氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸

1、第十八章 氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸1諾貝爾化學(xué)獎不“化學(xué)” 沃爾夫?qū)堇堇幌嗳菰恚?945年諾貝爾物理學(xué)獎。歐內(nèi)斯特盧瑟福，被譽為“原子核物理學(xué)之父”，因“對元素蛻變以及放射化學(xué)的研究”獲1908年諾貝爾化學(xué)獎。2Arieh：“我用1分鐘簡介我的研究。內(nèi)塔尼亞胡(以色列總理)聽懂了，然后他說從現(xiàn)在起，他會逼他的部長們在1分鐘內(nèi)把話說完。”研究出計算機仿真方法，用來了解與預(yù)測化學(xué)反應(yīng)過程 3借助計算機的力量模擬分子反應(yīng)。反應(yīng)系統(tǒng)核心的計算基于量子物理學(xué)；遠(yuǎn)離反應(yīng)核心區(qū)域的地方，模型計算則基于經(jīng)典物理學(xué)；在最外的幾層，原子和分子甚至混合在一起，形成同質(zhì)的物體?；瘜W(xué)家在計算機上進(jìn)行實驗，獲

2、得的理論結(jié)果被現(xiàn)實中的實驗證實，之后又產(chǎn)生了新的線索，引導(dǎo)我們?nèi)ヌ剿髟邮澜绻ぷ鞯脑怼?4主要內(nèi)容掌握：1、氨基酸的分類和命名2、氨基酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與合成熟悉：多肽的結(jié)構(gòu)與合成；了解：蛋白質(zhì)的組成與空間結(jié)構(gòu)5 蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯)是人所需營養(yǎng)中的三種要素。一、 氨基酸的結(jié)構(gòu)、名稱和物性 羧酸分子中烴基上的一個或幾個氫原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。1、 定義按氨基與羧基的相對位置分：-氨基酸，-氨基酸按氨基與羧基的數(shù)目來分：中性氨基酸酸性氨基酸（如谷氨酸）堿性氨基酸（如賴氨酸）2、 分類63、 氨基酸的構(gòu)型和存在形式氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其構(gòu)

3、型的表示方法與糖一樣，用D或L表示。每個氨基酸都有俗名，并都用一個縮寫符號表示。構(gòu)型（用D、L表示）-氨基酸通式 L型-氨基酸 D型-氨基酸 L-甘油醛除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。7存在形式：氨基酸都以偶極離子的形式存在。組氨酸谷氨酸丙氨酸 物 理 性 質(zhì)大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度較差；氨基酸在200度以下都是穩(wěn)定的；氨基酸的pKa為2左右；每一個光學(xué)純的氨基酸都有旋光值。8八個必需氨基酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸苯丙氨酸蘇氨酸蛋氨酸賴氨酸色氨酸假設(shè)來一兩本邪書：假-甲硫氨酸（蛋氨酸）、設(shè)-色氨酸、來-賴氨酸、一-異亮氨酸、兩-亮氨酸、本-

4、苯丙氨酸、邪-纈氨酸、書-蘇氨酸9總述：具有胺和羧酸的共性。二、 氨基酸的物理和化學(xué)性質(zhì)10 一個氨基酸總可以找到一個pH值，在該pH值下，正、負(fù)離子的濃度完全相等，此時向陽極移動和向陰極移動的離子彼此抵消（即沒有凈的遷移），或者說，電場中不顯示離子的遷移。將此時的pH值稱為該氨基酸的等電點。 1、 等電點11中性氨基酸的等電點：pH=6.26.8 酸性氨基酸的等電點：pH=2.83.2 堿性氨基酸的等電點：pH=7.610.8 不同的氨基酸有不同的等電點，所以可以通過測定氨基酸的等電點來鑒別氨基酸。 等電點時，以兩性離子形式存在的氨基酸濃度最大（在水溶液中），氨基酸的總?cè)芙舛茸钚?。?213

5、兩性離子，由于偶極之間存在較強的靜電引力，所以有定向排列的趨勢。即每個兩性離子可能被數(shù)個兩性離子所包圍。 這樣就減弱了極性基團(tuán) NH3+和-COO-與水分子之間的作用，-COO-也難以與水接觸并形成氫鍵，溶劑化作用降低。另外, 兩性離子本身偶極之間的靜電引也使得NH3+和-COO-與水分子之間的作用減弱，所以等電點時氨基酸溶解度最低。142. 反應(yīng)酯化?；? 2H2O- H2O谷氨酸焦谷氨酸15（2） 與茚三酮的反應(yīng)凡是有游離氨基的氨基酸都可以和茚三酮發(fā)生呈紫色的反應(yīng)。茚茚三酮 水合茚三酮+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互變異構(gòu)16（3） 氨基酸金屬鹽絡(luò)合物的形成金屬上有空軌道，N上有未共

6、用電子對！ 氨基酸金屬鹽絡(luò)合物具有很好的結(jié)晶形狀, 該反應(yīng)可用來沉淀和鑒別某些氨基酸。171、赫爾-烏爾哈-澤林斯基-溴化法2、斯瑞克合成法-醛的氨氰化法3、蓋布瑞爾法4、 丙二酸酯法三、 氨基酸的合成18改進(jìn)方法： 用NH4CN or NH4Cl+KCN代替HCN+NH3應(yīng) 用： 合成比原料醛多一個碳的氨基酸氨基酸的來源：（1）天然產(chǎn)物酸性水解 （2） 微生物發(fā)酵法 （3） 化學(xué)合成法1、 斯瑞克合成法-醛的氨氰化法RCHO + HCN +NH3H3+O19應(yīng)用蓋布瑞爾法可以制備很純的氨基酸。2、 赫爾-烏爾哈-澤林斯基-溴化法RCH2COOHNH3Br2PBr3在封管或高壓釜內(nèi)進(jìn)行3、 蓋

7、布瑞爾法H3O+20蓋布瑞爾示例：溴代丙二酸酯法CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2 CCl4NaNaOH蛋氨酸（ 50%） 烷基化21谷氨酸的合成+ CH2=CHCOOEt麥克爾加成NaOEtH3+O谷氨酸 （70%）工業(yè)多采用發(fā)酵法制備224、 丙二酸酯法H2/Pt醋酸OH -+ CH2=OH3+O-CO2絲氨酸 （65%）23一個氨基酸的羧基與另一分子氨基酸的氨基通過失水反應(yīng)，形成一個酰胺鍵，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，多個分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。四 多肽的定義、命名及合成（一） 定義2

8、4（二） 命名甘氨酸丙氨酸亮氨酸產(chǎn)物三肽的名稱為：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸 （甘-丙-亮）（Gly-Ala-Leu）-2H2O肽鍵C-端N端25一 氨基的保護(hù)二 羧基的保護(hù)三 接肽方法 碳二亞胺法、固相接肽（三） 多肽的合成26保護(hù)基必須具備的條件（1）易在預(yù)定的部位引入（2）在某特定的條件下，保護(hù)基很易除去（3）引入和除去保護(hù)基時，分子中的其它部位 不會受到影響，特別是已接好的肽鍵。多肽合成必須解決下面四個問題1.氨基保護(hù) 2. 羧基保護(hù) 3. 側(cè)鏈保護(hù) 4. 接肽方法27C6H5CH2OH+COCl2（光氣)1、氨基的保護(hù)i. 用氯代甲酸苯甲酯（或稱苯甲氧基甲酰氯）保護(hù)Benzoxycarb

9、onyl（簡寫Z）28H2 Pd/C +NH3CH2CO2-OH-H+SOCl2+NH3CH2CO2-, OH-H+H+CF3COOH（1mol）上保護(hù)基接肽去保護(hù)基反應(yīng)過程：29ii 用氯代甲酸叔丁酯保護(hù)t-Butoxycarbonyl 簡寫B(tài)OC在多肽中的應(yīng)用：CF3COOH HOAc-OH, 25oC上保護(hù)基接肽（過程略）去保護(hù)基30*1. 催化氫化和稀堿都不能除去BOC，通常用溫 和的酸性水解法除去。*2. 若氨基酸中有多個氨基，在接肽前均需保護(hù)。*3. 用Z保護(hù)還是用BOC保護(hù)，視實際情況而定。312、羧基的保護(hù)使用的酸為：CF3COOH HBr / HOAcA代表：HCl CH3O

10、H接肽Na2CO3接肽Pd / H2(CH3)2C=CH2接肽H3+O去保護(hù)基去保護(hù)基上保護(hù)基上保護(hù)基上保護(hù)基去保護(hù)基AAA水解機理：酸性單分子斷裂Aal132i. 碳二亞胺法接肽dicyclohexylcarbodimide (DCC)接肽H2 / Pd-C去保護(hù)基3、 肽鍵的生成EDC: 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide33失水機制二環(huán)己基脲34ii. 固相接肽Merrifield發(fā)明；解決了蛋白質(zhì)和多肽的一些合成問題。在不溶的高分子樹脂的表面上進(jìn)行接肽反應(yīng)稱為固相接肽。35五、 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性相對分子質(zhì)量超過1萬的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)有兩個重要的性質(zhì)：鹽析、變性36蛋白質(zhì)有四級結(jié)構(gòu) 肽鏈中各種氨基酸相互聯(lián)接的順序是蛋白質(zhì)的初級結(jié)構(gòu)，也叫一級結(jié)構(gòu)。 多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過氫鍵，形成有規(guī)則的構(gòu)象，這稱為二級結(jié)構(gòu)。 -螺旋 -折疊 在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)行盤旋和折疊，因而產(chǎn)生的特定的三維空間結(jié)構(gòu)，這稱為三級結(jié)構(gòu)，鏈的形狀、距離與特定的生理作用有關(guān)。若干分子堆疊(n根纖維蛋白鏈扭成股，n股又扭成繩狀；n根鏈壘在一起形成球狀)四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的生理活性是由二級、三級、四級結(jié)構(gòu)來決定的。37Prato ReactionH38J. Am. Chem. Soc. 1