有机化学第十九章

1、第十九章第十九章 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 核酸核酸1、氨基酸；、氨基酸； 2、多肽；、多肽；3、蛋白质；、蛋白质；4、核酸、核酸蛋白质蛋白质： 含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内成部分除水外，细胞内80都是蛋白质。在生命现象都是蛋白质。在生命现象中起重要的作用。人类的主要营养物质之一。中起重要的作用。人类的主要营养物质之一。如：如： 酶（球蛋白）酶（球蛋白）机体内起催化作用机体内起催化作用 激素（蛋白质及其衍生物）激素（蛋白质及其衍生物）调解代谢调解代谢 血红蛋白血红蛋白运输运输O2和和CO2 抗原抗体抗原抗体免疫作用免

2、疫作用蛋白质水解后都生成氨基酸蛋白质水解后都生成氨基酸 结构结构 分类、命名分类、命名一、一、 氨基酸氨基酸1、 氨基酸的结构、分类和命名氨基酸的结构、分类和命名 羧酸分子中羟基上的一个或几个氢原子被氨基取羧酸分子中羟基上的一个或几个氢原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。它们是构成蛋白质分子的基代的化合物叫做氨基酸。它们是构成蛋白质分子的基础。础。可分为可分为 a a -氨基酸、氨基酸、b b -氨基酸、氨基酸、g g -氨基酸。氨基酸。 氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为母体，氨基氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为母体，氨基作为取代基来命名。但作为取代基来命名。但a a -氨基酸通常按其来源或

3、性质氨基酸通常按其来源或性质所得的俗名来称呼。例如：所得的俗名来称呼。例如：NH2CH2COOH a a -氨基乙酸氨基乙酸 (甘氨酸甘氨酸)HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 a a -氨基戊二酸氨基戊二酸 (谷氨酸谷氨酸)NH2CH2CH2COOH b b -氨基丙酸氨基丙酸 (丙氨酸丙氨酸)NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOH NH2 a a ,e -e -二氨基已酸二氨基已酸 (赖氨酸赖氨酸) 蛋白质水解可以得到各种蛋白质水解可以得到各种a a -氨基酸的混合物。氨基酸的混合物。 蛋白质水解后得到的氨基酸都是蛋白质水解后得到的氨基酸都是 a a氨基酸。天然产氨基酸（除甘氨酸

4、外）都有旋光性，氨基酸。天然产氨基酸（除甘氨酸外）都有旋光性，绝大多数为绝大多数为L构型（少数微生物代谢产物是构型（少数微生物代谢产物是D构型）。构型）。HNH2COOHRCOOHCH3HHOCOOHRHH2NL乳酸 L氨基酸用用 R、S 命名的则命名的则 L 构型构型的氨基酸多为的氨基酸多为 S 型，只有型，只有L半胱氨酸为半胱氨酸为 R 型。型。COOHCH2SHHH2N天然氨基酸：天然氨基酸：下列氨基酸可组成无数蛋白质：下列氨基酸可组成无数蛋白质： 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点NH2CH2COOH 甘氨酸甘氨酸 Gly 5.97I、中性、中性 ( (* *为必要氨基酸，人体

5、内不能合成，只能从食物中得到）为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）NH2H3CHCCOOH丙氨酸丙氨酸 Ala 6.00NH2CH(H3C)2HCCOOH*颉氨酸颉氨酸 Val 5.96NH2CHC2H5HCCOOHCH3*异亮氨酸异亮氨酸 Ile 5.98结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点NH2CHCOOH(H3C)2HCH2C*亮氨酸亮氨酸 Leu 6.02NH2CHCOOHC6H5H2C*苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe 5.48NH2CHCOOHHSH2C半胱氨酸半胱氨酸 Cys 5.07NH2CHCOOHH3CHCOH*苏氨酸苏氨酸 Thr 5.6OH2NC(CH2)2C

6、HCOOHNH2谷氨酸谷氨酸 Gln 5.56 OH2NCCH2CHCOOHNH2天门冬酰胺天门冬酰胺 Asn 5.07CH3S(CH2)2CHCOOHNH2*蛋氨酸蛋氨酸 Met 5.47HOCH2CHCOOHNH2丝氨酸丝氨酸 Ser 5.68NHCOOH脯氨酸脯氨酸 pro 6.30CH2CHHOCOOHNH2酪氨酸酪氨酸 Tyr 5.66 NHCH2CHCOOHNH2*色氨酸色氨酸 Trp 5.89结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点II 酸性酸性HOOCCH2CHCOOHNH2天门冬氨酸天门冬氨酸 Asp 2.77HOOC(CH2)2CH COOHNH2谷氨酸谷氨酸 Glu 3

7、.22III 碱性碱性H2N(CH2)4CH COOHNH2*赖氨酸赖氨酸 Lys 9.74精氨酸精氨酸 Arg 10.76NH2NCH2CHNH2COO组氨酸组氨酸 His 7.59结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点H2N-C-NH-(CH2)3-CHCOOHNHNH22、 氨基酸的性质氨基酸的性质 a a -氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇、乙醚，由蛋白质水解所得醇、乙醚，由蛋白质水解所得a a -氨基酸，除甘氨酸外，氨基酸，除甘氨酸外，都具有旋光性。他们的都具有旋光性。他们的a -a -碳原子的结构类型都与碳原子的结构类型都与

8、L-甘油甘油醛相同，故都属于醛相同，故都属于L型。型。若用若用R-S标记法，这些标记法，这些a a -氨基酸的氨基酸的a a -碳原子的构型碳原子的构型都是都是S型。型。R CHNH2COOHHNO2R CHOHCOOH+ N2 + H2OH3NHC COOROC ClC6H5酰基化HNHC COOHRC6H5COROH酯化H2NHC COORR用于定量分析，根据放出的用于定量分析，根据放出的N2的体积，可以算出样的体积，可以算出样品的伯氨基的含量。品的伯氨基的含量。 氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他们具有氨基氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他们具有氨基和羧基的典型性质。例如，羧基可以发生脂化反应，

9、和羧基的典型性质。例如，羧基可以发生脂化反应，氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转变为羟基。变为羟基。(1) 酸碱性酸碱性两性和等电点两性和等电点氨基酸还有一些特殊的性质。氨基酸还有一些特殊的性质。 R a a -氨基酸可以用通式氨基酸可以用通式NH2CHCOOH 表示表示实际上是以偶极离子的形式存在的：实际上是以偶极离子的形式存在的：内盐内盐氨基酸的等电点氨基酸的等电点在酸性溶液中，主要以正离子的形式存在。在酸性溶液中，主要以正离子的形式存在。在碱性溶液中，主要以负离子的形式存在。在碱性溶液中，主要以负离子的形式存在。在水溶液中在水溶液中

10、在一定的在一定的pH值溶液中，正离子和负离子数量相等，值溶液中，正离子和负离子数量相等，且浓度都很低，而偶极离子浓度最高，此时电解，以且浓度都很低，而偶极离子浓度最高，此时电解，以偶极离子形式存在的氨基酸不移动。这时溶液的偶极离子形式存在的氨基酸不移动。这时溶液的pH值值就叫做氨基酸的等电点。就叫做氨基酸的等电点。(2) 水合茚三酮反应水合茚三酮反应 等电点不是中性点；等电点不是中性点； 氨基酸在等电点时的溶解度最小氨基酸在等电点时的溶解度最小. 这个颜色反应通常用于这个颜色反应通常用于a a -氨基酸的比色测定和色氨基酸的比色测定和色层分析的显色。层分析的显色。R CHNH2COOHOOOH

11、OH+2H2OOOOONHCHRN CHCOOHRCO2OON CH2ROONH2HRCHO +OOOHOHOONHOOOONOOHH2O与水含茚三酮的反应历程与水含茚三酮的反应历程紫色物质，用于紫色物质，用于a a -氨基酸氨基酸的比色测定和纸层析显色的比色测定和纸层析显色(3) 受热后的反应受热后的反应a a -氨基酸受热后，能在两分子之间发生脱水反应。氨基酸受热后，能在两分子之间发生脱水反应。b b -氨基酸受热后，容易脱去一分子氨，生成氨基酸受热后，容易脱去一分子氨，生成a a ,不饱不饱和羧酸。和羧酸。g g -或或d d -氨基酸受热后，容易分子内脱除一分子水。氨基酸受热后，容易分

12、子内脱除一分子水。 分子中氨基和羧基相隔更远时，受热后可以多分子中氨基和羧基相隔更远时，受热后可以多分子脱水，生成聚酰胺。分子脱水，生成聚酰胺。受热后的反应类似于羟基酸。受热后的反应类似于羟基酸。 由蛋白质水解由蛋白质水解在酸、碱或酶的作用下水解得到在酸、碱或酶的作用下水解得到多种多种a a-氨基酸混合物，分离得到。氨基酸混合物，分离得到。 由卤代酸氨解由卤代酸氨解羧酸在三溴化磷作用下与溴作用，羧酸在三溴化磷作用下与溴作用，生成生成a a-溴代酸，再与过量氨作用，生成：溴代酸，再与过量氨作用，生成：3、 氨基酸的制备氨基酸的制备蛋白质水解微生物发酵20种常见氨基酸都可以由发酵法制备有机合成 由

13、由醛（或酮）制备醛（或酮）制备 由丙二酸酯制备由丙二酸酯制备RCHOKCN + NH4ClOHRHCCNNH3NH2RHCCNH2ONH2RHCCOOH用盖布瑞尔法（用盖布瑞尔法（P372）代替上法）代替上法,可得比较纯产品。可得比较纯产品。例如：例如：用苯、不超过用苯、不超过3个碳原子的有机化合物、丙二酸脂以及个碳原子的有机化合物、丙二酸脂以及必要的试剂合成：必要的试剂合成：亮氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，异亮氨酸，苯丙氨苯丙氨酸，酸，胳氨酸。胳氨酸。氨基酸的拆分氨基酸的拆分 合成方法得到的氨基酸通常是合成方法得到的氨基酸通常是外消旋体混合物外消旋体混合物，可，可用多种方法拆分。其中用酶拆分是重要

14、的方法之一。用多种方法拆分。其中用酶拆分是重要的方法之一。例：例：DL（CH3）2CHCH2CHCOOHNH2OH3CC O2DL（CH3）2CHCH2CHCOOHNHCCH3O水解酶D亮胺酸乙酰胺 L亮胺酸D-亮氨酸乙酰氨亮氨酸乙酰氨 L-亮氨酸亮氨酸二、二、 多肽多肽许多多肽本身有重要的生理作用许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素后叶催产素八肽八肽胰岛素胰岛素五十一肽五十一肽 多肽是含有多个氨基酸单元的聚合物。由两个氨基多肽是含有多个氨基酸单元的聚合物。由两个氨基酸单元构成的是二肽，由三个氨基酸单元构成的是三酸单元构成的是二肽，由三个氨基酸单元构成的是三肽，肽，余类推。它们统称多肽，或简

15、称肽。余类推。它们统称多肽，或简称肽。 通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成连接氨基酸单通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成连接氨基酸单元的酰胺键（元的酰胺键（CONH）又叫做肽键。）又叫做肽键。多肽链可用如下通式代表：多肽链可用如下通式代表： 在肽链中，有氨基的一端叫做在肽链中，有氨基的一端叫做N端端：有羧基的一端：有羧基的一端叫做叫做C端端。在写多肽结构时，通常把。在写多肽结构时，通常把N端写在左边，端写在左边，C端端写在右边，命名时由写在右边，命名时由N端叫起，称为氨酰（基）某氨酸。端叫起，称为氨酰（基）某氨酸。常用简写来表示。例如：常用简写来表示。例如：天然多肽都是由不同的氨基酸组成的。天然多

16、肽都是由不同的氨基酸组成的。垂体后叶催产素垂体后叶催产素蛋白质也是由许多氨基酸单元通过肽键组成的。蛋白质也是由许多氨基酸单元通过肽键组成的。蛋白质部分水解可以得到多肽。蛋白质部分水解可以得到多肽。一般将多肽在酸性溶液中水解，再用色层分离法一般将多肽在酸性溶液中水解，再用色层分离法把各种氨基酸分开，然后进行分析。把各种氨基酸分开，然后进行分析。氨基酸的排列顺序，则是通过末端分析的方法，氨基酸的排列顺序，则是通过末端分析的方法，配合部分水解，加以确定。配合部分水解，加以确定。1、 多肽结构的测定多肽结构的测定多肽6N HCl110（11h)各种氨基酸层析分离种类含量小分子每种数目离子交换色谱电泳连

17、接顺序：a 氮端分析H2NCH CORHNCH CORHNCH CORHNCH CORHNCH COOHORN端碳端末端分析末端分析用适当的化学方法，可用适当的化学方法，可以使多肽末端的氨基酸断裂，经过分以使多肽末端的氨基酸断裂，经过分析，就可以知道多肽链的两端是哪两析，就可以知道多肽链的两端是哪两个氨基酸，这就叫末端分析。降解了个氨基酸，这就叫末端分析。降解了的肽链还可以再反复进行末端分析，的肽链还可以再反复进行末端分析，就可以确定多肽链中蛋白质的连接次就可以确定多肽链中蛋白质的连接次序。（序。（一般结合部分水解的方法一般结合部分水解的方法）例如：例如： 设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半

18、胱氨酸设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。这三种氨基酸可以有六种排列顺序：和甘氨酸。这三种氨基酸可以有六种排列顺序： 要推知该三肽是哪一种组合方式，可以将其部分水要推知该三肽是哪一种组合方式，可以将其部分水解。知道它们是谷解。知道它们是谷半胱和半胱半胱和半胱甘。由此可见，半胱氨甘。由此可见，半胱氨酸是在三肽链的中间，谷氨酸在酸是在三肽链的中间，谷氨酸在N端，甘氨酸在端，甘氨酸在C端即端即该三肽的结构是：谷该三肽的结构是：谷半胱半胱甘甘2、 多肽的合成多肽的合成要求：要求：氨基酸按一定的次序连接起来氨基酸按一定的次序连接起来达到一定分子量达到一定分子量不外消旋化（缓和的条件）不外

19、消旋化（缓和的条件） 推测出来的结构是否完全正确，需要通过多肽的合推测出来的结构是否完全正确，需要通过多肽的合成加以证实。成加以证实。另一方面，由于多肽与蛋白质有着密切的关系，在需另一方面，由于多肽与蛋白质有着密切的关系，在需要使一种氨基酸的羧基和另一种氨基酸的羧基相结合要使一种氨基酸的羧基和另一种氨基酸的羧基相结合时，要防止同一种氨基酸分子之间结合。因此，在合时，要防止同一种氨基酸分子之间结合。因此，在合成时，必须把某些氨基或羧基保护起来，以便反应能成时，必须把某些氨基或羧基保护起来，以便反应能按所要求的方式进行。而所选用的保护基团，必须符按所要求的方式进行。而所选用的保护基团，必须符合以下

20、条件：在以后脱除该保护基的条件下，肽键合以下条件：在以后脱除该保护基的条件下，肽键不会发生断裂。不会发生断裂。 羧基常通过生成酯加以保护，因为酯比酰胺容羧基常通过生成酯加以保护，因为酯比酰胺容易水解，用碱性水解的方法，就可以把保护的基团易水解，用碱性水解的方法，就可以把保护的基团除去。除去。NH2OCC6H5CH2OClOC(H3C)3CON3OCC6H5CH2ONHOC(H3C)3CONHH2 / Pd(a)(b)(a)(b)C6H5CH3+RCHCOOHHOOCNHRCHCOOH + CO2H2NHClC(CH3)3 +RCHCOOHHOOCNHRCHCOOH + CO2H2N 氨基可以通

21、过与氯甲酸苄酯（氨基可以通过与氯甲酸苄酯（C6H5CH2OCOCl）作用加以保护，因为氨基上的苄氧羰基很容易用催化作用加以保护，因为氨基上的苄氧羰基很容易用催化氢解的方法除去。氢解的方法除去。例如：设要合成甘氨酰丙氨酸（甘例如：设要合成甘氨酰丙氨酸（甘.丙）丙） 若直接用谷氨酸和丙氨酸脱水缩合，将得到四种若直接用谷氨酸和丙氨酸脱水缩合，将得到四种二肽的混合物：二肽的混合物：如果采用下列反应，则可以得到所要求的二肽：如果采用下列反应，则可以得到所要求的二肽： 反复使用这样的方法，每次构成一个肽键，就反复使用这样的方法，每次构成一个肽键，就可以把可以把 各种氨基酸按一定的次序一个个地连接起各种氨基

22、酸按一定的次序一个个地连接起来。多肽的合成是一项十分复杂的工作。例如，牛来。多肽的合成是一项十分复杂的工作。例如，牛胰腺核糖核酸酶的多肽链已可合成出来，它是由胰腺核糖核酸酶的多肽链已可合成出来，它是由124个氨基酸单元所构成的。个氨基酸单元所构成的。 三、三、 蛋白质蛋白质 蛋白质是一类很重要的天然有机物，是生物体内蛋白质是一类很重要的天然有机物，是生物体内一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中起一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中起着决定的作用。着决定的作用。 蛋白质主要由蛋白质主要由C、H、O、N、S等元素组成等元素组成，有些，有些还含有还含有P、Fe、I等元素。等元素。 蛋

23、白质基本上是由数百个、甚至数千个氨基酸所蛋白质基本上是由数百个、甚至数千个氨基酸所构成。构成。 水解后只生成多种水解后只生成多种a a-氨基酸的，叫氨基酸的，叫单纯蛋白质单纯蛋白质（如（如卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。 水解后除生成水解后除生成a a-氨基酸外，还有非蛋白质物质氨基酸外，还有非蛋白质物质（如糖、脂肪、含磷化合物、含铁化合物等）生成（如糖、脂肪、含磷化合物、含铁化合物等）生成的，叫的，叫结合蛋白质。结合蛋白质。（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉中的脂蛋白、血红蛋白等）。结合蛋白中的非蛋白中的脂蛋白、血红蛋白等）。结合蛋白

24、中的非蛋白质部分，叫做质部分，叫做辅基辅基。分类：分类：纤维蛋白（丝、毛、皮、角、爪和甲等）纤维蛋白（丝、毛、皮、角、爪和甲等）球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、盐水、酸碱球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、盐水、酸碱 溶液和乙醇等）溶液和乙醇等）结合蛋白（与核酸、糖、脂肪及血红素等结合）结合蛋白（与核酸、糖、脂肪及血红素等结合）1、 蛋白质的分类和功能蛋白质的分类和功能蛋白质的功能蛋白质的功能 一方面是起组织结构的作用。例如，角蛋白组成一方面是起组织结构的作用。例如，角蛋白组成皮肤、毛发、指甲、头角；肌球蛋白组成肌肉；骨胶皮肤、毛发、指甲、头角；肌球蛋白组成肌肉；骨胶蛋白组成腱、骨等。另一面，蛋白质起

25、调节作用。例蛋白组成腱、骨等。另一面，蛋白质起调节作用。例如：各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在如：各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在血液中输送氧气；胰岛素调节葡萄糖的代谢等。血液中输送氧气；胰岛素调节葡萄糖的代谢等。常把酶叫做生物催化剂常把酶叫做生物催化剂 酶的催化效率很高，并且有高度选择性酶的催化效率很高，并且有高度选择性 有的酶还具有立体专一性有的酶还具有立体专一性2、 蛋白质的性质蛋白质的性质 蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸或碱都蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸或碱都能生成盐。不同的蛋白质有不同等电点。例如，卵清蛋能生成盐。不同的蛋白质有不同等电点。例如，卵清蛋白为白为4.9，酪蛋白为，酪蛋白为4.6。胰岛素为。胰岛素为5.3，血红蛋白为，血红蛋白为6.8。蛋白质是高分子化合物蛋白质是高分子化合物 水溶液具有水溶液具有胶体胶体溶液的性质，不能透过半透膜，