氨基酸蛋白质核酸修改

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1、第十八章 氨基酸 蛋白质 核酸 有机化学 1、 氨基酸 2、 多肽 3、 蛋白质 4、 核酸 蛋白质 ： 含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组 成部分除水外，细胞内 80都是蛋白质。在生命现象 中起重要的作用。人类的主要营养物质之一。 如： 酶（球蛋白） 机体内起催化作用 激素（蛋白质及其衍生物） 调解代谢 血红蛋白 运输 O2和 CO2 抗原抗体 免疫作用 蛋白质水解后都生成氨基酸 一 、 结构 二、分类、命名 18-1 氨基酸 18-1-1 氨基酸的结构、分类和命名 羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取 代的化合物叫做氨基酸 。 它们是构成蛋白质分子的基 础 。 可分为 -氨基

2、酸、 -氨基酸、 -氨基酸。 氨基酸可以按照系统命名法 ， 以羧酸为母体 ， 氨基 酸为取代基来命名 。 但 -氨基酸通常按其来源或性质 所得的俗名来称呼 。 例如： NH2CH2COOH -氨基乙酸 甘氨酸 HOOC CH2 CH2 CH COOH NH2 -氨基戊二酸 谷氨酸 NH2CH2CH2COOH -氨基丙酸 丙氨酸 NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOH NH2 ,二氨基已酸 赖氨酸 蛋白质水解可以得到各种 -氨基酸的混合物。 蛋白质水解后得到的氨基酸都是 氨基酸。天然产氨基酸（除甘氨酸）都有旋光性， 绝大多数为 L构型， （少数微生物代谢产物是 D构型）。 H N H 2 C

3、 O O HR C O O H C H 3 HH O C O O H R HH 2 N L 乳 酸 L 氨 基 酸 用 R、 S 命名的则 L 构型 的氨基酸多为 S 型，只有 L半光氨酸为 R 型。 C O O H C H 2 S H HH 2 N 天然氨基酸： 下列氨基酸可组成无数蛋白质： 结构 名称 缩写 等电点 NH2CH2COOH 甘氨酸 Gly 5.97 N H 2 H 3 C H C C O O H 丙氨酸 Ala 6.00 N H 2 C H( H 3 C ) 2 H C C O O H *颉氨酸 Val 5.96 N H 2 C HC 2 H 5 H C C O O H C

4、H 3 *异亮氨酸 Ile 5.98 I、中性 (*为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到） 结构 名称 缩写 等电点 N H 2 C H C O O H( H 3 C ) 2 H C H 2 C *亮氨酸 Leu 6.02 N H 2 C H C O O HC 6 H 5 H 2 C *苯丙氨酸 Phe 5.48 N H 2 C H C O O HH S H 2 C 半光氨酸 Cys 5.07 N H 2 C H C O O HH 3 C H C O H *苏氨酸 Thr 5.6 O H 2 N C ( C H 2 ) 2 C H C O O H N H 2谷氨酸 Gln 5.56

5、O H 2 N C C H 2 C H C O O H N H 2 天冬氨酸 Asn 5.07 C H 3 S ( C H 2 ) 2 C H C O O H N H 2 *蛋氨酸 Met 5.47 H O C H 2 C H C O O H N H 2 丝氨酸 Ser 5.68 N H C O O H 脯氨酸 pro 6.30 C H 2 C HH O C O O H N H 2酪氨酸 Tyr 5.66 N H C H 2 C H C O O H N H 2*色氨酸 Trp 5.89 结构 名称 缩写 等电点 II 酸性 H O O C C H 2 C H C O O H N H 2天冬氨酸

6、 Asp 2.77 H O O C ( C H 2 ) 2 C H C O O H N H 2谷氨酸 Glu 3.22 III 碱性 H 2 N ( C H 2 ) 4 C H C O O H N H 2 *赖氨酸 Lys 9.74 C H N ( C H 2 ) 2 C H C O O H N H 2 H N N H 3 精氨酸 Arg 10.76 NH 2 N C H 2 C H N H 2 C O O 组氨酸 His 7.59 结构 名称 缩写 等电点 18-1-2 氨基酸的性质 -氨基酸都是无色晶体 ， 易溶于水而难溶于无水乙 醇乙醚 ， 由蛋白质水解所得 -氨基酸 ， 除甘氨酸外 ，

7、 都 具有旋光性 。 他们的 碳原子的结构类型都与 L-甘油醛 相同 ， 固都属于 L型 。 若用 R-S标记法，这些 -氨基酸的 碳原子的构型 都是 S型。 R C H N H 2 C O O H H N O 2 R C H O H C O O H + N 2 + H 2 O H 3 N H C C O O R O C C lC 6 H 5 酰 基 化 H N H C C O O H R C 6 H 5 C O R O H 酯 化 H 2 N H C C O O R R 用于定量分析 ， 根据放出的 N2的体积 ， 可以算出样 品的伯氨基的含量 。 氨基酸分子中含有氨基和羧酸 。 他们具有氨

8、基 和羧基的典型性质 。 例如 ， 羧基可以发生酯化反应 ， 氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转 变为羟基 。 (1) 酸碱性 两性和等电点 氨基酸还有一些特殊的性质。 R -氨基酸可以通过用通式 NH2CHCOOH 表示 实际上是以偶级离子的形式存在的： 内盐 氨基酸的等电点 在酸性溶液中，主要以正离子的形式存在。 在碱性溶液中，主要以负离子的形式存在。 在水溶液中 在一定的 pH值溶液中 ， 正离子和负离子数量相等 ， 且浓度都很低 ， 而偶级离子浓度最高 ， 此时电解 ， 以 偶级离子形式存在的氨基酸不移动 。 这溶液的 pH值就 叫做氨基酸的等电点 。 (2) 水合茚三酮反应

9、 等电点不是中性点； 氨基酸在等电点时的溶解度最小 . 这个颜色反应通常用于 -氨基酸的比色测定和色 层分析的显色 。 R C H N H 2 C O O H O O O H O H + 2 H 2 O O O O O N H C H R N C H C O O H R C O 2 O O N C H 2 R O O N H 2 H R C H O + O O O H O H O O N H O O O O N O O H H 2 O 与 水 含 茚 三 酮 的 反 应 历 程 紫色物质，用于 氨基酸 的比色测定和纸层析显色 (3) 受热后的反应 -氨基酸受热后，能在两分子之间发生脱水反应。

10、-氨基酸受热后 ， 容易脱去一分子氨 ， 生成 ,不饱和 羧酸 。 -或 -氨基酸受热后，容易分子内脱去一分子水。 分子中氨基和羧基相隔更远时 ， 受热后可以多 分子脱水 ， 生成聚酰胺 。 1、 由蛋白质水解 在酸 、 碱或酶的作用下水解得到 多种 -氨基酸混合物 ， 分离得到 。 2、 由卤代酸氨解 羧酸在 PBr3作用下与溴作用 ， 生成 -溴代酸 ， 再与过量氨作用 ， 生成： 18-1-3 氨基酸的制备 蛋 白 质 水 解 微 生 物 发 酵 2 0 种 常 见 氨 基 酸 都 可 以 由 发 酵 法 制 备 有 机 合 成 3、 由 由醛 （ 或酮 ） 制备 4、 由丙二酸酯制备

11、R C H O K C N + N H 4 C l O H R H C C N N H 3 N H 2 R H C C N H 2 O N H 2 R H C C O O H 用盖布瑞尔法代替上法 ,可得比较纯产品。 N-邻苯二甲酰亚胺基丙二酸酯可用下法制得。 用苯、不超过 3个碳原子的有机化合物、丙二酸酯以及 必要的试剂合成：亮氨酸，异亮氨酸，苯丙氨 酸，胳氨酸。 氨基酸的拆分 合成方法得到的氨基酸通常是 外消旋体混合物 ， 可 用多种方法拆分 。 其中用酶拆分是重要的方法之一 。 例： D L （ C H 3 ） 2 C H C H 2 C H C O O H N H 2 O H 3 C

12、C O 2 D L （ C H 3 ） 2 C H C H 2 C H C O O H N H C C H 3 O 水 解 酶 D 亮 胺 酸 乙 酰 胺 L 亮 胺 酸D-亮氨酸乙酰氨 L-亮氨酸 18-2 多肽 许多多肽本身有重要的生理作用 后叶催产素 八肽 胰岛素 五十一肽 多肽是含有多个氨基酸单元的聚合物。由两个氨基 酸单元构成的是二肽，由三个氨基酸单元构成的是三 肽， 余类推。它们统称 多肽 ，或简称 肽 。 通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成连接氨基酸单 元的酰胺键 （ CO NH ） 又叫做 肽键 。 多肽链可用如下通式代表： 在肽链中 ， 有氨基的一端叫做 N端 ：有羧基的一端

13、叫做 C端 。 在写多肽结构时 ， 通常把 N端写在左边 ， C端 写在右边 ， 命名时由 N端叫起 ， 称为氨酰 （ 基 ） 某氨酸 。 常用简写来表示 。 例如： 天然多肽都是由不同的氨基酸组成的。 垂体后叶催产素： 蛋白质也是由许多氨基酸单元通过肽键组成的。 蛋白质部分水解可以得到多肽。 一般将多肽在酸性溶液中水解，再用色层分离法 把各种氨基酸分开，然后进行分析。 氨基酸的排列顺序，则是通过末端分析的方法， 配合部分水解，加以确定。 18-2-1 多肽结构的测定 多 肽 6 N H C l 1 1 0 （ 1 1 h ) 各 种 氨 基 酸 层 析 分 离 种 类 含 量 小 分 子 每

14、 种 数 目离 子 交 换 色 谱 电 泳 连 接 顺 序 ： a 氮 端 分 析 H 2 N C H C O R H N C H C O R H N C H C O R H N C H C O R H N C H C O O H O R N 端 碳 端 末端分析 用适当的化学方法，可以使多肽末端的 氨基酸断裂，经过分析，就可以知道多肽链的两端是 哪两个氨基酸，这就叫末端分析。降解了的肽链还可 以再反复进行末端分析，就可以确定多肽链中蛋白质 的连接次序。（ 一般结合部分水解的方法 ） 例如： 设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸 和甘氨酸。这三种氨基酸可以有六种排列顺序： 要推知该三肽是

15、哪一种组合方式 ， 可以把她部分水 解 。 知道它们是 谷 半胱 和 半胱 甘 。 由此可见 ， 半胱氨 酸是在三肽链的中间 ， 谷氨酸在 N端 ， 甘氨酸在 C端即 该三肽的结构是：谷 半胱 甘 FO 2 N N O 2 + H 2 N C H R C O N H C H C O R O 2 N N O 2 H N C H R C O N H C H C O R H 2 O H O 2 N N O 2 H N C H R C O O H O + N H 2 C H C O O H O R + 黄 色 ， 分 开 鉴 定 缺点：氨基酸都水解，形成混合物，只能测 N 端的一 个氨基酸。 N端氨基

16、酸的分析可用 2， 4-二硝基氟苯与多肽作用。 N C SC 6 H 5 + H 2 N C H R C O N H C H C O R N HC 6 H 5 C S H N C H R C O N H C H C O R H C l N C C H N H C O C 6 H 5 S R + N H 2 C H C O R 层 析 分 离 ， 与 标 准 样 品 对 照 ， 确 定 C H R C O O H 继 续 降 解 自 动 化 分 析 （ 多 肽 不 太 长 时 可 靠 ） 只 能 测 几 十 个 氨 基 酸 的 顺 序 N端氨基酸的分析还可以用异硫氰酸苯酯与多肽作用。 H N C

17、 H R C O N H C H C O O H O R H 2 O 羧 基 多 肽 酶 H N C H R C O O H O + N H 2 C H C O O H O R 多 次 重 复 ， 连 续 检 验 断 下 来 的 氨 基 酸 只 能 靠 近 游 离 羧 基 一 端 的 肽 键 被 水 解 C端氨基酸的分析 ， 一般羧肽酶可以有选择地只把 C 端氨基酸水解下来 ， 对这个氨基酸进行鉴定 ， 就可以知 道原来 C端是什么氨基酸 。 C 端氨基酸的分析 ， 一般是用在羧肽酶作用下水 解的方法。 18-2-2 多肽的合成 要求： 氨基酸按一定的次序连接起来 达到一定分子量 不外消旋化（

18、缓和的条件） 推测出来的结构是否完全正确，需要通过多肽的合 成加以证实。 另一方面，由于多肽与蛋白质有着密切的关系，在需 要使一种氨基酸的羧基和另一种羧基酸的羧基相结合 时，要防止同一种氨基酸分子之间相互结合。因此， 在合成时，必须把某些氨基或羧基保护起来，以便反 应能按所要求的方式进行。而所选用的保护基团，必 须符合以下条件：在以后脱除该保护的条件下，肽键 不会发生断裂。 羧基常通过生成酯加以保护，因为酯比酰胺容 易水解，用碱性水解的方法，就可以把保护的基团 除去。 N H 2 O CC 6 H 5 C H 2 O C l O C( H 3 C ) 3 C O N 3 O CC 6 H 5

19、C H 2 O N H O C( H 3 C ) 3 C O N H H 2 / P d ( a ) ( b ) ( a ) ( b ) C 6 H 5 C H 3 + R C H C O O HH O O C N H R C H C O O H + C O 2 H 2 N H C l C ( C H 3 ) 3 + R C H C O O HH O O C N H R C H C O O H + C O 2 H 2 N 氨基可以通过与氯甲酸苄酯（ C6H5CH2OCOCL） 作用加以保护，因为氨基上的苄氧基很容易用催化氢解 的方法除去。 例如：设要合成甘氨酰丙氨酸（甘 .丙） 若直接用谷氨酸

20、和丙氨酸脱水缩合，将得到四种 二肽的混合物： 如果采用下列反应，则可以得到所要求的二肽： 反复使用这样的方法，每次构成一个肽键，就可 以把 各种氨基酸按一定的次序一个个地连接起来。多 肽的合成是一项十分复杂的工作。例如，牛胰腺核糖 核酸酶的多肽链已可合成出来，它是由 124个氨基酸单 元所构成的。 18-3 蛋白质 蛋白质是一类很重要的天然有机物 ， 是生物体内 一切组织的基础物质 ， 并在生命现象和生命过程中起 着决定的作用 。 蛋白质主要由 C、 H、 O、 N、 S等元素组成 ， 有些 还含有 P、 Fe、 I等元素 。 蛋白质基本上是由数百个 、 甚至数千个氨基酸所 构成 。 水解后只

21、生成多种 -氨基酸的 ， 叫 单纯蛋白质 （ 如 卵白蛋白 、 血清球蛋白 、 米精蛋白等 ） 。 水解后除生成 -氨基酸外 ， 还有非蛋白质物质 （ 如糖 、 脂肪 、 含磷化合物 、 含铁化合物等 ） 生成 的 ， 叫 结合蛋白质 。 （ 如：核蛋白 、 粘蛋白 、 肌肉 中的脂蛋白 、 血红蛋白等 ） 。 结合蛋白中的非蛋白 质部分 ， 叫做 辅基 。 分类 纤维蛋白（丝、毛、皮、角、爪和甲等） 球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、盐水、酸碱溶液 和乙醇等） 结合蛋白（与核酸、糖、脂肪及血红素等结合） 18-3-1 蛋白质的分类和功能 按溶解度分类 ：一类不溶于水的 纤维状蛋白质 ；一类 是能

22、溶于水 、 酸 、 碱或盐溶液的 球状蛋白质 。 纤维状蛋白质 的分子形状是一条条线装的，分子中的多肽 链扭在一起或平行并列，且以氢键互相连接着。这类蛋 白质在水中不能溶解。纤维状蛋白质是动物组织的主要 结构材料，角蛋白、骨胶蛋白和肌蛋白都是纤维状蛋白 质。 球状蛋白质 的分子形状是一团团球状的 ， 它们的多肽链自身扭曲 折叠成特有的球形 。 在折叠时 ， 分子内某些基团之间通过氢键 、 二硫键或范德华引力相互作用着 。 分子中的疏水基团 （ 如烃基等 ） 分布在球形内部 ， 而亲水基团 （ 如 OH、 NH2、 SH、 COOH等 ） 分布在球形表面 。 因此 ， 球状蛋白质的水溶性比较 大

23、 。 例如酶 、 血红蛋白等都是球状蛋白 。 蛋白质的功能 一方面是起组织结构的作用 。 例如 ， 角蛋白组成 皮肤 、 肌肉等 。 另一面 ， 蛋白质起调节作用 。 例如： 毛发 、 指甲 、 头角：骨胶蛋白组成腱 、 骨；肌球蛋白 组成各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在 血液中 ， 输送氧气；胰岛素调节葡萄糖的代谢；等等 在生物体内起重要调节作用的各种酶 ， 都是蛋白质 。 常把酶叫做生物催化剂 酶的催化效率很高，并且有高度选择性 有的酶还具有立体专一性 18-3-2 蛋白质的性质 蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸或碱都 能生成盐。不同的蛋白质有不同等电点。例如，卵清蛋 白为

24、 4.9，酪蛋白为 4.6。胰岛素为 5.3，血红蛋白 .为 6.8。 蛋白质是高分子化合物 水溶液具有 胶体 溶液的性质，不能透过半透膜，能 够电泳； 蛋白质都具有 旋光性 ； 蛋白质的 变性 通常都是不可逆的； 蛋白质虽然分子很大，但性质活泼，能发生多种 颜 色反应 。 缩二脲反应 蛋白质分子中都有 CO NH CHR CO NH 基团在蛋白质水溶液中加碱和硫酸铜溶液，即产生红 紫色。 黄色反应 分子中含有苯环的蛋白质，遇浓硝酸即显黄色， 这是苯环发生硝化的缘故。黄色溶液再用碱处理，就 会转为橙色。 水合茚三酮反应 蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用 ， 也有颜色反 应 。 但颜色与氨基酸的不

25、太一样 。 此外，蛋白质容易水解，酸、碱、酶能促进蛋白 质的水解。可得到多种 -氨基酸的混合物。如果部分 水解则得到分子较小的多肽。 18-3-3 蛋白质的结构 蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构 多肽链中氨基酸的组成和排列次序 . 多肽链在空间不是任意排布的，由于某些基团之间的 氢键作用，肽链具有一定的构象 . 整个分子因链段的相互作用而扭曲 ,折叠成一定的形态 . 最后 ， 几个各具有特定的 1,2,3,级结构的多肽链在一起 ， 或者有时还和辅基在一起 ， 再以一定的关系相结合 . 蛋白质多肽链的二级结构主要有两种形式：一种是 右螺旋型 ， 又叫做 -螺

26、旋型；另一种是褶纸型 ， 又叫做 -褶纸型 。 -螺旋型 多肽链结构 可示意如图 褶纸形多肽链结构示意图 肽链伸展在纸型的片面上，相邻的肽链又通过氢键 （图中虚线）相互连接。 蛋白质的三级结构是多肽链的进一步扭曲折叠。在 在扭折时，倾向于把亲水的极性基团露于表面，而疏水 的非极性基团包在中间。 肌红蛋白的空间结构如图 许多蛋白质由两个或两个以上的多肽链集合而形成 蛋白质的四级结构。例如磷酸化酶就是由两条相同的多 肽链组成的，只有两条肽链一起存在才有催化作用。 胰岛素含有两条多肽链，共有 51个氨基酸单元 : 18-4 核酸 核酸存在于一切生物体中 ， 像蛋白质一样 ， 也是 生命的最基本物质

27、。 与一切生命活动及 各种代谢 有着 密切的关系 。 在生物体内 ， 核酸对 遗传信息 的储存 、 蛋白质的生物合成都起着决定性的作用 。 核酸也是链状高分子化合物 ， 组成核酸的单元是 核 苷酸 。 在生物体内 ， 核酸主要以核蛋白的形式存在 。 核蛋 白是结合蛋白 ， 核酸作为辅基与蛋白质结合在一起 。 核酸在适当酶的催化下 ， 或在弱碱作用下可以水 解成核苷酸；如果温度升高 ， 则进一步水解成核苷和 磷酸；在无机酸作用下则完全水解： 2-4-1 核苷酸和核苷 核酸水解 由核酸水解所得到的戊糖有两种，即核糖和 2-脱氧核糖 按水解后得到的戊糖的不同，核酸可分为两类。 水解后得到核糖的，叫做

28、核糖核酸（简称 RNA）。 水解后得到 2-脱氧核糖的，叫做脱氧核糖核酸（简称 DNA）。 由核酸水解所得到的杂环碱都是嘌呤碱或嘧啶碱 RNA和 DNA所含的 嘌呤碱是相同的 ，即都含有腺嘌呤 和鸟嘌呤。但 RNA和 DNA所含的 嘧啶碱不完全一样 ， RNA含有胞嘧啶和尿嘧啶，而 DNA含有胞嘧啶和胸腺 嘧啶。 RNA的四种核苷是： 戊糖与杂环碱形成的苷叫做核苷。 DNA的四种核苷是： 核苷酸在碱溶液中水解，即失去磷酸生成核苷。 核苷中糖的 5为 （ 核酸中糖的碳原子的位次以 1,2, 3表示羟基 ， 与磷酸所形成的酯叫做 核苷酸 。 例如 18-4-2 核酸的结构 核酸是由许多核苷酸单元所

29、构成的高分子化合物 。 在核酸分子 ， 核苷酸单元是通过磷酸酯键 ， 在戊糖的 3位上联结起来 ， 例如 DNA结构： 一种核酸含有多种碱基。核酸链中，含不同碱基 的各种核苷酸是按一定的排列次序互相联结的，这就 形成了核酸的一级结构。 DNA具有双螺旋的二级结构，两条反向平行的 D NA链，沿着一个轴，向右盘旋成双螺旋体，如图： 双螺旋体一般不单独存在，而是与蛋白质以更复杂的 形式相结合，形成具有各种生理活性的核蛋白。 在双螺旋体中 ， 一条脱氧核糖核酸链上的碱基与另 一条链上的碱基之间 ， 通过氢键相互联结 。 嘌呤碱和嘧 啶碱碱两两成对 ：腺嘌呤 （ A） 与胸腺嘧啶 （ T） 配对成 氢

30、键；鸟嘌呤 （ G） 与胞嘧啶 （ C） 配对形成氢键 。 核酸在生物体内主要与蛋白质结合成核酸蛋白存在 。 核酸具有极其重要的生理功能 ， 是生物遗传的物质基 础 。 DNA主要存在于细胞核中 ， 它们是遗传信息的携带 者 ， DNA的结构决定生物合成蛋白质的特定结构 ， 并 保证把这种特性遗传给下一代 。 RNA主要存在于细胞质中 ， 它们是以 DNA为 模板 而 形成的 ， 并且直接参加蛋白质的生物合成过程 。 因此 ， DNA是 RNA的模板 ， 而 RNA又是蛋白质的模 板 。 存在于 DNA分子上的遗传信息就这样由 DNA传递 给 RNA， 再传递给蛋白质 。 通过 DNA的复制 ， 遗传信 息一代代传下去 。 18-4-3 核酸的功能