氨基酸的生物有机化学

关于氨基酸的生物有机化学1第1页，共63页，2023年，2月20日，星期四2

蛋白质、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯)是人所需营养中的三种要素。第一节氨基酸的结构、名称和物性

羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。一定义第2页，共63页，2023年，2月20日，星期四3二氨基酸的构型和存在形式构型（用D、L表示）-氨基酸通式 L型-氨基酸D型-氨基酸 L-甘油醛除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。第3页，共63页，2023年，2月20日，星期四42.氨基酸的基本结构氨19种氨基酸结构可以用十字图表示(除脯氨酸)：二十种氨基酸的结构、性质，对了解蛋白质的功能是极为重要的。

十字的中央为a碳原子，在周围的四个位置分别填上一个氢原子、羧基、氨基及一个R基团，基本的氨基酸结构即完成。L-formaminoacid

第4页，共63页，2023年，2月20日，星期四5R基团可以由最简单的H开始填入，就是最简单的glycine(甘氨酸)；再来是CH3

就是alanine(丙氨酸)；如此越来越大，并加入其它种类的原子(如氧或硫)，或额外的氨基或羧基，就可以组成多采多姿的二十种氨基酸。R=Hglycine(甘氨酸)Gly,GR=CH3alanine(丙氨酸)Ala,A第5页，共63页，2023年，2月20日，星期四6存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。

组氨酸谷氨酸 丙氨酸 第6页，共63页，2023年，2月20日，星期四7三名称和物理性质

名称氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其构型的表示方法与糖一样，用D或L表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。

物理性质大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；氨基酸在200度以下都是稳定的；氨基酸的pKa为2左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。第7页，共63页，2023年，2月20日，星期四8

二十种氨基酸的简写符号第8页，共63页，2023年，2月20日，星期四9常见二十种氨基酸的记法甘丙缬亮异脂链;丝苏半蛋羟巯添;天谷精赖组酸碱;脯酪苯色芳杂环;天冬酰胺谷酰胺.第9页，共63页，2023年，2月20日，星期四10二十种氨基酸基团在蛋白质分子结构中的模拟图解：丙氨酸精氨酸天冬酰胺天冬氨酸半胱氨酸谷氨酰胺谷氨酸甘氨酸组氨酸异亮氨酸亮氨酸赖氨酸甲硫氨酸笨丙氨酸脯氨酸丝胺酸苏氨酸色氨酸酪氨酸颉氨酸N-C-C-N-C-C-N-C-CR1R2R3第10页，共63页，2023年，2月20日，星期四11可以看出各种基团大小的不同，在蛋白质构造中所造成的不同填充效果；较大的基团(如Trp色氨酸)可占据较大的空间，较小如Gly者几乎看不到各种带有

电荷的氨基酸基团，也会对蛋白质的构形或性质做出贡献；带负电荷的Asp(天冬氨酸)与Glu(谷氨酸)色氨酸第11页，共63页，2023年，2月20日，星期四12带有正电的碱性基团(如Lys(赖氨酸),Arg(精氨酸))都有相当长的侧链基团，因此有相当大的自由活动空间：赖氨酸Isoelectricpoint(pH)9.59精氨酸11.15最别扭的Pro(脯氨酸)则在蛋白质表面转折成一个急转角，蛋白质长链通常会在此逆转方向，形成一个转角(turn)脯氨酸6.30第12页，共63页，2023年，2月20日，星期四13虽然这二十种氨基酸很称职地组合成蛋白质的立体构造，但是其反应性基团的活性都不是非常高，无法提供极强力的官能团，以供催化反应时的活性基团。因此，许多蛋白质合成出来之后，经常还要进行各种修饰(例如磷酸化)，或添加其它辅助因子(例如金属或辅酶)，以便达成更复杂的任务。第13页，共63页，2023年，2月20日，星期四14氨基酸模拟地铁图：氨基酸模拟地铁图环状线第14页，共63页，2023年，2月20日，星期四15人体所必须的八种氨基酸:赖色缬,苏亮亮,苯蛋.第15页，共63页，2023年，2月20日，星期四16

八个必需氨基酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸苏氨酸蛋氨酸赖氨酸色氨酸第16页，共63页，2023年，2月20日，星期四17一等电点二与茚三酮反应三氨基酸金属盐络合物的形成第二节氨基酸的性质四氨基酸的重要反应第17页，共63页，2023年，2月20日，星期四18谷氨酸 焦谷氨酸总述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺2分子甘氨酸 2,5-二嗪哌酮-2H2O-H2O第18页，共63页，2023年，2月20日，星期四19

一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点。氨基酸的特殊性质一等电点第19页，共63页，2023年，2月20日，星期四20中性氨基酸的等电点：pH=6.2~6.8

酸性氨基酸的等电点：pH=2.8~3.2

碱性氨基酸的等电点：pH=7.6~10.8

不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。

等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。第20页，共63页，2023年，2月20日，星期四21氨基酸羧基的pKa在1.8～2.6之间，比通常羧基（乙酸的为4.76）小，是场效应影响造成的氨基酸氨基的pKa比RNH2中氨基小：诱导效应第21页，共63页，2023年，2月20日，星期四22二与茚三酮的反应凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。(例外：Pro黄色；Asn棕色)茚(indene) 茚三酮(ninhydrin)水合茚三酮+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互变异构第22页，共63页，2023年，2月20日，星期四23三氨基酸金属盐络合物的形成金属上有空轨道，N上有未共用电子对！

氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状,该反应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。第23页，共63页，2023年，2月20日，星期四24四氨基酸的重要反应1.烃基化反应DNF(2,4-二硝基氟苯),2,4-dinitrofluorobenzene第24页，共63页，2023年，2月20日，星期四25第25页，共63页，2023年，2月20日，星期四26与苯异硫氢酸酯(PITC)反应生成苯氨基硫甲酰(PTC)phenylthiocarbamoylphenylisothicyanate苯乙内酰硫脲衍生物第26页，共63页，2023年，2月20日，星期四272.酰基化反应第27页，共63页，2023年，2月20日，星期四28酰氯或酸酐在微碱中溶液中的与氨基酸的酰基化反应

叔丁氧酰氯(Tertiarybutyloxycarbonylchloride)邻苯二甲酸酐

(phthalic)

丹黄酰氯(dansylchloride)对甲苯磺酰氯第28页，共63页，2023年，2月20日，星期四29苯甲酸在生物体内的解毒过程－氨基酸的酰化第29页，共63页，2023年，2月20日，星期四303.脱氨基作用氨基酸－酮酸转氨酶磷酸吡哆醛（pyridoxyalphosphate）Coenzymeoftransaminases第30页，共63页，2023年，2月20日，星期四31磷酸吡哆醛催化氨基酸转氨基反应过程第31页，共63页，2023年，2月20日，星期四324.脱羧基作用脱羧酶第32页，共63页，2023年，2月20日，星期四335.与亚硝酸反应是VanSlyke法测定氨基酸的基础第33页，共63页，2023年，2月20日，星期四346.与醛反应生成西佛碱(Schiff’sbase)Schiff’swbase第34页，共63页，2023年，2月20日，星期四357.叠氮反应第35页，共63页，2023年，2月20日，星期四36氨基上的反应：亚硝酸、茚三酮、DNF(2,4-二硝基氟苯)、PTC(苯氨基硫甲酰)、醛、酰胺化、脱氨基羧基上的反应：酯化、酰胺化、脱羧侧基上的反应：（多肽链的反应）小结:氨基酸的重要反应第36页，共63页，2023年，2月20日，星期四37一氨化还原法二斯瑞克合成法(Strecker)--醛的氨氰化法三赫尔--乌尔哈--泽林斯基α-溴化法四盖布瑞尔法五丙二酸酯法第三节氨基酸的经典化学合成第37页，共63页，2023年，2月20日，星期四38一氨化还原法氨基酸的来源：（1）天然产物酸性水解 （2）微生物发酵法 （3）化学合成法第38页，共63页，2023年，2月20日，星期四39改进方法：用NH4CNorNH4Cl+KCN代替HCN+NH3应用：合成比原料醛多一个碳的氨基酸二斯瑞克合成法--醛的氨氰化法RCHO+HCN+NH3H3+OStrecker合成

（1850年德国化学家Strecker发现）第39页，共63页，2023年，2月20日，星期四40应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。三赫尔--乌尔哈--泽林斯基α-溴化法RCH2COOHNH3Br2P在封管或高压釜内进行四盖布瑞尔法H3O+第40页，共63页，2023年，2月20日，星期四411.通过酰基丙二酸酯法五丙二酸酯法+NC-CH=CH2H3+OH2/Pt醋酸麦克尔加成碱H2/催加热-CO2第41页，共63页，2023年，2月20日，星期四42OH-丝氨酸的合成+CH2=OH3+O-CO2丝氨酸（65%）第42页，共63页，2023年，2月20日，星期四432.通过溴代丙二酸酯法合成CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2CCl4NaNaOH蛋氨酸（50%）

烷基化第43页，共63页，2023年，2月20日，星期四44谷氨酸的合成+CH2=CHCOOEt麦克尔加成NaOEtH3+O谷氨酸（70%）第44页，共63页，2023年，2月20日，星期四45脯氨酸的合成H3+ONaOEtBr(CH2)3BrEtOHNaOH脯氨酸70%分子内亲核取代第45页，共63页，2023年，2月20日，星期四46第四节氨基酸的不对称合成拆分不对称烷基化亚胺的不对称烷基化Kagan-Corey合成法Corey法合成手性纯氨基酸不对称氢化

Evans合成法第46页，共63页，2023年，2月20日，星期四47化学方法拆分：一氨基酸光学异构体的拆分D－氨基酸L－氨基酸＋手性酸（或碱）D－氨基酸盐L－氨基酸盐分离（重结晶、色谱法）－氨基酸具有酸性，经常可以用手性有机碱和氨基醇来拆分。

第47页，共63页，2023年，2月20日，星期四48Berkes采用结晶诱导动力学拆分(CIDR)方法拆分氨基酸，即通过Micheal加成把手性氨基醇，采用适当的溶剂，(R)构型产物1溶解度比较小而析出，(S)构型异构体通过溶解沉淀平衡而逐步转化为（R）构型产物。第48页，共63页，2023年，2月20日，星期四49Deng用金鸡纳碱衍生物(DHQD)2AQN2进行动力学拆分消旋氨基酸前体噁唑酮。两种构型氨基酸都可以用这种拆分方法得到，而且ee值很高，有一定应用前景Hang,J.;Tian,S.-K.;Tang,L.;Deng,L.J.Am.Chem.Soc.,2001;123(50);12696-12697.第49页，共63页，2023年，2月20日，星期四50酶法拆分第50页，共63页，2023年，2月20日，星期四51Wong用L－苏氨酸Aldol酶(LTA)从醛和甘氨酸出发通过Aldol反应合成手性－羟基－－氨基酸，苏式/赤式比<1:99Kimura,T.;Vassilev,V.P.;Shen,G.-J.;Wong,C.-H.J.Am.Chem.Soc.1997;119(49);11734-11742.酶法拆分：第51页，共63页，2023年，2月20日，星期四52二不对称烷基化Seebach提出的“手性自复制”(chiralityself-reproduction)是个很巧妙的方法，以丙氨酸为手性源，依靠丙氨酸的手性产生叔丁基的手性，再依靠叔丁基的构型来决定底物R的进攻方向，从而得到比较难合成的四级－氨基酸。第52页，共63页，2023年，2月20日，星期四53不对称Strecker反应三亚胺的烷基化>99%ee70-91%ee91-95%ee第53页，共63页，2023年，2月20日，星期四54不对称Mannich反应Lectka研究了不对称催化烷基化-亚胺酯合成β-酮--氨基酸。他发现Pd(ClO4)2与BINAP络合的催化剂可以有效催化这个反应，但是AgSbF4或CuClO4和BINAP络合的催化剂可取得更高的对映选择性，而CuClO4-TolBINAP催化剂是最好的催化剂，取得高达>99%ee的对映选择性，anti/syn达到>20/1Ferraris,D.;Young,B.;Lectka,T;etal.J.Am.Chem.So