有機(jī)化學(xué)--張金梅--17

1、課程名稱：課程名稱： 有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)( (Organic Chemistry) )第十七章第十七章 氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸任課教師：任課教師： 張金梅張金梅教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 氨基酸的分類、命名、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和氨基酸的分類、命名、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和*制備；制備； 肽的結(jié)構(gòu)、命名和肽鍵，肽的結(jié)構(gòu)、命名和肽鍵，*多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定與合成；多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定與合成； 蛋白質(zhì)的分類、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；蛋白質(zhì)的分類、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；*酶的組成、分類及催化反應(yīng)的特性酶的組成、分類及催化反應(yīng)的特性;*核苷酸的結(jié)構(gòu)，核酸的結(jié)構(gòu)和生物功能。核苷酸的結(jié)構(gòu)，核酸的結(jié)構(gòu)和生物功能。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 氨基酸的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、性質(zhì)和

2、氨基酸的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、性質(zhì)和*制備；制備； 肽的結(jié)構(gòu)、命名和肽鍵，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。肽的結(jié)構(gòu)、命名和肽鍵，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 氨基酸的性質(zhì)；氨基酸的性質(zhì)； 肽及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。肽及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名 v結(jié)構(gòu)：組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有結(jié)構(gòu)：組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，都是種，都是-氨基酸。氨基酸。R CH COOHNH2v除甘氨酸外，都有旋光性，且除甘氨酸外，都有旋光性，且都是都是L型的。以編號(hào)型的。以編號(hào)最小的手性碳最小的手性碳的構(gòu)型確定的構(gòu)型確定COOHCH3HOHCOOHCH3H2NHCOOHCH3OHH2NL-

3、乳酸乳酸 L-丙氨酸丙氨酸 L-蘇氨酸蘇氨酸 COOHH2NHRv命名：天然氨基酸常采用習(xí)慣名稱。命名：天然氨基酸常采用習(xí)慣名稱。 構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸，有一套通用的符號(hào)，這種氨基酸，有一套通用的符號(hào)，這些符號(hào)象元素符號(hào)一樣，是國(guó)際通用的。些符號(hào)象元素符號(hào)一樣，是國(guó)際通用的。 v分類：分類： 氨基酸可按分子中氨基和羧基的相對(duì)數(shù)目，分為中氨基酸可按分子中氨基和羧基的相對(duì)數(shù)目，分為中性氨基酸性氨基酸( (含含1個(gè)氨基個(gè)氨基1個(gè)羧基個(gè)羧基) )、酸性氨基酸、酸性氨基酸( (含含1個(gè)氨個(gè)氨基基2個(gè)羧基個(gè)羧基) )和堿性氨基酸和堿性氨基酸( (含含2個(gè)氨基個(gè)氨基1個(gè)羧基個(gè)羧基) )。 也

4、可按烴基的結(jié)構(gòu)分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基也可按烴基的結(jié)構(gòu)分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。脂肪族氨基酸可分為酸和雜環(huán)氨基酸。脂肪族氨基酸可分為-,-,-,-,- 氨氨基酸等。基酸等。 氨基酸的性質(zhì)氨基酸的性質(zhì) (1) -氨基酸的物理性質(zhì)氨基酸的物理性質(zhì) v-氨基酸都是高熔點(diǎn)固體，多數(shù)在熔化時(shí)分解。氨基酸都是高熔點(diǎn)固體，多數(shù)在熔化時(shí)分解。 甘氨酸：甘氨酸：262(分解分解) ) 酪氨酸：酪氨酸：310(分解分解) )v但但-氨基酸的氨基酸的N-酰基化合物和酰胺的熔點(diǎn)卻較低。?；衔锖王０返娜埸c(diǎn)卻較低。 C6H5CONHCH2COOH：190； H2NCH2CONH2：6768。 v

5、-氨基酸不溶于乙醚等非極性溶劑，在水里的溶解度氨基酸不溶于乙醚等非極性溶劑，在水里的溶解度大小不一，但都比在乙醚中的大。大小不一，但都比在乙醚中的大。 CH3 CH COONH3+ HOOCCH2CH2CHCOONH3+ 丙氨酸丙氨酸 谷氨酸谷氨酸 v- -氨基酸的偶極矩比分子量相近的羧酸或胺都大得多。氨基酸的偶極矩比分子量相近的羧酸或胺都大得多。 v是以偶極離子形式存在的。是以偶極離子形式存在的。 (2) 酸堿性酸堿性 v氨基酸既能和酸反應(yīng)生成銨鹽，也能和堿反應(yīng)生成羧氨基酸既能和酸反應(yīng)生成銨鹽，也能和堿反應(yīng)生成羧酸鹽，是兩性化合物。酸鹽，是兩性化合物。 v氨基酸在溶液中存在下列平衡：氨基酸在

6、溶液中存在下列平衡： R CH COOHNH3+H+OHR CH COONH3+ H+OH R CH COONH2K1K2低低pH 高高pH (3) 等電點(diǎn)等電點(diǎn) vpI： 氨基酸所帶的正電荷數(shù)目與負(fù)電荷數(shù)目正好相等氨基酸所帶的正電荷數(shù)目與負(fù)電荷數(shù)目正好相等時(shí)的時(shí)的pH值。值。 v關(guān)系式：關(guān)系式：pI = (pK1 + pK2)2 CH3CHCOOHNH3+ H+OHCH3CHCOONH3+H+OHCH3CHCOONH3pK1=2.34pK2=9.69丙氨酸丙氨酸pI =22.34 + 9.69= 6.02v在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸幾乎全部以兩性離子形式存在。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸幾乎全部以兩性離子形式

7、存在。溶液的溶液的pHpI時(shí)，時(shí)，氨基酸以負(fù)離子形式存在。氨基酸以負(fù)離子形式存在。 v處于等電點(diǎn)的氨基酸溶解度最小。處于等電點(diǎn)的氨基酸溶解度最小?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定氨基酸的等電點(diǎn)來(lái)鑒別氨基酸?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定氨基酸的等電點(diǎn)來(lái)鑒別氨基酸。 中性氨基酸：中性氨基酸：pI=6.26.8；v分子結(jié)構(gòu)不同的氨基酸，等電點(diǎn)各不相同。分子結(jié)構(gòu)不同的氨基酸，等電點(diǎn)各不相同。酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=2.83.2；堿性氨基酸：堿性氨基酸：pI=7.610.8。 (4) 氨基的反應(yīng)氨基的反應(yīng) v和亞硝酸反應(yīng)和亞硝酸反應(yīng) R CH COOHNH2+ HNO2R CH COOHOH+ N2+ H2O 反應(yīng)是定量完成的，根據(jù)

8、放出氮?dú)獾牧?，算出樣反?yīng)是定量完成的，根據(jù)放出氮?dú)獾牧浚愠鰳悠分邪被暮?。品中氨基的含量。稱為稱為Van slyke氨基測(cè)定法。氨基測(cè)定法。 v和甲醛反應(yīng)和甲醛反應(yīng) R CH COOHNH2R CH COOHNH CH2OHCH2OR CH COOHN CH2 由于反應(yīng)產(chǎn)物不能再生成兩性離子，因此可以用標(biāo)由于反應(yīng)產(chǎn)物不能再生成兩性離子，因此可以用標(biāo)準(zhǔn)堿溶液來(lái)滴定，進(jìn)行氨基酸的分析。準(zhǔn)堿溶液來(lái)滴定，進(jìn)行氨基酸的分析。(5) 羧基的反應(yīng)羧基的反應(yīng) v酯化反應(yīng)酯化反應(yīng) CH3OH , HClC6H5CH2CHCOONH3+C6H5CH2CHCOOCH3NH3Cl+在合成蛋白質(zhì)時(shí)常用于保護(hù)羧基。在

9、合成蛋白質(zhì)時(shí)常用于保護(hù)羧基。 v脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng) R CHNH3+COO-RCH2NH2+CO2v與金屬離子作用與金屬離子作用 CHCOCuHNHNCHCOROOR(6) 受熱的反應(yīng)受熱的反應(yīng) -氨基酸受熱反應(yīng)氨基酸受熱反應(yīng)-氨基酸受熱反應(yīng)氨基酸受熱反應(yīng)R CHNH2COOHCHHNCCHNHCOORRRCHNH2CH2+NH3COOHR CH CH COOH，-氨基酸受熱反應(yīng)氨基酸受熱反應(yīng)-受熱反應(yīng)受熱反應(yīng)RCHNH2CH2CH2COOHH2CCHNHCH2CORRCHNH2CH2CHHNCCH2CH2H2CORCH2CH2COOH生成聚酰胺生成聚酰胺(7)與水合茚三酮的反應(yīng)與水合茚三酮的反

10、應(yīng)+RCHCOOHNH2OHOHOOOOOOHN+ RCHO水合茚三酮水合茚三酮 紫色紫色 可以用于氨基酸的比色測(cè)定和紙上層析的顯色?？梢杂糜诎被岬谋壬珳y(cè)定和紙上層析的顯色。 80轉(zhuǎn)多肽轉(zhuǎn)多肽v烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)黃色黃色 H2NCHCOOHRRX+R HNCHCOOHR+ HXH2NCHCOOHR+O2NNO2FHNCHCOOHRO2NNO2用于測(cè)定氨基酸在蛋白質(zhì)中的排列次序。用于測(cè)定氨基酸在蛋白質(zhì)中的排列次序。 v酰化反應(yīng)?；磻?yīng)H2NCHCOOHRRC Cl+RC HNCHCOOHR+ HClOOH2NCHCOOHR+CH2O C ClOCH2O C NHCHCOOHOR用于在人工合成

11、蛋白質(zhì)時(shí)保護(hù)氨基。用于在人工合成蛋白質(zhì)時(shí)保護(hù)氨基。 v轉(zhuǎn)化為?；B氮化合物轉(zhuǎn)化為?；B氮化合物 Z NHCHCOORRZ NHCHCONHNH2RNH2NH2Z NHCHCON3RHNO2疊氮化物可用于蛋白質(zhì)的合成中羧基的活化。疊氮化物可用于蛋白質(zhì)的合成中羧基的活化。 Z NHCHCON3R1NH2CHCOYR2+Z NHCHCO NHCHCOYR1R2 氨基酸的制法氨基酸的制法 v氨基酸的生產(chǎn)：氨基酸的生產(chǎn)： 蛋白質(zhì)水解法，從蛋白質(zhì)水解液中利用等電點(diǎn)沉淀分蛋白質(zhì)水解法，從蛋白質(zhì)水解液中利用等電點(diǎn)沉淀分離氨基酸；離氨基酸； 化學(xué)合成法，得到的氨基酸都是外消旋產(chǎn)物?；瘜W(xué)合成法，得到的氨基酸都是外

12、消旋產(chǎn)物。 發(fā)酵法，如味精發(fā)酵法，如味精( (谷氨酸鈉谷氨酸鈉) )的生產(chǎn)等；的生產(chǎn)等； (1) 還原氨化：還原氨化： R C COOHO（過(guò)量）NH3R C COONH4NHH2 , PdR CH COOHNH2v反應(yīng)實(shí)際上是一步完成的。反應(yīng)實(shí)際上是一步完成的。 C6H5CH2 C COOHONH3H2,PdC6H5CH2 CH COO NH4+NH2又稱為仿生合成。又稱為仿生合成。 (2) 鹵代酸氨解鹵代酸氨解 RCHCOOHBrRCHCOOHNH2RCH2COOHBr2 , P（過(guò)量）NH3v反應(yīng)為親核取代，常反應(yīng)為親核取代，常有仲胺和叔胺等副產(chǎn)物生成。有仲胺和叔胺等副產(chǎn)物生成。v用用G

13、abriel法代替，可得較純的氨基酸。法代替，可得較純的氨基酸。 COCONCHCOOC2H5RCOCONKCHCOOC2H5RBrR CH COOHNH2COOHCOOH+ C2H5OHH2O , OHHCl(3) 丙二酸酯法丙二酸酯法 CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2Br2 , CCl4KOHCOCONHCOCON CH(COOEt)2C2H5ONaCH3SCH2CH2ClCOCON C(COOEt)2CH2CH2SCH3CH3SCH2CH2C(COOH)2NH2H2OOHCH3SCH2CH2CHCOOHNH2蛋氨酸蛋氨酸 (4) Strecker合成法合成法 R CH OR

14、 CH CNNH2R CH COOHNH2HCNNH3H2OH+v用醛或酮作原料，是最早的合成氨基酸的方法。用醛或酮作原料，是最早的合成氨基酸的方法。 v反應(yīng)歷程為：反應(yīng)歷程為： OR C HR C HNHNH3H2OH CNR C HNH2CNR C HNH2COOHH+H2OR C HNH2+ CN 氨基酸的拆分氨基酸的拆分 (1) 重結(jié)晶法重結(jié)晶法 L-D-(+)(+)(+)堿堿L-D-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 堿 分離(2) 酶法酶法 v將氨基酸酰化或酯化后，用酶水解，只能使將氨基酸酰化或酯化后，用酶水解，只能使L-L-氨基氨基酸的衍生物分解游離出氨基酸。酸的衍生物分解游離出氨基酸。

15、肽和肽鍵肽和肽鍵 v一分子一分子-氨基酸中的羧基和另一分子氨基酸中的羧基和另一分子-氨基酸的氨基，氨基酸的氨基，通過(guò)失水形成酰胺鍵而連結(jié)成的化合物叫做肽。通過(guò)失水形成酰胺鍵而連結(jié)成的化合物叫做肽。v肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵。肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵。 H2NCH C NH CHCOOHR1OR2肽鍵肽鍵 氨基酸殘基氨基酸殘基 H2NCHC NHCHC NHCHC NHCHCOOHR1OOR2OR3R4v根據(jù)肽分子中氨基酸的數(shù)目，稱作二肽、三肽根據(jù)肽分子中氨基酸的數(shù)目，稱作二肽、三肽 (1) 肽的結(jié)構(gòu)特征肽的結(jié)構(gòu)特征 v酰胺平面和肽單元：酰胺平面和肽單元： C NOHCC sp2雜化雜化 v肽鍵

16、：一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨肽鍵：一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨基失去一分子水形成的酰胺鍵?；ヒ环肿铀纬傻孽０锋I。 肽單元肽單元 酰胺平面酰胺平面 肽單元肽單元 1肽單元肽單元 2肽鏈中的酰胺平面肽鏈中的酰胺平面(2) 肽鏈的氨基酸順序與命名肽鏈的氨基酸順序與命名 NH2CHCOR1NHCHCOR2NHCHCOOHRn 氮端氮端 碳端碳端 NH2CHCOCH3NHCHCOHNHCHCOOHCH3丙氨酰甘氨酰丙氨酸丙氨酰甘氨酰丙氨酸 AlaGlyAla丙丙甘甘丙丙8080轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì) 多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定 v測(cè)定多肽的結(jié)構(gòu)，是走向合成蛋白質(zhì)的第一步，要弄測(cè)定

17、多肽的結(jié)構(gòu)，是走向合成蛋白質(zhì)的第一步，要弄清一個(gè)多肽的結(jié)構(gòu)，必須要知道：清一個(gè)多肽的結(jié)構(gòu)，必須要知道： 它是由哪些氨基酸組成的，它是由哪些氨基酸組成的，這些氨基酸是按什么次序結(jié)合的。這些氨基酸是按什么次序結(jié)合的。 v多肽分子中氨基酸的排列情況非常復(fù)雜，例如由多肽分子中氨基酸的排列情況非常復(fù)雜，例如由8 8種氨種氨基酸組成定的八肽就有基酸組成定的八肽就有8! = 40320種排列方式。種排列方式。 (1) 氨基酸組分分析氨基酸組分分析 v目的是確定組成多肽的氨基酸的種類和數(shù)目。目的是確定組成多肽的氨基酸的種類和數(shù)目。 v將多肽在將多肽在6moll-1的的HCl中，加熱至中，加熱至100，維持，維

18、持24小時(shí)，使多肽完全水解，然后使水解后獲得的氨基酸混小時(shí)，使多肽完全水解，然后使水解后獲得的氨基酸混合液通過(guò)離子交換柱，不同的氨基酸因通過(guò)離子交換柱合液通過(guò)離子交換柱，不同的氨基酸因通過(guò)離子交換柱的速度不同而分離，用自動(dòng)檢測(cè)儀器鑒定和記錄。的速度不同而分離，用自動(dòng)檢測(cè)儀器鑒定和記錄。 氨基酸分析儀氨基酸分析儀(2) 氨基酸的順序分析氨基酸的順序分析 v氮端分析：氮端分析：Edman降解法降解法 +C6H5N C SNH2CHCOR1NHCHCOR2C6H5NHCNHCHCOR1NHCHCOR2SO C CH R1NNHCSC6H5HClNH2CHCOR2+v碳端分析：羧肽酶法碳端分析：羧肽酶

19、法 H2O羧肽酶 NHCHCORNHCHCOOHRnn 1-NH2CHCOOHRnNHCHCOOH +Rn 1- 羧肽酶羧肽酶A能水解不是精氨酸能水解不是精氨酸( (Arg) )和賴氨酸和賴氨酸( (Lys) )的的碳端氨基酸，羧肽酶碳端氨基酸，羧肽酶B則只能水解碳端為精氨酸和賴則只能水解碳端為精氨酸和賴氨酸的多肽。氨酸的多肽。 v肽鏈的選擇性水解肽鏈的選擇性水解 部分水解法常用的蛋白酶：部分水解法常用的蛋白酶： 胰蛋白酶，只水解羰基屬于賴氨酸、精氨酸的肽鍵；胰蛋白酶，只水解羰基屬于賴氨酸、精氨酸的肽鍵； 糜蛋白酶，水解羰基屬于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨糜蛋白酶，水解羰基屬于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨

20、酸的肽鍵。酸的肽鍵。 溴化氰，只能斷裂羰基屬于蛋氨酸的肽鍵。溴化氰，只能斷裂羰基屬于蛋氨酸的肽鍵。 最后，把選擇性水解得到的各個(gè)肽段的分析結(jié)果，用最后，把選擇性水解得到的各個(gè)肽段的分析結(jié)果，用重疊法得出整條肽鏈的氨基酸順序。重疊法得出整條肽鏈的氨基酸順序。 多肽的合成多肽的合成 (1) 保護(hù)氨基或羧基保護(hù)氨基或羧基 C6H5CH2OH + COCl2C6H5CH2 O C ClOHCl+NH2CHCOOHR1C6H5CH2OCONHCHCOOHR1C6H5CH2O C ClONH2CHCOOHR2NH2CHCO OCH2C6H5R2SOCl2C6H5CH2OH(2) 活化反應(yīng)基團(tuán)活化反應(yīng)基團(tuán)

21、v疊氮法疊氮法Z NHCHCOORR1Z NHCHCONHNH2R1NH2NH2Z NHCHCON3R1HNO2v混酐法混酐法Z NHCHCOONaR1Cl C OC2H5O+C2H5O COZ NHCH COR1O(3) 保護(hù)生物活性保護(hù)生物活性 v合成多肽必須保證氨基酸的排列順序與天然多肽相同，合成多肽必須保證氨基酸的排列順序與天然多肽相同，并與天然多肽不論在物理、化學(xué)性質(zhì)和生物活力各方面并與天然多肽不論在物理、化學(xué)性質(zhì)和生物活力各方面都一樣，才具有意義。都一樣，才具有意義。 v天然多肽的合成，可證明多肽結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的正確性，天然多肽的合成，可證明多肽結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的正確性，為合成蛋白質(zhì)打下

22、基礎(chǔ)。為合成蛋白質(zhì)打下基礎(chǔ)。 (4) 合成方法合成方法v溶液法：溶液法： 需要一個(gè)氨基組分和一個(gè)羧基組分。需要一個(gè)氨基組分和一個(gè)羧基組分。RNH2CHCOOH1NH2CHCOOHR2羧基組分羧基組分氨基組分氨基組分Z NHCHCOOHR1Z NHCHCOXR1NH2CHCOYR2Z NHCHCOR1NHCHCOYR2保護(hù)氨基保護(hù)氨基活化羧基活化羧基保護(hù)羧基保護(hù)羧基連接連接v固相法：固相法： 1963年年Merrifield發(fā)明的，以不溶性聚苯乙發(fā)明的，以不溶性聚苯乙烯樹脂小球作為載體。烯樹脂小球作為載體。CH2ClOOCCHNH ZR1CH2OOCCHNH ZR1OOCCHNH ZR2CH2O

23、OCCHNH COCHNH ZR1R2 H+CH2OOCCHNH2R1 幾種重要的多肽幾種重要的多肽 v谷胱甘肽谷胱甘肽NH2CHCH2COCOOHNHCH2COOHNHCHCOCH2SH-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 v作為還原劑，保護(hù)蛋白質(zhì)或酶的巰基免遭氧化；清作為還原劑，保護(hù)蛋白質(zhì)或酶的巰基免遭氧化；清除體內(nèi)的除體內(nèi)的H2O2；保護(hù)核酸和蛋白質(zhì)免遭毒物損害。；保護(hù)核酸和蛋白質(zhì)免遭毒物損害。 v肽類激素肽類激素 ONOC NHCHC NOOCONH2CH2HNN促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素釋放激素 焦谷氨酸焦谷氨酸 組氨酸組氨酸 脯氨酰胺脯氨酰胺 半胱酪異亮谷門冬脯半胱亮甘S

24、S催產(chǎn)素催產(chǎn)素 HSCH2CHCOOHNH2HSCH2CHCOOHNH2+SCH2CHCOOHNH2SCH2CHCOOHNH2 O Hv肽鏈中的二硫鍵肽鏈中的二硫鍵O H v胰島素胰島素1965年年9月，中國(guó)在世界上月，中國(guó)在世界上首次合成牛胰島素。首次合成牛胰島素。 汪猷汪猷( (1910-1997) )，杰出的有機(jī)化學(xué)家，中國(guó)抗生素，杰出的有機(jī)化學(xué)家，中國(guó)抗生素研究的開(kāi)拓者。研究的開(kāi)拓者。1955年受聘為中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)物理化學(xué)年受聘為中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)物理化學(xué)學(xué)部委員，曾任中國(guó)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)和學(xué)部委員，曾任中國(guó)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)和化學(xué)學(xué)報(bào)化學(xué)學(xué)報(bào)主主編多年，并任國(guó)際化學(xué)刊物編多年，并任國(guó)際化學(xué)刊物

25、四面體四面體顧問(wèn)編輯等。顧問(wèn)編輯等。 邢其毅邢其毅( (1911-2002) )，有機(jī)化學(xué)家，教育家。中國(guó)科，有機(jī)化學(xué)家，教育家。中國(guó)科學(xué)院院士，北京大學(xué)化學(xué)系教授，中國(guó)化學(xué)會(huì)理事，學(xué)院院士，北京大學(xué)化學(xué)系教授，中國(guó)化學(xué)會(huì)理事，化學(xué)學(xué)報(bào)化學(xué)學(xué)報(bào)編委。主編的編委。主編的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)是國(guó)內(nèi)正是國(guó)內(nèi)正式出版的第一本中國(guó)人自己編寫的有機(jī)化學(xué)教科書。式出版的第一本中國(guó)人自己編寫的有機(jī)化學(xué)教科書。 鈕經(jīng)義鈕經(jīng)義( (1920-1995) )中國(guó)生物化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院中國(guó)生物化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士。曾任中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所研究員、室主士。曾任中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所研究員、室主任，

26、中國(guó)生物化學(xué)會(huì)理事等職。專長(zhǎng)有機(jī)合成、蛋白質(zhì)任，中國(guó)生物化學(xué)會(huì)理事等職。專長(zhǎng)有機(jī)合成、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析與多肽合成。結(jié)構(gòu)分析與多肽合成。 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類 v按蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。按蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。 輔基：脂肪、糖、核酸等。輔基：脂肪、糖、核酸等。 v按蛋白質(zhì)的形狀：纖維蛋白和球蛋白。按蛋白質(zhì)的形狀：纖維蛋白和球蛋白。 v按蛋白質(zhì)的功能：活性蛋白質(zhì)和非活性蛋白質(zhì)。按蛋白質(zhì)的功能：活性蛋白質(zhì)和非活性蛋白質(zhì)。 活性蛋白質(zhì)，如酶、激素、抗體等；活性蛋白質(zhì)，如酶、激素、抗體等； 非活性蛋白質(zhì)，如膠原蛋白、角蛋白、彈性蛋白等。非活性蛋白質(zhì)，如膠原蛋白、角蛋白、

27、彈性蛋白等。 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) (1) 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) v蛋白質(zhì)分子中以共價(jià)鍵相連的氨基酸的排列次序。蛋白質(zhì)分子中以共價(jià)鍵相連的氨基酸的排列次序。 v由幾條肽鏈組成的蛋白質(zhì)，每條肽鏈稱為亞基，在肽由幾條肽鏈組成的蛋白質(zhì)，每條肽鏈稱為亞基，在肽鏈中每個(gè)氨基酸單位稱為氨基酸殘基，如牛胰島素有兩鏈中每個(gè)氨基酸單位稱為氨基酸殘基，如牛胰島素有兩條亞基，共條亞基，共51個(gè)氨基酸殘基。個(gè)氨基酸殘基。 v蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究方法：研究多肽結(jié)構(gòu)的端基分蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究方法：研究多肽結(jié)構(gòu)的端基分析、部分水解等方法。析、部分水解等方法。 (2) 維持蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的

28、化學(xué)鍵 v氫鍵：氫鍵：C O H NRHCH NC OCHRv疏水作用疏水作用 ：CH CH3H3C CHv范德華力：范德華力： 與距離的與距離的6次方成反比，互相吸引但不接觸。次方成反比，互相吸引但不接觸。v離子鍵離子鍵( (鹽鍵鹽鍵) )： CH COOH3N CH+v配位鍵：配位鍵：多肽鏈上的多肽鏈上的N或或O提供電子對(duì)和金屬離子配位。提供電子對(duì)和金屬離子配位。 v二硫鍵：二硫鍵： 是很強(qiáng)的共價(jià)鍵，可以把不同的肽鏈或同一肽鏈的不是很強(qiáng)的共價(jià)鍵，可以把不同的肽鏈或同一肽鏈的不同部分連結(jié)起來(lái)，對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象起著重要的作用。同部分連結(jié)起來(lái)，對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象起著重要的作用。 v維持蛋白質(zhì)分

29、子空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，主要是次級(jí)鍵：維持蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，主要是次級(jí)鍵：氫鍵、疏水鍵和范德華力。氫鍵、疏水鍵和范德華力。(3) 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) v二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 是多肽鏈主鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，不涉及氨基酸殘基側(cè)是多肽鏈主鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。鏈的構(gòu)象。 穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的因素是氫鍵。穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的因素是氫鍵。 多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過(guò)氫鍵，形成有規(guī)多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過(guò)氫鍵，形成有規(guī)則的構(gòu)象，這稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。則的構(gòu)象，這稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。 螺旋：蛋白質(zhì)的一條肽鏈中有規(guī)律的螺旋結(jié)構(gòu)，每一螺旋：蛋白質(zhì)的一條肽鏈中有規(guī)律的螺旋結(jié)

30、構(gòu)，每一圈含圈含3.6個(gè)氨基酸殘基。個(gè)氨基酸殘基。折疊：兩條肽鏈或一條肽鏈的兩段平行排列。折疊：兩條肽鏈或一條肽鏈的兩段平行排列。 轉(zhuǎn)角：肽鏈的轉(zhuǎn)角：肽鏈的180回折的角?；卣鄣慕恰o(wú)規(guī)則卷曲：沒(méi)有規(guī)律性的肽鏈構(gòu)象。無(wú)規(guī)則卷曲：沒(méi)有規(guī)律性的肽鏈構(gòu)象。 v三級(jí)結(jié)構(gòu)：是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的空間位三級(jí)結(jié)構(gòu)：是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的空間位置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。 v依靠疏水作用、氫鍵、鹽鍵、范得華力維持。依靠疏水作用、氫鍵、鹽鍵、范得華力維持。 肌紅蛋白肌紅蛋白v四級(jí)結(jié)構(gòu)：四級(jí)結(jié)構(gòu)：v蛋白質(zhì)的生理活性是由三級(jí)、四級(jí)結(jié)

31、構(gòu)來(lái)決定的。蛋白質(zhì)的生理活性是由三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)決定的。 蛋白質(zhì)分子中每一個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為蛋白質(zhì)分子中每一個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞基，不少蛋白質(zhì)是由兩個(gè)以上的多肽鏈組成的；亞基，不少蛋白質(zhì)是由兩個(gè)以上的多肽鏈組成的； 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條亞基的空間排布，及亞基蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指各條亞基的空間排布，及亞基接觸部位的布局和相互作用。接觸部位的布局和相互作用。 亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。 蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的性質(zhì) (1) 等電點(diǎn)和膠體性質(zhì)等電點(diǎn)和膠體性質(zhì) v蛋白質(zhì)分子顆粒的直徑在蛋白質(zhì)分子顆粒的直徑在0.10.001m，形成膠

32、體，形成膠體溶液，具有一定穩(wěn)定性。溶液，具有一定穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)分子中含有許多親水基，如羧基、氨基、羥蛋白質(zhì)分子中含有許多親水基，如羧基、氨基、羥基等?；取?蛋白質(zhì)是兩性化合物，顆粒表面都帶有電荷。蛋白質(zhì)是兩性化合物，顆粒表面都帶有電荷。v原因：原因： (2) 蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性 v破壞三級(jí)結(jié)構(gòu)、打開(kāi)二硫鍵，引起可逆變性。破壞三級(jí)結(jié)構(gòu)、打開(kāi)二硫鍵，引起可逆變性。v破壞二級(jí)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不可逆變性。破壞二級(jí)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不可逆變性。 v蛋白質(zhì)在一定的物理或化學(xué)因素的影響下，其分子結(jié)蛋白質(zhì)在一定的物理或化學(xué)因素的影響下，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致性質(zhì)改變，稱為蛋白質(zhì)的變性。構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致性質(zhì)改變，稱

33、為蛋白質(zhì)的變性。 v研究蛋白質(zhì)變性的意義：研究蛋白質(zhì)變性的意義：掌握變性條件，防止蛋白質(zhì)變性；掌握變性條件，防止蛋白質(zhì)變性；利用變性，把蛋白質(zhì)拆成亞基，進(jìn)行研究；利用變性，把蛋白質(zhì)拆成亞基，進(jìn)行研究；研究維持蛋白質(zhì)二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力。研究維持蛋白質(zhì)二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力。 (3) 蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)的沉淀 v鹽析法鹽析法：NaCl、Na2SO4等等。 v重金屬法：重金屬法：Hg2+、Pb2+等。等。 (4) 蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)的水解 v破壞一級(jí)結(jié)構(gòu)，水解生成一系列中間產(chǎn)物，最后生破壞一級(jí)結(jié)構(gòu)，水解生成一系列中間產(chǎn)物，最后生成各種成各種-氨基酸的混合物。氨基酸的混合物。 v可逆沉淀和不可逆沉淀。

34、可逆沉淀和不可逆沉淀。v變性的蛋白質(zhì)容易沉淀，沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性。變性的蛋白質(zhì)容易沉淀，沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性。 (5) 蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng) v縮二脲反應(yīng)縮二脲反應(yīng) H2N C NH C NH2OOCuSO4OH紫色 凡是分子中含有兩個(gè)以上酰胺鍵的化合物，都能發(fā)凡是分子中含有兩個(gè)以上酰胺鍵的化合物，都能發(fā)生這一反應(yīng)。生這一反應(yīng)。v黃蛋白反應(yīng)黃蛋白反應(yīng) v米勒反應(yīng)米勒反應(yīng)v茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng) 蛋白質(zhì)中存在有苯環(huán)的氨基酸蛋白質(zhì)中存在有苯環(huán)的氨基酸( (如苯丙氨酸、酪氨酸、如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸色氨酸) )，遇濃硝酸呈黃色。，遇濃硝酸呈黃色。 酪氨酸遇到酪氨酸遇到Hg(NO3

35、)2-HNO3溶液變?yōu)榧t色。溶液變?yōu)榧t色。 蛋白質(zhì)、多肽和蛋白質(zhì)、多肽和- -氨基酸相似，都可以和茚三酮溶氨基酸相似，都可以和茚三酮溶液作用，顯藍(lán)紫色。液作用，顯藍(lán)紫色。 完完 酶的組成酶的組成 v單純酶：催化活性僅由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定；單純酶：催化活性僅由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定；v結(jié)合酶：催化活性除蛋白質(zhì)部分外，還需要非蛋白質(zhì)結(jié)合酶：催化活性除蛋白質(zhì)部分外，還需要非蛋白質(zhì)物質(zhì)，稱為輔酶。物質(zhì)，稱為輔酶。v輔酶主要有兩類：輔酶主要有兩類：金屬離子如金屬離子如Cu2+、Zn2+、Mn2+等；等；低分子量的有機(jī)化合物如葉綠素、血紅素、維生素等。低分子量的有機(jī)化合物如葉綠素、血紅素、維生素等。 酶的特性酶的

36、特性 (1) 酶的催化反應(yīng)酶的催化反應(yīng) E + SE SE PE + P酶酶 底物底物 復(fù)合物復(fù)合物 酶酶產(chǎn)物的復(fù)合物產(chǎn)物的復(fù)合物 產(chǎn)物產(chǎn)物(2) 酶和一般催化劑的共性酶和一般催化劑的共性 v能加快反應(yīng)速度，在反應(yīng)前后它本身沒(méi)有質(zhì)和量的變化；能加快反應(yīng)速度，在反應(yīng)前后它本身沒(méi)有質(zhì)和量的變化； v能夠改變反應(yīng)速度，但不能改變化學(xué)平衡；能夠改變反應(yīng)速度，但不能改變化學(xué)平衡； v能夠穩(wěn)定底物形成的過(guò)渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能。能夠穩(wěn)定底物形成的過(guò)渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能。 (3) 酶催化作用特性酶催化作用特性 v高效性：比一般催化劑高高效性：比一般催化劑高1071013倍。倍。 v專一性：專一性：v條

37、件溫和：條件溫和：pH=58、2040。 麥芽糖酶只能使麥芽糖酶只能使-葡萄糖苷鍵水解，對(duì)葡萄糖苷鍵水解，對(duì)-葡葡萄糖苷鍵無(wú)效；萄糖苷鍵無(wú)效； 酵母中的乳酸脫氫酶，只催化酵母中的乳酸脫氫酶，只催化L-乳酸脫氫生成丙酮酸，乳酸脫氫生成丙酮酸，而不影響而不影響D-乳酸。乳酸。 COOHCH3HOHCOOHCH3O乳酸脫氫酶(4) 酶作用專一性的原因酶作用專一性的原因 酶的活性中心示意圖酶的活性中心示意圖 酶的分類和命名酶的分類和命名 (1) 分類分類 v六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶、合成酶。構(gòu)酶、合成酶。 (2) 命名命名 v習(xí)慣

38、命名法：根據(jù)兩個(gè)原則習(xí)慣命名法：根據(jù)兩個(gè)原則 根據(jù)催化的底物根據(jù)催化的底物；根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)。根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)。 常結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名，如乳酸脫氫酶，是催化常結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名，如乳酸脫氫酶，是催化乳酸脫氫反應(yīng)的。乳酸脫氫反應(yīng)的。 v系統(tǒng)命名法：以酶的催化反應(yīng)為基礎(chǔ)，要寫出作用物系統(tǒng)命名法：以酶的催化反應(yīng)為基礎(chǔ)，要寫出作用物及催化反應(yīng)的性質(zhì)。及催化反應(yīng)的性質(zhì)。 CH3COOHHNH2CH2CH2COOHCOOHO+CH2CH2COOHCOOHHNH2CH3COOHO +丙氨酸丙氨酸酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸谷氨酸谷氨酸 習(xí)慣名：谷丙轉(zhuǎn)氨酶習(xí)慣名：谷丙轉(zhuǎn)氨酶 系統(tǒng)名：丙氨酸系統(tǒng)名：

39、丙氨酸: :酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 酶在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用酶在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用 v天冬氨酸的生產(chǎn)天冬氨酸的生產(chǎn) HOOCCH CHCOOHHOOCCH2CHCOOHNH2NH3天冬氨酸酶 v消旋化氨基酸酯的酶法拆分消旋化氨基酸酯的酶法拆分 RCHCOORNH2蛋白酶COOHRH2NH +COORRH2NHD,L-氨基酸酯氨基酸酯 L-氨基酸氨基酸 D-氨基酸酯氨基酸酯 核酸的組成核酸的組成 核酸核酸 水解水解核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖 堿基堿基 v堿基：含嘌呤環(huán)或嘧啶環(huán)的有機(jī)堿。堿基：含嘌呤環(huán)或嘧啶環(huán)的有機(jī)堿。 v脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸( (DN

40、A) )中的戊糖是脫氧核糖，核糖核中的戊糖是脫氧核糖，核糖核酸酸( (RNA) )中的戊糖是核糖。中的戊糖是核糖。 (1) 戊糖戊糖CHOCH2OHOHOHOHOOHHOH2COHOHCHOCH2OHOHOHOOHHOH2COHD-核糖核糖 -D-呋喃核糖呋喃核糖 D-2-脫氧核糖脫氧核糖 -D-2-脫氧呋喃核糖脫氧呋喃核糖 (2) 堿基堿基 胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶脲嘧啶脲嘧啶NNNH2OH165432NNHOOHH3CNNHOOHCytosin Thymin(in DNA)Uracil(in RNA) NNNNNH2H198765432NNHNNOHNH2腺嘌呤腺嘌呤Adenine鳥嘌

41、呤鳥嘌呤Guanine (3) 核苷核苷 vRNA中的四種核糖核苷：中的四種核糖核苷： OOHHOCH2OH NNHOOOOHHOCH2OHNNNH2O脲苷脲苷( (U) )胞苷胞苷( (C) )1-D-呋喃核糖脲嘧啶呋喃核糖脲嘧啶 1-D-呋喃核糖胞嘧啶呋喃核糖胞嘧啶 OOHHOCH2OHNNNNNH2OOHHOCH2OHNNHNNONH2腺苷腺苷( (A) ) 鳥苷鳥苷( (G) )9-D-呋喃糖核腺嘌呤呋喃糖核腺嘌呤 9-D-呋喃核糖鳥嘌呤呋喃核糖鳥嘌呤 vDNA中的四種脫氧核糖核苷：中的四種脫氧核糖核苷： OOHHOCH2NNHOOH3COOHHOCH2NNNH2O2-脫氧胸腺苷脫氧胸腺苷( (dT) )2-脫氧胞苷脫氧胞苷( (dC) )1-D-2-脫氧呋喃核糖胸腺嘧啶脫氧呋喃核糖胸腺嘧啶 1-D-2-脫氧呋喃核糖胞嘧啶脫氧呋喃核糖胞嘧啶 OOHHOCH2NNNNNH2OOHHOCH2NNHNNONH22-脫氧腺苷脫氧腺苷( (dA) ) 2-脫氧鳥苷脫氧鳥苷( (dG) ) 9-D-2-脫氧呋喃核糖腺嘌呤脫氧呋喃核糖腺嘌呤 9-D-2-脫氧呋喃核糖鳥嘌呤脫氧呋喃核糖鳥嘌呤 v命名時(shí)，堿基上的原子編號(hào)不帶撇號(hào)，糖上的碳原子編命名時(shí)，堿基上的原子編號(hào)不帶撇號(hào)，糖