1、第十八章 氨基酸 蛋白質(zhì) 核酸,有機(jī)化學(xué),1、氨基酸 2、多肽 3、蛋白質(zhì) 4、核酸,蛋白質(zhì)： 含氮的天然高聚物，生物體內(nèi)一切組織的基本組成部分除水外，細(xì)胞內(nèi)80都是蛋白質(zhì)。在生命現(xiàn)象中起重要的作用。人類的主要營養(yǎng)物質(zhì)之一。,如： 酶（球蛋白）機(jī)體內(nèi)起催化作用 激素（蛋白質(zhì)及其衍生物）調(diào)解代謝 血紅蛋白運(yùn)輸O2和CO2 抗原抗體免疫作用,蛋白質(zhì)水解后都生成氨基酸,一、結(jié)構(gòu),二、分類、命名,18-1 氨基酸,18-1-1 氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名,羧酸分子中烴基上的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。它們是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的基礎(chǔ)。,可分為-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸。,氨基酸可以按照系統(tǒng)

2、命名法，以羧酸為母體，氨基 酸為取代基來命名。但-氨基酸通常按其來源或性質(zhì)所得的俗名來稱呼。例如：,NH2CH2COOH -氨基乙酸 甘氨酸,HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 -氨基戊二酸 谷氨酸,NH2CH2CH2COOH -氨基丙酸 丙氨酸,NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOH NH2 ,二氨基已酸 賴氨酸,蛋白質(zhì)水解可以得到各種-氨基酸的混合物。,蛋白質(zhì)水解后得到的氨基酸都是 氨基酸。天然產(chǎn)氨基酸（除甘氨酸）都有旋光性，絕大多數(shù)為L構(gòu)型， （少數(shù)微生物代謝產(chǎn)物是D構(gòu)型）。,用 R、S 命名的則 L 構(gòu)型的氨基酸多為 S 型，只有L半光氨酸為 R 型。,天然氨基酸：,下列氨基

3、酸可組成無數(shù)蛋白質(zhì)：,結(jié)構(gòu) 名稱 縮寫 等電點(diǎn) NH2CH2COOH 甘氨酸 Gly 5.97,丙氨酸 Ala 6.00,*頡氨酸 Val 5.96,*異亮氨酸 Ile 5.98,I、中性 (*為必要氨基酸，人體內(nèi)不能合成，只能從食物中得到）,結(jié)構(gòu) 名稱 縮寫 等電點(diǎn),*亮氨酸 Leu 6.02,*苯丙氨酸 Phe 5.48,半光氨酸 Cys 5.07,*蘇氨酸 Thr 5.6,谷氨酸 Gln 5.56,天冬氨酸 Asn 5.07,*蛋氨酸 Met 5.47,絲氨酸 Ser 5.68,脯氨酸 pro 6.30,酪氨酸 Tyr 5.66,*色氨酸 Trp 5.89,結(jié)構(gòu) 名稱 縮寫 等電點(diǎn),II

4、 酸性,天冬氨酸 Asp 2.77,谷氨酸 Glu 3.22,III 堿性,*賴氨酸 Lys 9.74,精氨酸 Arg 10.76,組氨酸 His 7.59,結(jié)構(gòu) 名稱 縮寫 等電點(diǎn),18-1-2 氨基酸的性質(zhì),-氨基酸都是無色晶體，易溶于水而難溶于無水乙 醇乙醚，由蛋白質(zhì)水解所得-氨基酸，除甘氨酸外，都 具有旋光性。他們的碳原子的結(jié)構(gòu)類型都與L-甘油醛 相同，固都屬于L型。,若用R-S標(biāo)記法，這些-氨基酸的碳原子的構(gòu)型 都是S型。,用于定量分析，根據(jù)放出的N2的體積，可以算出樣品的伯氨基的含量。,氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他們具有氨基和羧基的典型性質(zhì)。例如，羧基可以發(fā)生酯化反應(yīng)，氨基可以發(fā)

5、生?；磻?yīng)；氨基與亞硝酸作用可轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基。,(1) 酸堿性兩性和等電點(diǎn),氨基酸還有一些特殊的性質(zhì)。,R -氨基酸可以通過用通式NH2CHCOOH 表示,實(shí)際上是以偶級離子的形式存在的：,內(nèi)鹽,氨基酸的等電點(diǎn),在酸性溶液中，主要以正離子的形式存在。 在堿性溶液中，主要以負(fù)離子的形式存在。,在水溶液中,在一定的pH值溶液中，正離子和負(fù)離子數(shù)量相等，且濃度都很低，而偶級離子濃度最高，此時(shí)電解，以偶級離子形式存在的氨基酸不移動。這溶液的pH值就叫做氨基酸的等電點(diǎn)。,(2) 水合茚三酮反應(yīng),等電點(diǎn)不是中性點(diǎn)； 氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)的溶解度最小.,這個(gè)顏色反應(yīng)通常用于-氨基酸的比色測定和色 層分析的顯色。,

6、與水含茚三酮的反應(yīng)歷程,紫色物質(zhì)，用于氨基酸 的比色測定和紙層析顯色,(3) 受熱后的反應(yīng),-氨基酸受熱后，能在兩分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)。,-氨基酸受熱后，容易脫去一分子氨，生成,不飽和羧酸。,-或-氨基酸受熱后，容易分子內(nèi)脫去一分子水。,分子中氨基和羧基相隔更遠(yuǎn)時(shí)，受熱后可以多分子脫水，生成聚酰胺。,1、由蛋白質(zhì)水解在酸、堿或酶的作用下水解得到多種-氨基酸混合物，分離得到。 2、由鹵代酸氨解羧酸在PBr3作用下與溴作用，生成-溴代酸，再與過量氨作用，生成：,18-1-3 氨基酸的制備,3、由由醛（或酮）制備 4、由丙二酸酯制備,用蓋布瑞爾法代替上法,可得比較純產(chǎn)品。,N-鄰苯二甲酰亞胺基丙二酸

7、酯可用下法制得。,用苯、不超過3個(gè)碳原子的有機(jī)化合物、丙二酸酯以及 必要的試劑合成：亮氨酸，異亮氨酸，苯丙氨 酸，胳氨酸。,思考題,氨基酸的拆分,合成方法得到的氨基酸通常是外消旋體混合物，可用多種方法拆分。其中用酶拆分是重要的方法之一。,例：,D-亮氨酸乙酰氨 L-亮氨酸,18-2 多肽,許多多肽本身有重要的生理作用,后葉催產(chǎn)素八肽 胰島素五十一肽,多肽是含有多個(gè)氨基酸單元的聚合物。由兩個(gè)氨基 酸單元構(gòu)成的是二肽，由三個(gè)氨基酸單元構(gòu)成的是三 肽，余類推。它們統(tǒng)稱多肽，或簡稱肽。,通過氨基和羧基之間脫水縮合而形成連接氨基酸單元的酰胺鍵（CONH）又叫做肽鍵。,多肽鏈可用如下通式代表：,在肽鏈中，

8、有氨基的一端叫做N端：有羧基的一端叫做C端。在寫多肽結(jié)構(gòu)時(shí)，通常把N端寫在左邊，C端寫在右邊，命名時(shí)由N端叫起，稱為氨酰（基）某氨酸。常用簡寫來表示。例如：,天然多肽都是由不同的氨基酸組成的。,垂體后葉催產(chǎn)素：,蛋白質(zhì)也是由許多氨基酸單元通過肽鍵組成的。,蛋白質(zhì)部分水解可以得到多肽。,一般將多肽在酸性溶液中水解，再用色層分離法把各種氨基酸分開，然后進(jìn)行分析。 氨基酸的排列順序，則是通過末端分析的方法，配合部分水解，加以確定。,18-2-1 多肽結(jié)構(gòu)的測定,末端分析用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法，可以使多肽末端的氨基酸斷裂，經(jīng)過分析，就可以知道多肽鏈的兩端是哪兩個(gè)氨基酸，這就叫末端分析。降解了的肽鏈還可以再反

9、復(fù)進(jìn)行末端分析，就可以確定多肽鏈中蛋白質(zhì)的連接次序。（一般結(jié)合部分水解的方法）,例如：,設(shè)某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。這三種氨基酸可以有六種排列順序：,要推知該三肽是哪一種組合方式，可以把她部分水解。知道它們是谷半胱和半胱甘。由此可見，半胱氨酸是在三肽鏈的中間，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即該三肽的結(jié)構(gòu)是：谷半胱甘,缺點(diǎn)：氨基酸都水解，形成混合物，只能測 N 端的一個(gè)氨基酸。,N端氨基酸的分析可用2，4-二硝基氟苯與多肽作用。,N端氨基酸的分析還可以用異硫氰酸苯酯與多肽作用。,C端氨基酸的分析，一般羧肽酶可以有選擇地只把C 端氨基酸水解下來，對這個(gè)氨基酸進(jìn)行鑒定，就可以知

10、道原來C端是什么氨基酸。,C 端氨基酸的分析，一般是用在羧肽酶作用下水 解的方法。,18-2-2 多肽的合成,要求：,氨基酸按一定的次序連接起來 達(dá)到一定分子量 不外消旋化（緩和的條件）,推測出來的結(jié)構(gòu)是否完全正確，需要通過多肽的合 成加以證實(shí)。,另一方面，由于多肽與蛋白質(zhì)有著密切的關(guān)系，在需要使一種氨基酸的羧基和另一種羧基酸的羧基相結(jié)合時(shí)，要防止同一種氨基酸分子之間相互結(jié)合。因此，在合成時(shí)，必須把某些氨基或羧基保護(hù)起來，以便反應(yīng)能按所要求的方式進(jìn)行。而所選用的保護(hù)基團(tuán)，必須符合以下條件：在以后脫除該保護(hù)的條件下，肽鍵 不會發(fā)生斷裂。,羧基常通過生成酯加以保護(hù)，因?yàn)轷ケ弱０啡?易水解，用堿性水

11、解的方法，就可以把保護(hù)的基團(tuán) 除去。,氨基可以通過與氯甲酸芐酯（C6H5CH2OCOCL） 作用加以保護(hù)，因?yàn)榘被系钠S氧基很容易用催化氫解 的方法除去。,例如：設(shè)要合成甘氨酰丙氨酸（甘.丙）,若直接用谷氨酸和丙氨酸脫水縮合，將得到四種 二肽的混合物：,如果采用下列反應(yīng)，則可以得到所要求的二肽：,反復(fù)使用這樣的方法，每次構(gòu)成一個(gè)肽鍵，就可以把 各種氨基酸按一定的次序一個(gè)個(gè)地連接起來。多肽的合成是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。例如，牛胰腺核糖核酸酶的多肽鏈已可合成出來，它是由124個(gè)氨基酸單元所構(gòu)成的。,18-3 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是一類很重要的天然有機(jī)物，是生物體內(nèi)一切組織的基礎(chǔ)物質(zhì)，并在生命現(xiàn)象和生命過程

12、中起著決定的作用。 蛋白質(zhì)主要由C、H、O、N、S等元素組成，有些還含有P、Fe、I等元素。 蛋白質(zhì)基本上是由數(shù)百個(gè)、甚至數(shù)千個(gè)氨基酸所構(gòu)成。 水解后只生成多種-氨基酸的，叫單純蛋白質(zhì)（如卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。,水解后除生成-氨基酸外，還有非蛋白質(zhì)物質(zhì)（如糖、脂肪、含磷化合物、含鐵化合物等）生成的，叫結(jié)合蛋白質(zhì)。（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉中的脂蛋白、血紅蛋白等）。結(jié)合蛋白中的非蛋白質(zhì)部分，叫做輔基。,分類,纖維蛋白（絲、毛、皮、角、爪和甲等） 球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、鹽水、酸堿溶液 和乙醇等） 結(jié)合蛋白（與核酸、糖、脂肪及血紅素等結(jié)合）,18-3-1 蛋白質(zhì)的分類和功能,按

13、溶解度分類：一類不溶于水的纖維狀蛋白質(zhì)；一類是能溶于水、酸、堿或鹽溶液的球狀蛋白質(zhì)。,纖維狀蛋白質(zhì)的分子形狀是一條條線裝的，分子中的多肽 鏈扭在一起或平行并列，且以氫鍵互相連接著。這類蛋 白質(zhì)在水中不能溶解。纖維狀蛋白質(zhì)是動物組織的主要 結(jié)構(gòu)材料，角蛋白、骨膠蛋白和肌蛋白都是纖維狀蛋白 質(zhì)。,球狀蛋白質(zhì)的分子形狀是一團(tuán)團(tuán)球狀的，它們的多肽鏈自身扭曲 折疊成特有的球形。在折疊時(shí)，分子內(nèi)某些基團(tuán)之間通過氫鍵、 二硫鍵或范德華引力相互作用著。分子中的疏水基團(tuán)（如烴基等）分布在球形內(nèi)部，而親水基團(tuán)（如OH、NH2、SH、 COOH等）分布在球形表面。因此，球狀蛋白質(zhì)的水溶性比較 大。例如酶、血紅蛋白等

14、都是球狀蛋白。,蛋白質(zhì)的功能,一方面是起組織結(jié)構(gòu)的作用。例如，角蛋白組成皮膚、肌肉等。另一面，蛋白質(zhì)起調(diào)節(jié)作用。例如：毛發(fā)、指甲、頭角：骨膠蛋白組成腱、骨；肌球蛋白組成各種酶對生物化學(xué)反應(yīng)起催化作用；血紅蛋白在血液中，輸送氧氣；胰島素調(diào)節(jié)葡萄糖的代謝；等等在生物體內(nèi)起重要調(diào)節(jié)作用的各種酶，都是蛋白質(zhì)。,常把酶叫做生物催化劑,酶的催化效率很高，并且有高度選擇性,有的酶還具有立體專一性,18-3-2 蛋白質(zhì)的性質(zhì),蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，與酸或堿都 能生成鹽。不同的蛋白質(zhì)有不同等電點(diǎn)。例如，卵清蛋 白為4.9，酪蛋白為4.6。胰島素為5.3，血紅蛋白.為6.8。,蛋白質(zhì)是高分子化合物,水

15、溶液具有膠體溶液的性質(zhì)，不能透過半透膜，能夠電泳；,蛋白質(zhì)都具有旋光性；,蛋白質(zhì)的變性通常都是不可逆的；,蛋白質(zhì)雖然分子很大，但性質(zhì)活潑，能發(fā)生多種顏色反應(yīng)。,縮二脲反應(yīng),蛋白質(zhì)分子中都有CONHCHRCONH 基團(tuán)在蛋白質(zhì)水溶液中加堿和硫酸銅溶液，即產(chǎn)生紅 紫色。,黃色反應(yīng),分子中含有苯環(huán)的蛋白質(zhì)，遇濃硝酸即顯黃色， 這是苯環(huán)發(fā)生硝化的緣故。黃色溶液再用堿處理，就 會轉(zhuǎn)為橙色。,水合茚三酮反應(yīng),蛋白質(zhì)溶液與水合茚三酮溶液作用，也有顏色反應(yīng)。但顏色與氨基酸的不太一樣。,此外，蛋白質(zhì)容易水解，酸、堿、酶能促進(jìn)蛋白 質(zhì)的水解?？傻玫蕉喾N-氨基酸的混合物。如果部分 水解則得到分子較小的多肽。,18-

16、3-3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),多肽鏈中氨基酸的組成和排列次序.,多肽鏈在空間不是任意排布的，由于某些基團(tuán)之間的 氫鍵作用，肽鏈具有一定的構(gòu)象.,整個(gè)分子因鏈段的相互作用而扭曲,折疊成一定的形態(tài).,最后，幾個(gè)各具有特定的1,2,3,級結(jié)構(gòu)的多肽鏈在一起，或者有時(shí)還和輔基在一起，再以一定的關(guān)系相結(jié)合.,蛋白質(zhì)多肽鏈的二級結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種是 右螺旋型，又叫做-螺旋型；另一種是褶紙型，又叫做 -褶紙型。,-螺旋型 多肽鏈結(jié)構(gòu) 可示意如圖,褶紙形多肽鏈結(jié)構(gòu)示意圖,肽鏈伸展在紙型的片面上，相鄰的肽鏈又通過氫鍵 （圖中虛線）相互連接。,

17、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈的進(jìn)一步扭曲折疊。在 在扭折時(shí)，傾向于把親水的極性基團(tuán)露于表面，而疏水 的非極性基團(tuán)包在中間。,肌紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)如圖,許多蛋白質(zhì)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的多肽鏈集合而形成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。例如磷酸化酶就是由兩條相同的多肽鏈組成的，只有兩條肽鏈一起存在才有催化作用。,胰島素含有兩條多肽鏈，共有51個(gè)氨基酸單元:,18-4 核酸,核酸存在于一切生物體中，像蛋白質(zhì)一樣，也是生命的最基本物質(zhì)。與一切生命活動及各種代謝有著密切的關(guān)系。在生物體內(nèi)，核酸對遺傳信息的儲存、蛋白質(zhì)的生物合成都起著決定性的作用。 核酸也是鏈狀高分子化合物，組成核酸的單元是核苷酸。 在生物體內(nèi)，核酸主要以核蛋白的

18、形式存在。核蛋白是結(jié)合蛋白，核酸作為輔基與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。 核酸在適當(dāng)酶的催化下，或在弱堿作用下可以水解成核苷酸；如果溫度升高，則進(jìn)一步水解成核苷和磷酸；在無機(jī)酸作用下則完全水解：,2-4-1 核苷酸和核苷,核酸水解,由核酸水解所得到的戊糖有兩種，即核糖和2-脫氧核糖,按水解后得到的戊糖的不同，核酸可分為兩類。 水解后得到核糖的，叫做核糖核酸（簡稱RNA）。 水解后得到2-脫氧核糖的，叫做脫氧核糖核酸（簡稱 DNA）。,由核酸水解所得到的雜環(huán)堿都是嘌呤堿或嘧啶堿 RNA和DNA所含的嘌呤堿是相同的，即都含有腺嘌呤 和鳥嘌呤。但RNA和DNA所含的嘧啶堿不完全一樣， RNA含有胞嘧啶和尿嘧啶，而DNA含有胞嘧啶和胸腺 嘧啶。,RNA的四種核苷是：,戊糖與雜環(huán)堿形成的苷叫做核苷。,DNA的四種核苷是：,核苷酸在堿溶液中水解，即失去磷酸生成核苷。,核苷中糖的5為（核酸中糖的碳原