氨基酸肽和蛋白质核酸

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1、第十五章 氨基酸、肽和蛋白质、核酸I目的要求蛋白质也是重要的天然产物， 是构成动物体的组分， 它与细胞的组分一起在机体中起各 种生理作用和机械功能。某些蛋白质与多肽又是重要的激素物质。从化学结构上看，它们都是多官能团化合物， 所以，在学完单官能团各类化合物之后，再学习它们，为将来学习生物化学打好基础。a -氨基酸是多肽与蛋白质的基石，就好象组成淀粉和纤维素的基本单位是 葡萄糖一样。所以，本章首先从讨论氨基酸着手，进而讨论a -氨基酸在蛋白质中的结合方式，在此基础上，介绍蛋白质的结构和性质。本章学习的基本要求：1、掌握氨基酸的构型，熟悉氨基酸的分类和命名。2、掌握氨基酸物理性质和化学性质，着重掌

2、握两性等电点的概念及各种颜色反应，了 解氨基与羧基的各种特异反应。3、 掌握多肽的有关概念，如肽，肽键，肽链及其构型和命名，C端和N端等。4、了解多肽的合成反应和原理，如传统合成，固相合成和组合化学。5、掌握蛋白质的结构，包括一级结构和二级结构，三级结构及四级结构。6、着重了解蛋白质的性质一一两性和颜色反应。7、认识蛋白质的生理功能。8、熟悉核酸，核苷酸的结构，了解其生物功能。 19、掌握氨基酸，肽和蛋白质的 IR、HNMR、MS。（一）氨基酸一、构造，构型，分类，命名蛋白质是一种复杂的含氮高聚物，在酸碱和酶的作用下生成氨基酸的混合物或同时生成非蛋白质，如脂肪，糖，色素等。从有机化学角度看，氨

3、基酸系指分子中既有氨基又有羧基的化合物。依据氨基和羧基的相对位置不同而分为 a、B、丫、3氨基酸。由于构成蛋白质的基本氨基酸都是a -氨基酸，所以本章重点讲 a-氨基酸。常见的有 20多种（参见教材P697-698）CHO天然氨基酸构型为 L-型，基准为 H0H ，相当与R/S标记的S型。CH2OH天然氨基酸分为中性， 酸性，碱性三类。所谓中性是指分子内氨基酸数目与羧基数目相 等（显然，分子并非中性，因羧基比氨基强，而显微酸性）。酸性是指羧基数目大于氨基数目， 碱性是指氨基酸数目大于羧基数目。命名多用俗名或代号，俗名与氨基酸性质有关，如甘氨酸是甜的，或与来源有关，如丝氨酸。代号是取氨基酸的英文

4、名称的前几个字母，如glycine（甘氨酸）称为GLY。（参见教材P97 P98 之表 15-1）二、物理性质易溶于水的a -氨基酸有甘、丙、脯、苏、赖、精氨酸六种。 氨基酸晶体不溶于有机溶剂，分解点 200 C,无熔点。 除甘氨酸之外，其它天然氨基酸都有旋光性。a -氨基酸在固态或溶液中不呈现羧基典型的谱带（1220cm-1处）,但显示羧酸根负离子的吸收带（1600 1500cm-1）。在3100-2600cm-1间有一强而宽的 N-H伸缩吸收带。常见氨基酸的物理常数列于教材表15-1中，很有参考价值。三、化学性质1、两性和等电点：在氨基酸分子中，氨基和羧基的离子化程度是不同的。当向氨基酸水

5、溶液中加酸或碱至羧基和氨基的离子化程度相等时，溶液的pH值叫做该氨基酸的等电点（各氨基酸等电点见R CH COOH+教材表15-1）。在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在，并且此时溶解度最小。因而用调 节等电点的方法，可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。氨基酸负离子 一切氨基酸在过量碱 中的形态（和酸性氨基 酸在水中的形态）HR CH COOH1 NH2中性分子一切氨基酸在等电点时的形态氨基酸正离子 一切氨基酸在过量酸 中的形态（和碱性氨基 酸在水中的形态）介 质的pH一切氨基 7pH = pl等电点 7 或 7 VV 7酸性氨基V 7pH = pl VV 7VVV 7碱性氨基 7pH =

6、 pl 7 7OH+HR CH COO +NH3NH3+R CH COOINH22、常用的分析、鉴定氨基酸的化学反应 范斯莱克（Van Slyke）氨基酸测定法。R CH COOHR CH COOHHNO2NH2OH通过测定N2的体积，可以计算出氨基的含量。 索列荪（Sorensen）甲醛滴定法。HCHO 一 R pH COOHN(CH 2OH)2R CH COOH_ _R CH COOHHCHO -NH2NHCH 2OH氨基掩蔽，强碱滴定酸性羧基。茚三酮反应OHCO水和茚三酮-ClOHOH%。R CH COOH INH2OH+ RCHO + C02+ NH3茚三酮还原产物H+2NH3+4rv

7、CXHOHC0蓝紫色OH(NH 4)亠C=N、O（溶于水）O络合2R-gH COOH + Cu(OH) 2NH2(脯氨酸和羟基脯氨酸为黄色 )NH2 O RCHCu C o: C . . V , CHRO NH2深蓝色3、受热分解、与羟基酸类似产 物物 位羟基酸氨基酸a 交酯0/ C、R CH o(H R C03,6-二烷基哌嗪-2,5-二酮ZNHX /夕0R$h c/CHRNH3 a , 3 -不饱和酸R CH = CH COOHa , 3 -不饱和酸R CH = CH COOHY 丫 -内酯R CH C X丫 PCH2-CH2丫 -内酰胺r ch C户HCH2-CH2S 3 -内酯R CH

8、 C CH20CH2-CH23 -内酯R CH CxCH2znhCH2-CH2CO 聚酯 C TO (CH 2)m C后。 (CH2)mC NH 2 (CH 2)mC00H聚酰胺C_r NH (CH2)m CNH(CH 2)mC NH2(CH2)mCOOH失羧：像其它取代酸一样，受热放出 C02（脱羧），在生物体内是脱羧酶催化脱羧的，产 物为胺。失羧失胺：受酶作用失去 C02和NH3,生成相应的醇。例如发酵法制乙醇时，发 酵业中的杂醇油的生成。4、基团保护反应氨基保护R CH C00+ 1NH3保护羧基R CH C00INH2(CH3CO)2O -CH3OH HClR CH C00HNhC0C

9、H 3R CH C00CH 3 + NH3CI（二）肽结构和命名Rr/R r/10 !10 h201 ：0 汀 0NH 2_ CH C 0H + H 一 NH CH C 0HNH 2 CH C NH CH C 0H二肽 /N-端肽链C端某氨酰某氨酸例如0CH3NH2-CH2 C NHCHC00H甘氨酰丙氨酸 或：甘丙（Gly Ala）肽的结构应包括以下几个方面 组成肽的氨基酸种类及相对含量 氨基酸的分子数（测分子量） 各氨基酸的排列顺序 构型，由L型氨基酸构成的多肽，其构型为：H R、,/H hH R HH R H（三）蛋白质1、 与多肽一样，蛋白质同样具有由氨基酸失水生成的酰胺键，但通常将分

10、子量在5000 以上的多肽称作蛋白质。2、蛋白质的结构一级结构，又称初级结构，是蛋白质分子中多肽链氨基酸的连接顺序。特殊的空间结构是二级、三级、四级结构。研究得比较清楚的是纤维蛋白（肌肉）的二级结构，是a 右螺旋，多肽链胺非直线，其酰胺键中的羰基与另一螺旋圈酰胺键中-NH-构成氢键。这样许多氢键使a -螺旋趋于稳定。很多（约七根）螺线扭在一起，又构成三级结构。另一种二级结构称 3 -片折叠，存在于丝蛋白中，各多肽链排列在相距一定距离的层面上。 这些面不是平面的，而是折叠的，故称片折叠。除氢键作用外，二级结构中肽链间还有其它的副链：静电引力的盐键，羟基与醇基形成酯键，HS基形成的-S-S-键，范

11、德华力引起的基团间的非键合作用。四级结构还不很清楚。一般是指两个或两个以上具有三级结构的肽链缔合在一起。3、蛋白质的性质多数蛋白质可溶于水或其它极性溶剂，不溶于有机溶剂，蛋白质的水溶液具有胶体溶液的性质，不能透过半透膜，能够电泳，盐析。水解(X -蛋白质水解时（如在酸、碱或各种酶的作用下）可以得到多肽、二肽，最后水解为 氨基酸。同时生成非蛋白质，如脂肪、糖、色素等。两性解离及等电点R CH COOHNH2IIR CH C00NH2阴离子pH pl+HOHR CH C00+NH3pH = pl+HOHR CH COOH+1NH3阳离子pH v pl蛋白质在等电点时易沉淀析出,不同蛋白质有不同等电

12、点常用于分离。水化作用和沉淀作用蛋白质离子在水溶液中稳定的原因：蛋白质多肽链含有的极性基团与水分子之间的吸 引力，导致水化层（水化膜）的存在，避免了蛋白质分子颗粒之间的接触。蛋白质分子上 某些基团离子化，使蛋白质表面带有电荷，增加了水化层的厚度。除去上述二因素，则沉淀。等电点时，蛋白质分子呈电中性，此时溶解度最小。 沉淀的方法一一盐析或加有机溶剂脱水。酸或碱作用受热或紫外光照。变形作用，物理方法和化学方法。缩二脲反应蛋白质与碱性二价铜离子，生成蓝紫色一红紫色透明溶液。这是重要的鉴别反应。 氨基酸无此反应。黄色反应加入浓硝酸即呈黄色。 这是由于苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸中的苯环硝化形成黄色硝基

13、化合物引起的。茚三酮反应与氨基酸相似，在蛋白质溶液中加入水合茚三酮则显蓝紫色。m 补充说明氨基酸不能再水解。 NH +3和C00的红外吸收光谱在=3070及15001600cm氨基酸除有各自的比旋光度、等电点等物理性质可用于鉴定外，a-氨基酸与水合茚三酮反应，生成蓝或紫色产物，反应很灵敏，是检定氨基酸的一个常用方法。a -氨基酸又可与铜离子作用生成蓝色的内络盐。含有苯环的氨基酸与浓硝酸作用生成白色沉淀、加热变黄,遇碱则呈橙黄色，这可能是苯环上生成了硝基化合物。具有氨基的氨基酸可以和亚硝酸作用， 放出氮气。蛋白质是由许多a -氨基酸通过肽键连接成多肽的大分子化合物，分子量很高。蛋白质 水解最终产

14、物除氨基酸外，还有糖、色素、含磷、铁等非蛋白质成份(统称辅基)。蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，能与强酸、强碱作用成盐，有一定的等电点。都 能与水合茚三酮反应显蓝色；蛋白质与浓硝酸作用变黄，再加氨处理又变橙色， 可能和氨基酸一样，是由于蛋白质中苯环部分发生了硝化反应。蛋白质可经盐析，脱水剂 (C2H5OH,CH 3COCH3)等作用而沉淀，在热、紫外光、或化学 试剂作用时变性。这和简单的氨基酸不尽相同。 此外，缩二脲反应是区分氨基酸和蛋白质的 重要反应。IV 习题与自学检查题、习题、自学检查题1、说出下列化合物在异亮氨酸赖氨酰-甘氨酸建议作教材中本章全部习题pH=2 ,乙12时的离子状态。甘

15、氨酰-甘氨酸天门冬氨酸赖氨酸丙氨酰-天门冬氨酸-缬氨酸2、试写出自氨基酸起始合成甘氨酸一天门冬氨酸的反应式3、试解释为什么酸性催化酯化中，甘氨酸酯化比丙酸酯化慢。4、 Gastrins是17肽激素，其氨基酸组成为丙2天门冬1甘2谷5亮1蛋1苯丙1脯1色2 酪1,分步水解得到以下四个肽片：l、谷一甘一脯一色n、甘一脯m、蛋一天门冬一苯丙V、异亮一谷一谷一谷一谷一丙一丙一酪末端分析结果：C端苯丙一，N 端谷一，用以上数据给出Gastrins的两个可能结构。5、写出下列化合物水解后的产物。 CH 3CON - COCH 3CH2CONCOCH 3 CH 3CH 2CH 2CHCONHCH 2CONH2INHCOCH 2CH(NH 2)COOH6、用简单的化学方法区别下列各组化合物COONHCOOCH3 CH3- CHCOO+丨NH2CH3 CH2CH2COO - +丨NH3 HOOCCH 2pHCOO-+ NH3 NH2CH2CH2CH2CHC+ NH37、从蛋白质水解产物中分离出某种a-氨基酸，在标准状况下，用过量的HNO2处理0.75克此氨基酸的溶液时，产生22.4ml的2,这个a -氨基酸的最小分子量是多少？它的可能结构式是什么？