氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸

氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸第1頁/共40頁第十八章

氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸第2頁/共40頁諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)不“化學(xué)”沃爾夫?qū)づ堇堇幌嗳菰恚?945年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歐內(nèi)斯特·盧瑟福，被譽(yù)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(jiǎng)。第3頁/共40頁Arieh：“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(huì)逼他的部長們在1分鐘內(nèi)把話說完。”研究出計(jì)算機(jī)仿真方法，用來了解與預(yù)測化學(xué)反應(yīng)過程第4頁/共40頁借助計(jì)算機(jī)的力量模擬分子反應(yīng)。反應(yīng)系統(tǒng)核心的計(jì)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(jì)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。/d/2013-10-09/19548798914.shtml

化學(xué)家在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得的理論結(jié)果被現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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?。?頁/共40頁主要內(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)第6頁/共40頁

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(gè)或幾個(gè)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：α-氨基酸，β-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、分類第7頁/共40頁3、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)型的表示方法與糖一樣，用D或L表示。每個(gè)氨基酸都有俗名，并都用一個(gè)縮寫符號(hào)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。第8頁/共40頁存在形式：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(gè)光學(xué)純的氨基酸都有旋光值。第9頁/共40頁八個(gè)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--苯丙氨酸、邪--纈氨酸、書--蘇氨酸第10頁/共40頁總述：具有胺和羧酸的共性。二、氨基酸的物理和化學(xué)性質(zhì)第11頁/共40頁

一個(gè)氨基酸總可以找到一個(gè)pH值，在該pH值下，正、負(fù)離子的濃度完全相等，此時(shí)向陽極移動(dòng)和向陰極移動(dòng)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(shí)的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。1、等電點(diǎn)第12頁/共40頁中性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=6.2~6.8

酸性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=2.8~3.2

堿性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=7.6~10.8

不同的氨基酸有不同的等電點(diǎn)，所以可以通過測定氨基酸的等電點(diǎn)來鑒別氨基酸。

等電點(diǎn)時(shí)，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　?？?3頁/共40頁第14頁/共40頁兩性離子，由于偶極之間存在較強(qiáng)的靜電引力，所以有定向排列的趨勢。即每個(gè)兩性離子可能被數(shù)個(gè)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(diǎn)時(shí)氨基酸溶解度最低。第15頁/共40頁2.反應(yīng)酯化?；?2H2O-H2O谷氨酸焦谷氨酸第16頁/共40頁（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)第17頁/共40頁（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。第18頁/共40頁1、赫爾--烏爾哈--澤林斯基α-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、氨基酸的合成第19頁/共40頁改進(jìn)方法：用NH4CNorNH4Cl+KCN代替HCN+NH3應(yīng)用：合成比原料醛多一個(gè)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+O第20頁/共40頁應(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α-溴化法RCH2COOHNH3Br2PBr3在封管或高壓釜內(nèi)進(jìn)行3、蓋布瑞爾法H3O+第21頁/共40頁蓋布瑞爾示例：溴代丙二酸酯法CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2CCl4NaNaOH蛋氨酸（50%）

烷基化第22頁/共40頁谷氨酸的合成+CH2=CHCOOEt麥克爾加成NaOEtH3+O谷氨酸（70%）工業(yè)多采用發(fā)酵法制備第23頁/共40頁4、丙二酸酯法H2/Pt醋酸OH-+CH2=OH3+O-CO2絲氨酸（65%）第24頁/共40頁一個(gè)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(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。四多肽的定義、命名及合成（一）定義第25頁/共40頁（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端第26頁/共40頁一

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）多肽的合成第27頁/共40頁保護(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(shí)，分子中的其它部位不會(huì)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(gè)問題1.氨基保護(hù)2.羧基保護(hù)3.側(cè)鏈保護(hù)4.接肽方法第28頁/共40頁C6H5CH2OH+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)Benzoxycarbonyl（簡寫Z）第29頁/共40頁H2Pd/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：第30頁/共40頁ii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：CF3COOHHOAc-OH,25oC上保護(hù)基接肽（過程略）去保護(hù)基第31頁/共40頁*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(gè)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(shí)際情況而定。第32頁/共40頁2、羧基的保護(hù)使用的酸為：CF3COOHHBr/HOAcA代表：HCl

CH3OH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(jī)理：酸性單分子斷裂Aal1第33頁/共40頁i.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)carbodiimide第34頁/共40頁失水機(jī)制二環(huán)己基脲第35頁/共40頁ii.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。第36頁/共40頁五、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(gè)重要的性質(zhì)：鹽析、變性第37頁/共40頁蛋白質(zhì)有四級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)，也叫一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)。

α-螺