氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名

1、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名多糖部分水解低聚糖完全水解 苷鍵把多個(gè)單糖連接起來(lái)，構(gòu)成多糖分子鏈。蛋白質(zhì)部分水解多肽完全水解氨基酸 肽鍵（酰胺鍵）把多個(gè)氨基酸按一定次序連接起來(lái)，構(gòu)成蛋白質(zhì)分子鏈。氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。 第一節(jié) 氨基酸 氨基酸可以根據(jù)氨基和羧基的相對(duì)位置分為-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸等。從天然蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸有30余種，比較常見(jiàn)的有20種左右，這些氨基酸(除脯氨酸外)均為-氨基酸。 一、氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名 1. 氨基酸的結(jié)構(gòu)： 2. 分類中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸甘氨酸(Gly)谷氨酸(Glu)賴氨酸(Lys) 3 . 命名 氨基酸可按系統(tǒng)命名法命

2、名，但為了方便，一般都用俗名 。此外每個(gè)氨基酸還都有一個(gè)英文縮寫符號(hào)。例如： 4. 氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，都是手性分子，都有旋光性。 5 . 氨基酸的構(gòu)型 蛋白質(zhì)水解得到-氨基酸均為L(zhǎng)-型。L-甘油醛 L-氨基酸丙氨酸 L-丙氨酸半胱氨酸 L-半胱氨酸L-谷氨酸 L-蘇氨酸 二、-氨基酸的物理性質(zhì) -氨基酸大都為無(wú)色晶體，熔點(diǎn)一般在200300之間，比相應(yīng)的羧酸或胺類高。多數(shù)氨基酸能溶于水，而難溶于有機(jī)溶劑。 某些氨基酸具有鮮味，例如食用味精就是谷氨酸鈉鹽，但也有不少氨基酸無(wú)味或具有苦味。 除甘氨酸外，-氨基酸都有旋光性。 三、-氨基酸的化學(xué)性質(zhì) 1. 羧基的反應(yīng) 羧基能與堿、五氯化磷、

3、胺、醇等反應(yīng)。例如： 反應(yīng)在肽的合成中可用于活化羧基；反應(yīng)在肽的合成中可用保護(hù)羧基。2. 氨基的反應(yīng) 氨基能與酸、亞硝酸、烴基化試劑、酰烴基化試劑等反應(yīng)。例如： (1)與亞硝酸的反應(yīng) 反應(yīng)迅速而且定量進(jìn)行，可用于測(cè)定氨基酸和蛋白質(zhì)中氨基含量，此法稱為范斯萊克(Vanslyke)氨基氮測(cè)定法。(2)與2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反應(yīng)可用肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定，叫 Sanger（桑格爾）法。黃色（3）與氯甲酸芐 酯的反應(yīng)芐醇 光氣 氯甲酸芐酯在肽的合成中可用保護(hù)氨基。 3兩性與等電點(diǎn) 氨基酸分子中含有堿性的氨基和酸性的羧基，它既可以與酸反應(yīng)生成銨鹽，又可以與堿反應(yīng)生成羧酸鹽，因此氨基酸是兩性化合物。同一

4、分子內(nèi)的氨基和羧基也能相互作用形成內(nèi)鹽。內(nèi)鹽同時(shí)帶有正電荷和負(fù)電荷，故稱為兩性離子或偶極離子。 堿性溶液 某一pH時(shí) 酸性溶液 當(dāng)溶液為某一pH時(shí)（不太酸性，也不太堿性），正離子和負(fù)離子濃度相等（R+=R-），凈電荷等于零，氨基酸主要以偶極離子的形式存在，在電場(chǎng)中既不移向正極也不移向負(fù)極，這時(shí)溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（用pI表示）。 不同氨基酸等電點(diǎn)范圍各不相同：中性氨基酸，酸性氨基酸，堿性氨基酸。 中性氨基酸 5.97 酸性氨基酸 堿性氨基酸 甘氨酸(Gly)谷氨酸(Glu)賴氨酸(Lys)pI 氨基酸在水溶液中實(shí)際上是三種離子的平衡混合物，究竟以哪一種離子為主？取決于氨基酸的結(jié)構(gòu)和水

5、溶液的pH值：負(fù)離子強(qiáng)堿溶液中的主要存在形式偶極離子 正離子強(qiáng)酸溶液中的主要存在形式 pH pI pH = pI pH pI 思考題： 如果把甘氨酸、谷氨酸和賴氨酸三種氨基酸混合起來(lái)，溶液pH調(diào)至，這些氨基酸各帶什么電荷？在電場(chǎng)中移動(dòng)方向？ 在電場(chǎng)中 甘氨酸 偶極離子 不移動(dòng) 谷氨酸 負(fù)離子 向正極移動(dòng) 賴氨酸 正離子 向負(fù)極移動(dòng) 用這種方法可分離不同的氨基酸，這種方法叫電泳。 在等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的溶解度最小，易生成沉淀。也可用分級(jí)沉淀的方法分離氨基酸混合物。4與水合茚三酮的反應(yīng)茚 茚三酮 水合茚三酮 注意：N-取代的-氨基酸、脯氨酸和羥脯氨酸等不發(fā)生此顯色反應(yīng)。應(yīng)用：-氨基酸的定性定量分析。水

6、合茚三酮 藍(lán)紫色 氨基酸與水合茚三酮在弱酸性溶液中共熱，經(jīng)氧化、脫氨、脫羧及縮合等反應(yīng)，最后生成藍(lán)紫色的物質(zhì)。5. 受熱后的反應(yīng) (1)-氨基酸受熱后，兩分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)生成環(huán)狀交酰胺。交酰胺 （2）-氨基酸受熱后，分子內(nèi)脫氨生成成、- 不飽和酸。 （3）、-氨基酸受熱后，分子內(nèi)脫水生成環(huán)狀內(nèi)酰胺。-內(nèi)酰胺四、氨基酸的制法1.由醛制備Strecker（斯瑞克）法 苯丙氨酸應(yīng)用：合成比原料醛多一個(gè)碳的氨基酸2.鹵代酸的氨解 3. Gabriel(蓋布瑞爾)合成法 用鄰苯二甲酰亞胺鉀和-鹵代酸酯反應(yīng)，然后在水解，可以制備很純的氨基酸。溴代丙二酸二酯用Gabriel法可合成多種氨基酸例如合成苯丙

7、氨酸：第二節(jié) 多 肽一、多肽的定義、命名和結(jié)構(gòu)1. 定義 一個(gè)氨基酸的羧基與另一分子氨基酸的氨基通過(guò)失水反應(yīng)，形成一個(gè)酰胺鍵，新生成的化合物稱為肽，肽分子中的酰胺鍵叫肽鍵。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多個(gè)分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。 在肽鏈中，一端有游離的氨基，叫N-端，一端有游離的羧基，叫C-端。寫肽鏈時(shí)，通常N-端在左，C-端在右。 肽鍵（酰胺鍵）N-端C-端2. 命名 命名原則：C-端氨基酸為母體，其它從左到右以某氨酰表示。例如：甘氨酰丙氨酸（Gly-Ala）丙氨酰甘氨酸（Ala-Gly） 兩種中性氨基酸分子間脫水可生成兩種二肽，n種中性氨基酸有n! 種結(jié)合方式。 谷氨酰半胱氨酰甘

8、氨酸 （谷胱甘肽）*3. 結(jié)構(gòu) 肽鍵中的p使CN具有部分雙鍵的性質(zhì)，其鍵長(zhǎng)介于單鍵鍵長(zhǎng)CN (0.149nm)和雙鍵鍵長(zhǎng)(0.127nm)之間，約。C NOOC N X射線衍射法測(cè)定表明，組成肽鍵的六個(gè)原子共平面。羰基碳原子的三個(gè)鍵之間的夾角和氨基氮三個(gè)鍵之間的夾角都接近120。由于共軛效應(yīng)，肽鍵中的CN鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，所以存在順?lè)磧煞N可能的構(gòu)型：順式構(gòu)型 反式構(gòu)型在蛋白質(zhì)中以反式構(gòu)型存在，反式構(gòu)型在能量較穩(wěn)定。 C NOCHC C NOCHC 肽的幾何形狀*二、多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定 1. 多肽組成的測(cè)定 一定質(zhì)量的多肽試樣 酸水解 離子交換柱色譜法分離 水合茚三酮顯色 定性，定量 根據(jù)多肽相對(duì)分子

9、質(zhì)量和所含氨基酸的種類，確定各種氨基酸分子的數(shù)目全自動(dòng)氨基酸分析儀的測(cè)定原理。 2. 氨基酸順序的測(cè)定 多肽鏈中氨基酸的排列順序（N-端 C-端）稱為氨基酸順序，是多肽和蛋白質(zhì)最重要的特性之一。 特定的酶肽鏈部分水解較小的片段端基分析法測(cè)定每個(gè)小片段中氨基酸的排列順序逐步確定整個(gè)多肽鏈中氨基酸的排列順序。 在N-端引入具有特定基團(tuán)的標(biāo)記化合物，這種標(biāo)記基團(tuán)有顏色、熒光、紫外吸收等性質(zhì)，然后分離鑒定具有這種基團(tuán)的氨基酸衍生物。重點(diǎn)討論N-端氨基酸單元的分析(1)Sanger(桑格爾)法2,4-二硝基氟苯(DNFB) 肽的DNP衍生物DNP-N-端氨基酸(黃色)RO2NNO2 HNCHCONHCH

10、CORH2O/H+O2NNO2 HNCHCOOH RR+ H2NCHCOOH + .RRFNO2O2NR + H2NCHCONHCHCOR 2,4-二硝基氟苯與多肽鏈中的N-端氨基酸反應(yīng)，在N-端生成DNP衍生物，然后在酸中水解，肽鍵斷類，但DNP鍵保留，仍留在N-端氨基酸上。DNP-N-端氨基酸為黃色，很容易和其它氨基酸分離和鑒定。（2）Edman（艾德曼）法 異硫氰酸苯酯(PTC）PTC衍生物R + H HNCHC NHCHCROOC6H5N C SOH-OOR NHCHC NHCHCRC6H5NHC SOOR NHCHC NHCHCRC6H5NHC S苯基乙內(nèi)酰硫脲衍生物肽鏈其余部分 此

11、法的優(yōu)點(diǎn)是只水解帶標(biāo)記的氨基酸，其余部分完整地保留下來(lái)。HClNNHC6H5SOR+ H2NCHCOR 產(chǎn)物經(jīng)分離后，縮短后的肽鏈可以繼續(xù)進(jìn)行第二個(gè)、第三個(gè)N-端氨基酸的鑒定。這樣可測(cè)出多肽鏈中的氨基酸的排列順序。 此原理以被多肽順序自動(dòng)分析儀所采用，一次可連續(xù)測(cè)出60個(gè)以上氨基酸順序。 （3）酶解法 C-端酶解法測(cè)定：用羧肽酶水解氨基酸，水解只發(fā)生在C-端。 N-端酶解法測(cè)定：用氨肽酶水解氨基酸，水解只發(fā)生在N-端。 定期檢測(cè)這些酶水解的氨基酸，就可多肽鏈中的氨基酸的排列順序。*三、多肽的合成上保護(hù)基活化羧基接肽保護(hù)基 接好的二肽脫保護(hù)基二肽第三節(jié) 蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)是由一條或多

12、條多肽鏈以特殊方式組合成的生物大分子。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以分為一級(jí)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)以外的其它結(jié)構(gòu)又稱為空間結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)。相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)1萬(wàn)的多肽稱為蛋白質(zhì)。1. 一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)即多肽鏈的氨基酸的種類和順序。2. 二級(jí)結(jié)構(gòu) 多肽鏈主鏈骨架中的各個(gè)肽段，通過(guò)氫鍵，形成有規(guī)則或無(wú)規(guī)則的構(gòu)象，這稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。 化學(xué)家Pauling從20世紀(jì)30年代開(kāi)始用X射線衍射法研究蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，并于1951年首先提出了蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)模型： -螺旋和-折疊。-螺旋結(jié)構(gòu)-折疊結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖(a)-螺旋，(b)-折疊，(c)無(wú)規(guī)則卷曲 第四節(jié) 核酸一、核酸的組成核 酸

13、 類 別 組 分 (RNA) (DNA) 戊 糖 -D-核糖 -D-2-脫氧核糖 胞嘧啶(C) 胞嘧啶(C) 堿 嘧啶堿 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A) 腺嘌呤(A)基 嘌呤堿 鳥(niǎo)嘌呤(G) 鳥(niǎo)嘌呤 (G)磷 酸 磷 酸 磷 酸 核糖核酸 脫氧核糖核酸二、核苷和核苷酸 1戊糖 RNA水解得核糖（-構(gòu)型） DNA水解得脫氧核糖（-構(gòu)型） -D-核糖 -D-2-脫氧核糖2含氮堿 RNA水解得C、U、A、G DNA水解得C、T、A、G 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶（T) 胞嘧啶(C) 腺嘌呤（A） 鳥(niǎo)嘌呤(G) 3核苷 核苷是由戊糖的苷羥基，與嘌呤堿9位或嘧啶堿1位氮上的氫原子脫水縮合，形成的

14、含氮糖苷。 核酸中的糖苷鍵均為-糖苷鍵。 胞苷（C）尿苷（U）RNA中四個(gè)核苷結(jié)構(gòu)如下：HOH2CHHHOHOHNH2OHNNOHOH2CHHHOHOHOHNNOOH腺苷（A）鳥(niǎo)苷（G）HOH2CHHHOHOOHHNNNNNH2HOH2CHHHOHOOHHNNNNNH2OHDNA中四個(gè)核苷結(jié)構(gòu)如下：脫氧胞苷（dC）脫氧胸苷（dT）HOH2CHHHOHOHNH2HNNOHOH2CHHHOHOHHNNOOHH3C脫氧腺苷（dA)脫氧鳥(niǎo)苷（dG）HOH2CHHHOHOHHNHNNNNH2OHOH2CHHHOHOHNNNNNH2H4核苷酸 核苷酸（MP)是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，它是核苷3位或5位的羥基與磷酸酯化的產(chǎn)物。組成RNA的核苷酸腺苷酸（AMP）鳥(niǎo)苷酸（GMP）胞苷酸（CMP）尿苷酸（UMP） 組成DNA的核苷酸脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧鳥(niǎo)苷酸（dGMP）脫氧胞苷酸（dCMP）脫氧胸苷酸（dTMP）HOH2CHHHOOOHHNNNNNH2HO P OOH腺苷-磷酸例如：腺苷-5-磷酸 三、核酸的結(jié)構(gòu)HHHOHOOHHNNNNNH2 HO P OH2COHODNA一級(jí)結(jié)構(gòu)片段ACGTHHHOHHNNNNNH2OOH P OH2COHHHOHNH2HNNOO P OH2COHOO P OH2COHOHHHOHNNNNNH2OHO P OH2COHOHHHOHHNNOOHH3C