第20章 蛋白质和核酸(proteins and nucleic acid)

奋斗，合成的牛胰岛素经过物理化学及生物活性的测定，与天然 的完全相同，这是当时世界上第一次用人工方法合成的与天然产 物完全相同的分子量最大的多肽，牛胰岛素的合成不仅是一项技 术上的成就，更重要的是它使人类在认识生命，揭开生命的奥秘 的伟大历程又前进了一步。 蛋白制是一类含氮的天然的高聚物，由N,C,O,H,有少量S,P, Cu,Mn,Zn,I等元素组成，它是生物体内一切组织的基本组成部分， 细胞内除水外，其余的80%的物质是蛋白质，在生物体内蛋白质 的功能是极其复杂的。 生理作用：负责输送氧气 ——血红蛋白 新陈代谢起调节作用——激素 催化作用——酶 预防疾病的发生（免疫）——抗体 与生物遗传有关——核蛋白（RNA,DNA)
+
H 2N C H C O N H R
鲜红色，比色分析 用已知的丙氨酸做成的比色，从而知道N端是什么氨基
NH2 NH2
应用：1） 在等电点(PI)时，偶极离子浓度最大，氨基酸的溶解度 最小，通过调节溶液的PI值，可以从氨基酸的混合物中分离出某 中氨基酸。 2） 知道等电点，在查什么类型的氨基酸，做鉴定用。 3. 氨基酸的物性和光谱性质 物性：1. ɑ-氨基酸 无色结晶 2.在PI等电点时，两性离子，有极强的静电力 3.由于是偶极离子，难溶于有机溶剂 4.IR: υ –COOH=1600cm-1 υ –NH=3100-2600cm-1（宽）
-10
H 3O ++NH 2CH2 COO = 1.6×10-10 = 6.3 ×10-5
苷胺酸中 -COO碱性基团
+ H 3NCH2 COO - + H 2O + [H 3NCH 2COOH][OH -] Kb = + [H 3NCH 2COO -][H2 O] ka .kb= 10-14 ka =10-14 kb
R
H C
COO-
RCHCOONH2
氨基正离子 (弱酸) 电解: 移向阴极 PH<PI
两性离子 氨基酸负离子 (等电点) 不移动 PH=PI (弱碱) 移向阳极 PH>PI
PI =
PK 1 +PK 2 2
PI 为净电荷为零时的PH值 氨基酸在等电点时溶解度最小, 因而用调节等电点的方法, 可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸. 1) 中性氨基酸 ,一个NH2,一个-COOH NH2CH2COOH CH3CHNH2COOH 苷氨酸 丙氨酸 PI=5-6.5之间
L-乳酸
L-甘油醛
L-丙胺酸
天然氨基酸大部分为L-型,很少有D-型,除苷胺酸外都具有旋光性
三. 氨基酸的性质
ɑ-氨基酸为两性化合物,能与酸或碱生成盐
H 2 NCH 2 COOH+HCl + H 3 NCH 2 COOH ClH 2 NCH 2 COONa+H 2O 苷胺酸钠
NH 2 CH 2 COOH+NaOH
第二节 1. 肽 蛋白质 H2O
多肽
多肽 H2O
ɑ-氨基酸.
蛋白质是分子量大的多肽，部分水解时能生成多肽，50个 以上氨基酸的多肽称为蛋白质。 多肽是多个氨基酸的聚合物，多个氨基酸分子通过氨基和 羧基脱水缩合生成酰氨键（肽键）而形成的。
-H2O
H2NCH2COOH + H2NCH2COOH
H2NCH2CONHCH2COOH 酰氨键（肽键）
甘氨酰丙氨酸或甘—丙
CH CH
2 3 5
C
6
H
H 2N C H C O N H C H C O N H C H 2C O N H C H C O O H
CH
3
CH
2O
H
丙氨酸-苯丙氨酰-甘氨酰-丝氨酸 或 丙—苯丙—甘—丝
由于蛋白质的分子量大，对于多肽的结构进行研究，是了解 蛋白质的一个重要步骤。 多肽结构的测定——降解——分析鉴定——推结构 2. 多肽的测定 测定多肽中ɑ-氨基酸联结的顺序
2) 酸性氨基酸 一个NH2
HOOC NH2 HOOC C H 2C H C O O H
两个-COOH 谷氨酸（味精） 等电点 PH=2.7-3.2 天门冬氨酸
NH2
C H 2C H C O O H
3) 碱性氨基酸 2个-NH2以上 一个-COOH 赖氨酸 PI=7.5-11
C H 2C H 2 C H 2 C H 2C H C O O H
O
D,L-苯丙氨酸
（4）发酵法
微生物 糖类 酸钠
NH2
谷氨酸（味精） 调味剂，L-谷氨
NaOOCCH2CH2CHCOONa
（5）从动物的头发或羽毛的水解产物中分离
H O O C C H C H 2S H
半胱氨酸
NH2 C H 2C H C O O H S HO O CHC NH2 S NH2
胱氨酸
4. 氨基酸的反应 -NH2 -COOH 均可参与反应 1）氨基的酰化
RCOCl + H2NCHCOOH
R O
RCONHCHCOOH + HCl
R O
O + H2NCHCOOH R O
NHCHCOOH R
COOH
2) –NH2的烃化
RX + H2NCHCOOH
R
RNHCHCOOH + HX
R
O2N
第20章 20章
蛋白质和核酸（proteins 蛋白质和核酸（proteins and nucleic acid） acid）
一.概论(Introduction) 蛋白质和核酸都是生命的基础物质，也都是高分子化合物，早在 一百年前，恩格斯对蛋白质有所认识，他认为蛋白质和生命活动有 着不可分割的关系，他指出生命是蛋白质存在的方式，在恩格斯的 著作中，明确地指出生命的基本特征就是蛋白质不断地自我更新， 也就是我们平时讲的新陈代谢，由简单的病毒，霉菌等简单的生物 到高等的动物和人类，一切生物个体的生存和种族的繁衍活动都和 蛋白质的合成，变化，分解有直接的关系，正如恩格斯所说，没有 蛋白质就没有生命。另外，他还指出只要把蛋白质的化学成分搞清 楚，化学家就能着手制造活的蛋白质。1965年我国科学工作者成功 地合成了具有生理活性的蛋白质——牛胰岛素，由51个氨基酸组 成的多肽，1959年开始，人工合成牛胰岛素的研究工作经过六年的
分离方法： A. 分步结晶 （PH不同，PI不同，各种氨基酸有一定的溶解度） B. 电泳法 C. 层析法 D. 离子交换法 2 .制备——三种方法 （1）由醛和酮制备
RCHO HCN RCHCN
OH
NH3
RCHCN
NH2
H2O H+
RCHCOOH
NH2
（2）பைடு நூலகம்瑞尔法
O
O NH
+
XCHCOOR
R
NCHCOOR R
( G ly ) (A la )
H C NH
2
濑 胺 酸
( V a l)
4.
C H 2C H C O O H NH
2
苯 丙 胺 酸
(P h e)
5.
H O C H 2C H C O O H
NH
2
丝 胺 酸
(S er)
6.
HO
C H 2C H C O O H NH CH
2 2
酪 胺 酸
(T y r)
CHCOOH NH
+ H3 NCH 2COOH = 2.5×10-12
+
OH -
= 10-14
= 4×10-3 2.5×10-12
条件 强酸溶液中 氨基酸 强碱溶液中 等电点(isoelectric point) (分子的净电荷为零)
R
H C
+ NH
3
存在方式 正离子 负离子 两性离子
OHH+
+ NH
3
COOH
OHH+
ɑ-氨基酸(ɑ-Amino Acid)
一.概念: 羧酸分子中羟基上的H被氨基酸取代生成的化合物称为氨基酸 ,由于氨基在ɑ -H,则称为ɑ-氨基酸. ɑ-氨基酸分子中的羟基与另一分子ɑ-氨基酸的氨基生成的酰胺 称为肽(peptides),多肽(polypeptides)是多个ɑ-氨基酸分子用肽 键连接而生成的化合物. 蛋白质是由多种ɑ-氨基酸用肽键连接起来的，分子量很大的多 肽,水解可生成ɑ-氨基酸的混合物.
F
+ H2NCHCOOH
R
-HF
O2N
NHCHCOOH R NO2
NO2
此反应作为N-端测定试剂
3）与HNO2反应
RCHCOOH + HNO2
NH2
RCHCOOH + N 2 +H2O
OH
从氮气的量，可计算出氨基酸中氨基的含量——Van Slyke氨基 测定法。
4. 与茚三酮的反应——显蓝或紫色（鉴定ɑ-氨基酸 ）
NH2NH2
H2NCHCONHNH2
R R O R
HONO H2NCHCON3
H2 NCHCOOH H2 NCHCNHCHCOOH
酰氨键（肽键） 二肽
四. 氨基酸的来源及制备 1. 来源 H2O 蛋白质
ɑ-氨基酸的混合物
用3%HCl, 破坏色氨酸，赖氨酸
水解条件
用碱，破坏半胱氨酸 蛋白酶，不破坏，较慢，水解不完全
O O O C
+ H 2 N CHCO OH
R O
-H 2 O
O O
NCHCO OH R
O
-CO 2
H
OH
NCHR
HOH
NH 2
-RCHO
O O
O
H
N
OH
CHR
O
O O O N O
O
-H 2 O
O O
（蓝色）紫色
5. 氨基酸羟基的反应
O
H2NCHCOOH
R
R'OH H+
R O
H2NCHCOOR'
R R
二. 结构, 命名和分类
结构通式:
H R
C
NH2
COO H
R可以是H,羟基,芳环,杂环,除苷胺酸外,都是有旋光性的 如下列氨基酸:
1 . N H 2C H 2C O O H 2 . C H 3C H N H 2C O O H 3 . H 3C
H C CH
3
苷 胺 酸 丙 胺 酸
C H 2O O H
N C (C O O E t) 2
P hC H 2 C l 亲核试剂
H3O+
N C (C O O E t) 2 O
O
O N
C H 2 Ph C COO H O COO H
O
C H 2P h C H CO OH
-C O 2 加热
N O
O
H 2N N H 2
NH NH
+
H 2 N C H C OO H
C H 2 Ph
H
2
N C H C O N H C H C O O H
C H 3 R
N-端 1) N-端
C-端
A.
CH3 O 2N F R
+ H 2N C H C N H C H C O N H R
O
2
NO
O 2N
NHCHCONHCHCONHR CH3 NO2 R R
H 3O +
O 2N
NHCHCOOH CH3 NO2
书写时把氨基的一端写在左边，有羧基的一端写在右边，多 肽和氨基酸一样，也是两性离子。
R O H N R CHCOO H
多肽链：
H 2N C H C
O
CH R
N H
n
写在左边 N-端
H 2N C H 2C O N H C H 2C O O H
C-端 写在右边 甘氨酰甘氨酸或甘—甘
H 2N C H 2C O N H C H C O O H
植物： 动物：
CO2 +H2O+无机盐 必须从食物中摄入蛋白质
蛋白质
蛋白质，脂肪，糖类是人的营养中的三大要素，是维持生命 不可缺少的部分。蛋白质的水解都生成氨基酸
蛋白质
ɑ-氨基酸的混合物 在H+或OH-或酶催化下 (20几种)
氨基酸是蛋白质的基石,因此在讨论蛋白质以前先讨论一下 氨基酸的化学.
第一节
H3 O+
O O OH OH O
O
+
H2NCHCOOH
R
+
ROH
（3）由丙二酸合成
C H 2 (C OO Et) 2 Br C C l4
O N -R +
B rC H (C O OE t) 2
O
B rC H(C O O Et) 2
N C H (C O O E t) 2
E tO Na E tO H
O O O O C H 2P h
氨基酸在一般情况下,不是以游离的羟基或氨基存在,而是两 性电离,形成内盐.
NH2CH2COOH
+ H3NCH2COO-
在水溶液中
H 3 NCH 2COO- + H2O 苷胺酸中 + NH 3CH2 COO 酸性基团 ka .kb = 10-14 kb = 10-14 ka Ka = [H3O + ][NH 2CH 2COO- ] [H 3N+CH 2COO -] =10-14 1.6×10
氨基酸的用途： 1. 稻麦中缺少赖氨酸，在面包中添加赖氨酸，可以提高营养 价值。
H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CHCOOH
NH 2
2. 人体有八种氨基酸不能在人体内合成，只能从外部食物摄取 八种必需氨基酸有：颉，亮，异亮，赖，苯丙，苏，色 3. 氨基酸和微生物配成注射液，用于外伤病人，外科手术良好。
2
色 胺 酸
(T rp )
7.
N H
8.
H O O C C H 2C H C O O H
NH
2
门 冬 胺 酸
(A sp )
动物从食物中摄取蛋白质经消化后变成氨基酸而被吸收,不部分 用于自身的蛋白质，剩余则转化为其他生物活性物质或消耗而 释放能量. 二. 氨基酸的构型
COOH HO CH3 H HO CH3 CHO H H2N CH3 COOH H (S)构型