨基羧基首尾相接聚合反应→肽键
    • 中性PH下，氨基酸为兼性分子
    • 性质
      • 具有旋光性（甘氨酸除外-R为H )且均为L-氨基酸
      • 溶于水（除胱氨酸、酪氨酸）
        • 脯氨酸、强脯氨酸也溶于乙醇、乙醚
      • 物理性质
        • 溶解性
          • 溶于水、稀酸/稀碱；不溶于乙醚、氯仿
        • 熔点
          • 均大于200,固态（结合力强，离子状态存在）
• 氨基酸的分类
  • 根据是否参与蛋白质组成
    • 非蛋白质氨基酸
    • 蛋白质氨基酸（20种）
      • 有2种新发现的
        • Sec
          • 硒代半胱氨酸
        • Pyl（酶活性中心上）
          • 吡咯赖氨酸
  • 常见的蛋白质氨基酸
    • 根据R基侧链不同
      • 脂肪族（15种）
        • 中性氨基酸
          • 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。
          • 干冰鞋晾一晾
        • 含羟基或硫氨基酸
          • 丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸
          • 四叔半光溜溜
        • 酸性氨基酸及其酰胺
          • 天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺
          • 天冬谷，天冬谷，氨酸，氨酰胺
        • 碱性氨基酸
          • 赖氨酸、精氨酸
          • 赖皮精
          • 组氨酸即属于碱性也属于杂环
      • 芳香族（3种）
        • 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸
        • 老芳本色
      • 杂环族（2种）
        • 组氨酸、脯氨酸
        • 腐竹
    • 按R基的极性性质
      • 非极性R基氨基酸（8种）
        • 脂肪烃侧链
          • 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸
          • 冰鞋晾一晾
        • 芳香环
          • 苯丙氨酸、色氨酸
          • 本色
        • 含硫氨基酸
          • 甲硫氨酸
        • 亚氨基酸
          • 脯氨酸
      • 不带电荷的极性R基氨基酸（7种）
        • 羟基
          • 四叔老轻了
          • 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸
        • 酰胺基
          • 天冬酰胺、谷氨酰胺
        • 巯基
          • 半胱氨酸
        • 氢基
          • 甘氨酸
      • 带正电荷的R基氨基酸
        • 赖氨酸、精氨酸、组氨酸
        • 赖皮精正组队呢
      • 带负电荷的R基氨基酸
        • 天冬氨酸、谷氨酸
      • 极性基团
    • 按营养学分类
      • 必需氨基酸
        • （8）苯丙氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸
          • 笨蛋来宿舍晾一晾鞋
      • 非必需氨基酸
    • 按氨基、羧基个数分类
      • 一氨基一羧基
      • 二氨基一羧基
        • 碱性
          • 赖氨酸、组氨酸、精氨酸
      • 一氨基二羧基
        • 酸性
          • 天冬氨酸、谷氨酸
  • 不常见的蛋白质氨基酸
    • 由常见氨基酸经修饰而来的
  • 非蛋白质氨基酸
    • 大多是L型α-氨基酸的衍生物
    • 还有β-、γ、δ-氨基酸，以及D型氨基酸
• 氨基酸的酸碱化学
  • 氨基酸的兼性离子形式
    • 在水中以兼性离子（偶极离子）存在
      • 既带正电，又带负电
      • 熔点高
        • 氨基酸由离子晶格组成
          • 维持力：静电吸引
      • 使水介电子常数增高
        • 介质分子：强极性分子
          • 介电常数极高
    • 有机化合物
      • 熔点低
        • 由分子晶格组成
          • 维持力：范德华力
      • 使水介电子常数降低
        • 介质分子：非极性分子
          • 介电常数低
  • 氨基酸的解离
    • 理论
      • 酸碱质子理论：酸是供体，碱是受体，共轭酸碱对
      • 氨基酸的偶极离子
        • 两性电解质
          • 同时由酸碱的作用
    • 解离情况
      • 完全质子化
        • 多元酸
      • 侧链不解离的中性氨基酸
        • 一氨基一羧基
          • 二元酸
      • 酸性、碱性氨基酸
        • 二氨基一羧基
        • 一氨基二羧基
        • 三元酸
  • 氨基酸的等电点
    • 概念
      • 当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为pI
    • 计算
      • 二元酸
        • 一氨基一羧基
      • 三元酸
        • 二氨基一羧基
          • 两氨基的pKa
        • 一氨基二羧基
          • 两羧基的pKa
      • 离子比例
    • 推导
  • 氨基酸的甲醛滴定
    • 作用
      • 甲醛降低了氨基的碱性，相对增强了-NH3+的解离，使pKa2移至7附近，有相应试剂检验
• 氨基酸的化学反应
  • α-氨基参加的反应
    • 与亚硝酸反应
      • 室温下生成氨气
        • 仅一半来自氨基酸
        • 测定生成的氨气体积=计算出氨基酸的量
        • VanSlyke法测氨基氮
          • 氨基酸定量
          • 蛋白质水解程度
    • 与酰化试剂反应
      • 与酰氯或酸酐在弱碱中被酰基化
    • 羟基化反应
      • H原子被羟基（环羟及其衍生物）取代
        • sangen反应
          • 2，4-二硝基氟苯(DNTB）→二硝基苯基氨基酸（黄色）
            • 鉴定多肽、蛋白质的N末端氨基酸
        • PITC（苯异硫氰酸酯）→PTC（苯氨基硫甲酰）→苯乙內酰硫脲
          • 鉴定多肽或蛋白质的N端氨基酸
    • 形成西佛碱反应
      • 经氨基酸氧化酶催化→酮酸
  • α-羧基参加的反应
    • 成盐和成酯反应
      • 在碱性溶液进行
      • 与碱作用→盐
      • 与醇酯化→相应的酯
      • 氨基酸酯
        • 制备氨基酸的酰胺或酰肼中间物
    • 成酰氯反应
      • 经氨基酸脱羧酶→二氧化碳、相应的一级胺
    • 叠氮反应
      • 酰化加以保护，羧基经过酯化转变为甲酯→肼和亚硝酸反应→叠氮化合物
        • 羧基活化
        • 用于肽的合成
  • α-氨基和α-羧基共同参加反应
    • 与茚三酮反应
      • 氨基酸氧化脱氢、脱羧→与氨和还原茚三酮→紫色物质
        • 测定氨基酸种类
        • 计算参加反应的氨基酸量
    • 成肽反应
      • 缩合成肽键
  • 侧链R基参加的反应
    • 功能团发生化学反应
      • 蛋白质化学修饰
      • 酪氨酸的酚基
        • 3、5位上亲电取代反应
        • 重氮化合物→橘黄色化合物（Pauly反应）
          • 检测酪氨酸
      • 组氨酸的咪唑基
        • 重氮苯磺酸→棕红色
      • 精氨酸的胍基
        • 硼酸钠缓冲液中与1，2-环己二酮→缩合物（可逆转：羟胺缓冲液）
      • 色氨酸的吲哚基
        • 分光光度法测定蛋白质中色氨酸的量
      • 巯基
        • 半胱氨酸→胱氨酸→二硫键打开
• 氨基酸的光学活性和光谱性质
  • 氨基酸的光学活性和立体化学
    • 消旋物
    • 光学异构体
      • L-,D-,L-别-,D-别-氨基酸
    • 内消旋胱氨酸（特例）
    • 旋光符号和大小取决于R基性质以及测定的PH
    • 比旋
      • 鉴定氨基酸的根据
  • 氨基酸的光谱性质
    • 紫外吸收光谱
      • 若蛋白质纯度高，也可测得蛋白质量
      • 有苯环的共轭双键，有特征吸收光谱
        • 色氨酸
          • 280
        • 酪氨酸
          • 275
        • 苯丙氨酸
          • 257
    • 核磁共振波谱
• 氨基酸混合物的分析分离
  • 分配层析法的一般原理
    • 层析（色谱）
      • 取决于Keff
      • 组成
        • 固定相或静相
          • 固相、液相、固-液混合相（半液体）
        • 流动相或动相
          • 充满与静相的空隙，流过
          • 液相、气相
      • 分配情况
        • 分配系数（Kd）
        • 有效分配系数（Keff）
        • 分配定律
        • 物质分配
          • 不相溶的液相-液相
          • 固相-液相
          • 气相-液相
      • 原理
  • 分配柱层析
  • 纸层析
    • Rf主要与R基的极性有关，溶剂的pH可影响R基的极性，氨基酸与滤纸的吸附作用也影响R
  • 薄层层析
  • 离子交换层析
  • 气液层析
  • 高效液相层析
• 结构、字母、缩写