第二十章氨基酸多肽蛋白质和核酸6学时(20210517103227)

1、第二十章氨基酸、多肽、蛋白质和核酸（6学时） 蛋白质是生物高分子，化学结构极其复杂，种类繁多。其组成元素主要是碳、氢、氧和氮四种。 在受到酸、碱或酶的作用时，都水解而生成a -氨基酸。 第一节氨基酸的结构、分类和命名 定义：分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物统称为氨基酸。氨基酸是组成肽和蛋白质的结 构单元分子。 一、结构 1氨基酸的结构通式为: H H2NgCOOH R 2、当R不等于H时，a碳原子就是手性的，氨基酸存在两种构型。 3、构型：D/L标记法，距羧基最近的手性碳原子为标准。 COOH COOH COOH COOH HOH - H2NH 一 H2NH H2N 十 H H十OH CH

2、3 CH3 R CH3 L-乳酸 L-丙氨酸 L型氨基酸 L-苏氨酸 4、天然蛋白质水解都生成 a -氨基酸。常见的有 20种。 CHO HO H H OH CH3 D-苏阿糖 2 分类 1据氨基和羧基的数目（氨基酸的性质）可分为：中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。 2、根据所连R基团的不同可以分为：肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸。 3、 据氨基和羧基的相对位置分为：a氨基酸、氨基酸和丫一氨基酸。 4、 除氨基和羧基外，还可据连的基团（或原子）不一样可分：氢氨基酸、烃基氨基酸、羟基氨基 酸、氨基氨基酸等。 命名 3-（3-吲哚基）-2-氨基丙酸 1系统命名法：把氨基作为羧酸的取代基来命

3、名，即把氨基酸看作是羧酸衍生物来命名。例如: (CH3)2CHCH 2chcooh Nh2 4-甲基-2-氨基戊酸 2、根据氨基酸的来源或性质命名。例如：甘氨酸（因其具有甜味） 第二节氨基酸的性质及反应 由于氨基酸分子中含有氨基和羧基，所以它们既是酸又是碱，是两性化合物。事实上，氨基酸 在结晶状态或在接近中性的溶液中，是以两性离子（dipolar ion）的形式存在的，是一种内盐（inner salt）。 A、 旋光性（optical activity）:除了甘氨酸外，所有的氨基酸都是手性分子；其手性碳的构型为L 构型（及S 构型），都具有旋光性。 B、 酸碱性（acid-base prope

4、rties）:氨基酸既是酸又是碱。 物理和光谱性质: A . a -氨基酸都是无色结晶。为高熔点固体。 B . a -氨基酸溶于水，在等电点时溶解度最小。由于它具两性离子的结构，一般难溶于非极性有 机溶剂。 C. a -氨基酸的红外光谱(IR): 1600cm-1处有一羧负离子的吸收带(1720 cm-1没有羧基的典型 谱带)。在3100-2600 cm-1 间有一强而宽的 N-H键伸缩吸收带。 一、氨基酸的酸碱性 1、氨基酸作为酸可提供质子 (proto n donor) NH3+nh2 + R-CCOO-RPCOO- + H HH2、氨基酸作为碱可接受质子 (proto n accepto

5、r) NH3+NH3+ R C COO- + H+ J RC COOH HH3、氨基酸是两性电解质(ampholytes )。4、氨基酸 的等电点(Isoelectric Point ) (1)定义：如果在某一 pH值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷 的数目正好相等，即净电荷为零，则称该pH值为该氨基酸的等电点(pl)。 * HpK 彳+HpkH H3N C一COOH pK NH3CCOO- ,pKZ NH2gcoo- CH3 CH3 CH3 low pH pl high pH 电荷 伸 伸伸 1 编号 n i 出 (2) 等电点不是中性点。一般来说，中性氨基酸的等电点约为pH沁6;酸性氨基

6、酸的pH沁3 ;碱 性氨基酸的pH 10。 (3) 在等电点时，氨基酸主要以偶极离子存在，所以氨基酸的溶解度最小。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。 (4) 应用：纸电泳 A、pH pI,样品带负电荷，样品点向阳极移动； C、pH = pI,样品不带电荷，样品点不移动。 二、与亚硝酸的反应 一级脂肪胺与HNO2反应，放出N2并生成：R- OH , R-X，烯的混合物；因此一级氨基酸 的a -氨基也能与亚硝酸作用： R-CHCOOH + HNO2 R-gHCOOH +N2 T+ H20 NH2OH 反应是定量的，可用于定量测定氨基酸、多肽。蛋白质中的a -NH2的数目

7、。 三、与茚三酮反应 茚三酮与氨或一级胺产生紫红色络合物： + RCHCOOH Nh2- 紫红色 2 +3H2O a -氨基酸的特有反应（鉴别a -氨基酸） 四、与2, 4-二硝基氟苯反应 1、 Sa nger Reage nt : 2,4-二硝基氟苯 DNFB，是测定多肽、蛋白质 N 端的试。 2、现象：反应产生黄色产物 ，DNP 氨基酸。 3、 多肽、蛋白质中的游离NH2，能与DNFB反应，生成黄色的 DNP 氨基酸 衍生物: o2n F + NO2 1 R Oi H2N-CH C十 NCH*CNC-COOH 亠O2N 2 R iO 水解 o2n 氐 NCHc-厂N-CH专C-NC-COO

8、H H;H NO2 R 1R 2 H ；N CH COOH + H2N-CHCOOH NO DNP-氨基酸 N2（黄色） R3 + H2N-CCOOH 3 3 五、羧基的反应脱羧反应 1、脱羧反应（- CO 2）: a -氨基酸在咼沸点溶剂中加热，或受生物体中细菌作用，可脱去羧基得 到伯胺的反应。 2 、 羧 基 上 的 反 应： R 酯化 R nh2nh2 R O R O HONO H2NCH COOH H 2 NCH COOR h2nchc-nh-nh 2h2nchc-n 3 叠氮化物 zhnRhO-N3 + H2nChcoor、- zhnChOhnChcoor、 六、 加热脱水、脱羧反应

9、 （X - ? 氨基酸受热，可发生与羟基酸类似的脱水、脱氨反应；产物随氨基与羧基的距离不同而异; 氨基酸发生分子间脱水，形成环状交酰胺（二酮吡嗪） O A H3CCH oh nh2 NH2 HO陀出 C O O II H3CC.H HN、 分子间脱水 3,6-二甲基-2,5-哌嗪二酮 1、分子内脱水: RCHCH2CH2COOH H2N Y氨基酸 2、脱氨反应： 亠 R-CH cH2CH2 + HNC. Y内酰胺 O h2o r-ch-ch2cooh Nh2 H RCC COOH + NH3 H a , B-不饱和羧酸 3、两分子a-氨基酸可发生1分子的氨基和另1分子的羧基间的脱水反应，生成二

10、肽: R I H2N -HC-COOH R I + H2NCH-COOH * h2n R HC HN CH-COOH O 二肽 + h2o 由此，可形成 二肽、三肽 ，多肽等 天然多肽是由不同的氨基酸所组成的，这是它与多糖不同之处。 RR 、RCOCI + H2NCH-COOH HCHCOOH + HCl O R R LCH2CI + H2NCH-COOH RCH2HN-CH-COOH + HCl 第三节氨基酸的来源与合成 氨基酸主要从蛋白质的水解、有机合成和发酵法等途径获得。氨基酸的合成主要有以下几种方 法： 一、:-卤代酸的氨解 O RH2C C-OH carboxylic acid (1

11、) Br 2/PBr 3 (2) H 2O BrO 4 RHCCPH 、二bromo acid (大大过量) NH2 HC-CO NH4 O 采用大大过量的氨；由于邻位羧基的影响，降低了 好地控制。 二、由醛或酮制备一一斯垂克合成 (D, L)-二-amino acid (am mon iusm salt) a -氨基的亲核性能，因此，反应可以得到很 CH3CHO+ NH3 + HCN 込 H3C-CHH H3O1 CN NH3 H3C-C-H COOH 8 (D, L)-alamine(60%) 反应机理如下: II RCH aldehyde nh3 _h+. -H2O NH II RCH

12、imi ne C HCN, NH2 R-C-H CN H30+ - NH3 R-C-H I COOH :-ami no n itrile (D, L) -:-amino acid(acidic form) 由丙二酸酯合成 用这种方法可以得到其他合成方法难以得到的 a-氨基酸，如甲硫氨酸(蛋氨酸) COOC 2h5 CHBr 1 COOC 2h5 (1)OH 一 (2)RX COOEt X NCR F COOEt O COOH h+，H29 h3N-c_r COOH CO 2- 加热 R 4 I H3N CH COOH (L， D)-： -amino acid 四、DL-氨基酸的拆分 化学合成得

13、到的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到 D-和L-氨基酸。 L-am ino acid D-am ino acid +纯手性碱(或酸) L-氨基酸盐 D-氨基酸盐 非对映异构体 化学法 分离(重结晶，色谱法等) 五、氨基酸的立体有择合成 1、Corey法一一利用不对称前体合成方法。利用铑催化剂的不对称催化氢化反应。 第四节多肽结构的测定 1、定义：由多个a -氨基酸通过肽键(酰胺键)相连而成的化合物叫做多肽。 (1) 二肽(dipeptide): 2 amino acid residues (2) 寡肽(oligopeptide ): 210 amino acid residues (3) 多肽

14、(polypeptide ): 10 amino acid residues (4) 蛋白质(protein ) : molecular weight 10 Kd蛋白质也是多肽，一般含 100个或以上氨基酸残 基单位。 2、肽的结构特征：一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基失去一分子水而形成的酰胺键。 4、多肽的命名： 多肽的命名是以含有完整羧基的氨基酸为母体(即C端)，从另一端(即N端)开始，将形成肽 键的氨基酸的酸”字改为酰”字，依次列在母体名称之前。例如： OO IIII Nf -CHCfCfC- NHCHC-NHCfCOOH COOHCH2SH Y -谷氨酰半胱氨酰甘氨酸俗名为谷胱

15、甘肽 肽中氨基酸顺序分析：C-端氨基酸残基的分析：羧肽酶。 羧肽酶是肽链外切酶，即它专门催化水解肽链末端（即C-端）的肽键。 羧肽酶断裂位点 0 0 0 HN-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-O R1R2R3羧肽酶A水解断裂那些不是Arg和Lys的C-端氨 基酸。 羧肽酶B则仅水解断裂 C-端为Arg或Lys的氨基酸（2）多肽链的选择性水解（部分水解法）: 酶法和化学法。 化学法一一溴化氰水解法，选择性切割甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。 （3）采用重叠法得出整个肽链的氨基酸顺序。 第五节多肽的合成 1、经典合成法。 2、固相合成法。 5、其他新的合成法： （1）组合合成法1 :一次合成

16、多种肽的混合物（多肽库）混合裂分法。 （2） 组合合成法2： 一次合成多种肽的混合物（多肽库）光印迹法（光控合成法或光定向法） （3）Biosynthesis of Peptides 第六节蛋白质的性质 一、蛋白质的分类 1、根据蛋白质的形状分为： 纤维蛋白质。如丝蛋白、角蛋白等； （2）球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。2、根据蛋白质的化学组成分为： （1）单纯蛋白质 （2）结合蛋白质3、根据蛋白质的功能分为： （1）活性蛋白质。 （2）非活性蛋白质。 1、两性和等电点 蛋白质在等电点时水溶性最小，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极 蛋白质形成胶体溶液，它具有一定稳定性，主要原因是： （1） 蛋

17、白质分子中含有许多亲水基如：-COOH、-NH2、-OH等，它们外在颗粒表面，在水溶液中 能与水起水合作用形成水化膜，水化膜的存在增强了蛋白质的稳定性。 （2） 蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷，由于同性电荷相互排斥，使蛋白质分子间不会互 相凝聚。 蛋白质 t t 胨 t 多肽 t 氨基酸 蛋白质在某些理化因素的作用下，其空间结构受到破坏，从而改变其理化性质，并失去其生物活性， 称为蛋白质的变性。 变性的实质是破坏了蛋白质的空间结构，并不引起一级结构的改变。与水合茚 三酮反应：呈现蓝紫色（和氨基酸一样）。缩二脲反应：蛋白质和缩二脲在 NaOH溶液中加入CuSO4 稀溶液时会呈现红紫色。

18、黄蛋白反应。 米勒反应。 第七节蛋白质的空间结构 蛋白质：是由酰胺键形成的高分子，一般分子量在10000以上。初级结构：（一级结构）蛋白质 分子中氨基酸连接顺序。高级结构：包括二、三、四级结构，决定蛋白质的专一的生理作用。 一、蛋白质的一级结构 1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序。 -异-谷-半-半-苏-丝_亮_ OH 肽键是蛋白质一级结构的基本结构键 二、蛋白质的二级结构 1、a -螺旋：一条肽链可以通过一个酰胺键中羰基的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键而绕成螺 旋形结构。2、3 -折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起形成片”状的结构。 （1） 3 -折叠片在小R基的氨基酸（如 glyci ne, ala nine, seri ne）中是非常常见的，在羊毛蛋白纤 维中大约 有80%在重复 一Gly Ser Gly Ala Gly Ala 系列的排列； （2）3 -折叠片是柔软可折叠的，但不能拉伸。 三、蛋白质的三级结构 三级结构：由几条螺旋型肽链相互扭在一起。 1、 蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲折叠而形成特定格式的三级结构。 2、三级结构主要依靠疏水键。 3、 具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性。 四、蛋白质的四级结构 四级结构：许多球型但蛋白质是由一条或多条肽链构成的，每条肽链都有各自的一、二、三级 结构。这些肽链称为蛋白