氨基酸、蛋白质、核酸的结构、分类和命名

1、氨基酸、蛋白质、核酸的结构、分类和命名多糖部分水解低聚糖完全水解 苷键把多个单糖连接起来，构成多糖分子链。蛋白质部分水解多肽完全水解氨基酸 肽键（酰胺键）把多个氨基酸按一定次序连接起来，构成蛋白质分子链。氨基酸是构成蛋白质的基石。 第一节 氨基酸 氨基酸可以根据氨基和羧基的相对位置分为-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸等。从天然蛋白质水解得到的氨基酸有30余种，比较常见的有20种左右，这些氨基酸(除脯氨酸外)均为-氨基酸。 一、氨基酸的结构、分类和命名 1. 氨基酸的结构： 2. 分类中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸甘氨酸(Gly)谷氨酸(Glu)赖氨酸(Lys) 3 . 命名 氨基酸可按系统命名法命

2、名，但为了方便，一般都用俗名 。此外每个氨基酸还都有一个英文缩写符号。例如： 4. 氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，都是手性分子，都有旋光性。 5 . 氨基酸的构型 蛋白质水解得到-氨基酸均为L-型。L-甘油醛 L-氨基酸丙氨酸 L-丙氨酸半胱氨酸 L-半胱氨酸L-谷氨酸 L-苏氨酸 二、-氨基酸的物理性质 -氨基酸大都为无色晶体，熔点一般在200300之间，比相应的羧酸或胺类高。多数氨基酸能溶于水，而难溶于有机溶剂。 某些氨基酸具有鲜味，例如食用味精就是谷氨酸钠盐，但也有不少氨基酸无味或具有苦味。 除甘氨酸外，-氨基酸都有旋光性。 三、-氨基酸的化学性质 1. 羧基的反应 羧基能与碱、五氯化磷、

3、胺、醇等反应。例如： 反应在肽的合成中可用于活化羧基；反应在肽的合成中可用保护羧基。2. 氨基的反应 氨基能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰烃基化试剂等反应。例如： (1)与亚硝酸的反应 反应迅速而且定量进行，可用于测定氨基酸和蛋白质中氨基含量，此法称为范斯莱克(Vanslyke)氨基氮测定法。(2)与2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反应可用肽结构的测定，叫 Sanger（桑格尔）法。黄色（3）与氯甲酸苄 酯的反应苄醇 光气 氯甲酸苄酯在肽的合成中可用保护氨基。 3两性与等电点 氨基酸分子中含有碱性的氨基和酸性的羧基，它既可以与酸反应生成铵盐，又可以与碱反应生成羧酸盐，因此氨基酸是两性化合物。同一

4、分子内的氨基和羧基也能相互作用形成内盐。内盐同时带有正电荷和负电荷，故称为两性离子或偶极离子。 碱性溶液 某一pH时 酸性溶液 当溶液为某一pH时（不太酸性，也不太碱性），正离子和负离子浓度相等（R+=R-），净电荷等于零，氨基酸主要以偶极离子的形式存在，在电场中既不移向正极也不移向负极，这时溶液的pH称为该氨基酸的等电点（用pI表示）。 不同氨基酸等电点范围各不相同：中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。 中性氨基酸 5.97 酸性氨基酸 碱性氨基酸 甘氨酸(Gly)谷氨酸(Glu)赖氨酸(Lys)pI 氨基酸在水溶液中实际上是三种离子的平衡混合物，究竟以哪一种离子为主？取决于氨基酸的结构和水

5、溶液的pH值：负离子强碱溶液中的主要存在形式偶极离子 正离子强酸溶液中的主要存在形式 pH pI pH = pI pH pI 思考题： 如果把甘氨酸、谷氨酸和赖氨酸三种氨基酸混合起来，溶液pH调至，这些氨基酸各带什么电荷？在电场中移动方向？ 在电场中 甘氨酸 偶极离子 不移动 谷氨酸 负离子 向正极移动 赖氨酸 正离子 向负极移动 用这种方法可分离不同的氨基酸，这种方法叫电泳。 在等电点时氨基酸的溶解度最小，易生成沉淀。也可用分级沉淀的方法分离氨基酸混合物。4与水合茚三酮的反应茚 茚三酮 水合茚三酮 注意：N-取代的-氨基酸、脯氨酸和羟脯氨酸等不发生此显色反应。应用：-氨基酸的定性定量分析。水

6、合茚三酮 蓝紫色 氨基酸与水合茚三酮在弱酸性溶液中共热，经氧化、脱氨、脱羧及缩合等反应，最后生成蓝紫色的物质。5. 受热后的反应 (1)-氨基酸受热后，两分子之间发生脱水反应生成环状交酰胺。交酰胺 （2）-氨基酸受热后，分子内脱氨生成成、- 不饱和酸。 （3）、-氨基酸受热后，分子内脱水生成环状内酰胺。-内酰胺四、氨基酸的制法1.由醛制备Strecker（斯瑞克）法 苯丙氨酸应用：合成比原料醛多一个碳的氨基酸2.卤代酸的氨解 3. Gabriel(盖布瑞尔)合成法 用邻苯二甲酰亚胺钾和-卤代酸酯反应，然后在水解，可以制备很纯的氨基酸。溴代丙二酸二酯用Gabriel法可合成多种氨基酸例如合成苯丙

7、氨酸：第二节 多 肽一、多肽的定义、命名和结构1. 定义 一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应，形成一个酰胺键，新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰胺键叫肽键。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。 在肽链中，一端有游离的氨基，叫N-端，一端有游离的羧基，叫C-端。写肽链时，通常N-端在左，C-端在右。 肽键（酰胺键）N-端C-端2. 命名 命名原则：C-端氨基酸为母体，其它从左到右以某氨酰表示。例如：甘氨酰丙氨酸（Gly-Ala）丙氨酰甘氨酸（Ala-Gly） 两种中性氨基酸分子间脱水可生成两种二肽，n种中性氨基酸有n! 种结合方式。 谷氨酰半胱氨酰甘

8、氨酸 （谷胱甘肽）*3. 结构 肽键中的p使CN具有部分双键的性质，其键长介于单键键长CN (0.149nm)和双键键长(0.127nm)之间，约。C NOOC N X射线衍射法测定表明，组成肽键的六个原子共平面。羰基碳原子的三个键之间的夹角和氨基氮三个键之间的夹角都接近120。由于共轭效应，肽键中的CN键不能自由旋转，所以存在顺反两种可能的构型：顺式构型 反式构型在蛋白质中以反式构型存在，反式构型在能量较稳定。 C NOCHC C NOCHC 肽的几何形状*二、多肽结构的测定 1. 多肽组成的测定 一定质量的多肽试样 酸水解 离子交换柱色谱法分离 水合茚三酮显色 定性，定量 根据多肽相对分子

9、质量和所含氨基酸的种类，确定各种氨基酸分子的数目全自动氨基酸分析仪的测定原理。 2. 氨基酸顺序的测定 多肽链中氨基酸的排列顺序（N-端 C-端）称为氨基酸顺序，是多肽和蛋白质最重要的特性之一。 特定的酶肽链部分水解较小的片段端基分析法测定每个小片段中氨基酸的排列顺序逐步确定整个多肽链中氨基酸的排列顺序。 在N-端引入具有特定基团的标记化合物，这种标记基团有颜色、荧光、紫外吸收等性质，然后分离鉴定具有这种基团的氨基酸衍生物。重点讨论N-端氨基酸单元的分析(1)Sanger(桑格尔)法2,4-二硝基氟苯(DNFB) 肽的DNP衍生物DNP-N-端氨基酸(黄色)RO2NNO2 HNCHCONHCH

10、CORH2O/H+O2NNO2 HNCHCOOH RR+ H2NCHCOOH + .RRFNO2O2NR + H2NCHCONHCHCOR 2,4-二硝基氟苯与多肽链中的N-端氨基酸反应，在N-端生成DNP衍生物，然后在酸中水解，肽键断类，但DNP键保留，仍留在N-端氨基酸上。DNP-N-端氨基酸为黄色，很容易和其它氨基酸分离和鉴定。（2）Edman（艾德曼）法 异硫氰酸苯酯(PTC）PTC衍生物R + H HNCHC NHCHCROOC6H5N C SOH-OOR NHCHC NHCHCRC6H5NHC SOOR NHCHC NHCHCRC6H5NHC S苯基乙内酰硫脲衍生物肽链其余部分 此

11、法的优点是只水解带标记的氨基酸，其余部分完整地保留下来。HClNNHC6H5SOR+ H2NCHCOR 产物经分离后，缩短后的肽链可以继续进行第二个、第三个N-端氨基酸的鉴定。这样可测出多肽链中的氨基酸的排列顺序。 此原理以被多肽顺序自动分析仪所采用，一次可连续测出60个以上氨基酸顺序。 （3）酶解法 C-端酶解法测定：用羧肽酶水解氨基酸，水解只发生在C-端。 N-端酶解法测定：用氨肽酶水解氨基酸，水解只发生在N-端。 定期检测这些酶水解的氨基酸，就可多肽链中的氨基酸的排列顺序。*三、多肽的合成上保护基活化羧基接肽保护基 接好的二肽脱保护基二肽第三节 蛋白质一、蛋白质的结构 蛋白质是由一条或多

12、条多肽链以特殊方式组合成的生物大分子。蛋白质的结构可以分为一级结构，二级结构，三级结构和四级结构。一级结构以外的其它结构又称为空间结构或三维结构。相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。1. 一级结构 蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸的种类和顺序。2. 二级结构 多肽链主链骨架中的各个肽段，通过氢键，形成有规则或无规则的构象，这称为二级结构。 化学家Pauling从20世纪30年代开始用X射线衍射法研究蛋白质的晶体结构，并于1951年首先提出了蛋白质的立体结构模型： -螺旋和-折叠。-螺旋结构-折叠结构蛋白质结构示意图(a)-螺旋，(b)-折叠，(c)无规则卷曲 第四节 核酸一、核酸的组成核 酸

13、 类 别 组 分 (RNA) (DNA) 戊 糖 -D-核糖 -D-2-脱氧核糖 胞嘧啶(C) 胞嘧啶(C) 碱 嘧啶碱 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A) 腺嘌呤(A)基 嘌呤碱 鸟嘌呤(G) 鸟嘌呤 (G)磷 酸 磷 酸 磷 酸 核糖核酸 脱氧核糖核酸二、核苷和核苷酸 1戊糖 RNA水解得核糖（-构型） DNA水解得脱氧核糖（-构型） -D-核糖 -D-2-脱氧核糖2含氮碱 RNA水解得C、U、A、G DNA水解得C、T、A、G 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶（T) 胞嘧啶(C) 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤(G) 3核苷 核苷是由戊糖的苷羟基，与嘌呤碱9位或嘧啶碱1位氮上的氢原子脱水缩合，形成的

14、含氮糖苷。 核酸中的糖苷键均为-糖苷键。 胞苷（C）尿苷（U）RNA中四个核苷结构如下：HOH2CHHHOHOHNH2OHNNOHOH2CHHHOHOHOHNNOOH腺苷（A）鸟苷（G）HOH2CHHHOHOOHHNNNNNH2HOH2CHHHOHOOHHNNNNNH2OHDNA中四个核苷结构如下：脱氧胞苷（dC）脱氧胸苷（dT）HOH2CHHHOHOHNH2HNNOHOH2CHHHOHOHHNNOOHH3C脱氧腺苷（dA)脱氧鸟苷（dG）HOH2CHHHOHOHHNHNNNNH2OHOH2CHHHOHOHNNNNNH2H4核苷酸 核苷酸（MP)是核酸的基本结构单位，它是核苷3位或5位的羟基与磷酸酯化的产物。组成RNA的核苷酸腺苷酸（AMP）鸟苷酸（GMP）胞苷酸（CMP）尿苷酸（UMP） 组成DNA的核苷酸脱氧腺苷酸（dAMP）脱氧鸟苷酸（dGMP）脱氧胞苷酸（dCMP）脱氧胸苷酸（dTMP）HOH2CHHHOOOHHNNNNNH2HO P OOH腺苷-磷酸例如：腺苷-5-磷酸 三、核酸的结构HHHOHOOHHNNNNNH2 HO P OH2COHODNA一级结构片段ACGTHHHOHHNNNNNH2OOH P OH2COHHHOHNH2HNNOO P OH2COHOO P OH2COHOHHHOHNNNNNH2OHO P OH2COHOHHHOHHNNOOHH3C