有机化学教学课件：chapt 22 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸

1、第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸 1212009 有机化学22.1氨基酸的分类1222009 有机化学2009 有机化学123基本概念从氨基酸的名字就可以看出该化合物应该含有NH2 基和CO2H 基，其真实状态应该为NH3+和CO2 。根据羧基和氨基的位置关系，氨基酸分为 a, b, g, 等氨基酸。2009 有机化学124氨基酸NH3+CO2 a-氨基酸是生物合成乙烯的中间体+H3NCH2CH2CO2b-氨基酸是辅酶A的结构单元+H3NCH2CH2CH2CO2g-氨基酸涉及神经脉冲传递过程abg2009 有机化学12520 关键的氨基酸700 多种氨基酸是自然界中存在的，但是其中 20

2、种是非常重要的。这 20 种氨基酸是蛋白质的结构单元。所有这些氨基酸都是 a-氨基酸。它们的区别在于连接在 a 碳上的基团不同。2009 有机化学126CCOORHH3N+这些从蛋白质水解得到的氨基酸其不同在于 R (侧链)不同。这些氨基酸的性质不同也是由于其 R结构的不同所引起的。2009 有机化学127甘氨酸CCOOHHH3N+甘氨酸是最简单的氨基酸，仅有的非手性氨基酸。Glycine(Gly 或 G)2009 有机化学128丙氨酸CCOOCH3HH3N+Alanine(Ala 或 A)2009 有机化学129缬氨酸CCOOCH(CH3)2HH3N+Valine(Val 或 V)2009

3、有机化学1210亮氨酸CCOOCH2CH(CH3)2HH3N+Leucine(Leu 或L)2009 有机化学1211异亮氨酸CCOOCH3CHCH2CH3HH3N+Isoleucine(Ile 或 I)2009 有机化学1212蛋氨酸CCOOCH3SCH2CH2HH3N+Methionine(Met 或 M)2009 有机化学1213脯氨酸ProlineCCOOCH2HH2N+H2CCH2(Pro 或 P)2009 有机化学1214苯丙氨酸PhenylalanineCCOOCH2HH3N+(Phe 或 F)2009 有机化学1215色氨酸TryptophanCCOOCH2HH3N+NH(Tr

4、p 或 W)2009 有机化学1216天冬酰胺AsparagineCCOOHH3N+H2NCCH2O(Asn 或 N)2009 有机化学1217谷氨酰胺GlutamineCCOOHH3N+H2NCCH2CH2O(Gln 或 Q)2009 有机化学1218丝氨酸CCOOCH2OHHH3N+Serine(Ser 或 S)2009 有机化学1219苏氨酸CCOOCH3CHOHHH3N+Threonine(Thr 或 T)2009 有机化学1220天冬氨酸Aspartic AcidCCOOHH3N+OCCH2O(Asp 或 D)2009 有机化学1221谷氨酸Glutamic AcidCCOOHH3N

5、+OCCH2CH2O(Glu 或 E)2009 有机化学1222酪氨酸TyrosineCCOOCH2HH3N+OH(Tyr 或 Y)2009 有机化学1223半胱氨酸CCOOCH2SHHH3N+Cysteine(Cys 或 C)2009 有机化学1224赖氨酸CCOOCH2CH2CH2CH2NH3HH3N+Lysine+(Lys 或 K)2009 有机化学1225精氨酸CCOOCH2CH2CH2NHCNH2HH3N+Arginine+NH2(Arg 或 R)2009 有机化学1226组氨酸HistidineCCOOHH3N+CH2NHN(His 或 H)22.2氨基酸的立体化学12272009

6、 有机化学2009 有机化学1228a-氨基酸的构型甘氨酸是非手行的。蛋白质中所有其它 氨基酸在其a 碳处都是 L-构型。H3N+HRCO22009 有机化学122922.3氨基酸的酸碱行为2009 有机化学1230甘氨酸的性质OOHH2NCH2COOH3NCH2C+甘氨酸的性质:高熔点 (加热到 233C 时分解)溶解度: 溶解于水，不溶解于非极性溶剂性质与该结构相符而不是此结构2009 有机化学1231甘氨酸的性质OOH3NCH2C+甘氨酸的性质:高熔点 (加热到 233C 时分解)溶解度: 溶解于水，不溶解于非极性溶剂性质与该结构相符称为两性离子2009 有机化学1232甘氨酸的酸碱性质

7、甘氨酸的两性离子结构让我们考虑其酸碱性质。如果甘氨酸在强酸介质中如pH = 1 ，其结构如何？在 pH = 1时, 甘氨酸为质子化状态 (单离子状态).OOHH3NCH2C+2009 有机化学1233甘氨酸的酸碱性质当 pH 值上升时，哪个质子先离去？是正电荷的氮上，还是羧基上的质子？OOHH3NCH2C+典型的铵离子: pKa 9典型的羧酸: pKa 52009 有机化学1234甘氨酸的酸碱性质 CO2H基上的质子酸性更大，所以当pH上升时，其质子优先离去。OOHH3NCH2C+典型的羧酸: pKa 52009 有机化学1235甘氨酸的酸碱性质这样，甘氨酸稳定中性形态是两性离子。OOHH3N

8、CH2C+典型的羧酸: pKa 5OOH3NCH2C+2009 有机化学1236甘氨酸的pKa 的测定值是 2.34。甘氨酸比典型的羧酸的酸性要大，这是因为带正电的 N 成为一个拉电子基团。甘氨酸的酸碱性质OOHH3NCH2C+典型的羧酸: pKa 52009 有机化学1237甘氨酸的酸碱性质OOH3NCH2C+这个质子脱去的 pKa 是 9.60。这个值与NH4+ 相同。HOOOH2NCH2C当pH值进一步升高时，两性离子的 N上 的质子也会离去。2009 有机化学1238等电点 pIOOH3NCH2C+OOH2NCH2COOHH3NCH2C+pKa = 2.34pKa = 9.60两性离子

9、浓度最大的时，其 pH 值成为等电点。其数值为两个pKas的平均值。甘氨酸的 pI 是 5.97。2009 有机化学1239中性链的氨基酸CCOOHHH3N+甘氨酸pKa1= 2.34pKa2=9.60pI =5.972009 有机化学1240中性链的氨基酸丙氨酸pKa1= 2.34pKa2=9.69pI =6.00H3NCCOOCH3H+2009 有机化学1241中性链的氨基酸缬氨酸pKa1= 2.32pKa2=9.62pI =5.96H3NCCOOCH(CH3)2H+2009 有机化学1242中性链的氨基酸亮氨酸pKa1= 2.36pKa2=9.60pI =5.98H3NCCOOCH2CH

10、(CH3)2H+2009 有机化学1243中性链的氨基酸异亮氨酸pKa1= 2.36pKa2=9.60pI =5.98H3NCCOOCH3CHCH2CH3H+2009 有机化学1244中性链的氨基酸蛋氨酸pKa1= 2.28pKa2=9.21pI =5.74H3NCCOOCH3SCH2CH2H+2009 有机化学1245中性链的氨基酸脯氨酸pKa1= 1.99pKa2=10.60pI =6.30H2NCCOOH+CH2H2CCH22009 有机化学1246中性链的氨基酸苯丙氨酸pKa1= 1.83pKa2=9.13pI =5.48H3NCCOOH+CH22009 有机化学1247中性链的氨基酸

11、色氨酸pKa1= 2.83pKa2=9.39pI =5.89H3NCCOOH+CH2HN2009 有机化学1248中性链的氨基酸天冬酰胺pKa1= 2.02pKa2=8.80pI =5.41H3NCCOOH+H2NCCH2O2009 有机化学1249中性链的氨基酸谷氨酰胺pKa1= 2.17pKa2=9.13pI =5.65H3NCCOOH+H2NCCH2CH2O2009 有机化学1250中性链的氨基酸丝氨酸pKa1= 2.21pKa2=9.15pI =5.68H3NCCOOCH2OHH+2009 有机化学1251中性链的氨基酸苏氨酸pKa1= 2.09pKa2=9.10pI =5.60H3N

12、CCOOCH3CHOHH+2009 有机化学1252可离子化侧链的氨基酸天冬氨酸pKa1= 1.88pKa2=3.65pKa3=9.60 pI =2.77H3NCCOOH+OCCH2O对于带有酸性侧链的氨基酸，其pI 为 pKa1 和 pKa2的平均值。2009 有机化学1253可离子化侧链的氨基酸谷氨酸pKa1= 2.19pKa2=4.25pKa3=9.67 pI =3.22H3NCCOOH+OOCCH2CH22009 有机化学1254可离子化侧链的氨基酸酪氨酸pKa1= 2.20pKa2=9.11pKa3=10.07 pI =5.66H3NCCOOH+CH2OH2009 有机化学1255可

13、离子化侧链的氨基酸半胱氨酸H3NCCOOCH2SHH+pKa1= 1.96pKa2=8.18pKa3=10.28 pI =5.072009 有机化学1256可离子化侧链的氨基酸赖氨酸pKa1= 2.18pKa2=8.95pKa3=10.53pI =9.74H3NCCOOH+CH2CH2CH2CH2NH3+对于带有碱性侧链的氨基酸，其 pI 为 pKa2 和 pKa3平均值。2009 有机化学1257可离子化侧链的氨基酸精氨酸pKa1= 2.17pKa2=9.04pKa3=12.48pI =10.76H3NCCOOH+CH2CH2CH2NHCNH2+NH22009 有机化学1258可离子化侧链的

14、氨基酸组氨酸pKa1= 1.82pKa2=6.00pKa3=9.17 pI =7.59H3NCCOOH+CH2NHN2009 有机化学125922.4氨基酸的合成2009 有机化学1260以 a-卤代羧酸为原料CH3CHCOHBrO2NH3+H2OCH3CHCONH3O+(65-70%)+NH4Br2009 有机化学1261Strecker 合成NH4ClNaCNCH3CHCONH3O+(52-60%)CH3CHO1. H2O, HCl, 加热2. HOCH3CHCNH2N2009 有机化学1262用乙酰氨基丙二酸二乙酯为原料CCCOCH2CH3HOOCH3CH2OCH3CNHO2009 有机

15、化学1263示例1. NaOCH2CH32. C6H5CH2ClOOCH3CH2OCCCOCH2CH3HCH3CNHOOOCH3CH2OCCCOCH2CH3CH2C6H5CH3CNHO(90%)2009 有机化学1264示例OOCH3CH2OCCCOCH2CH3CH2C6H5CH3CNHOHBr, H2O, 加热OOHOCCCOHCH2C6H5H3N+2009 有机化学1265示例OOCH3CH2OCCCOCH2CH3CH2C6H5CH3CNHOHBr, H2O, 加热OHCCOHCH2C6H5H3N+(65%)2009 有机化学126622.5氨基酸的反应2009 有机化学1267氨基的酰化

16、氨基酸的氨基可用常规的酰化试剂将其转化为酰胺OH3NCH2CO+CH3COCCH3OOCH3CNHCH2COHOO(89-92%)2009 有机化学1268羧基的酯化氨基酸的羧基可以转化为酯。下例就是丙氨酸的 Fischer 酯化。+CH3CH2OH(90-95%)HClOH3NCHCO+CH3OH3NCHCOCH2CH3+CH3Cl2009 有机化学1269氧化脱氨：水合茚三酮试验氨基酸可用水和茚三酮反应生成紫色检验。OHOOOH+OH3NCHCO+ROOONOORCH+CO2+H2O+2009 有机化学127022.6氨基酸的一些生物化学反应2009 有机化学1271L-谷氨酸的生物合成H

17、O2CCH2CH2CCO2HONH3+酶和还原辅酶HO2CCH2CH2CHCO2NH3+2009 有机化学1272L-谷氨酸的氨基交换L-谷氨酸作为氨基的来源在生物化学反应将 a-酮酸转化为氨基酸。如将丙酮酸转化为丙氨酸。HO2CCH2CH2CHCO2NH3+CH3CCO2HO2009 有机化学1273L-谷氨酸的氨基交换HO2CCH2CH2CHCO2NH3+CH3CCO2HO酶HO2CCH2CH2CCO2HO+CH3CHCO2NH3+2009 有机化学1274机理HO2CCH2CH2CHCO2NH3+CH3CCO2HO第一步是L-谷氨酸与丙酮酸生成烯胺。2009 有机化学1275机理HO2C

18、CH2CH2CHCO2NH3+CH3CCO2HOCH3CCO2HO2CCH2CH2CHCO2N2009 有机化学1276CH3CCO2HO2CCH2CH2CCO2NH第二步是将一个碳上的 质子 离去，然后质子化另外一个碳。2009 有机化学1277CH3CCO2HO2CCH2CH2CCO2NHCH3CCO2HO2CCH2CH2CCO2NH2009 有机化学1278CH3CCO2HO2CCH2CH2CCO2NH将烯胺水解得到a-酮基戊二酸 和 L-丙氨酸。2009 有机化学1279CH3CCO2HO2CCH2CH2CCO2NHHO2CCH2CH2CCO2OCH3CCO2NH3H+H2O2009

19、有机化学1280L-酪氨酸的生物合成是从苯丙氨酸开始的。其关键是芳环的环氧化生成芳烃的环氧中间体。L-酪氨酸的生物合成CH2CHCO2NH3+2009 有机化学1281L-酪氨酸的生物合成CH2CHCO2NH3+CH2CHCO2NH3+OO2, 酶2009 有机化学1282L-酪氨酸的生物合成CH2CHCO2NH3+O酶CH2CHCO2NH3+HO2009 有机化学1283L-酪氨酸的生物合成转化为 L-酪氨酸是L-苯丙氨酸代谢的主要途径。苯丙酮尿症就是缺乏相应的酶将 L-苯丙氨酸转化为 L-酪氨酸。其结果是 L-苯丙氨酸被转化成苯丙酮酸，该化合物是有毒的。治疗的办法是减少苯丙氨酸的摄入。20

20、09 有机化学1284脱羧反应脱羧反应是 a-氨基酸常见的反应。例如将 L-组氨酸转化为组胺。抗组胺剂就是阻止组胺的作用。CH2CHCO2NH3+NHN2009 有机化学1285脱羧反应CH2CHCO2NH3+NHNCO2,酶CH2CH2 NH2NHN2009 有机化学128622.7多肽2009 有机化学1287肽肽是由一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基以酰胺键相连的化合物。这种酰胺键常称为肽键。2009 有机化学1288丙氨酸和甘氨酸CH3OC+HCOH3NOCHHCH3N+O2009 有机化学1289丙氨酰甘氨酸CH3OCH3N+HCOCNHHCOH在丙氨酰甘氨酸中，两个 a-氨基酸以

21、肽键相连。有两个氨基酸组成的肽称为二肽。2009 有机化学1290丙氨酰甘氨酸CH3OCH3N+HCOCNHHCOHAlaGlyAGN-端C-端2009 有机化学1291丙氨酰甘氨酸和甘氨酰丙氨酸为同分异构体CH3OCH3N+HCOCNHHCOHHOCH3N+HCOCNHCH3COH丙氨酰甘氨酸AlaGlyAG甘氨酰丙氨酸GlyAlaGA2009 有机化学1292丙氨酰甘氨酸CH3OCH3N+HCOCNHHCOH肽键为平面构型2009 有机化学1293多肽肽根据其氨基酸的数量分类：二肽，三肽，四肽，等等亮氨酸脑菲肽就是一个五肽。2009 有机化学1294亮氨酸脑菲肽TyrGlyGlyPheLe

22、uYGGFL2009 有机化学1295催产素催产素是一个环九肽。其环是由两个半胱氨酸的 SS 键连接的。N-端C-端IleGlnAsnTyrCysSSCysProLeuGlyNH21234567892009 有机化学1296催产素SS bond2009 有机化学129722.8多肽结构的测定2009 有机化学1298一级结构一级结构指氨基酸的序列及二硫键的连接。2009 有机化学1299经典策略 (Sanger)1.确定氨基酸的组成和分子比。2. 将肽分解成小的片断，确定这些小的片断中氨基酸的组成。3. 确定母肽即每个碎片中的N-端和 C-端。4.组织所有的信息，从小碎片的重叠部分推断出整个序

23、列。2009 有机化学1210022.9氨基酸的分析2009 有机化学12101氨基酸的分析肽酸水解 (6 M HCl, 24 hr) 得到氨基酸的混合物根据氨基酸pI的不同，采用离子交换色谱分离。氨基酸用水合茚三酮检测。采用自动分析方法，只需要 10-5 到 10-7 g 肽即可2009 有机化学1210222.10蛋白质的部分水解2009 有机化学12103肽和蛋白质的部分水解酸水解肽能够断裂所有的肽键。部分水解肽和蛋白质得到较小的碎片。这些小的碎片通过分离，在检测其中的氨基酸。酶催化水解是理想的部分水解的方法。2009 有机化学12104羧肽酶proteinH3NCHCOR+NHCHCO

24、ORCO羧肽酶是一种分解蛋白质的酶。(催化水解蛋白质).2009 有机化学12105羧肽酶proteinH3NCHCOR+NHCHCOORCO羧肽酶是一种分解蛋白质的酶。(催化水解蛋白质).羧肽酶选择性水解肽键的 C-端的氨基酸。2009 有机化学12106胰蛋白酶胰蛋白酶选择性水解赖氨酸和精氨酸的羧基NHCHCORNHCHCORNHCHCOR赖氨酸或精氨酸2009 有机化学12107糜蛋白酶糜蛋白酶选择性水解含芳香侧链的氨基酸的羧基。NHCHCORNHCHCORNHCHCOR苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸2009 有机化学1210822.11端基分析2009 有机化学12109端基分析氨基酸的序列

25、是模糊的，除非知道是从左到右还是从右到左。必须知道N-端和 C-端的氨基酸。C-端氨基酸可以通过羧肽酶催化水解来测定。几种化学方法用于测定 N-端氨基酸。2009 有机化学12110Sanger方法Sanger试剂是2，4-二硝基氟苯 Sanger试剂是用于确定多肽N-端 2,4-二硝基氟苯对芳环的取代反应活性非常强。FO2NNO22009 有机化学12111Sanger方法2,4-二硝基氟苯与 N-端氨基酸的氨基氮反应FO2NNO2NHCH2CNHCHCOCH3NHCHCCH2C6H5H2NCHCOOOOCH(CH3)2+2009 有机化学12112Sanger方法FO2NNO2NHCH2C

26、NHCHCOCH3NHCHCCH2C6H5H2NCHCOOOOCH(CH3)2+O2NNO2NHCH2CNHCHCOCH3NHCHCCH2C6H5NHCHCOOOOCH(CH3)22009 有机化学12113Sanger方法酸水解所有的肽键得到混合氨基酸，只有一个氨基酸含有 2,4-DNP 基，这个氨基酸就是 N-端氨基酸。O2NNO2NHCH2CNHCHCOCH3NHCHCCH2C6H5NHCHCOOOOCH(CH3)22009 有机化学12114Sanger方法酸水解所有的肽键得到混合氨基酸，只有一个氨基酸含有 2,4-DNP 基，这个氨基酸就是 N-端氨基酸。O2NNO2NHCH2CNH

27、CHCOCH3NHCHCCH2C6H5NHCHCOOOOCH(CH3)2H3O+OO2NNO2NHCHCOHCH(CH3)22009 有机化学12115Sanger方法酸水解所有的肽键得到混合氨基酸，只有一个氨基酸含有 2,4-DNP 基，这个氨基酸就是 N-端氨基酸。O2NNO2NHCH2CNHCHCOCH3NHCHCCH2C6H5NHCHCOOOOCH(CH3)2H3O+H3NCHCOCH3+H3NCH2COOOOO2NNO2NHCHCOHCH(CH3)2+OH3NCHCOCH2C6H5+2009 有机化学1211622.12胰岛素2009 有机化学12117胰岛素胰岛素是含有51个氨基酸

28、的多肽。她有两个链，A 连含有 21 个氨基酸和 B 连含有30 个氨基酸。下面是如何测定B链氨基酸的序列。2009 有机化学12118牛胰岛素B 链苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四个肽： FVNQHLCGSHL VGAL VCGERGF YTPKA2009 有机化学12119牛胰岛素B 链FVNQHLCGSHLVGALVCGERGFYTPKA2009 有机化学12120牛胰岛素B 链苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四个肽： FVNQHLCGSHL VGAL VCGERGF YTPKA上述肽的序列发现在另外的四个肽中有重叠：SHLVLVGAALTTLVC2009

29、有机化学12121牛胰岛素B 链FVNQHLCGSHLSHLVLVGAVGALALYYLVCVCGERGFYTPKA2009 有机化学12122牛胰岛素B 链苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四个肽： FVNQHLCGSHL VGAL VCGERGF YTPKA上述肽的序列发现在另外的四个肽中有重叠：SHLVLVGAALTTLVC胰蛋白酶水解得到 GFFYTPK ，从而得到完整的序列。2009 有机化学12123牛胰岛素B 链FVNQHLCGSHLSHLVLVGAVGALALYYLVCVCGERGFGFFYTPKYTPKA2009 有机化学12124牛胰岛素B 链FVNQHLCGS

30、HLSHLVLVGAVGALALYYLVCVCGERGFGFFYTPKYTPKAFVNQHLCGSHLVGALYLVCGERGFFYTPKA2009 有机化学12125胰岛素A 链的序列用相同的方法测定。二硫键通过两个半胱氨酸连接从而得到其一级结构。2009 有机化学12126牛胰岛素的一级结构A 链的N 端 B链的N 端 B链的C 端A 链的C 端5515101520202530SS10SSSSFFFFVNQHLCCCCCVVVVGGGSSSHLLLGAAACLYYEELERYYIQKPTQNN2009 有机化学1212722.13Edman 降解和肽的自动测序2009 有机化学12128E

31、dman 降解1. 用于测定 N-端的氨基酸。2.从一端能连续测定。3. 10-10 g 的样品就可以。4. 已经自动化。2009 有机化学12129Edman 降解Edman 降解的试剂是异硫氰酸苯酯。NCS2009 有机化学12130Edman 降解异硫氰酸苯酯与N-端氨基酸的氨基氮反应。peptideH3NCHCOR+NHC6H5NCS+2009 有机化学12131Edman 降解peptideH3NCHCOR+NHC6H5NCS+peptideC6H5NHCNHCHCORNHS2009 有机化学12132Edman 降解peptideC6H5NHCNHCHCORNHS产物为苯氨甲硫酰衍

32、生物 (PTC衍生物)PTC 衍生物在无水溶剂中用HCl 或三氟乙酸处理，N-端氨基酸从肽中断裂。2009 有机化学12133Edman 降解peptideC6H5NHCNHCHCORNHSHClpeptideH3N+C6H5NHCSCNCHRO2009 有机化学12134Edman 降解C6H5NHCSCNCHRO其产物为二氢噻唑酮，在反应条件下重排成乙内酰苯硫脲衍生物 (PTH衍生物)。peptideH3N+2009 有机化学12135Edman 降解C6H5NHCSCNCHROCCNHNCHROSC6H5乙内酰苯硫脲衍生物 (PTH衍生物)通过分离鉴定。降解过的肽继续进行第二次 Edma

33、n 降解。peptideH3N+2009 有机化学1213622.14肽的合成策略2009 有机化学12137一般考虑生成氨基酸间的肽键并不难。难的是将氨基酸按照正确的序列相连接。苯丙氨酸和甘氨酸随机生成肽键可以得到四个二肽。PhePheGlyGlyPheGly GlyPhe 2009 有机化学12138总的策略1.通过保护一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基来控制可能性的数目。N-保护苯丙氨酸C-保护甘氨酸NHCHCOHCH2C6H5OXH2NCH2COY2009 有机化学12139总的策略2.偶联两个保护的氨基酸NHCH2COYNHCHCCH2C6H5OXNHCHCOHCH2C6H5OXH

34、2NCH2COY2009 有机化学12140总的策略3.将N-端的氨基和C-端的羧基脱保护。NHCH2COOH3NCHCCH2C6H5O+Phe-GlyNHCH2COYNHCHCCH2C6H5OX2009 有机化学1214122.15氨基的保护2009 有机化学12142氨基的保护通常是转化成酰胺。苄氧羰基 (C6H5CH2OCO) 是常用的保护基。其简写为 Z。Z-保护是将氨基酸与苄氧甲酰氯（氯甲酸苄酯）反应。将氨基保护成酰胺2009 有机化学12143将氨基保护成酰胺CH2OCClO+H3NCHCOCH2C6H5O+1. NaOH, H2O2. H+NHCHCOHCH2C6H5OCH2OC

35、O(82-87%)2009 有机化学12144将氨基保护成酰胺NHCHCOHCH2C6H5OCH2OCO缩写为: ZNHCHCOHCH2C6H5O或 Z-Phe2009 有机化学12145苄氧酰基保护的优点是很容易将保护脱去：a) 氢解b) 在乙酸中用 HBr 断键Z-保护的脱保护2009 有机化学12146Z-保护基的氢解NHCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5OCH2OCOH2, PdH2NCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5OCH3CO2(100%)2009 有机化学12147Z-保护基的HBr断键NHCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5OCH2OCO

36、HBrH3NCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5OCH2BrCO2(82%)+Br2009 有机化学12148叔丁氧酰基保护基NHCHCOHCH2C6H5O(CH3)3COCO缩写为: BocNHCHCOHCH2C6H5O或 Boc-Phe2009 有机化学12149Boc-保护基的HBr断键NHCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5O(CH3)3COCOHBrH3NCHCNHCH2CO2CH2CH3CH2C6H5OCO2(86%)+BrCH2CH3CH3C2009 有机化学1215022.16羧基的保护2009 有机化学12151羧基通常用酯来保护甲基酯和乙基酯通常用皂

37、化来脱保护。苄酯通常用氢解脱保护。用酯保护羧基2009 有机化学12152苄酯的氢解H2, PdH3NCHCNHCH2COCH2C6H5OC6H5CH3CO2(87%)NHCHCNHCH2COCH2C6H5CH2C6H5OC6H5CH2OCOO+CH3C6H52009 有机化学1215322.17肽键的形成2009 有机化学12154有两种方法：1. 用N,N-二环己基碳二亚胺 (DCCI)偶联保护的氨基酸。 2. 通过N-端氨基酸的活性酯肽键的生成2009 有机化学12155DCCI偶联ZNHCHCOHCH2C6H5O+H2NCH2COCH2CH3ODCCI, 氯仿ZNHCHCCH2C6H5

38、ONHCH2COCH2CH3O(83%)2009 有机化学12156DCCI偶联的机理ZNHCHCOHCH2C6H5O+C6H11NCNC6H11CH2C6H5OC6H11NCC6H11NHOCCHNHZ2009 有机化学12157DCCI偶联的机理H2NCH2COCH2CH3OC6H11NCC6H11NHHO+ZNHCHCCH2C6H5ONHCH2COCH2CH3OCH2C6H5OC6H11NCC6H11NHOCCHNHZ2009 有机化学12158对硝基苯酯就是活性酯的一例。对硝基苯基比甲基、乙基更容易离去。对硝基苯基酯在亲核酰基取代反应活性很大。活性酯法2009 有机化学12159活性酯

39、法ZNHCHCOCH2C6H5O+H2NCH2COCH2CH3ONO22009 有机化学12160活性酯法ZNHCHCOCH2C6H5O+H2NCH2COCH2CH3O氯仿ZNHCHCCH2C6H5ONHCH2COCH2CH3O(78%)+HONO2NO22009 有机化学1216122.18固相肽的合成法:Merrifield合成法2009 有机化学12162固相肽的合成在固相合成中，起始原料连接到惰性固体支持物上。反应物加到溶液中。反应发生在固体和溶液的界面上。因为起始原料键合在固体上，任何产物也是键合在固体上。纯化只要简单地从固体支持物上冲洗去副产物就可以。2009 有机化学12163固

40、相支持固体支持物是苯乙烯和二烯基苯的共聚物。图例是聚苯乙烯。苯乙烯和二烯基苯的共聚物有更僵硬的结构。CH2CH2CH2CH2CHCHCHCH2009 有机化学12164固相支持将聚合物支持物用氯甲基甲基醚(ClCH2OCH3)和SnCl4 将 ClCH2 加到部分苯环上。CH2CH2CH2CH2CHCHCHCH2009 有机化学12165固相支持CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2Cl侧链的氯甲基是一个苄卤，很容易发生亲核取代反应 (SN2)。2009 有机化学12166固相支持CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2Cl氯甲基化的树脂用 Boc-保护的C-端氨基酸处理，亲核反

41、应发生， Boc-保护的氨基酸与树脂健合成酯。2009 有机化学12167Merrifield 合成程序CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2ClBocNHCHCORO2009 有机化学12168Merrifield 合成程序BocNHCHCOROCH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2接着， Boc 保护基用 HCl脱去。2009 有机化学12169Merrifield 合成程序H2NCHCORCH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2O用DCCI为偶联剂与第二个氨基酸反应2009 有机化学12170Merrifield 合成程序NHCHCOROCH2CH2CH2CH2CH

42、CHCHCHCH2BocNHCHCRO脱去 Boc 保护基2009 有机化学12171Merrifield 合成程序CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2NHCHCOROH2NCHCRO在加上另一个氨基酸，不断重复.2009 有机化学12172Merrifield 合成程序最后，用HBr的 CF3CO2H溶液将多肽从树脂上脱下来CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2NHCHCORONHCHCROCO+H3Npeptide2009 有机化学12173Merrifield 合成程序CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCH2BrNHCHCORONHCHCROCO+H3Npepti

43、de2009 有机化学12174Merrifield 方法Merrifield 已经将他的固相合成法自动化。合成一个九肽（血管舒缓激肽,1962)花费 8 天，总收率 68%。合成核酸酶 (124 氨基酸，1969) 。369 步反应; 11,391 步Nobel 化学奖: 19842009 有机化学1217522.19肽和蛋白质的二级结构2009 有机化学12176蛋白质的结构水平一级结构 = 氨基酸的序列+双硫键的连接二级结构= 邻近氨基酸的构象关系a 螺旋b 折叠片2009 有机化学12177蛋白质的结构水平肽键的平面几何构型主链的反式构象NH 和 O=C的氢键a-螺旋和 b 折叠片都可

44、以用下列方法来表征：2009 有机化学12178b 折叠片上图为甘氨酸和丙氨酸残基交替蛋白质链形成的 b 折叠片。邻近的链为反平行。链间有氢键。van der Waals 力使之形成折叠片。2009 有机化学12179b 折叠片b 折叠片常见于含有小的侧链的氨基酸 (甘氨酸, 丙氨酸, 丝氨酸).80% 丝心蛋白 (丝绸中的主要蛋白) 含有重复序列of GlySerGlyAlaGlyAla.b 折叠片是柔软的，但能够抗拉伸。2009 有机化学12180a 螺旋图示是由L-丙氨酸组成的蛋白质的 a 螺旋。螺旋是右螺旋，每一个螺旋由 3.6 氨基酸组成。单链间存在着氢键。肌肉的蛋白 (肌浆蛋白)

45、和羊毛 (a-角蛋白) 含有大区域的 a-落选。这些链能够被拉伸。2009 有机化学1218122.20肽和蛋白质的三级结构2009 有机化学12182三级结构三级结构指蛋白总的形状 (肽链是如何折叠的)纤维蛋白 (头发，羊毛) 有伸长的形状。球形蛋白几乎是球状的：大多数酶是球形蛋白如：羧肽酶就是球形蛋白2009 有机化学12183羧肽酶羧肽酶能够催化水解蛋白质的C-端。它是一种金属酶，在其活性中心含有 Zn2+。带正电的氨基酸 (Arg-145) 紧挨着活性中心。2009 有机化学12184羧肽酶二硫键N-端C-端Zn2+Arg-145tube modelribbon model2009 有

46、机化学12185在活性中心，反应是如何进行的?H3NpeptideONHCHC+CROOH2NH2NCArg-145+2009 有机化学12186在活性中心，反应是如何进行的?H3NpeptideONHCHC+CROOH2NH2NCArg-145+肽或蛋白质的带负电的羧基负离子与Arg145通过静电作用结合到活性中心。2009 有机化学12187在活性中心，反应是如何进行的?H3NZn2+peptideONHCHC+CROOH2NH2NCArg-145+Zn2+ 作为 Lewis 酸与羰基的氧作用，增加羰基碳的正电性。2009 有机化学12188在活性中心，反应是如何进行的?H3NZn2+pe

47、ptideONHCHC+CROOH2NH2NCArg-145+水对羰基发生亲核酰化取代反应。OHH2009 有机化学12189在活性中心，反应是如何进行的?Zn2+H2NCArg-145+H3NpeptideO+COH3NCHCROOH2N+2009 有机化学1219022.21辅酶2009 有机化学12191辅酶由氨基酸参与的化学反应相对来说是有限的：酸-碱反应 (质子的转移和接受)亲核酰化取代反应许多其它的生物过程如氧化-还原需要辅酶、辅助因子或辅基的存在才能发生。2009 有机化学12192辅酶NADH, 辅酶 A 和辅酶 B12 都是辅酶。血红素也是辅酶。2009 有机化学12193血

48、红素NNNNFeH3CH3CCH3CH3CH2CH2CO2HCHCH2H2CCHHO2CCH2CH2卟啉铁2009 有机化学12194肌红蛋白N-端C-端血红素血红素是肌红蛋白（将氧储存在肌肉中）和血红蛋白（氧的运输）与氧键合的辅酶。2009 有机化学1219522.22蛋白质的四级结构:血红蛋白2009 有机化学12196蛋白质的四级结构一些蛋白质是由两个或更多的链组装成的。这些链组装的方式称为四级结构。例如：血红蛋白有4个亚单元组成。有两个相同的 a 链和两个相同的 b链每个亚单元有一个血红素，每个蛋白与肌红蛋白的大小相当。2009 有机化学1219722.23嘧啶和嘌呤2009 有机化学

49、12198嘧啶和嘌呤为了理解DNA 和 RNA 的结构和性质，首先必须了解其结构组成。嘧啶和嘌呤芳香杂环化合物使DNA和RNA的基本组成。2009 有机化学12199嘧啶和嘌呤NNNNNNH嘧啶嘌呤2009 有机化学12200重要的嘧啶化合物在DNA中存在的嘧啶是胞嘧啶和胸腺嘧啶。 在RNA 中存在的嘧啶是尿嘧啶和胞嘧啶HNNHOO尿嘧啶URNAHNNHOOCH3胸腺嘧啶TDNAHNNHNH2O胞嘧啶CDNA,RNA2009 有机化学12201重要的嘌呤化合物在DNA 和 RNA中存在的嘌呤是腺嘌呤和鸟嘌呤腺嘌呤ADNA,RNANNNH2NNH鸟嘌呤GDNA,RNAOHNNHNNH2N2009

50、 有机化学12202咖啡因和可可碱咖啡因 (咖啡) 和 可可碱 (咖啡和茶）是天然的嘌呤化合物。咖啡因NNONNH3COCH3CH3 可可碱OHNNNNCH3CH3O2009 有机化学1220322.24核苷2009 有机化学12204核苷D-核糖或2-脱氧-D-核糖与嘧啶或嘌呤生成的N-苷叫核苷。广义的核苷：任何糖与嘧啶或嘌呤生成的N-苷.核苷中嘧啶和嘌呤称为嘧啶碱和嘌呤碱2009 有机化学12205尿苷和腺苷尿苷(嘧啶核苷)腺苷(嘌呤核苷)ONHOCH2HNOOHHOONNNNHOCH2OOHHONH22009 有机化学1220622.25核苷酸2009 有机化学12207核苷酸核苷酸是核

51、苷的磷酸酯2009 有机化学12208腺苷 5-单磷酸酯 (AMP)腺苷 5-单磷酸酯 (AMP) 又称为 5-腺苷酸NNNNOOHHONH2OCH2PHOOHO123452009 有机化学12209腺苷二磷酸酯 (ADP)NNNNOOHHONH2OCH2POOHOPOHOHO2009 有机化学12210腺苷三磷酸酯 (ATP)NNNNOOHHONH2OCH2POOHOPOHOOPOHOHO2009 有机化学12211ATP 储存能量AMPADPATP每一步都是吸热的。每步的能量是从糖的代谢得来的。逆过程是放热的，是生物过程中能量来源。ATP水解到 ADP的自由能变化 DG 为 35 kJ/mol2009 有机化学12212腺苷 3-5-环单磷酸酯 (cAMP)cAMP 是生物过程中重要的调节剂。NNNNOOHONH2CH2POHOO2009 有机化学1221322.26核酸2009 有机化学12214核酸核酸是聚合的核苷酸。一个核苷酸的5