大学有机化学课件-蛋白质与核酸

O HCl O R—CH—C—ONH3+ NaOH R—CH—C—OH + ClNH3+ O R—CH—C—O- + H2O + Na+ NH2
11
酸
碱
R-CH-COOH NH2 R-CH-COO NH2
-
H+
HO
R-CH-COO +NH 3
-
H+
HO
R-CH-COOH + NH3
pHp
负离子 （碱性）
IR: 1600cm-1 有吸收（为-COO-的红外吸收， 无羧基在1720cm-1的典型吸收）
3100-2600 cm-1 有吸收（为-NH3+的红外吸收
无-NH2在3500-3000cm-1的典型吸收)
10
2、氨基酸的两性与等电点（pI) 从氨基酸的物理性质与光谱性质可看出： α—氨基酸具有内盐的结构，即为两性离子： 氨基酸为两性化合物与强酸或强碱都可成盐。
22
第二节 多肽
一、多肽的结构与命名 一分子氨基酸的羧基，与另一分子氨基酸
的氨基之间通过失水反应，生成的化合物称
为肽，肽分子中的酰氨键叫做肽键。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。
23
O COOH
O CH2SH
O
H2NCHCH2CH2C—OH + H—NHCHC—OH + H—NHCH2C—OH
O2N
黄 色
27
2、多肽的肼解 — C 端标记
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，所有氨基酸的
残基都转变成相应的氨基酸的酰肼，只有C端
的氨基酸以游离的形式放出。
28
O O O H2NCH2C—NHCHC—NHCHC—OH CH2C6H5 CH3
NH2-NH2
100oC 5-10h
=
O
17
=
+
CHCH3
-2H2O
CH3—
HO—C
=
4、与水合茚三酮的显色
O O O O O OH OH
茚
O 2 O OH OH
茚三酮
水合茚三酮
源自文库-CO2 -3H2O O N O OH O
+
O R CHC OH NH2
藍紫色 凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发 生显色反应。脯氨酸和羟脯氨酸则显黄色。
19
3、盖布瑞尔合成法
O NK + RCHCOOCH3 O Br O N O CHCOOCH3 R
H3O+
COOH COOH
+
+
NH3CHCOOR
+
CH3OH
应用盖布瑞尔合成法可以制备很纯的氨基酸
20
4、盖布瑞尔—丙二酸酯合成法
CH2(COOC2H5)2 CCl4 Br2 BrCH(COOC2H5)2
异亮 — 酪 — 半胱S 谷 — 门冬 — 半胱S—脯—亮— 甘
37
三、多肽的合成
不采取基团保护措施的合成：
38
多肽合成的基本要求：
要有严格的顺序，要有特定的精细的空间结构。 1、为保证氨基酸在肽链中的严格的顺序，要采 取严格的基团保护措施。 2、 为保证合成的产物具有生理活性，就必须使 合成的肽链具有特定的空间结构，为保证合成的 肽链能够具有特定的空间结构，就必须保证每一 步合成产物的旋光性。为此，为防止消旋化的发 生，反应就必须在温和的条件下进行。
16
⑸、与苄氧甲酰氯反应——氨基的保护
O —CH2OC—Cl
+
O NH2-CH-COH R
O O —CH2OC—NH-CH-COH R
H2/Pd
O —CH3 + CO2 + NH2-CH-COH R
⑹、α—氨基酸的热分解
O CH3 C—OH CH NH-H
=
H-NH
O
NH —CH3
O
N H
该反应与α—羟基酸的反应类似。
O2N F NO2
+
O O O H2NCH2CNHCHCNHCHCOH CH3 CH2C6H5
pH=8-9 室温
O 2N
O O O H+ 水解 NHCH2CNHCHCNHCHCOH oC 105 CH 3 CH 2C6H5 NO2
O O O NHCH2COH + H2NCHCOH + H2NCHCOH CH3 NO2 CH2C6H5
3、等电点时氨基酸的溶解度最小。
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 调节酸性氨基酸的等电点时须加酸；调节碱性氨基 酸的等电点时须加碱；由于羧基的离子化程度大于氨
基，调节中性氨基酸的等电点时也须加酸。
13
3、α–氨基酸的反应
2
如：负责对机体的支撑、连接、保护，负责 肌肉的收缩、肠胃的蠕动，在呼吸运动中输 入氧气输出二氧化碳；在生命体的新陈代谢 过程中，起催化作用的酶、起调节作用的 激素、对机体起免疫作用的抗原也是蛋白质 在高等动物的思维和记忆活动中，起作用的 还是蛋白质。总之，蛋白质是生命过程和生 命现象中的全功能分子。
⑴、与HNO2反应——范.斯莱克氨基测定法
R-CH-COOH NH2 HNO2 室温 R-CH-COOH + N2 OH 定量
⑵、与甲醛反应——羧基的测定法
HCHO R-CH-COOH NaOH R-CH-COO-Na R-CH-COOH N=CH2 N=CH2 NH2
将有干扰的氨基掩蔽后，可对羧基进行滴定。
18
二、α—氨基酸的制备
1. α – 卤代酸的氨解
RCH2COOH
Br2 P
RCHCOOH Br
NH3 在高压釜内进行
RCHCOOH NH2
2. 斯垂克（Strecker)合成——氰胺的水解
RCHO + HCN +NH3 RCHCN NH2
H3O+
RCHCOOH NH2
用来合成比原料醛多一个碳的氨基酸。可用 NH4CN 或 NH4Cl+KCN代替HCN+NH3
O NK O
C2H5ONa RX
+
O Br——CH(COOC2H5)2 N CH(COOC2H5)2 O
O N C(COOC2H5)2 O R 1. -OH/H2O 2. H+ -CO2
O R CHC OH NH2
21
连接不同的烃基，可以合成不同的氨基酸：
ClCH2C6H5 O N CH(COOC2H5)2 O
丝 氨 酸： 最初来源于蚕丝
门 冬 氨 酸：最初来源于天门冬的幼苗
9
二、α—氨基酸的性质
1、氨基酸的物理性质与光谱性质
⑴、α—氨基酸都是无色结晶，大部分在水 中有一定的溶解度，且具有鲜美的味 道；酸性氨基酸在水中的溶解度较差； ⑵、氨基酸分子无稳定的熔点，200度以下时 稳定， 200度以上时则发生分解。
3
蛋白质结构复杂、种类繁多。据估计自
然界里存在的蛋白质约有：
1010～1012种
蛋白质
水解
多肽
水解
—氨基酸
可见α—氨基酸是组成蛋白质的基石。
4
第一节 氨基酸
一、氨基酸的结构、分类与命名
目前在自然界发现的 氨基酸（天然氨酸） 有一百多种，但组成蛋白质的氨基酸仅有二十 几种。 天然氨酸具有的特点如下： 1、绝大多数是α—氨基酸。 2、除甘氨酸外都具有旋光性。 3、绝大多数为L—构型。
谷氨酸
半胱氨酸
-2H2O
甘氨酸
肽键
O
O COOH
O CH2SH
H2N—CHCH2CH2—C——NHCH—C——NHCH2C—OH
谷 胱 甘肽 将游离–NH2写在 将游离–COOH写 24 左 边称为N–端 （一种辅酶，生物还原剂）
在右边称为C–端
氮端
谷氨酰-半胱氨酰-甘氨酸
碳端
肽链的几何形状
H N H C
NH2 HS—CH2—CH—COOH HS—CH2—CH—COOH NH2 [O] [H] NH2 S—CH2—CH—COOH S—CH2—CH—COOH NH2
半胱氨酸
胱氨酸
36
胱氨酸中的二硫键可将分子连成环状， 也可能是链状。用还原法将催产素分子 中的二硫键打断后得到的产物其分子量 与催产素相差不大，因而说明催产素是 个环状结构，其连接方式如下：
O O O H2NCH2CNHNH2 + H2NCHCNHNH2 + H2NCHC—OH CH2C6H5 CH3
酰肼
酰肼
羧酸
29
3、异硫氰酸苯酯法（Edman降解）— N端测定
30
4、羧基多肽酶法 — C端测定
31
三）、部分水解法：
思路：多肽链水解后得到的残片总是具有重叠
的部分。如：
水解
甘— 丙 — 谷
pHp
两性偶极离子 （等电点）
pHp
正离子 （酸性）
调节氨基酸水溶液的pH值，使得氨基酸分子所带的正 负电荷的数目相等，此时，氨基酸水溶液的pH值就叫 做该氨基酸的等电点。 12
在等电点时：
1、氨基酸分子所带的正负离子的数目相等，以两性离 子的形式存在。
2、通入电流氨基酸分子既不向正极也不向负极移动
甘+丙—谷 + 甘— 丙 + 谷
32
四）、利用部分水解法测 定催产素的结构
催产素：脑垂体后叶分泌的一种激素。临
产时，促使子宫收缩，刺激乳腺
分泌乳汁。从牛、猪、鸡体内也
取得了相同的物质。它同样可刺
激鸡多生蛋和牛多产奶。
催产素1958年由北大师生将其合成。
33
催产素结构的确定：
N — 端半胱氨酸 C — 端甘氨酸 1、 DNP — 半胱 — 酪 2、 DNP — 门冬 — 半胱 3、 DNP — 异亮 — 谷 4、 DNP — 亮 — 甘 5、 DNP — 半胱 — [亮 ，脯] 6、 DNP — 酪 — [谷 ， 异亮] 注：1、[ ]表示方括号内的氨基酸位次定。 2、DNP：2,4 — 二硝基苯基
5
CHO HO H CH2OH H2N
COOH H CH3
L—甘油醛
CHO HO H H OH CH2OH
L—丙氨酸
COOH H2N H CH3 H OH
D—苏阿糖
L—苏氨酸
6
分类： 1、根据氨基和羧基的相对位置，可分为α、 β、γ
……–氨基酸。组成蛋白质的几乎都是α
– 氨基
酸（在黄芪中曾发现γ–氨基丁酸，其具有降血
压的作用） 。
2、根据氨基与羧基的数目可分为： 氨基数目 ：羧基数目 中性氨基酸：1 碱性氨基酸：2 酸性氨基酸：1 ：1 ：1 ：2
7
人体所必须的八种氨基酸
（人体不能自行合成，只能从食物中摄入）
(CH3)2CHCH(NH2)COOH 缬氨酸
(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH 亮氨酸
C6H5CH2CH(NH2)COOH
O C R
H N H C
R C O
H N H C
O C R
25
二、多肽结构的测定
一）、完全水解法：
可确定组成多肽链的氨基酸的种 类、数目，但不能确定连接顺序。
二肽：连接方式 三肽 四肽 六肽 2种 6种 24种 720种
26
二）、端基分析法：
1、2,4 — 二硝基氟苯法 —— N端标记 （英 Sanger1945年首创）
1
核酸是决定生命遗传的物质，在生物体的 生长、繁殖、遗传、变异和转化等生命过程 中，核酸都起着决定性的作用。核酸中储存 的遗传信息，使得龙生龙、凤生凤，保持了 自然界里物种的延续性和稳定性。 核酸是生命体的遗传物质，蛋白质则是生 命体用以表达各项功能的具体工具。它在生
物体内起着极其复杂和重要的生理功能。
C6H5CH2-CH-COOH NH2 1. -OH/H2O 2. H+ -CO2 HOOCCH2-CH-COOH
C2H5ONa
ClCH2COOC2H5 ClCH2CH2SCH3 CH2=CHCOOH
苯丙氨酸 天门冬氨酸
NH2 CH3SCH2CH2-CH-COOH 蛋氨酸 NH2 HOOCCH2CH2-CH-COOH 谷氨酸 NH2
α– 氨基酸分子既有氨基，又有羧基，它能够进行 普通氨基、羧基所进行的反应。如：
-NH2：与酸成盐、与亚硝酸反应、与甲醛反应、 与酰氯、酸酐进行酰基化反应、与卤代烃
进行烃基化反应。
-COOH: 与碱成盐、成酰氯、成酯、成酰胺反应 还原及脱羧反应 在此仅介绍几个在蛋白质化学中，有着重要意义的 反应。
14
34
1、 DNP — 半胱 — 酪 6、 DNP — 酪 — [谷 ， 异亮] 3、 DNP — 异亮 — 谷
半胱 — 酪— 异亮 — 谷
2、 DNP — 门冬 — 半胱 5、 DNP — 半胱 — [亮 ，脯] 4、 DNP — 亮 — 甘
门冬 — 半胱—脯—亮— 甘
35
1、半胱 — 酪— 异亮 — 谷 2、门冬 — 半胱—脯—亮— 甘 催产素分子中含的是胱氨酸，胱氨酸有 如下反应：
15
⑶、与2,4—二硝基氟苯反应——氮端标记 （1945年英Sanger首创）
O2NF + NH2-CH-COOH NO2 R O2NO NH—CH—COH NO2 R
⑷、成酯反应——羧基的保护
O R-CH-COH + HOCH2— NH2 H
+
O R-CH-C— OCH2— NH2
H2/Pd
O R-CH-COH + CH3— NH2
苯丙氨酸 蛋氨酸
CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH
C2H5CHCH(NH2)COOH CH3
异亮氨酸
CH3CHCH(NH2)COOH OH
苏氨酸
8
H2N(CH2)4CH(NH2)COOH
赖氨酸
N H
—CH2CHCOOH NH2
色氨酸
命名：使用由来源或性质所产生的俗名。如：
甘 氨 酸： 微具甜味