第十七章氨基酸、蛋白质和核酸

1、SJTUhttp:/第十七章第十七章 氨基酸、蛋白质、核酸氨基酸、蛋白质、核酸上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院一、一、-氨基酸（自然界中常见）氨基酸（自然界中常见）19种种1. -氨基酸的构型氨基酸的构型: 除甘氨酸外皆为除甘氨酸外皆为L-型。型。 17.1氨基酸氨基酸构型由构型由-C原子决定。原子决定。HOHCH2OHCHOH2NHRCOOHHNHCOOHCOOHH2NHHOHCH3L-甘油醛甘油醛 L-氨基酸氨基酸 L-脯氨酸脯氨酸 L-苏氨酸苏氨酸二二. 分类：分类：中性：氨基数目与羧基相等中性：氨基数目与羧基相

2、等碱性：氨基数目大于羧基碱性：氨基数目大于羧基酸性：氨基数目小于羧基酸性：氨基数目小于羧基http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院H2NCH2COOH氨基乙酸（甘氨酸）HOOCCH2CH2CHCOOHNH2-氨基戊二醛 （谷氨酸）H2N(CH2)4CHCOOHNH2二氨基己酸（赖氨酸）例如：甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸分别是中性、酸性、碱性氨基酸。例如：甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸分别是中性、酸性、碱性氨基酸。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学

3、院三、三、-氨基酸的物性：氨基酸的物性： mp高，熔化时易分解高，熔化时易分解(如甘氨酸在如甘氨酸在2330C时分解），溶于极时分解），溶于极性质子性溶剂，不溶于非极性溶剂。性质子性溶剂，不溶于非极性溶剂。四、化学性质：四、化学性质：1. 两性与等电点两性与等电点:RCHNH2COOH+ H2ORCHNH2COO+ H3O同时RCHNH2COOH+ H2ORCHNH3COOH+ OH向该氨基酸的水溶液中加入酸或碱时向该氨基酸的水溶液中加入酸或碱时,能分别抑制分子中羧基或氨基的离子化。能分别抑制分子中羧基或氨基的离子化。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院等电点：当加酸或

4、碱至羧基和氨基的离子化程度相等时，等电点：当加酸或碱至羧基和氨基的离子化程度相等时， （pI） 溶液的溶液的pH值。不同氨基酸的等电点不同。值。不同氨基酸的等电点不同。RCHNH2COOH+OH -RCHNH3COOH+OH -RCHNH3COOHpHpI pH=pI pHpI净电荷: -1 0 +1 等电点时溶液中正、负离子浓度相等，这时氨基酸主要以两性等电点时溶液中正、负离子浓度相等，这时氨基酸主要以两性离子存在，两性离子在水中的溶解度最小，易以晶体形式析出。离子存在，两性离子在水中的溶解度最小，易以晶体形式析出。（分离不同氨基酸）（分离不同氨基酸）等电点并不是中性点。等电点并不是中性点。

5、不同的氨基酸具有不同的等电点。不同的氨基酸具有不同的等电点。一般中性氨基酸的等电点在一般中性氨基酸的等电点在pH6， 酸性氨基酸的等电点酸性氨基酸的等电点PH3， 碱性氨基酸的等电点碱性氨基酸的等电点PH10。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院H3NCH2COOH- H+ H+H3NCH2COO+- H+ H+H2NCH2COOpKa1=2.35pKa2=9.8当pKa1=2.35时，溶液中一半是（1），一半是（2）；当pKa2=9.8时，溶液中一半是（2），一半是（3）。（1） （2） （3）12pKapKapI=6.072http:/上海交通大学化学化工学院上海交

6、通大学化学化工学院对于酸性氨基酸，以中性基团将要转化为负离子时的pKa的平均值作为等电点，例如谷氨酸：对于碱性氨基酸，以正离子将要转化为中性基团时的pKa的平均值作为等电点，例如赖氨酸：http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院2. 酯化与酰化：酯化与酰化：RCHNH2COOH+ CH3OHHClRCHNH2COOCH3RCHNH2COOH+ (CH3CO)2RCHNHCOCH3COOH3. 与与HNO2作用作用: (Van.Slyke 氨基测定法氨基测定法)RCHNH2COOH+ HNO2RCHCOOHOH + N2 + H2Ohttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大

7、学化学化工学院RCHNH2COOHH+OH -RCHNH2COOHCHORCHNHCH2OHCOOHCHORCHN(CH2OH)2COO5. 形成肽键的反应形成肽键的反应4. 4. 与甲醛作用与甲醛作用: :H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽键http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院6. 与水合茚三酮作用与水合茚三酮作用:OOHOOH+RCHNH2COOHOONOOH+ RCHO+ CO2 + H2O（紫色）（紫色） CH2NHHCOOH+ HOCOCH2HNH- 2H2ONHCCNHCH2CH2OO交酰胺也

8、有时也有时http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院H2N(CH2)4CHCOOHNH2Ba(OH)2H2N(CH2)5NH2 + CO28. 形成配合物形成配合物:RHCNH2CO OCuOCOCHRNH2(兰色兰色)7. 失羧失羧:http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院五、五、-氨基酸的制备：氨基酸的制备：1.化学合成法:(1) -卤代酸的氨解卤代酸的氨解:RCHCOOHX+ 2NH3RCHNH2COOH+ NH4X （X=Cl、Br）C6H5CH2CHOHCNNH3C6H5CH2CHCNNH2（1）NaOH，H3O（2）H3O+C6H5CH2CHC

9、OOHNH2RCHONH3RCHNH2- H2ORCHNHHCNOHRCHCNNH2H2O，H+RCHCOOHNH2(2) Strecker (斯特克雷尔斯特克雷尔)http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院CH2(COOEt)2Br2BrCH(COOEt)2OONKBrCH(COOEt)2OONCH(COOEt)2(1) C2H5ONa(2) C6H5CH2ClOONC(COOEt)2CH2PhH3O+_CO2CH2CHCOONH2(3) Gabriel 法：法： （丙二酸酯法）（丙二酸酯法）http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院2.蛋白质水解:毛发H

10、Cl 30%SSCH2CHCOOCH2CHCOONH3NH33. 发酵法: 淀粉微生物发酵-L-谷氨酸钠http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院六、多六、多 肽肽一、肽的结构与性质：一、肽的结构与性质： 肽（肽（peptide）：）：-氨基酸分子中的羧基与另一分子中的氨氨基酸分子中的羧基与另一分子中的氨 基生基生成的酰胺。肽分子中的酰胺键叫做肽键。成的酰胺。肽分子中的酰胺键叫做肽键。多肽：多肽：(polypeptide）多个）多个-氨基酸分子通过肽键连接而成的化合氨基酸分子通过肽键连接而成的化合物。物。H2NCHRCONHCHCROnNHCHRCOOHN端端C端端http:

11、/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院H2NCH2CNHCHCOOHOCH3H2NCH C NHCH2COOHOCH3 二、命名：二、命名： 以以C端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的“酸酸”字字改为改为“酰酰”字，按照在链中的顺序依次写在母体名称的前面。字，按照在链中的顺序依次写在母体名称的前面。 甘氨酰丙氨酸（甘丙肽）丙氨酰甘氨酸（丙甘肽）甘氨酰丙氨酰丝氨酸（甘丙丝肽）H2NCH2C NH CHOCH3ONHCHCOOHCH2OHChttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院三、结三、结 构：构：http:/上海交通大

12、学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 此单键的旋转决定两个肽键平面的位置关系，于是肽此单键的旋转决定两个肽键平面的位置关系，于是肽键平面成为肽链盘曲折叠的基本单位。键平面成为肽链盘曲折叠的基本单位。 http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院四、多肽的合成：四、多肽的合成：因为因为所以要将苯丙氨酸的氨基和甘氨酸的羧基保护起来，同时所以要将苯丙氨酸的氨基和甘氨酸的羧基保护起来，同时还要使欲反应的羧基和氨基活化。还要使欲反应的羧基和氨基活化。苯丙氨酸 + 甘氨酸-H2O苯丙氨酰苯丙酸 +甘氨酰甘氨酸 + 苯丙氨酰甘氨酸 + 甘氨酰苯丙氨酸 http:/上海交通大学化学化工学院上

13、海交通大学化学化工学院1. 氨基的保护氨基的保护: 氯甲苄酯氯甲苄酯(Z)、叔丁氧羰基（、叔丁氧羰基（BOC）C6H5CH2OCOCl + H3N+CHCOO -CH2C6H5(1) OH-(2) H3O+C6H5CH2OCONHCHCOOH CH2C6H5(CH3)3COCClO+ H3N+CH2COO -(1) OH-(2) H3O+(CH3)3COCNHCH2COOHOH3N+CH2COO -+C6H5CH2OH (1) HCl(2) OH-H2NCH2COOCH2C6H5N-苄氧羰基苯丙氨酸N-叔丁氧羰基甘氨酸苄氧羰基可用催化氢解除去，叔丁氧羰基可用无水酸处理除去。苄氧羰基可用催化氢解

14、除去，叔丁氧羰基可用无水酸处理除去。2. 羧基的保护羧基的保护: 苄醇或叔丁醇苄醇或叔丁醇甘氨酸苄酯甘氨酸苄酯 (可催化氢解除去)http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院3. 肽键的生成肽键的生成: 用活化剂用活化剂 DCCNCNN,N_二环己基碳二亚胺ZNHCHCOOHCH2C6H5+ H2NCH2COOCH2C6H5DCCCHCl3ZNHCHCONHCH2COOCH2C6H5CH2C6H5H2PdH2NCHCONHCH2COOHCH2C6H5+ C6H5CH3 +CO2ZHNCHRCOOHZHNCHRCOORNH2NH2ZHNCHRCONHNH2HONOZHNCHRCO

15、N3NH2CHCOOR“RZHNCHCONHCHCOOR”RR苯丙酰甘氨酸苯丙酰甘氨酸同法可合成三肽、多肽同法可合成三肽、多肽4. 迭氮法迭氮法: 保持光学纯度保持光学纯度http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院5.多肽的固相合成多肽的固相合成: 在聚苯乙烯树脂上反应,省略了羧基的保护。 重复以上过程，可以得到固定在聚合物上的三肽、四肽等。最后加入F3CCOOH + HBr，使合成的从聚合物上洗脱。 通常将分子量大于通常将分子量大于10000（约（约100个氨基酸单位），且不能透过天然个氨基酸单位），且不能透过天然渗透膜的多肽称为蛋白质。渗透膜的多肽称为蛋白质。ZHNCHR

16、COOH+ ClCH2OH-ZHNCHRCOOCH2- ZH2NCHRCOOCH2PPPZHNCHRCOOHZHNCHRCH2H2NCHRCOOCH2PP+DCCCONHCHRCOOv 具有氨基酸的一般性质，如等电点、茚三酮反应等。具有氨基酸的一般性质，如等电点、茚三酮反应等。v 盐析作用盐析作用：一般可逆，但重金属离子不可逆。：一般可逆，但重金属离子不可逆。 往蛋白质溶液中加入无机盐（如氯化钠、硫酸镁、硫酸铵等），往蛋白质溶液中加入无机盐（如氯化钠、硫酸镁、硫酸铵等），蛋白质便可从溶液中析出，这种作用称为盐析。这是一个可逆过程，蛋白质便可从溶液中析出，这种作用称为盐析。这是一个可逆过程，盐析

17、出来的蛋白质还可再溶于水，并不影响其性质。盐析出来的蛋白质还可再溶于水，并不影响其性质。v 变性：紫外光、热、化学试剂作用。变性：紫外光、热、化学试剂作用。http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 17.2 蛋白质蛋白质http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院 17.3 核酸核酸v 核酸是遗传的物质基础核酸是遗传的物质基础v 核酸的元素组成核酸的元素组成：C、H、O、N、Pv 核酸的构成核酸的构成：1戊糖戊糖 核酸核苷酸核苷碱基糖磷酸DNARNAOCH2OHHHOHHOHHHOCH2OHHHOHOHOHHHhttp:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学

18、化学化工学院2碱基碱基(base)NNHNH2ONHNHOONHNHOOCH3NNNHNNH2NNHNHNNH2O胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院3核苷核苷戊糖和碱基缩合而成的糖苷戊糖和碱基缩合而成的糖苷。NNNNNH2OOHOHHOCH219腺嘌呤核苷CH2OHHOHONNONH212345612345胞嘧啶2脱氧核苷命名：命名：有机碱名称有机碱名称+戊糖名称戊糖名称+苷苷http:/上海交通大学化学化工学院上海交通大学化学化工学院4核苷酸核苷酸 核苷酸是核苷与磷酸以磷酸酯键结合而成的化合物核苷酸是核苷与磷酸以磷酸酯键结合而成的化合物，是是核酸分子的结构单元。核酸分子的结构单元。5磷酸腺苷磷酸腺苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -OOPOO-