有机化学 22 氨基酸蛋白质和核酸.ppt

§ 22.5 核酸 Nucleic Acids
核糖 Ribose 或 脱氧核糖 Deoxyribose
+
碱基 base
CHO
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
D-(-)-核糖
核苷 + 磷酸 Nucleosides
OH
O P OH
O
5
N
O
4
1
3
2
OH
OH
核苷酸
核苷酸 Nucleotides
聚合
核酸 Nucleic Acids (RNA & DNA)
COOH
H2N
H
碱性氨基酸：3种
COOH
H2N
H
COOH
谷氨酸 Glu (E)
COOH
H2N
H
NH2
赖氨酸 Lys (K)
NH
H2N
NH
精氨酸 Arg (R)
COOH
H2N
H
COOH
天冬氨酸 Asp (D)
COOH
H2N
H
H
N
N
组氨酸 His
§ 22.2 氨基酸的性质 一、两性离子Dipolar Ions和等电点isoelectric point (pI) 氨基酸在固态时主要以内盐zwitterions形式存在
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962
Francis Harry Compton Crick 1916～
James Dewey Watson 1928～
Maurice Hugh Frederick Wilkins 1916～
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic
组成蛋白质的天然氨基酸主要有 20 种 天然氨基酸均为L 型 a-氨基酸
COOH
H2N
H
R
L-a-氨基酸
CHO
HO
H
CH2OH
L---甘油醛
R
COOH
a
NH2
H2N (S) COOH R
二、天然氨基酸的分类和命名
非极性(疏水性)中性氨基酸：8种
COOH
H2N
H
H
(非手性)
甘氨酸 Gly
氨基酸的偶联：形成酰胺键
H2N
O
O
PgHN
+
OH
R1
R1
O
O
coupling O
HO2HN +
H2N OH
coupling
OPg'
H2N
PgHN N
R2
R2
O
H R1
R2 O
R2
deOprotecRt1ing
ONH H R1 O
+ HO2NPg'
O
R2
N H
O
OH
O
R2
PgHN N H
R1
OH O
H2N
"for his work on the structure of proteins, especially that of insulin"
四、蛋白质的高级结构 (P.1027)
a-螺旋 a helix
Linus Carl Pauling 1901~1994
b-折叠 b-pleated sheet
1932～
1918～
"for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNA"
"for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids"
第二十二章 氨基酸、蛋白质和核酸
主要学习内容： 1. 天然氨基酸的结构和分类 2. 氨基酸的性质
氨基酸的等电点，氨基酸的鉴别实验 3. 氨基酸的合成 4. 多肽的合成
氨基和羧基的保护、肽键形成 5. 多肽的结构测定 6. 核苷，核苷酸和核酸
§ 22.1 氨基酸Amino Acids的结构、分类和命名 一、天然氨基酸的结构通式 (P.1007) 氨基酸是形成蛋白质的基本单元
Di-tert-butyl carbonate Boc2O
TFA
9-Fluroenylmethyl chloroformate FmocCl
C端的活化和保护
O
H3CH2CO
Activation
Cl
Ethyl chloroformate
Protection PhCH2Br t-BuOH
Deprotection H2 / Pd TFA
OR
n
S
重排
Ph N O
NH 苯基硫代乙内酰脲衍生物 Phenylthiohydantoin (PTH)
R
OR
O
H
H2N
N
N
OH
H
R
O n-1 R
The protein sequenator
Pehr Victor Edman 1916～1977
Sanger N-terminal Analysis (P.1025)

H2N CH COO
R
Anionic form pH > pI
等电点时氨基酸处于电中性状态，在电场中不移动，两 性离子浓度最高，正和负离子形式氨基酸浓度相等。
等电点时氨基酸溶解度最小，易结晶析出。
二、氨基酸的显色实验 与水合茚三酮Ninhydrin的反应 (P.1010) O O
O
OH
R
EDCI
N N
N OH
HOBt
N
N
N
N
OH
HOAt
正交保护基 Orthogonal Protecting Groups
N端的保护
O
PhH2CO
Cl
Benzyl chloroformate CbzCl
H2 / Pd or
HBr (cold)
O
O Cl CH2
Py
O
(H3C)3CO
OC(CH3)3

H3N CH COOH
R
Cationic form pH < pI
OH
H3O pKa1

H3N CH COO
R
Dipolar ion pH = pI
OH
H3O pKa2
pI = ½(pKa1 + pKa 2)
中性氨基酸 pI < 7 (5 ~ 6.5) 酸性氨基酸 pI ~ 3 碱性氨基酸 pI > 7 (7.5 ~ 10.8)
COOH
H2N
H
CH3
丙氨酸 Ala
COOH
H2N
H
CH3
CH3
亮氨酸 Leu
COOH
H2N
H
CH3 CH3
异亮氨酸 Ile
COOH
H2N
H
H3C
CH3
缬氨酸 Val
COOH
HN
H
COOH
H2N
H
COOH
H2N
H
脯氨酸 Pro
苯丙氨酸 Phe (F)
SCH3
蛋氨酸 Met
极性(不带电荷)中性氨基酸：7种
F
NO2
OR
O
H
O2N (DNFB)
H2N
N
O2N
N H
OH
HCO3
R
OR
n
OR
O
H
H
N
N
N
OH
H
NO2 R
OR
n
H3O 水解
O2N
O
OR
O
H
H
N
+ H2N
N
OH
N
OH
H
NO2 R
R
O n-1 R
The Nobel Prize in Chemistry 1958
Frederick Sanger 1918～
OPg'
O
R1O
R
O O
R2
R3 + H2N coupling
PgHNN H
R1
R
OH N OH
+ HNH2N
OR
N OPgH' R2
OH O
偶联条件
NCN
DCC, DMAP
DCC
DCC, HOBt (or HOAt)
N
EDCI, HOBt (or HOAt) N DMAP
NCN
NH Cl
COOH
+
OH NH2
O
Ninhydrin
与丹酰氯的反应
N(CH3)2
+
SO2Cl
丹酰氯
R
COOH
NH2
N
O
O
蓝紫色，罗曼紫
+ RCHO + CO2 + H2O
N(CH3)2
R
+ HCl
OSN H
O
黄色荧光
COOH
§ 22.3 氨基酸的合成 (P.1012)
a-卤代酸的直接氨化
O
R OH
2 NH3
连的产物，分子量小于10000
少于10个氨基酸残基(residue) 称为寡肽(Oligopeptides)
蛋白质：分子量大于10000
蛋白质的一级结构：氨基酸序列
N-terminal residue
C-terminal residue
O R'
O
H
H3N
N
N
O
H
R
O R''
n
peptide bonds or peptide linkages
acids and its significance for information transfer in living material"
The Nobel Prize in Chemistry 1980
Paul Berg
Walter Gilbert Frederick Sanger
1926～
Polymer
O OH
多肽合成仪
三、多肽的一级结构分析 Amino Acid Analysis Chromatogram
Edman Degradation (P.1025)
OR
O
H
H2N
N
N
OH
H
R
OR
n
O
HA
S Ph
N H
N
R
+
Ph N C S
OH, pH=9
OR
O
HH
H
NN
N
Ph
N
OH
H
SR
固相合成 (SPPS) Solid-phase peptide synthesis
The Nobel Prize in Chemistry 1984
Robert Bruce Merrifield 1921～
"for his development of methodology for chemical synthesis on a solid matrix"

H3N CH COO
R
内盐 zwitterions
水溶液中为两性离子

H3N CH COOH
R
Cationic form
OH H3O

H3N CH COO
R
两性离子 Dipolar ion
OH H3O

H2N CH COO
R
Anionic form
氨基酸的等电点 pI：氨基酸处于电中性时的pH值
碱基的类型
O
NH HN
O
尿嘧啶(U)
H3C
O
NH HN
O
胸腺嘧啶(T)
H
HN
N
N
NH
N
腺嘌呤(A)
The GC pair
The AT pair
H NH
N HN
O
胞嘧啶(C)
O
N
HN
NH
N
HN
H
百度文库
鸟嘌呤(G)
COOH
H2N
H
OH
丝氨酸 Ser
COOH
H2N
H
H
OH
CH3
苏氨酸 Thr
COOH
H2N
H
SH
半胱氨酸 Cys
COOH
H2N
H
CONH2
谷酰胺 Gln (Q)
COOH
H2N
H
CONH2
天冬酰胺 Asn (N)
COOH
H2N
H
COOH
H2N
H
OH
酪氨酸 Tyr (Y)
N H
色氨酸 Trp (W)
酸性氨基酸：2种
X
Gabriel合成法 O
O
NK
X
O
OCH3
R
Strecker合成法
O
R
OH + NH4X
NH2
O
R N
H3O
OO
OCH3
O
R O
NH3
O NaCN
C NH4Cl
消旋体的拆分
NH2 C CN
H3O
NH2 C COOH
§ 22.4 多肽Polypeptides与蛋白质 Proteins
肽：氨基酸用肽键 (peptide bonds or peptide linkages) 相
一、多肽的命名 (P.1015) 命名从N端到C端
O
H3N
O
N
H
O
甘－缬 Gly • Val
O
H3N
O
N
H
O
缬－甘 Val • Gly
O
O
H
H3N
N
N
O
H
O Bn
甘-缬-苯丙 Gly • Val • Phe
H N Cbz
O N H
O H N
OH
O Bn
Z-Gly • Val • Phe
二、多肽的合成 (P.1017)