北京大学有机化学-氨基酸、多肽、蛋白质、酶和核酸

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1、第二十二章第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白质、酶和核酸氨基酸、多肽、蛋白质、酶和核酸exit第一节 氨基酸的结构、名称及物理性质 第二节 氨基酸的性质 第三节 氨基酸的合成 第四节 多肽的定义、命名和结构 第五节 多肽的合成 第六节 多肽结构的测定 第七节 蛋白质的结构和特性 第八节 酶 第九节 核酸本章提纲蛋白质、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯) 是人所需营养中的三种要素。第一节 氨基酸的结构、名称和物性羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。一 定义按氨基与羧基的相对位置分：-氨基酸，-氨基酸按氨基与羧基的数目来分：中性氨基酸、酸性氨基酸，碱性氨基酸三 氨基酸的

2、构型和存在形式构型（用D、L表示）-氨基酸通式 L型-氨基酸 D型-氨基酸 L-甘油醛除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。二 分类存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。组氨酸谷氨酸丙氨酸四 名称和物理性质名 称氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其构型的表示方法与糖一样，用D或L表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。物 理 性 质大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；氨基酸在200度以下都是稳定的；氨基酸的pKa为2左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。五 八个必需氨基酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸苏氨酸蛋氨酸赖氨酸色氨酸一

3、等电点二 与茚三酮反应三 氨基酸金属盐络合物的形成第二节 氨基酸的性质谷氨酸 焦谷氨酸总述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺2分子甘氨酸 2,5-二嗪哌酮- 2H2O- H2O一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点。 氨基酸的特殊性质一 等电点中性氨基酸的等电点：pH=6.26.8酸性氨基酸的等电点：pH=2.83.2碱性氨基酸的等电点：pH=7.610.8不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。等电点时

4、，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。二 与茚三酮的反应凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。茚茚三酮 水合茚三酮+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互变异构三 氨基酸金属盐络合物的形成金属上有空轨道，N上有未共用电子对 ！氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状, 该反应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。一 斯瑞克合成法-醛的氨氰化法 二 赫尔-乌尔哈-泽林斯基-溴化法 三 盖布瑞尔法 四 丙二酸酯法第三节 氨基酸的合成改进方法： 用NH4CN or NH4Cl+KCN代替HCN+NH3应 用： 合成比原料醛多一个碳的氨基酸氨基酸的来源：（1）天然产物

5、酸性水解（2） 微生物发酵法（3） 化学合成法一 斯瑞克合成法-醛的氨氰化法RCHO + HCN +NH3H3+O应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。二 赫尔-乌尔哈-泽林斯基-溴化法RCH2COOHNH3Br2 P在封管或高 压釜内进行三 盖布瑞尔法H3O+1. 通过酰基丙二酸酯法四 丙二酸酯法+ NC-CH=CH2H3+OH2/Pt醋酸麦克尔加成 碱H2/催加热-CO2OH -丝氨酸的合成+ CH2=OH3+O-CO2 丝氨酸 （65%）2. 通过溴代丙二酸酯法合成CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2 CCl4NaNaOH蛋氨酸（ 50%）烷基

6、化谷氨酸的合成+ CH2=CHCOOEt 麦克尔加成NaOEtH3+O谷氨酸 （70%）脯氨酸的合成H3+ONaOEtBr(CH2)3BrEtOHNaOH脯氨酸 70%分子内亲核取代 一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应，形成一个酰氨键，新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰氨键叫肽键。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。第四节 多肽的定义、命名和结构一 定义二 命名甘氨酸丙氨酸亮氨酸产物三肽的名称为：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸（甘-丙-亮）（Gly-Ala-Leu）-2H2O肽键C-端N端1. 肽键和肽的几何形状三 结构2. 二硫键Na +液NH3空气氧化

7、Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH2SS牛催产素一 氨基的保护 二 羧基的保护 三 侧链的保护 四 接肽方法 1 混合酸酐法 2 活泼酯法、3 碳二亚胺法 4 环酸酐法、5 固相接肽第五节 多肽的合成保护基必须具备的条件（1）易在预定的部位引入（2）在某特定的条件下，保护基很易除去（3）引入和除去保护基时，分子中的其它部位不会受到影响，特别是已接好的肽键。多肽合成必须解决下面四个问题1. 1.氨基保护 2. 羧基保护 3. 侧链保护 4. 接肽方法C6H5CH2OH+COCl2（光气)一 氨基的保护1. 用氯代甲酸苯甲酯（或称苯甲氧基甲酰氯）保护Ben

8、zoxycarbonyl（简写Z）H2 Pd/C +NH3CH2CO2- OH-H+SOCl2+NH3CH2CO2-, OH-H+H+CF3COOH（1mol）上保护基接肽去保护基反应过程：2 用氯代甲酸三级丁酯保护t-Butoxycarbonyl简写BOC在多肽中的应用：CF3COOH HOAc-OH, 25oC上保护基接肽（过程略）去保护基*1. 催化氢化和稀碱都不能除去BOC，通常用温和的酸性水解法除去。*2. 若氨基酸中有多个氨基，在接肽前均需保护。*3. 用Z保护还是用BOC保护，视实际情况而定。二 羧基的保护使用的酸为：CF3COOH HBr / HOAcA代表：HClCH3OH接

9、肽 Na2CO3接肽Pd / H2(CH3)2C=CH2接肽H3+O去保护基去保护基上保护基上保护基上保护基去保护基AAA例如：三 侧链的保护当氨基酸的侧链带有某些官能团时，在合成多肽时，有时也需 要加以保护，保护的方法，要视具体情况而定。巯基经常用苯甲基保护，保护基可以在钠、液氨作用下除去。上保护基去保护基空气中氧化Na, NH3(l)四 接肽的方法1 混合酸酐法（活化羧基）-OH, 25oCN(C2H5)3-5-0oC-(C2H5)3NHClH2/Pd-C接肽C6H5CH2OCOCl2 活泼酯法N(C2H5) 3H+3. 碳二亚胺法接肽dicyclohexylcarbodimide (DC

10、C)接肽H2 / Pd-C去保护基失水机制二环己基脲1. 保护氨基和活化羧基同时完成 2. 氨基甲酸不稳定4. 环酸酐法接肽- CO2二肽环状酸酐215. 固相接肽麦尔德发明；解决了蛋白质和多肽的一些合成问题。在不溶的高分子树脂的表面上进行接肽反应称为固相接肽。测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作：一 测定分子中是否存在二硫键二二 检测氨基酸的组成及其相对比例三三 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序第六节 多肽结构的测定一 测定分子中是否存在二硫键多肽或蛋白质分子中有二硫键，需要切断。 其方法是用过酸氧化。二 检测氨基酸的组成及其相对比例该工作由氨基酸自动分析仪完成在N-端引入具有特定

11、基团的标记化合物，这种标记基团有颜色、荧光、紫外吸收等性质，然后分离鉴定具有这种基团的氨基酸衍生物。三 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序1. N-端氨基酸单元的分析DNFB + Gly-Ala-PheDNFB-Gly-Ala-PheDNFB-Gly Ala PheH+ 水解 105oCpH=8-9 室温二硝基氟苯法（桑格尔法）肼解法：当蛋白质（或多肽）与无水肼在100反应5-10h后，除C端氨基酸外 ，所有氨基酸都转变成相应氨基酸的酰肼，C端氨基酸则以游离氨基酸放 出。 2. C-末端测定NH2-NH2 100oC 5-10hGly-Ala-PheGlyNHNH2 AlaNHNH2 Phe第

12、七节 蛋白质的结构和特性相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。蛋白质有两个重要的性质：盐析、变性蛋白质有四级结构肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构 ，也叫一级结构。多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则 的构象，这称为二级结构。-螺旋 -折叠在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的 相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结 构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及相互作用，称为蛋 白质的四级结构。蛋白质的生理活性是由二级、三级、四级结构来决定的。第八节 酶酶： 酶是一类在生物体内有催化活性的蛋白质。辅酶：与酶蛋白松弛地

13、结合的辅助因子称为辅酶。辅基：与酶蛋白紧密地结合的辅助因子称为辅基。全酶：酶蛋白与辅助因子结合后形成的复合物称为全酶。D-2-脱氧核 糖的核苷+磷酸第九节 核酸D-核糖 + 碱基结构组成核糖核苷酸核糖核酸D-核糖的核苷+磷酸核 酸脱氧核糖核酸脱氧核糖 核甘酸D-2-脱氧核糖 + 碱基聚合聚合核酸的基本单位一 糖D-核糖D-2-脱氧核糖二 碱基C（胞嘧啶）U（脲嘧啶）T（胸腺嘧啶）A（腺嘌呤）G（鸟嘌呤）RNA 的 组 成鸟苷（G）腺苷（A）胞苷（C）脲苷（U）将遗传密码翻译变成特异的蛋白质，以 执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相 似的遗传性状。RNA的作用DNA 的 组 成2-脱氧胸腺苷dT2-脱氧胞苷dC2-脱氧腺苷dA2-脱氧鸟苷 dG携带全部遗传密码。DNA所携带的全部遗传信息都记载在DNA所包含的全部核苷酸的排列顺序中。DNA虽然只有四种类型的核苷酸，但它的相对分子质量极大，这四种核苷酸在DNA分子中的排列方式近乎无穷，一个含1000个核苷酸的DNA分子，有41000种排列方式，这是一个天文数字，这就是生物界多样性的原因。DNA的作用关于DNA和RNA在生物的生长、 繁殖、遗传、变异中的功能和具 体作用，是生物学的研究范畴。