有机化学 第十五章 氨基酸、多肽与蛋白质

1、第十五章第十五章 氨基酸、多肽与蛋白质氨基酸、多肽与蛋白质(amino acids and polypeptide and proteins) 本章学习要求本章学习要求1.1.熟练掌握氨基酸的化学性质、肽的熟练掌握氨基酸的化学性质、肽的结构、蛋白质的理化性质、结构、蛋白质的理化性质、DNADNA和和RNARNA的组成；的组成；2.2.熟记几种常见氨基酸的结构和特熟记几种常见氨基酸的结构和特性。性。蛋白质蛋白质是生命体中含量最丰富、功能最重是生命体中含量最丰富、功能最重要的一类生物大分子，是生物体的基本组成要的一类生物大分子，是生物体的基本组成物质。它存在于所有生物细胞中，约占细胞物质。它存在于

2、所有生物细胞中，约占细胞干重的干重的50%50%以上。以上。蛋白质的主要功能蛋白质的主要功能： 催化功能催化功能绝大多数酶是由蛋白质组成的。绝大多数酶是由蛋白质组成的。 免疫防御作用免疫防御作用生物体能产生蛋白质抗体。生物体能产生蛋白质抗体。 转运功能（物质交换）转运功能（物质交换） 调控功能（如许多激素）调控功能（如许多激素） 形成生物体的基本形体结构形成生物体的基本形体结构 拉伸和收缩功能拉伸和收缩功能 神经剌激的产生和传导神经剌激的产生和传导 氨基酸氨基酸（Nucleic acids ） 氨基酸是组成蛋白质和多肽的结构单元分子。氨基酸是组成蛋白质和多肽的结构单元分子。羧酸分子中烃基上的氢

3、原子被氨基取代的产物称羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代的产物称为为氨基酸氨基酸。在蛋白质中比较常见的氨基酸约有。在蛋白质中比较常见的氨基酸约有2020种，其中除脯氨酸外都是种，其中除脯氨酸外都是-氨基酸氨基酸。氨基酸分类：氨基酸分类： 根据根据R-基团的极性不同，又可分为非极性氨基团的极性不同，又可分为非极性氨基酸和极性氨基酸两大类。基酸和极性氨基酸两大类。 据R基结构不同分类脂肪族氨基酸芳香族氨基酸杂环族氨基酸据氨基和羧基的数目中性氨基酸（含一氨基一羧基）酸性氨基酸（含一氨基二羧基）碱性氨基酸（含二氨基一羧基）从营养的角度分类必需氨基酸-动物体需要，但体内不能合成和合成不足非必需氨基酸-体

4、内能合成，不必由食物供给2020种种基基本本氨氨基基酸酸+H3NCOO-H+H2NCOO-H+H3NCOO-HCH3+H3NCOO-HCH(CH3)2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH(CH3)CH(CH3)2CH2CH3Glycine (Gly)Alanine (Ala)Valine (Val)Leucine (Leu)Isoleucine (Ile)Proline (Pro)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸*+H3NC O O-HC H2+H3NCO O-HCH2+H3NC O O-HC H2P henylalanine (Phe)Tyrosine (Tyr)Trypto

5、phan (Try)苯 丙 氨 酸酪 氨 酸色 氨 酸NHO H+H3NC O O-HC H2O H+H3NC O O-HC H O H+H3NC O O-HC H2SH+H3NCO O-HCH2+H3NC O O-HC H2CH2SC H3C O NH2Serine (Ser)Threonine (Thr)C ysteine (Cys)M ethionine (M et)A sparagine (Asn)G lutam ine (G ln)丝 氨 酸苏 氨 酸半 胱 氨 酸甲 硫 氨 酸 （ 蛋 氨 酸 ）门 冬 酰 胺谷 氨 酰 胺C H3+H3NC O O-HC H2C H2C O N

6、H2*+H3NCOO-HCH2COO-Aspartate (Asp)Glutamate(Glu)门冬氨酸谷氨酸+H3NCOO-HCH2CH2COO-+H3NCOO-HCH2CH2Lysine (Lys)Arginine (Arg)赖氨酸精氨酸+H3NCOO-HCH2CH2CH2CH2CH2NH3+NHCNH2NH2+H3NCOO-HH2CNNH2+guanidinoimidazoleHistidine组氨酸*氨基酸的构型氨基酸的构型（ configuration of nucleic acids ）COOHCH2NHR-C大多数氨基酸相同侧链（每个氨基酸不同）1具有酸性的具有酸性的-COOH及

7、碱性的及碱性的-NH2，为两性电解质。，为两性电解质。 2如如RH，则具有不对称碳原子，具有旋光性。，则具有不对称碳原子，具有旋光性。 CHOCHOHCH2OHCOOHCH2NHRCOOHCHNH2R L-甘油醛甘油醛 L-氨基酸氨基酸 D-氨基酸氨基酸 物理性质物理性质 （ physical property ）化学性质化学性质（ chemical property ） 1. 两性两性 氨基酸能与强酸或强碱作用都能生成盐。氨基酸能与强酸或强碱作用都能生成盐。 pH pI RCHCOOHNH3OHHRCHCOONH3OHHRCHCOONH2阳 离 子两 性 离 子阴 离 子RCHCOOHNH2

8、等电点等电点调节其溶液至一定的调节其溶液至一定的pH值时，使其成为在电值时，使其成为在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动的两性离子，此场中既不向阳极移动，也不向阴极移动的两性离子，此时溶液的时溶液的pH值，称为该氨基酸的值，称为该氨基酸的等电点等电点(isoelectric point，简写简写pI)。 中性氨基酸的中性氨基酸的pI 7（在（在5.06.3之间）之间） 酸性氨基酸的酸性氨基酸的pI 7（在（在7.610.8之间）之间） 丙氨酸丙氨酸（pI=6.02）、精氨酸、精氨酸（pI=10.76）、天冬氨酸天冬氨酸（pI=2.98）的混合液中的混合液中pH为为6.00，将，将此混合液置于

9、电场中，其中移向正极，此混合液置于电场中，其中移向正极，移向负极，在两极之间。移向负极，在两极之间。 天冬氨酸天冬氨酸精氨酸精氨酸丙氨酸丙氨酸2. 与亚硝酸的作用与亚硝酸的作用 RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+H2O+N2此法称为此法称为范斯来范斯来克（克（Van SlykeVan Slyke）氨基测定法氨基测定法, ,可计可计算分子中的氨基算分子中的氨基含量含量. . 3. 与甲醛反应与甲醛反应 此反应可测定氨基酸的含量，也称为氨基酸的此反应可测定氨基酸的含量，也称为氨基酸的甲醛滴定法甲醛滴定法。 RCHCOOHNH2+ HCHORCHCOOHNCH24络合性能络合性能HC

10、COCuH2NNH2CHCOOORR5氨基酸的受热反应氨基酸的受热反应-氨基酸的脱水（分子间）氨基酸的脱水（分子间）H3CCHOOOHNHHNCH CH3COHOH3CCHOONHCH CH3COHNHH-氨基酸的脱水（分子内）氨基酸的脱水（分子内） R CH CH2COOHNH2R CHCHCOOH + NH3-氨基酸和氨基酸和-氨基酸的脱水氨基酸的脱水R CHNH2CH2CH2COOHNHRO+ H2OCH2CH2CH2COOHHCNH2H2CCH2CONHCH2CH+ H2O内酰胺RR内酰胺6.与茚三酮反应与茚三酮反应 此显色反应称为茚三酮反应，可用于此显色反应称为茚三酮反应，可用于-氨

11、基酸的定氨基酸的定性和定量分析。性和定量分析。 CCCOOHOHO+H2N CHRCOOHCCCOHOHO+RCHO+CO2+NH3CCCOHOHO+NH3+CCCOOCCCOHOHOOCCCOOHN紫 蓝 色7失羧作用失羧作用 H2NCH2(CH2)3CHCOOHNH2Ba(OH)2- CO2H2N(CH2)5NH2赖氨酸戊 二胺（尸胺）8失羧和失氨作用失羧和失氨作用(CH3)2CHCH2CHCOOH +H2O酶(CH3)2CHCH2CH2OHNH2+CO2NH3 多肽多肽(polypeptide ) 一分子氨基酸的氨基与另一分子氨基酸的羧基可以一分子氨基酸的氨基与另一分子氨基酸的羧基可以发

12、生分子间的脱水缩合，并通过发生分子间的脱水缩合，并通过肽键肽键（peptide bond）结结合成合成肽肽 。RCHCOOHNH2+HNCH COOHRHRCH CNH2ONH CHRCOOH+H2O肽 键 自然界存在多种肽类物质，如胰岛素、脑啡肽、青自然界存在多种肽类物质，如胰岛素、脑啡肽、青霉素等。霉素等。 多肽链中含有游离氨基的一端以多肽链中含有游离氨基的一端以“N-端端”表示；含表示；含有游离羧基的一端，以有游离羧基的一端，以“C-端端”表示，而且表示，而且一般将一般将N-端端放在左边，放在左边，C-端放在右边端放在右边。例如：。例如： H2NCHR1CONHCHR2CONHCHR3C

13、ONHCHRnCOOH端-NC-端多肽的命名多肽的命名 , ,例如：例如：H2NCHCOOHCH2CH2CNHOCHCCH2SHONHCH2COOH谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 简称谷胱甘肽简称谷胱甘肽 (Glutathione-SH，GSH) HOOCCHNH2CH2CH2CNHCHCCH2SNHCH2COOHOOSHOOCCHNH2CH2CH2CNHCHCNHCH2COOHCH2OO氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽Glutathione（GSSG） GSSGHO2GSH多肽结构的测定多肽结构的测定多肽的合成多肽的合成 蛋白质蛋白质 （Proteins ） 蛋白质的含氮星平均为蛋白质

14、的含氮星平均为16%16%，即每，即每g g氮相当于氮相当于6.25g6.25g蛋蛋白质，若测出样品中白质，若测出样品中N N含量则可求出蛋白质含量。含量则可求出蛋白质含量。注意：注意：不同样品换算系数不同不同样品换算系数不同。 蛋白质有两个主要的蛋白质有两个主要的生物功能：生物功能：一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 （classification of Proteins ）蛋白质的结构蛋白质的结构 （structure of proteins ）一级结构一级结构(Primary struchre) 根据蛋白质分子的形状，又可分为根据蛋白质分子的形状，又可分为球状蛋白质球状蛋白质和和纤纤维状蛋

15、白质维状蛋白质两类。两类。 各种各种-氨基酸以一定比例按一定顺序通过肽键连接氨基酸以一定比例按一定顺序通过肽键连接而成的多肽长链称为蛋白质的而成的多肽长链称为蛋白质的一级结构一级结构。 蛋白质种类很多，各种蛋白质的结构不同，其功能蛋白质种类很多，各种蛋白质的结构不同，其功能也不同，蛋白质是由不同数目，不同种类的氨基酸按不也不同，蛋白质是由不同数目，不同种类的氨基酸按不同的顺序排列出来的。同的顺序排列出来的。 二级结构二级结构 (Secondary structure) -螺旋结构螺旋结构三级结构三级结构 (Tertiary structure) 四级结构四级结构 (Quaternary structure) 血红蛋白三维结构示意血红蛋白三维结构示意图图维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力 维持和稳定蛋白质分子构象的次级维持和稳定蛋白质分子构象的次级键有：键有：氢键氢键、疏水作用力疏水作用力(hyd