chapter21 氨基酸、蛋白质与核酸

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1、第二十章第二十章 氨基酸、多肽和蛋白质氨基酸、多肽和蛋白质Amino Acids, Peptides, and Proteins 有 机 化 学 精 品 课 程20.1 氨基酸氨基酸 20.1.1 氨基酸的命名和构型氨基酸的命名和构型 20.1.2 氨基酸的制法氨基酸的制法 (1)-卤代酸的氨解卤代酸的氨解 (2) Gabrial 合成法合成法 (3) Strecker 合成法合成法 20.1.3 氨基酸的性质氨基酸的性质 (1) 羧基的反应羧基的反应 (2) 氨基的反应氨基的反应 (3) 两性与等电点两性与等电点 (4) 与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应20.2 多肽多肽20.3 蛋白质蛋白

2、质20.4 核酸核酸 20.4.1 糖组分糖组分 20.4.2 碱基组分碱基组分 20.4.3 核苷核苷 20.4.4 核苷酸核苷酸 有 机 化 学 精 品 课 程 氨基酸：羧酸氨基酸：羧酸 C 链上的链上的 H 原子被原子被NH2取代后的化合物。取代后的化合物。分子中含有分子中含有NH2和和COOH两种官能团。两种官能团。丙氨酸丙氨酸(Alanine)CCOOHHCH3NH2图图 20.1 丙氨酸的分子模型丙氨酸的分子模型 20.1 氨基酸氨基酸(Amino acids)有 机 化 学 精 品 课 程 20.1.1 氨基酸的命名和构型氨基酸的命名和构型根据氨基连在根据氨基连在C链上的位次不同

3、分为链上的位次不同分为,-氨基酸氨基酸系统命名法：系统命名法：NH2作为取代基，羧酸作为母体作为取代基，羧酸作为母体CH3CHCH2CHCOOHCH3NH24-甲基甲基-2-氨基戊酸氨基戊酸(亮氨酸亮氨酸)H2N(CH2)4CHCOOHNH22,6-二氨基己酸二氨基己酸(赖氨酸赖氨酸)HOOCCH2CH2CHCOOHNH22-氨基戊二酸氨基戊二酸(谷氨酸谷氨酸)甘氨酸甘氨酸(Glycine)甘甘Gly5.97 表表 20.1 蛋白质中存在的氨基酸蛋白质中存在的氨基酸名称名称 缩写缩写 结构结构 等电点等电点丙氨酸丙氨酸(Alanine)丙丙AlaCH2COOHNH2CH3CHCOOHNH26.

4、02*缬氨酸缬氨酸(Valine)缬缬Val(CH3)2CHCHCOOHNH25.97必需氨基酸：缬氨酸、亮氨酸、苏氨酸等必需氨基酸：缬氨酸、亮氨酸、苏氨酸等8种氨基酸种氨基酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸酸性酸性氨基酸氨基酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸碱性碱性氨基酸氨基酸*亮氨酸亮氨酸(Leucine)亮亮Leu(CH3)2CHCH2CHCOOHNH25.98*异亮氨酸异亮氨酸(Isoleucine)异亮异亮IleCH3CH2CH CHCOOHNH2CH35.60丝氨酸丝氨酸(Serine)丝丝SerHOCH2CHCOOHNH26.02*苏氨酸苏氨酸(Threonine)胱胱CysCy

5、sCH3CHCHCOOHNH2OH5.68半胱氨酸半胱氨酸(Cysteine)半胱半胱CysHSCH2CHCOOHNH25.02胱氨酸胱氨酸(Cystine)苏苏ThrSCH2CHNH2COOHSCH2CHNH2COOH5.06*蛋氨酸蛋氨酸(Methionine)蛋蛋MetCH3SCH2CH2CHCOOHNH25.06天门冬氨酸天门冬氨酸(Aspartic acid)天冬天冬Asp2.98谷氨酸谷氨酸(Glutamic acid)谷谷Glu5.703.22谷酰胺谷酰胺(Glutamine)羟赖羟赖Hyl5.41羟基赖氨酸羟基赖氨酸(Hydrolysine)赖赖Lys9.749.15精氨酸精氨

6、酸(Arginine)精精Arg10.76HOOCCH2CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CHCOOHNH2天门冬酰氨天门冬酰氨(Asparagine)天冬天冬-NH2AsnH2NCOCH2CHCOOHNH2谷谷-NH2GlnH2NCOCH2CH2CHCOOHNH2H2N(CH2)4CHCOOHNH2*赖氨酸赖氨酸(Lysine)H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHNH2OHH2N CCH2CH2CH2CHCOOHNH2NH组氨酸组氨酸(Histidine)组组His7.59*苯丙氨酸苯丙氨酸(Phenylalaninw)苯丙苯丙Phe5.67酪氨酸酪氨酸(Tyrosine)脯脯Pro

7、5.48脯氨酸脯氨酸(Proline)色色Trp5.886.30羟脯羟脯Hyp6.33酪酪Tyr*色氨酸色氨酸(Tryptophan)NNHCH2CHCHOOHNH2C6H5CH2CHCOOHNH2HOCH2CHCOOHNH2NCH2CHCOOHNH2NHCOOHH羟基脯氨酸羟基脯氨酸(Hydroproline)NHCOOHHHO20.1.1 氨基酸的构型氨基酸的构型CHOCH2OHHOHCOOHCH3NH2HCOOHCH2OHHOHL-甘油醛L-丙氨酸L-乳酸氨基酸的构型取决于羧基的氨基酸的构型取决于羧基的-碳原子碳原子，所有，所有L-型氨基酸构型如下型氨基酸构型如下COOHRNH2HCOO

8、HNH2HOHHCH3R=CH3-,(CH3)2CH-,HOCH2-,HSCH2,.用用D，L表示构型时，表示构型时，氨基酸是以距羧基最近的手性碳原子为标准，氨基酸是以距羧基最近的手性碳原子为标准，而糖是以锯羰基最远的手性碳原子为标准。而糖是以锯羰基最远的手性碳原子为标准。20.1.2 氨基酸的制法氨基酸的制法1.1.- -卤代酸的氨解卤代酸的氨解CH3CHCOOHBrNH3H2O,CH3CHCOOHNH2+256%25C。NKOOCH2COOC2H5ClNOOCH2COOC2H51) KOH,H2O2) HClCOOHCOOHCH2COOHNH2C2H5OH+97%+2. Gabrial2.

9、 Gabrial法法3.Strecker3.Strecker合成法合成法CH2CHONH3,HCNCH2CHCNNH21) NaOH,H2O2) H+CH2CHCOOHNH220.1.4化学性质化学性质一、两性一、两性RCHCOONH3+RCHCOOHNH3+RCHCOONH2H+OHH+OH数量相等时的数量相等时的pH值称为等电点，此时氨基酸在电性环境值称为等电点，此时氨基酸在电性环境中不向任何一极移动，溶解度最小，可用于分离氨基酸中不向任何一极移动，溶解度最小，可用于分离氨基酸 结论结论: 酸性氨基酸的等电点酸性氨基酸的等电点7二、与亚硝酸的作用：二、与亚硝酸的作用：用于定量测定氨基含量。

10、用于定量测定氨基含量。RCHCOOHNH2HNO2RCHCOOHOHN2+三、与甲醛的作用：三、与甲醛的作用：用于定量测定羧基含量。用于定量测定羧基含量。RCHCOOHNH2HCHORCHCOOHNCH2+四、与金属离子的络合作用：四、与金属离子的络合作用：用于分离或鉴定氨基酸。用于分离或鉴定氨基酸。CuNH2OONH2OORR五、氨基酸的受热分解：五、氨基酸的受热分解：1、-氨基酸分子间成哌嗪二酮的衍生物氨基酸分子间成哌嗪二酮的衍生物RCHCOOHNH22NHNHOORR2、-氨基酸分子内失氨成氨基酸分子内失氨成、- 不饱和酸不饱和酸HCCH2COOHNH2RHCCHCOOHRNH3+3、-

11、氨基酸分子内失水成内酰胺氨基酸分子内失水成内酰胺H2CCH2COOHNH2CH2RNHORH2CCH2COOHNH2CH2RCH2内酰胺 NHOR内酰胺 七、失羧作用七、失羧作用 -氨基酸小心加热或在高沸点溶剂中回流。可失去二氧化碳得胺氨基酸小心加热或在高沸点溶剂中回流。可失去二氧化碳得胺八、失水失氨八、失水失氨 -氨基酸受某些微生物中酶的作用，同时失水失氨得到醇氨基酸受某些微生物中酶的作用，同时失水失氨得到醇H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2OH2(CH3)2CHCH2CH2CH2OHCO2NH3

12、+酶+六、与茚三酮反应六、与茚三酮反应-氨基酸与茚三酮水溶液一起加热，能生成蓝紫色的物质，是氨基酸与茚三酮水溶液一起加热，能生成蓝紫色的物质，是-氨基酸特有的反应，用于氨基酸特有的反应，用于-氨基酸的定性或定量测定。氨基酸的定性或定量测定。OOOHOHRCHCOOHNH2OONOO+重要的氨基酸：重要的氨基酸：1. 甘氨酸甘氨酸 (H2NCH2COOH)无色结晶，有甜味，中枢神经系统一种抑制性神经递质，防止枯否细胞过度激活，对多种原因引起肝损害起明显保护作用。 H2NCHCCH2OHOCH2SCH3Methionine Met2. Methionine 蛋氨酸蛋氨酸在生物甲基化中起着重要的作用

13、，可由酪蛋白水解制得，用作抗脂肪肝药物3. Tryptophan 色氨酸色氨酸H2NCHCCH2OHOHNTryptophan Try防治癞皮病防治癞皮病4. Phenylalanine 苯丙氨酸苯丙氨酸H2NCHCCH2OHOPhenylalanine Phe5. 5. 鲜味剂鲜味剂 味精味精HO2CCHCH2CH2CO2H谷氨酸NH2HO2CCHCH2CH2CO2Na H2ONH2谷氨酸钠(味精)HO2CCHCH2CH2CO2HNH2120NHCO2HO+ H2O焦性谷氨酸20.2 多肽多肽R-COOHNH2-ROH2CONHRR+1. 肽肽: 氨基酸分子间的氨基与羧基失水氨基酸分子间的氨

14、基与羧基失水,以酰胺键以酰胺键(肽键肽键)相连的化合物相连的化合物H2NCHRCONHCHRCOOHH2NCHRCONHCHRCOHNCHRCOOH二肽二肽三肽三肽H2NCH2CONHCHCH3COOH2. 二肽二肽 例如例如,由甘氨酸与丙氨酸形成由甘氨酸与丙氨酸形成 的二肽的二肽可有以下两种可有以下两种HNCH2CONH2CHCH3COOH甘氨甘氨酰酰-丙氨酸丙氨酸,简写成甘简写成甘-丙丙II丙氨丙氨酰酰-甘氨酸甘氨酸,简写成丙简写成丙-甘甘中，丙氨酸部分保留有游离羧基，以中，丙氨酸部分保留有游离羧基，以“端端”； 甘氨酸有游离氨基甘氨酸有游离氨基,以以“端端”表示，表示，II 中相反中相反

15、多肽多肽命名命名HNCHCOCHHOOCNH2CONHCH2-CH2CH2SHCH2COOH谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称谷胱甘肽）多肽的命名：多肽的命名： C - 端作母体端作母体 N - 端在左，端在左， C - 端在右端在右 链中其它氨基酸链中其它氨基酸 “酸酸”字改为字改为“酰酰”甘氨酰丙氨酰丝氨酸甘氨酰丙氨酰丝氨酸(甘甘-丙丙-丝丝)(Gly-Ala-Ser)H2NCH2CONHCHCH3CONHCHCOOHCH2OH20.3 蛋白质蛋白质 (Proteins)蛋白质的结构蛋白质的结构一级、二级、三级、四级一级、二级、三级、四级 一级结构：一级结构： 氨基酸单位的种类、数目及排列顺序氨基

16、酸单位的种类、数目及排列顺序蛋白质蛋白质纤维蛋白纤维蛋白球蛋白球蛋白结合蛋白结合蛋白不溶于水不溶于水 蚕丝蚕丝 毛发毛发溶于水溶于水 酶酶 蛋白激素蛋白激素蛋白质蛋白质 + 非氨基酸部分非氨基酸部分(辅基辅基)辅基辅基: 碳水化合物、脂类、核酸碳水化合物、脂类、核酸 或磷酸等或磷酸等血红蛋白中的辅基：血红素血红蛋白中的辅基：血红素立体结构立体结构 图图20.2 牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构-螺旋型螺旋型- 角蛋白角蛋白蛋白质分子中的局布区域内氨基酸残基的有规则的排列。常见二级结构：-螺旋螺旋和-折叠折叠。二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间氢键维持。

17、-折叠折叠蚕丝蛋白蚕丝蛋白20.4.1 糖组分糖组分OOHHOH2CHHHHOHHOO HH O H2CHHHO HO HH-D-2-去氧核糖去氧核糖-D-核糖核糖DNARNA20.4 核酸核酸(Nucleic Acids)细胞核细胞核遗传信息的储存遗传信息的储存蛋白质的合成蛋白质的合成水解水解 磷酸磷酸 核苷核苷核酸核酸 核苷酸核苷酸 水解水解 核苷核苷 戊糖戊糖杂环碱杂环碱水解水解核酸核酸核糖核酸核糖核酸(RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)20.4.2 碱基组分碱基组分嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶衍生物衍生物NNNNNH2HNNNNHH2NO腺嘌呤腺嘌呤, , A鸟嘌呤鸟嘌呤, ,GNNNH2

18、OHNNOHOHNNOHOHCH3胞嘧啶胞嘧啶, ,C尿嘧啶尿嘧啶, ,U胸腺嘧啶胸腺嘧啶, ,T20.4.3 核苷核苷 (Nucleosides)RNA 的核苷：核糖的核苷：核糖 + C、U、A、G糖分子糖分子1位上的羟基位上的羟基嘧啶环上的嘧啶环上的3位上或嘌呤位上或嘌呤9位上的氮原子上的氢位上的氮原子上的氢 脱水脱水-苷苷OHOCH2HHHOHOHHNNONH2OHOCH2HHHOHOHHNNNNNH2胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷DNA 的核苷：的核苷：2-脱氧核糖脱氧核糖 + C、A、G、TOHOCH2HHHHOHHNNHOOH3C胸腺嘧啶胸腺嘧啶 - 2 - 脱氧核苷脱氧核苷20.4.4 核苷酸核苷酸 (Nucleotides)核苷核苷 + + 磷酸磷酸核苷的核苷的3位或位或5位上的羟基与位上的羟基与磷酸的酯化磷酸的酯化DNA的双螺旋结构的双螺旋结构