蛋白质和核酸
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第二十章蛋白质和核酸
第一节 氨基酸 一、氨基酸的结构、命名和分类
RCHCOOH
α-氨基酸
NH2
20种氨基酸见表20-1，合成蛋白质的原料
8种必须氨基酸在人体内不能合成，必须从 食物摄取
蛋白质和核酸
二、氨基酸的构型
COOH
COOH
HO H CH3
L-乳酸
H2N
H
CH3
L-丙氨酸
天然产的氨基酸大多数为L型。
H2 N C H C R N3 R ′
Z N H C H C O N 3 + H N 2 C H C O O R ′′
Z N H C H C O N H C H C O O R ′′
叠氮法合成二肽 蛋白质和核酸
四、氨基酸的制备
三种途径： 蛋白质水解 1820年始 有机合成 1850年始 发酵法 1957年始
NC H C O O R′
O
H 2O O H-
O
C O O H
R
97%
+H2 NC H C O O R′ +R O ′H
C O O H
85%
蛋白质和核酸
3.丙二酸酯合成法（与Gabriel法并用）
例：合成苯丙氨酸
CH2CHCOOH
O
O NH2
KOH
N HB + r C H C (O O C 2 H 5 )2
蛋白质和核酸
多肽命名：以C端氨基酸为母体，其它氨 基酸称为“某氨酰”，依次从左至右加在 母体名称前。
O
O
+
H3NCHCH2CH2C NHCHCNHCH2COOH
COO-
CH2SH
谷氨酸 半胱氨酸
甘氨酸
谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 或 谷-半胱-甘
蛋白质和核酸
二、多肽结构的测定
1.相对分子质量的测定 2.多肽组成测定 3.氨基酸的排列顺序 （1）端基分析 N端测定: 2,4-二硝基氟苯法；异硫氰酸
NC H C (O O C 2 H ′ 5 )2
O
O
NaOC2H5 C6H5CH2Cl
-CO2 △
O
N C(COOC2H′5)2 O CH2C6H5
O N CHCOOH NH2 NH2 O CH2C6H5
H+3O
O
N C(COOH)2 O CH2C6H5
C O NH
CH2 C6 H5
+H2 NCHC O O H
C O NH
蛋白质和核酸
注意： ① R（除C=C-X）可以任意引入； ② 制得的氨基酸为外消旋体，需拆分； ③ 应用膦铑络合催化剂进行不对称合成
可得95%以上的L-氨基酸。
蛋白质和核酸
第二节 多肽
一、肽和肽键
水解 水解 蛋白质 多肽 α-氨基酸
O
O
O
O
H2NCHCOH+ HNHCHCOH -H2OH2NCHC NHCHC OH
保护氨基的方法
酰胺键（肽键）
酰氯、酸酐等都可以用作酰化剂。
蛋白质和核酸
烃基化：
R
R
R′X+ H 2 N C H C O O H
R N ′H C H C O O H
O 2 N
R
F
+ H 2 N C H C O O H
-HF O 2 N
O N H C H C O O H
N O 2
N O 2
若芳环上没有吸电子基，不反应；
酸式离解倾向＞碱式离解倾向：水溶液呈酸性 酸式离解倾向＜碱式离解倾向：水溶液呈碱性 通过加酸或加碱可调控：
蛋白质和核酸
RCHCOOH
N +H3
OH-
+
RCHCOO-
H
N +H3
OH-
H+
RCHCOONH2
电中性
（２）等电点 净电荷为零的氨基酸所在溶液的PH——等 电点PI不同的Fra bibliotek基酸等电点不同
氨基酸纯水溶液PH＝６，问PI？
该反应用于测定N端
产物可溶于乙醚、氯仿，通过层析分离鉴定。
蛋白质和核酸
与HNO2反应：
R C H C O O H+ H N O 2
R C H C O O H+ N 2+H 2 O
N H 2
O H
放出的氮气一半来自氨基酸，一半来自
亚硝酸，反应是定量的，从放出的氮气
的量可计算出氨基酸中氨基的含量——
Van Slyke氨基测定法
与茚三酮反应（鉴别氨基酸的灵敏方法）
4.分子间脱水成二酮吡嗪（P272）
3. 羧基的反应：
① 成酯、成酐、成酰胺的 反应
② 叠氮反应
R
R
H N 2C H C O O H 酯 化 H N 2C H C O O R′N H N 2H 2
R O
H N O 2
R O
H2 N C H CN H-N H2
R
R′
COOH
COOH
H2N
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH3
CH2OH
L-苏 氨酸 蛋白质和D核-酸苏 阿糖
三、氨基酸的性质
1.两性及等电点
（1）两性（-COOH，-NH2）
RCHCOOH +NaOH
NH2
RCHCOOH +HCl
NH2
RCHCOO- + Na+ H2O
NH2 -
RCHCOOH + Cl H2O N +H3
R1
R2
R1
R2 二肽
O OOO
H2 N C H CN H C H CN H C H CN H C H CO H R1 R2 R3 R4
氮端
酰胺键 四肽
碳端
肽键
蛋白质和核酸
肽键：一分子α-氨基酸的-COOH与另一分子 氨基酸的-NH2之间缩水而成的酰胺键称肽键。
多肽：若干个α-氨基酸通过肽键连接的化合物。 肽数=α-氨基酸的数目（n） 肽键数=n-1 N端：肽链的NH2端（习惯在链左端） C端：肽链的COOH端（习惯在链右端） 相对分子质量＞10000的多肽——蛋白质
水溶液：两性离子
固相：内盐
蛋白质和核酸
纯水： RCHCOOH
NH2
+ H2O
纯水： RCHCOOH
NH2
+ H2O
RC NH HC 2OO-+H3+O
RCHCOOH+OHN +H3
R C H C O O H
R C H C O O- 偶 极 离 子
N H 2
N + H 3
内 盐
问题：氨基酸的纯水溶液是酸性？碱性？中性？
等电点时，溶解度最小，析出晶体，用于分离氨
基酸。
蛋白质和核酸
2.-NH2的反应
酰基化：
O
R
OR
R C ′Cl+ H N 2 C H C O O H
O
C H O 2C ClR
+ H N 2C H C O O H
R C ′ N H C H C O O H
OR
C H O 2CN H C H C O O H
蛋白质和核酸
1.由醛或酮制备
HCN RCHO
RCHCOOH NH2
RCHCN OH
NH3
RCHCN NH2
H2O
2.α-卤代酸的氨解
R C H C O O H+ N H 3
R C H C O O H+HX
X
N H 2
缺点：副产物多，难纯化
蛋白质和核酸
用Gabriel法取而代之：
O
R
OR
KOH
N H+XC H C O O R′
第一节 氨基酸 一、氨基酸的结构、命名和分类
RCHCOOH
α-氨基酸
NH2
20种氨基酸见表20-1，合成蛋白质的原料
8种必须氨基酸在人体内不能合成，必须从 食物摄取
蛋白质和核酸
二、氨基酸的构型
COOH
COOH
HO H CH3
L-乳酸
H2N
H
CH3
L-丙氨酸
天然产的氨基酸大多数为L型。
H2 N C H C R N3 R ′
Z N H C H C O N 3 + H N 2 C H C O O R ′′
Z N H C H C O N H C H C O O R ′′
叠氮法合成二肽 蛋白质和核酸
四、氨基酸的制备
三种途径： 蛋白质水解 1820年始 有机合成 1850年始 发酵法 1957年始
NC H C O O R′
O
H 2O O H-
O
C O O H
R
97%
+H2 NC H C O O R′ +R O ′H
C O O H
85%
蛋白质和核酸
3.丙二酸酯合成法（与Gabriel法并用）
例：合成苯丙氨酸
CH2CHCOOH
O
O NH2
KOH
N HB + r C H C (O O C 2 H 5 )2
蛋白质和核酸
多肽命名：以C端氨基酸为母体，其它氨 基酸称为“某氨酰”，依次从左至右加在 母体名称前。
O
O
+
H3NCHCH2CH2C NHCHCNHCH2COOH
COO-
CH2SH
谷氨酸 半胱氨酸
甘氨酸
谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 或 谷-半胱-甘
蛋白质和核酸
二、多肽结构的测定
1.相对分子质量的测定 2.多肽组成测定 3.氨基酸的排列顺序 （1）端基分析 N端测定: 2,4-二硝基氟苯法；异硫氰酸
NC H C (O O C 2 H ′ 5 )2
O
O
NaOC2H5 C6H5CH2Cl
-CO2 △
O
N C(COOC2H′5)2 O CH2C6H5
O N CHCOOH NH2 NH2 O CH2C6H5
H+3O
O
N C(COOH)2 O CH2C6H5
C O NH
CH2 C6 H5
+H2 NCHC O O H
C O NH
蛋白质和核酸
注意： ① R（除C=C-X）可以任意引入； ② 制得的氨基酸为外消旋体，需拆分； ③ 应用膦铑络合催化剂进行不对称合成
可得95%以上的L-氨基酸。
蛋白质和核酸
第二节 多肽
一、肽和肽键
水解 水解 蛋白质 多肽 α-氨基酸
O
O
O
O
H2NCHCOH+ HNHCHCOH -H2OH2NCHC NHCHC OH
保护氨基的方法
酰胺键（肽键）
酰氯、酸酐等都可以用作酰化剂。
蛋白质和核酸
烃基化：
R
R
R′X+ H 2 N C H C O O H
R N ′H C H C O O H
O 2 N
R
F
+ H 2 N C H C O O H
-HF O 2 N
O N H C H C O O H
N O 2
N O 2
若芳环上没有吸电子基，不反应；
酸式离解倾向＞碱式离解倾向：水溶液呈酸性 酸式离解倾向＜碱式离解倾向：水溶液呈碱性 通过加酸或加碱可调控：
蛋白质和核酸
RCHCOOH
N +H3
OH-
+
RCHCOO-
H
N +H3
OH-
H+
RCHCOONH2
电中性
（２）等电点 净电荷为零的氨基酸所在溶液的PH——等 电点PI不同的Fra bibliotek基酸等电点不同
氨基酸纯水溶液PH＝６，问PI？
该反应用于测定N端
产物可溶于乙醚、氯仿，通过层析分离鉴定。
蛋白质和核酸
与HNO2反应：
R C H C O O H+ H N O 2
R C H C O O H+ N 2+H 2 O
N H 2
O H
放出的氮气一半来自氨基酸，一半来自
亚硝酸，反应是定量的，从放出的氮气
的量可计算出氨基酸中氨基的含量——
Van Slyke氨基测定法
与茚三酮反应（鉴别氨基酸的灵敏方法）
4.分子间脱水成二酮吡嗪（P272）
3. 羧基的反应：
① 成酯、成酐、成酰胺的 反应
② 叠氮反应
R
R
H N 2C H C O O H 酯 化 H N 2C H C O O R′N H N 2H 2
R O
H N O 2
R O
H2 N C H CN H-N H2
R
R′
COOH
COOH
H2N
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH3
CH2OH
L-苏 氨酸 蛋白质和D核-酸苏 阿糖
三、氨基酸的性质
1.两性及等电点
（1）两性（-COOH，-NH2）
RCHCOOH +NaOH
NH2
RCHCOOH +HCl
NH2
RCHCOO- + Na+ H2O
NH2 -
RCHCOOH + Cl H2O N +H3
R1
R2
R1
R2 二肽
O OOO
H2 N C H CN H C H CN H C H CN H C H CO H R1 R2 R3 R4
氮端
酰胺键 四肽
碳端
肽键
蛋白质和核酸
肽键：一分子α-氨基酸的-COOH与另一分子 氨基酸的-NH2之间缩水而成的酰胺键称肽键。
多肽：若干个α-氨基酸通过肽键连接的化合物。 肽数=α-氨基酸的数目（n） 肽键数=n-1 N端：肽链的NH2端（习惯在链左端） C端：肽链的COOH端（习惯在链右端） 相对分子质量＞10000的多肽——蛋白质
水溶液：两性离子
固相：内盐
蛋白质和核酸
纯水： RCHCOOH
NH2
+ H2O
纯水： RCHCOOH
NH2
+ H2O
RC NH HC 2OO-+H3+O
RCHCOOH+OHN +H3
R C H C O O H
R C H C O O- 偶 极 离 子
N H 2
N + H 3
内 盐
问题：氨基酸的纯水溶液是酸性？碱性？中性？
等电点时，溶解度最小，析出晶体，用于分离氨
基酸。
蛋白质和核酸
2.-NH2的反应
酰基化：
O
R
OR
R C ′Cl+ H N 2 C H C O O H
O
C H O 2C ClR
+ H N 2C H C O O H
R C ′ N H C H C O O H
OR
C H O 2CN H C H C O O H
蛋白质和核酸
1.由醛或酮制备
HCN RCHO
RCHCOOH NH2
RCHCN OH
NH3
RCHCN NH2
H2O
2.α-卤代酸的氨解
R C H C O O H+ N H 3
R C H C O O H+HX
X
N H 2
缺点：副产物多，难纯化
蛋白质和核酸
用Gabriel法取而代之：
O
R
OR
KOH
N H+XC H C O O R′