氨基酸、蛋自质及核酸-医学资料

《氨基酸、蛋自质及核酸-医学资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氨基酸、蛋自质及核酸-医学资料（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,有机化学,第十五章 氨基酸、蛋白质及核酸,2,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,蛋白质存在于一切细胞中。它们是构成人体和动植物组织的基本材料，肌肉、毛发、皮肤。指甲、腥、神经、激素、抗体、血清、血红蛋白、酶等都是由不同蛋白质组成的。蛋白质在有机体中承担着多种生物功能，它们能供给机体营养，输送氧气，控制代谢过程，防御疾病、传递遗传信息，负责机械运动，执行保护机能，等等。可以说，蛋白质是生命的物质基础，是参与体内各种生物化学变化最重要的组分。生命的基本特征就是蛋白质的不断自我更新。,第十五章 氨基酸、蛋白质及核酸,从化学上看，蛋白质是氨基酸的高聚物；氨基酸是构成蛋白质的“基石”，因此要讨论蛋白

2、质的结构和性质，首先要了解氨基酸。,3,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,* 蛋白质存在一切细胞中。,* 蛋白质在有机体中承担着多种生物功能。,* 蛋白质是生命的物质基础。,* 生命活动的基本特征就是蛋白质的不断自我更新（新陈代谢）。,*从化学上看，蛋白质是氨基酸的高聚物：氨基酸是构成蛋白质的基石。,4,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,第一节 氨基酸概述（Amino acids),一、氨基酸的分类、命名和结构,1、结构,分子中既含有氨基（NH2），又含有羧基（COOH）的化合物叫氨基酸。,各种氨基酸的差别主要在于R基团的不同，而R的结构是多种多样的。, 氨基酸,5,有机化学 第二十章 蛋白质

3、和核酸,2、命名, - 氨基酸的命名一般采用俗名，即根据其来源或性质命名。,每种氨基酸都有缩写符号(即英文名称的头一个字母)和中英文代号。,甘氨酸 Gly G 甘,赖氨酸 Lys K 赖,氨基酸 符号 字母代号 汉文代号,6,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,3、分类,*根据氨基和羧基的数目,*根据烃基的类型,7,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,二、氨基酸的构型,天然氨基酸，除甘氨酸外， - C原子都有手性，因此具有旋光性，且都是L 构型。, -氨基酸的构型是与由L 甘油醛导出的L 乳酸相联系而确定的，即将 -氨基酸看成是L 乳酸中的羟基被氨基取代的产物。,其它含有一个以上手性碳原子的氨基酸

4、的构型，均取决于 - C原子：如果某氨基酸的 - C原子的构性与L 丙 氨酸相当，这个氨基酸就是L 型。,8,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,第二节 氨基酸的来源及制法,蛋白质,H2O,H+,多肽,二肽,- 氨基酸,将混合物用各种分离手段(如色层分离法、离子交换法、电泳法等）进行分离，即可分别得到各种氨基酸。由蛋白质的水解制备氨基酸是从1820年开始的，这是一个最古老的方法。味精早期就是由小麦蛋白质面筋水解得到。胱氨酸，半胱氨酸是由头发水解制得的。,一、蛋自质水解 蛋白质在酸、碱或酶的作用下水解，最后生成的是- 氨基酸 的混合物：,氨基酸的制备主要有蛋白质的水解、发酵法，酶法及有机合成法四条

5、途径,9,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,蛋白质水解法的缺点是分离比较困难，因为水解时所得到的总是各种氨基酸的混合物。,二、微生物发酵法,该法是以糖质原料（如淀粉、果糖、蔗糖）或以石油及其制品（如石蜡油、煤油、乙醇、醋酸）为主要碳源，在其它氮、磷、钾等物质存在下，经过微生物发酵而生成氨基酸。,从1957年开始用该法生产谷氨酸（味精）。微生物发酵法的原料价廉，在大多数情况下，由于细菌的特异作用，能直接得到L 型氨基酸，无需再进行外旋体的拆分。,三、酶法,在酶的作用下，可将一定原料转化成L 氨基酸。酶法的特点是酶的催化性很强，生产过程简单，产率高，副产物少，周期短，成本低。L-丙氨酸、L-赖氨酸

6、、L-天门冬氨酸、L-色氨酸、L-鸟氨酸等是用酶法生产的。,10,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,四、合成法,为了经济、大量地生产氨基酸，还需要用化学合成法。其主要方法有以下三种：,醛与HCN、NH3反应生成氰胺，后者水解即得到氨基酸，该法称为斯垂克合成。,11,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（2） - 卤代酸的氨解,此法有仲、叔胺的副产物，如用盖布瑞尔(Gabriel)法代替，则能得到较纯的 - 氨基酸。,O,O,12,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（3）由丙二酸酯合成,以丙二酸酯为基本原料，可以合成多种结构的氨基酸，该法的应用范围非常广泛。,BrCH(COOC2H5)2,现介绍邻

7、苯二甲酰亚胺丙二酸酯法：,13,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,RX除为一般的伯卤外，还可以为ClCH2COOC2H5,ClCH2CH2SCH3等多种卤代物，从而生成各种结构的氨基酸。,14,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,最后要指出的是，用一般合成方法所生成的氨基酸都是外消旋体，只有经过拆分才能得到L或D构型的氨基酸。氨基酸的不对称合成近年来发展很快，例如应用膦铑络合催化剂，光学产率可达到95以上。,15,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,(6)斯密特（Schmidt）反应 斯密特反应是以叠氮酸为试剂，将羧某转化成氨基。例如：,16,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,【课堂练习】,一、用

8、适当原料，以丙二酸酯法合成：,（1）天门冬氨酸； （2）亮氨酸； （3）脯氨酸； （4）色氨酸。,二、用两种方法合成：,NH3,COO,-,+,17,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（1）天门冬氨酸；,一、,HOOC-CH2-CH-COOH,NH2,-氨基丁二酸,BrCH(COOC2H5)2,18,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（2）亮氨酸,(CH3)2CHCH2CH-COOH,NH2,-甲基-氨基戊酸,BrCH(COOC2H5)2,19,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（3）脯氨酸,-四氢吡咯酸,BrCH(COOC2H5)2,20,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（4）色氨酸,-氨

9、基-(3-吲哚)丙酸,21,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,二、用两种方法合成：,NH3,COO,-,+,22,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,二、 - 卤代酸氨解 - 卤代酸与过量的NH3作用，容易生成- 氨基酸。例如：,CH3CHCOOH + 2NH3,Cl,CH3CHCOOH + 2NH4Cl,NH2,三、盖布瑞尔合成法 与合成纯的伯胺方法类似（见第十二章第五节），可以用- 卤代酸酯合成- 氨基酸。,23,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,四、斯特雷克合成法 由醛与氨及氢氰酸，或与氰化铵作用制得- 氨基睛，后者水解即得- 氨基酸，这个反应称为斯特雷克（Strccker合成法。反应机理

10、大致如下：,24,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,25,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,第三节 氨基酸的性质, -氨基酸都为无色晶体，易溶于水，而难溶于乙醚、苯等有机溶剂中，它们具有较高的熔点，且大多数在熔化时会发生分解。除甘氨酸外,其它天然氨基酸都有旋光性。,氨基酸是含有氨基和羧基的双官能团化合物，所以它们既具有羧酸的性质，又具有胺类的性质，同时还具有这两种官能团相互影响而赋于它们的某些特性。,一、氨基酸的两性和等电点,氨基酸中有两性基团，既能和酸反应，也能和碱反应，它是两性化合物。实际上杂氨基酸分子内，氨基与羧基作用生成一个两性离子，氨基酸的晶体就是以两性离子的形式存在的，这种两性离子

11、是分子内的氨基与羧基成盐的结果，故称为内盐。,1）两性,26,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,R CH COOH,NH2,R CH COO,NH3,+,-,内盐（亦称为偶极离子）,氨基酸具有高熔点和水溶性，就是其内盐性质的表现。,在水溶液中，氨基酸的两性离子存在下列平衡：,27,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,2）等电点,丙氨酸在纯水溶液中可形成入下的平衡：,在这里，酸性基团NH3+和碱性基团COO的相对强度不完全等同，即前者的给质子能力大于后者接受质子的能力（即羧基COOH的酸性大于氨基NH2的碱性），所以丙氨酸的两性离子容易从NH3+给出质子形成较多的负离子。在平衡体系中，负离子数目多

12、于正离子，使丙氨酸带有一定数量的净负电荷，其溶液略显酸性（PH值略小于7）。,氨基酸中羧基的解离能力要大于氨基接受质于的能力。,28,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,如果在丙氨酸水溶液的平衡体系中外加酸，则可抑制负离子的生成，而使正离子的数量增加（平衡向左移动）。当加入适量的酸时，可以使正，负离子相等，丙氨酸的净电荷等于零。,将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性（等电）状态。这个净电荷为零的氨基酸所在的溶液的PH值就称为该氨基酸的等电点（Isoelectric point)，通常以IP 表示。,必须注意，氨基酸在纯水中的电离一般都不是它的等电点，要达到等电点必须加入

13、酸或碱来调节。由于各种氨基酸中的羧基和氨基的相对强度和数目不同，所以各种氨基酸的等电点也不同。,29,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,氨基酸的等电点并非是它的中性点。在等电点时，两性离子的浓度最大，溶解度最小。,根据等电点可以鉴定氨基酸，而用调节等电点的方法可以分离氨基酸的混合物。常用的方法有两种，一是利用其在等电点时的溶解度最小，可以某氨基酸从混合溶液中沉淀出来；二是利用在同一pH下不同的氨基酸所带电荷的不同而进行分离。,例如，在pH6时，甘氨酸、丙氨酸等主要以两性离子形式存在，而天门冬氨酸、谷氨酸等则主要是以负离子形式存在。若将此混合液通过阳离子交换树脂的层析柱，这时天门冬氨酸、谷氨酸等

14、就和树脂的阳离子交换而留在柱中，再根据它们的IP值，选用不同的pH缓冲溶液将后者洗脱出来。,30,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,【课堂练习】,一、写出下列氨基酸在给定PH值的离子结构：,（1）半胱氨酸（PH4.80) (2)精氨酸（PH10.95),二、下列氨基酸在PH6时，置于电场中，推测其移动方向。,（1）缬氨酸 （2）谷氨酸 （3）赖氨酸,（1）不动,（2）正极,（3）负极,31,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,二、氨基酸受热后的消除反应,氨基酸的热反应与相应的羟基酸极为相似：,（A） -氨基酸加热生成交酰氨或肽,交酰胺（二酮吡嗪）,32,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（B） - 氨基酸加热生成 ， - 不饱和酸：,33,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,（C） - 氨基酸加热生成内酰胺：,34,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,三、与水合茚三酮的显色反应, -氨基酸与水合茚三酮在碱性溶液中加热，发生氧化、脱氨、脱羧作用，最终生成蓝紫色物质。这是检验氨基酸的灵敏方法。（脯氨酸或羟脯氨酸显黄色）,值得注意的是，脯氨酸不能发生茚三酮反应。伯胺、氨，铵盐等能发生茚三酮反应，故鉴别一个 -氨基酸时，要排除伯胺、氨和铵盐的干扰。,35,有机化学 第二十章 蛋白质和核酸,四、与亚硝酸的反应 氨基酸与HNq