第十七章氨基酸、蛋白质和核酸

第十七章氨基酸、蛋白质和核酸

●教学基本要求

1、掌握α-氨基酸的结构、性质和制法；

2、了解多肽的结构、命名和合成；

3、了解蛋白质的结构并掌握它的性质。

●教学重点

α-氨基酸的结构、性质和制法。

●教学难点

α-氨基酸的结构、性质和制法。

●教学时数：

●教学方法与手段

1、讲授与练习相结合；

2、传统教学方法与与现代教学手段相结合；

3、启发式教学。

●教学内容

蛋白质和核酸是生命现象的物质基础，是参与生物体内各种生物变化最重要的组分。蛋白质存在于一切细胞中，它们是构成人体和动植物的基本材料，肌肉、毛发、皮肤、指甲、血清、血红蛋白、神经、激素、酶等都是由不同蛋白质组成的。蛋白质在有机体中承担不同的生理功能，它们供给肌体营养、输送氧气、防御疾病、控制代谢过程、传递遗传信息、负责机械运动等。核酸分子携带着遗传信息，在生物的个体发育、生长、繁殖和遗传变异等生命过程中起着极为重要的作用。

人们通过长期的实验发现：蛋白质被酸、碱或蛋白酶催化水解，最终均产生α-氨基酸。因此，要了解蛋白质的组成、结构和性质，我们必须先讨论α-氨基酸。

第一节氨基酸

氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（-NH2）取代后的衍生物。目前发现的天然氨基酸约有300种，构成蛋白质的氨基酸约有30余种，其中常见的有20余种，人们把这些氨基酸称为蛋白氨基酸。其它不参与蛋白质组成的氨基酸称为非蛋白氨基酸。

1.1α-氨基酸的分类、命名和构型

构成蛋白质的20余种常见氨基酸中除脯氨酸外，都是α-氨基酸，其结构可用通式表示：

RCHCOOH

2

1、分类

根据α-氨基酸通式中R-基团的碳架结构不同，α-氨基酸可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸；根据R-基团的极性不同，α-氨基酸又可分为非极性氨基酸和极性氨基酸；根据α-氨基酸分子中氨基（-NH2）和羧基

COOH H 2N H R L-氨基酸 （-COOH ）的数目不同，α-氨基酸还可分为中性氨基酸（羧基和氨基数目相等）、

酸性氨基酸（羧基数目大于氨基数目）、碱性氨基酸（氨基的数目多于羧基数目）。

2、命名

氨基酸命名通常根据其来源或性质等采用俗名，例如氨基乙酸因具有甜味称

为甘氨酸、丝氨酸最早来源于蚕丝而得名。在使用中为了方便起见，常用英文名

称缩写符号（通常为前三个字母）或用中文代号表示。例如甘氨酸可用Gly 或G

或“甘”字来表示其名称。氨基酸的系统命名法与其它取代羧酸的命名相同，即

以羧酸为母体命名。

3、构型

用D/ L 体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D 型，位于

左边的为L 型。例如：

D-氨基酸 L-氨基酸

这些α-氨基酸中除甘氨酸外，都含有手性碳原子，有旋光性。其构型一般都

是L-型（某些细菌代谢中产生极少量D-氨基酸）。

氨基酸的构型也可用R 、S 标记法组成蛋白质的氨基酸中，有八种动物自身不能合成，必须从食物中获取，缺

乏时会引起疾病，它们被称为必需氨基酸。

1.2α-氨基酸的物理性质

α-氨基酸一般为无色晶体，熔点比相应的羧酸或胺类要高，一般为200—

300℃（许多氨基酸在接近熔点时分解）。除甘氨酸外，其它的α-氨基酸都有旋

光性。大多数氨基酸易溶于水，而不溶于有机溶剂。

1.3α-氨基酸的化学性质

氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基，因此它具有羧酸和胺类化合物的性

质；同时，由于氨基与羧基之间相互影响及分子中R-基团的某些特殊结构，又

显示出一些特殊的性质。

1、氨基酸的两性和等电点

氨基酸分子中同时含有羧基（-COOH ）和氨基（-NH 2），不仅能与强碱或强

酸反应生成盐，而且还可在分子内形成内盐。

内盐（偶极离子）

氨基酸内盐分子是既带有正电荷又带有负电荷的离子，称为两性离子或偶极

离子。氨基酸溶液在某一pH 值时，其分子所带的正、负电荷相等，即成为净电

荷为零的偶极离子，此时溶液的pH 值称为该氨基酸的等电点（pI ）。固体氨基酸

以偶极离子形式存在，静电引力大，具有很高的熔点，可溶于水而难溶于有机溶

剂。

RCHCOH

RCHCO -NH 2O O 3+

R-CH-COOH + HNO

2 ─→ R-CH-COOH + H 2O + N 2↑

| |

NH 2 OH

氨基酸分子是偶极离子，在酸性溶液中它的羧基负离子可接受质子，发生碱

式电离带正电荷；而在碱性溶液中铵根正离子给出质子，发生酸式电离带负电荷。

偶极离子加酸和加碱时引起的变化，可用下式表示：

正离子 偶极离子 负离

子

pH < pI pI pH > pI

说明： 1°等电点为电中性而不是中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移

为零。

中性氨基酸 pI = 4.8~6.3

酸性氨基酸 pI = 2.7~3.2

碱性氨基酸 pI = 7.6~10.8

2°等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。

2、氨基酸中氨基的反应

（1）氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。

乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯、邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的

合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。

选用苄氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引入，对以后应用的种

种试剂较稳定，同时还能用多种方法把它脱下来。

（2）氨基的烃基化 氨基酸与RX 作用则烃基化成N-烃基氨基酸。如氨基酸

能与2,4-二硝基氟苯（DNFB ）反应生成N-（2,4-二硝基苯基）氨基酸，简称N-DNP-

氨基酸。这个化合物显黄色，可用于氨基酸的比色测定。英国科学家桑格尔

（Sanger ）首先用这个反应来标记多肽或蛋白质的N-端氨基酸 ，再将肽链水解，

经层析检测，就可识别多肽或蛋白质的N-端氨基酸。

（3）与亚硝酸反应 大多数氨基酸中含有伯氨基，可以定量与亚硝酸反应，

生成α-羟基酸，并放氮气。

该反应定量进行，从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方

RCHCOH RCHCO -O O 3++3NH 2O RCHCO -OH -+OH -+F 2O 2N + H 2N-CHCOOH R 弱碱

NO 2O 2N NH-CHCOOH R + HF DNP-氨基酸（黄色）N-