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第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸 Amino acid Peptide Proten nucleic acid
exit 止于至善 厚德博学 第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸 Amino acid Peptide Proten nucleic acid exit
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本 章 提 纲 第一节 氨基酸的结构、名称及物理性质 第二节 氨基酸的化学性质 第三节 氨基酸的合成 第四节 多肽的定义、命名和结构
第一节 氨基酸的结构、名称及物理性质 第二节 氨基酸的化学性质 第三节 氨基酸的合成 第四节 多肽的定义、命名和结构 第五节 多肽的合成 第六节 多肽结构的测定 第七节 蛋白质的结构和特性 第八节 核酸
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第一节 氨基酸的结构、名称和物性 一 定义 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 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。 一 定义 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。 -氨基酸通式 谷氨基酸 组氨酸
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二 分类 三 氨基酸的构型★和存在形式 按氨基与羧基的相对位置分：α-氨基酸，β-氨基酸 按氨基与羧基的数目来分：
二 分类 按氨基与羧基的相对位置分：α-氨基酸，β-氨基酸 按氨基与羧基的数目来分： 中性氨基酸、酸性氨基酸，碱性氨基酸 三 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。
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存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在，具有内盐结构。
组氨酸 谷氨酸 丙氨酸 甘氨酸 苯丙氨酸 写出它们的构型式
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四 名称和物理性质 名 称 物 理 性 质 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。
四 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。658页 物 理 性 质 大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度； 氨基酸不溶于乙醚等非质子溶剂； 氨基酸多为白色晶体、熔点高，熔融易分解； 氨基酸有较大的偶极矩； 每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。
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五 八个必需氨基酸 缬氨酸 Val 亮氨酸Leu 异亮氨酸Ile 苯丙氨酸Phe 苏氨酸Thr 蛋氨酸Met 赖氨酸Lys 色氨酸Trp
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第二节 氨基酸的性质 酸碱性 等电点 三 化学性质
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酸碱性 氨基酸中的氨基是碱性的，羧基是酸性的，由于二者相互影响，它们的酸碱性与单纯的羧酸或胺相比要低得多。
氨基酸在固态或水溶液中形成内盐-两性离子。 氨基酸遇酸生成铵盐，遇碱生成羧酸盐。
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二 等电点 isoelectric point
在某一pH值下，氨基酸中羧基与氨基的离子化程度相等时，氨基酸溶液中的正、负离子的浓度完全相等，氨基酸分子的净电荷为零（分子净迁移为零）。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。用pI 表示 页
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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。用滴定法测氨基酸的等电点。
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。可用调节等电点的方法从氨基酸的混合物中分离某些氨基酸。
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中性氨基酸的等电点：pI=6.2~6.8 酸性氨基酸的等电点：pI=2.8~3.2 碱性氨基酸的等电点：pI=7.6~10.8
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三 -氨基酸的反应 1 羧基的反应-酯化 2 氨基的反应-酰化
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3 特征反应-水和茚三酮反应 茚 茚三酮 水合茚三酮 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。 + -CO2，-RCHO
3 特征反应-水和茚三酮反应 茚 茚三酮 水合茚三酮 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。 -CO2，-RCHO + -3H2O 互变异构 紫色
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第三节 氨基酸的合成 一 α-卤代酸的氨化 二 丙二酸酯法 三 斯瑞克合成法--醛的氨氰化法 四 盖布瑞尔法
第三节 氨基酸的合成 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 一 α-卤代酸的氨化 二 丙二酸酯法 三 斯瑞克合成法--醛的氨氰化法 四 盖布瑞尔法
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一 α-卤代酸的氨化 二 丙二酸酯法 Br2 NH3 RCH2COOH P + NC-CH=CH2 H3+O H2/Pt 醋酸
一 α-卤代酸的氨化 Br2 NH3 RCH2COOH P 在封管或高压釜内进行 二 丙二酸酯法 + NC-CH=CH2 H3+O H2/Pt 醋酸 麦克尔加成 碱 H2/催 加热 -CO2
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溴代丙二酸酯法合成 蛋氨酸（ 50%） CH2(COOEt)2 BrCH(COOEt)2 ClCH2CH2SCH3 HCl Br2 CCl4
Na NaOH 蛋氨酸（ 50%） 烷基化
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三 斯瑞克（strecker）合成法--醛的氨氰化法
改进方法： 用NH4CN or NH4Cl+KCN代替HCN+NH3 应 用： 合成比原料醛多一个碳的氨基酸 RCHO + HCN +NH3 H3+O
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四 盖布瑞尔法 应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。 H3O+
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谷氨酸的合成 NaOEt + CH2=CHCOOEt 麦克尔加成 H3+O 谷氨酸 （70%）
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第四节 多肽的定义、命名和结构 一 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，形成一个酰氨键，新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰氨键叫肽键。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。
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二 命名 产物三肽的名称为：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸 N端在左，C端在右.（甘-丙-亮）（Gly-Ala-Leu） 甘氨酸 丙氨酸 亮氨酸
二 命名 -2H2O 甘氨酸 丙氨酸 亮氨酸 肽键 N端 C-端 产物三肽的名称为：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸 N端在左，C端在右.（甘-丙-亮）（Gly-Ala-Leu）
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三 结构 1. 肽键和肽的几何形状 2. 二硫键 Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly •NH2 S S
三 结构 1. 肽键和肽的几何形状 2. 二硫键 空气氧化 Na +液NH3 Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly •NH2 牛催产素 S S
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第五节 多肽的合成 ★ 一 氨基的保护 二 羧基的保护 三 侧链的保护 四 接肽方法 1 混合酸酐法 2 活泼酯法、
第五节 多肽的合成 ★ 一 氨基的保护 二 羧基的保护 三 侧链的保护 四 接肽方法 1 混合酸酐法 活泼酯法、 3 碳二亚胺法 固相接肽
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多肽合成必须解决下面四个问题 1.氨基保护 2. 羧基保护 3. 侧链保护 4. 接肽方法 保护基必须具备的条件 （1）易在预定的部位引入 （2）在某特定的条件下，保护基很易除去 （3）引入和除去保护基时，分子中的其它部位 不会受到影响，特别是已接好的肽键。
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Benzoxycarbonyl（简写Z）
一 氨基的保护 1. 用氯代甲酸苯甲酯（或称苯甲氧基甲酰氯）保护 C6H5CH2OH+COCl2（光气) Benzoxycarbonyl（简写Z）
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反应过程： +NH3CH2CO2- 上保护基 接肽 （1mol） 去保护基 H+ SOCl2 OH- +NH3CH2CO2-, OH- H+
H2 Pd/C 去保护基 CF3COOH H+
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2 用氯代甲酸叔丁酯保护 叔丁氧羰基 t-Butoxycarbonyl 简写BOC 在多肽中的应用： -OH, 25oC 上保护基
2 用氯代甲酸叔丁酯保护 叔丁氧羰基 t-Butoxycarbonyl 简写BOC 在多肽中的应用： -OH, 25oC 上保护基 CF3COOH HOAc 去保护基 接肽（过程略）
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*1. 催化氢化和稀碱都不能除去BOC，通常用温
和的酸性水解法除去。 *2. 若氨基酸中有多个氨基，在接肽前均需保护。
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二 羧基的保护 A 使用的酸为：CF3COOH HBr / HOAc A代表： HCl CH3OH Na2CO3 Pd / H2 H3+O
二 羧基的保护 HCl CH3OH 接肽 Na2CO3 Pd / H2 (CH3)2C=CH2 H3+O 去保护基 上保护基 A 使用的酸为：CF3COOH HBr / HOAc A代表：
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三 侧链的保护 巯基经常用苯甲基保护，保护基可以在钠、液氨作用下除去。
三 侧链的保护 当氨基酸的侧链带有某些官能团时，在合成多肽时，有时也需要加以保护，保护的方法，要视具体情况而定。 例如： 上保护基 Na, NH3(l) 去保护基 空气中氧化 巯基经常用苯甲基保护，保护基可以在钠、液氨作用下除去。
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四 接肽的方法 1 混合酸酐法（活化羧基） 接肽 C6H5CH2OCOCl -OH, 25oC N(C2H5)3 -5-0oC
四 接肽的方法 1 混合酸酐法（活化羧基） -OH, 25oC N(C2H5)3 -5-0oC C6H5CH2OCOCl -(C2H5)3N•HCl 接肽 H2/Pd-C
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2 活泼酯法 N(C2H5) 3 H+
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3. 碳二亚胺法接肽 ★ dicyclohexylcarbodimide (DCC) 接肽 H2 / Pd-C 去保护基
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失水机制 二环己基脲
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4. 固相接肽 在不溶的高分子树脂的表面上进行接肽反应称为固相接肽。 麦尔德发明；获1984年诺贝尔化学奖。
4. 固相接肽 在不溶的高分子树脂的表面上进行接肽反应称为固相接肽。 麦尔德发明；获1984年诺贝尔化学奖。 解决了蛋白质和多肽的一些合成问题。
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第六节 多肽结构的测定 测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作： 测定分子中是否存在二硫键 多肽或蛋白质分子中有二硫键，需要切断。
第六节 多肽结构的测定 测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作： 测定分子中是否存在二硫键 多肽或蛋白质分子中有二硫键，需要切断。 其方法是用过酸氧化。 二 检测氨基酸的组成及其相对比例 该工作由氨基酸自动分析仪完成 三 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序
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三 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序 1. N-端氨基酸单元的分析 在N-端引入具有特定基团的标记化合物，这种标记基
三 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序 1. N-端氨基酸单元的分析 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。
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二硝基氟苯法（桑格尔法） DNFB + Gly-Ala-Phe DNFB-Gly-Ala-Phe DNFB-Gly Ala Phe
105oC DNFB-Gly-Ala-Phe DNFB-Gly Ala Phe
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Edman 降解法 用于氨基酸自动分析仪
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2. C-末端测定 肼解法： 当蛋白质（或多肽）与无水肼在100℃反应5-10h后，除C端氨基酸外，所有氨基酸都转变成相应氨基酸的酰肼，C端氨基酸则以游离氨基酸放出。 NH2-NH oC h Gly-Ala-Phe GlyNHNH AlaNHNH Phe
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第七节 蛋白质的结构和特性 一定义: 相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。
第七节 蛋白质的结构和特性 一定义: 相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。 蛋白质是一切生物细胞的重要组成部分,没有蛋白质就没有生命.不同蛋白质在机体的新陈代谢中起不同作用,根据它们的功能主要有以下几种: 1 酶 2 激素 3 抗体 4 输送蛋白 5 收缩蛋白
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二 蛋白质有四级结构 肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，也叫一级结构。
二 蛋白质有四级结构 肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，也叫一级结构。 多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。 α-螺旋 β-折叠 无规线团 在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。 各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及相互作用，称为蛋白质的四级结构。 蛋白质的生理活性是由二级、三级、四级结构来决定的。
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三 蛋白质的性质 蛋白质是氨基酸组成的高聚物，其物理、化学性质部分与氨基酸相似，如两性电离、等电点、茚三酮显色等。但又有与氨基酸不同的性质。
蛋白质变性 在外界物理、化学因素影响下，蛋白质的2、 3 、4级结构受到破坏引起蛋白质的性质改变，如粘性增大，结晶性破坏，丧失生物活性等，叫蛋白质的变性。 蛋白质的沉淀现象 ①盐析：在蛋白质溶液中，加入大量中性盐，使蛋白质析出溶液，不引起变性。 ②脱水剂: 乙醇、甲醇、丙酮等亲水性强的有机溶剂能使蛋白质胶体颗粒失去表面的水膜，引起变性沉淀。 ③重金属盐：汞、铅、铜、银等离子与蛋白质结合生成沉淀 ④加热：使蛋白质凝固。 蛋白质的颜色反应 ① 茚三酮 蓝紫色②双缩脲反应 紫色或红色 CuSO4,NaOH③蛋白黄反应 硝酸
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第九节 核酸 nucleic acids 结构组成 D-核糖 + 碱基 D-核糖的核苷 + 磷酸 核糖核酸 核糖核苷酸 核酸
聚合 核糖核酸 核糖核苷酸 核酸 D-2-脱氧核糖 + 碱基 D-2-脱氧核糖的核苷 + 磷酸 聚合 脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖核酸
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核酸的基本单位 一 糖 D-2-脱氧核糖 D-核糖
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二 碱基 T（胸腺嘧啶） U（脲嘧啶） A（腺嘌呤） G（鸟嘌呤） C（胞嘧啶）
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RNA的 组 成 腺苷（A） 鸟苷（G） 胞苷（C） 脲苷（U）
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RNA的作用 将遗传密码翻译变成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。
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DNA 的 组 成 2-脱氧腺苷dA 2-脱氧胸腺苷dT 2-脱氧胞苷dC 2-脱氧鸟苷 dG
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携带全部遗传密码。DNA所携带的全部遗传信息都记载在DNA所包含的全部核苷酸的排列顺序中。
DNA虽然只有四种类型的核苷酸，但它的相对分子质量极大，这四种核苷酸在DNA分子中的排列方式近乎无穷，一个含1000个核苷酸的DNA分子，有41000种排列方式，这是一个天文数字，这就是生物界多样性的原因。
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补充：由相应的氨基酸合成丙氨酰苯丙氨酸。
本章重点 1 简单氨基酸的命名和构型★ 2 氨基酸的性质与鉴别方法（等电点、显色反应） 3 了解氨基酸的合成方法 4 简单二肽的命名、写法与合成 5 蛋白质的性质与鉴别（变性、颜色反应） 6 了解核酸的组成与作用 作业：课后问题 补充：由相应的氨基酸合成丙氨酰苯丙氨酸。
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